本發(fā)明涉及新能源電池領(lǐng)域，特別涉及一種新型電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

出于能源和環(huán)境的考慮，電動汽車在各國政府和汽車制造商的共同推動下取得了快速的發(fā)展。電動汽車作為節(jié)能型汽車，無疑是汽車行業(yè)的重要變革，因其能真正的實現(xiàn)減排而成為汽車的重要發(fā)展方向。然而，這些車輛的性能和品質(zhì)在很大程度上依賴其所配制的電池系統(tǒng)的性能。

在電動汽車中，動力電池均是采用電池系統(tǒng)形式使用的，電池系統(tǒng)由多個電池單元構(gòu)成，而電池單元包括多個串連和并聯(lián)連接的電芯。電芯作為儲能單元，在充放電時會產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)熱，從而造成電池單元中溫度變化；同時外界環(huán)境溫度也可直接影響電池單元中的溫度。電池單元中溫度過高或過低均會影響電池單元的整體壽命和穩(wěn)定性。高溫可以加速電芯中電解液、電極和隔板的老化速率，高溫部分的老化速率會明顯快于低溫部分，若電芯之間持續(xù)存在此物性差異，將破壞電池單元的一致性，造成電芯之間的性能不匹配，最終使電池單元失效。在溫度低于0℃下，鋰離子電池由于會發(fā)生鋰離子還原反應(yīng)引發(fā)電芯內(nèi)短路而不允許充電。由此可知，電池單元(或電池系統(tǒng))中電芯的結(jié)構(gòu)布局以及熱交換功能的實現(xiàn)是影響電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素。

目前，電池系統(tǒng)的熱交換方式均為間接換熱方式，如中國專利CN103247835B通過在電池模塊中設(shè)置相變材料層儲存電池模塊放出的熱量；中國專利CN204011513U通過使電池之間形成間隙以及在電池包外殼上設(shè)散熱孔進行散熱；中國專利CN105702894A采用帶有孔隙的電池支架，并在殼體頂部設(shè)置防水通風(fēng)的凹部結(jié)構(gòu)完成散熱功能。中國專利CN105932368A在電池包中設(shè)置均溫組件，通過均溫組件中冷卻介質(zhì)的流動速度以控制電池芯內(nèi)的溫度。在加熱方面，常用的加熱方法是通過加熱電池組內(nèi)的空氣，使電池的溫度上升，如CN105742745A公開了一種電池包液體冷卻/加熱系統(tǒng)試驗裝置，當(dāng)電池包工作在低于0℃的低溫情況下，通過電池包外的電加熱棒加熱液體，將液體通過管路通入電池包內(nèi)進而對電池包進行加熱。

由上述可知，現(xiàn)今對電池系統(tǒng)的溫度控制集中在非接觸換熱方面，換熱效果不理想且能耗高。因此，亟需一種溫度可調(diào)的電池系統(tǒng)以滿足不同溫度環(huán)境下的使用需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明人進行了銳意研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：對電池單元中電芯進行合理布局，在電池單元中注滿導(dǎo)熱油，配合設(shè)置在電池單元中的加熱裝置和系統(tǒng)殼體上的冷卻裝置，即可滿足電池系統(tǒng)在不同溫度環(huán)境下的使用需求，且進一步提高了電池系統(tǒng)的安全性，從而完成了本發(fā)明。

本發(fā)明的目的在于提供以下方面：

1.一種電池系統(tǒng)，包括系統(tǒng)殼體1和至少兩個電池單元2，所述系統(tǒng)殼體1封閉安裝于電池系統(tǒng)外，所述電池單元2串連連接；

所述電池單元2包括單元殼體21、電池支架22和多個電芯23，所述單元殼體21封閉安裝于電池單元2外，電池支架22位于單元殼體21內(nèi)部以固定電芯23，單元殼體21內(nèi)部存在空隙，所述空隙填充有導(dǎo)熱介質(zhì)。

2.根據(jù)上述1所述的電池系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)殼體1由內(nèi)向外依次包括系統(tǒng)內(nèi)殼11和恒溫層12，所述系統(tǒng)內(nèi)殼11用于支撐系統(tǒng)殼體1，所述恒溫層12用于電池系統(tǒng)的保溫；

優(yōu)選地，所述恒溫層12為三層夾心結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)防護層、外防護層以及兩防護層之間的保溫層，所述內(nèi)防護層和外防護層對保溫層進行固定。

3.根據(jù)上述1所述的電池系統(tǒng)，其中，單元殼體21包括頂部開口的殼身211和位于開口處以封閉殼身211的殼蓋212，

殼身211由內(nèi)向外依次包括殼內(nèi)層213和殼外層214，殼內(nèi)層213密封電池單元2，其由高分子材料制成，所述高分子材料優(yōu)選為聚丙烯或酚醛樹脂，所述殼外層214粘附在殼內(nèi)層213外，用于支撐殼內(nèi)層213。

