CN215119036U - 一种电芯加热装置及具有其的电池和电池系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种电芯加热装置及具有其的电池和电池系统,包括电芯壳体,还包括:绝缘层,所述绝缘层设置在所述电芯壳体外;容纳通道,所述容纳通道包括正极连接端、负极连接端与流道,所述流道迂回设置于所述绝缘层表面,且具有至少两个端部,所述正极连接端与所述负极连接端位于所述流道的不同端部;发热部,所述发热部为导电体,所述发热部设置在所述容纳通道内,所述发热部与电芯正极和电芯负极之间能够形成回路,位于所述正极连接端的发热部导通所述回路的正极,位于所述负极连接端的发热部导通所述回路的负极;保护层,所述保护层具有绝缘性,并覆盖所述容纳通道设置。本实用新型能简化电池加热装置,降低制造和维护成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及动力电池加热领域,具体涉及一种电芯加热装置及具有其的电池和电池系统。
背景技术
在传统工艺中,当需要对电芯进行加热时,采取的技术方案有:通过热敏电阻对冷却液进行加热,再使冷却液与电芯之间发生热量传导,以加热电芯;或是通过热泵对冷却液进行加热,再使冷却液与电芯之间发生热量传导;或是外设加热膜对电芯直接进行加热。
其中,通过加热冷却液以进行换热的技术方案需要引入相当多的部件,例如加热装置、换热装置、压缩机等,并且要先对冷却液进行加热,使冷却液流过管道,才能通过热量传递加热电芯,成本较高,及时性差,温度调节效率较低,加热均匀性也容易受到冷却液流速影响,不易控制。
此外,外设加热膜对电芯直接进行加热的技术方案,加热膜与电芯是两个独立的部件,这种设计通常将加热膜贴在整个电池的底部或两侧以进行加热,也存在导热距离长、换热面积小、加热速度慢和加热温差大的缺点。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种电芯加热装置及具有其的电池和电池系统,以解决上述技术方案的缺点。
本实用新型提供一种电芯加热装置,包括电芯壳体,还包括:
绝缘层,所述绝缘层设置在所述电芯壳体外;
容纳通道,所述容纳通道包括正极连接端、负极连接端与流道,所述流道迂回设置于所述绝缘层表面,且具有至少两个端部,所述正极连接端与所述负极连接端位于所述流道的不同端部;
发热部,所述发热部为导电体,所述发热部设置在所述容纳通道内,所述发热部与电芯正极和电芯负极之间能够形成回路,位于所述正极连接端的发热部导通所述回路的正极,位于所述负极连接端的发热部导通所述回路的负极;
保护层,所述保护层具有绝缘性,并覆盖所述容纳通道设置。
可选地,所述正极连接端或所述负极连接端贯穿所述绝缘层并连通对应电芯正极或电芯负极。
可选地,还包括连接片,所述连接片为导电体,所述正极连接端或所述负极连接端设有所述连接片,所述连接片与所述正极连接端或所述负极连接端内的所述发热部相连,并与所述电芯正极或所述电芯负极相连。
可选地,还包括连接片,所述连接片为导电体,所述连接片包括正极连接片和负极连接片,所述正极连接片和所述负极连接片分别与所述正极连接端和所述负极连接端内的所述发热部固定连接,并分别与所述电芯正极和所述电芯负极相连。
可选地,所述电芯壳体导通所述电芯正极或所述电芯负极中的任一极,所述电芯壳体导通所述电芯正极时,所述发热部与所述电芯壳体和所述电芯负极之间形成回路,所述电芯壳体导通所述电芯负极时,所述发热部与所述电芯壳体和所述电芯正极之间形成回路。
可选地,还包括开关,所述开关导通所述正极连接端内的发热部或所述负极连接端内的发热部。
可选地,所述发热部总面积至少为所述电芯壳体总面积的40%,所述流道内部迂回处与迂回处之间的间隙至少为1mm。
可选地,所述电芯壳体为长方体,90%以上的所述容纳通道设置于所述长方体中面积最大的两个表面,或所述电芯壳体为圆柱体,90%以上的所述容纳通道设置于所述圆柱体侧面。
本实用新型还提供一种电池,包括具有上述任一项技术方案中所述的电芯加热装置的电芯。
