一种加热电芯模块及其电芯模组的制作方法

本实用新型属于电池加热技术领域，特别是涉及一种加热电芯模块及其电芯模组。

背景技术：

锂离子电池具有能量高、电池电压高、工作温度范围宽及贮存寿命长等优点，广泛应用于各种小型电器以及电动汽车中。应用于电动汽车的锂离子动力电池其工作环境通常为-20℃～60℃，在适宜的温度下锂离子动力电池才能较好的运作，温度较高或较低均会对锂离子电池的运行寿命产生不良影响，在气候寒冷的冬天，需考虑对动力电池的加热问题。

当前大部分电动汽车电芯模块配备的加热系统，主要是采取在电芯模块侧壁贴电阻丝加热片，而电阻丝加热存在以下缺点：

1、加热片对电芯加热主要是通过空气热传导，而空气热传导效率非常低；

2、电阻丝加热片最高可以达到1000℃高温，一旦温度传感器或电压控制模块失效，电池包存在燃烧风险；

3、电阻丝寿命短，工作时易氧化，折弯部局部电阻增大，易烧断。

技术实现要素：

针对现有电池模块加热技术中存在传导效率低、安全隐患的问题，本实用新型提供了一种加热电芯模块及其电芯模组，本电芯模块的电热转换效率较高，加热稳定性好，消除了温度失控的风险。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

提供一种加热电芯模块，包括电芯阵列、第一金属片、第二金属片和加热器；

所述电芯阵列包括多个单体电芯，所述单体电芯具有第一电极端和第二电极端，所述第一电极端和第二电极端中一个为正极端，另一个为负极端，所述多个单体电芯的第一电极端朝向同一侧；

所述第一金属片与所述多个单体电芯的第一电极端电连接，所述第二金属片与所述多个单体电芯的第二电极端电连接；

所述第一金属片的外缘引出有第一导热极耳，所述第二金属片的外缘引出有第二导热极耳，所述加热器设置于所述第一导热极耳和第二导热极耳上。

进一步的，所述加热器包括PTC加热陶瓷片和设置于所述PTC加热陶瓷片外部的铝制外壳，所述加热器与所述第一导热极耳及第二导热极耳之间设置有绝缘导热层。

进一步的，还包括第一电芯支架和第二电芯支架，所述第一电芯支架和第二电芯支架之间形成安装所述电芯阵列的容置腔；

所述第一电芯支架上设置有多个第一通孔，所述第一通孔分别连通所述容置腔和第一电芯支架背离容置腔的表面；

所述第二电芯支架上设置有多个第二通孔，所述第二通孔分别连通所述容置腔和第二电芯支架背离容置腔的表面；

所述单体电芯的第一电极端及第二电极端分别穿过所述第一通孔和第二通孔。

进一步的，

所述第一金属片覆盖于所述第一电芯支架的外侧，所述第一金属片对应所述第一通孔的位置设置有多个第一电极连接端，且所述第一电极连接端与电芯单体的第一电极端电性接触；

所述第二金属片覆盖于所述第二电芯支架的外侧，所述第二金属片对应所述第二通孔的位置设置有多个第二电极连接端，且所述第二电极连接端与电芯单体的第二电极端电性接触。

进一步的，所述第一电芯支架上设置有第一导向柱，所述第一导向柱沿第一电芯支架的外侧朝第二电芯支架方向延伸，所述第二电芯支架在第一导向柱的延伸方向设置有第二导向柱，所述第一导向柱和第二导向柱均为中空结构，所述第一金属片在第一导向柱的朝向位置设置第一导向孔，所述第二金属片在第二导向柱的朝向位置设置第二导向孔。

进一步的，所述第一导热极耳和第二导热极耳的数量均为多个，所述第一导热极耳和第二导热极耳均朝所述电芯阵列的方向偏折，并分别贴合于第一电芯支架和第二电芯支架的侧壁上，所述加热器为长条状，加热器设置于第一电芯支架和第二电芯支架的侧壁上，依次与第一导热极耳和第二导热极耳换热。

