CN106099253A - 一种用于锂电池组的节能加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于锂电池组的节能加热装置，属于锂电池加热技术领域。现有技术的锂电池加热效果差，难以保证每块锂电池受热均匀，锂电池局部过热会存在一定的安全隐患并且浪费能源。一种用于锂电池组的节能加热装置，包括用于加热锂电池的加热组件、与加热组件相连接的电源控制模块，本发明中各个缠绕锂电池的导线部相互独立并分别与电源控制模块相连接，根据锂电池组各个区域的温度差异，控制芯片可以对各个区域的导线部通入不同的电压，控制各个区域的加热件产热量。进而根据锂电池的温度变化情况，及时对相应的导线部进行断电，确保锂电池组的均匀受热，并且加热效率高，节省能源，结构简单合理，避免局部温度过高，防止出现安全隐患。

Description

一种用于锂电池组的节能加热装置

技术领域

本发明涉及一种用于锂电池组的节能加热装置，属于锂电池加热技术领域。

背景技术

锂电池作为新能源的代表，在很多领域得到广泛应用。但由于锂电池材料的固有特性，导致它对使用环境温度的要求非常苛刻，目前很难做到兼顾高温、低温均能正常大电流启动放电。锂电池在低温下实际放电性能远远低于常温下的放电性能，而且是随着温度下降而下降。在低温和严寒的地区里，特别是当温度降低到0℃时，锂电池充电只能够达到70％-75％的容量，放电不足90％，当温度低于0℃以下的时候，由锂电池组供电能的电动车则会出现电池无法充电和放电或是充电和放电容量极低，影响车辆无法正常启动或是缩短车辆续航里程。当温度降低到-20℃时，放电能力仅为室温下的10％～20％，在-30℃时，放电能力仅剩2％左右。更为严峻的是，一般汽车的起动机却是随着温度越低而需要的启动电流越大，同时，应急启动电源产品的特点就决定了它的主要使用环境基本上是在低温或超低温下进行。这将制约了锂电池在动力应急启动方面的大力发展。

中国专利(申请号201320077903.0)公开了一种锂电池组的温控装置，包括由锂电池组成的锂电池组；在所述锂电池之间设有具有可折叠性能的电热膜，所述电热膜为PTC电热膜，每两块锂电池组成一个锂电池小组，然后通过折叠电热膜，使得电热膜能够将每个锂电池小组的三个面包裹。由于PTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度(居里温度)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。采用一个电热膜对多个锂电池进行加热，当局部锂电池温度升高时，PTC电热膜电阻值变大，其他位置的PTC电热膜产热减少，导致其他锂电池加热效果差，同时只包裹锂电池的三面，难以保证每块锂电池受热均匀，锂电池局部过热会存在一定的安全隐患。并且由于锂电池之间相互间隔布置组成锂电池组，布置在两锂电池之间的电热膜产生的热量，直接暴露在空气中导致加热效率低，浪费大量能源。如果每个锂电池都单独使用一个加热膜，将导致锂电池加热装置复杂，体积庞大，难以保证加热装置的安全性能。

针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研发，解决现有技术中存在的缺陷。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种保证每块锂电池受热均匀，加热效率高，节省能源，结构简单合理，安全可靠的用于锂电池组的节能加热装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种用于锂电池组的节能加热装置，包括用于加热锂电池的加热组件、与加热组件相连接的电源控制模块，所述加热组件包裹锂电池组，所述加热组件包括用于连接电源控制模块的导线、通电后能够产生热量的加热件、用于包覆导线以及加热件的绝缘件，所述导线包括用于连接电源控制模块正极的第一导线、用于连接电源控制模块负极的第二导线，所述第一导线包括若干相互之间断开的导线部，所述导线部一端连接电源控制模块的正极，另一端连接加热件，所述电源控制模块通过导线部控制加热件局部产热。

进一步地，所述加热件为柔性发热膜，所述柔性发热膜可以为油墨电热膜或碳纤维发热膜或高分子聚合物正温度系数热敏电阻元件或陶瓷正温度系数热敏电阻元件，所述加热件的宽度小于或者等于一个锂电池的高度。

高分子聚合物正温度系数热敏电阻元件即高分子PTC，高分子PTC由高分子聚合物掺入碳粉经挤压成形。碳粉形成碳链导电，受热时聚合物膨胀，碳链断裂形成高阻。陶瓷正温度系数热敏电阻元件即陶瓷PTC，陶瓷PTC是由具有正温度系数特性的钛酸钡粉末经电子陶瓷工艺高温烧结而成。高分子PTC的主要优点有：常温零功率电阻可以作得较小，恢复时间短。但其最大的缺点是：受有机聚合物材质及构造机理所决定，每次经过流冲击后，阻值变大，不能恢复到原值，且当高压大电流脉冲冲击时，外包封易炸裂。陶瓷PTC的主要优点为制造容易，相对价格便宜，不动作电流可以作得较小，几十至几千Ω范围内动作特性最好，适宜作小电流过流保护，且经过多次电流冲击，阻值变化不大，可恢复性和长期稳定性好，对脉冲大电流冲击的耐受能力也较好。其缺点是高温过热时易出现负阻效应。

