CN111009633A - 一种具有低温加热功能的电池包及通讯备电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有低温加热功能的电池包及通讯备电系统，涉及通讯备电设备领域。该电池包包括电池组、加热膜和电路板，所述电池组由多个电芯依次堆叠形成；所述加热膜设有多个，每个所述电芯垂直于堆叠方向的至少一个外表面贴设有所述加热膜，所述加热膜延伸有第一引脚；所述电路板与所述第一引脚连接。该电池组的每个电芯垂直于堆叠方向的至少一个外表面贴设有加热膜，通过电路板实现对加热膜的控制，来为电芯加热，使得每一个电芯都能被加热膜加热，从而提高了电池组内部受热均匀性，缩短了电池组加热时间，提高了电池组的充放电性能及其使用寿命。

Description

一种具有低温加热功能的电池包及通讯备电系统
技术领域
本发明涉及通讯备电设备领域，尤其涉及一种具有低温加热功能的电池包及通讯备电系统。
背景技术
在通讯备电领域中，软包锂离子电池作为储能和户外设备运用较广泛的一种电池，其工作效率和使用寿命问题越来越受到重视。鉴于其自身的性能特点，锂离子电池一般在20-45℃环境温度范围内时，其充放电性能最佳，寿命最好，而在低温条件下，尤其是低温充电时，由于锂离子来不及嵌入石墨负极当中，从而析出在负极表面形成金属锂枝晶，这一反应会消耗电池中的可以反复充放电的锂离子、并大幅降低电池容量，析出的金属锂枝晶也可能会刺穿隔膜，从而影响安全性能和对锂离子电池造成永久性的容量损失以及对电池系统的寿命会造成极大的影响。因此需要低温加热系统来将锂电池加热至合适的温度范围，使锂电池可以正常的充放电运行。
现有的锂电池低温加热系统多采用将电池组置于加热框体内，用加热膜对加热框体封口或直接在锂电池组底部设置电加热膜为其加热。这种低温加热系统存在的缺陷一是锂电池组内部受热较慢；二是整体电池包电芯加热会出现靠近加热膜处电芯温度较高，远离加热膜的电芯温度较低，整体温差较大，加热不均匀，严重影响电池的使用寿命。
因此，亟需一种具有低温加热功能的电池包及通讯备电系统，用以解决如上提到的问题。
发明内容
本发明提供的一种具有低温加热功能的电池包及通讯备电系统，使电池组内部也能受热，且受热较为均匀、快速，提高了电池包的充放电性能和使用寿命。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种具有低温加热功能的电池包，包括：
电池组，由多个电芯依次堆叠形成；
加热膜，设有多个，每个所述电芯垂直于堆叠方向的至少一个外表面贴设有所述加热膜，所述加热膜延伸有第一引脚；
电路板，所述电路板与所述第一引脚连接。
可选地，位于所述电池组最外侧的所述加热膜的功率是内部所述加热膜功率的2-5倍。
可选地，每个所述电芯垂直于堆叠方向的外表面均贴设有所述加热膜。
可选地，每个所述电芯垂直于堆叠方向的其中一个外表面贴设有所述加热膜。
可选地，多个所述加热膜沿所述电芯堆叠方向等间距设置。
可选地，所述具有低温加热功能的电池包还包括温度探头，所述温度探头一端镶嵌于所述电芯内，另一端延伸有第二引脚，所述第二引脚与所述电路板连接。
可选地，所述具有低温加热功能的电池包还包括外壳体，所述外壳体包括：
上壳体；
下壳体，与所述上壳体配合组装形成用于容纳所述电池组、所述加热膜和所述电路板的容纳腔。
可选地，所述上壳体和所述下壳体中的一个设有卡扣，另一个设有卡槽，所述卡扣能卡接于所述卡槽内。
可选地，所述外壳体上设有多个散热孔，多个所述散热孔被配置为对所述电池组散热。
一种通讯备电系统，包括如上所述的具有低温加热功能的电池包。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种具有低温加热功能的电池包及通讯备电系统。该电池组内的每个电芯垂直于堆叠方向的至少一个外表面贴设有加热膜，由电路板控制加热膜对电芯的加热。因电池包内部的每一个电芯都能被加热膜加热，缩短了电池包加热时间；同时整体电芯受热温差较小，从而提高了电池包内部受热均匀性；且因加热膜贴设于电芯垂直于堆叠方向的外表面，不会影响电池包在高温条件下沿侧向的散热。提高了电池包的充放电性能及其使用寿命。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的具有低温加热功能的电池包的部分分解结构示意图一；
