CN106785212B - 一种电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池系统，包括系统壳体(1)和位于系统壳体(1)内的至少两个电池单元(2)，所述电池单元(2)包括单元壳体(21)、电池支架(22)和电芯(23)，单元壳体(21)内部存在空隙，所述空隙填充有导热油。同时，电池系统还包括保护板(3)和温控装置，分别用于电芯(23)工作状态的调控和电池系统中温度的调节。本发明通过电池单元中电芯的独特的排布方式、油浸式设计、保护板对各电芯的性能监控、系统壳体的复合式构造、以及温控系统的配合使用，可满足电池系统在不同温度环境下的使用需求，且可进一步提高电池系统的安全性能。

Description

一种电池系统

技术领域

本发明涉及新能源电池领域，特别涉及一种新型电池系统。

背景技术

出于能源和环境的考虑，电动汽车在各国政府和汽车制造商的共同推动下取得了快速的发展。电动汽车作为节能型汽车，无疑是汽车行业的重要变革，因其能真正的实现减排而成为汽车的重要发展方向。然而，这些车辆的性能和品质在很大程度上依赖其所配制的电池系统的性能。

在电动汽车中，动力电池均是采用电池系统形式使用的，电池系统由多个电池单元构成，而电池单元包括多个串连和并联连接的电芯。电芯作为储能单元，在充放电时会产生电化学反应热，从而造成电池单元中温度变化；同时外界环境温度也可直接影响电池单元中的温度。电池单元中温度过高或过低均会影响电池单元的整体寿命和稳定性。高温可以加速电芯中电解液、电极和隔板的老化速率，高温部分的老化速率会明显快于低温部分，若电芯之间持续存在此物性差异，将破坏电池单元的一致性，造成电芯之间的性能不匹配，最终使电池单元失效。在温度低于0℃下，锂离子电池由于会发生锂离子还原反应引发电芯内短路而不允许充电。由此可知，电池单元(或电池系统)中电芯的结构布局以及热交换功能的实现是影响电动汽车发展的关键因素。

目前，电池系统的热交换方式均为间接换热方式，如中国专利CN103247835B通过在电池模块中设置相变材料层储存电池模块放出的热量；中国专利CN204011513U通过使电池之间形成间隙以及在电池包外壳上设散热孔进行散热；中国专利CN105702894A采用带有孔隙的电池支架，并在壳体顶部设置防水通风的凹部结构完成散热功能。中国专利CN105932368A在电池包中设置均温组件，通过均温组件中冷却介质的流动速度以控制电池芯内的温度。在加热方面，常用的加热方法是通过加热电池组内的空气，使电池的温度上升，如CN105742745A公开了一种电池包液体冷却/加热系统试验装置，当电池包工作在低于0℃的低温情况下，通过电池包外的电加热棒加热液体，将液体通过管路通入电池包内进而对电池包进行加热。

由上述可知，现今对电池系统的温度控制集中在非接触换热方面，换热效果不理想且能耗高。因此，亟需一种温度可调的电池系统以满足不同温度环境下的使用需求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：对电池单元中电芯进行合理布局，在电池单元中注满导热油，配合设置在电池单元中的加热装置和系统壳体上的冷却装置，即可满足电池系统在不同温度环境下的使用需求，且进一步提高了电池系统的安全性，从而完成了本发明。

本发明的目的在于提供以下方面：

1.一种电池系统，包括系统壳体1和至少两个电池单元2，所述系统壳体1封闭安装于电池系统外，所述电池单元2串连连接；

所述电池单元2包括单元壳体21、电池支架22和多个电芯23，所述单元壳体21封闭安装于电池单元2外，电池支架22位于单元壳体21内部以固定电芯23，单元壳体21内部存在空隙，所述空隙填充有导热介质。

2.根据上述1所述的电池系统，其中，所述系统壳体1由内向外依次包括系统内壳11和恒温层12，所述系统内壳11用于支撑系统壳体1，所述恒温层12用于电池系统的保温；

优选地，所述恒温层12为三层夹心结构，包括内防护层、外防护层以及两防护层之间的保温层，所述内防护层和外防护层对保温层进行固定。

3.根据上述1所述的电池系统，其中，单元壳体21包括顶部开口的壳身211和位于开口处以封闭壳身211的壳盖212，

壳身211由内向外依次包括壳内层213和壳外层214，壳内层213密封电池单元2，其由高分子材料制成，所述高分子材料优选为聚丙烯或酚醛树脂，所述壳外层214粘附在壳内层213外，用于支撑壳内层213。

