可调温控型储能设备电芯、叠层电芯和复合动力电芯

技术领域

本发明属于储能设备技术领域，具体的为一种可调温控型储能设备电芯、叠层电芯和复 合动力电芯。

背景技术

锂电池发热是生活中常见的一种现象，经常出现在使用锂电池作为电源的手机、笔记本 电脑等无线家用电器中，由于锂电池在放电时电池内部会发生化学反应，产生大量的热能， 导致电池温度升高，使我们用手触摸时会感觉到温度，这在大多数锂电池中属普遍现象。

发热现象对锂电池的危害主要有：

1、电池长时间过度发热会导致内部机件温度升高，影响机件的正常工作；

2、电池长时间发热会使电池本身的热量增加，如果是密封的电池，会使其内部空气剧烈 膨胀，导致电池象外突起，严重的会使电池爆炸；

3、电池长期过度发热会加速产品本身的老化进程，缩短其寿命。

在实际运用中，电池一般会放置于一个密封的箱体内，锂电池产生的热量若无法通过箱 体及时排除，则会导致箱体内的温度升高，存在安全风险。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可调温控型储能设备电芯、叠层电芯和复合动力 电芯，能够调节和控制电芯内部的温度。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明首先提出了一种可调温控型储能设备电芯，包括电芯本体，所述电芯本体内间隔 设有至少两片集流体，所有的所述集流体中包括位于两端的两片端部集流体，两片所述端部 集流体中，至少有一片所述端部集流体背向另一片端部集流体的侧面上设有温控骨架，所述 温控骨架内或所述温控骨架与对应的所述端部集流体之间设有若干用于冷却介质流通的冷却 介质通道。

进一步，位于两片端部集流体之间的集流体为中间集流体；

当中间集流体的数量为0时，该两片所述端部集流体相向的侧面上分别设有第一活性材 料层和第二活性材料层，所述第一活性材料层与第二活性材料层之间设有电解质；

当中间集流体的数量大于1时，相邻两片所述中间集流体相向的侧面上或相邻的所述中 间集流体与端部集流体相向的侧面上分别设有第一活性材料层和第二活性材料层，所述第一 活性材料层与第二活性材料层之间设有电解质。

进一步，所述中间集流体的两侧侧面上分别设有所述第一活性材料层和第二活性材料层， 或所述中间集流体的两侧侧面上同时设有所述第一活性材料层或第二活性材料层。

进一步，所述电芯本体内的全部或部分集流体上设有温度检测单元。

进一步，所述温度检测单元包括设置在所述集流体侧面上的温度检测点，所述温度检测 点位于所述集流体的中部，且所述温度检测点上设有材质与所述集流体不同的热敏材料，所 述集流体上与所述温度检测点一一对应设有材质与所述集流体不同的温度检测线，所述温度 检测线的一端与所述热敏材料相连，另一端延伸至所述集流体的边缘。

进一步，所述热敏材料采用半导体热敏材料、金属热敏材料、合金热敏材料、金属氧化 物热敏材料、金属复合层材料或金属异质结热敏材料；

所述半导体热敏材料包括但不限于单晶半导体、多晶半导体、玻璃半导体和有机半导体；

所述金属热敏材料包括但不限于金属铂、金属锰、金属钴、金属镍和金属铜；

所述合金热敏材料包括但不限于钴基合金材料、镍基合金材料、铁基合金材料和锰基合 金材料；

所述金属氧化物热敏材料包括但不限于锰氧化物、钴氧化物、镍氧化物和铜氧化物；

所述金属复合层材料包括但不限于铂-钌复合层、锰-钴复合层、镍-钴复合层、铁-镍复 合层；

所述金属异质结热敏材料包括但不限于铂-钌异质结、锰-钴异质结、镍-钴异质结、铁- 镍异质结。

进一步，所述集流体为长为L、宽为W的方形，且所述集流体的两条长边分别相向平移 L

进一步，所述温度检测点包括设置在所述温度检测区域几何中心的中心检测点和/或设置 在所述温度检测区域四个对角位置处的对角检测点和/或设置在所述温度检测区域四条边的 中线位置处的中点检测点。

