CN116417709A - 一种锂离子电池保温和控温装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锂离子电池保温和控温装置，解决了单体电池工作环境温度的稳定性，不需要单独设计单体电池组的加热或者散热结构，提高单个电池的热能利用率，减少了电池的设计成本，提高了组装电池的空间利用率，为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种锂离子电池保温和控温装置，包括电池壳体和电池顶盖，电池壳体包括头部槽型变形段、中部保温层和底部弧形保温层，对电池内部保温提供保温结构环境；电池顶盖包括金属顶盖，热敏感应的变形件，与内部电芯连接的内部极性金属件，与壳体配合的密封的密封圈；电池壳体和顶盖的配合组装，为电池工作过程的需要的合适温度提供控制保障。

Description

一种锂离子电池保温和控温装置

技术领域

本发明涉及电池生产组件技术领域，具体涉及一种锂离子电池保温和控温装置。

背景技术

锂离子电池目前主要分为磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、三元材料等不同体系，锂离子电池外观分为圆柱电池和方形电池两种，不同材料体系有不同的优点，不同体系电池的工作环境的温湿度也不相同。目前，主要圆柱形锂离子电池和方形锂离子电池为主，锂离子电池表现为容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能大电流放电、电化学稳定性能、使用中安全，不会因过充电、过放电及短路等操作不当而引起燃烧或爆炸，工作温度范围宽、对环境友好。广泛应用于储能柜，太阳能灯具、后备能源、电动工具、球包车等。

现有的圆柱形锂离子电池和方形锂离子电池在工作过程中，对使用的工作环境温度有要求，合格的温度工作环境可以使锂离子电池电性能发挥更加稳定，电池的利用率高，电池的使用寿命会更长，目前市面上大多数对电池的温度工作环境的控制是额外加装电池组的加热装置或者在电池组装的过程中使用加热片，从而达到对电池使用环境温度的控制，这种方案一方面是造成了电池使用过程中的额外能耗，多余的热量造成热量浪费，另一方面，单独设计额外装置对电池的通用性不友好，不可以重复使用，设备一旦损坏，电池使用环境的温度就失去保障，造成电池无法正常进行工作。

CN201220298541.3(2013年01月09日）公开了一种锂离子电池保温装置，包括包裹在电池外部的壳体，所述的壳体为空心壳体，且壳体内部设有有机溶液。由上述技术方案可知，本发明通过在电池外部设有壳体，壳体内设有有机溶液，通过利用有机溶液熔点高、比热大的特性来对电池进行保温，使电池在低温时其温度不会降到环境温度，可以顺利地在低温下给电池进行充电，此保温装置是在电池组外加装油性有机溶液，需要额外对加热装置进行加热，电池组中单体电池的温度一致性无法保证。

CN202222745813.6（2023年01月13日）公开了一种便携式航空蓄电池加热保温箱，保温箱体和智能加温组件，保温箱体内部通过两个横向的隔板分隔为上层腔室、中层腔室和下层腔室，隔板上开设有多个加热孔，上层腔室和中层腔室用于放置航空蓄电池；保温箱体的顶部设有保温盖，智能加温组件包括温控组件和加温组件，温控组件设于保温盖上，包括温度传感器和控制器；加温组件设于下层腔室内，包括充电模块、锂电池和微型暖风机，充电模块和锂电池连接，锂电池和微型暖风机连接，微型暖风机与控制器连接。此加热保温箱设计复杂，目的是为蓄电池提供满足使用要求的温度工作环境，需要设计独立的加热环境，和电池本身的集成度不高，便携性和能效性不高。

发明内容

本发明提供一种锂离子电池保温和控温装置，解决额外加温设备的能耗高的问题，解决了单体电池自身热量利用率低的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现的：