4.根据上述1所述的电池系统，其中，所述电池单元2内导热介质与电池支架22和电芯23直接接触，所述导热介质为导热油，优选为变压器油或经改性的变压器油。

5.根据上述1至4之一所述的电池系统，其中，电池支架22包括平行安装的右支架板221和左支架板222，右支架板221和左支架板222上对应设置多个可供电芯23插入的通孔223，所述通孔223排布成至少两行或两列，优选地，相邻两行或两列的通孔223交错排布；和/或

电芯23在电池支架22上排布成两行或两列以上，优选相邻两行或两列电芯23交错排布。

6.根据上述5所述的电池系统，其中，同列的电芯23通过连接在正极上的焊条231并联，相邻两列的电芯23通过连接在焊条231上的保险丝232串连；优选地，电芯23正极与焊条231通过电阻点焊或激光焊焊接，电芯23负极与保险丝232通过超声波焊焊接；和/或

所述保险丝232为弹性构件，其整体或部分呈螺旋状弯曲，优选其与负极相连一端呈螺旋状弯曲。

7.根据上述1至4之一所述的电池系统，其中，所述电池系统还包括安装在电池支架22顶部的保护板3，所述保护板3包括电池管理单元，用于调控各电池单元2内电芯23的工作状态。

8.根据上述1至4之一所述的电池系统，其中，所述电池系统还包括温控系统，所述温控系统包括加热装置4、冷却装置5、温度感应装置6和调控装置，温度感应装置6将监测到的温度传给调控装置，调控装置根据接收的温度确定加热装置4或冷却装置5的启动和关闭。

9.根据上述8所述的电池系统，其中，所述加热装置4为设置在电池单元2内部的一个或多个加热板，优选加热板横向插入在电池支架22内，更优选加热板为两个，其中一个加热板横向插入在电池支架22的底部，另一个加热板横向插入在电池支架22的中部，横向插入的加热板与成行排列的电芯23平行；和/或

所述冷却装置5包括设置在系统壳体1上的半导体制冷器，优选地，在冷却装置5顶部的恒温层12上设置通孔，半导体制冷器安装在所述通孔中，半导体制冷器的一端与系统内壳11的外表面相连，以吸收系统壳体1内部的热量，另一端与外部空气接触以散热；和/或

所述温度感应装置6包括分别设置在电池单元2内部以及电池单元2与系统壳体1之间腔体中的多个温度感应元件，其分别测定电池单元2内部和电池单元2与系统壳体1之间腔体中的温度。

10.根据上述9所述的电池系统，其中，所述加热板包括加热层42，所述加热层42产生并向外部传递热量，其包括至少一个加热单元421，在加热单元421为多个时，各加热单元421之间存在空隙并通过串连连接；优选地，所述加热单元421为弯曲排布的电阻丝；和/或

加热板横向插入在电池支架22内部时，加热单元421对应位置处对应于左右两相邻电芯23之间的空隙，左右两相邻加热单元421之间的空隙对应位置处对应于电芯23所在位置。

根据本发明提供的一种电池系统，具有以下有益效果：

(1)本发明中系统壳体采用复合结构，极大提高了电池单元的密封性、保温性和抗冲击性能；

(2)本发明中采用导热油作为填充在电池单元内部的导热介质，其与电芯直接接触，且具有高闪点、高流动性、大比热和电绝缘等性能，可快速与电芯发生热交换，便于电池单元内温度的调控；

(3)导热介质为流体形式，依靠其流动性能，可缓冲外界冲击对电池系统造成的振动；

(4)本发明中电芯以“插空”的方式进行排布，此排布方式增大了电芯间的空隙，便于导热油在电芯间隙中流动，有利于电芯与导热油换热效率的提高；

(5)本发明中与电芯负极相连的保险丝的一端呈螺旋状弯曲，此结构具有较好的延展性，相较于目前普遍采用的直线型连接，可有效避免电芯振动造成的保险丝断裂或脱落；

(6)本发明加热装置中加热单元分散排布，加热单元对应位置处为电芯间空隙，相邻加热单元间的空隙对应电芯，在避免部分电芯直接受热的同时，更有利于借助电芯间的空隙结构快速将热量传递至远离热源的部位；

