一种电池模组、电池包及用电设备的制作方法

专利检索2022-05-11  7



1.本发明实施例涉及锂离子电池技术领域,特别是涉及一种电池模组、电池包及用电设备。


背景技术:

2.目前市场上,常用的锂离子电池模组含有单个锂离子电芯,单个锂离子电芯的电量较少,为了增加电量,通常将多个锂离子电芯包裹形成一个新的锂离子电池模组,新的锂离子电池模组可解决电量较少的问题。其中,单个锂离子电芯通常由正极、负极、隔膜和电解液等组成。单个锂离子电芯工作时,内部的锂离子以电解液为载体,在正负极之间移动,以实现电芯的充放电。当温度很低时,锂离子的迁移速率会变慢,导致充电时大量析锂或者放电时容量损失很大。为了保证电池的使用寿命,一般都会对电池的使用温度加以限制。目前,锂离子电池的充电温度限制在0℃~60℃,放电温度限制在-20℃~60℃。为实现锂离子电池模组在低温情况下可正常充放电,通常设置单独的外加热装置给锂离子电池模组内部的锂离子电芯加热。
3.本发明的发明人在实现本发明的过程中,发现:外加热装置只能对各个锂离子电芯进行均匀加热,经过加热后的锂离子电芯易呈现温度有高有低不一致的现象,且往往存在中间电芯温度高,远离中间电芯两端处的电芯温度低的现象,从而导致各个锂离子电芯的充放电效率不一样,影响锂离子电池模组的充电电容量以及放电电容量,这对用户带来较大不便。


技术实现要素:

4.鉴于上述问题,本发明实施例提供了一种电池模组、电池包及用电设备,克服了上述加热后的锂离子电芯易呈现温度有高有低不一致的现象,且往往存在中间电芯温度高,远离中间电芯两端处的电芯温度低的现象,从而导致各个锂离子电芯的充放电效率不一样,影响锂离子电池模组的充电电容量和放电电容量等问题。
5.根据本发明实施例的一个方面,提供了一种电池模组,包括:模组壳体和电芯组件,所述模组壳体设置有电池腔,所述电芯组件收容于所述电池腔,所述电芯组件包括多个堆叠设置的可加热电芯,多个所述可加热电芯电连接,所述可加热电芯包括电极组件、模组壳体、第一极耳、第二极耳、加热片和开关模块,所述电极组件收容于模组壳体内,所述第一极耳的一端和第二极耳的一端分别与所述电极组件电连接,所述第一极耳的另一端和第二极耳的另一端均从所述模组壳体伸出,所述加热片设置于模组壳体内,所述加热片的一端与所述第一极耳连接,所述开关模块设置于所述模组壳体,所述开关模块的一端与所述加热片的另一端连接,所述开关模块的另一端与所述第二极耳连接,沿所述第一方向,中间可加热电芯位于所述电池模组中间位置,所述第二方向与所述第一方向垂直;其中,自中间可加热电芯沿所述第一方向,以及,自所述中间可加热电芯沿与所述第一方向相反方向,所述可加热电芯的加热片的阻值逐渐增大。
6.在一种可选的方式中,所述加热片的阻值r范围为0.5ω≤r≤10ω。
7.在一种可选的方式中,自所述中间可加热电芯沿所述第一方向,以及,自所述中间可加热电芯沿与所述第一方向相反方向,所述可加热电芯的加热片的阻值呈等差增大。
8.在一种可选的方式中,所述可加热电芯的数量n为奇数,所述可加热电芯的加热片的阻值满足如下公式:
[0009][0010]
其中,所述r1为所述中间可加热电芯的加热片的阻值,所述n为奇数,所述为沿自所述中间可加热电芯沿第一方向,以及,自所述中间可加热电芯沿与第一方向相反方向,第个的可加热电芯的阻值。
[0011]
在一种可选的方式中,所述可加热电芯的数量为偶数,所述可加热电芯的加热片的阻值满足如下公式:
[0012][0013]
其中,所述r1所述中间可加热电芯的加热片的阻值,所述n为偶数,所述为自所述中间可加热电芯沿第一方向,以及,自所述中间可加热电芯沿与第一方向相反方向,第个的可加热电芯的阻值。
[0014]
在一种可选的方式中,所述电池模组包括温度检测装置和控制器,所述温度检测装置设置于所述电芯组件,所述温度检测装置用于检测所述电芯组件的温度,所述控制器电分别与所述开关模块和温度检测装置连接,所述控制器用于在温度检测装置检测到所述电芯组件的温度低于第一预设温度时,所述控制器控制所述开关模块闭合,所述加热件加热,以及,在所述温度检测装置检测到所述电芯组件的温度高于第二预设温度时,所述控制器控制所述开关模块断开,所述加热件停止加热。
[0015]
在一种可选的方式中,所述电池模组包括导热组件,所述导热组件设置于所述电池腔内,且所述导热组件连接多个所述可加热电芯。
[0016]
