CN107146860A - 电池单体、电池包及具有其的车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池单体、电池包及具有其的车辆，电池单体包括壳体、电极、电芯和电加热装置，电极包括设置在壳体上的正极和负极，电芯设置在壳体内，以及电加热装置设置在壳体的内部，电加热装置用于对电芯进行加热，电加热装置的电阻值随温度呈正相关地变化。根据本发明实施例的电池单体，通过在壳体内部设置电加热装置，同时将电加热装置构造为电阻值随温度呈正相关变化，这样，一方面可以利用加热装置直接电芯进行直接加热，另一方面，又可以利用电加热装置的电阻值与温度之间正相关变化的特性，在电芯温度过高时，增大电阻值从而降低加热功率，实现温度自限的功能，进而提高在加热过程中的使用可靠性以及安全性能。

Description

电池单体、电池包及具有其的车辆
技术领域
本发明涉及电池制造技术领域，尤其涉及一种电池单体、电池包及具有其的车辆。
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，因为化学反应速率受温度影响明显，一般当温度降低时，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，通过增加电池温度能够降低电池的内阻，提升电池的放电功率与充电效率。
相关技术中，部分电池采用外置式PTC加热片紧贴模组或电池单体外表面进行加热的方法提高电池内部温度，然而这种方式存在以下问题：一，只能在电池模组或电池单体外部进行加热，导致加热时间长、效果差；二，由于PTC加热片需要设有连接线束，进而增加了电池应用集成的难度。而部分电池单体采用在电池单体内部设计电流通道的方式以控制电池温度，但是这种方式增大了电池内部的电子通道设计工艺复杂性、不利于产业化生产，此外，在对电池进行加热的过程中，对加热温度进行控制时相对复杂，而且也往往存在一定的安全隐患且成本高。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。
为此，本发明提出一种电池单体，该电池单体的结构简单、紧凑，安全性能高、使用可靠，可以实现加热温度自限。
本发明还提出了一种包括上述实施例的电池单体的电池包。
本发明还提出了一种包括上述实施例的电池包的车辆。
根据本发明第一方面实施例的电池单体，包括壳体；电极，所述电极包括设置在所述壳体上的正极和负极；电芯，所述电芯设置在所述壳体内；以及电加热装置，所述电加热装置设置在所述壳体的内部，所述电加热装置用于对所述电芯进行加热，所述电加热装置的电阻值随温度呈正相关地变化。
根据本发明实施例的电池单体，通过在壳体内部设置电加热装置，同时将电加热装置构造为电阻值随温度呈正相关变化，这样，一方面可以利用加热装置直接电芯进行直接加热，另一方面，又可以利用电加热装置的电阻值与温度之间正相关变化的特性，在电芯温度过高时，增大电阻值从而降低加热功率，实现温度自限的功能，进而提高在加热过程中的使用可靠性以及安全性能。
根据本发明的一个实施例，所述电加热装置为PTC加热片，所述PTC加热片由在温度升高而电阻值变大的半导体材料制成。
根据本发明进一步的示例，所述PTC加热片构造成：在所述PTC加热片的温度超过温度阈值时转变为不导电的绝缘体，也即是说，当PTC加热片的温度超过温度阈值后，PTC加热片形成为绝缘体，这样，PTC加热片的加热功率将自动降为0，从而停止对电芯的加热，保障电芯的安全性。
根据本发明的一个实施例，所述电芯为卷芯；所述电加热装置被构造成曲折弯道状结构；或者所述电加热装置设置在所述卷芯的中心空腔内；或者所述电加热装置设置在所述壳体的内壁面与所述卷芯之间；或者所述电加热装置设置在相邻的两个所述卷芯之间。
根据本发明的一个实施例，电池单体还包括加热电极，所述加热电极与电加热装置相连，从而便于用户对所述电加热装置进行通电。
根据本发明进一步的示例，所述加热电极包括两个，两个所述加热电极间隔开设在所述壳体上。
根据本发明的可选示例，两个所述加热电极中的一个与所述正极相连，另一个与所述负极相连，这样，既可以通过加热电极实现对电加热装置的通电，进而实现对电池单体内部电芯的加热作用，同时，又可以利用电池单体本身实现对所述电加热装置的供电，从而实现电池单体功能的集成，简化电池单体的线路连接及结构。
根据本发明第二方面实施例的电池包，包括根据本发明上述实施例的电池单体。
根据本发明实施例的电池包，通过采用根据本发明实施例的电池单体，具有结构简单、紧凑，安全性能高、使用可靠，可以实现加热温度自限等特点。
根据本发明的一个实施例，所述加热电极包括两个，两个所述加热电极间隔开设在所述壳体上，两个所述加热电极与所述电加热装置以及用于向电加热装置提供电能的电源之间形成的加热电路为无开关式加热电路。
根据本发明的一个实施例，所述加热电极包括两个，两个所述加热电极间隔开设在所述壳体上，两个所述加热电极中的一个与所述正极相连，另一个与所述负极相连，两个所述加热电极与所述电加热装置以及用于向电加热装置提供电能的电源之间形成的加热电路为无开关式加热电路。
根据本发明的一个实施例，所述加热电极包括两个，两个所述加热电极间隔开设在所述壳体上，电池包还包括电源，所述电源与两个所述加热电极电连接以对所述电加热装置进行加热。这样利用电源与加热电极之间的电连接以实现对电加热装置通电，进而通过电加热装置产生热量，实现对电芯的加热作用。
