CN110957539B - 一种可加热式双极性电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可加热式双极性电池，可加热式双极性电池的集流体热交换部或者加热部经由导电线缆与双极性电池的正极端子和负极端子电连接，形成串联、并联或混联的加热电路。当双极性电池运行之前——即充放电之前，可将控制开关闭合使得外部电源的电流或电池自身的电流流经集流体热交换部或加热部从而对双极性电池堆直接加热；当双极性电池堆内的温度达到一定范围内时，将控制开关断开，使得外部电源的电流不再流经集流体热交换部或加热部而是对双极性电池堆进行充电，或者电池自身的电流不再流经集流体热交换部或加热部而是对外部负载提供电流。该可加热式双极性电池的加热结构简单、操作简便，而且还可以起到屏蔽电路和均衡电路的作用。

Description

一种可加热式双极性电池

技术领域

本发明涉及电池领域，具体地涉及一种可加热式双极性电池。

背景技术

双极性电池的电池堆由两个单极性电极片、若干个双极性电极片、隔离层和电解液组成。双极性电极片是指在双极性集流体两侧分别涂覆正极材料层和负极材料层后具有两个极性的电极片，单极性电极片是指在单极性集流体一侧涂覆正极材料层或负极材料层后具有单极性的电极片。由于双极性电池堆的电池单元由集流体、正极材料层、隔离层、负极材料层和另一集流体构成，每个电池单元都是一个独立的电化学结构，因而可以通过增加双极性电极片的数量来增加电池单元的个数，进而提高电池的总体电压。双极性电池具有电池单元之间电阻能耗小、电极表面电流和电位分布均匀、电池充放电速度快等优势，因此适用于电动汽车、电力调频等领域。

然而，环境温度对双极性电池的性能影响较大。我国北方冬天的室外温度平均约-20℃，在高海拔地区以及在极端天气下室外温度甚至可达到-40℃以下，在这样的环境温度下，将会导致电池堆的容量衰减，特别是在电池快速充电时容易造成电池析锂，进而导致电池堆短路等故障。也就是说，低温环境不仅影响电池的倍率、容量等性能，而且还容易造成短路等安全故障。另外，为了进一步提高电池性能，在电池中会采用可在较高温度下提升离子迁移速率、提高电池的倍率性能的高温电解液，因此会要求进一步提高电池的环境温度，这样就需要在电池工作过程中提供稳定的高温环境。

发明内容

针对以上存在的问题，本发明提供一种可加热式双极性电池，至少部分电极片的集流体从电极片四周边缘的绝缘密封框伸出从而形成翅片状的集流体热交换部，另外，还可设有与翅片状的集流体热交换部导热接触的加热部。集流体热交换部或者加热部经由导电线缆与双极性电池的正极端子和负极端子电连接，形成串联、并联或混联的加热电路，在加热电路上还设有控制导电连接或断开的控制开关。当双极性电池运行之前——即充放电之前，可将控制开关闭合使得外部电源的电流(充电阶段)或电池自身的电流(放电阶段)流经集流体热交换部或加热部从而对双极性电池堆直接加热；当双极性电池堆内的温度达到一定范围内时，将控制开关断开，使得外部电源的电流不再流经集流体热交换部或加热部而是对双极性电池堆进行充电(充电阶段)，或者电池自身的电流不再流经集流体热交换部或加热部而是对外部负载提供电流(放电阶段)。另外，在双极性电池堆应用于电力调频场合的情况下，由于充放电电流波动较大，所以当大电流充电时可以将控制开关闭合，使得一部分充电电流流经加热部并转换成热量，从而可以避免大电流对双极性电池造成的析锂等问题，延长双极性电池使用寿命。本发明提供的技术方案如下：

根据本发明提供一种可加热式双极性电池，可加热式双极性电池包括正极端子、负极端子和双极性电池堆，双极性电池堆分别与正极端子和负极端子电连接。双极性电池堆包括设有绝缘密封框、集流体以及正极材料层和/或负极材料层的多个电极片，多个电极片按照不同极性的电极材料层相对放置的顺序上下串联层叠。在相邻的电极片之间设有隔离层。由一集流体、正极材料层、隔离层、负极材料层和另一集流体构成电池单元。绝缘密封框围绕电极片的四周边缘设置。也就是说，双极性电池堆的电极片由双极性电极片、端面正极片和端面负极片组成。双极性电极片包括双极性集流体以及位于双极性集流体两侧的正极材料层和负极材料层；端面正极片包括端面正极集流体和位于端面正极集流体一侧的正极材料层；端面负极片包括端面负极集流体和位于端面负极集流体一侧的负极材料层。双极性电极片、端面正极片和端面负极片统称为电极片，双极性集流体、端面正极集流体和端面负极集流体统称为集流体。