(7)温控系统中的冷却装置为设置在系统壳体上的半导体制冷器，其制冷效果好，可靠性高，且对电池系统无制冷剂污染。

附图说明

图1示出本发明中电池系统的立体透视图；

图2示出本发明中电池系统的主截面透视图；

图3示出本发明电池单元俯视透视图；

图4示出图3中电池单元B面结构示意图；

图5示出图4中虚线圈内结构的放大示意图；

图6示出电池支架的立体图；

图7示出支架板上通孔的交错排布示意图；

图8示出支架板上插槽的结构示意图；

图9示出支架板上挡片的结构示意图；

图10为图3中A-A截面示意图；

图11示出保险丝为弹性构件时电芯之间的连接示意图；

图12示出加热装置的主截面示意图；

图13示出加热装置中加热层结构示意图；

图14示出图2中虚线圈内结构的放大示意图。

附图标号说明：

1-系统壳体；

11-系统内壳；

12-恒温层；

2-电池单元；

21-单元壳体；

211-壳身；

212-壳盖；

213-壳内层；

214-壳外层；

22-电池支架；

221-右支架板；

222-左支架板；

223-通孔；

224-插槽；

225-挡片；

23-电芯；

231-焊条；

232-保险丝；

3-保护板；

4-加热装置；

41-底板层；

42-加热层；

421-加热单元；

43-导热层；

5-冷却装置；

6-温度感应装置。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本发明公开的是一种电池系统，如图1所示，所述电池系统包括系统壳体1和位于系统壳体1内的至少两个电池单元2，所述系统壳体1封闭安装于电池系统外，所述电池单元2之间串连连接。

所述系统壳体1为复合结构，如图2所示，其由内向外依次包括系统内壳11和恒温层12，所述系统内壳11和恒温层12紧密连接，如通过粘结连接。所述系统内壳11为具有较高机械强度的金属层，用于支撑系统壳体1。所述恒温层12为三层夹心结构，包括内防护层、外防护层以及两防护层之间的保温层。所述防护层具有较强的机械强度，抗冲击性强，优选为金属材料或高分子材料，所述保温层选用传热效果不佳的材料，如岩棉板，厚度为20～30mm，用于电池系统的保温。

本发明中，电池单元2为电池系统的核心构件。如图3至图5所示，电池单元2包括单元壳体21、电池支架22和多个电芯23，所述单元壳体21封闭安装于电池单元2外，电池支架22位于电池单元2内部以固定电芯23。电芯23之间存在空隙，在所述空隙中填充导热介质，用于与电芯23进行热量交换，电芯23和电池支架22与导热介质直接接触。

在一种优选的实施方式中，所述导热介质为导热油，电池支架22和电芯23浸在导热油中。所述导热油为变压器油或经改性后变压器油，所述改性是指以变压器油为基质，对变压器油的流动性等性能进行的改进。所述导热油具有高闪点、高流动性、大比热和电绝缘等性能。导热油填充于电池单元2内部，可直接吸收电芯23产生的热量而使电芯23的温度不至于过高，而在低温时凭借其高流动性，可迅速将从外界吸收到的热量传送至整个电池单元2，使电池单元2维持在特定的均匀温度范围内。

除上述热交换功能外，填充在电池单元2内的导热油依靠其流体性能，还可缓冲外界冲击对电池单元2的振动。

在本发明中，如图6所示，电池支架22包括平行安装的右支架板221和左支架板222，右支架板221和左支架板222上对应设置多个可插入电芯23的通孔223。所述通孔223在电池支架22上排布成至少两行或两列，其中，以右支架板221和左支架板222的纵向安装为基准，设定沿右支架板221或左支架板222平面的上下方向为纵向(Y轴)，沿右支架板221或左支架板222平面的左右方向为横向(X轴)，通孔223在纵向上排布为列，在横向上排布成行。优选地，相邻两行或两列的通孔223交错排布。如图7所示，交错排列是指：位于第n(n≥1)列的通孔223a距第n+1列中与其距离最近的通孔223b的中心距离是L1，与第n+2列中与其距离最近的通孔223c的中心距离是L3，通孔223b与通孔223c的中心距离是L2，若L1+L2＞L3，则所述通孔223之间为交错排列。