本发明提供了一种锂离子电池保温和控温装置，包括锂离子电池包裹壳体机构和锂离子电池顶盖机构。

所述锂离子电池包裹壳体机构，用于放置锂离子电池内部电芯，包括中部保温层，所述中部保温层下端为壳底，所述壳底上端设有底部弧形保温层；

所述锂离子电池顶盖机构包括热敏感应变形件，所述热敏感应变形件下方设有内部极性金属件。

进一步的，一种锂离子电池保温和控温装置分为圆柱形和方形锂离子电池保温和控温装置，包括圆柱形和方形锂离子电池包裹壳体机构，圆柱形和方形锂离子电池顶盖机构。

进一步的，所述圆柱形锂离子电池包裹壳体机构还包括位于中部保温层上部的头部槽型变形段；所述圆柱形锂离子电池顶盖机构还包括孔状金属顶盖，孔状金属顶盖下方设有热敏感应变形件，且孔状金属顶盖外圈嵌入热敏感应变形件中，所述热敏感应变形件外侧设有密封圈，且热敏感应变形件外端嵌入密封圈中。

进一步的，所述方形锂离子电池顶盖机构还包括对称设置的两个方形金属顶盖，两个方形金属顶盖中间位置设有热敏感应变形件。

进一步的，圆柱形头部槽型变形段采用槽型机进行机械性变形，方形上部一般采用激光焊接方式。

进一步的，锂离子电池包裹壳体机构由滚槽机辊出一定槽型来配合锂离子电池顶盖机构密封，锂离子电池包裹壳体机构与锂离子电池顶盖机构进行一定的激光焊接实现电池密封。

进一步的，所述锂离子电池包裹壳体机构的的中部保温层可进行抽真空度，壳底上端有设计弧度的可进行抽真空度的真空保温层。

进一步的，所述锂离子电池顶盖机构的各组件进行密封性贴合组装。

进一步的，所述壳底与电池内部电芯的底部电池极性单元相连接，所述内部极性金属件与电池内部电芯顶部的电池极性单元相连接。

进一步的，所述锂离子电池包裹壳体机构为电池内部卷芯放入单元和卷芯进行固定单元，固定单元区设计双层真空保温层。

进一步的，所述头部槽型的变形段、中部保温层与底壳材质为碳钢，不锈钢或铝板。

进一步的，所述孔状金属顶盖材质为碳钢、不锈钢。

进一步的，所述热敏感应变形件材质为PTC、高分子材料。

进一步的，所述密封圈材质为PP、PBT、高分子材料。

进一步的，所述锂离子电池包裹壳体机构的厚度为0.2-1.0mm。

进一步的，所述圆柱形锂离子电池包裹壳体机构的失圆度要小于0.3mm。

进一步的，所述中部保温层的间隙宽度为1.5-2.5mm，中部间隙宽度为一致性宽度。

进一步的，所述底部弧形保温层的弧度为10-15°。

进一步的，所述孔状金属顶盖厚度为0.5-1.0mm。

进一步的，圆柱形锂离子电池包裹壳体机构底部弧形段的中心为壳底的圆心，方形锂离子电池包裹壳体机构底部弧形段的中心要处于壳底的几何中心。

本发明与现有技术相比所取得的有益效果如下：

本发明提供了一种锂离子电池保温和控温装置，通过电池内部的产热机制，使得电池的内部工作环境始终保持在预先设计的温度范围内，保证了电池工作的稳定性，避免过冷或者过热环境对电池的影响，同时不需要单独设计电池组的加热或者散热单元，提高单个电池的热能利用率，减少了电池的设计成本，提高了组装电池的空间利用率。

附图说明

一件发明名称为“一种锂离子电池保温和控温装置”的专利申请，其说明书包括6幅附图，这些附图的图面说明如下。

图1是本发明圆柱形锂离子电池保温和控温装置；

图2是本发明圆柱形锂离子电池包裹壳体机构结构示意图；

图3是本发明圆柱形锂离子电池顶盖机构结构示意图；

图4是本发明方形锂离子电池保温和控温装置；

图5是本发明方形锂离子电池包裹壳体机构结构示意图；

图6是本发明方形锂离子电池顶盖机构结构示意图。

图中：1、锂离子电池包裹壳体机构，101、中部保温层，102、底部弧形保温层，103、变形段，104、壳底，2、锂离子电池顶盖机构，201、孔状金属顶盖，202、热敏感应变形件，203、内部极性金属件，204、密封圈，205、方形金属顶盖，3、电池内部电芯。

