CN113300010B - 电芯、电池系统以及电动汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了电芯、电池系统以及电动汽车，其中，电芯包括：壳体，具有一个开口；盖板，设置在所述壳体的所述开口的一端，封装所述开口；卷芯，容置在所述壳体内，所述卷芯具有正极片和负极片；导热件，设置在所述壳体内，一端和所述正极片或者所述负极片连接，另一端朝向所述盖板的内侧延伸；测温装置，设置在所述壳体内，并和所述导热件连接。本发明的电芯能够准确地检测电芯内部的温度。

Description

电芯、电池系统以及电动汽车
技术领域
本发明涉及动力电池技术领域，尤其涉及电芯、电池系统以及电动汽车。
背景技术
现有的新能源汽车的动力电池系统，通常是通过多个单体电芯组成电池模组，然后通过多个电池模组组成动力电池来进行供电运行的。目前的电池系统中的电池管理系统(BMS)虽然会对电池模组的情况例如温度、压力等进行监控，但是这些传感器通常是间隔地布置在电池模组的外围，用于检测电池模组整体的情况。但是，对于每个电芯内部的情况，并不能有效地监控，这有可能导致不能监控到电芯的故障。由于电池管理系统不能实时地监控各电芯的实际情况，在某个电芯出现问题的时候，可能不能及时发现，这轻则影响电池管理系统的管理效率，重则导致汽车出现安全故障。
发明内容
本发明旨在至少一定程度上解决现有技术中存在的问题之一。为此，本发明提出了一种电芯，能够准确地检测其内部的温度。此外，本发明还提出了具有该电芯的电池系统以及电动汽车。
根据本发明第一方面的电芯，包括：壳体，具有一个开口；盖板，设置在所述壳体的所述开口的一端，封装所述开口；卷芯，容置在所述壳体内，所述卷芯具有正极片和负极片；导热件，设置在所述壳体内，一端和所述正极片或者所述负极片连接，另一端朝向所述盖板的内侧延伸；测温装置，设置在所述壳体内，并和所述导热件连接。
根据本发明的第一方面的电芯，具有如下有益效果：能够准确地检测电芯内部的温度。
在一些实施例中，所述导热件连接到所述正极片的长度方向的中部，或者所述负极片的长度方向的中部。
在一些实施例中，所述导热件和所述正极片一体成型，或者和所述负极片一体成型。
在一些实施例中，所述导热件贴附或者焊接到所述正极片，或者，所述导热件贴附或者焊接到所述负极片。
在一些实施例中，所述导热件的朝向所述盖板的内侧的一端，设置有隔热件。
在一些实施例中，所述导热件的朝向所述盖板的一端固定到所述盖板的内侧。
在一些实施例中，所述盖板的内侧，开设有第一安装槽，所述导热件的朝向所述盖板的一端，被固定在所述第一安装槽。
在一些实施例中，所述导热件通过所述隔热件固定到所述盖板的内侧。
在一些实施例中，所述盖板的内侧，开设有第一安装槽，所述导热件通过所述隔热件固定在所述第一安装槽。
在一些实施例中，所述测温装置包括至少一个测温件，所述测温件和所述导热件接触。
在一些实施例中，所述测温件和所述导热件的朝向所述盖板的内侧的一端接触。
在一些实施例中，所述测温件插入所述第一安装槽中，并和所述导热件接触。
在一些实施例中，所述测温件选自热电偶和热敏电阻当中的至少一种。
在一些实施例中，所述测温装置具有电路板，所述测温件设置在所述电路板上。
在一些实施例中，所述电路板为FPC板。
在一些实施例中，所述电路板被密封地设置在所述盖板的内侧。
在一些实施例中，所述电路板被保护膜封装或者被胶状物密封。
在一些实施例中，所述保护膜的材料选自：聚酰亚胺、PET塑料、聚醚醚酮、芳纶或芳族聚酰胺、环氧树脂以及硅橡胶中的一种。
根据本发明第二方面的电池系统，包括供电电池和电池管理系统，所述供电电池由多个上述任一项的电芯电连接组成，所述电池管理系统分别和各所述电芯的所述测温装置通讯连接。
根据本发明第二方面的电池系统，具有如下有益效果：能够准确地监控供电电池中的各个电芯内部的温度。
根据本发明第三方面的电动汽车，包括所述的电池系统。
根据本发明第三方面的电动汽车，具有如下有益效果：能够提高电池系统的管理效率以及安全性。
附图说明
图1是本发明的电芯的一种实施例的爆炸图。
图2是图1中的卷芯的正极片的一种实施例的示意图。
图3是图1中的A处的局部放大图。
