CN217035720U - 自控温电芯、自控温电池模组、自控温电池包和电动汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及自控温电芯、自控温电池模组、自控温电池包和电动汽车。该自控温电芯包括：多个集流体，所述多个集流体包括自控温集流体和非自控温集流体，并且在每n个所述集流体内设有一个所述自控温集流体；和隔膜，所述隔膜布置在每个所述集流体与相邻的所述集流体之间，其中，所述n为2‑100的正整数。通过采用该自控温电芯，本实用新型自控温电池模组和自控温电池包可以有效地控制电池的工作温度，确保其充放电性能，还可以控制整体体积，降低制造成本。本实用新型电动汽车可以将电池的工作温度维持在正常的温度区间，提升续行里程和安全性，还可以提高轻量化程度、降低制造成本。

Description

自控温电芯、自控温电池模组、自控温电池包和电动汽车

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，具体地涉及自控温电芯、自控温电池模组、自控温电池包和电动汽车。

背景技术

随着现代科技的发展，电动汽车逐渐进入人们的生活。电动汽车，是指以车载电源为动力、用电机驱动车轮行驶、并符合道路交通和安全法规等相关要求的车辆。按照动力源的不同，电动汽车可以分为纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车等多种类型。相较于传统的燃油汽车，电动汽车具有零排放、低能耗、低噪音等诸多优点，因此受到越来越多用户的青睐。

蓄电池是将化学能转换成电能的装置，它是电动汽车的核心部件。目前，蓄电池主要包括锂电池、铅酸电池、镍氢电池、钠硫电池等多种类型。其中，锂电池是最常用的车载电源，它具有工作电压高、能量密度大、自放电率低、无记忆效应等诸多优点。

温度对蓄电池的性能起着至关重要的作用。以锂电池为例，其正常工作的温度范围一般为0℃-40℃。如果温度过低，会降低锂离子的活性，增大内阻，使得锂电池的放电能力变弱，缩短使用时间。假如锂电池长期在低温环境下工作和充放电，锂电池的正极表面会析出金属锂而对锂电池造成永久性损害。如果温度过高(例如超过45℃)，会破坏锂电池内的化学平衡，产生副反应而降低活性材料的性能，电池循环寿命也会大大缩短。此外，温度过高还会使电池外包装鼓包破裂，存在自燃、爆炸等安全隐患。

为了解决上述问题，现有技术作了大量的研究和尝试。例如，中国发明专利申请CN110931675A公开了一种具有主动控温功能的锂电池包。该锂电池包括若干组装单元，每个组装单元包括用于存储电能的若干电芯单元、用于固定电芯单元的两个固定支架、设置在单元支架外侧并用于与电芯单元的端部接触的汇流片、和设置在两个单元支架之间且至少形成在两个电芯单元之间的加热元件。该加热元件至少包括硅胶，在通电时可产生热量，从而对电芯单元进行加热。然而，这种加热方式存在加热不均匀、结构复杂等问题。为此，现有技术中发展出一种具有自我控制温度能力的锂电子电池集流体。例如，中国发明专利CN112599785B公布了一种锂离子电池自控温集流体及其制备方法、应用。该锂离子电池自控温集流体包括第一导电涂层、第二导电涂层、第一聚合物薄膜层、第二聚合物薄膜层、电加热层电极和自控温电加热层。在该锂离子电池处于低温状态下时，通过外部电源对自控温电加热层施加直流或交流电驱动自控温电加热层工作，使得锂离子电池升温至工作温度。然而，这种自控温集流体的厚度较厚，制造成本也较高。在实践中，为了获得较大的工作电压，通常需要将几十个到几百个电芯通过串联或并联的方式连接起来使用，这就导致整个电池包的整体尺寸过大、制造成本过高。

相应地，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。

实用新型内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中自控温集流体的体积过大、成本过高的技术问题，本实用新型提供一种自控温电芯。该自控温电芯包括：多个集流体，所述多个集流体包括自控温集流体和非自控温集流体，在每n个所述集流体内设有一个所述自控温集流体；和隔膜，所述隔膜布置在每个所述集流体与相邻的所述集流体之间，其中，所述n为2-100的正整数。