实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例

如图1-3所示，一种锂离子电池保温和控温装置为圆柱形，

如图2所示，圆柱形锂离子电池包裹壳体机构1，用于放置锂离子电池内部电芯3，包括中部保温层101，材质一般为碳钢、不锈钢和铝板等，保温层的间隙宽度为1.5-2.5mm，中部间隙宽度为一致性宽度，保证真空的均匀性；中部保温层101上端设有头部槽型变形段103，头部槽型变形段103根据电池电芯的大小，使用匹配的槽型进行滚槽作业，头部槽型变形段103的壳体材质一般为碳钢、不锈钢和铝板等，变形段103壳体的厚度为0.2-1.0mm；中部保温层101下端为壳底104，壳底104与电池内部电芯3的底部电池极性单元相连接，壳底104上端设有底部弧形保温层102，其弧度为10-15°，材质一般为碳钢、不锈钢和铝板等，底部弧形保温层102可以使温度扩散快速无阻碍，并且避免温度在壳体104底部集中，保证壳体温度的传导性均一良好，其中，中部保温层与底部弧形保温层为真空保温层，真空对温度的具有一定时间的保持性。

圆柱形壳体的失圆度要小于0.3mm，圆柱形壳体底部弧形段的中心为壳底的圆心。

锂离子电池包裹壳体机构为电池内部卷芯放入单元和卷芯进行固定单元，固定单元区设计双层真空保温层。

如图3所示，圆柱形锂离子电池顶盖机构2，包括孔状金属顶盖201，作用为电池极性表示，以及和其余电池进行串并联，厚度为0.5-1.0mm，材质为碳钢、不锈钢等，孔状金属顶盖201下方设有热敏感应变形件202，且孔状金属顶盖201外圈嵌入热敏感应变形件202中，材质为PTC、高分子材料等，热敏感应变形件202具有膨胀和收缩的功能，膨胀状态为散热阶段，收缩状态为保温阶段，热敏感应变形件202温度的设定可以由设计进行选取，热敏感应变形件202下方设有内部极性金属件203，内部极性金属件203与电池内部电芯3顶部的电池极性单元相连接，内部极性金属件203温度通过孔状金属顶盖201进行环境温度对流散热，在温度范围内收缩为原形状，进行顶盖的原始密封作用，热敏感应变形件202外侧设有密封圈204，且热敏感应变形件203外端嵌入密封圈204中，密封圈204为有一定弹性的高分子材料单元，一般选取PP、PBT、高分子材料等材料，根据金属件整体形状配合压缩密封，锂离子电池顶盖机构的各组件进行密封性贴合组装。

电池壳体由滚槽机辊出一定槽型来配合顶盖密封。

电池密封顶盖为保温封闭的单元和超温散热的热敏原件单元，配合壳体槽型封住电池内部电芯3于壳体内部。

实施例

如图4-6所示，一种锂离子电池保温和控温装置为方形，

如图4所示，上部一般采用激光焊接方式将方形锂离子电池顶盖机构2与方形锂离子电池包裹壳体机构1连接在一起。

如图5所示，方形锂离子电池包裹壳体机构1，用于放置锂离子电池内部电芯3，包括中部保温层101，材质一般为碳钢、不锈钢和铝板等，保温层的间隙宽度为1.5-2.5mm，中部间隙宽度为一致性宽度，保证真空的均匀性；中部保温层101下端为壳底104，壳底104与电池内部电芯3的底部电池极性单元相连接，壳底104上端设有底部弧形保温层102，其弧度为10-15°，材质一般为碳钢、不锈钢和铝板等，底部弧形保温层102可以使温度扩散快速无阻碍，并且避免温度在壳体104底部集中，保证壳体温度的传导性均一良好，其中，中部保温层与底部弧形保温层为真空保温层，真空对温度的具有一定时间的保持性。

方形壳体底部弧形段的中心要处于壳底的几何中心。

如图6所示，方形锂离子电池顶盖机构2，包括对称设置的两个方形金属顶盖205，作用为电池极性表示，以及和其余电池进行串并联，厚度为0.5-1.0mm，材质为碳钢、不锈钢等，两个方形金属顶盖205中间位置设有热敏感应变形件202，材质为PTC、高分子材料等，热敏感应变形件202具有膨胀和收缩的功能，膨胀状态为散热阶段，收缩状态为保温阶段，热敏感应变形件202温度的设定可以由设计进行选取，热敏感应变形件202下方设有内部极性金属件203，内部极性金属件203与电池内部电芯3顶部的电池极性单元相连接，内部极性金属件203温度通过方形金属顶盖205进行环境温度对流散热，在温度范围内收缩为原形状，进行顶盖的原始密封作用。

