CN110461051A - 永磁感应加热装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种永磁感应加热装置及方法，包括磁体飞轮、电芯夹持单元和动力单元；其中，磁体飞轮由磁轭飞轮和强磁铁组成，动力单元由电机和减速机组成，带动磁体飞轮转动，使电芯切割磁感应线运动产生焦耳热。本发明区别于传统的传导加热和中高频感应加热方式，利用强磁场低频加热方法，在保持较高加热效率的同时，可显著提高电芯加热温度的均匀性，避免局部过热的问题。

Description

永磁感应加热装置及方法
技术领域
本发明涉及动力电池制造技术领域，具体地，涉及一种永磁感应加热装置及方法，尤其涉及一种用于锂电池多层电芯加热除湿的低频永磁感应加热装置。
背景技术
随着技术的不断发展，锂离子动力电池已广泛用于汽车行业，未来有望取代内燃机成为汽车的主要动力源。动力电池一般由电池包和保护电路板组成。电池包由多个电池模组组成，模组包含多个电芯单元。目前，动力电池电芯的主要构型有圆柱卷绕式、方形层叠式和方形卷绕式三种，都是由极片和隔膜或叠绕而成，随着电池容量越来越大，电芯叠绕层数越来越高。
锂离子动力电池在注液烘烤前需去除电芯内的水汽，通过常规的腔体式真空烤箱烘烤，通过热辐射的方式加热，一般烘烤时间需要24小时以上，同时需要不断的加热、抽真空、充入氮气或干燥气体等多个操作循环，要达到锂电池电芯的干燥效果，需要耗费大量的时间和能源损耗，专利文献CN105655628A提供了一种接触式传导加热方法，将电芯除湿时间缩短至1-2小时，但对于缩短整个电芯生产周期来说，仍然需要进一步优化。要实现电芯整体除湿，就需要电芯内外一致达到较高温度，而接触式传导加热方式受制于高分子材料隔膜较低的热传导率，存在明显的技术瓶颈，尤其对于层数较多的电芯产品，温度由外表面至内部存在一个明显的温度梯度，需要较长时间才能达到内外一致的均匀加热。
对于工业化生产来说，缩短生产周期就是创造利润，因而行业一直积极寻求更加快速、高效的锂离子电池的干燥方法。
电磁感应加热技术以其高加热速率等优点广泛应用于金属冶炼和成型领域，目前主要为中高频交流感应加热，利用电磁感应原理在金属中产生感应电流进行加热，但中高频有明显的趋肤效应，存在透热深度低的问题，其感生出的涡流主要集中于金属外层，这也是电磁屏蔽原理。对于电芯这类多层结构，趋肤效应会更加明显，因而中高频交流感应加热技术难以实际应用于电芯加热除湿。
因此，提供一种永磁感应加热装置及方法具有较高的实用价值和意义。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种永磁感应加热装置及方法。
根据本发明提供的一种永磁感应加热装置，包括磁体飞轮、电芯夹持单元以及动力单元；
所述动力单元与磁体飞轮传动相连，即所述磁体飞轮能够在动力单元的作用下以设定的方向和速度运动；
所述磁体飞轮包括电芯空间；所述电芯夹持单元固定设置在电芯空间内。
优选地，所述磁体飞轮包括磁轭飞轮和磁铁；
两个所述磁轭飞轮相对设置，合围形成电芯空间；两组所述磁铁分别以设定的排列方式设置在电芯空间内部一侧的磁轭飞轮上；
所述磁铁在磁轭飞轮上的排列方式为周向相临磁铁磁极反向交错排列，所用磁铁形状包括矩形、梯形或者其他设定的形状。优选地，两个所述磁轭飞轮可调节距离地相对设置。
优选地，所述电芯夹持单元包括距离可调节的夹持结构，能够夹持设定尺寸范围内的不同形状的电芯。