4.根據(jù)上述1所述的電池系統(tǒng)，其中，所述電池單元2內(nèi)導(dǎo)熱介質(zhì)與電池支架22和電芯23直接接觸，所述導(dǎo)熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油，優(yōu)選為變壓器油或經(jīng)改性的變壓器油。

5.根據(jù)上述1至4之一所述的電池系統(tǒng)，其中，電池支架22包括平行安裝的右支架板221和左支架板222，右支架板221和左支架板222上對應(yīng)設(shè)置多個可供電芯23插入的通孔223，所述通孔223排布成至少兩行或兩列，優(yōu)選地，相鄰兩行或兩列的通孔223交錯排布；和/或

電芯23在電池支架22上排布成兩行或兩列以上，優(yōu)選相鄰兩行或兩列電芯23交錯排布。

6.根據(jù)上述5所述的電池系統(tǒng)，其中，同列的電芯23通過連接在正極上的焊條231并聯(lián)，相鄰兩列的電芯23通過連接在焊條231上的保險絲232串連；優(yōu)選地，電芯23正極與焊條231通過電阻點焊或激光焊焊接，電芯23負(fù)極與保險絲232通過超聲波焊焊接；和/或

所述保險絲232為彈性構(gòu)件，其整體或部分呈螺旋狀彎曲，優(yōu)選其與負(fù)極相連一端呈螺旋狀彎曲。

7.根據(jù)上述1至4之一所述的電池系統(tǒng)，其中，所述電池系統(tǒng)還包括安裝在電池支架22頂部的保護板3，所述保護板3包括電池管理單元，用于調(diào)控各電池單元2內(nèi)電芯23的工作狀態(tài)。

8.根據(jù)上述1至4之一所述的電池系統(tǒng)，其中，所述電池系統(tǒng)還包括溫控系統(tǒng)，所述溫控系統(tǒng)包括加熱裝置4、冷卻裝置5、溫度感應(yīng)裝置6和調(diào)控裝置，溫度感應(yīng)裝置6將監(jiān)測到的溫度傳給調(diào)控裝置，調(diào)控裝置根據(jù)接收的溫度確定加熱裝置4或冷卻裝置5的啟動和關(guān)閉。

9.根據(jù)上述8所述的電池系統(tǒng)，其中，所述加熱裝置4為設(shè)置在電池單元2內(nèi)部的一個或多個加熱板，優(yōu)選加熱板橫向插入在電池支架22內(nèi)，更優(yōu)選加熱板為兩個，其中一個加熱板橫向插入在電池支架22的底部，另一個加熱板橫向插入在電池支架22的中部，橫向插入的加熱板與成行排列的電芯23平行；和/或

所述冷卻裝置5包括設(shè)置在系統(tǒng)殼體1上的半導(dǎo)體制冷器，優(yōu)選地，在冷卻裝置5頂部的恒溫層12上設(shè)置通孔，半導(dǎo)體制冷器安裝在所述通孔中，半導(dǎo)體制冷器的一端與系統(tǒng)內(nèi)殼11的外表面相連，以吸收系統(tǒng)殼體1內(nèi)部的熱量，另一端與外部空氣接觸以散熱；和/或

所述溫度感應(yīng)裝置6包括分別設(shè)置在電池單元2內(nèi)部以及電池單元2與系統(tǒng)殼體1之間腔體中的多個溫度感應(yīng)元件，其分別測定電池單元2內(nèi)部和電池單元2與系統(tǒng)殼體1之間腔體中的溫度。

10.根據(jù)上述9所述的電池系統(tǒng)，其中，所述加熱板包括加熱層42，所述加熱層42產(chǎn)生并向外部傳遞熱量，其包括至少一個加熱單元421，在加熱單元421為多個時，各加熱單元421之間存在空隙并通過串連連接；優(yōu)選地，所述加熱單元421為彎曲排布的電阻絲；和/或

加熱板橫向插入在電池支架22內(nèi)部時，加熱單元421對應(yīng)位置處對應(yīng)于左右兩相鄰電芯23之間的空隙，左右兩相鄰加熱單元421之間的空隙對應(yīng)位置處對應(yīng)于電芯23所在位置。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種電池系統(tǒng)，具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明中系統(tǒng)殼體采用復(fù)合結(jié)構(gòu)，極大提高了電池單元的密封性、保溫性和抗沖擊性能；

(2)本發(fā)明中采用導(dǎo)熱油作為填充在電池單元內(nèi)部的導(dǎo)熱介質(zhì)，其與電芯直接接觸，且具有高閃點、高流動性、大比熱和電絕緣等性能，可快速與電芯發(fā)生熱交換，便于電池單元內(nèi)溫度的調(diào)控；

(3)導(dǎo)熱介質(zhì)為流體形式，依靠其流動性能，可緩沖外界沖擊對電池系統(tǒng)造成的振動；

(4)本發(fā)明中電芯以“插空”的方式進行排布，此排布方式增大了電芯間的空隙，便于導(dǎo)熱油在電芯間隙中流動，有利于電芯與導(dǎo)熱油換熱效率的提高；