在一种可选的方式中,所述导热组件包括导热底板和若干导热立板,所述若干导热立板固定于所述导热底板,并且所述若干导热立板间隔设置,一所述可加热电芯设置于相邻两个所述导热立板之间,并且所述可加热电芯分别与导热立板和导热底板接触。
[0017]
在一种可选的方式中,所述导热组件的制作材料为硅胶、硅脂、铜片或者铝片。
[0018]
根据本发明实施例的另一方面,提供了一种电池包,包括:至少两个如上所述的电池模组,至少两个所述电池模组在第三方向上相互并联/串联连接,所述第三方向与所述第一方向和第二方向垂直。
[0019]
根据本发明实施例的另一个方面,提供了一种用电设备,包括如上所述的电池包。
[0020]
本发明实施例的有益效果是:区别于现有技术的情况,本发明实施例通过设置有模组壳体和电芯组件,所述模组壳体设置有电池腔,所述电芯组件收容于所述电池腔,其中,所述电芯组件包括多个沿第一方向堆叠设置的可加热电芯,多个所述可加热电芯电连接,所述可加热电芯包括电极组件、模组壳体、第一极耳、第二极耳、加热片和开关模块,所
述电极组件收容于模组壳体内,所述第一极耳的一端和第二极耳的一端分别与所述电极组件电连接,所述第一极耳的另一端和第二极耳的另一端均沿第二方向从所述模组壳体伸出,所述加热片设置于模组壳体内,所述加热片的一端与所述第一极耳连接,所述开关模块设置于所述模组壳体上,所述开关模块的一端与所述加热片的另一端连接,所述开关模块的另一端与所述第二极耳连接,沿所述第一方向,中间可加热电芯位于所述电池模组中间位置,所述第二方向与所述第一方向垂直。此外,自中间可加热电芯沿所述第一方向,以及,自所述中间可加热电芯沿与所述第一方向相反方向,所述可加热电芯的加热片的阻值逐渐增大。这样设置,随着所述可加热电芯的加热片的阻值的增大,所述加热片产生的热量逐渐增多,从而可保证所述中间可电芯温度与远离所述中间可加热电芯的可加热电芯温度大致相同或存在较小差异,进一步使得各个可加热电芯的充放电效率基本一致,从而实现对各个电芯的精准加热。
附图说明
[0021]
为了更清楚地说明本发明具体实施例或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中,类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中,各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0022]
图1是本发明实施例电池模组的整体结构爆炸示意图;
[0023]
图2是本发明电池模组的一实施例的整体结构爆炸示意图;
[0024]
图3是本发明电池模组的一实施例的部分结构爆炸示意图;
[0025]
图4是本发明实施例电池模组的可加热电芯的内部电路示意图;
[0026]
图5是本发明电池模组的一实施例的部分结构俯视图。
具体实施方式
[0027]
为了便于理解本发明,下面结合附图和具体实施例,对本发明进行更详细的说明。需要说明的是,当元件被表述“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0028]
除非另有定义,本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0029]
为了更好的对电池模组01的结构进行说明,将结合x、y、z坐标轴对电池模组01的结构进行叙述,其中,x、y、z坐标轴两两垂直,所述第一方向为沿x轴正方向,所述第二方向为沿y轴正方向,所述第三方向为沿z轴正方向。
[0030]
请参阅图1,电池模组01包括模组壳体10、电芯组件20、温度检测装置(图未示)和控制器(图未示)。所述电芯组件20设置于所述模组壳体10内,所述温度检测装置设置于所述电芯组件20,所述温度检测装置用于检测所述电芯组件20的温度,所述控制器与所述电芯组件20、温度检测装置连接。
[0031]
在一些实施例中,如图2所示,所述电池模组01还包括导热组件30,所述导热组件30设置于所述模组壳体10内,所述导热组件30与所述电芯组件20连接。
[0032]
对于上述模组壳体10,如图2所示,所述模组壳体10包括壳本体101和盖板102,所述壳本体101设置有电池腔10a以及连通所述电池腔10a的开口10b,所述盖板102盖设于所述开口10b处,所述开口10b便于将电芯组件20安装于所述电池腔10a内,所述电芯组件20收容于所述电池腔10a,所述电池腔10a用于收容电芯组件20以及电池模组01的其他内部部件,所述模组壳体10可减少外界灰尘进入电池模组01内部,同时,减少电池模组01内部部件与外界部件直接接触从而造成损坏。