图2是本发明实施例一提供的具有低温加热功能的电池包的部分分解结构示意图二；
图3是本发明实施例一提供的具有低温加热功能的电池包的电芯示意图；
图4是本发明实施例一提供的具有低温加热功能的电池包的加热膜示意图；
图5是本发明实施例一提供的具有低温加热功能的电池包的整体结构示意图；
图6是本发明实施例一提供的具有低温加热功能的电池包的爆炸结构示意图。
图中：
1、电池组；11、电芯；111、正极耳；112、负极耳；2、加热膜；21、第一引脚；3、电路板；4、温度探头；41、第二引脚；5、外壳体；51、上壳体；511、卡槽；52、下壳体；521、卡扣；53、散热孔。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。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。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；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或两个元件的相互作用关系。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。
实施例一
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1和图2所示。本发明提供的一种具有低温加热功能的电池包包括电池组1、加热膜2和电路板3，电池组1由多个电芯11依次堆叠形成；加热膜2 设有多个，每个电芯11垂直于堆叠方向的至少一个外表面贴设有加热膜2，以保证电池组1内的每个电芯11都能得到加热且加热温差较小，提高电芯11受热均匀性。一方面，加热膜2垂直于电芯11堆叠方向的设置不会影响电池组1 在高温条件下的侧向散热，提高了电池组1充放电性能及使用寿命；另一方面，在电芯11垂直堆叠方向的外表面贴加热膜2，无需在加热膜2和电芯11中间填导热材料填充空气间隙，节省成本，利于规模化生产。进一步地，加热膜2与电路板3连接，以通过电路板3控制加热膜2的通断以及加热膜2的加热功率。具体地，加热膜2延伸有第一引脚21，电路板3与第一引脚21连接，以此减少占用电池包内部空间。优选地，多个加热膜2在电路板3上采用并联连接，以避免单个加热膜2出现故障，影响其余加热膜2的工作。
优选地，位于电池组1最外侧的加热膜2的功率是内部加热膜2的功率的 2-5倍，例如可以是2倍、3倍、4倍或5倍，以保证最外侧的加热膜2在抵消外部环境低温的影响后还能有足够的热量对电芯11加热。以5倍为例分析，最外部的加热膜2的功率会有80％的热量通过机壳传导到外部环境，抵消外部环境低温的影响，剩余20％向内传导用于加热电芯11。同时，由于最外部加热膜 2对内部电芯11能起到“热隔离”作用，故内部加热膜2可以选用同一功率的低瓦数加热膜2，以提高电芯11的受热均匀性。
实际传热与热阻(R)负相关，热阻(R)越小传热越快。热阻方程为： R＝H/(K*A)，H是导热厚度(传热路径)，K是导热率，A是导热截面积。由于不同电芯11的导热率在垂直方向和水平方向不同。具体地，本实施例优选电芯 11为磷酸铁锂软包电池，以此为例分析，设该电芯11长240，宽为140，高为 15；该磷酸铁锂软包电池垂直于堆叠方向的导热率为20W/(m·K)，沿堆叠方向导热率1W/(m·K)，则依次计算出电芯11的上表面的热阻R1＝ R1＝15/140*240*1＝4.4*10-4；两侧面热阻分别为R2＝140/240*15*20＝19*10-4；R3＝ 240/140*15*20＝57*10-4。可得出R1最小，即电芯11的上表面传热最快，故该磷酸铁锂软包电池将加热膜2沿堆叠方向贴设于电芯11垂直于堆叠方向的表面，以极大提高传热效率。当然在实际运用时，可根据选择的电芯11类型不同、各表面面积大小和导热厚度，综合分析将传热较快的一面作为电芯11堆叠面，以提高加热膜2的加热效率。
