CN111326828A - 一种电芯模组及电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电芯模组及电池系统，所述电芯模组包括：N个电芯，其中N为正整数；独立涂覆在每一电芯上的电阻固化膜，当N等于1时，电芯上的电阻固化膜上引出有第一电极和第二电极；当N大于1时，N个电芯上的电阻固化膜串联在一起，且位于首位的电阻固化膜引出第一端子，位于尾位的电阻固化膜引出第二端子；加热电路，加热电路包括第一输出端和第二输出端，当N等于1时，第一输出端与第一电极相连，第二输出端与第二电极相连；当N大于1时，第一输出端与第一端子相连，第二输出端与第二端子相连。根据本发明实施例的电芯模组，电芯表面涂覆电阻固化膜，其附着力强、柔韧性好、导热效率高、加热均匀性好、制备工艺简单。

Description

一种电芯模组及电池系统

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种电芯模组及电池系统。

背景技术

从锂离子电池的温度特性可知，锂离子电池在低温环境下充电时，容量释放低，电池负极容易以Li+金属锂的形式析出，并形成锂枝晶，不断生长的锂枝晶存在着刺穿隔离膜致使电池短路的风险，并且这种反应是不可逆的。

为了避免这种风险的出现，在低温环境下需要对锂电池进行热管理，以保证锂电池能够高效、可靠和快速地充放电。目前传统的加热方式是在电芯侧面、表面及底部布置PTC热敏电阻(Positive Temperature Coefficient，简称：PTC)进行加热。但是在加热的过程中，如果PTC布置在电芯的侧面及底部，电芯与PTC接触面积小，热传导效率低、加热时间长，电芯不同位置温差大，很难保证加热均匀性；而如果布置于电芯表面，则存在着PTC数量及成本增加、PTC厚度厚、体积大、设计难度高等诸多问题，并且PTC还存在硬度高、内应力大和能耗转换率低等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电芯模组及电池系统，以解决现有技术中电芯加热结构热传导效率低、加热均匀性差、设计制备难度大等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面实施例提供了一种电芯模组，包括：

N个电芯，其中N为正整数；

独立涂覆在每一所述电芯上的电阻固化膜，当N等于1时，所述电芯上的电阻固化膜上引出有第一电极和第二电极；当N大于1时，N个所述电芯上的电阻固化膜串联在一起，且位于首位的所述电阻固化膜引出第一端子，位于尾位的所述电阻固化膜引出第二端子；

加热电路，所述加热电路包括第一输出端和第二输出端，当N等于1时，所述第一输出端与所述第一电极相连，所述第二输出端与所述第二电极相连；当所述N大于1时，所述第一输出端与所述第一端子相连，所述第二输出端与所述第二端子相连。

可选的，所述电阻固化膜由电发热涂料涂覆在所述电芯的至少一个面上固化形成。

可选的，所述电发热涂料为非金属厚膜导电材料。

可选的，所述电阻固化膜的厚度为0.05mm～1mm。

可选的，所述加热电路还包括第一输入端和第二输入端，所述第一输入端和所述第二输入端用于连接供电电源。

可选的，所述供电电源为所述N个电芯，当N等于1时，所述第一输入端与所述电芯的正极连接，所述第二输入端与所述电芯的负极连接；当N大于1时，N个所述电芯串联在一起，串联的N个所述电芯的两端分别与所述第一输入端和所述第二输入端连接。

可选的，所述供电电源为外接电源，所述第一输入端与所述外接电源的第一电源端连接，所述第二输入端与所述外接电源的第二电源端连接。

可选的，所述加热电路还包括用于控制所述加热电路接通或关断的至少一个继电器。

可选的，所述继电器的数量为两个，其中一个所述继电器连接于所述第一输入端与所述第一输出端之间，另一所述继电器连接于所述第二输入端与所述第二输出端之间。

可选的，所述加热电路还包括熔断器，所述熔断器串接于所述第一输入端和所述第一输出端之间。

本发明另一方面实施例提供了一种电池系统，包括如上任一项所述的电芯模组。

本发明上述技术方案的有益效果如下：

根据本发明实施例的电芯模组，电芯表面涂覆电阻固化膜，其附着力强、柔韧性好、导热效率高、加热均匀性好、制备工艺简单。

附图说明

图1为本发明实施例中电芯及其上的电阻固化膜的结构示意图；

图2为本发明实施例中加热电路与电芯以及电阻固化膜的连接示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

锂电池处于低温环境时，需要对其进行热管理，以保证锂电池能够高效、可靠和快速地充放电。目前传统的加热方式是在电芯侧面、表面及底部布置PTC热敏电阻(PositiveTemperature Coefficient，简称：PTC)进行加热。但是在加热的过程中，如果PTC布置在电芯的侧面及底部，电芯与PTC接触面积小，热传导效率低、加热时间长，电芯不同位置温差大，很难保证加热均匀性；而如果布置于电芯表面，则存在着PTC数量及成本增加、PTC厚度厚、体积大、设计难度高等诸多问题，并且PTC还存在硬度高、内应力大和能耗转换率低等问题。