(5)本發(fā)明中與電芯負(fù)極相連的保險絲的一端呈螺旋狀彎曲，此結(jié)構(gòu)具有較好的延展性，相較于目前普遍采用的直線型連接，可有效避免電芯振動造成的保險絲斷裂或脫落；

(6)本發(fā)明加熱裝置中加熱單元分散排布，加熱單元對應(yīng)位置處為電芯間空隙，相鄰加熱單元間的空隙對應(yīng)電芯，在避免部分電芯直接受熱的同時，更有利于借助電芯間的空隙結(jié)構(gòu)快速將熱量傳遞至遠(yuǎn)離熱源的部位；

(7)溫控系統(tǒng)中的冷卻裝置為設(shè)置在系統(tǒng)殼體上的半導(dǎo)體制冷器，其制冷效果好，可靠性高，且對電池系統(tǒng)無制冷劑污染。

附圖說明

圖1示出本發(fā)明中電池系統(tǒng)的立體透視圖；

圖2示出本發(fā)明中電池系統(tǒng)的主截面透視圖；

圖3示出本發(fā)明電池單元俯視透視圖；

圖4示出圖3中電池單元B面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5示出圖4中虛線圈內(nèi)結(jié)構(gòu)的放大示意圖；

圖6示出電池支架的立體圖；

圖7示出支架板上通孔的交錯排布示意圖；

圖8示出支架板上插槽的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9示出支架板上擋片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為圖3中A-A截面示意圖；

圖11示出保險絲為彈性構(gòu)件時電芯之間的連接示意圖；

圖12示出加熱裝置的主截面示意圖；

圖13示出加熱裝置中加熱層結(jié)構(gòu)示意圖；

圖14示出圖2中虛線圈內(nèi)結(jié)構(gòu)的放大示意圖。

附圖標(biāo)號說明：

1-系統(tǒng)殼體；

11-系統(tǒng)內(nèi)殼；

12-恒溫層；

2-電池單元；

21-單元殼體；

211-殼身；

212-殼蓋；

213-殼內(nèi)層；

214-殼外層；

22-電池支架；

221-右支架板；

222-左支架板；

223-通孔；

224-插槽；

225-擋片；

23-電芯；

231-焊條；

232-保險絲；

3-保護板；

4-加熱裝置；

41-底板層；

42-加熱層；

421-加熱單元；

43-導(dǎo)熱層；

5-冷卻裝置；

6-溫度感應(yīng)裝置。

具體實施方式

下面通過對本發(fā)明進行詳細(xì)說明，本發(fā)明的特點和優(yōu)點將隨著這些說明而變得更為清楚、明確。

在這里專用的詞“示例性”意為“用作例子、實施例或說明性”。這里作為“示例性”所說明的任何實施例不必解釋為優(yōu)于或好于其它實施例。盡管在附圖中示出了實施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪制附圖。

本發(fā)明公開的是一種電池系統(tǒng)，如圖1所示，所述電池系統(tǒng)包括系統(tǒng)殼體1和位于系統(tǒng)殼體1內(nèi)的至少兩個電池單元2，所述系統(tǒng)殼體1封閉安裝于電池系統(tǒng)外，所述電池單元2之間串連連接。

所述系統(tǒng)殼體1為復(fù)合結(jié)構(gòu)，如圖2所示，其由內(nèi)向外依次包括系統(tǒng)內(nèi)殼11和恒溫層12，所述系統(tǒng)內(nèi)殼11和恒溫層12緊密連接，如通過粘結(jié)連接。所述系統(tǒng)內(nèi)殼11為具有較高機械強度的金屬層，用于支撐系統(tǒng)殼體1。所述恒溫層12為三層夾心結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)防護層、外防護層以及兩防護層之間的保溫層。所述防護層具有較強的機械強度，抗沖擊性強，優(yōu)選為金屬材料或高分子材料，所述保溫層選用傳熱效果不佳的材料，如巖棉板，厚度為20～30mm，用于電池系統(tǒng)的保溫。

本發(fā)明中，電池單元2為電池系統(tǒng)的核心構(gòu)件。如圖3至圖5所示，電池單元2包括單元殼體21、電池支架22和多個電芯23，所述單元殼體21封閉安裝于電池單元2外，電池支架22位于電池單元2內(nèi)部以固定電芯23。電芯23之間存在空隙，在所述空隙中填充導(dǎo)熱介質(zhì)，用于與電芯23進行熱量交換，電芯23和電池支架22與導(dǎo)熱介質(zhì)直接接觸。