如图8所示，右支架板221和左支架板222内侧(朝向电芯23的一侧)上对应设置有至少两对与成行排列的通孔223平行的插槽224，所处插槽224具有纵向截面为U形的开口部，右支架板221上的插槽224开口方向朝向左支架板222，左支架板222上的插槽224开口方向朝向右支架板221，其中一对插槽224位于右支架板221和左支架板222顶部，用于安装电池单元2的保护板3，其余插槽224位于右支架板221和左支架板222的其它任意高度处，用于其他功能元件的安装。

如图9所示，右支架板221和左支架板222外侧设有用于限定电芯23轴向方向移动的挡片225，所述挡片225向外侧突出，厚度为2～4mm。挡片225对通孔223进行部分遮挡，非遮挡部分可用于电芯23之间导电元件(如下述焊条231)的固定安装。

右支架板221和左支架板222上还设有多个分散的通油孔，所述通油孔便于导热介质(导热油)进出电池支架22，加快导热介质流通，同时，通油孔还可用于其它功能元件的固定，如电芯23间的导电元件(如下述焊条231)可穿过右支架板221和左支架板222顶部的通油孔固定安装在保护板上。

在本发明中，如图10所示，电池支架22上插有两行或两列以上电芯23，优选地，相邻两行(列)电芯23交错排布。此排布方式增大了电芯23间的空隙，便于导热油在电芯23间隙中流动，有利于电芯23与导热油换热效率的提高。考虑到导热油的成分，为避免导热油对电池支架22的腐蚀，所述电池支架22选择聚丙烯材料或酚醛树脂材料，优选为聚丙烯材料注塑而成。

在一种优选的实施方式中，所述电芯23的正负极位于电芯23两侧，同列电芯23的同侧极性相同，相邻两列电芯23的同侧极性相反。同列电芯23通过连接在正极上的焊条231并联，相邻两列电芯23的通过连接在焊条231上的保险丝232串连。

在进一步优选的实施方式中，所述焊条231为钢镀镍材质，宽5～10mm，厚150～200μm。所述保险丝232为铝箔，保险丝232宽2～3mm，厚50～60μm。如图11所示，保险丝232为弹性构件，其整体或部分呈螺旋状弯曲，优选其与电芯23负极相连的一端呈螺旋状弯曲。螺旋状弯曲具有较好的延展性，相较于目前普遍采用的直线型连接，可有效避免电芯23振动造成的保险丝232断裂或脱落。

在更进一步优选的实施方式中，电芯23正极上设置盖帽，电芯23正极与焊条231通过电阻点焊或激光焊焊接，电芯23负极与保险丝232通过超声波焊焊接。

电阻点焊、激光焊以及超声波焊是电芯23固定中常用的焊接方式。电阻点焊是利用柱状电极加压通电，在搭接工件接触面焊成一个焊点的焊接方法。激光焊是将高强度的激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，是金属熔化形成焊接。而超声波焊是利用高频振动波传递到需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。由上述可知，电阻点焊和激光焊相比于超声波焊，在焊接部位会产生高热量，采用薄板连接电极时，易打穿电极，从而造成短路，而超声波焊在采用厚板连接电极时，由于热值较低，易产生虚焊现象，结合三种焊接的上述特点，同时考虑电阻焊的低成本、激光焊的高精确度以及超声波焊焊接后高导电性，最终确定电芯23的正极与焊条231通过电阻点焊或激光焊焊接，电芯23负极与保险丝232通过超声波焊焊接。

在一种优选的实施方式中，如图4和图10所示，对在电池支架22上排布好的电芯23进行串、并联连接时，可通过下述步骤进行操作：

将保险丝232一端焊接在焊条231上，其中，两焊接点的间距对应于同列两相邻电芯23的中心间距；通过电阻点焊或激光焊将焊条231与电芯23正极的盖帽进行固定，此时，保险丝232的另一端(优选为螺旋端)搭落在邻列电芯23的负极上；通过超声波焊使保险丝232的另一端(优选为螺旋端)与邻列电芯23的负极相连。在对排布好的电芯23完成同侧面串、并联固定连接后，再进行另一侧面的固定连接。

在本发明中，通过电池支架22顶部的插槽224安装保护板3，所述保护板3连接电芯23正极的焊条231、总负极引线及正极引线均与保护板3连接。所述保护板3包括多个电池管理单元，用于调控电芯23的工作状态，对电芯23提供过充保护、过放保护、过流或短路保护，以及使电池单元2中各个电芯23都达到均衡一致的充放电状态。