在本实用新型自控温电芯中包括集流体和隔膜。集流体包括自控温集流体和非自控温集流体。自控温集流体可以从电芯内部方便地调节工作温度，显著提升控制温度的均匀性和效率。通过采用自控温集流体的方式来对电池的工作温度进行控制，还可以减少或去除因热管理而布置在电池外部的部件(例如加热板、冷却板、导热管路等)，从而精简结构，缩小体积。相较于自控温集流体，非自控温集流体具有厚度小和制造成本低的特点。如果自控温电芯中的集流体全部采用自控温集流体，会使产品的整体体积变大，并显著增加制造成本。因此，本实用新型自控温电芯通过自控温集流体和非自控温集流体的组合，可以在满足热管理的基础上，有效控制自控温电芯的整体体积和制造成本。另外，隔膜布置在每个集流体与相邻的集流体之间，一方面可以有效防止正负电极接触而造成内部短路，另一方面还可以为电解液中活性离子(例如锂离子等)顺利地在正负极集流体之间移动提供必要的孔隙。

在上述自控温电芯的优选技术方案中，当所述集流体的数量大于2时，所述自控温集流体间隔地分布在所述非自控温集流体之间。自控温集流体间隔地布置在非自控集流体之间，可以利用自控温集流体对其它非自控温集流体进行加热和/或制冷，从而调节整个自控温电芯的工作温度。

在上述自控温电芯的优选技术方案中，当所述集流体的数量大于2时，所述自控温集流体均匀间隔地分布在所述非自控温集流体之间。进一步地，自控温集流体均匀间隔地分布在非自控温集流体之间，可以使每个自控温集流体与数量大致相同的非自控温集流体相配，从而进一步提高温控的效率和电芯内部温度的均匀性。

在上述自控温电芯的优选技术方案中，所述n的范围为6-21。n的范围设置为6-21，可以使自控温集流体和非自控温集流体的组合具有适中的比例，防止自控温集流体过少而不能起到良好的温度控制效果，也可以防止自控温集流体过多而增加产品的整体体积和制造成本。

在上述自控温电芯的优选技术方案中，所述自控温集流体包括自控温加热集流体和/或自控温冷却集流体。当自控温集流体包括自控温加热集流体时，可以有效地从电芯内部对电池的工作温度进行加热，从而提高活性材料的活性，降低内阻，确保电池的充放电性能；当自控温集流体包括自控温冷却集流体时，可以有效地从电芯内部对电池的工作温度进行冷却，防止工作温度过高而破坏电池内部的化学平衡，也可避免因温度过高而产生的自燃、爆炸等安全隐患；当自控温集流体包括自控温加热集流体和自控温冷却集流体时，既可以对电池的工作温度进行加热，也可以对其进行冷却，从而使工作温度维持在正常的温度区间。

在上述自控温电芯的优选技术方案中，所述自控温加热集流体包括：第一导电层、第二导电层和形成在所述第一导电层和所述第二导电层之间的加热材料层，所述加热材料层具有正温度系数性质并配置成可与外部电源形成电连接。通过上述的设置，可以方便地从电芯内部对电池的工作温度进行加热。另外，由于加热材料层具有正温度系数性质，当外部电源对加热材料层进行加热并达到预定温度时，加热材料层的电阻会显著增加，因此可避免电池的工作温度持续升高而将其维持在正常的温度区间。进一步地，通过采用具有正温度系数性质的加热材料层来进行加热，还可以节省温度传感器等温控部件，进一步精简结构、缩小体积、降低制造成本。

在上述自控温电芯的优选技术方案中，所述自控温冷却集流体包括：第一导电层、第二导电层和形成在所述第一导电层和所述第二导电层之间的冷却材料层，所述冷却材料层包括多个具有塞贝克效应的PN单元并配置成可与预定装置形成电连接以将热能转换为电能。通过上述的设置，可以方便地从电芯内部对电池的工作温度进行冷却。另外，将冷却材料设置成多个具有塞贝克效应的PN单元并配置成与预定装置形成电连接，可以将电池工作时产生的过剩热量以电能的形式输送给预定装置，不仅可以有效降低电池的工作温度，还可以向预定装置输送电能，提高产品的整体能效。

在上述自控温电芯的优选技术方案中，所述第一导电层和所述第二导电层均为镀铜层或均为镀铝层。当第一导电层和第二导电层均为镀铜层时，该自控温集流体可充当负极集流体。当第一导电层和第二导电层均为镀铝层时，该自控温集流体可充当正极集流体。

在上述自控温电芯的优选技术方案中，所述非自控温集流体为铜箔和/或铝箔。当非自控温集流体为铜箔时，该非自控温集流体可充当负极集流体。当非自控温集流体为铝箔时，该非自控温集流体可充当正极集流体。

