CN110763070A - 一种带自加热的换热板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带自加热的换热板，其应用于锂电池模组，所述换热板包括金属主体和表面加热片，所述金属主体设置有内部均匀分布的流道，外部有进出水口。所述加热片为一种薄形面状发热体，有良好的热传导性，表面质软且具有较高的绝缘性，其复合于金属主体的一表面。金属主体的另一表面粘贴导热硅胶片材，增大其换热效率。完成上述工艺后，将整体均压在电池模块发热量较大的极耳处，最终在以换热板为基材的前提下，实现了加热和冷却电池的双向功能。

Description

一种带自加热的换热板

技术领域

本发明属于汽车配件技术领域，具体涉及一种带自加热的换热板，尤其涉及了一种新型锂离子软包电池的换热板结构。

背景技术

锂离子动力电池已广泛应用在新能源纯电动汽车及混合动力新能源汽车领域。目前，在用户的使用过程中，不可避免的会遇到严寒天气，甚至会在极端寒冷的气温条件下长期工作，电池所处的环境温度低，对电池寿命，充放电能力，以及电芯内部正负极离子的活性有很大的影响。所以电池实际环境使用过程中，如何快速有效的使电池升温达到一个可以正常工作的温度水平，一直是我们技术研究的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提供了一种汽车电池极耳专用换热板，以解决现有技术中锂电池加热困难，电池升温速率低的问题，大大的提升了电池适应低温寒冷环境的能力，通过对同一种零件的发明与改造，实现了加热和冷却电池的双向功能。

本发明的另一目的在于提供了一种汽车电池极耳专用换热板的制备方法，所述制备方法可制备超薄加热片，进而制备上述具备加热和冷却电池双向功能的换热板，既可实现电池组模块组装后满足电芯在寒冷环境下的加热需求要求，又可解决电池快速升温的相关问题。

本发明提供了一种带自加热的换热板，其应用于锂电池模组，所述换热板包括金属主体、加热片和导热硅胶，其特征在于：所述金属主体内部设置有均匀分布的流道，外部设置有进出水口；所述加热片为一种薄形面状发热体，具有良好的热传导性，表面质软且具有较高的绝缘性，其复合于金属主体的一表面；所述导热硅胶粘贴于金属主体的另一表面，以增大换热效率；将所述换热板整体均压在电池模块发热量较大的极耳处，可实现对电芯的直接加热与制冷。

可选地，所述金属主体为铝合金材质，厚度为8—20mm，宽度为80—150mm，壁厚0.5—4mm，长度根据锂电池模组适配设置。

可选地，所述的流道腔均匀分布于金属主体内部，用于冷却液循环，数量和尺寸与换热板长宽适配设置。所述的进出水口，直径为

角度与所需换热的模组适配设置。

可选地，所述的加热片为复合在金属板表面的一种薄形面状发热体，表面质软且具有较高的导热性，内部有弯曲缠绕的发热电阻丝。通过控制加热片与金属板硫化时的硫化温度，压力，以及硫化时间，从而使加热片整体厚度最薄可做到0.5—0.7mm。优选的，所述硫化温度为170～190℃，更优选为170～180℃，所述硫化压力设定在5～8MPa，所述硫化时间控制在4～6h为最佳。

可选地，所述的加热片表面材质，可选配硅胶料、聚酰亚胺膜或与之类似的有机材料。加热片工作电压为DC 150V—220V，加热功率根据所需加热模组，及热管理策略适配设置。

可选地，所述的加热片封头引出线长度及出线接头型式根据实际应用环境适配设置。

本发明提供了一种带自加热的换热板的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

步骤(1)：制作金属主体：选择金属主体为铝合金材质，所述金属主体为内部均匀分布有流道腔的金属板，金属主体外部设置有进出水口；

步骤(2)：制作加热片：加热片由外层覆膜与内部加热电阻丝组成，内部具有弯曲缠绕的发热电阻丝，加热片外具有连接电源的引出线，内部电阻丝与外层覆膜通过硫化工艺紧密贴合，其中该工艺中硫化温度为170～190℃、硫化压力为5-8MPa、以及硫化时间为4-6h，所述外层覆膜的材质为硅胶料、聚酰亚胺膜或与之类似的有机材料中的任一种，所述内部加热电阻丝可为铁铬镍合金或铜合金中的任一种；