进一步，所述温度检测点阵列设置在所述温度检测区域内。

进一步，当所述电芯本体的部分集流体上设有温度检测单元时，令设有所述温度检测单 元的集流体为温控型集流体，未设置所述温度检测单元的集流体为非温控型集流体，则相邻 两片所述温控型集流体之间的非温控型集流体的数量相等。

进一步，所述储能设备为电池或电容器。

本发明还提出了一种可调温控型储能设备叠层电芯，其特征在于：包括至少两个如上所 述的可调温控型储能设备电芯，所述温控骨架位于相邻两个所述可调温控型储能设备电芯之 间。

进一步，所述温控骨架采用电子导电但离子绝缘的材料制成；

当相邻两个所述可调温控型储能设备电芯之间串联连接时，位于同一个所述温控骨架两 侧的两片端部集流体相背的一侧侧面上分别设有所述第一活性材料层和第二活性材料层；

当相邻两个所述可调温控型储能设备电芯之间并联连接时，位于同一个所述温控骨架两 侧的两片端部集流体相背的一侧侧面上同时设有所述第一活性材料层或第二活性材料层。

进一步，当相邻两个所述可调温控型储能设备电芯之间相互独立时，所述温控骨架采用 电子绝缘且离子绝缘的材料制成。

进一步，所述温控骨架采用设置在相邻两个所述可调温控型储能设备电芯之间的波形片， 所述波形片上设有相互平行的波形结构；所述波形结构的波峰和波谷分别与位于其两侧的所 述端部集流体接触配合，所述波形结构与对应的所述端部集流体之间形成用于冷却介质流通 的所述冷却介质通道；或，所述波形片的两端分别设有与所述波形结构的波峰和波谷接触配 合的贴合片，所述波形结构与对应的所述贴合片之间形成用于冷却介质流通的所述冷却介质 通道，两片所述贴合片分别与两侧的所述端部集流体贴合。

进一步，所述波形结构成正弦波结构、矩形波结构或梯形波结构。

进一步，所述温控骨架采用设置在相邻两个所述可调温控型储能设备电芯之间的温控体， 所述温控体内设有若干用于冷却介质流通的冷却介质通道。

本发明还提出了一种可调温控型储能设备复合动力电芯，包括至少一个电池单元和至少 一个电容单元；

所述电池单元采用如上所述的可调温控型储能设备电芯或如上所述的可调温控型储能设 备叠层电芯；和/或，

所述电容单元采用如上所述的可调温控型储能设备电芯或如上所述的可调温控型储能设 备叠层电芯。

进一步，相邻的所述电池单元和电容单元之间层叠在一起，且相邻的所述电池单元与电 容单元之间设有连接骨架，所述连接骨架内或所述连接骨架与对应的所述电池单元或电容单 元之间设有若干用于冷却介质流通的冷却通道。

进一步，当相邻的所述电池单元和所述电容单元之间串联或并联连接时，设置在该电池 单元和所述电容单元之间的所述连接骨架采用电子导电但离子绝缘的材料制成；

当相邻的所述电池单元和所述电容单元之间相互独立时，设置在该电池单元和所述电容 单元之间的所述连接骨架采用电子绝缘且离子绝缘的材料制成。

本发明的有益效果在于：

本发明的可调温控型储能设备电芯，通过在端部集流体上设置温控骨架，并在温控骨架 内或在温控骨架与端部集流体之间设置冷却介质通道，如此，通过在冷却介质通道可流通冷 却介质，冷却介质与电芯之间换热，将电芯产生的热量带走，从而达到调节电芯温度以及控 制电芯温度的技术目的。

通过在集流体上设置温度检测单元，通过温度检测单元能够实时检测电芯内部的温度， 通过在集流体的侧面中部设置温度检测点，并在温度检测点上设置热敏材料，并利用温度检 测线引出，如此，即可通过热敏材料和温度检测线实时检测温度，解决了现有技术中电芯内 部温度无法实时检测和监控的问题。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明可调温控型储能设备电芯实施例1的结构示意图；