[0033]
对于上述电芯组件20,如图1-图2所示,所述电芯组件20包括多个堆叠设置的可加热电芯22,多个所述可加热电芯22电连接,在电池模组01工作环境温度较低且影响电芯充放电时,利用可加热电芯22产生热量从而提高电池模组01内部电芯的工作环境温度,使得电池模组01正常充放电。
[0034]
具体的,如图4和图5所示,所述可加热电芯22包括电极组件221、电芯壳体(图未示)、第一极耳223、第二极耳224、加热片225和开关模块226,所述电极组件221收容于所述电芯壳体内,所述第一极耳223的一端和第二极耳224的一端分别与所述电极组件221电连接,所述第一极耳223的另一端和第二极耳224的另一端均从所述电芯壳体伸出,所述加热片225设置于电芯壳体内,所述加热片225的一端与所述电芯的第一极耳223连接,所述开关模块226设置于所述电芯壳体,所述开关模块226的一端与所述加热片225的另一端连接,所述开关模块226的另一端与所述第二极耳224连接。其中,在所述开关模块226处于连通状态时,所述加热片225、第一极耳223和第二极耳224三者之间电导通,所述加热片225处于加热状态;在所述开关模块226处于断开状态时,所述加热片225、第一极耳223和第二极耳224三者之间的电连接处于断开状态,所述加热片225处于停止加热状态。
[0035]
在一些实施例中,自中间可加热电芯沿第一方向,以及,自中间可加热电芯沿与第一方向相反的方向,即自中间可加热电芯22往两端的可加热电芯22的方向,所述可加热电芯22的加热片的阻值均逐渐增大,随着所述可加热电芯22的加热片的阻值的增大,所述加热片产生的热量逐渐增多,从而可保证中间电芯温度与远离中间电芯两端处的电芯温度大致相同或存在较小差异。可选的,所述加热片的阻值r范围为0.5ω≤r≤10ω。
[0036]
在一些实施例中,自中间可加热电芯沿第一方向,以及,自中间可加热电芯沿与第一方向相反的方向,所述可加热电芯22的加热片的阻值呈等差增大。例如:在所述可加热电芯22的数量n为奇数时,所述可加热电芯22的加热片的阻值满足如下公式:
[0037][0038]
其中,所述r1为所述中间可加热电芯的加热片的阻值,所述n为奇数,所述为自所述中间可加热电芯沿第一方向,以及,自所述中间可加热电芯沿与第一方向相反的方向,第个的可加热电芯22的阻值;当所述加热电芯的数量为偶数时,所述可加热电芯22的加热片的阻值满足如下公式:
[0039]
[0040]
其中,所述r1所述中间可加热电芯的加热片的阻值,所述n为偶数,所述为自所述中间可加热电芯沿第一方向,以及,自所述中间可加热电芯沿与第一方向相反的方向,第个的可加热电芯22的阻值。
[0041]
需要说明的是:“中间”可加热电芯22是根据可加热电芯22数量的奇偶性来进行定义,例如:在可加热电芯22数量为奇数时,“中间”可加热电芯22的数量为一个,其余可加热电芯22以“中间”可加热电芯22为“对称轴”相对设置;在可加热电芯22数量为偶数时,“中间”可加热电芯22的数量为两个,同样的,其余可加热电芯22以“中间”可加热电芯22为“对称轴”相对设置。
[0042]
在一些实施例中,如图2所示,所述导热组件30包括导热底板301和若干导热立板302,所述若干导热立板302固定于所述导热底板301,并且所述若干导热立板302间隔设置,一所述电芯设置于相邻两个所述导热立板302之间,并且所述可加热电芯22分别与导热立板302和导热底板301接触。所述导热底板301实现将热量传递至电芯的底部,所述若干导热立板302实现将热量传递至可加热电芯22的侧边,从而使得可加热电芯22上各处均匀受热。可选的,所述导热组件30为硅胶,所述导热组件由液体硅胶固化形成。可以理解的是,所述导热组件的制作材料不限于硅胶,也可以为其他材料,例如:硅脂、铜片或者铝片。
[0043]