在上述自控温电芯的优选技术方案中，所述自控温电芯采用叠片或卷绕方式排布。通过上述的设置，可以丰富本实用新型自控温电芯的排布方式，以获得更加丰富的产品。

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中自控温集流体的体积过大、成本过高的技术问题，本实用新型提供一种自控温电池模组。该自控温电池模组包括：多个电芯，所述多个电芯包括非自控温电芯和根据上面任一项所述的自控温电芯，所述非自控温电芯由非自控温集流体构成，并且在每m个所述电芯内设有一个所述自控温电芯，其中，所述m为2-100的正整数。通过上述的设置，本使用新型自控温电池模组可以从电芯内部有效控制电池的工作温度，确保其充放电性能。另外，通过自控温电芯和非自控温电芯的组合，还可以有效控制产品的整体体积和制造成本。

在上述自控温电池模组的优选技术方案中，所述m的范围为2-30。M的范围设置成2-30，可以使自控温电芯和非自控温电芯的组合具有适中的比例，防止自控温电芯过少而不能起到良好的温度控制效果，也可以防止自控温电芯过多而增加产品的整体体积和制造成本。

在上述自控温电池模组的优选技术方案中，所述多个电芯通过串联或并联的方式形成电连接。通过上述的设置，可以使该自控温电池模组的连接更加灵活，以满足用户的多样性需求。

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中自控温集流体的体积过大、成本过高的技术问题，本实用新型提供一种自控温电池包。该自控温电池包包括根据上面任一项所述的自控温电芯，或根据上面任一项所述的自控温电池模组。通过采用上面任一项上述的自控温电芯，或者采用上面任一项所述的自控温电池模组，该自控温电池包可以在满足温控的前提下，显著降低自身体积，降低制造成本。

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中自控温集流体的体积过大、成本过高的技术问题，本实用新型提供一种电动汽车。该电动汽车包括根据上面所述的自控温电池包。通过采用上面所述的自控温电池包，本实用新型电动汽车可以将电池的工作温度维持在正常的温度区间，提升续行里程和安全性。另外，通过控制自控温电池包的整体体积，该电动汽车还可以提高整车的轻量化程度。相应地，通过控制自控温电池包的制造成本，还可以降低该电动汽车的制造成本。

方案1：

1.一种自控温电芯，其特征在于，所述自控温电芯包括：

多个集流体，所述多个集流体包括自控温集流体和非自控温集流体，并且在每n个所述集流体内设有一个所述自控温集流体；和

隔膜，所述隔膜布置在每个所述集流体与相邻的所述集流体之间，

其中，所述n为2-100的正整数。

方案2：

2.根据方案1所述的自控温电芯，其特征在于，当所述集流体的数量大于2时，所述自控温集流体间隔地分布在所述非自控温集流体之间。

方案3：

3.根据方案2所述的自控温电芯，其特征在于，当所述集流体的数量大于2时，所述自控温集流体均匀间隔地分布在所述非自控温集流体之间。

方案4：

4.根据方案1所述的自控温电芯，其特征在于，所述n的范围为6-21。

方案5：

5.根据方案1-4任一项所述的自控温电芯，其特征在于，所述自控温集流体包括自控温加热集流体和/或自控温冷却集流体。

方案6：

6.根据方案5所述的自控温电芯，其特征在于，所述自控温加热集流体包括：第一导电层、第二导电层和形成在所述第一导电层和所述第二导电层之间的加热材料层，所述加热材料层具有正温度系数性质并配置成可与外部电源形成电连接。

方案7：

7.根据方案5所述的自控温电芯，其特征在于，所述自控温冷却集流体包括：第一导电层、第二导电层和形成在所述第一导电层和所述第二导电层之间的冷却材料层，所述冷却材料层包括多个具有塞贝克效应的PN单元并配置成与可预定装置形成电连接以将热能转换为电能。

方案8：

8.根据方案6或7所述的自控温电芯，其特征在于，所述第一导电层和所述第二导电层均为镀铜层或均为镀铝层。

方案9：

9.根据方案1所述的自控温电芯，其特征在于，所述非自控温集流体为铜箔和/或铝箔。

方案10：

10.根据方案1所述的自控温电芯，其特征在于，所述自控温电芯采用叠片或卷绕方式排布。

方案11：

11.一种自控温电池模组，其特征在于，所述自控温电池模组包括：

多个电芯，所述多个电芯包括非自控温电芯和根据方案1-10任一项所述的自控温电芯，所述非自控温电芯由非自控温集流体构成，并且在每m个所述电芯内设有一个所述自控温电芯，其中，所述m为2-100的正整数。