本实用新型还提供一种电池系统,包括电池管理系统,以及具有上述技术方案任一项所述的电芯加热装置,所述电芯加热装置的开关与所述电池管理系统相连,所述电池管理系统能够控制任一所述电芯加热装置的开关。
综上所述,本实用新型带来的有益效果是:
1、简化了电池加热装置,降低制造和维护成本;
2、缩减导热距离,提高加热效率,减少加热过程中的能量散失。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述,为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举较佳实施例,并配合附图,详细说明如下。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的电芯及电芯加热装置总体示意图。
图2为本实用新型实施例提供的容纳通道示意图(无连接片时)
图3为本实用新型实施例提供的容纳通道示意图(有连接片时)。
图4为本实用新型实施例提供的电池模组控制电气示意图。
附图标记说明
1-电芯壳体,2-绝缘层,3-容纳通道,31-流道,32-正极连接端,33-负极连接端,4-发热部,5-保护层,6-连接片,61-正极连接片,62-负极连接片, 7-开关,8-采集线束。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型,但不用来限制本实用新型的范围。
本实用新型的说明书和权利要求书中的术语“导通”,指的是当描述A 导通B时,A与B之间作为回路的一部分,在回路被供以电能时,A与B 之间能使电流通过。
如图1-2所示,本实施例涉及的电芯加热装置包括电芯壳体1、绝缘层2、容纳通道3、发热部4和保护层5。其中,电芯壳体1外部涂覆有绝缘层2,容纳通道3迂回设置于绝缘层2表面,发热部4设置在容纳通道3内。本实用新型通过使发热部4在绝缘层2表面形成回路,以该回路通电时散发的热量对电芯进行加热。
具体地,电芯壳体1是厚度为0.6mm的长方体铝壳(图未示)。由于金属壳体的电位和电芯正极电位存在电位差,会造成金属壳腐蚀,因此结构设计中通常使金属壳与电芯正负极中任一极导通,以消除电位差,避免腐蚀。在本实施例中,电芯正极与电芯壳体1相连。电芯壳体1的外部通过喷涂设置有绝缘层2,绝缘层2为环氧树脂聚合物,厚度为0.15mm。可选地,绝缘层2还可以为陶瓷化聚合物。优选地,绝缘层2的厚度的选取范围为0.1~ 0.2mm。
具体地,容纳通道3是在电芯壳体1与电极片等电芯部件组装前通过蚀刻或雕刻工序形成的。容纳通道3包括流道31、正极连接端32和负极连接端33,其中流道31迂回状设置于所述绝缘层表面,正极连接端32位于流道 31的一端,所述负极连接端位于流道31的另一端,为了确保在正极连接端 32与负极连接端33内的发热部4的导电面积,如图2所示,正负连接端具有整个容纳通道3中最大面积的局部流道。
可选地,流道31可以具有不止两个端部,此时正极连接端32与负极连接端33位于流道31的不同端部,当然地,正极连接端32或负极连接端33 可位于单个流道31的端部处,也可同时包括多个流道31的端部。
具体地,由于电芯壳体1呈长方体,容纳通道3大致呈U型,流道31 布置于电芯壳体1的左表面和右表面上,左表面上的流道31通过跨越前表面通往电芯壳体1的右表面。如图2所示,显而易见地,流道31多形成于所述电芯壳体1中面积最大的两个表面,即左表面与右表面上,具体地,90%以上的容纳通道3位于电芯壳体1中面积最大的两个表面上。
需要特别说明的是,本实施例的设计原则是尽量避免在长方体电芯壳体1的其他四个表面布置容纳通道3。其原因在于,在长方体电芯壳体1的上下两个表面上,虽然也可布置容纳通道3,但在上表面布置容纳通道3需要进行正负极端子等部件的避让,下表面由于面积较小,即使布置容纳通道3,对于换热效率的提升也无显著影响。此外,在动力电池组装工艺中,多个电芯之间需要与同一个外壳框架封装在一起,组成模组,此时单个电芯壳体1中的前后表面需要接受模组侧板的粘连,来进行承重和固定,因此若在长方体两侧进行过多的容纳通道3布置,将影响到模组的结构固定和模组的高度,得不偿失。