进一步的，所述第一金属片的外缘还设置有固定在所述第一电芯支架上的第一固定极耳，所述第二金属片的外缘还设置有固定在所述第二电芯支架上的第二固定极耳，所述多个单体电芯的第一电极端电连接至所述第一固定极耳以此引出所述电芯阵列的第一电极，所述多个单体电芯的第二电极端电连接至所述第二固定极耳以此引出所述电芯阵列的第二电极。

进一步的，所述第一固定极耳和第二固定极耳均朝所述电芯阵列的方向偏折，并分别贴合于第一电芯支架和第二电芯支架的侧壁上，在第一固定极耳和第二固定极耳的外部设置有绝缘盖。

进一步的，所述第一金属片和第二金属片为镍片。

一种加热电芯模组，包括多个如上所述的加热电芯模块，多个加热电芯模块依次层叠，相邻两个加热电芯模块相对的两个侧面上，一侧面设置第一金属片，另一侧面设置第二金属片，且相邻两个加热电芯模块之间的第一金属片和第二金属片电性连接。

本实用新型设置第一金属片和第二金属片分别连接电芯阵列上单体电芯的电极端部，第一金属片和第二金属片一方面作为单体电芯的电连接载体，另一方面也作为单体电芯的导热载体；可通过第一导热极耳和第二导热极耳将加热器的热量传导至电芯阵列上，由于金属片的热传导性能较好，能够同时加热电芯阵列的每一个电梯电芯，提高了导热效率，防止因电芯阵列加热不均导致的不同电芯输出电压不同的问题。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种加热电芯模块的部分结构爆炸图；

图2是本实用新型实施例提供的第一电芯支架的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的第二电芯支架的结构示意图；

图4是图1中A处的放大示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种加热电芯模组的部分结构爆炸图；

图6是本实用新型实施例提供的一种加热电芯模组的结构示意图。

说明书附图中的附图标记如下：

1、第一金属片；11、第一导热极耳；12、第一固定极耳；13、第一电极连接端；14、第一导向孔；2、第一电芯支架；21、第一导向柱；22、第一通孔；23、容置腔；3、电芯阵列；31、单体电芯；4、第二电芯支架；41、第二导向 柱；42、第二通孔；5、第二金属片；51、第二导热极耳；52、第二固定极耳；53、第二电极连接端；531、折弯片；532、方孔；54、第二导向孔；6、绝缘盖；7、加热器；8、绝缘导热层；91、第一盖板；92、第二盖板；93、螺栓。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参见图1和图5所示，本实用新型公开了一种加热电芯模块，包括电芯阵列3、第一金属片1、第二金属片5和加热器7；

所述电芯阵列3包括多个单体电芯31，所述单体电芯31为圆柱形电芯，所述单体电芯31具有第一电极端和第二电极端，所述第一电极端和第二电极端中一个为正极端，另一个为负极端，所述多个单体电芯31的第一电极端朝向同一侧；

作为本实用新型的一种优选，所述单体电芯31呈矩阵排布，以充分利用电芯阵列3所占据的空间，同时在相应位置预留有空位，以供导向柱穿过。需要说明的是，在本实用新型的技术方案中，并不限制单体电芯31的外形和排列方式，采用其他现有的单体电芯31及其排列方式进行替换的技术方案也应包括在本实用新型的保护范围内。

所述第一金属片1与所述多个单体电芯31的第一电极端电连接，所述第二金属片5与所述多个单体电芯31的第二电极端电连接；即所述电芯阵列3上的单体电芯31并联设置

所述第一金属片1的外缘引出有第一导热极耳11，所述第二金属片5的外缘引出有第二导热极耳51，所述加热器7设置于所述第一导热极耳11和第二导热极耳51上。

第一金属片1和第二金属片5一方面作为单体电芯31的电连接载体，另一方面也作为单体电芯31的导热载体；可通过第一导热极耳11和第二导热极耳51将加热器7的热量传导至电芯阵列3上，由于金属片的热传导性能较好，能够同时加热电芯阵列3的每一个电梯电芯，提高了导热效率，防止因电芯阵列3加热不均导致的不同电芯输出电压不同的问题。

