(57)【要約】本発明は、リチウムイオン電池加熱分野に属し、具体的に内部加熱装置を備えたリチウムイオン電池に関する。電池の内部に電池セルが設けられ、電池セルの上端に第一の電池セルタブ、第二の電池セルタブが設けられ、第一の電池セルタブ、第二の電池セルタブがそれぞれ電池セルに接続され、電池セルの内部に熱発生装置が設けられ、熱発生装置が第一層の加熱シートを含み、第一層の加熱シートがそれぞれ電池セルの外に延びる第一層の加熱シ―トの第一の電極タブ、第一層の加熱シートの第二の電極タブに接続され、制御スイッチが第一の制御スイッチと第二の制御スイッチで構成され、外部装置と第二の制御スイッチが第一のブランチを構成し、第一の電池セルタブ、電池セルと第二の電池セルタブが第二のブランチを構成し、第一層の加熱シートの第一の電極タブ、第一層の加熱シート、第一層の加熱シートの第二の電極タブ、第一の制御スイッチが第三のブランチを構成する。本発明は、充電が速く、安全性が高く、低温での電池の動作性能を向上させることができる。【選択図】図9
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部加熱装置を備えたリチウムイオン電池であって、
電池の内部に電池セル（１）が設けられ、電池セル（１）の上端に第一の電池セルタブ（１１）、第二の電池セルタブ（１２）が設けられ、第一の電池セルタブ（１１）、第二の電池セルタブ（１２）がそれぞれ電池セル（１）に接続され、電池セル（１）の内部に熱発生装置（２）が設けられ、熱発生装置（２）が第一層の加熱シート（２−１）を含み、第一層の加熱シート（２−１）がそれぞれ電池セルの外に延びる第一層の加熱シ―トの第一の電極タブ（２１）、第一層の加熱シートの第二の電極タブ（２２）に接続され、制御スイッチ（５）が第一の制御スイッチ（５１）と第二の制御スイッチ（５２）で構成され、外部装置と第二の制御スイッチ（５２）が第一のブランチを構成し、第一の電池セルタブ（１１）、電池セル（１）と第二の電池セルタブ（１２）が第二のブランチを構成し、第一層の加熱シートの第一の電極タブ（２１）、第一層の加熱シート（２−１）、第一層の加熱シートの第二の電極タブ（２２）、第一の制御スイッチ（５１）が第三のブランチを構成し、第二のブランチがそれぞれ第一のブランチ、第三のブランチに直列接続されてもよく、又は第二のブランチが第三のブランチに並列接続された後に第一のブランチに直列接続される、ことを特徴とする内部加熱装置を備えたリチウムイオン電池。
【請求項２】
第一の温度採集器（３）は電池セルの内部に設けられ、第二の温度採集器（４）は電池の表面に設けられ、制御スイッチ（５）は第一の温度採集器（３）と第二の温度採集器（４）からの信号を受信することができる、ことを特徴とする請求項１に記載の内部加熱装置を備えたリチウムイオン電池。
【請求項３】
第二のブランチがそれぞれ第一のブランチ、第三のブランチに直列接続されてもよい場合、外部装置は負荷（６）である、ことを特徴とする請求項１に記載の内部加熱装置を備えたリチウムイオン電池。
【請求項４】
第二のブランチが第三のブランチに並列接続された後に第一のブランチに直列接続される場合、外部装置は充電装置（７）である、ことを特徴とする請求項１に記載の内部加熱装置を備えたリチウムイオン電池。
【請求項５】
第一の温度採集器（３）、第二の温度採集器（４）はそれぞれ第一の制御スイッチ（５１）の開閉を制御することができる、第一の温度採集器（３）、第二の温度採集器（４）はそれぞれ第二の制御スイッチ（５２）の開閉を制御することができる、ことを特徴とする請求項２に記載の内部加熱装置を備えたリチウムイオン電池。
【請求項６】
電池セルは捲回型又は積層型である、ことを特徴とする請求項１に記載の内部加熱装置を備えたリチウムイオン電池。
【請求項７】
電池は方形又は円筒形である、ことを特徴とする請求項１に記載の内部加熱装置を備えたリチウムイオン電池。
【請求項８】
電池は液体、半固体又は固体リチウムイオン電池である、ことを特徴とする請求項１に記載の内部加熱装置を備えたリチウムイオン電池。