可加热式双极性电池中的各个电极片可以为第一电极片或第二电极片，第一电极片的绝缘密封框完全包绕第一电极片的集流体的四周边缘，第二电极片的集流体从绝缘密封框的一个或多个侧面伸出从而形成翅片状的集流体热交换部，其中，第一电极片的数量≥0，第二电极片的数量≥1。换句话说，从电极片的集流体是否从电极片的绝缘密封框向外伸出的角度来看，将电极片分为第一电极片和第二电极片。在第一电极片中，集流体不从绝缘密封框向外延伸，而是集流体的边缘完全被绝缘密封框包住；在第二电极片中，集流体的至少一边从绝缘密封框向外延伸，集流体的从绝缘密封框向外延伸的部分称为集流体热交换部。在双极性电池堆中，至少设有一个具有翅片状的集流体热交换部的第二电极片。

对双极性电池堆的加热可以通过对集流体热交换部直接施加电流或者通过对与集流体热交换部邻接并导热的加热部施加电流来实现。电流在流经集流体热交换部并进而流经集流体时，由于集流体本身的电阻使得电流流经集流体的过程中将产生热量，电阻电路产生的热量 Q＝I²×R，其中I为流经集流体的电流，R为集流体的电阻阻值。该热量将会在电极片之间进行热传递，从而对整个双极性电池堆进行加热。同样地，电流在流经加热部时，由于加热部本身的阻值使得电流流经加热部的过程中将产生热量，该热量将传递至集流体热交换部、集流体并且在电极片之间传递，从而对整个双极性电池堆进行加热。

在对集流体热交换部直接施加电流的情况下，利用导电线缆的连接使得电流从正极端子/ 负极端子经由第二电极片的集流体热交换部和集流体流至负极端子/正极端子，集流体热交换部上的与导电线缆电连接的部位即为集流体热交换部的电连接部。例如，一导电线缆的一端与正极端子电连接并且另一端与集流体热交换部的第一电连接部电连接，另一导电线缆的一端与负极端子电连接并且另一端与集流体热交换部的第二电连接部电连接。同一第二电极片上的第一电连接部和第二电连接部尽量相距较远的距离，从而可以使得电流尽量在集流体上均匀分布，且流经较远的距离并产生较大的热量。当集流体热交换部从第二电极片的相对两侧伸出时，可将第一电连接部设置于从第二电极片一侧伸出的集流体热交换部上并且将第二电连接部设置于从第二电极片相对一侧伸出的集流体热交换部上。在可加热式双极性电池的正极端子和负极端子分别与外部电源电连接进行充电的情况下，利用外部电源的电流能够对第二电极片的集流体加热从而实现对整个双极性电池的加热，在可加热式双极性电池的正极端子和负极端子分别与外部负载电连接进行放电的情况下，利用可加热式双极性电池内自身的电流能够对第二电极片的集流体加热从而实现对整个双极性电池的加热。

当双极性电池堆中包括多个第二电极片时，可将多个第二电极片和导电线路组成串联、并联或混联的加热电路。当通过导电线路将多个第二电极片并联时，位于每个第二电极片的整体集流体热交换部的一部分上的第一电连接部或位于每个第二电极片的其中一个集流体热交换部上的第一电连接部可通过第一支路导电线缆和第一总导电线缆与正极端子相连，位于每个第二电极片的整体集流体热交换部的另一部分上的第二电连接部或位于每个第二电极片的其中另一集流体热交换部上的第二电连接部可通过第二支路导电线缆和第二总导电线缆与负极端子相连，从而使得多个第二电极片经由第一支路导电线缆、第一总导电线缆、第二支路导电线缆和第二总导电线缆构成并联的加热电路，其中第二电极片的集流体构成并联的加热电路的加热元件。也就是说，在每个第二电极片的集流体热交换部上可设有用于与导电线缆电连接的第一电连接部和第二电连接部，第一电连接部和第二电连接部可以例如为集流体热交换部与导电线缆的焊点部位。如果每个第二电极片设有从一侧面延伸的单个集流体热交换部或者设有从多个侧面延伸的整体的集流体热交换部，则第一电连接部可位于集流体热交换部的一部分并且第二电连接部可位于集流体热交换部的另一部分；如果每个第二电极片设有从多个侧面延伸的多个独立的集流体热交换部，则第一电连接部可位于其中一个集流体热交换部，而第二电连接部可位于其中另一集流体热交换部。在第一支路导电线缆与正极端子之间的第一总导电线缆上设置第一总开关和/或在第二支路导线与负极端子之间的第二总导电线缆上设置第二总开关，通过控制第一总开关和/或第二总开关可以闭合或断开加热电路。