图4是电芯的剖视图。
图5是图4中的B处的局部放大图。
图6是具有本发明的电芯的电池系统的简要示意图。
图7是具有图6的电池系统的电动汽车的简要示意图。
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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
图1是电芯100的爆炸图，参照图1，根据实施方式的电芯100，包括：壳体101、盖板102、卷芯103、导热件118以及设置在壳体101内的测温装置104。其中，壳体101具有一个开口105。盖板102设置在壳体101的开口105的一端并封装开口105。卷芯103容置在壳体101内，卷芯103具有正极片119和负极片120。导热件118设置在壳体101内，导热件118的一端和正极片119或者负极片120连接，导热件118的另一端朝向盖板102的内侧延伸。测温装置104和导热件118连接。
在本实施方式的电芯100中，通过在电芯100的内部设置测温装置104，能够准确地检测电芯100内部的温度。
具体而言，电芯在充放电的过程中，由于内部发生复杂的电化学反应而发热，同时伴随着一些阻抗带来的物理产热等，这部分热量会直接影响到电池的循环寿命以及安全性等重要性能。随着市场对高功率密度、低成本化、大容量、快充等电池产品需求的提高，电池的热管理也变得至关重要。目前，电芯的温度的实时监测多限于表面温度，例如，根据电芯的表面温度来推测电芯的内部的热量分布，并作为电池模组的热管理的重要依据，但是这可能非常不准确，因为电芯的外表面和内部核心之间的温度甚至可能相差30℃以上。
本实施例中，通过在电芯100内部设置测温装置104，能够准确地检测电芯100内部的温度。而在电芯100的内部结构中，卷芯103的温度参数是能够准确地反映出电芯100的内部的温度参数之一。因此，通过设置和卷芯103的正极片119或者负极片120连接、并朝向盖板102的内侧延伸的导热件118，并通过测温装置104检测该导热件118的温度，不仅能够准确地检测卷芯103的温度，而且，也能够容易地在电芯100内部设置测温装置104。
本实施方式的电芯100的壳体101，例如可以是方形状、圆形状等各种公知的动力电池的壳体的形状。盖板102例如通过焊接的方式封装壳体101的开口105，盖板102的长度方向的两侧分别设置有正极柱106和负极柱107。正极柱106和负极柱107分别部分位于盖板102的外侧(焊接完成后显露在外的一侧)，部分位于盖板102的内侧(焊接完成后和壳体101的内部相对的一侧)。此外，盖板102上还设置有例如防爆阀110、注液孔111等。卷芯103通过正极片119、负极片120以及设置在正极片119和负极片120之间的隔膜121卷绕或者叠片而成。卷芯103具有正极耳108和负极耳109。卷芯103的正极耳108例如由正极片119通过裁切而成，卷芯103的负极耳109例如由负极片120通过裁切而成。正极柱106的位于盖板102的内侧的部分106a，和卷芯103的正极耳108通过例如超声波焊接、激光焊接、电阻热熔焊接、螺丝连接、铆接等各种公知的方式连接。同样地，负极柱107的位于盖板102的内侧的部分107a，和卷芯103的负极耳109通过例如超声波焊接、激光焊接、电阻热熔焊接、螺丝连接、铆接等各种公知的方式连接。此外，电芯100的壳体101内可以容置一个卷芯103，也可以容置多个卷芯103。
在一些实施例中，为了能够准确地测出电芯100的内部的最高温度，导热件118连接到正极片119的长度方向的中部，或者负极片120的长度方向的中部。需要说明的是，在此虽然说明了长度方向的中部，但是并非限定于为正中间，而是指例如正极耳108和负极耳109之间的区域。具体而言，由于在电芯100的内部中，卷芯103的中间的位置的温度更高，因此，通过将导热件118连接到正极片119的长度方向的中部，或者将导热件118连接到负极片120的长度方向的中部，能够更加准确地测出电芯100的内部的最高温度。此外，由于导热件118不用于导电，因此，能够更加原始地反映卷芯103的温度。