【請求項９】
熱発生装置（２）は第二層の加熱シ―ト（２−２）を含み、第二層の加熱シ―ト（２−２）がそれぞれ電池セルの外に延びる第二層の加熱シ―トの第一の電極タブ（２３）、第二層の加熱シ―トの第二の電極タブ（２４）に接続され、第二層の加熱シ―トの第一の電極タブ（２３）、第二層の加熱シ―ト（２−２）、第二層の加熱シ―トの第二の電極タブ（２４）、第三の制御スイッチが第四のブランチを構成し、第四のブランチが第三のブランチに直列接続され又は並列接続されて共通ブランチを形成することができる、第二のブランチがそれぞれ第一のブランチ、共通ブランチに直列接続されてもよく、又は第二のブランチが共通ブランチに並列接続された後に第一のブランチに直列接続される、ことを特徴とする請求項１に記載の内部加熱装置を備えたリチウムイオン電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン電池加熱分野に属し、具体的に内部加熱装置を備えたリチウムイオン電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池は液体、半固体及び固体リチウムイオン電池を含む。ほとんどのリチウムイオン電池は、低温環境におけるＳＥＩ膜、表面電荷伝達抵抗及び電極におけるリチウムイオンの拡散差などの原因により、リチウムイオン電池の大電流充放電能力が弱くなり、そのため倍率及び電力性能が制限される。
【０００３】
したがって、補助手段によって電池の低温性能を向上させることは、重要な研究方向になり、交流加熱方法、ペルチェ加熱方法、加熱プレート加熱方法、流体加熱及び加熱ジャケット加熱方法が提案される。しかしながら、これらの加熱方法、例えば中国特許（リチウムイオン電池の自己発熱装置及び方法、ＣＮ１０４２８２９６５Ａ）では、電熱線に電力を供給するための電源を追加的に配置する必要があり、且つ加熱時間が約１０ｍｉｎであり、昇温速度が非常に遅い。また、これらの加熱方法は、エネルギー消費が大きく、平均で約２０％であり、同様にリチウムイオン電池の普及及び使用が制限される。
【０００４】
同時に、どのようにリチウムイオン電池の内部温度を動的に検出するかは一つの重要な使用上の難題であり、これはリチウムイオン電池の安全制御に関わる重要なパラメータである。現在の研究が比較的成熟しているが、検出装置はコストが高く、広い範囲での使用に不利となる。
【０００５】
したがって、正常な動作状態で、リチウムイオン電池セルの内部温度をリアルタイムに検出することができ、低温動作が必要となる場合（例えば充電又は放電）、非常に短い時間内（＜５ｍｉｎ）で、電池の温度が制御可能な手段で急速に上昇し、それによって正常な電気性能を示すという温度検出機能及び調整機能を同時に備えた高性能リチウムイオン電池を開発する必要がある。このようにしてリチウムイオン電池セルの内部温度を動的に検出することができるだけでなく、低温での動作性能を向上させ、リチウムイオン電池の使用環境温度区間を広げ、リチウムイオン電池の普及及び応用を促進することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記技術的問題を解決するために、本発明は、充電が速く、安全性が高く、低温での電池の動作性能を向上させることができる、内部加熱装置を備えたリチウムイオン電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の技術的解決策は以下のとおりである。
