CN106935935A - 电池和电池加热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池和具有其的电池加热系统，其中，电池包括：电芯，所述电芯具有正极引出端和负极引出端；金属层，所述金属层包覆在所述电芯外，所述正极引出端和所述负极引出端的至少一部分伸出所述金属层外且与金属层绝缘，所述金属层上设有两个间隔开布置的加热电极。根据本发明实施例的电池，通过在电芯的外层包覆金属层，并在金属层上设置两个加热电极，当电池处于低温环境中，使外部加热电源可以对电池的金属层进行加热，从而使电池的温度上升到合适范围，保证电芯的正极引出端和负极引出端可以对外部负载进行正常放电或者接受外部电源进行正常充电，保证电池的使用可靠性。

Description

电池和电池加热系统

技术领域

本发明涉及电池技术领域，更具体地，涉及一种电池和电池加热系统。

背景技术

电池是一种化学电源，通过化学反应来实现充电和放电，然而由于化学反应速率受温度影响明显，当温度降低时，化学反应速率降低，所以电池内阻增大，放电功率降低，放电电量减少，严重影响电池的使用性能。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种电池，该电池的结构简单、紧凑，加热方便、升温快，有利于提高电池的使用可靠性。

本发明还提出一种电池加热系统。

根据本发明第一方面实施例的电池，包括：电芯，所述电芯具有正极引出端和负极引出端；金属层，所述金属层包覆在所述电芯外，所述正极引出端和所述负极引出端的至少一部分伸出所述金属层外且与所述金属层绝缘，所述金属层上设有两个间隔开布置的加热电极。

根据本发明实施例的电池，通过在电芯的外层包覆金属层，并在金属层上设置两个加热电极，当电池处于低温环境中，使外部加热电源可以对电池的金属层进行加热，从而使电池的温度上升到合适范围，保证电芯的正极引出端和负极引出端可以对外部负载进行正常放电或者接受外部电源进行正常充电，保证电池的使用可靠性。再者，通过直接对电池的金属层进行加热，既可以省去需要在电芯外部设计加热元件的麻烦，又避免了需要设计两种电子通道带来的复杂工艺，成本较低。并且，金属材料的传热效果好，温度上升快，分布均匀，由于电池的金属层与电解液直接接触，通过加热金属层实际上是直接加热电解液，能够有效地解决在低温条件下、电池的电化学反应成为充放电过程控制步骤的难题。

另外，根据本发明实施例的电池，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述金属层形成金属壳，所述电芯设在所述金属壳内。

根据本发明的一个实施例，所述金属壳形成长方体，两个所述加热电极中的一个设在所述金属壳的侧壁上，两个所述加热电极中的另一个设在所述金属壳的顶壁上。

根据本发明的一个实施例，所述金属壳包括：壳体，所述壳体的一端敞开形成安装所述电芯的开口，两个所述加热电极中的一个设在所述壳体的侧壁上；盖体，所述盖体设在所述开口处，两个所述加热电极中的另一个设在所述盖体上。

根据本发明的一个实施例，两个所述加热电极中的一个设在所述壳体的侧壁的下部。

根据本发明的一个实施例，所述金属壳与所述加热电极一体成型。

根据本发明的一个实施例，所述电池为软包装电池，且包括复合膜，所述复合膜包括所述金属层和设在所述金属层的内侧表面以及设在所述金属层的外侧表面的保护层，两个所述加热电极的至少一部分伸出所述复合膜外。

根据本发明的一个实施例，所述金属层为铝箔，所述金属层为铝箔，所述复合膜为经热塑加工形成的铝塑膜，所述加热电极形成位于所述铝塑膜中部的铝箔。

根据本发明第二方面实施例的电池加热系统，包括：根据上述实施例所述的电池；开关，所述开关与两个所述加热电极中的一个电连接；电源，所述电源的两端分别与所述开关和两个所述加热电极中的另一个电连接以给所述金属层加热。