图2为本实施例可调温控型储能设备电芯的第二种结构示意图；

图3为本实施例可调温控型储能设备电芯的第三种结构示意图；

图4为设有温度检测单元的集流体的结构示意图；

图5为本发明可调温控型储能设备叠层电芯实施例2的结构示意图；

图6为图5的A详图；

图7为本实施例可调温控型储能设备叠层电芯的第二种结构的示意图；

图8为图7的B详图；

图9为本实施例可调温控型储能设备叠层电芯的第三种结构的示意图；

图10为图9的C详图；

图11为本实施例可调温控型储能设备叠层电芯的第四种结构的示意图；

图12为图11的D详图；

图13为本发明可调温控型储能设备复合动力电芯3的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的 理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，为本发明可调温控型储能设备电芯实施例1的结构示意图。本实施例的可 调温控型储能设备电芯，包括电芯本体，电芯本体内间隔设有至少两片集流体，所有的集流 体中包括位于两端的两片端部集流体1，两片端部集流体1中，至少有一片端部集流体1背 向另一片端部集流体1的侧面上设有温控骨架3，温控骨架3内或温控骨架3与对应的端部 集流体1之间设有若干用于冷却介质流通的冷却介质通道4。

进一步，位于两片端部集流体1之间的集流体为中间集流体2。如图1所示，当中间集 流体2的数量为0时，该两片端部集流体1相向的侧面上分别设有第一活性材料层5和第二 活性材料层6，第一活性材料层5与第二活性材料层6之间设有电解质7。如图2所示，当中间集流体2的数量大于1时，相邻两片中间集流体2相向的侧面上或相邻的中间集流体2与端部集流体1相向的侧面上分别设有第一活性材料层4和第二活性材料层5，第一活性材料层5与第二活性材料层6之间设有电解质7。具体的，当中间集流体2的两侧侧面上分别设 有第一活性材料层5和第二活性材料层6，此时位于该中间集流体2两侧的两个电芯之间串 联连接，如图2所示。当中间集流体2的两侧侧面上同时设有第一活性材料层或第二活性材 料层时，此时位于该中间集流体2两侧的两个电芯之间并联连接，如图3所示。

进一步，电芯本体内的全部或部分集流体上设有温度检测单元。如图2所示，电芯本体 内的全部集流体上设有温度检测单元。如图3所示，电芯本体的部分集流体上设有温度检测 单元，此时令设有温度检测单元的集流体为温控型集流体，未设置温度检测单元的集流体为 非温控型集流体，则相邻两片温控型集流体之间的非温控型集流体的数量相等。

具体的，本实施例的温度检测单元包括设置在集流体侧面上的温度检测点8，温度检测 点8位于集流体的中部，且温度检测点8上设有材质与集流体不同的热敏材料，集流体上与 温度检测点8一一对应设有材质与集流体不同的温度检测线9，温度检测线9的一端与热敏 材料相连，另一端延伸至集流体的边缘。具体的，热敏材料采用半导体热敏材料、金属热敏 材料、合金热敏材料、金属氧化物热敏材料、金属复合层材料或金属异质结热敏材料。半导 体热敏材料包括但不限于单晶半导体、多晶半导体、玻璃半导体和有机半导体。金属热敏材 料包括但不限于金属铂、金属锰、金属钴、金属镍和金属铜。合金热敏材料包括但不限于钴 基合金材料、镍基合金材料、铁基合金材料和锰基合金材料。金属氧化物热敏材料包括但不 限于锰氧化物、钴氧化物、镍氧化物和铜氧化物。金属复合层材料包括但不限于铂-钌复合层、 锰-钴复合层、镍-钴复合层、铁-镍复合层。金属异质结热敏材料包括但不限于铂-钌异质结、 锰-钴异质结、镍-钴异质结、铁-镍异质结。温度检测线3为金属线，可以采用与集流体本体 1的材质不同的金线、银线等，不再累述。