在集流体热交换部的第一电连接部与第一总导电线缆之间的各个第一支路导电线缆上可以设置第一电阻和/或在集流体热交换部的第二电连接部与第二总导电线缆之间的各个第二支路导电线缆上可以设置第二电阻。第一电阻和第二电阻可以为可变电阻，通过调节可变电阻的大小可以控制流经第二电极片的集流体的电流大小，从而控制电流流经集流体所产生的热量。另外，通过控制各个可变电阻，可以使得流经中间第二电极片以及流经靠近双极性电池堆端面的第二电极片的电流不同，例如使得流经中间第二电极片的电流小于流经靠近端面的第二电极片的电流，从而使得整个双极性电池堆的热量能够均衡。

在集流体热交换部的第一热交换部与第一总导电线缆之间的各个第一支路导电线缆上可以设置第一支路开关和/或在集流体热交换部的第二热交换部与第二总导电线缆之间的各个第二支路导电线缆上可以设置第二支路开关。通过控制第一支路开关和第二支路开关的闭合或断开，可以控制电流流经全部第二电极片或者仅流经其中部分第二电极片，从而可以根据双极性电池堆加热的需要进行灵活的调节。

在并联加热电路的支路上设置第一支路开关和/或第二支路开关的情况下，还可以对在充放电过程中发生故障的电池单元进行屏蔽。具体地讲，当某一电池单元发生故障时，通过将与该电池单元上下两侧的两个集流体相对应的两个第一支路开关和/或两个第二支路开关闭合，使得电流从上游电池单元、流经两个第一支路导电线缆和/或两个第二支路导电线缆、然后流至下游电池单元，从而将发生故障的电池单元屏蔽，避免发生故障的电池单元过热燃烧。电池单元的故障情况可通过检测装置进行检测，因此可加热式双极性电池还可设有用于检测各个电池单元是否发生故障的检测装置。检测装置可包括电压采集器、电流传感器、温度传感器、压力传感器、气氛测试仪、内阻测试仪和烟雾传感器等中的一种或几种。当在可加热式双极性电池充放电的过程中检测装置检测到某个电池单元发生故障时，通过将与发生故障的电池单元的两个集流体相对应的两个第一支路开关和/或两个所述第二支路开关闭合，可将发生故障的电池单元屏蔽。

另外，可加热式双极性电池堆还可设有与集流体热交换部邻接并产热的加热部。利用导电线缆的连接使得电流从正极端子/负极端子经由加热部流至负极端子/正极端子，从而使得加热部产生热量。在同一加热部上可设有与正极端子直接或间接连接的第一电连接部以及与负极端子直接或间接连接的第二电连接部，两个电连接部尽可能相距较远的距离，从而可以使得电流尽量在加热部上均匀分布，且流经较远的距离并产生较大的热量。例如，加热部的横截面形状可以为“U”型，将“U”型形状的两个端点部分分别作为第一电连接部和第二电连接部。在可加热式双极性电池的正极端子和负极端子分别与外部电源电连接进行充电的情况下，利用外部电源的电流能够对加热部加热从而实现对整个双极性电池的加热，在可加热式双极性电池的正极端子和负极端子与外部负载电连接进行放电的情况下，利用可加热式双极性电池内自身的电流能够对加热部加热从而实现对整个双极性电池的加热。