在本发明中，如图10所示，用于包围电池单元2的单元壳体21包括顶部开口的壳身211和位于开口处以封闭壳身211的壳盖212。

壳身211为复合结构，其由内向外依次包括壳内层213、粘结层和壳外层214，其中，壳内层213直接接触导热介质，用于电池单元2的密封。壳内层213选用高分子材料制成，在导热介质采用变压器油时，考虑其对多种高分子材料的溶解性，为避免导热油的泄露，所述壳内层213为聚丙烯层或酚醛树脂层，其厚度为2～4mm。

壳外层214具有高机械强度，用于电池单元2的定型和保护。在电池系统受到强烈撞击后，降低冲击对电池单元2的挤压，使电池单元2不产生或仅产生较小变形，避免电池单元2受挤压导致的大量产热，发生冒烟、燃烧或爆炸等状况。优选地，所述壳外层214为不锈钢板或合金钢板，其厚度为0.5～1mm。壳身211组合安装时，将壳内层213套入壳外层214构成的箱体中，对壳外层214外部加热至80℃左右，使与壳外层214相接处的壳内层213受热成熔融状态，冷却后壳内层213即粘结到壳外层214上，熔融后的部分壳内层213即形成所述粘结层。

壳盖212为一体成型，或多块部件拼接而成，优选为上宽下窄的T形结构或上宽下窄的梯形结构。壳盖212下端伸入壳身211开口内，与壳身211的顶部开口相契合。壳盖212下端可能接触导热介质，为保证单元壳体21的密封性，所述壳盖212下端或壳盖212整体由电木、环氧树脂或酚醛树脂制备。对所述电池单元2进行密封时，在壳身211侧面上部，通过插入铆钉等紧固件使壳身211与壳盖212下端紧密连接。

在本发明中，在导热介质为导热油时，导热油在使用过程中不可避免的挥发使其液位降低，为使导热油得到及时补充，在单元壳体21顶部(即壳盖212上)设置油量监控系统。所述油量监控系统包括内部存储有导热油的注油器和油位计。当油位计测得导热油液面低于设定值时，通过注油器对电池单元2进行油量补充。

由于温度对电池系统的充放电效率影响较大，因而对电池系统中电池单元2的工作温度有所要求，如电池单元2中电芯23为锂离子电池时，其要求充电温度为5～30℃，放电温度为-10～30℃。在外界环境温度长时间高于30℃或低于5℃时，电池系统中需要进一步设置温控系统以保障电池单元2的充、放电条件。

本发明中，所述温控系统包括加热装置4、冷却装置5、温度感应装置6和调控装置。温度感应装置6将电池单元2的相关温度传给调控装置，调控装置根据接收到的温度确定加热装置4和冷却装置5的工作状态。

如图10所示，所述加热装置4为设置在电池单元2内部的一个或多个加热板，加热板与导热介质直接接触。加热板的形状不做限定，优选为矩形加热板。所述加热板可安装在壳内层213的内壁上，也可设置在电池支架22上，优选加热板安装在电池支架22上，即可插入右支架板221和左支架板222内侧的插槽224内，通过右支架板221和左支架板222进行固定。加热板的数目为一个时，其插入在电池支架22的底部；电热板为多个时，其插入在电池支架22内部的不同高度处，优选地，加热板的数目为两个，其中一个加热板横向插入电池支架22底部，另一个加热板横向插入电池支架22中部，加热板在电池支架22上与成行排列的电芯23平行。

在一种优选的实施方式中，如图12所示，所述加热板包括底板层41、加热层42和导热层43，所述加热层42位于底板层41和导热层43之间，导热层43位于加热层42上部。所述底板层41用于支撑加热层42和导热层43，所述加热层42用于产生热量；所述导热层43具有耐高温和电绝缘性，其密封在加热层42上用于热量的传递。

如图13所示，加热层42包括至少一个加热单元421，在加热单元421为多个时，各加热单元421独立排布。优选地，各加热单元421通过串连连接，电流入口和电流出口位于加热层42的同一端。所述加热单元421为弯曲排布的电阻丝，如S形往复排布的电阻丝。所述电阻丝为单一金属电阻丝、合金电阻丝或非金属电阻丝，所述单一金属电阻丝包括Mo、W、Ta电阻丝，所述合金电阻丝包括Ni-Cr合金或Fe-Cr-Al合金电阻丝，所述非金属电阻丝包括石墨或碳化硅电阻丝，优选为Ni-Cr合金电阻丝，更优选所述电阻丝的宽度为1～3mm，厚度为20～30μm，电阻率为7.3×10^-6Ω·m，电阻丝最高加热温度为50℃。