进一步，集流体本体1为长为L、宽为W的方形，且集流体本体1的两条长边分别相向平移L

温度检测点8可以采用多种方式分布在温度检测区域10内。如温度检测点包括设置在温 度检测区域10几何中心的中心检测点和/或设置在温度检测区域四个对角位置处的对角检测 点和/或设置在温度检测区域四条边的中线位置处的中点检测点。当然，温度检测点8还可以 阵列设置在温度检测区域10内。本实施例的温度检测点8包括设置在温度检测区域10几何 中心的中心检测点和设置在温度检测区域四个对角位置处的对角检测点。

进一步，储能设备为电池或电容器。当储能设备为电池时，第一活性材料层5为正极活 性材料层，第二活性材料层6为负极活性材料层；当储能设备为电容时，第一活性材料层5 为第一电容活性材料层，第二活性材料层6为第二电容活性材料层。

实施例2

如图5所示，为本发明可调温控型储能设备叠层电芯实施例2的结构示意图。本实施例 的可调温控型储能设备叠层电芯，包括至少两个如实施例1所述的可调温控型储能设备电芯 11，温控骨架3位于相邻两个可调温控型储能设备电芯11之间。

进一步，温控骨架3采用电子导电但离子绝缘的材料制成；

当相邻两个可调温控型储能设备电芯11之间串联连接时，位于同一个温控骨架11两侧 的两片端部集流体1相背的一侧侧面上分别设有第一活性材料层5和第二活性材料层6，如 图5和图9所示；当相邻两个可调温控型储能设备电芯11之间并联连接时，位于同一个温控 骨架3两侧的两片端部集流体1相背的一侧侧面上同时设有第一活性材料层5或第二活性材 料层6，如图7和图11所示。当然，当相邻两个可调温控型储能设备电芯11之间相互独立 时，温控骨架3可以采用电子绝缘且离子绝缘的材料制成。

进一步，温控骨架3采用设置在相邻两个可调温控型储能设备电芯之间的波形片，波形 片上设有相互平行的波形结构；波形结构的波峰和波谷分别与位于其两侧的端部集流体1接 触配合，波形结构与对应的端部集流体1之间形成用于冷却介质流通的冷却介质通道4；或， 波形片的两端分别设有与波形结构的波峰和波谷接触配合的贴合片，波形结构与对应的贴合 片之间形成用于冷却介质流通的冷却介质通道4，两片贴合片分别与两侧的端部集流体1贴 合。波形结构可以采用多种方式，即波形结构成正弦波结构，如图7所示，波形结构采用矩 形波结构，如图11所示，波形结构可以采用梯形波结构，如图5所示。当然，温控骨架3还 可以采用其他多种方式实现，如温控骨架3采用设置在相邻两个可调温控型储能设备电芯之 间的温控体，温控体内设有若干用于冷却介质流通的冷却介质通道4，如图9所示。

实施例3

如图13所示，为本发明可调温控型储能设备复合动力电芯实施例3的结构示意图。本实 施例的可调温控型储能设备复合动力电芯，包括至少一个电池单元20和至少一个电容单元 30；

电池单元20采用如实施例1所述的可调温控型储能设备电芯或如实施例2所述的可调温 控型储能设备叠层电芯；和/或，电容单元30采用如实施例1所述的可调温控型储能设备电 芯或如实施例2所述的可调温控型储能设备叠层电芯。

进一步，相邻的电池单元20和电容单元30之间层叠在一起，且相邻的电池单元20与电 容单元30之间设有连接骨架40，连接骨架40内或连接骨架40与对应的电池单元20或电容 单元30之间设有若干用于冷却介质流通的冷却通道41。

具体的，当相邻的电池单元20和电容单元30之间串联或并联连接时，设置在该电池单 元20和电容单元30之间的连接骨架40采用电子导电但离子绝缘的材料制成；当相邻的电池 单元20和电容单元30之间相互独立时，设置在该电池单元20和电容单元30之间的连接骨 架40采用电子绝缘且离子绝缘的材料制成。

本实施例的连接骨架40的结构与实施例2中的温控骨架3的结构相同，不再一一累述。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限 于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范 围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。