方案12：

12.根据方案11所述的自控温电池模组，其特征在于，所述m的范围为2-30。

方案13：

13.根据方案11或12所述的自控温电池模组，其特征在于，所述多个电芯通过串联或并联的方式形成电连接。

方案14：

14.一种自控温电池包，其特征在于，所述自控温电池包包括根据方案1-10任一项所述的自控温电芯，或根据方案11-13任一项所述的自控温电池模组。

方案15：

15.一种电动汽车，其特征在于，所述电动汽车包括根据方案14所述的自控温电池包。

附图说明

下面结合附图来描述本实用新型的优选实施方式，附图中：

图1是本实用新型自控温电芯的实施例的结构示意图；

图2是本实用新型自控温电芯中自控温集流体和非自控温集流体组合的第一实施例的结构示意图；

图3是本实用新型自控温电芯中自控温加热集流体的实施例的结构示意图；

图4是本实用新型自控温电芯中自控温冷却集流体的实施例的结构示意图；

图5是本实用新型自控温电芯中自控温集流体和非自控温集流体组合的第二实施例的结构示意图；

图6是本实用新型自控温电芯中自控温集流体和非自控温集流体组合的第三实施例的结构示意图；

图7是本实用新型自控温电池模组的第一实施例的结构示意图；

图8是本实用新型自控温电池模组的第二实施例的结构示意图。

附图标记列表：

1、自控温电池模组；10、自控温电芯；11、集流体；111、自控温集流体；111a、自控温加热集流体；111b、自控温冷却集流体；1111、第一导电层；1112a、加热材料层；1112b、冷却材料层；11121、N型半导体；11122、P型半导体；1113、第二导电层；112、非自控温集流体；113、负极集流体；114、正极集流体；12、隔膜；13、外部电源；20、非自控温电芯。

具体实施方式

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了解决现有技术中自控温集流体的体积过大、成本过高的技术问题，本实用新型提供一种自控温电芯10。该自控温电芯10包括：集流体11，集流体11包括自控温集流体111和非自控温集流体112，并且在每n个集流体11内设有一个自控温集流体111；和隔膜12，隔膜12布置在每个集流体11和相邻的集流体11之间，其中，n为2-100的正整数。

图1是本实用新型自控温电芯的实施例的结构示意图。如图1所示，在一种或多种实施例中，本实用新型自控温电芯10包括11个集流体11，在相邻的集流体11之间布置有隔膜12。自控温电芯10的排布形式可以是叠片式、卷绕式或者其它合适的排布方式，使得该自控温电芯10可方便地加工成方形电池、圆柱电池、软包电池等多种类型，以丰富产品的类型，满足用户的多样性需求。其中，集流体11可以起到承载活性物质的作用，并且可将电化学反应所产生的电子汇集起来导至外电路，从而实现化学能转化为电能的过程。在一种或多种实施例中，在这11个集流体11中包括6个负极集流体113和5个正极集流体114，并且负极集流体113和正极集流体114彼此交替排布，使得自控温电芯10两侧的集流体11均为负极集流体113，而正极集流体114均匀地分布在负极集流体113之间。替代地，集流体11的数量也可根据实际需要设置成比11多或少的其它合适的数量，例如2个、9个、13个等。

在一种或多种实施例中，负极集流体113由铜箔形成。该铜箔可以是压延铜箔或电解铜箔。在一种或多种实施例中，每个负极集流体113的厚度为6μm-8μm(微米)，使其具有适中的厚度。采用铜箔作为负极集流体113，可以使其具有较高的电导率、良好的耐腐蚀性和低廉的制造成本。附在负极集流体113上的负极活性物质(图中未示出)包括但不限于石墨、硅、锡、钴锡合金等中的任意一种。负极活性物质可通过蒸镀、电镀、气相沉积或磁控溅射等方式涂敷在负极集流体113上。

继续参见图1，在一种或多种实施例中，正极集流体114由铝箔形成。该铝箔可通过将铝箔胚料经过多次热处理轧制而成。在一种或多种实施例中，每个正极集流体114的厚度大致为10-20μm，使其具有适中的厚度。相应地，铝箔作为正极集流体114具有导电性好、质量轻、成本低廉等优点，而且在充放电过程中其表面电动钝化层还可以避免电解液的腐蚀。附在正极集流体114上的正极活性物质(图中未示出)包括但不限于以下材料中的任意一种：LCO(即钴酸锂)、LFP(即磷酸铁锂)、LMO(即锰酸锂)、NCM(即镍钴锰三元材料)、NCA(即镍钴铝三元材料)等。正极活性物质可通过蒸镀、电镀、气相沉积或磁控溅射等方式涂敷在正极集流体114上。