步骤(3)：复合加热片与金属板：采用硫化工艺复合加热片和金属板，控制加热片与金属板2硫化时的硫化温度、压力以及硫化时间，复合加热片与金属板；

步骤(4)：复合导热硅胶片与金属板2：将导热硅胶片复合于步骤(3)后的金属板2未复合加热片的一表面，具体工艺为硫化工艺，制得本发明的带自加热的换热板。

优选的，所述步骤(3)中硫化温度为170～190℃，更优选为170～180℃，所述硫化压力设定在5～8MPa，所述硫化时间控制在4～6h为最佳。

与现有技术相比，本发明的一种带自加热的换热板具有的优点如下：

(1)充分利用了模块自身空间，通过对结构的合理化设计，创造性的引入了加热片复合换热板的工艺，实现了对电池加热的有效控制；其中加热片为薄形面状发热体，功率可调，输入电压常见易得。换热板为主体为金属型材，可选择为导热效率较高的铝质型材，进而能够有效的垂直传导加热片所产生的热量，实现对整个电池模组的直接换热。

(2)利用加热片、加热电阻丝、换热板、引出线可以实现现有技术中未能实现的加热功能，有效的解决了电池外部热源加热，使其快速升温的问题，且加热片由外层覆膜与内部加热电阻丝组成，内部电阻丝与外层覆膜紧密贴合，提高空间利用率，制备的超薄加热片(0.5-1mm厚)可以提高空间利用率，为其他金属件节省出更多的空间，达到更高的能量密度，体积密度。加热片加热功率可做到0.5-1W/mm²；绝缘性能在10s内，2500V电压下，漏电流不大于5mA。加热片与金属主体硫化后，具有较强的剥离力，保证加热片复合牢固，不脱落。根据自身需求，引出线长度，引出端子类型可与实际适配设置。并在以换热板为基材的前提下，实现了加热和冷却电池的双向功能。

(3)该整体件置于电芯集中发热的极耳处，当电池处于低温环境时，加热片启动，热量经加热片，换热板，导热硅胶片传递至电芯，从而实现对电池模组的直接换热。当电池温度过高时，加热停止，换热板内部流道进行冷却液循环，带走电池模组产生的热量。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明一种带自加热的换热板具体实施实例的结构示意图；

图2为图1的纵切面视图；

图3为加热片的内部结构图；

图4为带自加热的换热板在电池成组中的位置图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1-加热片；2-金属主体；3-引出线；4-进出水口；5-内部水道；6-加热电阻丝；7-加热片外层膜；8-电池模组；9-导热硅胶片。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例1，如图1-4所示，提供了一种带自加热的换热板，所述换热板包括加热片1、金属主体2和导热硅胶片9，其特征在于：所述金属主体2内部设置有均匀分布的流道5，外部设置有进出水口4；所述加热片1为一种薄形面状发热体，具有良好的热传导性，表面质软且具有较高的绝缘性，其复合于金属主体的一表面；所述导热硅胶片9粘贴于金属主体的另一表面，以增大换热效率；将所述换热板整体均压在电池模组8发热量较大的极耳处，可实现对电芯的直接加热与制冷。

所述带自加热的换热板制备方法包括如下步骤：

步骤(1)：制作金属主体2：选择金属主体2为铝合金材质，厚度为8-20mm，宽度为80-150mm，壁厚0.5-4mm，长度根据锂电池模组适配设置，所述金属主体2为内部均匀分布有流道腔5的金属板，数量和尺寸与换热板长宽适配设置，金属主体2外部设置有进出水口4，直径为

角度与所需换热的模组适配设置；

步骤(2)：制作加热片1：加热片1由外层覆膜7与内部加热电阻丝6组成，内部具有弯曲缠绕的发热电阻丝6，加热片1外具有连接电源的引出线3，内部电阻丝6与外层覆膜7通过硫化紧密贴合，其中该工艺中硫化温度为170～190℃、硫化压力为5-8MPa、以及硫化时间为4-6h，所述外层覆膜7的材质为硅胶料、聚酰亚胺膜或与之类似的有机材料中的任一种，所述内部加热电阻丝6可为铁铬镍合金或铜合金中任一种；