根据加热件产热需求，优选高分子PTC，当有电流通过高分子PTC时，产生的热量将使其膨胀，从而碳黑粒子将分离、其电阻将上升。这将促使高分子PTC更快的产生热量，膨胀得更大，进一步使电阻升高。当温度达到125℃时，电阻变化显著，从而使电流明显减小。此时流过高分子PTC的小电流足以使其保持在这个温度和处于高阻状态。当断电后，高分子PTC收缩至原来的形状重新将碳黑粒子联结起来，从而使高分子PTC很快冷却并回复到原来的低电阻状态，这样又可以循环工作。

进一步地，所述绝缘件的制造材料为可弯折、绝缘、耐高温的硅橡胶。

硅橡胶显著的特征是高温稳定性，虽然常温下硅橡胶的强度仅是天然橡胶或某些合成橡胶的一半，但在200℃以上的高温环境下，硅橡胶仍能保持一定的柔韧性、回弹性和表面硬度，且力学性能无明显变化。硅橡胶的玻璃化温度一般为-70～-50℃，特殊配方可达-100℃，表明其低温性能优异。硅橡胶中Si-O-Si键对氧、臭氧及紫外线等十分稳定，在不加任何添加剂的情况下，就具有优良的耐候性。硅橡胶具有优异的绝缘性能，耐电晕性和耐电弧性也非常好。硅橡胶常温下的物理机械性能比通用橡胶差，但在150℃的高温和-50℃的低温下，其物理机械性能优于通用橡胶。普通硅橡胶具有中等的耐油、耐溶剂性能。

进一步地，所述导线部弯折出若干第一竖导线，所述第一竖导线铺设在加热件上。

进一步地，所述第二导线弯折出若干用于配合第一竖导线工作的第二竖导线，所述第一竖导线、第二竖导线交错铺设在加热件上，使得导线与加热件的各个区域都能形成导通电路，进而加热件各部分快速产生热量对锂电池进行均匀加热，防止出现锂电池受热不均匀，存在安全隐患。

进一步地，所述加热件包括若干用于包裹一个锂电池的加热块，所述加热块的尺寸与导线部的尺寸相对应。加热块的长度值为一个锂电池的圆周长度值，加热块尺寸与锂电池的尺寸相对应，使得加热块产生的热量全部用于对锂电池进行加热，最大程度的减少热量损失，所述加热块相互之间独立，能够避免电路相互干扰，进而能够精确控制某一加热块的加热量以及加热件的加热范围，加热组件只在与锂电池相接触的地方设置加热块，能够减少加热块的制造材料，降低制造成本。

进一步地，所述导线部的长度值B为一个锂电池的圆周长度值，相邻两个导线部之间的距离具体根据锂电池分布间隔的距离进行布置。一个导线部正好缠绕一个锂电池，使得加热件的产热集中的锂电池一周，整个锂电池的圆周面同时受热，防止局部过热，并且避免热量直接暴露在空气中，浪费能源。

进一步地，所述导线部的连接线依次排列在绝缘件端部并与电源控制模块的正极相连接。导线部的连接线集中布置，方便电源控制模块进行控制，并且使得加热组件结构简洁。

进一步地，所述绝缘件包括第一绝缘件、第二绝缘件，所述第一绝缘件、第二绝缘件胶连在一起形成容纳导线与加热件的容纳腔。

进一步地，所述电源控制模块包括用于控制导线部电流通断以及电流大小的控制芯片、用于提供电能的电源，所述电源为锂电池。由于各个缠绕锂电池的导线部相互独立并分别与电源控制模块相连接，根据锂电池组各个区域的温度差异，控制芯片可以对各个区域的导线部通入不同的电压，控制各个区域的加热件产热量。进而根据锂电池的温度变化情况，及时对相应的导线部进行断电，确保锂电池组的均匀受热，避免局部温度过高，避免出现安全隐患。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明加热块的长度值为一个锂电池的圆周长度值，加热块尺寸与锂电池的尺寸相对应，使得加热块产生的热量全部用于对锂电池进行加热，最大程度的减少热量损失并且使得锂电池整个圆周面受热均匀，避免局部冷热不均，所述加热块相互之间独立，能够避免电路相互干扰，进而能够精确控制某一加热块的加热量以及加热件的加热范围，加热组件只在与锂电池相接触的地方设置加热块，能够减少加热块的制造材料，降低制造成本。