在本实施例中，所述加热器选用PTC加热器，PTC(Positive Temperature Coeff1Cient)是指在某一温度下电阻急剧增加、具有正温度系数的热敏电阻现象或材料，所述加热器7包括PTC加热陶瓷片和设置于所述PTC加热陶瓷片外部的铝制外壳，铝制外壳可快速从PTC加热陶瓷片处吸收热量并传递给第一导热极耳11和第二导热极耳51，所述加热器7与所述第一导热极耳11、第二导热极耳51之间设置有绝缘导热层8相互绝缘传热，所述绝缘导热层8优选为导热硅胶，可避免加热器7的铝制外壳与第一导热极耳11和第二导热极耳51电连接发生短路的情况。根据PTC加热陶瓷片的特性，当温度变大时，其电阻也相应变大，从而抑制电流的增长幅度，避免发热功率过高，能够将工作温度稳定在50～300℃之间，自动恒温发热，无需温度控制和保护装置，节能环保，进而避免温度失控风险。

如图2和图3所示，在本实施例中，所述加热电芯模块还包括用于固定安装电芯阵列3上各个单体电芯31的第一电芯支架2和第二电芯支架4，所述第一电芯支架2为半封闭盒状，所述第二电芯支架4为盖状，第一电芯支架2和第二电芯支架4之间通过卡扣连接，所述第一电芯支架2和第二电芯支架4之间形成安装所述电芯阵列3的容置腔23；

所述第一电芯支架2上设置有多个第一通孔22，所述第一通孔22分别连通所述容置腔23和第一电芯支架2背离容置腔23的表面；

所述第二电芯支架4上设置有多个第二通孔42，所述第二通孔42分别连通所述容置腔23和第二电芯支架4背离容置腔23的表面；

所述单体电芯31的两端分别位于第一通孔22和第二通孔42中，通过所述第一通孔22和第二通孔42将单体电芯31进行固定，且单体电芯31的两个电极端面位于第一电芯支架2和第二电芯支架4的外部，用于与第一金属片1和第二金属片5进行电连接和热传导。

具体的，所述第一金属片1覆盖于所述第一电芯支架2的外侧，所述第一电芯支架2的外侧指的是第一电芯支架2背离所述电芯阵列3的表面，所述第一金属片1对应所述第一通孔22的位置设置有多个第一电极连接端13，所述第一电极连接端13朝第一通孔22方向凹陷，且所述第一电极连接端13与电芯单体的电极端面电性接触；

所述第二金属片5覆盖于所述第二电芯支架4的外侧，所述第二电芯支架4的外侧指的是第二电芯支架4背离所述电芯阵列3的表面，所述第二金属片5对应所述第二通孔42的位置设置有多个第二电极连接端53，所述第二电极连接 端53朝第二通孔42方向凹陷，且所述第二电极连接端53与电芯单体的电极端面电性接触。

作为本实用新型的一种优选的实施方式，所述第一电芯支架2上设置有第一导向柱21，所述第一导向柱21沿第一电芯支架2的外侧朝第二电芯支架4方向延伸，所述第一导向柱21贯穿所述第一电芯支架2，所述第二电芯支架4在第一导向柱21的延伸方向设置有第二导向柱41，所述第二导向柱41贯穿所述第二电芯支架4，所述第一导向柱21和第二导向柱41均为中空结构，所述第一金属片1在第一导向柱21的朝向位置设置第一导向孔14，所述第一导向柱21在第一电芯支架2的外侧设置有第一凸出段，通过第一凸出段对第一金属片1进行定位，保证第一金属片1上的第一电极连接端13能够与单体电芯31的电机端面相互对准，所述第二金属片5在第二导向柱41的朝向位置设置第二导向孔54，所述第二导向柱41在第二电芯支架4的外侧设置有第二凸出段，通过第二凸出段对第一金属片1进行定位。

所述第一导向柱21和第二导向柱41的数量为多个，当第一电芯支架2和第二电芯支架4相互结合时，所述第一导向柱21和第二导向柱41相互连通，形成多个贯穿所述加热电芯模块的导向通孔，从而可通过螺栓贯穿不同的加热电芯模块使不同的加热电芯模块相互结合。