优选地，所述动力单元包括电机、减速机以及永磁直驱电机中的任一种或任多种组合；所述电机、减速电机以及永磁直驱电机中的任一种或任多种组合与磁体飞轮传动相连。
优选地，所述电芯夹持单元采用的材质包括非导磁材料和/或磁导率低于设定值的材料。
优选地，所述磁铁采用的材质包括稀土永磁材料。
根据本发明提供的一种永磁感应加热装置，包括磁体飞轮、电芯夹持单元以及动力单元；
所述动力单元与磁体飞轮传动相连，即所述磁体飞轮能够在动力单元的作用下以设定的方向和速度运动；
所述磁体飞轮包括电芯空间；所述电芯夹持单元固定设置在电芯空间内；
所述磁体飞轮包括磁轭飞轮和磁铁；
两个所述磁轭飞轮相对设置，合围形成电芯空间；两组所述磁铁分别以设定的排列方式设置在电芯空间内部一侧的磁轭飞轮上；
所述磁铁在磁轭飞轮上的排列方式为周向相临磁铁磁极反向交错排列，所用磁铁形状包括矩形、梯形或者其他设定的形状。优选地，两个所述磁轭飞轮可调节距离地相对设置。
两个所述磁轭飞轮可调节距离地相对设置；
所述电芯夹持单元包括距离可调节的夹持结构，能够夹持设定尺寸范围内的不同形状的电芯；
所述动力单元包括电机、减速机以及永磁直驱电机中的任一种或任多种组合；所述电机、减速电机以及永磁直驱电机中的任一种或任多种组合与磁体飞轮传动相连；
所述电芯夹持单元采用的材质包括非导磁材料和/或磁导率低于设定值的材料；
所述磁铁采用的材质包括稀土永磁材料。
根据本发明提供的一种永磁感应加热方法，利用上述的永磁感应加热装置，包括加热起步步骤；
加热起步步骤：所述磁体飞轮能够在动力单元的作用下以设定的方向和速度运动，固定于电芯夹持单元上的电芯切割磁感线，直至电芯表面温度到达目标温度的设定比例。
优选地，所述永磁感应加热方法还包括温度均匀步骤；
温度均匀步骤：当电芯表面温度到达目标温度的设定比例后，逐步降低磁体飞轮的速度，直至电芯整体加热至目标温度并维持。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明提供的永磁感应加热装置，具有结构简单、加热效率高、泛用性强的优点；
2、本发明提供的永磁感应加热装置，具有透热深度大、加热均匀的优点；
3、本发明提供的永磁感应加热装置及方法，能够有效提升生产效率。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为低频永磁感应加热装置总体结构示意图；
图2为低频永磁感应加热装置飞轮磁体的第一结构示意图；
图3为夹持单元结构示意图；
图4为低频永磁感应加热装置飞轮磁体的第二结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
据本发明提供的一种永磁感应加热装置，包括磁体飞轮、电芯夹持单元以及动力单元；所述动力单元与磁体飞轮传动相连，即所述磁体飞轮能够在动力单元的作用下以设定的方向和速度运动；所述磁体飞轮包括电芯空间；所述电芯夹持单元固定设置在电芯空间内；所述磁体飞轮包括磁轭飞轮和磁铁；两个所述磁轭飞轮相对设置，合围形成电芯空间；两组所述磁铁分别以设定的排列方式设置在电芯空间内部一侧的磁轭飞轮上；所述磁铁在磁轭飞轮上的排列方式为周向相临磁铁磁极反向交错排列，所用磁铁形状包括矩形、梯形或者其他设定的形状。优选地，两个所述磁轭飞轮可调节距离地相对设置。所述电芯夹持单元包括距离可调节的夹持结构，能够夹持设定尺寸范围内的不同形状的电芯；所述动力单元包括电机、减速机以及永磁直驱电机中的任一种或任多种组合；所述电机、减速电机以及永磁直驱电机中的任一种或任多种组合与磁体飞轮传动相连。所述电芯夹持单元采用的材质包括非导磁材料和/或磁导率低于设定值的材料；所述磁铁采用的材质包括稀土永磁材料。