图2是卷芯103的正极片119的示意图，在图2中，沿虚线的位置裁切，从而形成单片的正极片119，参照图2，在一些实施例中，为了容易地形成导热件118，导热件118和正极片119一体成型，或者和负极片120一体成型。具体而言，以正极片119为例，例如在形成卷芯103的工艺中，对正极片119进行激光裁切以形成正极耳108的过程中，除了裁切出正极耳108之外，还在正极片119的例如长度方向的中部，裁切出形状和正极耳108的形状大致一样的第三极耳122，并将该第三极耳122作为导热件118。作为导热件118的第三极耳122可以在部分的正极片119当中形成。为了增加导热件118的强度，也可以在每片正极片119当中均形成第三极耳122。由此，在将正极片119、负极片120和隔膜121叠片形成卷芯103之后，能够在卷芯103的长度方向的中间，形成多个第三极耳122，这些第三极耳122可以通过例如胶水粘接或者焊接的方式组成为一个整体，从而形成导热件118。
在本实施例中，通过直接在裁切正极片119或者负极片120的同时形成第三极耳122，并将第三极耳122作为导热件118，不仅能够容易地形成导热件118，而且，由于导热件118的材料和正极片119或者负极片120的材料一样，因此能够准确地反应卷芯103的温度。并且，由于作为导热件118的第三极耳122并不用于导电，因此，能够更加原始地反映卷芯103的温度。
此外，上面虽然说明了使导热件118和正极片119或者负极片120一体成型的例子，但是并不限于此。在一些实施例中，导热件118也可以贴附或者焊接到正极片119。或者，导热件118也可以贴附或者焊接到负极片120。在此，导热件118的材料可以和正极片119或者负极片120的材料一样，此外，导热件118也可以选择其他的传热性较好且不影响卷芯103的工作的其他的材料。作为贴附的方法列举例如胶水粘接的方法，作为焊接的方法则可以列举例如超声波焊接等。
图3是图1中的A处的局部放大图，图4是沿电芯100的装有测温装置104的位置剖开的剖视图，图5是图4中的B处的局部放大图，在图4中，为了便于示意，夸张地表示卷芯103的正极片119、负极片120以及设置在正极片119和负极片120之间的隔膜121。参照图3，并辅助参照图4、图5，在一些实施例中，为了抑制导热件118的热量扩散，导热件118的朝向盖板102的内侧的一端(位于便于说明，后面称为“远端部123”)，设置有隔热件124。具体地，隔热件124例如设置成U形状，并包裹导热件118的远端部123。作为隔热件124的材料，只要能够使用并不特别限定，列举例如：铝箔、玻璃纤维、石棉、岩棉等。通过在导热件118的远端部123设置隔热件124，能够准确地抑制导热件118的热量朝例如盖板102的内侧传递，从而能够更加原始地反映卷芯103的温度。
继续参照图3、图5，在一些实施例中，为了可靠地固定导热件118，导热件118的朝向盖板102的一端(即远端部123)固定到盖板102的内侧。此外，在导热件118的远端部123设置有隔热件124的情况下，导热件118则通过隔热件124固定到盖板102的内侧。例如，可以首先将导热件118固定到盖板102的内侧，然后再将隔热件124的远端部123固定到导热件118上。为了进一步可靠且准确地固定导热件118，可以在盖板102的内侧，开设有第一安装槽125，导热件118的远端部123，被固定在第一安装槽125中。将导热件118的远端部123固定在第一安装槽125中的方式并不特别限定，例如可以通过卡接、螺纹连接、焊接、胶水粘接等各种方式。同样地，在导热件118的远端部123设置有隔热件124的情况下，导热件118则通过隔热件124固定在第一安装槽125。例如，可以首先将隔热件124固定在第一安装槽125中，然后再将导热件118的远端部123固定到第一安装槽125中。由此，能够可靠地准确地固定导热件118。