根据本发明的一个实施例，还包括：控制器，所述控制器与所述开关相连以控制所述开关在所述电池的温度低于第一预定温度时、闭合所述开关，在所述电池温度高于第二预设温度时、断开所述开关。

根据本发明的一个实施例，所述第一预设温度为0℃，所述第二预设温度为15℃。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的电池的结构示意图；

图2是根据本发明又一个实施例的电池的电芯结构示意图；

图3是根据本发明实施例的电池加热系统的结构示意图。

附图标记：

100：电池加热系统；

10：电池；

11：金属壳；111：壳体；112：盖体；

12：加热电极；

131：正极引出端；132：负极引出端；

14：电芯；

20：开关；

30：电源；

40：控制器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

相关技术中的电池使用PTC加热片紧贴在电池表面进行加热，该方法存在如下问题：1)只能在电池外部进行加热，加热时间长，效果差；2)需要使用大量的PTC加热片，增加了成本，同时增加了电池应用集成的难度；3)每一块PTC都带有连接线束，进行应用集成时线束连接复杂混乱。

再有相关技术中的电池内部设计多种电流通道，当电池温度较低需要进行加热时，控制器控制电池切换到高电阻位进行使用，此时因电阻变大，电池发热增加，能够较快提升电池的温度；当温度达到设定的温度区间时，控制器控制电池切换到低电阻位进行使用，此时电池内阻变小，放电性能最优，该方法虽然有效解决了需要在电池外部进行加热的问题，但由于电池内部两种电子通道的设计工艺复杂，不利于产业化生产。

为此，本发明提出一种电池和电池加热系统，该电池的结构简单、紧凑，加工、制造容易，生产成本低，加热容易，升温快，使用可靠性高。

下面结合附图1和图2具体描述根据本发明第一方面实施例的电池10。

根据本发明实施例的电池10包括电芯14和金属层。具体而言，电芯14具有正极引出端131和负极引出端132，金属层包覆在电芯14外，正极引出端131和负极引出端132的至少一部分伸出金属层外且与金属层绝缘，金属层上设有两个间隔开布置的加热电极12。

换言之，该电池10主要由电芯14和金属层组成，其中，电芯14上设有间隔开布置的正极引出端131和负极引出端132，电芯14的外侧包覆有金属层，正极引出端131与负极引出端132外露在金属层外侧，方便连接到电路中以实现供电。

进一步地，金属层上设有两个间隔开布置的加热电极12，且两个加热电极12与电池10的金属层绝缘，当需要对电池10加热时，可以将电芯14外侧金属层上的两个加热电极12连接到电池加热系统100的加热回路中，从而实现对电池10的加热效果，提升电池10的温度，进而保证电池10在低温环境中的正常工作，并且，由于金属层与电池10的正极引出端131和负极引出端132相互绝缘，即电池10的正极引出端131和负极引出端132与金属层不存在电连接的关系，因此，在对电池10加热3，不会影响电池10的正常充放电。

由此，根据本发明实施例的电池10，通过在电芯14的外层包覆金属层，并在金属层上设置两个加热电极12，当电池10处于低温环境中，使外部加热电源30可以对电池10的金属层进行加热，从而使电池10的温度上升到合适范围，保证电芯14的正极引出端131和负极引出端132可以对外部负载进行正常放电或者接受外部电源进行正常充电，保证电池10的使用可靠性。

再者，通过直接对电池10的金属层进行加热，既可以省去需要在电芯14外部设计加热元件的麻烦，又避免了需要设计两种电子通道带来的复杂工艺，成本较低。并且，金属材料的传热效果好，温度上升快，分布均匀，由于电池10的金属层与电解液直接接触，通过加热金属层实际上是直接加热电解液，能够有效地解决在低温条件下、电池10的电化学反应成为充放电过程控制步骤的难题。

