CN205828602U - 一种节能自加热锂电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种节能自加热锂电池，属于锂电池加热技术领域。一种节能自加热锂电池，包括用于释放和储存电能的电芯、用于装设电芯的电池壳，所述电芯缠绕一用于给电芯加热的加热件，所述电池壳装设加热件缠绕的电芯。加热件与电芯一起被装入电池壳中，加热件产生的热量不暴露在空气中，直接在电池壳内对电芯进行加热，电芯从内到外受热均匀，使得电芯在加热过程中更加安全可靠，并且加热效率高，节省能源。本实用新型的加热件包括若干加热块，每个加热块对锂电池一个小区域进行加热，互不影响，能够确保锂电池受热均匀。

Description

一种节能自加热锂电池

技术领域

本实用新型涉及一种节能自加热锂电池，属于锂电池加热技术领域。

背景技术

锂电池具有工作电压高、比能量大、体积小、质量轻、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应、无污染等众多优点。现有的电动车大多采用锂电池组作为蓄电池，通过长期的使用环节发现，在低温和严寒的地区里，特别是当温度降低到0℃时，锂电池充电只能够达到70％-75％的容量，放电不足90％，当温度低于0℃以下的时候，由锂电池组供电能的电动车则会出现电池无法充电和放电或是充电和放电容量极低，影响车辆无法正常启动或是缩短车辆续航里程。在低温下长时间使用，导致电池充放电不充分，容易使电池内部短路，易引起火灾及一些对车上人员不安全的问题。

现有的锂电池加热技术，都是在锂电池四周增设加热装置，加热装置通过电热膜或者电阻丝产生热量对锂电池进行加热。中国专利(申请号201320077903.0)公开了一种锂电池组的温控装置，包括由锂电池组成的锂电池组；在所述锂电池之间设有具有可折叠性能的电热膜，所述电热膜为PTC电热膜，每两块锂电池组成一个锂电池小组，然后通过折叠电热膜，使得电热膜能够将每个锂电池小组的三个面包裹。由于高分子PTC是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度(居里温度)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。采用一个电热膜对多个锂电池进行加热，当局部锂电池温度升高时，PTC电热膜电阻值变大，其他位置的PTC电热膜产热减少，导致其他锂电池加热效果差，同时只包裹锂电池的三面，难以保证每块锂电池受热均匀。并且加热膜产生的热量透过电池壳对电芯进行加热，导致热量大量散失，加热效率低，造成了能源的浪费。这种加热方式会导致电芯外侧面的温度急剧升高，而电芯内部温度较低，使得锂电池加热过程中存在安全隐患。针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研发，解决现有技术中存在的缺陷。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种加热效率高，热量散失少，节约能源，能够确保电芯加热均匀，安全性更高的节能自加热锂电池。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种节能自加热锂电池，包括用于释放和储存电能的电芯、用于装设电芯的电池壳，所述电芯缠绕一用于给电芯加热的加热件，所述电池壳装设加热件缠绕的电芯。加热件与电芯一起被装入电池壳中，加热件产生的热量不暴露在空气中，直接在电池壳内对电芯进行加热，使得热量散失的少，加热效率高，节省能源。

进一步地，所述电芯包括用于收集锂离子及由铝薄膜组成的正极、由片状碳材料和铜薄膜组成的负极、间隔在正极与负极之间的第一隔膜、粘附于负极外侧面的第二隔膜。

进一步地，所述第二隔膜外侧面粘附加热件，所述加热件外侧面粘附用于间隔加热件与正极的第三隔膜。

进一步地，正极、第一隔膜、负极、第二隔膜、加热件、第三隔膜依次层叠并缠绕成电芯。加热件直接缠绕在电芯内部，当温度较低时，加热件产热，使得电芯从内到外的温度能够同时升高，电芯从内到外受热均匀，能够有效对电芯进行加热，同时使得电芯在加热过程中更加安全可靠，并且热量传递过程中，热量挥发的少，提高热量利用率以及加热效率。所述第一隔膜、第二隔膜、第三隔膜由渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材料制作而成。

进一步地，所述加热件胶连于电芯外侧面并缠绕电芯一周。加热件只缠绕在电芯外侧面，然后装入电池壳中，制作工艺简单，制作成本低，能够适用于绝大多数环境。

进一步地，所述加热件连接一用以控制加热件给电芯加热的控制模块。

进一步地，所述加热件为高分子聚合物正系数温度元件即高分子PTC或陶瓷正系数温度元件即陶瓷PTC。高分子PTC由高分子聚合物掺入碳粉经挤压成形。碳粉形成碳链导电，受热时聚合物膨胀，碳链断裂形成高阻。而陶瓷PTC是由具有正温度系数特性的钛酸钡粉末经电子陶瓷工艺高温烧结而成。高分子PTC的主要优点有：常温零功率电阻可以作得较小，恢复时间短。但其最大的缺点是：受有机聚合物材质及构造机理所决定，每次经过流冲击后，阻值变大，不能恢复到原值，且当高压大电流脉冲冲击时，外包封易炸裂。陶瓷PTC的主要优点为制造容易，相对价格便宜，不动作电流可以作得较小，几十至几千Ω范围内动作特性最好，适宜作小电流过流保护，且经过多次电流冲击，阻值变化不大，可恢复性和长期稳定性好，对脉冲大电流冲击的耐受能力也较好。其缺点是高温过热时易出现负阻效应。