继续参照图3、图5，在一些实施例中，为了容易地检测导热件118的温度，测温装置104包括至少一个测温件112，测温件112和导热件118接触。具体而言，例如测温件112选自热电偶和热敏电阻当中的至少一种。测温件112只要和导热件118可靠地接触，其安装方法并不特别限定，列举例如：卡接、螺纹连接等。具体地，例如，可以在导热件118上开设有安装孔126，将作为测温件112的例如热电偶和热敏电阻直接插入导热件118的安装孔126中。此外，需要说明的是，在说到测温件112和导热件118接触时，包括直接接触或者间接接触的方式。例如，在下述的实施例中，在测温件112被保护膜116封装的状态下，通过保护膜116接触导热件118，在这种情况下，也认为测温件112和导热件118接触。测温件112和导热件118的接触位置并不特别限定，从容易安装测温件112的角度来看，测温件112和导热件118的远端部123的接触。进一步地，在导热件118被固定在第一安装槽125的情况下，测温件112也可以插入第一安装槽125中，并和导热件118接触。由此，测温件112也能够被限制在第一安装槽125中，能够抑制测温件112的振动。
在一些实施例中，为了容易地设置测温件112，测温装置104具有电路板114，测温件112设置在电路板114上。电路板114的种类并不特别限定，例如列举PCB(Printedcircuit board、印刷电路板)、FPC(Flexible Printed Circuit、柔性电路板)等。具体而言，以FPC板为例，FPC板上例如印刷有用于对测温件112所检测到的信号进行转换、放大、降噪等处理的电路，测温件112设置在FPC板上，和这些印刷在FPC板上的电路电连接。测温件112可以通过例如点胶或者焊接的方式等设置在FPC板上。通过将测温件112设置在FPC板上，不仅能够容易且可靠地安装测温件112，而且，作为测温装置104整体，也能够容易地安装在壳体101内。
为了提高测温装置104的可靠性，电路板114上可以设置有多个测温件112，各测温件112分别和导热件118接触。通过设置多个测温件112，即使在部分测温件112损坏的情况下，也能够维持测温装置104的工作状态，因此能够提高测温装置104的可靠性。
在一些实施例中，为了容易地安装测温装置104，电路板114设置在盖板102的内侧。具体而言，电路板114可以通过例如卡接、胶水粘接、焊接、螺纹连接等各种连接方式设置在盖板102的内侧。例如，可以在盖板102的长度方向的大致中间，开设有用于安装测温装置104的第二安装槽115，将测温装置104的电路板114容置在盖板102的第二安装槽115内，测温件112则可以从第二安装槽115中延伸出去并和导热件118接触。由此，能够容易且可靠地将测温装置104安装到盖板102的内侧。
继续参照图5，在一些实施例中，为了防止测温装置104被电芯100的电解液侵蚀，电路板114被密封地设置在盖板102的内侧。例如，电路板114可以被保护膜116封装。以保护膜116为例，例如，电路板114和与电路板114连接的测温件112可以通过例如两层保护膜116以高温热压的方式封装，从而使测温装置104相对于电芯100内的电解液被密封。电路板114和与电路板114连接的测温件112以在被保护膜116封装的状态，安装到盖板102的内侧。作为保护膜116的材料，列举例如：聚酰亚胺、PET(聚对苯二甲酸)塑料、聚醚醚酮(PEEK)、芳纶或芳族聚酰胺类塑料、环氧树脂以及硅橡胶等。此外，电路板114也可以被胶状物117密封。具体地，例如，在将测温装置104安装到盖板102的第二安装槽115内的状态下，通过例如打胶、灌胶等方式将例如电路板114密封在第二安装槽115中。作为胶状物117的种类，只要能够耐高温、耐腐蚀，并不特别限定，例如可列举环氧树脂胶等。在测温件112从第二安装槽115延伸出去的状态下，测温件112也可以至少部分通过例如保护膜116进行封装。由此，通过使电路板114和测温件112被保护膜116封装和/或被胶状物117密封，能够有效地防止测温装置104被电芯100的电解液侵蚀。
图6是电池系统200的简要示意图，参照图6，上面各实施例的电芯100，可以使用到电池系统200中。根据第二实施方式的电池系统200，包括供电电池201和电池管理系统202(BMS)，供电电池201由多个上述各实施例的电芯100电连接组成，电池管理系统202分别和各电芯100的测温装置104通讯连接。供电电池201的连接方式可以参考现有的电池系统200的连接方式，在此不详细展开说明。电池管理系统202和各电芯100的测温装置104可以通过例如有线或者无线的方式进行通讯连接。