在本发明的一些具体实施方式中，金属层形成金属壳11，电芯14设在金属壳11内。

也就是说，电池10主要由电芯14和金属壳11组成，电池10的正极引出端131和负极引出端132与金属壳11绝缘，例如，正极引出端131和负极引出端132与金属壳11相连的位置可以通过绝缘包胶包覆，保证正极引出端131和负极引出端132与金属壳11的电性独立性，避免电池10的加热电路与放电电路之间相互影响，从而保证电池10的正常工作。

其中，金属壳11沿竖直方向(如图1所示的上下方向)延伸，金属壳11内限定有用于容纳电芯14的容纳腔，其中，电芯14的横截面形状与金属壳11的横截面形状相同，使得电芯14与金属壳11组装后，电芯14的外壁面与金属壳11的内壁面部分紧贴，电芯14周围可以充有电解液，需要对电池10加热时，金属壳11上的两个加热电极12连接到电池加热系统100的加热回路中，通电后，金属壳11的温度逐渐升高，金属壳11可以对电解液加热，从而提高电化学反应的反应速率，保证电池10在低温环境中正常工作。

该电池10结构相对于现有成型的电芯制备工艺无改动，易于实施；相对于外部增加加热片的加热方式，直接对电池10的金属壳11进行加热，温升更快，效果更好；并且使用金属壳11进行加热，减少了物料和工艺难度，能够有效控制成本，提高可靠性。

可选地，金属壳11形成长方体，两个加热电极12中的一个设在金属壳11的侧壁上，两个加热电极12中的另一个设在金属壳11的顶壁上。

参照图1，金属壳11形成沿竖直方向(如图1所示的上下方向)延伸的长方体，即金属壳11具有一个顶壁、一个底壁和四个侧壁，电芯14形成沿竖直方向(如图1所示的上下方向)的长方体，电芯14设在金属壳11内。

其中，电芯14的上端面设有两个间隔开布置的正极引出端131和负极引出端132，并且正极引出端131和负极引出端132均伸出金属壳11的顶壁，并与金属壳11绝缘，金属壳11的顶壁的外表面设有一个加热电极12，金属壳11的侧壁的外表面设有另一个加热电极12。

当电池10连接到电池加热系统100中时，电池10的金属壳11的两个加热电极12通电，从而对金属壳11进行加热，提升电池10的温度，保证电池10能够在低温环境中工作。通过将两个加热电极12分别设在金属壳11的顶壁和侧壁上，增大两个加热电极12的距离，使得两个加热电极12周围的热量可以逐步扩散，从而提升电池10的加热效率。

当然，本发明的金属壳11的形状并不限于长方体，还可以形成方形、圆柱形、软包装等其他异形电池10，电池10可以采用叠片工艺、卷绕工艺等特殊工艺加工而成。

其中，金属壳11包括壳体111和盖体112，壳体111的一端敞开形成安装电芯14的开口，两个加热电极12中的一个设在壳体111的侧壁上，盖体112设在开口处，两个加热电极12中的另一个设在盖体112上。

也就是说，金属壳11主要由壳体111和盖体112组成，其中，壳体111内限定有上端敞开的容纳腔，盖体112罩设在壳体111的上端以封闭容纳腔的上端开口，盖体112的外表面设有两个间隔开布置的通孔，电芯14设在金属壳11内时，电芯14的正极引出端131和负极引出端132分别穿过盖体112上的两个通孔以外露在金属壳11外，并与金属壳11绝缘，方便连接到电路中以实现供电；金属壳11的盖体112的外表面设有一个加热电极12，金属壳11的壳体111侧壁设有另一个加热电极12，

有利地，两个加热电极12中的一个设在壳体111的侧壁的下部。具体地，两个加热电极12中的一个设在金属壳11的盖体112上，两个加热电极12中的另一个设在金属壳11的侧壁的下部，保证两个加热电极12间隔一定距离，从而使电池10在加热时，两个加热电极12的热量可以向金属壳11快速扩散，提升单位时间内的热量的扩散效率，进而提升电池10的加热效率，保证电池10的正常工作。