继续参见图1，在一种或多种实施例中，隔膜12为高强度、薄膜化的聚烯烃系多孔膜。隔膜12包括但不限于聚丙烯或聚乙烯微孔隔膜，以及丙烯与乙烯的共聚物、聚乙烯均聚物等。隔膜12具有绝缘性，可以将负极集流体113和正极集流体114形成机械隔离，防止两极接触而短路。另外，隔膜12具有一定的孔径和孔隙率，使其具有较低的电阻和较高的电导率，能保证活性离子的透过性。此外，隔膜12还具有良好的耐腐蚀性、吸液保湿性、热稳定性，以及足够的力学性能。

如图1所示，在一种或多种实施例中，自控温电芯10的集流体11包括1个自控温集流体111和10个非自控温集流体112。该自控温集流体111为正极集流体114。替代地，该自控温集流体111也可为负极集流体113。非自控温集流体112包括铜箔和铝箔，即非自控温集流体112部分用作负极集流体113，另一部分用作正极集流体114。替代地，非自控温集流体112也可全部为铜箔或者全部为铝箔，只要能够与自控温集流体111的正负极相配即可。

图2是本实用新型自控温电芯中自控温集流体和非自控温集流体组合的第一实施例的结构示意图。如图2所示，在一种或多种实施例中，该自控温电芯10仅包括2个集流体11(此时，n等于2)，即1个自控温集流体111和1个非自控温集流体112。该自控温集流体111可以是正极集流体114或负极集流体113中的一个。相应地，该非自控温集流体112可以是正集流体114或负集流体113中的另一个。进一步地，该自控温集流体111可以是自控温加热集流体111a，也可以是自控温制冷集流体111b。替代地，该自控温电芯10中集流体11的数量也可根据实际需要调整成比2个多的其它合适的数量，并且自控温集流体112间隔地分布在非自控温集流体113之间。具体地，在一种或多种实施例中，该自控温电芯10包括n(此时，n为3-100的正整数)个集流体11，并且这n个集流体11中仅包括1个自控温集流体111，其余(n-1)个集流体11均为非自控温集流体112。该自控温集流体111布置在(n-1)个非自控温集流体112之间。优选地，该自控温集流体111布置在(n-1)个非自控温集流体112中间，即自控温集流体111将(n-1)个非自控温集流体112分隔成数量大致相同的两部分。在一种或多种替代的实施例中，该自控温电芯10包括多组集流体单元(图中未示出)，每组集流体单元具有n个(此时，n为2-100的正整数)集流体11，并且在这n个集流体11中具有1个自控温集流体111，其余(n-1)个集流体11为非自控温集流体112。相邻两组集流体单元之间依次排布，使得每个自控温集流体111间隔地分布在非自控温集流体112之间。优选地，所有自控温集流体111均匀间隔地分布在非自控温集流体112之间，可以使每个自控温集流体111都与数量大致相同的非自控温集流体112相配，从而提升温度控制的效率和均匀性。进一步地，n的范围为6-21，可以使自控温集流体111和非自控温集流体112的组合具有更加适中的比例，防止自控温集流体111过少而不能起到良好的温度控制效果，也可以防止自控温集流体111过多而增加产品的整体体积和制造成本。

图3是本实用新型自控温电芯中自控温加热集流体的实施例的结构示意图。如图3所示，在一种或多种实施例中，自控温集流体111为自控温加热集流体111a。即，每个自控温集流体111均为自控温加热集流体111a。自控温加热集流体111a包括第一导电层1111、第二导电层1113和位于第一导电层1111和第二导电层1113之间的加热材料层1112a。在一种或多种实施例中，第一导电层1111和第二导电层1113均为镀铜层，使得该自控温加热集流体111a可用作负极集流体113。替代地，第一导电层1111和第二导电层1113均为镀铝层，使得该自控温加热集流体111a可用作正极集流体1114。加热材料层1112a可通过蒸镀、电镀、气相沉积或磁控溅射等方式涂敷在第一导电层1111和第二导电层1113之间。