在本实施方式中，能够实现电池管理系统202有效地监控供电电池201中的各个电芯100内部的温度。具体而言，通过将测温装置104设置在电芯100的内部，能够实现电池管理系统202对每一个电芯100进行实时监测及控制，能够提高电池系统200的安全性。此外，由于在电芯100的内部检测的温度数据具有更高的精度，因此能够更加准确地判断电芯100的状态。从而提高电池系统200的管理效率以及安全性。
图7是电动汽车300的简要示意图，参照图7，上面实施例的电池系统200，可以使用到电动汽车300中。作为电动汽车300，列举例如混合动力汽车、纯电动汽车等。本实施方式的电动汽车，通过使用上述的电池系统200，能够提高电池系统200的管理效率以及安全性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (18)

1.电芯，包括：
壳体，具有一个开口；
盖板，设置在所述壳体的所述开口的一端，封装所述开口，所述盖板上设置有正极柱和负极柱；
卷芯，容置在所述壳体内，所述卷芯具有正极片和负极片，所述卷芯在和所述盖板相对的一侧具有正极耳和负极耳，所述正极耳在所述正极片被裁切成型，所述负极耳在所述负极片被裁切成型，所述正极耳和所述正极柱连接，所述负极耳和所述负极柱连接；
导热件，设置在所述壳体内，一端和所述正极片或者所述负极片连接，另一端朝向所述盖板的内侧延伸；
测温装置，设置在所述壳体内，并和所述导热件连接；
所述导热件在所述正极片被裁切成型，或者，所述导热件在所述负极片被裁切成型。
2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，在所述卷芯中，所述导热件位于所述正极耳和所述负极耳之间。
3.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述导热件的朝向所述盖板的内侧的一端，设置有隔热件。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电芯，其特征在于，所述导热件的朝向所述盖板的一端固定到所述盖板的内侧。
5.根据权利要求4所述的电芯，其特征在于，所述盖板的内侧，开设有第一安装槽，所述导热件的朝向所述盖板的一端，被固定在所述第一安装槽。
6.根据权利要求3所述的电芯，其特征在于，所述导热件通过所述隔热件固定到所述盖板的内侧。
7.根据权利要求6所述的电芯，其特征在于，所述盖板的内侧，开设有第一安装槽，所述导热件通过所述隔热件固定在所述第一安装槽。
8.根据权利要求1或5或7所述的电芯，其特征在于，所述测温装置包括至少一个测温件，所述测温件和所述导热件接触。
9.根据权利要求8所述的电芯，其特征在于，所述测温件和所述导热件的朝向所述盖板的内侧的一端接触。
10.根据权利要求5或7所述的电芯，其特征在于，所述测温装置包括至少一个测温件，所述测温件插入所述第一安装槽中，并和所述导热件接触。
11.根据权利要求8所述的电芯，其特征在于，所述测温件选自热电偶和热敏电阻当中的至少一种。
12.根据权利要求8所述的电芯，其特征在于，所述测温装置具有电路板，所述测温件设置在所述电路板上。
13.根据权利要求12所述的电芯，其特征在于，所述电路板为FPC板。
14.根据权利要求12所述的电芯，其特征在于，所述电路板被密封地设置在所述盖板的内侧。
15.根据权利要求14所述的电芯，其特征在于，所述电路板被保护膜封装或者被胶状物密封。
16.根据权利要求15所述的电芯，其特征在于，所述保护膜的材料选自：聚酰亚胺、PET塑料、聚醚醚酮、芳纶或芳族聚酰胺、环氧树脂以及硅橡胶中的一种。
17.电池系统，包括供电电池和电池管理系统，其特征在于，所述供电电池由多个权利要求1至16中任一项所述的电芯电连接组成，所述电池管理系统分别和各所述电芯的所述测温装置通讯连接。
18.电动汽车，其特征在于，包括权利要求17所述的电池系统。
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