在可加热式双极性电池的设有延伸的集流体热交换部的全部侧面中的至少一个侧面上，可在每两个相邻的集流体热交换部之间分别插入加热部。当双极性电池堆中包括多个加热部时，可将多个加热部和导电线缆组成串联、并联或混联的加热电路。例如，各个加热部可通过串联导电线缆依次串联，位于两端的两个加热部分别通过导电线缆与正极端子和负极端子电连接，在正极端子与位于一端的加热部之间的导电线缆上设置第一开关和/或在负极端子与位于另一端的加热部之间的导电线缆上设置第二开关，通过控制第一开关和/或第二开关可以闭合或断开加热电路。当在可加热式双极性电池的多个侧面上设有加热部时，位于可加热式双极性电池的不同侧面的加热部能够分别单独设置或者一体成型。例如，可在每两个相邻的集流体热交换部之间设置条形结构的加热部，当在可加热式双极性电池的相对侧面上设有延伸的集流体热交换部时，在可加热式双极性电池的相对两侧分别设置独立的加热部的情况下加热部可以为直线条形结构，在设置一体的加热部的情况下加热部可以为一体的U型条形结构或“口”字型条形结构。

在多个加热部串联连接的情况下，还可利用加热部作为均衡电阻。在这种情况下，可加热式双极性电池还可设有均衡导电线缆和均衡开关，均衡导电线缆的一端电连接于集流体热交换部并且均衡导电线缆的另一端电连接于串联导电线缆。均衡开关设置于串联导电线缆上，通过将均衡开关闭合能够使得流经电池单元的电流部分地经由均衡导电线缆和加热部进行分流，从而能够对各个电池单元之间的电流进行均衡。加热部除了作为均衡电阻之外，由于部分电流流经加热部，因此，在电池充放电期间也可对电池进行加热。

除了上面所述将加热部插入相邻的两个集流体热交换部之间以外，还可以将加热部设置成包绕集流体热交换部的形式。例如，单个加热部与位于可加热式双极性电池至少一个侧面上的全部集流体热交换部以包绕的方式邻接并产热，加热部的一端经由导电线缆与正极端子电连接，加热部的另一端经由导电线缆与负极端子电连接。也就是说，加热部可以设置成弯曲板的形式。该弯曲板可以为设置于可加热式双极性电池的一个侧面上的弯曲板，或者可以为同时设置于可加热式双极性电池的多个侧面上的一体成型的弯曲板。在加热部的一端与正极端子之间的导电线缆上可设置第一开关和/或在加热部的另一端与负极端子之间的导电线缆上可设置第二开关，通过控制第一开关和/或第二开关可以闭合或断开加热电路。

集流体的材料可以为铝、铁、不锈钢、镍、铜、铬、碳、铜铝合金、锂铝合金和导电聚合物等中的一种或几种。加热部可以为热敏电阻(PTC)；或者，加热部可以为联苯型聚酰亚胺薄膜(Upilex)；或者，加热部可以为内置导电金属且外设绝缘导热材料的复合体，内置导电金属的材料可以为镍铬合金、银、铜、铝、银合金、铜合金和铝合金等中的一种或几种，外设绝缘导热材料可以为硅胶、陶瓷、石膏和相变材料等中的一种或几种；或者，加热部可以为加热电阻器。优选地，加热部为PTC热敏电阻，可以有效地将电流转化为热量。

在本发明中，上、下、侧面等方位词仅是为了使得表述清楚，而不起到任何限制的作用。

本发明的优势在于：

1)在双极性电池启动(充电或者放电)运行之前，先将加热电路的控制开关闭合，使得外部电源或者双极性电池内部的电流直接流入加热电路，进而加热电路会对双极性电池进行加热。当双极性电池内的温度达到一定范围内时，将加热电路的控制开关断开，双极性电池便可以进行正常的充放电运行。这样能够使得双极性电池快速有效地达到一定温度，从而使得双极性电池的工作性能达到最优，该可加热式双极性电池的加热结构简单、操作简便。

2)加热电路的加热电阻还可以作为均衡电阻，当充放电电流波动较大或大电流充电时，可闭合均衡开关，使得一部分电流经由加热电阻转换成热量，然后通过集流体将热量传导至双极性电池的内部从而在均衡电流的同时可以对双极性电池进行加热。

附图说明

图1(a)-(b)为根据本发明第一实施方式的可加热式双极性电池的双极性电池堆的示意图，其中，图1(a)为在双极性电池堆加热过程中的双极性电池堆的示意图，图1(b)为在充放电过程中对发生故障的电池单元进行屏蔽的示意图；

图2为根据本发明第二实施方式的可加热式双极性电池的双极性电池堆的示意图；

图3为根据本发明第三实施方式的可加热式双极性电池的双极性电池堆的示意图；

图4为根据本发明第四实施方式的可加热式双极性电池的双极性电池堆的示意图；

图5(a)-(d)为根据本发明第五实施方式的可加热式双极性电池的双极性电池堆的示意图，其中，图5(a)为双极性电池堆的一电路示意图，图5(b)为双极性电池堆的一结构示意图；图5(c)为双极性电池堆的另一电路示意图，图5(d)为双极性电池堆的另一结构示意图。