如图4所示，作为本实用新型的一种优选的实施方式，所述第二电极连接端53包括设置于第二金属片5上的方孔532，所述方孔532中设置有两个折弯片531，所述折弯片531与第二金属片5为一体设置，两个折弯片531相互平行，折弯片531留有缝隙，所述折弯片531往第二通孔42的方向偏折，通过焊接与电芯单体的电极端面相互固定连接，所述第一电极连接端13的结构与第二电机连接端一致，不进一步赘述。

在本实施例中，所述第一金属片1和第二金属片5分别设置有第一导热极耳11和第二导热极耳51，所述第一导热极耳11和第二导热极耳51的数量均为多个，优选为6个，所述第一金属片1和第二金属片5为正方形金属片，在其中的3个边上均设置2个导热极片，所述第一导热极耳11和第二导热极耳51均朝所述电芯阵列3的方向偏折，并分别贴合于第一电芯支架2和第二电芯支架4的侧壁上，所述第一导热极耳11和第二导热极耳51一一对应设置于同一直线上，且第一导热极耳11和第二导热极耳51不相互电接触，所述加热器7为长条状，加热器7设置于第一电芯支架2和第二电芯支架4的3个侧壁上， 每个侧壁均设置2个加热器7，所述加热器7的底部设置绝缘导热层8，优选绝缘导热层8的宽度大于或等于第一导热极耳11和第二导热极耳51的宽度，使得绝缘导热层8覆盖第一导热极耳11和第二导热极耳51，进而使第一导热极耳11和第二导热极耳51与外界电隔绝；加热器7依次与第一导热极耳11和第二导热极耳51换热。

作为本实用新型的一种优选的实施方式，所述第一金属片1的外缘还设置有用于安装和电性连接的第一固定极耳12，所述第二金属片5的外缘还设置有用于安装和电性连接的第二固定极耳52。同一加热电芯模块中的单体电芯31并联设置，所述多个单体电芯31的第一电极端电连接至所述第一固定极耳12以此引出所述电芯阵列3的第一电极，所述多个单体电芯31的第二电极端电连接至所述第二固定极耳52以此引出所述电芯阵列3的第二电极。

所述第一固定极耳12和第二固定极耳52均朝所述电芯阵列3的方向偏折，并分别贴合于第一电芯支架2和第二电芯支架4的侧壁上，通过螺母进行固定，所述第一固定极耳12和第二固定极耳52上均开有定位孔，通过定位孔固定于第一电芯支架2和第二电芯支架4的侧壁上，在第一固定极耳12和第二固定极耳52的外部设置有绝缘盖6，通过绝缘盖6对第一固定极耳12、第二固定极耳52进行防护，避免第一固定极耳12、第二固定极耳52与外界发生干涉发生短路等情况。

优选所述第一金属片1和第二金属片5为镍片，具有良好的导电和导热性能，本领域技术人员可根据需要选用其他现有金属，如铝、铁等。

参见图5和图6所示，本实用新型还公开了一种加热电芯模组，包括多个如上所述的一种加热电芯模块，多个加热电芯模块依次层叠，相邻两个加热电芯模块相对的两个侧面上，一侧面设置第一金属片，另一侧面设置第二金属片，且相邻两个加热电芯模块之间的第一金属片和第二金属片电性连接。

具体的，单个加热电芯模块为盒状，所述第一金属片1和第二金属片5分别位于加热电芯模块的前后两端，通过线性层叠设置将前一个加热电芯模块的第二金属片5与后一个加热电芯模块的第一金属片1电连接，进而将不同的加热电芯模块串联；

单个加热电芯模块中设置有第一导向柱21和第二导向柱41，所述第一导向柱21和第二导向柱41相互连通，形成多个贯穿所述加热电芯模块的导向通孔，所述加热电芯模组的前后两端设置有第一盖板91和第二盖板92，通过设置螺栓 93依次穿过第二盖板92、多个加热电芯模块上的导向通孔和第一盖板91进行固定。

作为本实用新型的一种优选的实施方式，在所述加热电芯模组的三个侧面均设置有2个加热器7，所述加热器7为条状，且加热器7往加热电芯模块的层叠方向延伸，同时对多个加热电芯模块进行加热。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。