在进一步优选的实施方式中，所述加热单元421沿加热板的长度方向排布成一行或多行。优选地，同行中左右两相邻加热单元421在加热板的长度方向上的宽度相同，和/或同行左右两相邻加热单元421的间距相等。更优选地，所述同行左右两相邻加热单元421的间距等于电池支架22上同行左右两相邻电芯23的间距。如图13所示，加热单元421在加热层42中排布成两行，两行中加热单元421以行间中心线对称排布，各加热单元421在加热板的长度方向上的宽度相同，且同行各相邻加热单元421的间距相等。

在更进一步优选的实施方式中，当加热板横向插入在电池支架22内部时，加热单元421对应位置处对应于左右两相邻电芯23之间的空隙，左右两相邻加热单元421之间的空隙对应位置处对应于电芯23所在位置。加热层42的结构配合电芯23的交错排布方式，在避免部分电芯23直接受热的同时，更有利于通过电芯23之间的空隙结构快速将热量传递至远离热源的部位。

在一种优选的实施方式中，所述底板层41为平板，优选为上表面设有凹部的平板，在所述凹部内部排布所述加热单元421，凹部外周凸缘可用于将加热板固定在电池支架22上。优选地，所述底板层41厚度为2mm，凹部深度为1mm。底板层41具有高强度、耐高温和电绝缘性，其材质优选为酚醛树脂、聚丙烯或电木。

在一种优选的实施方式中，所述导热层43为硅胶。硅胶电绝缘且耐高温，其化学性能和物理性能随温度的变化很小。同时，其作为粘结材料，对加热层42进行密封。

加热板可通过下述工艺制备：洗去电木板中部区域使成凹部，在凹部内通过一股或多股电阻丝密集排布成间隔排列的加热单元，将液态硅胶倒入凹部内，密封电阻丝，硅胶固化后即得加热板。

在本发明中，如图2和图14所示，所述冷却装置5包括设置在系统壳体1上的半导体制冷器，具体地，在系统壳体1顶部的恒温层12上设置通孔，半导体制冷器安装在所述通孔中，半导体制冷器的一端与系统内壳11的外表面相连，以吸收系统壳体1内部的热量，另一端与外部空气接触以散热。所述半导体制冷器的数目为2～6个，以满足降温需求。半导体制冷器中包括半导体制冷片，其是一种利用半导体材料Peltier效应的热泵，可用于空间受限的场合，其可靠性高，且无制冷剂污染。当直流电通过半导体制冷片中两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，可以实现制冷的目的。

如图2和图10所示，在一种优选的实施方式中，所述温度感应装置6包括分别设置在电池单元2内部以及电池单元2与系统壳体1之间的腔体中的多个温度感应元件。位于系统壳体1内部腔体中的温度感应元件用于测定电池单元2的外部温度，此温度的高低是加热装置4或冷却装置5启动的依据；而在加热装置4或冷却装置5运行中，位于电池单元2内部的温度感应元件测定的内部温度是温度调控的依据。电池单元2内部的温度感应元件为至少一个，优选为多个，多个温度感应元件的设置，便于电池单元2内部温度监测和调节。

电池单元2使用过程中，温控系统的工作模式为：系统壳体1内部腔体中的温度感应元件测定电池单元2所处环境温度，当此环境温度低于第一阈值时，通过调控装置启动电池单元2内的加热装置4，此时通过各电池单元2内部的温度感应元件进行温度反馈，当测到的某电池单元2内温度达到第二阈值时，控制此电池单元2加热装置4停止工作，对其他未达到第二阈值的电池单元2仍继续加热；停止加热后，当某电池单元2内温度下降至第三阈值时，再次控制此电池单元2内加热装置4的启动；如此往复调控，保证电池单元2内部温度维持在第二阈值与第三阈值之间。在此温控模式下进行电池单元2充电，配合恒温层12的保温作用，可使电池单元2在充电完成后24h保持在0℃以上，即完成一次充电，在24h内不必再启动加热装置4进行加热，进而降低了能耗。其中，第一阈值温度值(如5℃)＜第三阈值温度值(如10℃)＜第二阈值温度值(如15℃)。