根据加热件产热需求，优选高分子PTC，当有电流通过高分子PTC时，产生的热量将使其膨胀，从而碳黑粒子将分离、其电阻将上升。这将促使高分子PTC更快的产生热量，膨胀得更大，进一步使电阻升高。当温度达到125℃时，电阻变化显著，从而使电流明显减小。此时流过高分子PTC的小电流足以使其保持在这个温度和处于高阻状态。当断电后，高分子PTC收缩至原来的形状重新将碳黑粒子联结起来，从而使高分子PTC很快冷却并回复到原来的低电阻状态，这样又可以循环工作。

进一步地，所述加热件包括若干用于分区域加热电芯的加热块，所述加热块分别与控制模块相连接。如果加热件做为一个整体对锂电池进行加热，结构简单，成本低，但是当局部锂电池温度升高时，高分子PTC的电阻值变大，导致其他位置的产热减少，最终锂电池加热效果差，无法使得锂电池均匀受热。加热件包括若干加热块，每个加热块对锂电池一个小区域进行加热，互不影响，能够确保锂电池受热均匀。

进一步地，所述加热块胶连于电芯外侧面并缠绕电芯一周。

进一步地，所述控制模块连接一用于给加热件提供电能的电源。所述电源可以为所加热的锂电池，也可以为其他外设电源。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的加热件与电芯一起被装入电池壳中，加热件产生的热量不暴露在空气中，直接在电池壳内对电芯进行加热，使得热量散失的少，加热效率高，节省能源。

本实用新型的加热件直接缠绕在电芯内部，当温度较低时，加热件产热，使得电芯从内到外的温度能够同时升高，电芯从内到外受热均匀，能够有效对电芯进行加热，同时使得电芯在加热过程中更加安全可靠。

本实用新型的加热件包括若干加热块，每个加热块对锂电池一个小区域进行加热，互不影响，能够确保锂电池受热均匀。

本实用新型内设有加热件，温度低时能够对其电芯进行加热，无需额外购买加热装置，结构简单合理，能够确保锂电池在低温时正常工作。

附图说明

图1为本实用新型的一种实施例；

图2为本实用新型的另一种实施例；

图3为加热件的一种实施例。

附图标记说明：

1-电芯，2-电池壳，3-加热件，11-正极，12-第一隔膜，13-负极，14-第二隔膜，15-第二隔膜，31-加热块，32-导线，33-控制模块。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

相反，本实用新型涵盖任何由权利要求定义的在本实用新型的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本实用新型有更好的了解，在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。

如图1所示的一种具体实施例，一种节能自加热锂电池，包括用于释放和储存电能的电芯1、用于装设电芯1的电池壳2，所述电芯1缠绕一用于给电芯1加热的加热件3，所述电池壳2装设加热件3缠绕的电芯1。所述电芯1包括用于收集锂离子及由铝薄膜组成的正极11、由片状碳材料和铜薄膜组成的负极13、间隔在正极11与负极13之间的第一隔膜12、粘附于负极13外侧面的第二隔膜14。所述第二隔膜14外侧面粘附加热件3，所述加热件3外侧面粘附用于间隔加热件3与正极11的第三隔膜。所述第一隔膜12、第二隔膜14、第三隔膜15由渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材料制作而成。所述加热件3连接一用以控制加热件3给电芯1加热的控制模块33。所述控制模块33连接一用于给加热件3提供电能的电源。

所述加热件3为高分子聚合物正系数温度元件即高分子PTC或陶瓷正系数温度元件即陶瓷PTC。高分子PTC由高分子聚合物掺入碳粉经挤压成形，碳粉形成碳链导电，受热时聚合物膨胀，碳链断裂形成高阻。而陶瓷PTC是由具有正温度系数特性的钛酸钡粉末经电子陶瓷工艺高温烧结而成。高分子PTC的主要优点有：常温零功率电阻可以作得较小，恢复时间短。但其最大的缺点是：受有机聚合物材质及构造机理所决定，每次经过流冲击后，阻值变大，不能恢复到原值，且当高压大电流脉冲冲击时，外包封易炸裂。陶瓷PTC的主要优点为制造容易，相对价格便宜，不动作电流可以作得较小，几十至几千Ω范围内动作特性最好，适宜作小电流过流保护，且经过多次电流冲击，阻值变化不大，可恢复性和长期稳定性好，对脉冲大电流冲击的耐受能力也较好。其缺点是高温过热时易出现负阻效应。根据加热件3产热需求，优选高分子PTC，当有电流通过高分子PTC时，产生的热量将使其膨胀，从而碳黑粒子将分离、其电阻将上升。这将促使高分子PTC更快的产生热量，膨胀得更大，进一步使电阻升高。当温度达到125℃时，电阻变化显著，从而使电流明显减小。此时流过高分子PTC的小电流足以使其保持在这个温度和处于高阻状态。当断电后，高分子PTC收缩至原来的形状重新将碳黑粒子联结起来，从而使高分子PTC很快冷却并回复到原来的低电阻状态，这样又可以循环工作。

