CN112397812B - 一种电池加热膜及锂离子动力电池 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种电池加热膜及锂离子动力电池，其中，电池加热膜包括第一绝缘层、第一导热层、第一发热层、阻燃隔热层、第二发热层、第二导热层和第二绝缘层，还包括设置于导热层上的温度传感器。本技术方案可用于在低温环境提升电池的低温性能；同时通过设置于导热层上的温度传感器可间接获取电池中心温度，有助于电池的安全控制。加热膜中的阻燃隔热层可以有效阻断电池发生故障时热量的异常扩散，避免出现大面积的热失控事故。此外，当电动汽车在正常运行过程中自身产生热量使得电池组内温度过高时，导热层可将过多的热量导向性的导出，避免散热不及时引发的热量积累，实现对电池系统的降温。

Description

一种电池加热膜及锂离子动力电池
技术领域
本发明涉及锂离子动力电池领域，特别涉及一种电池加热膜及锂离子动力电池。
背景技术
低温环境下，锂离子动力电池性能急剧下降，特别是其可用容量的下降，极大地缩减了电动汽车的行驶里程。另外，在低温环境下对锂离子动力电池进行充电时，容易在负极发生析锂，而析出的锂金属形成锂枝晶后可能刺破隔膜使动力电池发生内部短路，进而发生热失控等安全问题。因此在低温环境下使用电动汽车时，需首先对动力电池进行预加热以使其达到合适的温度。此外，动力电池模组中心温度测量困难，为动力电池的精确热管理控制带来挑战。
目前所提出的用于锂离子动力电池的加热膜主要由包括发热体、绝缘膜在内的多层组成。专利CN211265578U提出了一种用于圆柱电芯模组加热的蛇形加热板，该加热膜由蛇形支撑板、PI加热膜以及两侧的导热垫组成。该加热膜具备良好的加热性能，可同时向位于其两侧的电芯加热，但是该加热膜不具备隔热性能，同时具有较好的导热性能，当一只电芯发生热失控时，会快速蔓延至周围的电芯，引发大规模热失控。专利CN111511051A公开了一种延长柔性加热膜使用寿命的结构，通过加装散热铝板提高加热的均匀性，但是铝板与电池直接接触，并无绝缘保护措施，可能引发电池的短路等故障。
发明内容
为了改善上述问题，本发明的目的在于设计一种兼具加热、隔热和导热功能的电池加热膜，在实现锂离子动力电池低温下均匀快速加热的同时具有较高的安全性，同时通过在其上设置温度传感器间接测量电池中心温度，有助于进行更精确的热管理控制。
为了实现上述目的，一方面，本发明提供一种电池加热膜，包括阻燃隔热层、发热层、导热层及绝缘层；
所述发热层包括第一发热层和第二发热层，所述第一发热层和第二发热层分别设置在所述阻燃隔热层的两侧；
所述导热层包括第一导热层和第二导热层，所述第一导热层和第二导热层分别设置在所述第一发热层和第二发热层的外侧；
所述绝缘层包括第一绝缘层和第二绝缘层，所述第一绝缘层和第二绝缘层分别设置在所述第一导热层和第二导热层的外侧；
所述第一导热层和第二导热层上均设置有与导热层一体成型的极耳，所述极耳上设置有温度传感器。
另一方面，本发明提供一种锂离子动力电池，包括多块电池电芯以及设置在电池电芯之间和/或电池电芯外侧的如上所述的电池加热膜。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本技术方案通过加热膜在低温环境下对电芯进行加热，提高了锂离子动力电池的低温性能；通过向发热层供电发热层可产生热量对电芯进行加热，而导热层可实现向与所述加热膜接触的电芯均匀加热，降低电芯的温度差异；电芯工作过程中，所述导热层可将电池中心温度导出，降低电池中心温度测量难度，有助于电池的精确热管理；加热膜两侧均设有发热层，分别加热位于其两侧的电池，可提高加热效率，同时增大自加热过程中的外部回路电阻，降低自加热过程对电池自身的损伤；阻燃隔热层可以阻断加热膜两侧热量的传递，即实现单侧加热，同时在电芯出现异常温度升高时，阻断热量的异常扩散，将热量向散热底板有导向性的导出，且该加热膜中的导热层可以导向型的导出动力电池工作过程产生的热量，减少热量积累，提高锂离子动力电池的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的电池加热膜的层级结构示意图；
图2为本发明实施例的用于锂离子动力电池的电池加热膜的示意图；
图3为本发明实施例的锂离子动力电池的俯视示意图；