在一種優(yōu)選的實施方式中，所述導(dǎo)熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油，電池支架22和電芯23浸在導(dǎo)熱油中。所述導(dǎo)熱油為變壓器油或經(jīng)改性后變壓器油，所述改性是指以變壓器油為基質(zhì)，對變壓器油的流動性等性能進行的改進。所述導(dǎo)熱油具有高閃點、高流動性、大比熱和電絕緣等性能。導(dǎo)熱油填充于電池單元2內(nèi)部，可直接吸收電芯23產(chǎn)生的熱量而使電芯23的溫度不至于過高，而在低溫時憑借其高流動性，可迅速將從外界吸收到的熱量傳送至整個電池單元2，使電池單元2維持在特定的均勻溫度范圍內(nèi)。

除上述熱交換功能外，填充在電池單元2內(nèi)的導(dǎo)熱油依靠其流體性能，還可緩沖外界沖擊對電池單元2的振動。

在本發(fā)明中，如圖6所示，電池支架22包括平行安裝的右支架板221和左支架板222，右支架板221和左支架板222上對應(yīng)設(shè)置多個可插入電芯23的通孔223。所述通孔223在電池支架22上排布成至少兩行或兩列，其中，以右支架板221和左支架板222的縱向安裝為基準(zhǔn)，設(shè)定沿右支架板221或左支架板222平面的上下方向為縱向(Y軸)，沿右支架板221或左支架板222平面的左右方向為橫向(X軸)，通孔223在縱向上排布為列，在橫向上排布成行。優(yōu)選地，相鄰兩行或兩列的通孔223交錯排布。如圖7所示，交錯排列是指：位于第n(n≥1)列的通孔223a距第n+1列中與其距離最近的通孔223b的中心距離是L1，與第n+2列中與其距離最近的通孔223c的中心距離是L3，通孔223b與通孔223c的中心距離是L2，若L1+L2＞L3，則所述通孔223之間為交錯排列。

如圖8所示，右支架板221和左支架板222內(nèi)側(cè)(朝向電芯23的一側(cè))上對應(yīng)設(shè)置有至少兩對與成行排列的通孔223平行的插槽224，所處插槽224具有縱向截面為U形的開口部，右支架板221上的插槽224開口方向朝向左支架板222，左支架板222上的插槽224開口方向朝向右支架板221，其中一對插槽224位于右支架板221和左支架板222頂部，用于安裝電池單元2的保護板3，其余插槽224位于右支架板221和左支架板222的其它任意高度處，用于其他功能元件的安裝。

如圖9所示，右支架板221和左支架板222外側(cè)設(shè)有用于限定電芯23軸向方向移動的擋片225，所述擋片225向外側(cè)突出，厚度為2～4mm。擋片225對通孔223進行部分遮擋，非遮擋部分可用于電芯23之間導(dǎo)電元件(如下述焊條231)的固定安裝。

右支架板221和左支架板222上還設(shè)有多個分散的通油孔，所述通油孔便于導(dǎo)熱介質(zhì)(導(dǎo)熱油)進出電池支架22，加快導(dǎo)熱介質(zhì)流通，同時，通油孔還可用于其它功能元件的固定，如電芯23間的導(dǎo)電元件(如下述焊條231)可穿過右支架板221和左支架板222頂部的通油孔固定安裝在保護板上。

在本發(fā)明中，如圖10所示，電池支架22上插有兩行或兩列以上電芯23，優(yōu)選地，相鄰兩行(列)電芯23交錯排布。此排布方式增大了電芯23間的空隙，便于導(dǎo)熱油在電芯23間隙中流動，有利于電芯23與導(dǎo)熱油換熱效率的提高。考慮到導(dǎo)熱油的成分，為避免導(dǎo)熱油對電池支架22的腐蝕，所述電池支架22選擇聚丙烯材料或酚醛樹脂材料，優(yōu)選為聚丙烯材料注塑而成。

在一種優(yōu)選的實施方式中，所述電芯23的正負(fù)極位于電芯23兩側(cè)，同列電芯23的同側(cè)極性相同，相鄰兩列電芯23的同側(cè)極性相反。同列電芯23通過連接在正極上的焊條231并聯(lián)，相鄰兩列電芯23的通過連接在焊條231上的保險絲232串連。

在進一步優(yōu)選的實施方式中，所述焊條231為鋼鍍鎳材質(zhì)，寬5～10mm，厚150～200μm。所述保險絲232為鋁箔，保險絲232寬2～3mm，厚50～60μm。如圖11所示，保險絲232為彈性構(gòu)件，其整體或部分呈螺旋狀彎曲，優(yōu)選其與電芯23負(fù)極相連的一端呈螺旋狀彎曲。螺旋狀彎曲具有較好的延展性，相較于目前普遍采用的直線型連接，可有效避免電芯23振動造成的保險絲232斷裂或脫落。

在更進一步優(yōu)選的實施方式中，電芯23正極上設(shè)置蓋帽，電芯23正極與焊條231通過電阻點焊或激光焊焊接，電芯23負(fù)極與保險絲232通過超聲波焊焊接。