附图标记列表

1——双极性电池堆

2——端面正极片

201——端面正极集流体

3——端面负极片

301——端面负极集流体

4——双极性电极片

401——双极性集流体

5——绝缘密封框

6——隔离层

7——电池单元

8——正极端子

9——负极端子

10——第一电极片

11——第二电极片

1101——集流体热交换部

12——第一支路导电线缆

1201——第一支路开关

13——第一总导电线缆

1301——第一总开关

14——第二支路导电线缆

1401——第二支路开关

15——第二总导电线缆

16——加热部

17——第一导电线缆

1701——第一开关

18——第二导电线缆

1801——第二开关

19——串联导电线缆

20——均衡导电线缆

2001——均衡开关

21——均衡电阻

具体实施方式

下面将结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。

图1(a)-(b)为根据本发明第一实施方式的可加热式双极性电池的双极性电池堆的示意图，其中，图1(a)为在双极性电池堆加热过程中的双极性电池堆的示意图，图1(b)为在充放电过程中对发生故障的电池单元进行屏蔽的示意图。如图1(a)-(b)所示，双极性电池堆1包括位于最上侧的端面正极片2、位于最下侧的端面负极片3以及置于其间的多个双极性电极片4。端面正极片2设有端面正极集流体201、涂覆于端面正极集流体一侧的正极材料层以及设置于端面正极片的四周边缘的绝缘密封框5。端面负极片3设有端面负极集流体301、涂覆于端面负极集流体一侧的负极材料层以及设置于端面负极片的四周边缘的绝缘密封框5。双极性电极片4设有双极性集流体401、涂覆于双极性集流体两侧的正极材料层和负极材料层以及设置于双极性电极片的四周边缘的绝缘密封框5。以不同极性的电极材料层相对放置的顺序将电极片进行串联叠置，在不同极性的电极材料层之间设置有隔离层6。由一电极片的集流体和正极材料层、隔离层、另一电极片的负极材料层和集流体构成电池单元7。端面正极片的端面正极集流体201与正极端子8电连接，端面负极片的端面负极集流体301与负极端子9电连接。

在图1(a)-(b)所示的实施方式中，双极性电池堆中的全部电极片均为第二电极片，即电极片的集流体从绝缘密封框的侧面伸出从而形成翅片状的集流体热交换部1101。第二电极片的集流体热交换部1101的第一电连接部通过第一支路导电线缆12和第一总导电线缆13与正极端子 8相连。在第一支路导线上设有第一支路开关1201，在第一总导电线缆上设有第一总开关 1301。第二电极片的集流体热交换部1101的第二电连接部通过第二支路导电线缆14和第二总导电线缆15与负极端子9相连。在第二支路导线上设有第二支路开关1401。由第一总导电线缆13、第一支路导电线缆12、第二电极片的集流体(端面正极集流体201、端面负极集流体301和双极性集流体401)、第二支路导电线缆14以及第二总导电线缆15组成并联的加热电路，其中，全部第二电极片的集流体构成并联的加热电路的加热元件。在电池充放电之前，通过将第一总开关1301以及全部或部分的第一支路开关1201及第二支路开关1401闭合，可以对双极性电池堆进行加热。在图1(a)中以充电过程为例，在可加热式双极性电池的正极端子与外部电源的正极电连接、负极端子与外部电源的负极电连接的情况下，将第一总开关1301、全部第一支路开关1201以及全部第二支路开关1401闭合，使得外部电源的电流从正极端子8经由第一总导电线缆13、第一支路导电线缆12、集流体、第二支路导电线缆14、第二总导电线缆15流至负极端子9(如图中箭头所示)。电流流经集流体会产生热量，所产生的热量将对双极性电池堆进行加热。当加热结束后，断开第一总开关1301、全部第一支路开关1201和全部第二支路开关1401，使得外部电源对双极性电池堆进行正常的充电。