根据本发明提供的一种永磁感应加热方法，利用上述的永磁感应加热装置，包括加热起步步骤；
加热起步步骤：所述磁体飞轮能够在动力单元的作用下以设定的方向和速度运动，固定于电芯夹持单元上的电芯切割磁感线，直至电芯表面温度到达目标温度的设定比例。
所述永磁感应加热方法还包括温度均匀步骤；
温度均匀步骤：当电芯表面温度到达目标温度的设定比例后，逐步降低磁体飞轮的速度，直至电芯整体加热至目标温度并维持。
具体地，本发明优选例提供了一种用于锂电池电芯加热除湿的低频永磁感应加热装置，包括磁体飞轮、电芯夹持单元和动力单元；其中，磁体飞轮由磁轭飞轮和强磁铁组成，动力单元由电机和减速机组成，带动磁体飞轮转动，使电芯切割磁感应线运动产生焦耳热。本发明区别于传统的传导加热和中高频感应加热方式，利用强磁场低频加热方法，在保持较高加热效率的同时，可显著提高电芯加热温度的均匀性，避免局部过热的问题。
本发明优选例提供的一种用于锂电池电芯加热的低频永磁感应加热装置，，包括磁体飞轮、电芯夹持单元和动力单元；
所述用于锂电池电芯加热的感应加热装置利用强磁场低频加热方法，由动力单元带动磁体飞轮转动，使电芯在磁体飞轮之间切割磁感应线产生焦耳热。
所述磁体飞轮包含同轴的两个磁轭飞轮和两组安装在磁轭磁极面上的强磁铁。
所述两组强磁铁面对面安装于两个磁轭之间的空间位置。
所述磁轭飞轮为导磁性能较好的金属材料，可为工业纯铁或低碳钢；电芯夹持单元由导磁性弱或非导磁性材料制成。
所述强磁铁由稀土永磁材料制成。
所述强磁铁按照一定的排列方式安装在磁轭磁极面上，包括相临磁铁磁极反向排布等排列方式。
所述两组强磁铁之间的距离可调，可调范围为10-100mm。
所述动力单元由电机和减速机组成，或由直驱永磁电机直接向磁体飞轮输出动力。
所述夹持单元可夹持不同形状不同尺寸的电芯。
进一步地，本发明优选例针对现有技术存在的瓶颈和中高频感应加热技术存在的问题，提出了一种低频永磁感应加热装置，利用强磁场低频加热方法，使电芯在强磁场下以低频相对运行，切割磁感应线，以较大的透热深度进行加热，实现电芯的快速均匀化升温，进一步缩短除湿干燥时间，提高生产效率。
为了实现上述目的，本发明的优选例采用如下技术方案：
一种用于锂电池电芯加热的低频永磁感应加热装置，其特征在于，包括磁体飞轮、电芯夹持单元和动力单元,所述用于锂电池电芯加热的感应加热装置利用强磁场低频加热方法，由动力单元带动磁体飞轮转动，使电芯在磁体飞轮之间切割磁感应线产生焦耳热。
磁体飞轮包含同轴的两个磁轭飞轮和两组安装在磁轭磁极面上的强磁铁。两组强磁铁面对面安装于两个磁轭之间的空间位置，所要加热的电芯放入夹持单元，然后移入两组强磁铁之间的加热空间。根据电芯厚度，两组强磁铁之间的距离可调，将两组强磁铁之间的距离调至离电芯表面最近，尽量增大较高磁场强度所覆盖的空间。强磁铁按照一定的排列方式安装在磁轭磁极面上，包括相临磁铁磁极反向排布等排列方式；在厚度方向上，强磁铁可以为单层，也可为多层叠加，其总体厚度应不小于10mm。磁轭飞轮为导磁性能较好的金属材料，可为工业纯铁或低碳钢；电芯夹持单元由导磁性弱或非导磁性材料制成，强磁铁由稀土永磁材料制成。