電阻點焊、激光焊以及超聲波焊是電芯23固定中常用的焊接方式。電阻點焊是利用柱狀電極加壓通電，在搭接工件接觸面焊成一個焊點的焊接方法。激光焊是將高強度的激光束輻射至金屬表面，通過激光與金屬的相互作用，是金屬熔化形成焊接。而超聲波焊是利用高頻振動波傳遞到需焊接的物體表面，在加壓的情況下，使兩個物體表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。由上述可知，電阻點焊和激光焊相比于超聲波焊，在焊接部位會產(chǎn)生高熱量，采用薄板連接電極時，易打穿電極，從而造成短路，而超聲波焊在采用厚板連接電極時，由于熱值較低，易產(chǎn)生虛焊現(xiàn)象，結(jié)合三種焊接的上述特點，同時考慮電阻焊的低成本、激光焊的高精確度以及超聲波焊焊接后高導(dǎo)電性，最終確定電芯23的正極與焊條231通過電阻點焊或激光焊焊接，電芯23負(fù)極與保險絲232通過超聲波焊焊接。

在一種優(yōu)選的實施方式中，如圖4和圖10所示，對在電池支架22上排布好的電芯23進行串、并聯(lián)連接時，可通過下述步驟進行操作：

將保險絲232一端焊接在焊條231上，其中，兩焊接點的間距對應(yīng)于同列兩相鄰電芯23的中心間距；通過電阻點焊或激光焊將焊條231與電芯23正極的蓋帽進行固定，此時，保險絲232的另一端(優(yōu)選為螺旋端)搭落在鄰列電芯23的負(fù)極上；通過超聲波焊使保險絲232的另一端(優(yōu)選為螺旋端)與鄰列電芯23的負(fù)極相連。在對排布好的電芯23完成同側(cè)面串、并聯(lián)固定連接后，再進行另一側(cè)面的固定連接。

在本發(fā)明中，通過電池支架22頂部的插槽224安裝保護板3，所述保護板3連接電芯23正極的焊條231、總負(fù)極引線及正極引線均與保護板3連接。所述保護板3包括多個電池管理單元，用于調(diào)控電芯23的工作狀態(tài)，對電芯23提供過充保護、過放保護、過流或短路保護，以及使電池單元2中各個電芯23都達(dá)到均衡一致的充放電狀態(tài)。

在本發(fā)明中，如圖10所示，用于包圍電池單元2的單元殼體21包括頂部開口的殼身211和位于開口處以封閉殼身211的殼蓋212。

殼身211為復(fù)合結(jié)構(gòu)，其由內(nèi)向外依次包括殼內(nèi)層213、粘結(jié)層和殼外層214，其中，殼內(nèi)層213直接接觸導(dǎo)熱介質(zhì)，用于電池單元2的密封。殼內(nèi)層213選用高分子材料制成，在導(dǎo)熱介質(zhì)采用變壓器油時，考慮其對多種高分子材料的溶解性，為避免導(dǎo)熱油的泄露，所述殼內(nèi)層213為聚丙烯層或酚醛樹脂層，其厚度為2～4mm。

殼外層214具有高機械強度，用于電池單元2的定型和保護。在電池系統(tǒng)受到強烈撞擊后，降低沖擊對電池單元2的擠壓，使電池單元2不產(chǎn)生或僅產(chǎn)生較小變形，避免電池單元2受擠壓導(dǎo)致的大量產(chǎn)熱，發(fā)生冒煙、燃燒或爆炸等狀況。優(yōu)選地，所述殼外層214為不銹鋼板或合金鋼板，其厚度為0.5～1mm。殼身211組合安裝時，將殼內(nèi)層213套入殼外層214構(gòu)成的箱體中，對殼外層214外部加熱至80℃左右，使與殼外層214相接處的殼內(nèi)層213受熱成熔融狀態(tài)，冷卻后殼內(nèi)層213即粘結(jié)到殼外層214上，熔融后的部分殼內(nèi)層213即形成所述粘結(jié)層。

殼蓋212為一體成型，或多塊部件拼接而成，優(yōu)選為上寬下窄的T形結(jié)構(gòu)或上寬下窄的梯形結(jié)構(gòu)。殼蓋212下端伸入殼身211開口內(nèi)，與殼身211的頂部開口相契合。殼蓋212下端可能接觸導(dǎo)熱介質(zhì)，為保證單元殼體21的密封性，所述殼蓋212下端或殼蓋212整體由電木、環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂制備。對所述電池單元2進行密封時，在殼身211側(cè)面上部，通過插入鉚釘?shù)染o固件使殼身211與殼蓋212下端緊密連接。

在本發(fā)明中，在導(dǎo)熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油時，導(dǎo)熱油在使用過程中不可避免的揮發(fā)使其液位降低，為使導(dǎo)熱油得到及時補充，在單元殼體21頂部(即殼蓋212上)設(shè)置油量監(jiān)控系統(tǒng)。所述油量監(jiān)控系統(tǒng)包括內(nèi)部存儲有導(dǎo)熱油的注油器和油位計。當(dāng)油位計測得導(dǎo)熱油液面低于設(shè)定值時，通過注油器對電池單元2進行油量補充。