在图1(b)中示出了在充电过程中将发生故障的电池单元进行屏蔽的示意图。第一支路导电线缆12、第一支路开关1201、第二支路导电线缆14和第二支路开关1401除了用于构成加热电路之外，还可以用于构成屏蔽线路。例如，当在充电过程中某一电池单元发生故障时，将与发生故障的电池单元的上下两侧集流体相对应的两个第一支路开关1201和两个第二支路开关1401闭合，使得电流不再流经发生故障的电池单元，而是从上游电池单元经由两个第一支路导电线缆12以及经由两个第二支路导电线缆14流向下游电池单元(如图中箭头所示)，从而将发生故障的电池单元进行屏蔽。

图2为根据本发明第二实施方式的可加热式双极性电池的双极性电池堆的示意图。图2 所示的第二实施方式与图1(a)-(b)所示的第一实施方式类似，其主要不同之处在于，在第二实施方式中，双极性电池堆除了设有第二电极片11之外还设有第一电极片10。在第一电极片中，绝缘密封框完全包绕集流体的四周边缘，也就是说集流体不从绝缘密封框向外延伸。多个第一电极片10和多个第二电极片11交叉层叠。第二电极片11的集流体热交换部1101的第一电连接部通过第一支路导电线缆12和第一总导电线缆13与正极端子8相连。在第一支路导电线缆12上设有第一支路开关1201，在第一总导电线缆上设有第一总开关1301。第二电极片11的集流体热交换部1101的第二电连接部通过第二支路导电线缆14和第二总导电线缆 15与负极端子9相连。在第二支路导电线缆14上设有第二支路开关1401。由第一总导电线缆13、第一支路导电线缆12、第二电极片11的集流体、第二支路导电线缆14以及第二总导电线缆15组成并联的加热电路，其中，全部第二电极片11的集流体构成并联的加热电路的加热元件。在电池充放电之前，通过将第一总开关1301以及全部或部分的第一支路开关1201 及第二支路开关1401闭合，可以首先对第二电极片11的集流体进行加热，通过热量在双极性电池堆内的传导，可以对整个双极性电池堆进行加热。

图3为根据本发明第三实施方式的可加热式双极性电池的双极性电池堆的示意图。在该实施方式中，双极性电池堆设有多个交叉层叠的第一电极片10和第二电极片11。可加热式双极性电池还设有加热部16，加热部16为弯曲板的形式，其与全部第二电极片11的集流体热交换部1101以包绕的方式邻接并产热。加热部16的一端(第一电连接部)经由第一导电线缆17与正极端子8电连接，加热部16的另一端(第二电连接部)经由第二导电线缆18与负极端子9电连接。在第一导电线缆17上设有第一开关1701。由第一导电线缆17、加热部16和第二导电线缆18组成加热电路。当电流流经加热部16时会使得加热部16产生热量，加热部16将热量传递给与其邻接并导热的第二电极片11的集流体热交换部1101，热量经由第二电极片11的集流体传递并进而对整个双极性电池堆进行加热。以电池放电过程为例，将第一导电线缆17上的第一开关1701闭合，电池内部自身的电流将从正极端子8首先流向阻值较小的加热部16(与外部负载的阻值相比较)并流至负极端子9，从而在对外部负载供电之前可以先利用电池自身的电流对双极性电池堆进行加热。当双极性电池的温度达到预定温度后，将第一开关1701断开，从而使得双极性电池能够在较好的工作性能状态下对外部负载提供电流。

图4为根据本发明第四实施方式的可加热式双极性电池的双极性电池堆的示意图。图4 所示的第四实施方式与图3所示的第三实施方式类似，其主要不同之处在于，在第四实施方式中，加热部16不是一体成型的弯曲板的形式，而是插入相邻的两个集流体热交换部1101 之间的条形结构。条形的加热部16的横截面形状例如为U型。位于两端的两个加热部16分别经由第一导电线缆17和第二导电线缆18与正极端子8和负极端子9电连接，中间的加热部16经由串联导电线缆19进行串联。在第一导电线缆17上设有第一开关1701。由第一导电线缆17、加热部16、串联导电线缆19和第二导电线缆18组成加热电路。

图5(a)-(d)为根据本发明第五实施方式的可加热式双极性电池的双极性电池堆的示意图，其中，图5(a)为双极性电池堆的电路示意图，图5(b)为双极性电池堆的结构示意图；图5(c)为双极性电池堆的另一电路示意图，图5(d)为双极性电池堆的另一结构示意图。如图5(a)和图5(c)所示，双极性电池堆的电池单元7经由均衡导电线缆20与均衡电阻21并联，在均衡导电线缆20上设有均衡开关2001。