继续参见图3，加热材料层1112a具有正温度系数性质。在本文中，术语“正温度系数性质”即Positive Temperature Coefficient，是指材料的电阻率随温度升高而增大的特性。该加热材料层1112a包括但不限于无机陶瓷材料、硅基材料、高分子复合材料等。其中，无机陶瓷材料可以是钛酸钡或者其他铁电材料。硅基材料可以是多晶硅制成的薄膜。高分子复合材料是由聚合物和导电体混合而成的复合物。聚合物包括但不限于聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚醚砜、聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙、间规聚苯乙烯、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚异丁烯、聚偏二氯乙烯、聚丙烯腈、聚丁二烯、聚-8-氨基辛酸、聚乙烯醇、基于乙烯的共聚物、马来酸酐改性的聚乙烯或聚丙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯改性的聚乙烯或聚丙烯等。导电体可以是金、银、铜、铝粉等，或者导电炭黑、碳纳米管等碳材料。在一种或多种实施例中，聚合物与导电体的重量比率为99:1-70:30。

继续参见图1，在一种或多种实施例中，每个加热材料层1112a配置成与外部电源13形成电连接。当自控温电芯10的工作温度较低时，通过控制模块(图中未示出)控制外部电源13打开，以便向加热材料层1112a输送电能并加热加热材料层1112a。在此过程中，自控温电芯10的工作温度被逐渐升高。随着温度逐渐升高，加热材料层1112a的电阻率也逐渐增大。当温度达到预定值时，加热材料层1112a的电阻率明显增大，使得外部电源13的电加热效果停滞，自控温电芯10的工作温度不会持续升高而是维持在设定的温度区间内。接着，外部电源13通过控制模块关闭，以降低能耗。通过采取自控温加热集流体111a，自控温电芯10可以从电池的内部对工作温度进行控制，提升了工作温度的均匀性和控制效率。该加热方式无需设置加热板、导热管路、温度传感器等温控部件，还可以显著降低自控温电芯10的整体体积和制造成本。此外，每个自控温加热集流体111a的厚度大约为20μm-30μm，其厚度明显高于非自控温集流体112。因此，通过自控温加热集流体111a与非自控温集流体112的组合可以在满足温度控制的要求下，显著降低整个自控温电芯10的整体厚度。相应地，由于在加工自控温加热集流体111a时需要将加热材料层1112a涂覆在第一导电层1111和第二导电层1113之间，无论材料成本、加工成本都显著增加。因此，通过自控温加热集流体111a与非自控温集流体112的组合还可以降低自控温电芯10的制造成本。

图4是本实用新型自控温电芯中自控温冷却集流体的实施例的结构示意图。如图4所示，在一种或多种实施例中，自控温集流体111为自控温冷却集流体111b。即，每个自控温集流体111均为自控温冷却集流体111b。自控温冷却集流体111b包括第一导电层1111、第二导电层1113和位于第一导电层1111和第二导电层1113之间的冷却材料层1112b。在一种或多种实施例中，第一导电层1111和第二导电层1113均为镀铜层，使得该自控温冷却集流体111a可用作负极集流体113。替代地，第一导电层1111和第二导电层1113均为镀铝层，使得该自控温冷却集流体111a可用作正极集流体114。冷却材料层1112b可通过蒸镀、电镀、气相沉积或磁控溅射等方式涂敷在第一导电层1111和第二导电层1113之间。

继续参见图4，在一种或多种实施例中，每个冷却材料层1112b由多个具有塞贝克效应的PN单元组成。在一种或多种实施例中，PN单元的密度为100个/m²(个每平方米)。替代地，PN单元也可设置成比100个/m²多或少的其它合适的密度。在本文中，术语“塞贝克效应”是指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象。每个PN单元包括1个P型半导体11122和1个N型半导体11121。其中，P型半导体11122包括但不限于掺杂锑的三氧化铝、掺杂氮的碲化铋或氧化锌等。N型半导体11121包括但不限于掺杂铋的三氧化铝，掺杂铝、镓、氟、硼、铟、钛或锆的氧化锌等。