内部加熱装置を備えたリチウムイオン電池は、電池の内部に電池セル１が設けられ、電池セル１の上端に第一の電池セルタブ１１、第二の電池セルタブ１２が設けられ、第一の電池セルタブ１１、第二の電池セルタブ１２がそれぞれ電池セル１に接続され、電池セル１の内部に熱発生装置２が設けられ、熱発生装置２が第一層の加熱シート２−１を含み、第一層の加熱シート２−１がそれぞれ電池セルの外に延びる第一層の加熱シ―トの第一の電極タブ２１、第一層の加熱シートの第二の電極タブ２２に接続され、制御スイッチ５が第一の制御スイッチ５１と第二の制御スイッチ５２で構成され、外部装置と第二の制御スイッチ５２が第一のブランチを構成し、第一の電池セルタブ１１、電池セル１と第二の電池セルタブ１２が第二のブランチを構成し、第一層の加熱シートの第一の電極タブ２１、第一層の加熱シート２−１、第一層の加熱シートの第二の電極タブ２２、第一の制御スイッチ５１が第三のブランチを構成し、第二のブランチがそれぞれ第一のブランチ、第三のブランチに直列接続されてもよく、又は第二のブランチが第三のブランチに並列接続された後に第一のブランチに直列接続される。
【０００８】
さらに、第一の温度採集器３は電池セルの内部に設けられ、第二の温度採集器４は電池の表面に設けられ、制御スイッチ５は第一の温度採集器３と第二の温度採集器４からの信号を受信することができる。
【０００９】
さらに、第二のブランチがそれぞれ第一のブランチ、第三のブランチに直列接続されてもよい場合、外部装置は負荷６である。
【００１０】
さらに、第二のブランチが第三のブランチに並列接続された後に第一のブランチに直列接続される場合、外部装置は充電装置７である。
【００１１】
さらに、第一の温度採集器３、第二の温度採集器４はそれぞれ第一の制御スイッチ５１の開閉を制御することができ、第一の温度採集器３、第二の温度採集器４はそれぞれ第二の制御スイッチ５２の開閉を制御することができる。
【００１２】
さらに、電池セルは捲回型又は積層型である。
【００１３】
さらに、電池は方形又は円筒形である。
【００１４】
さらに、電池は液体、半固体又は固体リチウムイオン電池である。
【００１５】
さらに、熱発生装置２は第二層の加熱シ―ト２−２を含み、第二層の加熱シ―ト２−２がそれぞれ電池セルの外に延びる第二層の加熱シ―トの第一の電極タブ２３、第二層の加熱シ―トの第二の電極タブ２４に接続され、第二層の加熱シ―トの第一の電極タブ２３、第二層の加熱シ―ト２−２、第二層の加熱シ―トの第二の電極タブ２４、第三の制御スイッチが第四のブランチを構成し、第四のブランチが第三のブランチに直列接続され又は並列接続されて共通ブランチを形成することができ、第二のブランチがそれぞれ第一のブランチ、共通ブランチに直列接続されてもよく、又は第二のブランチが共通ブランチに並列接続された後に第一のブランチに直列接続される。
【００１６】
さらに、第一の温度採集器３、第二の温度採集器４はそれぞれ第三の制御スイッチ５２の開閉を制御することができる。
【００１７】
さらに、熱発生装置はジュール熱を発生できる金属又は無機非金属材質で作られる。
【００１８】
さらに、第一の温度採集器３は熱電対又はサーミスターであり、第二の温度採集器４は熱電対又はサーミスターである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の有益な効果は以下のとおりである：
【００２０】
（１）熱発生装置の熱補償により、リチウムイオン電池の温度適応性、特に低温環境への適応性を向上させることができ、リチウムイオン電池の充放電性能によってより広い温度範囲で比較的高いレベルまで発揮し、本出願ではリチウムイオン電池の温度は、−３０℃から３０℃に上昇した後に従来技術におけるリチウムイオン電池の−３０℃と比較して、１Ｃ倍率の放電容量がほぼ２倍になる。
【００２１】
（２）温度採集器と熱発生装置により、リチウムイオン電池の動作中の電池セルの内部温度を動的に検出することができ、安全温度（５５℃）よりも高い場合、リチウムイオン電池の動作状態をタイムリーに調整し、安全性を保証し、所定の温度（３０℃）よりも低い場合、加熱プログラムをタイムリーに起動し、良い動作状態を保証し、即ち適切な温度範囲内で、リチウムイオン電池の容量と充電速度を大幅に上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、リチウムイオン電池の構造図である。
【図２】図２は、リチウムイオン電池に負荷がかかっている接続図である。