当电池单元2外部的温度感应元件测得环境温度高于第四阈值时，通过调控装置启动系统壳体1上的冷却装置5，冷却装置5运行后，再通过电池单元2内部的温度感应元件进行温度反馈，当某电池单元2内温度降到第五阈值时，控制该电池单元2内冷却装置5停止工作，对其他未达到第五阈值的电池单元2仍继续降温；停止降温后，环境温度使某电池单元2内温度上升至第四阈值时，再次控制冷却装置5启动；往复调控，使电池单元2内部温度维持在第四阈值与第五阈值之间。其中，第五阈值温度值(如25℃)＜第四阈值温度值(如30℃)。

由上述可知，本发明通过电池单元2中电芯23的独特的排布方式、油浸式设计、保护板3对各电芯23的性能监控、系统壳体1的复合式构造、以及温控系统的配合使用，可满足电池单元2在不同温度环境下的使用需求，且可进一步提高电池单元2的安全性能。

实施例

实施例1

一种锂电池系统，包括10个串连的电池单元2，以及用于密封电池单元2的系统壳体1。所述系统壳体1包括金属制系统内壳11和恒温层12，所述恒温层12由两金属层夹合岩棉板层构成。

电池单元2包括单元壳体21、电池支架22和排布在电池支架22上的电芯23，所述电芯23选用18650型锂离子电池。单元壳体21内部存在空隙，所述空隙以导热油填充，即电池支架22和电芯23与导热油直接接触。电池支架22选用聚丙烯材料注塑而成，每行可容纳20根电芯23，每列可容纳10根电芯23，相邻两行上的电芯23交错排布。电芯23排布时，同列电芯23的同侧极性相同，相邻两列电芯23的同侧极性相反。同列电芯23通过连接在正极上的钢镀镍焊条231并联，相邻两列电芯23通过连接在焊条231上的铝箔保险丝232串连，所述保险丝232宽2mm，厚50μm，与负极相连一端呈螺旋状弯曲。同时，电芯23正极与焊条231的焊接方式为电阻点焊，而电芯23负极与保险丝232的焊接方式为超声波焊。在电池支架22的顶部安装保护板3，所述保护板3上固定有连接电芯23正极的焊条231、总负极引线及总正极引线，所述保护板3还包括多个电池管理单元，用于监控电芯23的工作状态。用于包围电池单元2的单元壳体21包括顶部开口的壳身211和用于壳身211密合的壳盖212，其中，所述壳身211包括金属壳外层214和聚丙烯壳内层213。

锂电池系统中还设有温控系统，其包括加热装置4、冷却装置5、温度感应装置6和调控装置。其中，加热装置4包括横向安装在电池支架22中部和底部的加热板。所述加热板由下向上依次包括底板层41、加热层42以及导热层43，加热层42包括沿加热板的长度方向排布成两行的加热单元421，每行有10个加热单元421。所述加热单元421为电阻丝弯曲排布而成，各加热单元421串连连接，其中，所述电阻丝最高加热温度为50℃。所述底板层41为2mm厚的平板，其上表面设有1mm深度的凹部，在凹部内部排布所述加热单元421。所述导热层43为硅胶，其兼具导热材料、粘结剂和密封材料的作用。

所述冷却装置5为设置在系统壳体1顶部的4个半导体制冷器，半导体制冷器的一端连接金属制系统内壳11的外表面，另一端暴露于空气中。所述温度感应装置6包括分别设置在每个电池单元2内部以及电池单元2与系统壳体1之间的空腔中的多个温度感应元件，其中，每个电池单元2内部包括12个分散设置的温度感应元件，电池单元2与系统壳体1之间的空腔中设置1个温度感应元件。加热装置4、冷却装置5、温度感应装置6分别与调控装置电性连接，调控装置根据接收到的温度信息控制加热装置4或冷却装置5的开启或关闭。

上述装有温控系统的锂电池系统，在所处外界环境低于-50℃以及高于55℃的条件下，工作期间可持续保持电池单元2内部温度处于10～30℃范围，温控偏差为±2℃。在此温度范围内，电芯23充放电循环次数可达800～1000次。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种电池系统，其特征在于，包括系统壳体(1)和至少两个电池单元(2)，所述系统壳体(1)封闭安装于电池系统外，所述电池单元(2)串连连接；

所述电池单元(2)包括单元壳体(21)、电池支架(22)和多个电芯(23)，所述单元壳体(21)封闭安装于电池单元(2)外，电池支架(22)位于单元壳体(21)内部以固定电芯(23)，单元壳体(21)内具有空隙，所述空隙填充有导热介质；