由此，本发明实施例提供一种电芯模组，所述电芯模组可以包括：

N个电芯11，其中N为正整数；

独立涂覆在每一所述电芯11上的电阻固化膜12，当N等于1时，所述电芯11上的电阻固化膜12上引出有第一电极131和第二电极132；当N大于1时，N个所述电芯11上的电阻固化膜12串联在一起，且位于首位的所述电阻固化膜12引出第一端子，位于尾位的所述电阻固化膜12引出第二端子；

加热电路，所述加热电路包括第一输出端和第二输出端，当N等于1时，所述第一输出端与所述第一电极131相连，所述第二输出端与所述第二电极132相连；当所述N大于1时，所述第一输出端与所述第一端子相连，所述第二输出端与所述第二端子相连。

也就是说，本发明实施例中的电芯模组包括至少一个电芯11，在每一个电芯11上独立涂覆有电阻固化膜12，涂覆在电芯11表面的电阻固化膜12的图案可以根据实际需求进行调整，电阻固化膜12可以覆盖电芯11的部分表面，也可以覆盖电芯11的全部表面；较优的，例如电芯11若为长方体形状时，电阻固化膜12可以涂覆在电芯11的较大的一个面，以在确保一定的加热面积的同时，避免全部涂覆造成成本增加以及电芯模组体积过大；当N大于1时，电芯11之间互相堆叠排列，则电阻固化膜12可以涂覆在相邻电芯11相贴合的两个面中的任一个，由此一层电阻固化膜12可以对相邻两个电芯11的贴合面进行加热，从而提高加热效率，节约制膜成本，减小电芯模组的体积。

本发明实施例中，电芯模组还包括加热电路，加热电路用于与电阻固化膜12连接以使电阻固化膜12通电发热，加热电路包括第一输出端和第二输出端，当N等于1时，也就是说电芯模组中的电芯11只有一个时，意味着电阻固化膜12也就只有一个，电芯11表面的该电阻固化膜12上引出有第一电极131和第二电极132，加热电路的第一输出端与所述第一电极131连接，而第二输出端则与第二电极132连接，由此，通过加热电路可以输出电流使其通过电阻固化膜12时产热，以加热该电芯11；较优的，第一电极131和第二电极132可以分别位于该电阻固化膜12上距离较远的两点，以确保加热均匀性；而当N大于1时，也就是说电芯模组中的电芯11不止一个时，意味着电阻固化膜12也不止一块，为了方便地利用加热电路同时对多块电阻固化膜12进行通/断电控制，N个电芯11上的电阻固化膜12串联在一起(一个电阻固化膜12相当于一个电阻)，并且位于串联部分首位的电阻固化膜12引出第一端子，而位于尾位的电阻固化膜12则引出第二端子(实际上首尾是相对而言，当串联部分一端为首时，另一端则为尾，反之亦然)，加热电路的第一输出端与第一端子连接，而第二输出端则与第二端子连接，由此，加热电路便可实现同时对所有电芯11上的电阻固化膜12进行通电；当然，本发明实施例中，N个电芯11上的电阻固化膜12也可以单独与加热电路连接，或者几个电芯11上的电阻固化膜12串联后再与加热电路连接，其具体连接情况在此不再一一赘述。

本发明实施例中，电阻固化膜12时采用电发热涂料涂覆在电芯11的至少一个面上，待其固化后形成，本发明实施例中的电发热涂料具体采用石墨-碳黑系列的非金属厚膜型导电材料，电阻固化膜12在通电后可以发热，从而对电芯11进行加热，并且采用电发热涂料制作电阻固化膜12具有制备工艺简单，制得的电阻固化膜12的图案形状多样、附着力强、柔韧性好、导热效率高、能量转换高、厚度薄、体积小、加热均匀性好、材料及制备成本低等众多优点。涂布的工艺简单，只需要把电芯11放置在自动涂布机工装夹具内，加装铜片电极，并设置自动涂布机的相关设置参数，电芯11表面便可均匀涂布电发热涂料，涂布可以制备成各种图案以及不同功率的电阻固化膜12(主要通过调整涂层的厚度)，使得其发热温度在设计的范围内，涂布完成后，移至固定区域放置至固化即可。较优的，本发明实施例中的电阻固化膜12的厚度可以设置为0.05mm～1mm，从而在确保一定加热效率的同时避免膜层过厚而导致电芯模组体积增大过多。

在本发明的另一些实施例中，加热电路还包括了第一输入端和第二输入端，第一输入端和第二输入端用于连接供电电源，也就是说加热电路的第一输入端和第二输入端与供电电源连接，经第一输出端和第二输出端输出电流至电阻固化膜12。