扩展地,若电芯壳体1为圆柱体,则优选地,90%以上的容纳通道3应设置于圆柱体的侧面。
具体地,为平衡流道密度与壳体空间利用之间的关系,流道31迂回处与迂回处之间的间隙至少为1mm。
具体地,正极连接端32贯穿绝缘层2并连通电芯正极,负极连接端33 不贯穿绝缘层2,但其连接开关7(见图4),沉积在负极连接端33内的发热部4通过开关7导通电芯负极。
具体地,设置在容纳通道3内的发热部4为导电体,由于正极连接端32 贯穿绝缘层2并连通电芯正极,负极连接端33内的发热部4通过开关7导通电芯负极,发热部4通过容纳通道3与电芯正负极之间形成回路。在该回路中,正极连接端32的发热部4导通回路的正极,位于负极连接端33的发热部4导通回路的负极,当该回路闭合运转时,发热部4将根据自身电阻散发热量,以加热电芯。在本实施例中,发热部4为0.05mm厚的铜,通过物理气相沉积的方法被沉积在容纳通道3中,扩展地,也可使用化学气相沉积或电镀等方法进行发热部4的沉积,发热部4还可采用镍或石墨烯等导电体材料。
优选地,为了确保发热效率,发热部4的总面积至少为电芯壳体1总面积的40%。
可选地,也可使正极连接端32不贯穿绝缘层2,但正极连接端32内的发热部4连接开关7,并通过开关7导通电芯正极,此时负极连接端33贯穿绝缘层2并连通电芯负极。
可选地,如上所述,也可使正极连接端32贯穿绝缘层2并连通电芯壳体 1,使沉积在正极连接端32中的发热部4间接地实现与电芯正极的导通。此时负极连接端33不贯穿绝缘层2,但其连接开关7,沉积在负极连接端33内的发热部4通过开关7导通电芯负极。
扩展地,当电芯壳体1连接电芯负极时,可使负极连接端33贯穿绝缘层 2并连通电芯壳体1,使沉积在负极连接端33中的发热部4间接地实现与电芯负极的导通。此时,正极连接端32不贯穿绝缘层2,但连接开关7,使沉积在正极连接端32中的发热部4能够通过开关7导通电芯正极。
优选地,为了确保整个回路正负极处的过流面积,或为可能附加的其他部件提供便于安装或连接的平台,如图3所示,还可以在正负极连接端上设置作为导电体的连接片6。具体地,连接片6包括正极连接片61和负极连接片62,正极连接片61与正极连接端32内的发热部4固定连接,并与电芯正极相连,负极连接片62与负极连接端33内的发热部4固定连接,并与开关 7相连(图3未示),实现与电芯负极的导通。
进一步地,根据上述所有方案,上述正负极连接端与正负极连接片固定连接的位置,可以是对应的正极连接端32或负极连接端33贯穿绝缘层2处。此外,正负极连接端与正负极连接片与正负极连接端内各自对应的发热部4 固定连接,所用固定连接手段可以是点焊连接,正负极连接片可以选用电极片。
可选地,在上述方案中,还可以采用正负极连接端中一端设置连接片6,另一端不设置的技术方案。连接片6的设计目的在于确保过流面积,并为可能附加的部件提供固定连接的平台,若正负极连接端处的流道31已设计为较大面积,是否设计连接片6以及在哪一端设计连接片6,是本领域技术人员可以根据需要灵活设置的。
具体地,保护层5为0.1mm厚的涤纶树脂材质蓝膜,用于防尘防水。保护层5覆盖容纳通道3,起保护作用的同时也减少了回路总体热量散失。
进一步地,在设置了连接片6的前提下,保护层5还可以覆盖连接片6 设置,以减少额外的绝缘作业步骤。
此外,本实施例还提供一种电池系统,包括电池管理系统(下称BMS)、和采集线束8。如图3,单个电芯具有如上述任一种方案所述的电芯加热装置,且每个电芯中的负极连接片62连接一个开关7,开关7作为电芯加热装置的开关,与BMS(图未示)相连。如图4所示,多个电芯的多个开关7及对应采集线通过采集线束8汇集起来,成组连接BMS,并使BMS能控制任一电芯加热装置的开关,进而进行电芯的分区管理。当BMS检测到加热需求时,控制开关7闭合,启动加热,加热完成后,断开加热。
具体地,开关7为晶体管开关,只需将晶体管开关的一个管脚与负极连接片62焊接即可完成开关7与电芯加热装置的连接。