图4为本发明实施例的锂离子动力电池的侧视示意图。
其中附图标记所对应的名称如下：1-第一绝缘层，2-第一导热层，3-第一发热层，4-阻燃隔热层，5-第二发热层，6-第二导热层，7-第二绝缘层，8-第一导热层极耳，9-第一发热层正负极端子，10-第二发热层正负极端子，11-第二导热层极耳，12-电池加热膜，13-第一导热层温度传感器安装部件，14-第二导热层温度传感器安装部件，15-温度传感器，16-电池电芯Ⅰ，17-电池电芯Ⅱ，18-电池模组导热底板，19-热接触槽。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1，本实施例提供了一种电池加热膜，包括阻燃隔热层、发热层、导热层及绝缘层；其中，所述发热层包括第一发热层3和第二发热层5，所述第一发热层3和第二发热层5分别设置在所述阻燃隔热层4的两侧；所述导热层包括第一导热层2和第二导热层6，所述第一导热层2和第二导热层6分别设置在所述第一发热层3和第二发热层5的外侧；所述绝缘层包括第一绝缘层1和第二绝缘层7，所述第一绝缘层1和第二绝缘层7分别设置在所述第一导热层2和第二导热层6的外侧；所述第一导热层2和第二导热层6上均设置有与导热层一体成型的极耳8/12，所述极耳上设置有温度传感器15。
阻燃隔热层4用于阻断发热层产生的热量而使其只能向加热膜一侧传递，即实现单侧加热，提高加热效率；而所述阻燃隔热层4同时也可以阻断模组中异常电芯的异常热量传递；所述阻燃隔热层4的表面贴合于所述发热层的表面。
导热层用于将发热层产生的热量均匀的传递到与所述加热膜贴合的电芯，实现均匀加热，降低加热过程中电芯不同位置的温度差异。
优选地，所述极耳8/12上安装有温度传感器安装部件13/14，所述温度传感器15固封于所述温度传感器安装部件中。由于导热层优良的导热性，导热层可以将电池中心温度导出，其温度近似于电池中心温度，将温度传感器固封于温度传感器安装部件中由此获取电池模组中心温度，可降低电池内部温度获取难度。
优选地，所述温度传感器安装部件的材料与导热层的材质相同，通过螺栓连接或焊接的方式与所述极耳连接。
优选地，所述第一导热层和所述第二导热层由高导热系数铝板制成，厚度为0.25mm；或者，所述第一导热层和所述第二导热层由镍金属层制成，厚度为0.3mm。
优选地，所述温度传感器为热敏电阻或其他具有温度测量能力的电子元器件。
优选地，所述温度传感器通过环氧树脂固定于温度传感器安装部件内部。外部线束通过与预留的连接线接合即可通过温度传感器测量电池模组内部温度。
优选地，所述第一发热层3和第二发热层5为PI加热膜，包括发热电阻丝和两层聚酰亚胺绝缘膜，所述发热电阻丝置于两层聚酰亚胺绝缘膜中间，经高温热压成型；所述发热电阻丝为铝发热电阻丝，所述第一发热层3和第二发热层5的厚度均为0.2mm。电池加热膜发热层的一端配置有用于给发热层供电的正负极端子9/10。
其中，发热电阻丝可使用多个回路，实现不同发热功率需求；所述发热层包括第一发热层3和第二发热层5，分别贴合与阻燃隔热层4两侧，分别用于加热位于加热两侧电池。阻燃隔热层位于第一发热层3和第二发热层5之间，以阻止所述第一发热层3和第二发热层5产生的热量向所述加热膜一侧传递，即只进行单侧加热。当所述加热膜一侧电芯异常发热后，所述阻燃隔热层4可以有效阻挡热量的异常扩散。阻燃隔热层4可以为由气凝胶毡层、阻燃泡棉板或其它具有阻燃隔热性能材料制成。所述第一发热层3、第二发热层5与所述阻燃隔热层4通过粘接剂粘接，且所述粘接剂为耐高温粘接剂。
优选地，所述第一绝缘层1与所述第一导热层2、所述第二绝缘层7与所述第二导热层6均通过粘接相连，所述第一绝缘层1和所述第二绝缘层7的周围为边缘密封；所述第一绝缘层1和所述第二绝缘层7均由聚酰亚胺膜制成，厚度均为0.1mm。
通过将绝缘层包覆在电池加热膜12的外表面，并对其边缘进行密封处理，实现加热膜与锂离子动力电池之间的绝缘，避免加热膜部件引发电芯短路。绝缘层由聚酰亚胺膜或其他具有绝缘性能的膜制成。
优选地，所述阻燃隔热层4与所述第一发热层3、所述阻燃隔热层4与所述第二发热层5、所述第一发热层3与所述第一导热层2、所述第二发热层5与所述第二导热层6之间均通过粘结剂粘接；所述粘结剂包括玻璃纤维双面胶及3M双面胶。
优选地，所述阻燃隔热层4由气凝胶毡层制成，厚度为0.8mm。