【図３】図３は、単層アセンブリであるリチウムイオン電池の熱発生装置の正面図である。
【図４】図４は、図３におけるＡ−Ａ断面図である。
【図５】図５は、二層アセンブリであるリチウムイオン電池の熱発生装置の正面図である。
【図６】図６は、二層アセンブリであるリチウムイオン電池の熱発生装置の平面図である。
【図７】図７は、図５におけるＢ―Ｂ断面図である。
【図８】図８は、単層アセンブリであるリチウムイオン電池の熱発生装置の負荷付き回路接続図である。
【図９】図９は、単層アセンブリであるリチウムイオン電池の熱発生装置の充電装置付き回路接続図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１−９を参照して本発明をさらに説明する。
【００２４】
実施例１
図１−図４、図８−図９に示すように、内部加熱装置を備えたリチウムイオン電池は、電池の内部に電池セル１が設けられ、電池セル１の上端に第一の電池セルタブ１１、第二の電池セルタブ１２が設けられ、第一の電池セルタブ１１、第二の電池セルタブ１２がそれぞれ電池セル１に接続され、電池セル１の内部に熱発生装置２が設けられ、熱発生装置２が第一層の加熱シート２−１を含み、第一層の加熱シート２−１がそれぞれ電池セルの外に延びる第一層の加熱シ―トの第一の電極タブ２１、第一層の加熱シートの第二の電極タブ２２に接続され、第一の温度採集器３が電池セルの内部に設けられ、第二の温度採集器４が電池の表面に設けられ、制御スイッチ５が第一の温度採集器３、第二の温度採集器４からの信号を受信することができ、制御スイッチ５が第一の制御スイッチ５１と第二の制御スイッチ５２で構成され、外部装置と第二の制御スイッチ５２が第一のブランチを構成し、第一の電池セルタブ１１、電池セル１と第二の電池セルタブ１２が第二のブランチを構成し、第一層の加熱シートの第一の電極タブ２１、第一層の加熱シート２−１、第一層の加熱シートの第二の電極タブ２２、第一の制御スイッチ５１が第三のブランチを構成する。熱発生装置はジュール熱を発生できる金属又は無機非金属材質で作られる。第一の温度採集器３は熱電対又はサーミスターであり、第二の温度採集器４は熱電対又はサーミスターである。電池セルは捲回型又は積層型である。電池は方形又は円筒形である。電池は液体、半固体又は固体リチウムイオン電池である。熱発生装置が図３−４に示す単層構造アセンブリである場合、熱発生装置２は、リチウムイオン電池の厚さ方向の１／２の箇所に配置される。
【００２５】
リチウムイオン電池が負荷に電力を正常に供給したり、温度上昇を得るために加熱装置に電力を供給したりする必要がある場合、第二のブランチは、それぞれ第一のブランチと第三のブランチに直列に接続されてもよく、外部装置は負荷６である。第一の温度採集器３、第二の温度採集器４はそれぞれ第一の制御スイッチ５１の開閉を制御することができ、第一の温度採集器３、第二の温度採集器４はそれぞれ第二の制御スイッチ５２の開閉を制御することができる。動作プロセスでは、第一の温度採集器、第二の温度採集器によって温度値を検出し、ここで、電池セルの温度検出ポイントが所定の温度（即ちＴ１＝３０°Ｃ）であり、アラームポイントが安全温度（即ちＴ２＝５５℃）である。電池セルが負荷で動作する前に、第一の温度採集器、第二の温度採集器によって電池セルの温度値を検出し、収集された温度が所定の温度より低い場合、第一の温度採集器、第二の温度採集器は、信号を生成し、信号を第一の制御スイッチに送信し、第一の制御スイッチを閉じさせ、第一層の加熱シートが熱を発生し、電池セルの温度を上昇させ、電池セルの温度が所定の温度以上である場合、第一の温度採集器、第二の温度採集器は、信号を生成し、信号を第一の制御スイッチに送信し、第一の制御スイッチを切断させ、第二の制御スイッチを閉じさせ、加熱を停止し、負荷に電力を供給し、負荷への電力供給中に電池セルの温度が安全温度よりも高い場合、第一の温度採集器、第二の温度採集器は、信号を生成し、信号を第二の制御スイッチに送信し、第二の制御スイッチを切断させ、負荷への電力供給を停止する。上記調整により、リチウムイオン電池の使用性能と安全性能が向上する。
