CN104716401A - 一种动力电池加热装置 - Google Patents

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翟文波
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Abstract

本发明提供一种动力电池加热装置，包括至少一个加热单元，每个所述加热单元包括加热膜和热缩套，所述加热膜贴合于动力电池单体，所述热缩套罩于所述加热膜。将发明的动力电池加热装置用于纯电动汽车上，不仅占用空间小，而且热量传导效率高，可以在明显较短的时间内使电池的温度迅速上升，且单体各部分的升温水平保持较小的温差。

Description

一种动力电池加热装置
技术领域
本发明涉及动力电池技术，具体涉及一种用于纯电动汽车的动力电池加热装置。
背景技术
目前纯电动汽车的动力电池普遍使用锂离子电池，锂离子电池在低温环境下的性能明显下降，如在0℃以下的环境中工作时，明显表现出放电能量小、充电电流微弱甚至不能充电、电池寿命骤降等缺陷，而上述缺陷显然都是影响电动汽车用户体验的至关重要因素。
为了克服上述缺陷，有两种解决方案：一种是从电池技术上进行改进，由于目前的电池水平不能从根本上得到突破，因此采用这种方案可以在一定程度上提高低温的放电特性，但是充电电流仍无法达到一个较高的水平，不能从根本上解决低温环境的性能骤降缺陷；另一种是目前普遍采用的解决方案，即通过在动力电池的周围环境使用加热机构对动力电池进行加热，使电池达到一个合理的温度区间后再进行充电和放电作业。
对于第二种方案，常见的加热方案如图1所示，在电池系统的电池箱1内部的电池组2后方添加PTC加热器3，并通过风扇4实现扰流，将PTC加热器3的热量带给电池组2，从而提高了电池组2的温 度。但是上述这种方案有存在一些缺陷：首先，电池系统内部需要空间去布置加热器和风扇，这势必要牺牲一部分电池的空间，整个系统的能量密度就会减小，汽车的续航里程也将会相应降低；其次，这种加热方式是PTC产生热量后，给附近的空气加热，热空气被风扇扰动，顺着流动方向再给电池加热，热量经过两次传递而且同时热空气也与其他部件进行热交换，有热量损失，加热效率较低；再次，电池温升明显不均匀，靠近PTC加热器位置近的电池会较早持续地接触热气流，热交换时的热空气温度也较高，因此温度上升较快，而远离PTC加热器的电池相反的就温度上升较慢，温度不一致很可能会导致电池的差异化，甚至可能影响整个电池系统的性能，而若等到所有电池的温度差异变小达到热量平衡状态才开始动力电池的充放电作业时，通常需要1-2h甚至更长时间，这显然超出了车主的接受范围。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种动力电池加热装置，旨在使低温状态下的动力电池均匀、快速地温升。
本发明采用的技术方案具体为：
一种动力电池加热装置，包括至少一个加热单元，每个所述加热单元包括加热膜和热缩套，所述加热膜贴合于动力电池单体，所述热缩套罩于所述加热膜。
在上述动力电池加热装置中，所述加热膜和所述热缩套的厚度之和为0.4-0.6mm。
在上述动力电池加热装置中，所述加热膜包括第一膜层和第二膜层，所述第一膜层和第二膜层之间设有电加热丝。
在上述动力电池加热装置中，所述第一膜层为聚酰亚胺膜。
在上述动力电池加热装置中，所述第二膜层为聚酰亚胺膜。在上述动力电池加热装置中，所述电加热丝为合金箔电加热丝。
在上述动力电池加热装置中，所述加热膜通过背胶层贴合于动力电池。
在上述动力电池加热装置中，所述背胶层的工作温度区间为-40-120℃，所述背胶层的贴合强度不小于5N/mm2。
本发明产生的有益效果是：
采用本发明的电池加热装置对动力电池进行加热，具有占用空间小而且热量传导效率高的明显优点，可以在较短时间内使电池的温度迅速上升，并且各部分的温升保持较小的温差。如，通过选择合适参数的加热膜，在含有7只电池单体的试验模块中，将电池的整体温度从-30℃温升至10℃仅需15min，且各个部分的温度差控制在±3℃以内。而目前PTC加热，空气导热的方法通常需要两个小时左右，温差不低于10℃。
附图说明
当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为目前动力电池的加热方案示意图；
图2为本发明一种加热膜的结构示意图；
图3-1为本发明一种动力电池加热装置的主视示意图；
图3-2为本发明一种动力电池加热装置的俯视示意图；
图3-3为本发明一种动力电池加热装置的左视示意图；
图4为将电池加热装置串联的结构示意图。