正极11、第一隔膜12、负极13、第二隔膜14、加热件3、第三隔膜依次层叠并缠绕成电芯1。加热件3直接缠绕在电芯1内部，能够有效对电芯1进行加热，并且热量传递过程中，热量挥发的少，提高热量利用率以及加热效率。并且当温度较低时，加热件产热，使得电芯从内到外的温度能够同时升高，电芯从内到外受热均匀，使得电芯在加热过程中更加安全可靠。

如图2所示的一种具体实施例，一种节能自加热锂电池，包括用于释放和储存电能的电芯1、用于装设电芯1的电池壳2，所述电芯1缠绕一用于给电芯1加热的加热件3，所述电池壳2装设加热件3缠绕的电芯1。所述电芯1包括用于收集锂离子及由铝薄膜组成的正极11、由片状碳材料和铜薄膜组成的负极13、间隔在正极11与负极13之间的第一隔膜12、粘附于负极13外侧面的第二隔膜14。加热件3不粘附于第二隔膜14外侧面，而是胶连于电芯1外侧面并缠绕电芯1一周，所述电池壳2装设加热件3缠绕的电芯1。加热件3只缠绕在电芯1外侧面，然后装入电池壳2中，虽然加热效率比第一种实施例稍差，但是制作工艺简单，制作成本低。

如图3所示的具体实施例，加热件3可以做为一个整体，对锂电池进行加热，也可以包括若干用于分区域加热电芯1的加热块31，所述加热块31胶连于电芯1外侧面并缠绕电芯1一周，其分别通过导线32与控制模块33相连接。如果加热件3做为一个整体对锂电池进行加热，结构简单，成本低，但是当局部锂电池温度升高时，高分子PTC的电阻值变大，导致其他位置的产热减少，最终锂电池加热效果差，无法使得锂电池均匀受热。加热件3包括若干加热块31，每个加热块31对锂电池一个小区域进行加热，互不影响，能够确保锂电池受热均匀。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种节能自加热锂电池，包括用于释放和储存电能的电芯(1)、用于装设电芯(1)的电池壳(2)，其特征在于，所述电芯(1)缠绕一用于给电芯(1)加热的加热件(3)，所述电池壳(2)装设加热件(3)缠绕的电芯(1)。

2.如权利要求1所述的一种节能自加热锂电池，其特征在于，所述电芯(1)包括用于收集锂离子及由铝薄膜组成的正极(11)、由片状碳材料和铜薄膜组成的负极(13)、间隔在正极(11)与负极(13)之间的第一隔膜(12)、粘附于负极(13)外侧面的第二隔膜(14)。

3.如权利要求2所述的一种节能自加热锂电池，其特征在于，所述第二隔膜(14)外侧面粘附加热件(3)，所述加热件(3)外侧面粘附用于间隔加热件(3)与正极(11)的第三隔膜(15)。

4.如权利要求3所述的一种节能自加热锂电池，其特征在于，所述正极(11)、第一隔膜(12)、负极(13)、第二隔膜(14)、加热件(3)、第三隔膜(15)依次层叠并缠绕成电芯(1)，所述第一隔膜(12)、第二隔膜(14)、第三隔膜(15)由渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材料制作而成。

5.如权利要求1所述的一种节能自加热锂电池，其特征在于，所述加热件(3)胶连于电芯(1)外侧面并缠绕电芯(1)一周。

6.如权利要求1所述的一种节能自加热锂电池，其特征在于，所述加热件(3)连接一用以控制加热件(3)给电芯(1)加热的控制模块(33)。

7.如权利要求1-6任一所述的一种节能自加热锂电池，其特征在于，所述加热件(3)为高分子聚合物正系数温度元件或陶瓷正系数温度元件。

8.如权利要求7所述的一种节能自加热锂电池，其特征在于，所述加热件(3)包括若干用于分区域加热电芯(1)的加热块(31)，所述加热块(31)分别与控制模块(33)相连接。

9.如权利要求8所述的一种节能自加热锂电池，其特征在于，所述加热块(31)胶连于电芯(1)外侧面并缠绕电芯(1)一周。

10.如权利要求9所述的一种节能自加热锂电池，其特征在于，所述控制模块(33)连接一用于给加热件(3)提供电能的电源。