在一种或多种实施例中，每个冷却材料层1112b配置成与预定装置(图中未示出)形成电连接，以便将过剩的热量转化为电能。在一种或多种实施例中，该预定装置是蓄电池，以便将冷却材料层1112b产生的电能存储起来。替代地，该预定装置也可为其它合适的用电部件，例如指示灯等。当自控温电芯10的工作温度较高时，PN单元中的P型半导体11122和N型半导体11121因温度差异而产生热电效应，将部分热量转化为电流，从而有效降低自控温电芯10的工作温度。与此同时，电流还可以被预定装置存储起来或者用作预定装置的动力源，使得整个产品的能效增加。通过采取自控温冷却集流体111b，自控温电芯10可以从电池的内部对工作温度进行控制，提升了工作温度的均匀性和控制效率。该加热方式也无需设置冷切板、导热管路、温度传感器等温控部件，从而显著降低自控温电芯10的整体体积和制造成本。此外，每个自控温冷却集流体111b的厚度大约为20μm-30μm，其厚度明显高于非自控温集流体112。因此，通过自控温冷却集流体111b与非自控温集流体112的组合可以在满足温度控制的要求下，显著降低整个自控温电芯10的整体厚度。相应地，由于在加工自控温冷却集流体111b时需要将冷却材料层1112b涂覆在第一导电层1111和第二导电层1113之间，无论材料成本、加工成本都显著增加。因此，通过自控温冷却集流体111b与非自控温集流体112的组合还可以降低自控温电芯10的制造成本。

需要指出的是，在一种或多种实施例中，自控温集流体111还可包括自控温加热集流体111a和自控温冷却集流体111b。即，自控温集流体111的部分为自控温加热集流体111a，而另一部分为自控温冷却集流体111b，使得该自控温电芯10兼具自控温加热和自控温冷却的功能。

图5是本实用新型自控温电芯中自控温集流体和非自控温集流体组合的第二实施例的结构示意图。如图5所示，在一种或多种实施例中，在每6个集流体11中设有1个自控温集流体111，即，1个自控温集流体111和5个非自控温集流体112。所有自控温集流体111均匀间隔地布置在非自控温集流体112之间。自控温集流体111和非自控温集流体112组合的第二实施例中未提及的部分可与第一实施例中配置相同，在此不再赘述。

图6是本实用新型自控温电芯中自控温集流体和非自控温集流体组合的第三实施例的结构示意图。如图6所示，在一种或多种实施例中，在每11个集流体11中设有1个自控温集流体111，1个自控温集流体111和10个非自控温集流体112。所有自控温集流体111均匀间隔地布置在非自控温集流体112之间。自控温集流体111和非自控温集流体112组合的第三实施例中未提及的部分也可与第一实施例中配置相同，在此不再赘述。

为了解决现有技术中自控温集流体的体积过大、成本过高的技术问题，本实用新型提供一种自控温电池模组1。在一种或多种实施例中，该自控温电池模组1包括多个电芯(图中未标示)。多个电芯包括上面任一实施例所述的自控温电芯10和非自控温电芯20。在本文中，术语“非自控温电芯”是指该电芯的集流体均由非自控温集流体112构成，而不具有自控温集流体111(包括自控温加热集流体111a和自控温冷却集流体111b)。在一种或多种实施例中，该自控温电池模组1包括2个电芯，这2个电芯包括1个自控温电芯10和1个非自控温电芯20。即，在2个(此时，m等于2)电芯中设有1个自控温电芯10。替代地，该自控温电池模组1中电芯的数量也可根据实际需要调整成比2个多的其它合适的数量。具体地，在一种或多种实施例中，该自控温电池模组1具有m个(此时，m为3-100的正整数)电芯，并且这m个电芯中仅包括1个自控温电芯10，其余(m-1)个电芯均为非自控温电芯20。在一种或多种替代的实施例中，该自控温电池模组1具有多组电芯单元(图中未示出)，每个电芯单元具有m个(此时，m为2-100的正整数)电芯，并且在这m个电芯中设有1个自控温电芯10，其余(m-1)电芯为非自控温电芯20。优选地，m的范围为2-30，使得自控温电芯10和非自控温电芯20的组合具有更加适中的比例，防止自控温电芯10过少而不能起到良好的温度控制效果，也可以防止自控温电芯20过多而增加产品的整体体积和制造成本。

图7是本实用新型自控温电池模组的第一实施例的结构示意图。如图7所示，在一种或多种实施例中，本实用新型自控温电池模组1包括5个电芯，这5个电芯包括2个自控温电芯10和3个非自控温电芯20，并配置成在每2个电芯中具有1个自控温电芯10，使得这2个自控温电芯10均匀间隔地布置在3个非自控温电芯20之间。另外，这5个电芯配置成通过并联的方式形成电连接。

图8是本实用新型自控温电池模组的第二实施例的结构示意图。如图8所示，在一种或多种实施例中，本实用新型自控温电池模组1包括4个电芯，这4个电芯包括2个自控温电芯10和2个非自控温电芯20，并配置成每2个电芯中具有1个自控温电芯10。其中，1个自控温电芯10与1个非自控温电芯20相互串联，另一个自控温电芯10与另一个非自控温电芯20相互串联。