在图5(a)所示的电路中，在第一导电线缆17上设有第一开关1701，在第二导电线缆 18上设有第二开关1801，在均衡导电线缆20上设有均衡开关2001。例如，当其中某一个电池单元7的电流较大时，通过将与该电池单元相连的均衡导电线缆上的均衡开关2001闭合，可以使得一部分电流经由均衡导电线缆、均衡电阻分流，然后在该电池单元的下游电池单元汇流。在与图5(a)的电路示意图相对应的结构示意图图5(b)中可以看出，在图4所示的第四实施方式的基础上可设置均衡电路，其中均衡导电线缆20的一端电连接于集流体热交换部1101并且均衡导电线缆20的另一端电连接于串联导电线缆19，均衡开关2001设置于均衡导电线缆20上，加热部16作为均衡电路中的均衡电阻21。通过将两个均衡开关2001闭合能够使得流经电池单元的电流部分地经由均衡导电线缆20、串联导电线缆19和加热部16分流(如图中箭头所示)，并在下游电池单元电流汇流，由此可以避免某个或某些电池单元的电流过大，从而能够对各个电池单元之间的电流进行均衡，同时可以对双极性电池堆进行加热。

在图5(c)所示的电路中，在第一导电线缆17上设有第一开关1701，在均衡导电线缆 20上设有均衡开关2001。例如，当其中某一个电池单元7的电流较大时，通过将与该电池单元相连的一条均衡导电线缆上的均衡开关2001闭合，可以使得一部分电流经由均衡导电线缆、均衡电阻分流，然后不再经由下游的电池单元而是直接流至负极端子。在与图5(c)的电路示意图相对应的结构示意图图5(d)中可以看出，通过将一个均衡开关2001闭合能够使得流经电池单元的电流部分地经由均衡导电线缆20、串联导电线缆19和加热部16直接分流至负极端子(如图中箭头所示)，从而能够对各个电池单元之间的电流进行均衡，同时可以对双极性电池堆进行加热。

本发明具体实施例并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (11)

1.一种可加热式双极性电池，所述可加热式双极性电池包括正极端子、负极端子和双极性电池堆，所述双极性电池堆分别与所述正极端子和负极端子电连接，所述双极性电池堆包括设有绝缘密封框、集流体以及正极材料层和/或负极材料层的多个电极片，所述多个电极片按照不同极性的电极材料层相对放置的顺序上下串联层叠，在相邻的所述电极片之间设有隔离层，由一所述集流体、所述正极材料层、所述隔离层、所述负极材料层和另一所述集流体构成电池单元，所述绝缘密封框围绕所述电极片的四周边缘设置，其特征在于，所述可加热式双极性电池中的各个所述电极片能够为第一电极片或第二电极片，所述第一电极片的绝缘密封框完全包绕所述第一电极片的集流体的四周边缘，所述第二电极片的集流体从所述绝缘密封框的一个或多个侧面伸出从而形成翅片状的集流体热交换部，所述第一电极片的数量≥0，所述第二电极片的数量≥1，

其中，利用导电线缆的连接使得电流从所述正极端子/负极端子经由所述第二电极片的集流体热交换部和集流体流至所述负极端子/正极端子，在所述可加热式双极性电池的所述正极端子和负极端子分别与外部电源电连接进行充电的情况下，利用所述外部电源的电流能够对所述第二电极片的集流体加热从而实现对整个所述可加热式双极性电池的加热，在所述可加热式双极性电池的所述正极端子和负极端子分别与外部负载电连接进行放电的情况下，利用所述可加热式双极性电池内自身的电流能够对所述第二电极片的集流体加热从而实现对整个所述可加热式双极性电池的加热；

或者其中，所述可加热式双极性电池堆还设有与所述集流体热交换部邻接并产热的加热部，利用导电线缆的连接使得电流从所述正极端子/负极端子经由所述加热部流至所述负极端子/正极端子，在所述可加热式双极性电池的所述正极端子和负极端子分别与外部电源电连接进行充电的情况下，利用所述外部电源的电流能够对所述加热部加热从而实现对整个所述可加热式双极性电池的加热，在所述可加热式双极性电池的所述正极端子和负极端子与外部负载电连接进行放电的情况下，利用所述可加热式双极性电池内自身的电流能够对所述加热部加热从而实现对整个所述可加热式双极性电池的加热。