步骤(3)：复合加热片1与金属板2：采用硫化工艺复合加热片1和金属板2，控制加热片与金属板2硫化时的硫化温度为170～180℃，压力为5～8MPa，硫化时间为4～6h，从而使加热片整体厚度为0.5—0.7mm；

步骤(4)：复合导热硅胶片与金属板2：将导热硅胶片复合于步骤(3)后的金属板2未复合加热片的一表面，具体工艺为硫化工艺，制得本发明的带自加热的换热板。

实验效果测试：

(1)本发明上述工艺制备的换热板，加热片加热功率可做到0.5-1W/mm²；绝缘性能在10s内，2500V电压下，漏电流不大于5mA；

(2)以144片软包电池单体组成一个电池系统为例，在-20℃环境下，对上述带自加热的换热板进行自加热测试，该整体件置于电芯集中发热的极耳处，经实验室测定，其温升效率可达0.7℃/min，单体温度差≤3℃。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种带自加热的换热板，其应用于锂电池模组，所述换热板包括金属主体、加热片和导热硅胶，其特征在于：所述金属主体内部设置有均匀分布的流道，外部设置有进出水口；所述加热片为一种薄形面状发热体，具有良好的热传导性，表面质软且具有较高的绝缘性，其复合于金属主体的一表面；所述导热硅胶粘贴于金属主体的另一表面，以增大换热效率；将所述换热板整体均压在电池模块发热量较大的极耳处，可实现对电芯的直接加热与制冷。

2.根据权利要求1所述的换热板，其特征在于，所述金属主体为铝合金材质，厚度为8—20mm，宽度为80—150mm，壁厚0.5—4mm，长度根据锂电池模组适配设置。

3.根据权利要求1或2所述的换热板，其特征在于，所述的流道腔均匀分布于金属主体内部，用于冷却液循环，数量和尺寸与换热板长宽适配设置；所述的进出水口，直径为

角度与所需换热的模组适配设置。

4.根据权利要求1所述的换热板，其特征在于，所述的加热片为复合在金属板表面的一种薄形面状发热体，表面质软且具有较高的导热性，内部有弯曲缠绕的发热电阻丝，加热片整体厚度为0.5—0.7mm。

5.根据权利要求1至4所述的换热板，其特征在于，所述的加热片表面材质，可选配硅胶料，聚酰亚胺膜或与之类似的有机材料中的任一种；加热片工作电压为DC 150V—220V，加热功率根据所需加热模组，及热管理策略适配设置。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的换热板，其特征在于，所述的加热片封头引出线长度及出线接头型式根据实际应用环境适配设置。

7.一种如权利要求1-6所述的带自加热的换热板的制备方法，其特征在于：该制备方法包括如下步骤：

步骤(1)：制作金属主体：选择金属主体为铝合金材质，所述金属主体为内部均匀分布有流道腔的金属板，金属主体外部设置有进出水口；

步骤(2)：制作加热片：加热片由外层覆膜与内部加热电阻丝组成，内部具有弯曲缠绕的发热电阻丝，加热片外具有连接电源的引出线，内部电阻丝与外层覆膜通过硫化工艺紧密贴合，其中该工艺中硫化温度为170～190℃、硫化压力为5-8MPa、以及硫化时间为4-6h，所述外层覆膜的材质为硅胶料、聚酰亚胺膜或与之类似的有机材料中的任一种，所述内部加热电阻丝可为铁铬镍合金或铜合金中的任一种；

步骤(3)：复合加热片与金属板：采用硫化工艺复合加热片和金属板，控制加热片与金属板硫化时的硫化温度、压力以及硫化时间，复合加热片与金属板；

步骤(4)：复合导热硅胶片与金属板：将导热硅胶片复合于步骤(3)后的金属板未复合加热片的一表面，制得本发明的带自加热的换热板。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征还在于：所述金属主体为铝合金材质，厚度为8—20mm，宽度为80—150mm，壁厚0.5—4mm，长度根据锂电池模组适配设置。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征还在于：所述步骤(3)中的硫化温度为170～190℃、硫化压力为5-8MPa、以及硫化时间为4-6h。

Images