进一步地，如图3所示，电芯11一端延伸有极耳。具体地，每个电芯11 同一侧延伸有正极耳111和负极耳112，用以形成电芯11的正极和负极，多个电芯11之间可堆叠在一起形成电池组1，具体地，堆叠时每个电芯11的极耳朝向同一侧且沿堆叠方向成一条直线，以便于将多个电芯11依次串联形成电池组 1。
如图4所示，加热膜2贴设于每个电芯11垂直于堆叠方向的至少一个外表面以对电芯11加热。具体地，为使加热膜2对电芯11的加热效果最佳，加热膜2的面积能够完全覆盖电芯11垂直于堆叠方向的外表面。加热膜2通过双面胶与每个电芯11贴合在一起，双面胶应选用耐高温阻燃的材料。加热膜2延伸有第一引脚21，第一引脚21与电路板3连接，具体地，贴设时应将每个加热膜 2上的第一引脚21朝向同一侧以便于其与电路板3的连接。加热膜2选用PI加热膜(Kheat PI发热膜)，PI加热膜极其柔软以便于其与电芯11的紧密贴合，且PI加热膜导热性能更佳以利于电池组1的快速加热。
可选地，每个电芯11垂直于堆叠方向的外表面均贴设有加热膜2以对每个电芯11的两侧同时加热。具体地，如图1和图2所示，可选取两侧同时发热的加热膜2以对相邻两个电芯11的相邻外表面同时加热，即相邻两个电芯11的相邻侧面共用一个加热膜2，且在堆叠的电池组1最外侧的两个电芯11的表面上各贴设有一个加热膜2以实现同时对多个电芯11的两侧加热，提高加热效率；此时，多个加热膜2沿电芯11堆叠方向等间距设置，既减少了加热膜2数量也使电芯11受热均匀。还可选取仅一侧发热的加热膜2贴设于电芯11的外表面对其加热，即相邻两个电芯11的相邻侧面分别各用一个加热膜2加热。为减少加热膜2使用成本，本实施例选取在相邻两个电芯11之间共用一个加热膜2，通过该加热膜2实现对相邻两个电芯11相邻的侧面同时加热。在低温环境中，加热膜2对电池组1的加热过程可表述为：当电池组1的温度低于正常的充放电温度时(正常充放电温度为20-45℃)，则控制加热膜2通电，以将电芯11加热至正常充放电温度范围内。
可选地，电路板3上设有多个连接端口，每个电芯11的正极耳111和负极耳112均连接在电路板3上相应的连接端口处。具体地，极耳采用锡焊焊接于连接端口处，焊接第一个电芯11的正极耳111的连接端口汇流形成电池组1的正极，焊接最后一个电芯11的负极耳112的连接端口汇流形成电池组1的负极，正极和负极回路即形成电池组1的充放电路。进一步地，第一引脚21也与电路板3连接以省去线束，节省安装空间。同理，第一引脚21也采用上述方式连接于电路板3上的连接端口处，并在电路板3上汇聚形成加热膜2的正极端子和负极端子。可以理解的是，极耳与第一引脚21连接电路板3上不同的连接端口。其次，为便于检测电压，可通过电路板3将电池组1的电压检测电路汇集在一起，统一端子输入输出，此为现有技术，不再赘述。极耳、第一引脚21分别与电路板3的连接减少了电路线束的使用，节省空间。
进一步地，为检测电芯11当前温度以便于控制加热膜2的开闭以及加热电流的大小，该具有低温加热功能的电池包还包括温度探头4。温度探头4一端镶嵌于电芯11内，另一端延伸有第二引脚41，第二引脚41与电路板3连接，以将温度探头4检测到的电芯11温度通过电路板3反馈至系统外部。如果温度探头4检测到的电芯11温度低于第一预设温度值，则电路板3控制加热膜2通电以将电芯11加热至第一预设温度。优选地，为了合理控制加热膜2的加热速度，可以通过控制电流大小来控制加热膜2的加热功率，具体地，如果温度探头4检测到的电芯11温度低于第二预设温度值(第二预设温度值小于第一预设温度值)，则电路板3控制加热膜2通电并可适当加大通电电流以将电芯11快速加热至第二预设温度和第一预设温度之间；如果温度探头4检测到的电芯11温度大于第二预设温度值且小于第一预设温度值，则可适当减小通电电流以将电芯 11的温度保持在第二预设温度和第一预设温度之间。温度探头4的设置可控地使电芯11始终处于正常的充放电温度范围之内。可选地，温度探头4设置的数量不大于电芯11的个数。进一步地，为节省成本和提高组装效率，温度探头4 可在靠近电池组1两外侧和中心处的几个关键的位置进行布置。