由于溫度對電池系統(tǒng)的充放電效率影響較大，因而對電池系統(tǒng)中電池單元2的工作溫度有所要求，如電池單元2中電芯23為鋰離子電池時，其要求充電溫度為5～30℃，放電溫度為-10～30℃。在外界環(huán)境溫度長時間高于30℃或低于5℃時，電池系統(tǒng)中需要進一步設(shè)置溫控系統(tǒng)以保障電池單元2的充、放電條件。

本發(fā)明中，所述溫控系統(tǒng)包括加熱裝置4、冷卻裝置5、溫度感應(yīng)裝置6和調(diào)控裝置。溫度感應(yīng)裝置6將電池單元2的相關(guān)溫度傳給調(diào)控裝置，調(diào)控裝置根據(jù)接收到的溫度確定加熱裝置4和冷卻裝置5的工作狀態(tài)。

如圖10所示，所述加熱裝置4為設(shè)置在電池單元2內(nèi)部的一個或多個加熱板，加熱板與導(dǎo)熱介質(zhì)直接接觸。加熱板的形狀不做限定，優(yōu)選為矩形加熱板。所述加熱板可安裝在殼內(nèi)層213的內(nèi)壁上，也可設(shè)置在電池支架22上，優(yōu)選加熱板安裝在電池支架22上，即可插入右支架板221和左支架板222內(nèi)側(cè)的插槽224內(nèi)，通過右支架板221和左支架板222進行固定。加熱板的數(shù)目為一個時，其插入在電池支架22的底部；電熱板為多個時，其插入在電池支架22內(nèi)部的不同高度處，優(yōu)選地，加熱板的數(shù)目為兩個，其中一個加熱板橫向插入電池支架22底部，另一個加熱板橫向插入電池支架22中部，加熱板在電池支架22上與成行排列的電芯23平行。

在一種優(yōu)選的實施方式中，如圖12所示，所述加熱板包括底板層41、加熱層42和導(dǎo)熱層43，所述加熱層42位于底板層41和導(dǎo)熱層43之間，導(dǎo)熱層43位于加熱層42上部。所述底板層41用于支撐加熱層42和導(dǎo)熱層43，所述加熱層42用于產(chǎn)生熱量；所述導(dǎo)熱層43具有耐高溫和電絕緣性，其密封在加熱層42上用于熱量的傳遞。

如圖13所示，加熱層42包括至少一個加熱單元421，在加熱單元421為多個時，各加熱單元421獨立排布。優(yōu)選地，各加熱單元421通過串連連接，電流入口和電流出口位于加熱層42的同一端。所述加熱單元421為彎曲排布的電阻絲，如S形往復(fù)排布的電阻絲。所述電阻絲為單一金屬電阻絲、合金電阻絲或非金屬電阻絲，所述單一金屬電阻絲包括Mo、W、Ta電阻絲，所述合金電阻絲包括Ni-Cr合金或Fe-Cr-Al合金電阻絲，所述非金屬電阻絲包括石墨或碳化硅電阻絲，優(yōu)選為Ni-Cr合金電阻絲，更優(yōu)選所述電阻絲的寬度為1～3mm，厚度為20～30μm，電阻率為7.3×10^-6Ω·m，電阻絲最高加熱溫度為50℃。

在進一步優(yōu)選的實施方式中，所述加熱單元421沿加熱板的長度方向排布成一行或多行。優(yōu)選地，同行中左右兩相鄰加熱單元421在加熱板的長度方向上的寬度相同，和/或同行左右兩相鄰加熱單元421的間距相等。更優(yōu)選地，所述同行左右兩相鄰加熱單元421的間距等于電池支架22上同行左右兩相鄰電芯23的間距。如圖13所示，加熱單元421在加熱層42中排布成兩行，兩行中加熱單元421以行間中心線對稱排布，各加熱單元421在加熱板的長度方向上的寬度相同，且同行各相鄰加熱單元421的間距相等。

在更進一步優(yōu)選的實施方式中，當(dāng)加熱板橫向插入在電池支架22內(nèi)部時，加熱單元421對應(yīng)位置處對應(yīng)于左右兩相鄰電芯23之間的空隙，左右兩相鄰加熱單元421之間的空隙對應(yīng)位置處對應(yīng)于電芯23所在位置。加熱層42的結(jié)構(gòu)配合電芯23的交錯排布方式，在避免部分電芯23直接受熱的同時，更有利于通過電芯23之間的空隙結(jié)構(gòu)快速將熱量傳遞至遠(yuǎn)離熱源的部位。

在一種優(yōu)選的實施方式中，所述底板層41為平板，優(yōu)選為上表面設(shè)有凹部的平板，在所述凹部內(nèi)部排布所述加熱單元421，凹部外周凸緣可用于將加熱板固定在電池支架22上。優(yōu)選地，所述底板層41厚度為2mm，凹部深度為1mm。底板層41具有高強度、耐高溫和電絕緣性，其材質(zhì)優(yōu)選為酚醛樹脂、聚丙烯或電木。