为了解决现有技术中自控温集流体的体积过大、成本过高的技术问题，本实用新型还提供一种自控温电池包(图中未示出)。在一种或多种实施例中，该自控温电池包包括但不限于壳体(图中未示出)、固定在壳体内的多个电池模组、BMS(即Battery ManagementSystem，电池管理系统)和热管理系统等部件。多个电池模组包括上面任一实施例所述的至少一个自控温电池模组1。电池模组的数量可以根据实际需要进行调整，并且电池模组之间可通过串联或并联的方式形成连接。即，该自控温电池包由“电芯-电池模组-电池包”三个层级组成。替代地，该自控温电池包也可配置成由“电芯-电池包”两个层级组成，电芯包括上面任一实施例所述的至少一个自控温电芯20。通过上述的设置，本实用新型自控温电池包可以在满足温控条件的前提下，显著降低自身体积，降低制造成本。

为了解决现有技术中自控温集流体的体积过大、成本过高的技术问题，本实用新型提供一种电动汽车(图中未示出)。该电动汽车包括上面任一实施例所述的自控温电池包。通过采用上面任一实施例所述的自控温电池包，该电动汽车可以有效控制电池的工作温度，确保其充放电性能，使得该电动汽车具有较好的续行能力和安全性。此外，由于该自控温电池包可以有效降低整体的尺寸，也无需采用额外的温控部件(例如加热板、冷却板、导热管路等)，因此也可相应地减少该电动汽车的重量，提高其轻量化程度。进一步地，通过自控温电芯10和非自控温电芯20的组合，还可以降低自控温电池包的制造成本，因此该电动汽车的制造成本也可相应地降低，从而提升产品的市场竞争力。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种自控温电芯，其特征在于，所述自控温电芯包括：

多个集流体，所述多个集流体包括自控温集流体和非自控温集流体，并且在每n个所述集流体内设有一个所述自控温集流体；和

隔膜，所述隔膜布置在每个所述集流体与相邻的所述集流体之间，

其中，所述n为2-100的正整数。

2.根据权利要求1所述的自控温电芯，其特征在于，当所述集流体的数量大于2时，所述自控温集流体间隔地分布在所述非自控温集流体之间。

3.根据权利要求2所述的自控温电芯，其特征在于，当所述集流体的数量大于2时，所述自控温集流体均匀间隔地分布在所述非自控温集流体之间。

4.根据权利要求1所述的自控温电芯，其特征在于，所述n的范围为6-21。

5.根据权利要求1-4任一项所述的自控温电芯，其特征在于，所述自控温集流体包括自控温加热集流体和/或自控温冷却集流体。

6.根据权利要求5所述的自控温电芯，其特征在于，所述自控温加热集流体包括：第一导电层、第二导电层和形成在所述第一导电层和所述第二导电层之间的加热材料层，所述加热材料层具有正温度系数性质并配置成可与外部电源形成电连接。

7.根据权利要求5所述的自控温电芯，其特征在于，所述自控温冷却集流体包括：第一导电层、第二导电层和形成在所述第一导电层和所述第二导电层之间的冷却材料层，所述冷却材料层包括多个具有塞贝克效应的PN单元并配置成与可预定装置形成电连接以将热能转换为电能。

8.根据权利要求6或7所述的自控温电芯，其特征在于，所述第一导电层和所述第二导电层均为镀铜层或均为镀铝层。

9.根据权利要求1所述的自控温电芯，其特征在于，所述非自控温集流体为铜箔和/或铝箔。

10.根据权利要求1所述的自控温电芯，其特征在于，所述自控温电芯采用叠片或卷绕方式排布。

11.一种自控温电池模组，其特征在于，所述自控温电池模组包括：

多个电芯，所述多个电芯包括非自控温电芯和根据权利要求1-10任一项所述的自控温电芯，所述非自控温电芯由非自控温集流体构成，并且在每m个所述电芯内设有一个所述自控温电芯，其中，所述m为2-100的正整数。

12.根据权利要求11所述的自控温电池模组，其特征在于，所述m的范围为2-30。

13.根据权利要求11或12所述的自控温电池模组，其特征在于，所述多个电芯通过串联或并联的方式形成电连接。

14.一种自控温电池包，其特征在于，所述自控温电池包包括根据权利要求1-10任一项所述的自控温电芯，或根据权利要求11-13任一项所述的自控温电池模组。

15.一种电动汽车，其特征在于，所述电动汽车包括根据权利要求14所述的自控温电池包。

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