可选地，如图5和图6所示，该具有低温加热功能的电池包还包括外壳体5，外壳体5密闭设置且内部设有容纳腔，用于容纳电池组1、加热膜2和电路板3。外壳体5材料选用铝材料，保证结构强度的同时可兼顾电池组1的散热性能。进一步地，外壳体5上设有多个散热孔53，多个散热孔53被配置为对电池组1 散热。其中，外壳体5包括上壳体51和下壳体52，上壳体51与下壳体52配合组装形成容纳腔。上壳体51和下壳体52中的一个设有卡扣521，另一个设有卡槽511，卡扣521能卡接于卡槽511内形成互锁，本实施例中，上壳体51设有卡槽511，下壳体52设有卡设于卡槽511的卡扣521，也可将上壳体51设置卡扣521，下壳体52设置卡设卡扣521的卡槽511。具体地，上壳体51与下壳体 52连接处均伸出支撑法兰边，卡槽511和卡扣521相适配的设于支撑法兰边上以形成互锁结构。
本发明还提供了一种通讯备电系统，包括上述的具有低温加热功能的电池包。
本实施例提供的一种具有低温加热功能的电池包及通讯备电系统。通过在电池组1内的每个电芯11垂直于堆叠方向的至少一个外表面贴设有加热膜2，通过电路板3实现对加热膜2的控制，来为电芯11加热，使得每一个电芯11 都能被加热膜2加热，从而减小电芯11受热温差，提高了电池组1的受热均匀性，缩短了电池组1加热时间，提高了电池组1的充放电性能及其使用寿命。
实施例二
本实施例结构与实施例一的结构相类似，不同之处在于：每个电芯11垂直于堆叠方向的其中一个外表面贴设有加热膜2对每个电芯11的一侧进行加热，优选地，加热膜2沿所述电芯11堆叠方向等间距设置，即在堆叠的电池组1最外侧的两个表面上，仅一个外表面贴设有加热膜2。通过加热膜2对电芯11的一侧加热，即可满足电芯11的加热需求。
本实施例的其余结构与实施例一均相同，不再赘述。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种具有低温加热功能的电池包，其特征在于，包括：
电池组(1)，由多个电芯(11)依次堆叠形成；
加热膜(2)，设有多个，每个所述电芯(11)垂直于堆叠方向的至少一个外表面贴设有所述加热膜(2)，所述加热膜(2)延伸有第一引脚(21)；
电路板(3)，所述电路板(3)与所述第一引脚(21)连接。
2.根据权利要求1所述的具有低温加热功能的电池包，其特征在于，位于所述电池组最外侧的所述加热膜的功率是内部所述加热膜功率的2-5倍。
3.根据权利要求1所述的具有低温加热功能的电池包，其特征在于，每个所述电芯(11)垂直于堆叠方向的外表面均贴设有所述加热膜(2)。
4.根据权利要求1所述的具有低温加热功能的电池包，其特征在于，每个所述电芯(11)垂直于堆叠方向的其中一个外表面贴设有所述加热膜(2)。
5.根据权利要求3或4所述的具有低温加热功能的电池包，其特征在于，多个所述加热膜(2)沿所述电芯(11)堆叠方向等间距设置。
6.根据权利要求1所述的具有低温加热功能的电池包，其特征在于，还包括温度探头(4)，所述温度探头(4)一端镶嵌于所述电芯(11)内，另一端延伸有第二引脚(41)，所述第二引脚(41)与所述电路板(3)连接。
7.根据权利要求1所述的具有低温加热功能的电池包，其特征在于，还包括外壳体(5)，所述外壳体(5)包括：
上壳体(51)；
下壳体(52)，与所述上壳体(51)配合组装形成用于容纳所述电池组(1)、所述加热膜(2)和所述电路板(3)的容纳腔。
8.根据权利要求7所述的具有低温加热功能的电池包，其特征在于，所述上壳体(51)和所述下壳体(52)中的一个设有卡扣(521)，另一个设有卡槽(511)，所述卡扣(521)能卡接于所述卡槽(511)内。
9.根据权利要求7所述的具有低温加热功能的电池包，其特征在于，所述外壳体(5)上设有多个散热孔(53)，多个所述散热孔(53)被配置为对所述电池组(1)散热。
10.一种通讯备电系统，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的具有低温加热功能的电池包。
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