在一種優(yōu)選的實施方式中，所述導(dǎo)熱層43為硅膠。硅膠電絕緣且耐高溫，其化學(xué)性能和物理性能隨溫度的變化很小。同時，其作為粘結(jié)材料，對加熱層42進行密封。

加熱板可通過下述工藝制備：洗去電木板中部區(qū)域使成凹部，在凹部內(nèi)通過一股或多股電阻絲密集排布成間隔排列的加熱單元，將液態(tài)硅膠倒入凹部內(nèi)，密封電阻絲，硅膠固化后即得加熱板。

在本發(fā)明中，如圖2和圖14所示，所述冷卻裝置5包括設(shè)置在系統(tǒng)殼體1上的半導(dǎo)體制冷器，具體地，在系統(tǒng)殼體1頂部的恒溫層12上設(shè)置通孔，半導(dǎo)體制冷器安裝在所述通孔中，半導(dǎo)體制冷器的一端與系統(tǒng)內(nèi)殼11的外表面相連，以吸收系統(tǒng)殼體1內(nèi)部的熱量，另一端與外部空氣接觸以散熱。所述半導(dǎo)體制冷器的數(shù)目為2～6個，以滿足降溫需求。半導(dǎo)體制冷器中包括半導(dǎo)體制冷片，其是一種利用半導(dǎo)體材料Peltier效應(yīng)的熱泵，可用于空間受限的場合，其可靠性高，且無制冷劑污染。當(dāng)直流電通過半導(dǎo)體制冷片中兩種不同半導(dǎo)體材料串聯(lián)成的電偶時，在電偶的兩端即可分別吸收熱量和放出熱量，可以實現(xiàn)制冷的目的。

如圖2和圖10所示，在一種優(yōu)選的實施方式中，所述溫度感應(yīng)裝置6包括分別設(shè)置在電池單元2內(nèi)部以及電池單元2與系統(tǒng)殼體1之間的腔體中的多個溫度感應(yīng)元件。位于系統(tǒng)殼體1內(nèi)部腔體中的溫度感應(yīng)元件用于測定電池單元2的外部溫度，此溫度的高低是加熱裝置4或冷卻裝置5啟動的依據(jù)；而在加熱裝置4或冷卻裝置5運行中，位于電池單元2內(nèi)部的溫度感應(yīng)元件測定的內(nèi)部溫度是溫度調(diào)控的依據(jù)。電池單元2內(nèi)部的溫度感應(yīng)元件為至少一個，優(yōu)選為多個，多個溫度感應(yīng)元件的設(shè)置，便于電池單元2內(nèi)部溫度監(jiān)測和調(diào)節(jié)。

電池單元2使用過程中，溫控系統(tǒng)的工作模式為：系統(tǒng)殼體1內(nèi)部腔體中的溫度感應(yīng)元件測定電池單元2所處環(huán)境溫度，當(dāng)此環(huán)境溫度低于第一閾值時，通過調(diào)控裝置啟動電池單元2內(nèi)的加熱裝置4，此時通過各電池單元2內(nèi)部的溫度感應(yīng)元件進行溫度反饋，當(dāng)測到的某電池單元2內(nèi)溫度達(dá)到第二閾值時，控制此電池單元2加熱裝置4停止工作，對其他未達(dá)到第二閾值的電池單元2仍繼續(xù)加熱；停止加熱后，當(dāng)某電池單元2內(nèi)溫度下降至第三閾值時，再次控制此電池單元2內(nèi)加熱裝置4的啟動；如此往復(fù)調(diào)控，保證電池單元2內(nèi)部溫度維持在第二閾值與第三閾值之間。在此溫控模式下進行電池單元2充電，配合恒溫層12的保溫作用，可使電池單元2在充電完成后24h保持在0℃以上，即完成一次充電，在24h內(nèi)不必再啟動加熱裝置4進行加熱，進而降低了能耗。其中，第一閾值溫度值(如5℃)＜第三閾值溫度值(如10℃)＜第二閾值溫度值(如15℃)。

當(dāng)電池單元2外部的溫度感應(yīng)元件測得環(huán)境溫度高于第四閾值時，通過調(diào)控裝置啟動系統(tǒng)殼體1上的冷卻裝置5，冷卻裝置5運行后，再通過電池單元2內(nèi)部的溫度感應(yīng)元件進行溫度反饋，當(dāng)某電池單元2內(nèi)溫度降到第五閾值時，控制該電池單元2內(nèi)冷卻裝置5停止工作，對其他未達(dá)到第五閾值的電池單元2仍繼續(xù)降溫；停止降溫后，環(huán)境溫度使某電池單元2內(nèi)溫度上升至第四閾值時，再次控制冷卻裝置5啟動；往復(fù)調(diào)控，使電池單元2內(nèi)部溫度維持在第四閾值與第五閾值之間。其中，第五閾值溫度值(如25℃)＜第四閾值溫度值(如30℃)。