本发明中各个缠绕锂电池的导线部相互独立并分别与电源控制模块相连接，根据锂电池组各个区域的温度差异，控制芯片可以对各个区域的导线部通入不同的电压，控制各个区域的加热件产热量。进而根据锂电池的温度变化情况，及时对相应的导线部进行断电，确保锂电池组的均匀受热，并且加热效率高，节省能源，结构简洁合理，避免局部温度过高，防止出现安全隐患。

附图说明

图1为本发明的一种具体实施例；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明的工作状态实施例；

图4为本发明的导线部结构示意图；

图5为本发明的另一种具体实施例。

附图标记说明：

1-加热组件，2-锂电池，3-加热件，4-第二导线，5-第一导线，6-绝缘件，7-电源控制模块，61-第一绝缘件，62-第二绝缘件，51-导线部，511-第一竖导线，512-连接线，41-第二竖导线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

如图1-3所示具体实施例，一种用于锂电池组的节能加热装置，包括用于加热锂电池2的加热组件1、与加热组件1相连接的电源控制模块7，所述加热组件1包裹锂电池组。

所述加热组件1包括用于连接电源控制模块7的导线、通电后能够产生热量的加热件5、用于包覆导线以及加热件5的绝缘件6。所述导线包括用于连接电源控制模块7正极的第一导线3、用于连接电源控制模块7负极的第二导线4，所述第一导线3包括若干相互之间断开的导线部31，所述导线部31一端连接电源控制模块7的正极，另一端连接加热件5。

所述绝缘件6的制造材料为可弯折、绝缘、耐高温的硅橡胶，其包括第一绝缘件61、第二绝缘件62，所述第一绝缘件61、第二绝缘件62胶连在一起形成容纳导线与加热件5的容纳腔。

所述电源控制模块7通过导线部31控制加热件5局部产热。所述电源控制模块7包括用于控制导线部31电流通断以及电流大小的控制芯片、用于提供电能的电源，所述电源为锂电池2。

所述加热件5的宽度小于或者等于一个锂电池2的高度，所述加热件5为柔性发热膜，所述柔性发热膜可以为油墨电热膜或碳纤维发热膜或高分子聚合物正温度系数热敏电阻元件或陶瓷正温度系数热敏电阻元件。高分子聚合物正温度系数热敏电阻元件即高分子PTC，高分子PTC由高分子聚合物掺入碳粉经挤压成形。碳粉形成碳链导电，受热时聚合物膨胀，碳链断裂形成高阻。而陶瓷正温度系数热敏电阻元件即陶瓷PTC，陶瓷PTC是由具有正温度系数特性的钛酸钡粉末经电子陶瓷工艺高温烧结而成。高分子PTC的主要优点有：常温零功率电阻可以作得较小，恢复时间短。但其最大的缺点是：受有机聚合物材质及构造机理所决定，每次经过流冲击后，阻值变大，不能恢复到原值，且当高压大电流脉冲冲击时，外包封易炸裂。陶瓷PTC的主要优点为制造容易，相对价格便宜，不动作电流可以作得较小，几十至几千Ω范围内动作特性最好，适宜作小电流过流保护，且经过多次电流冲击，阻值变化不大，可恢复性和长期稳定性好，对脉冲大电流冲击的耐受能力也较好。其缺点是高温过热时易出现负阻效应。

根据加热件5产热需求，优选高分子PTC，当有电流通过高分子PTC时，产生的热量将使其膨胀，从而碳黑粒子将分离、其电阻将上升。这将促使高分子PTC更快的产生热量，膨胀得更大，进一步使电阻升高。当温度达到125℃时，电阻变化显著，从而使电流明显减小。此时流过高分子PTC的小电流足以使其保持在这个温度和处于高阻状态。当断电后，高分子PTC收缩至原来的形状重新将碳黑粒子联结起来，从而使高分子PTC很快冷却并回复到原来的低电阻状态，这样又可以循环工作。

如图4所示的具体实施例，所述导线部31弯折出若干第一竖导线311，所述第一竖导线311铺设在加热件5上。所述第二导线4弯折出若干用于配合第一竖导线311工作的第二竖导线41，所述第一竖导线311、第二竖导线41交错铺设在加热件5上。所述第一竖导线311的长度小于等于一个锂电池2的高度。所述导线部31的长度值B为一个锂电池2的圆周长度值，相邻两个导线部31之间的距离具体根据锂电池2分布间隔的距离进行布置。所述导线部31的连接线312依次排列在绝缘件6端部并与电源控制模块7的正极相连接。