导热层由高导热材料制成，将加热层产生的非均匀热量均匀化，对与所述加热膜接触的电芯进行均匀加热，降低加热过程产生的温差。所述导热层可以为由其他具有高导热性的材料制成。导热层具有良好的导热性，夏天不需要对锂离子动力电池进行加热时，所述导热层温度低于工作中的锂离子动力电池温度，导热层可将锂离子动力电池工作产生的热量沿所述加热膜所在方向导出。
如图3、4所示，提供了一种锂离子动力电池，包括多块电池电芯，例如电池电芯Ⅰ16及电池电芯Ⅱ17，以及设置在电池电芯之间和/或电池电芯外侧的电池加热膜。
优选地，所述电池电芯为方形，所述电池加热膜的形状与电池电芯的形状相配合，所述电池加热膜的在高度方向的尺寸高于所述电池电芯的高度，所述电池加热膜与所述电池电芯的顶部平齐；电池加热膜设有正极端子和负极端子的一侧边设置为对应于电池顶部的一边。
低温环境下，加热回路闭合。由于加热膜12具有两侧加热的功能，位于加热膜12中阻燃隔热层4右侧的发热层与位于加热膜12中阻燃隔热层4左侧的发热层分别与电池电芯Ⅰ16的两个侧面接触，因此加热回路向电池电芯Ⅰ16的两侧同时加热，可提高加热效率。同时加热回路组阻值增大，自加热过程中可降低对电池自身的损伤。
优选地，还包括设置在所述电池电芯下部的电池模组导热底板18，所述电池加热膜的底部与所述电池模组导热底板18上预留的热接触槽19接触，所述电池加热膜的底部与所述电池模组导热底板18形成热接触。
在本实施例中，该加热膜用于方形电池自加热，其置于两块方形电池中间，方形电池正负极与加热膜正负极端子之间设置开关，低温时开关闭合电池放电，电池内部产生热量从内部开始加热，加热膜发热层开始发热，从内部和外部同时对锂离子动力电池进行加热。
在电池正常工作过程中当其温度过高时，电池电芯Ⅰ16温度高于加热膜12的温度，电池热量向导热层传递，导热层温度升高，并将热量沿着加热膜传递至加热膜底部后将热量最终传递至导热底板18中，实现对电池16的降温，保证其热安全性。
应理解，本发明实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种电池加热膜，包括阻燃隔热层、发热层、导热层及绝缘层，其特征在于：
所述发热层包括第一发热层和第二发热层，所述第一发热层和第二发热层分别设置在所述阻燃隔热层的两侧；
所述导热层包括第一导热层和第二导热层，所述第一导热层和第二导热层分别设置在所述第一发热层和第二发热层的外侧；
所述绝缘层包括第一绝缘层和第二绝缘层，所述第一绝缘层和第二绝缘层分别设置在所述第一导热层和第二导热层的外侧；
所述第一导热层和第二导热层上均设置有与导热层一体成型的极耳，所述极耳上设置有温度传感器；所述极耳上安装有温度传感器安装部件，所述温度传感器固封于所述温度传感器安装部件中；所述温度传感器安装部件的材料与导热层的材质相同。
2.如权利要求1所述的电池加热膜，其特征在于，所述温度传感器通过螺栓连接或焊接的方式与所述极耳连接。
3.如权利要求2所述的电池加热膜，其特征在于，所述第一导热层和所述第二导热层由高导热系数铝板制成，厚度为0.25mm；或者，
所述第一导热层和所述第二导热层由金属层镍片制成，厚度为0.3mm。
4.如权利要求3所述的电池加热膜，其特征在于，所述温度传感器为热敏电阻或其他具有温度测量能力的电子元器件。
5.如权利要求4所述的电池加热膜，其特征在于，所述温度传感器通过环氧树脂固定于温度传感器安装部件内部。
6.如权利要求1-5之一所述的电池加热膜，其特征在于，所述电池加热膜侧边设有用于给发热层供电的正负极端子。
7.一种锂离子动力电池，其特征在于，包括多块电池电芯以及设置在电池电芯之间和/或电池电芯外侧的如权利要求1-6之一所述的电池加热膜。
8.如权利要求7所述的锂离子动力电池，其特征在于，所述电池电芯为方形，所述电池加热膜的形状与电池电芯的形状相配合，所述电池加热膜的在高度方向的尺寸高于所述电池电芯的高度，所述电池加热膜与所述电池电芯的顶部平齐；电池加热膜设有正极端子和负极端子的一侧边设置为对应于电池顶部的一边。
9.如权利要求8所述的锂离子动力电池，其特征在于，还包括设置在所述电池电芯下部的电池模组导热底板，所述电池加热膜的底部与所述电池模组导热底板上预留的热接触槽接触，所述电池加热膜的底部与所述电池模组导热底板形成热接触。
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