2.根据权利要求1所述的可加热式双极性电池，其中，在每个所述第二电极片的集流体热交换部上设有用于与导电线缆电连接的第一电连接部和第二电连接部，多个所述第二电极片的集流体热交换部的第一电连接部分别通过第一支路导电线缆和第一总导电线缆与所述正极端子相连，多个所述第二电极片的集流体热交换部的第二电连接部分别通过第二支路导电线缆和第二总导电线缆与所述负极端子相连，从而使得多个所述第二电极片的集流体构成并联的加热电路的加热元件，在所述第一支路导电线缆与所述正极端子之间的所述第一总导电线缆上设置第一总开关和/或在所述第二支路导线与所述负极端子之间的所述第二总导电线缆上设置第二总开关。

3.根据权利要求2所述的可加热式双极性电池，其中，在所述集流体热交换部的第一电连接部与所述第一总导电线缆之间的各个所述第一支路导电线缆上设置第一电阻和/或在所述集流体热交换部的第二电连接部与所述第二总导电线缆之间的各个所述第二支路导电线缆上设置第二电阻。

4.根据权利要求2所述的可加热式双极性电池，其中，在所述集流体热交换部的第一电连接部与所述第一总导电线缆之间的各个所述第一支路导电线缆上设置第一支路开关和/或在所述集流体热交换部的第二电连接部与所述第二总导电线缆之间的各个所述第二支路导电线缆上设置第二支路开关。

5.根据权利要求4所述的可加热式双极性电池，其中，所述可加热式双极性电池还包括用于检测各个所述电池单元是否发生故障的检测装置，所述检测装置包括电压采集器、电流传感器、温度传感器、压力传感器、气氛测试仪、内阻测试仪和烟雾传感器中的一种或几种，当在所述可加热式双极性电池充放电的过程中所述检测装置检测到某个所述电池单元发生故障时，通过将与发生故障的电池单元的两个集流体相对应的两个所述第一支路开关和/或两个所述第二支路开关闭合，能够将所述发生故障的电池单元屏蔽。

6.根据权利要求1所述的可加热式双极性电池，其中，在所述可加热式双极性电池的设有延伸的集流体热交换部的侧面中的至少一个侧面上，在每两个相邻的所述集流体热交换部之间分别插入所述加热部，各个所述加热部通过串联导电线缆依次串联，位于两端的两个所述加热部分别经由导电线缆与所述正极端子和所述负极端子电连接，在所述正极端子与位于一端的所述加热部之间的所述导电线缆上设置第一开关和/或在所述负极端子与位于另一端的所述加热部之间的所述导电线缆上设置第二开关。

7.根据权利要求6所述的可加热式双极性电池，其中，位于所述可加热式双极性电池的不同侧面的所述加热部能够分别单独设置或者一体成型。

8.根据权利要求6所述的可加热式双极性电池，其中，所述可加热式双极性电池还设有均衡导电线缆和均衡开关，所述均衡导电线缆的一端电连接于所述集流体热交换部并且所述均衡导电线缆的另一端电连接于所述串联导电线缆，所述均衡开关设置于所述串联导电线缆上，通过将所述均衡开关闭合能够使得流经所述电池单元的电流部分地经由所述均衡导电线缆和所述加热部分流，从而能够对各个所述电池单元之间的电流进行均衡。

9.根据权利要求1所述的可加热式双极性电池，其中，单个所述加热部与位于所述可加热式双极性电池至少一个侧面上的全部所述集流体热交换部以包绕的方式邻接并产热，所述加热部的一端经由导电线缆与所述正极端子电连接，所述加热部的另一端经由导电线缆与所述负极端子电连接，在所述加热部的一端与所述正极端子之间的所述导电线缆上设置第一开关和/或在所述加热部的另一端与所述负极端子之间的所述导电线缆上设置第二开关。

10.根据权利要求1所述的可加热式双极性电池，其中，所述集流体材料为铝、铁、不锈钢、镍、铜、铬、碳、铜铝合金、锂铝合金和导电聚合物中的一种或几种。

11.根据权利要求1所述的可加热式双极性电池，其中，所述加热部为联苯型聚酰亚胺薄膜；或者，所述加热部为内置导电金属且外设绝缘导热材料的复合体，所述内置导电金属的材料为镍铬合金、银、铜、铝、银合金、铜合金和铝合金中的一种或几种，外设绝缘导热材料为硅胶、陶瓷、石膏和相变材料中的一种或几种；或者，所述加热部为加热电阻器。

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