所述电池单元(2)内导热介质与电池支架(22)和电芯(23)直接接触，所述导热介质为导热油；

电芯(23)在电池支架(22)上排布成两行或两列以上，相邻两行或两列电芯(23)交错排布；

单元壳体(21)包括顶部开口的壳身(211)和位于开口处以封闭壳身(211)的壳盖(212)，

壳身(211)由内向外依次包括壳内层(213)、粘结层和壳外层(214)，壳内层(213)密封电池单元(2)，其由高分子材料制成，所述高分子材料为聚丙烯或酚醛树脂，所述壳外层(214)粘附在壳内层(213)外，用于支撑壳内层(213)；

同列的电芯(23)通过连接在正极上的焊条(231)并联，相邻两列的电芯(23)通过连接在焊条(231)上的保险丝(232)串连；电芯(23)正极与焊条(231)通过电阻点焊或激光焊焊接，电芯(23)负极与保险丝(232)通过超声波焊焊接；

所述保险丝(232)为弹性构件，其整体或部分呈螺旋状弯曲，其与负极相连一端呈螺旋状弯曲；

所述电池系统还包括温控系统，所述温控系统包括加热装置(4)；

所述加热装置(4)为设置在电池单元(2)内部的两个加热板，加热板横向插入在电池支架(22)内，其中一个加热板横向插入在电池支架(22)的底部，另一个加热板横向插入在电池支架(22)的中部，横向插入的加热板与成行排列的电芯(23)平行；

所述加热板包括加热层(42)，所述加热层(42)产生并向外部传递热量，其包括至少一个加热单元(421)，在加热单元(421)为多个时，各加热单元(421)之间具有空隙并通过串连连接；所述加热单元(421)为弯曲排布的电阻丝；

加热板横向插入在电池支架(22)内部时，加热单元(421)对应位置处对应于左右两相邻电芯(23)之间的空隙，左右两相邻加热单元(421)之间的空隙对应位置处对应于电芯(23)所在位置；

电池支架(22)包括平行安装的右支架板(221)和左支架板(222)，右支架板(221)和左支架板(222)上对应设置多个可供电芯(23)插入的通孔(223)，所述通孔(223)排布成至少两行或两列，相邻两行或两列的通孔(223)交错排布；

加热单元(421)在加热层(42)中排布成两行，两行中加热单元(421)以行间中心线对称排布，各加热单元(421)在加热板的长度方向上的宽度相同，且同行各相邻加热单元(421)的间距相等；

当加热板横向插入在电池支架(22)内部时，加热单元(421)对应位置处对应于左右两相邻电芯(23)之间的空隙，左右两相邻加热单元(421)之间的空隙对应位置处对应于电芯(23)所在位置。

2.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述系统壳体(1)由内向外依次包括系统内壳(11)和恒温层(12)，所述系统内壳(11)用于支撑系统壳体(1)，所述恒温层(12)用于电池系统的保温；

所述恒温层(12)为三层夹心结构，包括内防护层、外防护层以及两者之间的保温层，所述内防护层和外防护层对保温层进行固定。

3.根据权利要求1或2所述的电池系统，其特征在于，所述电池系统还包括安装在电池支架(22)顶部的保护板(3)，所述保护板(3)包括电池管理单元，用于调控各电池单元(2)内电芯(23)的工作状态。

4.根据权利要求1或2所述的电池系统，其特征在于，所述温控系统包括冷却装置(5)、温度感应装置(6)和调控装置，温度感应装置(6)将监测到的温度传给调控装置，调控装置根据接收的温度确定加热装置(4)或冷却装置(5)的启动和关闭。

5.根据权利要求4所述的电池系统，其特征在于，

所述冷却装置(5)包括设置在系统壳体(1)上的半导体制冷器，在冷却装置(5)顶部的恒温层(12)上设置通孔，半导体制冷器安装在所述通孔中，半导体制冷器的一端与系统内壳(11)的外表面相连，以吸收系统壳体(1)内部的热量，另一端与外部空气接触以散热；

所述温度感应装置(6)包括多个温度感应元件，其分别设置在电池单元(2)内部、以及电池单元(2)与系统壳体(1)之间腔体中，分别测定电池单元(2)内部和电池单元(2)与系统壳体(1)之间腔体中的温度。