需要说明的是,通过设置多个开关7,还有利于使BMS对电芯进行分区管理、均衡管理。此处的均衡管理指的是,由于多个电芯组成电池后,每个电芯位置不同,换热环境也不同,电芯与电芯之间会产生不同的耗电特性,当数个电芯经过相同的放电场景后,某些电芯剩余容量会更少,此时可以使用BMS对各个电芯进行分析,若某个电芯放电后剩余容量较其他电芯变得更少,则可以通过控制开关7进行BMS控制管理,经合理接线布置后,使用电量多的电芯给电量少的电芯充电,确保电芯的一致性,延长电池的寿命。
综上所述,当电芯需要加热时,电芯为发热部4形成的回路供电,发热部4在电流流过的同时由于自身电阻存在而产生热量,热量透过绝缘层2作用于电芯壳体1,最后加热整个电芯。需要特别说明的是,本实用新型尤其适用于低温情况下对电芯进行加热。众所周知,低温情况下电芯内阻与极化增加,很难长时间正常工作,而发热部形成的回路只需电芯输出较小功率即可运转,其散发的热量反作用于电芯,能使电芯尽快进入可以正常工作的温度区间,减少低温放电对电芯寿命的影响。
在上述技术方案中,通过设置位于电芯壳体1上的发热部4,实现加热装置与电芯的一体化,本实用新型能带来如下有益效果:
1、简化电池加热装置,降低制造和维护成本;
2、缩减导热距离,提高加热效率。
以上所述,仅为本实用新型的具体实施方式,但本实用新型的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此,本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种电芯加热装置,包括电芯壳体,其特征在于,还包括:
绝缘层,所述绝缘层设置在所述电芯壳体外;
容纳通道,所述容纳通道包括正极连接端、负极连接端与流道,所述流道迂回设置于所述绝缘层表面,且具有至少两个端部,所述正极连接端与所述负极连接端位于所述流道的不同端部;
发热部,所述发热部为导电体,所述发热部设置在所述容纳通道内,所述发热部与电芯正极和电芯负极之间能够形成回路,位于所述正极连接端的发热部导通所述回路的正极,位于所述负极连接端的发热部导通所述回路的负极;
保护层,所述保护层具有绝缘性,并覆盖所述容纳通道设置。
2.如权利要求1所述的电芯加热装置,其特征在于,所述正极连接端或所述负极连接端贯穿所述绝缘层并连通对应电芯正极或电芯负极。
3.如权利要求2所述的电芯加热装置,其特征在于,还包括连接片,所述连接片为导电体,所述正极连接端或所述负极连接端设有所述连接片,所述连接片与所述正极连接端或所述负极连接端内的所述发热部相连,并与所述电芯正极或所述电芯负极相连。
4.如权利要求1所述的电芯加热装置,其特征在于,还包括连接片,所述连接片为导电体,所述连接片包括正极连接片和负极连接片,所述正极连接片和所述负极连接片分别与所述正极连接端和所述负极连接端内的所述发热部固定连接,并分别与所述电芯正极和所述电芯负极相连。
5.如权利要求1所述的电芯加热装置,其特征在于,所述电芯壳体导通所述电芯正极或所述电芯负极中的任一极,所述电芯壳体导通所述电芯正极时,所述发热部与所述电芯壳体和所述电芯负极之间形成回路,所述电芯壳体导通所述电芯负极时,所述发热部与所述电芯壳体和所述电芯正极之间形成回路。
6.如权利要求1所述的电芯加热装置,其特征在于,还包括开关,所述开关导通所述正极连接端内的发热部或所述负极连接端内的发热部。
7.如权利要求1所述的电芯加热装置,其特征在于,所述发热部总面积至少为所述电芯壳体总面积的40%,所述流道内部迂回处与迂回处之间的间隙至少为1mm。
8.如权利要求1所述的电芯加热装置,其特征在于,所述电芯壳体为长方体,90%以上的所述容纳通道设置于所述长方体中面积最大的两个表面,或所述电芯壳体为圆柱体,90%以上的所述容纳通道设置于所述圆柱体侧面。
9.一种电池,其特征在于,包括具有上述权利要求1-8中任一项所述的电芯加热装置的电芯。
10.一种电池系统,其特征在于,包括电池管理系统,以及具有上述权利要求1-8中任一项所述的电芯加热装置,所述电芯加热装置的开关与所述电池管理系统相连,所述电池管理系统能够控制任一所述电芯加热装置的开关。
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