夹持单元可夹持不同形状不同尺寸的电芯。动力单元由电机和减速机组成，或由直驱永磁电机直接向磁体飞轮输出动力。通过控制磁体飞轮转速调节电芯透热深度和加热功率，加热起步时，飞轮以100-200rpm的转速转动，待电芯表面温度接近目标温度的一半时逐步降低转速至10-100rpm，以减小加热功率增大透热深度，使电芯整体加热至目标温度并维持在一个较为均匀的状态。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种永磁感应加热装置，其特征在于，包括磁体飞轮、电芯夹持单元以及动力单元；
所述动力单元与磁体飞轮传动相连，即所述磁体飞轮能够在动力单元的作用下以设定的方向和速度运动；
所述磁体飞轮包括电芯空间；所述电芯夹持单元固定设置在电芯空间内。
2.根据权利要求1所述的永磁感应加热装置，其特征在于，所述磁体飞轮包括磁轭飞轮和磁铁；
两个所述磁轭飞轮相对设置，合围形成电芯空间；两组所述磁铁分别以设定的排列方式设置在电芯空间内部一侧的磁轭飞轮上；
所述磁铁在磁轭飞轮上的排列方式为周向相临磁铁磁极反向交错排列，所用磁铁形状包括矩形、梯形或者其他设定的形状。
3.根据权利要求2所述的永磁感应加热装置，其特征在于，两个所述磁轭飞轮可调节距离地相对设置。
4.根据权利要求1所述的永磁感应加热装置，其特征在于，所述电芯夹持单元包括距离可调节的夹持结构，能够夹持设定尺寸范围内的不同形状的电芯。
5.根据权利要求1所述的永磁感应加热装置，其特征在于，所述动力单元包括电机、减速机以及永磁直驱电机中的任一种或任多种组合；所述电机、减速电机以及永磁直驱电机中的任一种或任多种组合与磁体飞轮传动相连。
6.根据权利要求4所述的永磁感应加热装置，其特征在于，所述电芯夹持单元采用的材质包括非导磁材料和/或磁导率低于设定值的材料。
7.根据权利要求2所述的永磁感应加热装置，其特征在于，所述磁铁采用的材质包括稀土永磁材料。
8.一种永磁感应加热装置，其特征在于，包括磁体飞轮、电芯夹持单元以及动力单元；
所述动力单元与磁体飞轮传动相连，即所述磁体飞轮能够在动力单元的作用下以设定的方向和速度运动；
所述磁体飞轮包括电芯空间；所述电芯夹持单元固定设置在电芯空间内；
所述磁体飞轮包括磁轭飞轮和磁铁；
两个所述磁轭飞轮相对设置，合围形成电芯空间；两组所述磁铁分别设置在电芯空间内部一侧的磁轭飞轮上；
两个所述磁轭飞轮可调节距离地相对设置；
所述电芯夹持单元包括距离可调节的夹持结构，能够夹持设定尺寸范围内的不同形状的电芯；
所述动力单元包括电机和减速电机；所述电机和减速电机均与磁体飞轮传动相连；
所述电芯夹持单元采用的材质包括非导磁材料和/或磁导率低于设定值的材料；
所述磁铁采用的材质包括稀土永磁材料。
9.一种永磁感应加热方法，其特征在于，利用权利要求1至8中任一项所述的永磁感应加热装置，包括加热起步步骤；
加热起步步骤：所述磁体飞轮能够在动力单元的作用下以设定的方向和速度运动，固定于电芯夹持单元上的电芯切割磁感线，直至电芯表面温度到达目标温度的设定比例。
10.根据权利要求9所述的永磁感应加热方法，其特征在于，所述永磁感应加热方法还包括温度均匀步骤；
温度均匀步骤：当电芯表面温度到达目标温度的设定比例后，逐步降低磁体飞轮的速度，直至电芯整体加热至目标温度并维持。
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