对于上述温度检测装置和控制器,所述温度检测装置设置于所述电芯组件20,所述温度检测装置用于检测所述电芯组件20的温度,所述控制器分别与所述开关模块226和温度检测装置连接,所述控制器用于在温度检测装置检测到所述电芯组件20的温度低于第一预设温度时,所述控制器控制所述开关模块226闭合,所述加热片225加热,以及,在所述温度检测装置检测到所述电芯组件20的温度高于第二预设温度时,所述控制器控制所述开关模块226断开,所述加热片225停止加热。可以理解的是,所述第一预设温度和第二预设温度的数值可根据实际情况进行设定,例如:所述第一预设温度可设置为0℃,在所述温度检测装置检测到电芯组件20的温度低于0℃时,所述控制器控制所述开关模块226闭合,从而所述加热片225进行加热,并通过所述导热组件30将所述加热片225产生的热量传递给其他电芯,所述第二预设温度可设置于40℃,在所述温度检测装置检测到所述电芯组件20的温度高于40℃时,所述控制器控制所述开关模块226断开,所述加热片225停止加热。
[0044]
此外,为方便读者理解本发明实施例中可加热电芯的加热片设置于可加热电芯内部所能达到的效果,下面进行对比计算说明,计算过程如下:
[0045]
对比例1:利用电动自行车国标4812的内部电池模组(电芯容量为12ah),其内部可加热电芯的数量为13个,可加热电芯的加热片设置于可加热电芯的外部,且单个可加热电芯的阻值设定为r,当温度检测装置检测到所述电芯组件的温度处于0℃以下时,控制器控制可加热电芯加热,设定流过外加热片的电流为i,则单个电芯的产热总量为q=i2rt q
loss
,且q
loss
》0,其中q
loss
为热传递过程中损失的热量。
[0046]
实施例1:利用电动自行车国标4812的内部电池模组(电芯容量为12ah),其内部可加热电芯的数量为13个,可加热电芯的加热片设置于可加热电芯的内部,且单个可加热电芯的阻值设定为r,当温度检测装置检测到所述电芯组件的温度处于0℃以下时,控制器控制可加热电芯加热,设定流过内加热片的电流为i,则单个电芯的产热总量为q=i2rt-q
loss
,由于加热片位于可加热电芯内部,其产生的热量直接供电芯加热,因此,q
loss
=0,q
loss
为热
传递过程中损失的热量。
[0047]
综上可知,在相同条件下,设定两种电芯达到同一温度a时,实施例1中的可加热电芯加热达到温度a所需要的时间较对比例1中的可加热电芯加热达到温度a所需要的时间要短,即实施例1中的可加热电芯的热损失小。
[0048]
在本发明实施例中,通过设置有模组壳体和电芯组件20,所述模组壳体设置有电池腔10a,所述电芯组件20收容于所述电池腔10a,其中,所述电芯组件20包括多个堆叠设置的可加热电芯22,多个所述可加热电芯22电连接,所述可加热电芯22包括电极组件221、模组壳体、第一极耳223、第二极耳224、加热片225和开关模块226,所述电极组件221收容于模组壳体内,所述第一极耳223的一端和第二极耳224的一端分别与所述电极组件221电连接,所述第一极耳223的另一端和第二极耳224的另一端均从所述模组壳体伸出,所述加热片225设置于模组壳体内,所述加热片225的一端与所述第一极耳223连接,所述开关模块226设置于所述模组壳体,所述开关模块226的一端与所述加热片225的另一端连接,所述开关模块226的另一端与所述第二极耳224连接,沿所述第一方向,中间可加热电芯位于所述电池模组中间位置,所述第二方向与所述第一方向垂直。此外,自中间可加热电芯沿所述第一方向,以及,自中间可加热电芯沿与所述第一方向相反的方向,所述可加热电芯22的加热片225的阻值逐渐增大,这样设置,随着所述可加热电芯22的加热片225的阻值的增大,所述加热片225产生的热量逐渐增多,从而可保证中间电芯温度与远离中间电芯两端处的电芯温度大致相同或存在较小差异,进一步使得各个电芯的充放电效率基本一致,从而实现对各个电芯的精准加热。
[0049]
本发明还提供了一种电池包的实施例,所述电池包包括至少两个如上所述的电池模组01,至少两个所述电池模组在第三方向上相互并联/串联连接,所述电池模组01的功能和结构可参阅上述实施例,此处不再一一赘述。
[0050]
本发明还提供了一种用电设备的实施例,所述用电设备包括如上所述的电池包,所述电池包的功能和结构可参阅上述实施例,此处不再一一赘述。
[0051]
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
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