如图5所示加热件5的一种具体实施例，所述加热件5包括若干用于包裹一个锂电池2的加热块，所述加热块的尺寸与导线部31的尺寸相对应。加热块的长度值为一个锂电池2的圆周长度值，加热块尺寸与锂电池2的尺寸相对应，使得加热块产生的热量全部用于对锂电池2进行加热，最大程度的减少热量损失，所述加热块相互之间独立，能够避免电路相互干扰，进而能够精确控制某一加热块的加热量以及加热件5的加热范围，加热组件1只在与锂电池2相接触的地方设置加热块，能够减少加热块的制造材料，降低制造成本。

本发明的工作原理：

加热组件1穿插锂电池组，对每个锂电池2进行包裹，并使得导线部31正好缠绕一个锂电池2的一周，最大程度利用加热件5产生的热量。在锂电池组周边以及中间位置安装用于检测锂电池组各个区域温度变化的温度传感器，温度传感器与电源控制模块7相连接。当锂电池2温度低到预设值时，电源控制模块7控制锂电池2对导线部31进行通电，电流流经导线部31的第一竖导线311，进而通过加热件5的高分子PTC材料，流经第二导线4的第二竖导线41，最终回到电源控制模块7的负极形成一个完整的回路。

当有电流通过高分子PTC时，高分子PTC产生热量，热量传递给锂电池2，对锂电池2进行加热，当加热件5温度达到125℃时，其内电阻变化显著，从而使电流明显减小。此时流过高分子PTC的小电流足以使其保持在这个温度和处于高阻状态。当电源控制模块7控制导线部31断电后，高分子PTC收缩至原来的形状重新将碳黑粒子联结起来，从而使高分子PTC很快冷却并回复到原来的低电阻状态，这样又可以循环工作。

本发明的另一工作原理：

电源控制模块7采集温度传感器的检测信号，由于各个缠绕锂电池2的导线部31相互独立并分别与电源控制模块7相连接，根据锂电池组各个区域的温度差异，控制芯片可以对各个区域的导线部31通入不同的电压，控制各个区域的加热件5产热量。进而根据锂电池2的温度变化情况，及时对相应的导线部31进行断电，确保锂电池组的均匀受热，避免局部温度过高，避免出现安全隐患。

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

Claims (10)

1.一种用于锂电池组的节能加热装置，包括用于加热锂电池(2)的加热组件(1)、与加热组件(1)相连接的电源控制模块(7)，所述加热组件(1)包裹锂电池组，其特征在于，所述加热组件(1)包括用于连接电源控制模块(7)的导线、通电后能够产生热量的加热件(5)、用于包覆导线以及加热件(5)的绝缘件(6)，所述导线包括用于连接电源控制模块(7)正极的第一导线(3)、用于连接电源控制模块(7)负极的第二导线(4)，所述第一导线(3)包括若干相互之间断开的导线部(31)，所述导线部(31)一端连接电源控制模块(7)的正极，另一端连接加热件(5)，所述电源控制模块(7)通过导线部(31)控制加热件(5)局部产热。

2.如权利要求1所述的一种用于锂电池组的节能加热装置，其特征在于，所述加热件(5)为柔性发热膜，所述加热件(5)的宽度小于或者等于一个锂电池(2)的高度。

3.如权利要求1所述的一种用于锂电池组的节能加热装置，其特征在于，所述绝缘件(6)的制造材料为可弯折、绝缘、耐高温的硅橡胶。

4.如权利要求1所述的一种用于锂电池组的节能加热装置，其特征在于，所述导线部(31)弯折出若干第一竖导线(311)，所述第一竖导线(311)铺设在加热件(5)上。

5.如权利要求4所述的一种用于锂电池组的节能加热装置，其特征在于，所述第二导线(4)弯折出若干用于配合第一竖导线(311)工作的第二竖导线(41)，所述第一竖导线(311)、第二竖导线(41)交错铺设在加热件(5)上。

6.如权利要求5所述的一种用于锂电池组的节能加热装置，其特征在于，所述加热件(5)包括若干用于包裹一个锂电池(2)的加热块，所述加热块的尺寸与导线部(31)的尺寸相对应。

7.如权利要求1-6任一所述的一种用于锂电池组的节能加热装置，其特征在于，所述导线部(31)的长度值B为一个锂电池(2)的圆周长度值。

8.如权利要求7所述的一种用于锂电池组的节能加热装置，其特征在于，所述导线部(31)的连接线(312)依次排列在绝缘件(6)端部并与电源控制模块(7)的正极相连接。

9.如权利要求8所述的一种用于锂电池组的节能加热装置，其特征在于，所述绝缘件(6)包括第一绝缘件(61)、第二绝缘件(62)，所述第一绝缘件(61)、第二绝缘件(62)胶连在一起形成容纳导线与加热件(5)的容纳腔。

10.如权利要求9所述的一种用于锂电池组的节能加热装置，其特征在于，所述电源控制模块(7)包括用于控制导线部(31)电流通断以及电流大小的控制芯片、用于提供电能的电源，所述电源为锂电池(2)。