根据本发明第三方面实施例的车辆，包括根据本发明上述实施例的电池包。
根据本发明实施例的车辆，通过采用根据本发明实施例的电池包，具有安全性能高、使用可靠等特点。
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
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的电加热装置和加热电极的组装示意图；
图2是根据本发明一个实施例的电池单体的示意图；
图3是根据本发明又一个实施例的电池单体的示意图；
图4是根据本发明一个实施例的电池单体的卷芯和电加热装置的装配示意图；
图5是根据本发明又一实施例的电池单体的卷芯和电加热装置的装配示意图；
图6是根据本发明又一实施例的电池单体的卷芯和电加热装置的装配示意图；
图7是根据本发明又一实施例的电池单体的卷芯和电加热装置的装配示意图；
图8是根据本发明又一实施例的电池单体的卷芯和电加热装置的装配示意图；
图9是根据本发明又一实施例的电池单体的卷芯和电加热装置的装配示意图。
图10是根据本发明实施例的电池包的示意图。
附图标记：
100：电池单体；
10：壳体；11：腔室；12：正极；13：负极；
21：加热电极；
30：卷芯；31：正极极片；32：负极极片；33：隔膜；
40：电源；
50：电加热装置；51：通电电极；52：半导体材料。
200:电池包；201：密封壳体；202：电池模组202。
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，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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。
下面参照附图描述根据本发明第一方面实施例的电池单体100，的电池单体100可以是软包装电池单体、方型硬壳电池单体、圆柱型电池单体，也可以是各类异形电池单体等。
如图1-图9所示，根据本发明实施例的电池单体100包括壳体10、电极、电芯和电加热装置50。
电极包括正极12和负极13，正极12和负极13均设在壳体10上，通过将电极的正极12和负极13与外接负载相连，可以实现电池单体100的供电作用。
壳体10内限定出用于容纳电芯的腔室11，电芯设在壳体10的腔室11内，电加热装置50设在壳体10的内部，同时，电加热装置50被构造成电阻值随温度呈正相关变化，也就是说，电加热装置50的电阻值随着电加热装置50的温度的增大而增大，或者随着温度的减小而减小，这样，利用电加热装置50对电芯进行加热，当电加热装置50的温度上升到一定值时，电加热装置50的加热功率逐渐自动降低，直至接近0，而当电加热装置50的温度较低时，将热效率较高。
由此，根据本发明实施例的电池单体100，通过在壳体10内部设置电加热装置50，同时将电加热装置50构造为电阻值随温度呈正相关变化，这样一方面可以利用加热装置直接电芯进行直接加热，另一方面，又可以利用电加热装置50的电阻值与温度之间正相关变化的特性，在电芯温度过高时，增大电阻值从而降低加热功率，实现温度自限的功能，进而提高在加热过程中的使用可靠性以及安全性能。
根据本发明的一个实施例，电加热装置50为PTC加热片，PTC加热片由温度升高、电阻随之增大的半导体材料52制成，例如，如图1和图2所示，PTC加热片由通电电极51以及半导体材料52组成，半导体材料52大致形成为曲折弯道状结构，这样，利用PTC加热片对电芯进行加热，既可以便于制造、组装电池单体100，同时，又可以利用电阻随温度增大的特性，实现温度自限，进而提高加热过程中电池单体100的安全性能。
根据本发明进一步的示例，PTC加热片具有预设的温度阈值，例如，PTC加热片的温度阈值可以为电池单体100适宜的工作温度(如15℃)，当PTC加热片的温度超过温度阈值时，PTC加热片转变为不导电的绝缘体，这样，PTC加热片的加热功率将自动降为0，从而停止对电芯的加热，保障电芯的安全性。
根据本发明的可选示例，电芯为卷芯30，卷芯30可以由正极极片31、负极极片32和隔膜33组成，并且通过卷绕、叠片或者其他工艺方式形成，电加热装置50被构造成曲折弯道状结构，从而通过曲折弯道状结构增大电加热装置50的电阻以及加热面积，提高电加热装置50的加热效率。
进一步地，如图4所示，电加热装置50可以设在卷芯30的中心空腔内，或者如图6和图9所示，电加热装置50可以设在相邻的两个卷芯30之间，或者如图8所示，电加热装置50可以设在邻近壳体10的卷芯30与壳体10之间，再者如图5所示，电加热装置50还可以构造为包围卷芯30的框体结构，再者如图7所示，电加热装置50大致被构造成包围相邻两个卷芯30的S形结构。
由此使得电加热装置50与卷芯30本身相互独立，进而使得用户可以通过对加热电极21通电，进而间接实现电加热装置50的通电，实现对电芯内部的加热目的。
如图1-图3，根据本发明的一个实施例，电池单体100还包括加热电极21，加热电极21与电加热装置50电连接，由此，通过将供电电源40与加热电极21电连接，进而间接地实现对电加热装置50通电，达到利用电加热装置50通电放热以加热电芯的目的。
如图1-图3，在本发明进一步的示例中，加热电极21包括两个，两个加热电极21均设在与正极12和负极13相对的另一侧，并且两个加热电极21间隔开布置在壳体10上，从而使得用户通过将电源40与加热电极21电连接，进而对电加热装置50进行通电，使得电加热装置50通电后产生热量，进而实现对电芯的加热。