优选地，金属壳11与加热电极12一体成型。由此，一体形成的结构不仅可以保证电池10的结构、性能稳定性，并且方便成型、制造简单，而且省去了多余的装配件以及连接工序，大大提高了电池10的装配效率，保证金属壳11与加热电极12的连接可靠性，再者，一体形成的结构的整体强度和稳定性较高，组装更方便，寿命更长。

在本发明的另一些具体实施方式中，电池10为软包装电池，且包括复合膜，复合膜包括金属层和设在金属层的内侧表面以及设在金属层的外侧表面的保护层，两个加热电极12的至少一部分伸出复合膜外。

具体地，电池10的制作工艺一般是将活性物质涂布在金属箔体上，然后将正负极活性物质使用隔膜隔离开，使用卷绕或者叠片的工艺制作成型后装入电池10壳体111中，加注电解液之后就可以进行充放电。

参照图2，该电池10的电芯14采用卷绕工艺制作而成，电池10的复合膜主要由金属层和设在金属层的一侧表面(外侧表面)、另一侧表面(内侧表面)的保护层组成，两个加热电极12分别与位于中间的金属层相连且伸出复合膜的外侧。

当需要对电池10加热时，将电池10连入电池加热系统100的加热回路中，使两个加热电极12与外部加热电源30相连，外部加热电源30对电池10的复合膜的金属层加热，从而实现对电池10的加热效果，提升电池10温度，保证电池10的正常工作。

可选地，金属层为铝箔，复合膜为经热塑加工形成的铝塑膜，加热电极12形成位于铝塑膜中部的铝箔。

也就是说，铝箔经过热塑加工工艺在其两侧表面形成保护层，使复合膜形成PET-Al-PE、PA-AL-CPP等复合结构，加热电极12形成设在复合膜中部的铝箔，即加热电极12可以直接由位于复合膜中部的铝箔形成，需要对电池10加热时，将铝箔连入电池加热系统100的加热回路中，提升电池10温度，保证电池10的正常工作。

下面结合图3具体描述根据本发明第二方面实施例的电池加热系统100。

根据本发明实施例的电池加热系统100包括根据上述实施例的电池10、开关20和电源30，开关20与两个加热电极12中的一个电连接，电源30的两端分别与开关20和两个加热电极12中的另一个电连接以给金属层加热。

具体地，如图3所示，电池加热系统100主要由电池10、开关20和电源30组成，其中，电池10的一个加热电极12与电池加热系统100的开关20通过导线电连接，电池10的另一个加热电极12与电池加热系统100的电源30的负极通过导线电连接，电源30的正极与开关20通过导线电连接，通过控制开关20的开闭，从而控制电池加热系统100的通断电。

由于根据本发明实施例的电池10具有上述技术效果，因此，根据本申请实施例的电池加热系统100也具有上述技术效果，即该电池加热系统100的结构简单，各部件连接可靠，成本低，操作方便，有利于提升电池10的温度，从而保证电池10在低温环境时的正常工作。

由此，通过直接对电池10的金属层进行加热，既可以省去需要在电芯14外部设计加热元件的麻烦，又避免了需要设计两种电子通道带来的复杂工艺。并且，金属材料的传热效果好，温度上升快，分布均匀，由于电池10的金属层与电解液直接接触，通过加热金属层实际上是直接加热电解液，能够有效地解决在低温条件下、电池10的电化学反应成为充放电过程控制步骤的难题。

此外，电池加热系统100还包括控制器40，控制器40与开关20相连以控制开关20在电池10的温度低于第一预定温度时、闭合开关20，在电池10温度高于第二预设温度时、断开开关20。