由上述可知，本發(fā)明通過電池單元2中電芯23的獨特的排布方式、油浸式設(shè)計、保護板3對各電芯23的性能監(jiān)控、系統(tǒng)殼體1的復(fù)合式構(gòu)造、以及溫控系統(tǒng)的配合使用，可滿足電池單元2在不同溫度環(huán)境下的使用需求，且可進一步提高電池單元2的安全性能。

實施例

實施例1

一種鋰電池系統(tǒng)，包括10個串連的電池單元2，以及用于密封電池單元2的系統(tǒng)殼體1。所述系統(tǒng)殼體1包括金屬制系統(tǒng)內(nèi)殼11和恒溫層12，所述恒溫層12由兩金屬層夾合巖棉板層構(gòu)成。

電池單元2包括單元殼體21、電池支架22和排布在電池支架22上的電芯23，所述電芯23選用18650型鋰離子電池。單元殼體21內(nèi)部存在空隙，所述空隙以導(dǎo)熱油填充，即電池支架22和電芯23與導(dǎo)熱油直接接觸。電池支架22選用聚丙烯材料注塑而成，每行可容納20根電芯23，每列可容納10根電芯23，相鄰兩行上的電芯23交錯排布。電芯23排布時，同列電芯23的同側(cè)極性相同，相鄰兩列電芯23的同側(cè)極性相反。同列電芯23通過連接在正極上的鋼鍍鎳焊條231并聯(lián)，相鄰兩列電芯23通過連接在焊條231上的鋁箔保險絲232串連，所述保險絲232寬2mm，厚50μm，與負(fù)極相連一端呈螺旋狀彎曲。同時，電芯23正極與焊條231的焊接方式為電阻點焊，而電芯23負(fù)極與保險絲232的焊接方式為超聲波焊。在電池支架22的頂部安裝保護板3，所述保護板3上固定有連接電芯23正極的焊條231、總負(fù)極引線及總正極引線，所述保護板3還包括多個電池管理單元，用于監(jiān)控電芯23的工作狀態(tài)。用于包圍電池單元2的單元殼體21包括頂部開口的殼身211和用于殼身211密合的殼蓋212，其中，所述殼身211包括金屬殼外層214和聚丙烯殼內(nèi)層213。

鋰電池系統(tǒng)中還設(shè)有溫控系統(tǒng)，其包括加熱裝置4、冷卻裝置5、溫度感應(yīng)裝置6和調(diào)控裝置。其中，加熱裝置4包括橫向安裝在電池支架22中部和底部的加熱板。所述加熱板由下向上依次包括底板層41、加熱層42以及導(dǎo)熱層43，加熱層42包括沿加熱板的長度方向排布成兩行的加熱單元421，每行有10個加熱單元421。所述加熱單元421為電阻絲彎曲排布而成，各加熱單元421串連連接，其中，所述電阻絲最高加熱溫度為50℃。所述底板層41為2mm厚的平板，其上表面設(shè)有1mm深度的凹部，在凹部內(nèi)部排布所述加熱單元421。所述導(dǎo)熱層43為硅膠，其兼具導(dǎo)熱材料、粘結(jié)劑和密封材料的作用。

所述冷卻裝置5為設(shè)置在系統(tǒng)殼體1頂部的4個半導(dǎo)體制冷器，半導(dǎo)體制冷器的一端連接金屬制系統(tǒng)內(nèi)殼11的外表面，另一端暴露于空氣中。所述溫度感應(yīng)裝置6包括分別設(shè)置在每個電池單元2內(nèi)部以及電池單元2與系統(tǒng)殼體1之間的空腔中的多個溫度感應(yīng)元件，其中，每個電池單元2內(nèi)部包括12個分散設(shè)置的溫度感應(yīng)元件，電池單元2與系統(tǒng)殼體1之間的空腔中設(shè)置1個溫度感應(yīng)元件。加熱裝置4、冷卻裝置5、溫度感應(yīng)裝置6分別與調(diào)控裝置電性連接，調(diào)控裝置根據(jù)接收到的溫度信息控制加熱裝置4或冷卻裝置5的開啟或關(guān)閉。

上述裝有溫控系統(tǒng)的鋰電池系統(tǒng)，在所處外界環(huán)境低于-50℃以及高于55℃的條件下，工作期間可持續(xù)保持電池單元2內(nèi)部溫度處于10～30℃范圍，溫控偏差為±2℃。在此溫度范圍內(nèi)，電芯23充放電循環(huán)次數(shù)可達(dá)800～1000次。

以上結(jié)合具體實施方式和范例性實例對本發(fā)明進行了詳細(xì)說明，不過這些說明并不能理解為對本發(fā)明的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明技術(shù)方案及其實施方式進行多種等價替換、修飾或改進，這些均落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明的保護范圍以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。