【００２６】
実施例２
充電装置によってリチウムイオン電池及び熱発生装置に電力を供給する場合、第二のブランチは第三のブランチに並列接続された後に第一のブランチに直列接続され、外部装置は、充電装置７である。第一の温度採集器３、第二の温度採集器４はそれぞれ第一の制御スイッチ５１の開閉を制御することができ、第一の温度採集器３、第二の温度採集器４はそれぞれ第二の制御スイッチ５２の開閉を制御することができる。
【００２７】
残りは実施例１と同じである。動作プロセスでは、第一の温度採集器、第二の温度採集器によって温度値を検出し、ここで、電池セルの温度検出ポイントが所定の温度（即ちＴ１＝３０°Ｃ）であり、アラームポイントが安全温度（即ちＴ２＝５５℃）である。充電装置がリチウムイオン電池の電池セルへの充電を準備する場合、第一の温度採集器、第二の温度採集器は、電池セルの温度を収集し、収集された温度が所定の温度より低い場合、第一の温度採集器、第二の温度採集器は、信号を生成し、信号を第一の制御スイッチ、第二の制御スイッチに送信し、第一の制御スイッチ、第二の制御スイッチを閉じさせ、第一層の加熱シートは電池セルを加熱し、第一の温度採集器と第二の温度採集器が、電池セルの温度が所定の温度以上であることを検出した場合、第一の温度採集器、第二の温度採集器は信号を生成し、信号を第一の制御スイッチ５１に送信し、第一の制御スイッチを切断させ、第一の加熱シ―トは加熱を停止し、充電装置が電池セルを充電する過程に、第一の温度採集器、第二の温度採集器が、電池セルの温度が安全温度より高いことを検出した場合、第一の温度採集器、第二の温度採集器は信号を生成し、信号を第二の制御スイッチに送信し、第二の制御スイッチを切断させ、充電装置は電池への電力供給を停止する。
【００２８】
実施例３
熱発生装置２は第二層の加熱シ―ト２−２を含み、第二層の加熱シ―ト２−２がそれぞれ電池セルの外に延びる第二層の加熱シ―トの第一の電極タブ２３、第二層の加熱シ―トの第二の電極タブ２４に接続され、第二層の加熱シ―トの第一の電極タブ２３、第二層の加熱シ―ト２−２、第二層の加熱シ―トの第二の電極タブ２４、第三の制御スイッチが第四のブランチを構成し、第四のブランチが第三のブランチに直列接続され又は並列接続されて共通ブランチを形成することができ、第二のブランチがそれぞれ第一のブランチ、共通ブランチに直列接続されてもよく、又は第二のブランチが共通ブランチに並列接続された後に第一のブランチに直列接続される。
【００２９】
熱発生装置が図５−図７に示す二層構造アセンブリである場合、熱発生装置２は、リチウムイオン電池の厚さ方向の１／４の箇所に配置される。
【００３０】
上記は、本発明の好ましい実施形態に過ぎず、本発明を制限することに用いられるものではない。上記実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、当業者であれば、依然として上記の各実施例に記載される技術的解決策を変更し、又はその中の一部の技術的特徴に対して同等入れ替えを行うことができる。本発明の精神と原則内で行われるいかなる変更、同等入れ替えと改善などはいずれも本発明の保護範囲に含まれるべきである。
【符号の説明】
【００３１】
１：電池セル、１１：第一の電池セルタブ、１２：第二の電池セルタブ、２：熱発生装置、２−１：第一層の加熱シ―ト、２−２：第二層の加熱シ―ト、２１：第一層の加熱シ―トの第一の電極タブ、２２：第一層の加熱シ―トの第二の電極タブ、２３：第二層の加熱シ―トの第一の電極タブ、２４：第二層の加熱シ―トの第二の電極タブ、３：第一の温度採集器、４：第二の温度採集器、５：制御スイッチ、５１：第一の制御スイッチ、５２：第二の制御スイッチ、６：負荷、７：充電装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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