图中：1、电池箱  2、电池组  3、PTC加热器  4、风扇  5、电源线接头  6、聚酰亚胺膜  7、电加热丝  8、加热膜  9、热缩套  10、电芯  11、连接线。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
首先，以一个加热单元为例，阐述本发明的技术方案。从理论上讲，电池实现某个温升值所需的热量Q1≈加热膜提供的热量Q2；其中：
Q1＝cmΔT，该式中：
c指电池的比热容，m是电池质量，ΔT是要求电池的温升。
Q2＝pSt，该式中：
p是加热膜的功率密度(功率与面积比值)，S是加热膜与电芯接触的面积，t是需要的加热时间。
结合所需温升值ΔT、加热膜面积S以及需求的加热时间t，通过选择合适功率密度p的加热膜参数，这样加热膜的选型即可确定。如：
单体电池质量m＝0.5kg，比热容为c＝1000J/℃·Kg，要求电池的温升ΔT＝20℃，加热膜与电芯接触的面积S＝10mm2，需要的加热时间为t＝30min，将上述参数代入加热膜的功率密度计算公式p＝mΔT/St中，即可得出所需的加热膜功率密度。
加热膜8的结构如图2所示，此加热膜的可制成各种形状、规格和功率大小的聚酰亚胺电加热板，电加热板的结构很薄(最厚仅0.25mm)，可以根据工件的形状任意弯曲，确保与电池接触紧密，保证最大的热能传递。聚酰亚胺电加热板是一种半透明或全透明的金属柔性电加热膜，其中上下表面是一种刚温性好、绝缘性能优越的聚酰亚胺薄膜，中间为电阻丝加热膜8可以比丝状电热结构提供更均匀的热场、更短的加热时间和更快的响应时间。
上述电阻性电路的电加热丝7两端为电源线接头6，加热膜8与电池的固定是通过加热膜8上的双面胶粘连，双面胶的参数要求须满足整个电池系统的工作温度区间(如-10-50℃)。然后再在电池周边使用热缩套9包覆，用于防止加热膜8与电池因胶带失效而分离。作为一种优选，加热膜8和热缩套9的厚度共0.4-0.6mm，优选为0.5mm，且热缩套9的一端开口，加热膜8的电源线接头从开口处穿出(如图3-1～3-3所示。)
上述结构可视为一个基本单元，一个电池模块由若干个基本单元组成，每个加热膜8的两端设有电源线接头6，将相邻基本单元中的加热膜8的电源线接头6通过连接线11依次串联，即可实现整个模块的加热膜8同时工作，使动力电池迅速升温，两侧最外端的基本单元的 电源线接头6之一则分别用于接电源的正极和负极(如图4所示)。
加热系统的工作方式与常见的电池系统实施方法相同，当电池温度低时，电池管理模块会闭合加热继电器，使加热膜通电，实现对电池的加热；当温度上升至合理区间范围内后，电池管理模块通过断开继电器使加热膜9断电，停止加热，当遭遇低温或者超低温环境时，可使动力电池迅速达到合理的工作温度范围。
上述方案只是针对方形动力电池进行的简述，显然，类似的装置还可以应用于在圆形和软包装等其他电池方案中。原理也是根据电池实际热量需求，选择合适参数的加热膜；而且图3-1～3-3对应的方案只是在电池单体的单面贴膜，显然根据实际需要，除了选择单面的膜面积，也可以考虑在单体的几个面上均贴有加热膜8，不过考虑到受热升温的均匀性，与电池贴合的加热膜面积须做到每只电池相同。
如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，显然，只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果、对本领域的技术人员来说是显而易见的变形，也均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种动力电池加热装置，其特征在于，包括至少一个加热单元，每个所述加热单元包括加热膜和热缩套，所述加热膜贴合于动力电池单体，所述热缩套罩于所述加热膜。
2.根据权利要求1所述的动力电池加热装置，其特征在于，所述加热膜和所述热缩套的厚度之和为0.4-0.6mm。
3.根据权利要求1所述的动力电池加热装置，其特征在于，所述加热膜包括第一膜层和第二膜层，所述第一膜层和第二膜层之间设有电加热丝。
4.根据权利要求3所述的动力电池加热装置，其特征在于，所述第一膜层为聚酰亚胺膜。
5.根据权利要求3所述的动力电池加热装置，其特征在于，所述第二膜层为聚酰亚胺膜。
6.根据权利要求3所述的动力电池加热装置，其特征在于，所述电加热丝为合金箔电加热丝。
7.根据权利要求1所述的动力电池加热装置，其特征在于，所述加热膜通过背胶层贴合于动力电池。
8.根据权利要求7所述的动力电池加热装置，其特征在于，所述背胶层的工作温度区间为-40-120℃，所述背胶层的贴合强度不小于5N/mm2。
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