在本发明的一些具体实施例中，所述的供电电源可以是N个所述电芯11，也就是说，N个电芯11对电阻固化膜12通电使其发热，此时，若N＝1，也即只有一个电芯11的情况下，第一输入端与该电芯11的正极连接，而第二输入端则与该电芯11的负极连接，由此该电芯11放电，以使电阻固化膜12发热继而加热该电芯11；若N大于1，也即不止一个电芯11的情况下，N个电芯11串联在一起，构成一个内部电源，然后串联的N个电芯11的两端分别与第一输入端和第二输入端连接，以确保输出足够的电流来确保电阻固化膜12的加热效率。

而在本发明的另一些具体实施例中，所述的供电电源为外接电源，加热电路的第一输入端与外接电源的第一电源端连接，而第二输入端则与外接电源的第二电源端连接，由此，利用外接电源接通加热电路以向电阻固化膜12通电使其产热。该外接电源可以是交流电，也可以是直流电。

较优的，本发明实施例中的供电电源既可以是N个电芯11，也可以是外接电源，也即上述的两种连接结构同时存在，以方便在有外接电源的情况下利用外接电源对电阻固化膜12通电使其对电芯11进行加热，节约电芯11内的电量，而在没有外接电源的情况下利用电芯11自身的电量对电阻固化膜12通电使其对电芯11进行加热，两种通电方式可以互相切换。

本发明实施例中，为了实现对电阻固化膜12通/断电控制，加热电路还包括用于控制加热电路接通或关断的至少一个继电器，继电器串联在加热电路中，以方便实现控制加热和停止加热。较优的，为了减少继电器粘连的风险，加热电路包括的继电器的数量为两个，其中第一继电器211连接在加热电路的第一输入端和第一输出端之间，而第二继电器212则连接在第二输入端与第二输出端之间。

本发明的一些实施例中，加热电路还包括熔断器22，所述熔断器22串联在加热电路中，具体来说，熔断器22串接于所述第一输入端和所述第一输出端之间，以防止加热电路异常或短路时能够快速熔断分离，以确保电芯11的安全。

本发明的另一些实施例中，加热电路可由电池管理系统进行控制，以对电阻固化膜12的加热过程进行全程监控以及控制，以保证电芯11加热时的安全可靠性。

根据本发明实施例的电芯模组，通过将电发热涂料涂刷在电芯表面上，具有附着力强、柔韧性好、导热效率高、能量转换高、厚度薄体积小、加热均匀性好、材料及制备成本低等优点。

本发明另一方面实施例还提供了一种电池系统，所述电池系统包括上述任一实施例中的电芯模组，由于上述实施例中的电芯模组具有附着力强、柔韧性好、导热效率高、能量转换高、厚度薄体积小、加热均匀性好、材料及制备成本低等优点，因此本发明实施例中的电池系统也对应具有这些优点，在此不再赘述。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电芯模组，其特征在于，包括：

N个电芯，其中N为正整数；

独立涂覆在每一所述电芯上的电阻固化膜，当N等于1时，所述电芯上的电阻固化膜上引出有第一电极和第二电极；当N大于1时，N个所述电芯上的电阻固化膜串联在一起，且位于首位的所述电阻固化膜引出第一端子，位于尾位的所述电阻固化膜引出第二端子；

加热电路，所述加热电路包括第一输出端和第二输出端，当N等于1时，所述第一输出端与所述第一电极相连，所述第二输出端与所述第二电极相连；当所述N大于1时，所述第一输出端与所述第一端子相连，所述第二输出端与所述第二端子相连。

2.根据权利要求1所述的电芯模组，其特征在于，所述电阻固化膜由电发热涂料涂覆在所述电芯的至少一个面上固化形成，所述电发热涂料为非金属厚膜导电材料。

3.根据权利要求1所述的电芯模组，其特征在于，所述电阻固化膜的厚度为0.05mm～1mm。

4.根据权利要求1所述的电芯模组，其特征在于，所述加热电路还包括第一输入端和第二输入端，所述第一输入端和所述第二输入端用于连接供电电源。

5.根据权利要求4所述的电芯模组，其特征在于，所述供电电源为所述N个电芯，当N等于1时，所述第一输入端与所述电芯的正极连接，所述第二输入端与所述电芯的负极连接；当N大于1时，N个所述电芯串联在一起，串联的N个所述电芯的两端分别与所述第一输入端和所述第二输入端连接。

6.根据权利要求4所述的电芯模组，其特征在于，所述供电电源为外接电源，所述第一输入端与所述外接电源的第一电源端连接，所述第二输入端与所述外接电源的第二电源端连接。

7.根据权利要求4所述的电芯模组，其特征在于，所述加热电路还包括用于控制所述加热电路接通或关断的至少一个继电器。

8.根据权利要求7所述的电芯模组，其特征在于，所述继电器的数量为两个，其中一个所述继电器连接于所述第一输入端与所述第一输出端之间，另一所述继电器连接于所述第二输入端与所述第二输出端之间。

9.根据权利要求4所述的电芯模组，其特征在于，所述加热电路还包括熔断器，所述熔断器串接于所述第一输入端和所述第一输出端之间。

10.一种电池系统，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的电芯模组。

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