本发明锂离子电池保温和控温装置，包括如下内容：

1、电池在首次通电的过程中，电池中活性物质被激活，电池内部开始升温，如果电池温度在热敏元件的耐受范围内，热敏元件不开启，电池内部密闭，壳体内部保温层对耐受的温度持续进行保温，电池持续进行正常的充放电，电池的温度始终保持在一定温度范围内。

2、电池如果在使用的过程中，电池内部温度持续升高，超过热敏电阻的耐受范围，热敏元件开启，元件厚度和大小进行膨胀，内部与电池电芯的连接金属件可与顶部顶帽的孔状实现热量对流，通过散热使热敏元件再次回复初始形状从而实现控温的目的。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述各实施案例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种锂离子电池保温和控温装置，其特征在于，包括锂离子电池包裹壳体机构（1）和锂离子电池顶盖机构（2）；

所述锂离子电池包裹壳体机构（1），用于放置锂离子电池内部电芯（3），包括中部保温层（101），所述中部保温层（101）下端为壳底（104），所述壳底（104）上端设有底部弧形保温层（102）；

所述锂离子电池顶盖机构（2）包括金属顶盖，所述金属顶盖下方设有热敏感应变形件（202），所述热敏感应变形件（202）下方设有内部极性金属件（203）。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池保温和控温装置，其特征在于，分为圆柱形和方形锂离子电池保温和控温装置，包括圆柱形与方形锂离子电池包裹壳体机构（1），圆柱形与方形锂离子电池顶盖机构（2）；所述圆柱形锂离子电池包裹壳体机构（1）还包括位于中部保温层（101）上部的头部槽型变形段（103）；所述圆柱形锂离子电池顶盖机构（2）还包括孔状金属顶盖（201），孔状金属顶盖下方设有热敏感应变形件（202），且孔状金属顶盖（201）外圈嵌入热敏感应变形件（202）中，所述热敏感应变形件（202）外侧设有密封圈（204），且热敏感应变形件（202）外端嵌入密封圈（204）中。

3.根据权利要求1或2所述的一种锂离子电池保温和控温装置，其特征在于，所述方形锂离子电池顶盖机构（2）还包括对称设置的两个方形金属顶盖（205），两个方形金属顶盖（205）中间位置设有热敏感应变形件（202）。

4.根据权利要求2或3所述的一种锂离子电池保温和控温装置，其特征在于，圆柱形头部槽型变形段（103）采用槽型机进行机械性变形，方形上部采用激光焊接方式。

5.根据权利要求1或4所述的一种锂离子电池保温和控温装置，其特征在于，锂离子电池包裹壳体机构（1）由滚槽机辊出一定槽型来配合锂离子电池顶盖机构（2）密封，方形锂离子电池包裹壳体机构（1）与锂离子电池顶盖机构（2）进行一定的激光焊接实现电池密封。

6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池保温和控温装置，其特征在于，锂离子电池包裹壳体机构（1）的中部保温层（101）可进行抽真空，壳底（104）上端有设计弧度的可进行抽真空度的真空保温层。

7.根据权利要求1-3所述的一种锂离子电池保温和控温装置，其特征在于，锂离子电池顶盖机构（2）的各组件进行密封性贴合组装。

8.根据权利要求1所述的一种锂离子电池保温和控温装置，其特征在于，所述壳底（104）与电池内部电芯（3）的底部电池极性单元相连接，所述内部极性金属件（203）与电池内部电芯（3）顶部的电池极性单元相连接。

9.根据权利要求1或8所述的一种锂离子电池保温和控温装置，其特征在于，锂离子电池包裹壳体机构（1）为电池内部卷芯放入单元和卷芯进行固定单元，固定单元区设计双层真空保温层。

10.根据权利要求1所述的一种锂离子电池保温和控温装置，其特征在于，圆柱形锂离子电池包裹壳体机构（1）底部弧形段的中心为壳底（104）的圆心，方形锂离子电池包裹壳体机构（1）底部弧形段的中心要处于壳底（104）的几何中心。

Images