具体地，如图3所示，在本实施例中，电池加热系统100的电池10主要由金属壳11和电芯14组成，其中开关20和电源30分别与金属壳11上的两个加热电极12相连，开关20可以控制电池加热系统100的加热回路的通断，当电池10的温度低于第一预设温度时，控制器40控制开关20闭合，电池加热系统100的电源30直接对电池10的金属壳11加热；当电池10的温度大于第一预设温度且小于第二预设温度时，控制器40控制开关20仍然闭合，即电池加热系统100的电源30继续对电池10加热；当电池10的温度高于第二预设温度时，控制器40控制开关20断开，电池加热系统100的电源30停止对电池10的金属壳11加热。

该电池加热系统100控制方便，可以保证电池10的正常工作，使电池10在低温环境工作时，电芯14的正负极可以对外部负载进行正常放电，或者可以接受外部电源进行充电；当温度很低需要加热时，控制器40控制加热回路闭合，外部加热电源30可以通过电池10的金属壳11给电池10加热，温度上升到合适范围之后，控制器40控制断开加热电路。由此，控制器40可以根据电池10的温度控制开关20的启闭，从而适时地控制开关20的启闭，对电池10进行加热，保证电池10在低温环境的正常工作。

可选地，第一预设温度为0℃，第二预设温度为15℃。具体地，当电池10的温度低于0℃时，控制器40控制开关20闭合，电池加热系统100的电源30直接对电池10的金属壳11加热；当电池10的温度大于0℃且小于15℃时，控制器40控制开关20仍然闭合，即电池加热系统100的电源30继续对电池10加热；当电池10的温度高于15℃时，控制器40控制开关20断开，电池加热系统100的电源30停止对电池10的金属壳11加热，保证电池10的温度在合理的温度范围内，从而保证电池10在任何温度环境的正常充放电。

根据本发明实施例的电池10的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种电池，其特征在于，包括：

电芯，所述电芯具有正极引出端和负极引出端；

金属层，所述金属层包覆在所述电芯外，所述正极引出端和所述负极引出端的至少一部分伸出所述金属层外且与所述金属层绝缘，所述金属层上设有两个间隔开布置的加热电极。

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述金属层形成金属壳，所述电芯设在所述金属壳内。

3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述金属壳形成长方体，两个所述加热电极中的一个设在所述金属壳的侧壁上，两个所述加热电极中的另一个设在所述金属壳的顶壁上。

4.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述金属壳包括：

壳体，所述壳体的一端敞开形成安装所述电芯的开口，两个所述加热电极中的一个设在所述壳体的侧壁上；

盖体，所述盖体设在所述开口处，两个所述加热电极中的另一个设在所述盖体上。

5.根据权利要求4所述的电池，其特征在于，两个所述加热电极中的一个设在所述壳体的侧壁的下部。

6.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述金属壳与所述加热电极一体成型。

7.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电池为软包装电池，且包括复合膜，所述复合膜包括所述金属层和设在所述金属层的内侧表面以及设在所述金属层的外侧表面的保护层，两个所述加热电极的至少一部分伸出所述复合膜外。

8.根据权利要求7所述的电池，其特征在于，所述金属层为铝箔，所述复合膜为经热塑加工形成的铝塑膜，所述加热电极形成位于所述铝塑膜中部的铝箔。

9.一种电池加热系统，其特征在于，包括：

根据权利要求1-8中任一项所述的电池；

开关，所述开关与两个所述加热电极中的一个电连接；

电源，所述电源的两端分别与所述开关和两个所述加热电极中的另一个电连接以给所述金属层加热。

10.根据权利要求9所述的电池加热系统，其特征在于，还包括：控制器，所述控制器与所述开关相连以控制所述开关在所述电池的温度低于第一预定温度时、闭合所述开关，在所述电池温度高于第二预设温度时、断开所述开关。

11.根据权利要求10所述的电池加热系统，其特征在于，所述第一预设温度为0℃，所述第二预设温度为15℃。