如图3，在本发明的进一步的示例中，两个加热电极21中的一个与正极12电连接，另一个与负极13电连接以构成加热电路，即加热电路中的电源40为电池单体100本身，由此，利用电池单体100内部放电实现对电加热装置50的通电，也就是说，将电池单体100作为电加热装置50的供电电源，从而既可以利用电加热装置50通电而实现对电池单体100的电芯进行加热，进而达到提高电池单体100放电效率和安全性能的作用，而且又可以通过电池单体100对电加热装置50进行供电，从而省去外接电源40，进而进一步简化电池单体100的使用。
图10示出了根据本发明第二方面实施的电池包200。电池包200可以包括密封壳体201，密封壳体201可以包括电池上盖和电池下盖，电池上盖与电池下盖密封连接，多个电池单体100并置组装成电池模组202，多个电池模组202可以根据电量需求、空间布置等要求而灵活的布置在密封壳体201内，电池模组202之间可以通过铜排串联连接。
据本发明实施例的电池包200，通过采用根据本发明上述实施例的电池单体100，具有结构简单、紧凑，安全性能高、使用可靠，可以实现加热温度自限等特点。
如图2和图3所示，根据本发明的一个实施例，电池单体100为上述实施例中具有两个加热电极21的电池单体100时，两个加热电极21、电加热装置50以及用于向电加热装置50提供电能的电源40之间电连接以形成加热电路，这里需要说明的是，用于向电加热装置50提供电能的电源40既可以是外接电源(如图2所示)，也可以是利用电池单体100本身作为供电电源(如图3所示)，本领域技术人员可以根据实际设计需要进行调整。
如图2，根据本发明的另一个实施例，电池单体100为上述实施例中具有两个加热电极21的电池单体100时，电池包200还包括电源40，电源40的两端与两个加热电极21电连接，从而实现对电加热装置50的进行通电，进而通过电加热装置50通电放热以达到对电池单体100内部电芯的加热效果。
下面参考附图描述根据本发明第三方面实施的车辆。
根据本发明实施例的车辆，通过采用根据本发明实施例的电池包200，具有安全性能高、使用可靠等特点。
根据本发明实施例的电池单体100、电池包200以及车辆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”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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。
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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
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不脱离本发明的原理和宗旨的情况下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)

1.一种电池单体，其特征在于，包括：
壳体；
电极，所述电极包括设置在所述壳体上的正极和负极；
电芯，所述电芯设置在所述壳体内；以及
电加热装置，所述电加热装置设置在所述壳体的内部，所述电加热装置用于对所述电芯进行加热，所述电加热装置的电阻值随温度呈正相关地变化。
2.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述电加热装置为PTC加热片，所述PTC加热片由在温度升高而电阻值变大的半导体材料制成。
3.根据权利要求2所述的电池单体，其特征在于，所述PTC加热片构造成：在所述PTC加热片的温度超过温度阈值时转变为不导电的绝缘体。
4.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述电芯为卷芯；
所述电加热装置构造成曲折弯道状结构；或者
所述电加热装置设置在所述卷芯的中心空腔内；或者
所述电加热装置设置在所述壳体的内壁面与所述卷芯之间；或者
所述电加热装置设置在相邻的两个所述卷芯之间。
5.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，还包括：
加热电极，所述加热电极与所述电加热装置相连。
6.根据权利要求5所述的电池单体，其特征在于，所述加热电极包括两个，两个所述加热电极间隔开设在所述壳体上。
7.根据权利要求6所述的电池单体，其特征在于，两个所述加热电极中的一个与所述正极相连，另一个与所述负极相连。
8.一种电池包，其特征在于，包括根据权利要求1-7中任一项所述的电池单体。
9.根据权利要求8所述的电池包，其特征在于，所述电池单体为根据权利要求6或7所述的电池单体；
两个所述加热电极与所述电加热装置以及用于向电加热装置提供电能的电源之间形成的加热电路为无开关式加热电路。
10.根据权利要求8所述的电池包，其特征在于，所述电池单体为根据权利要求6所述的电池单体；
所述电池包还包括：电源，所述电源与两个所述加热电极电连接以对所述电加热装置进行加热。
11.一种车辆，其特征在于，包括根据权利要求8-10中任一项所述的电池包。
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