CN207426083U - Ptc电池加热器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种PTC电池加热器，包括与加热供电系统连接的加热器，所述加热器包括用于绝缘的固定板以及至少一个PTC发热元件，所述PTC发热元件设于固定板上，固定板的两侧表面上贴合有金属电极板，所述PTC发热元件的正极与其中一块金属电极板表面接触，负极与另一块金属电极板的表面接触，所述金属电极板经导线与加热供电系统连接，在两块金属电极板的外表面上设有至少一块用于绝缘的绝缘板，绝缘板与金属电极板相互贴合。与现有技术相比，在金属电极板上设置绝缘板，替代现有技术中采用绝缘薄膜以及铝板，可以有效解决绝缘薄膜可能受外物破坏而导致绝缘不良的隐患，同时绝缘板与金属电极板采用热压粘合，粘合一致性和产品可靠性可以有效提高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种动力电池技术，尤其为一种用于纯电动车或混合动力车以及储存电能设备的PTC电池加热器。
背景技术
目前纯电动及油电混合动力车在我们的生活中出现越来越多，现有及未来的纯电动及油电混合动力车大多采用锂离子动力电池作为动力来源，而锂离子电池在高、低温下的性能、可靠性及寿命较常温时有较大幅度的下降。当在低温环境下使用电池模组时，必须使用加热系统给电池模组加热，使电池芯达到合适的温度再开始充放电工作。锂离子电池模组在使用一段时间后，各个电池芯会有不同程度的老化，其内阻会变大，个别电池芯内阻变化幅度远远超过平均值，在放电时会产生大量的热，尤其是高温环境下，热量更容易积聚，必须使其及时散热，使电池芯达到合适的温度。同样，电力储能设备的电池模组也存在以上问题。
目前市场上的电池加热方式一般为循环液体加热或暖风加热以及在电池周围布置PET加热膜、硅胶加热板、PTC加热板等，循环液体加热方式存在结构复杂、效率低、可靠性低、成本高等缺点，暖风加热存在升温速度慢、温度不均匀、容易产生热积聚、能耗高等缺点，这两种方式使用越来越少,更多是使用PET加热膜、硅胶加热板或PTC加热板等加热方式。
PET加热膜和硅胶加热板这两种方式有以下缺点：PET加热膜和硅胶加热板内部发热部件为电热合金丝，温度不易控制，局部温差大，易损坏绝缘板造成漏电，从而容易引发安全事故；
PTC加热板有以下缺点：(如申请号为201510634026.6的发明专利申请)。
1、升温速率慢，局部温差大
由于PTC加热板贴在电池组的外部，热量传递到电池组中心部位所需时间较长，使得电池组中心部位升温速率较慢；同时导致电池组各个电池芯温差较大，对电池的性能和寿命有较大影响。
2、加热效率低和耗能多
PTC加热板因其两面都发热的结构会把很大一部分热量传递到电池组外壳和空气中，致使加热效率低，消耗电能多。
3、安全性差
PTC加热板置于电池模组表面，即将电池组或电池芯正、负极延伸到外壳表面，加热板给正、负极加热，再将热量传导至模组内部，一个加热板一般同时接触多个电池组或电池芯的正、负极，若加热板长期使用在振动环境中，其绝缘外层会受损，则可能导致电池的正、负极短路，造成电池损坏，引发安全事故。
4、PTC加热板重量大，PTC加热板采用铝合金作为固定PTC发热元件以及散热的机构件，单位密度大，增加了电池模组的整体重量，降低了电池模组的比能量参数，影响车辆的续航里程。
实用新型内容
为克服现有技术的不足，本实用新型提供一种PTC电池加热器，从而实现使得加热更加均匀快速，提高加热效率，缩短加热时间且安全可靠。
本实用新型提供了一种PTC电池加热器，包括与加热供电系统连接的加热器，所述加热器包括用于绝缘的固定板以及至少一个PTC发热元件，所述PTC发热元件设于固定板上，所述固定板的两侧表面上贴合有金属电极板，所述PTC发热元件的正极与其中一块金属电极板表面接触，负极与另一块金属电极板的表面接触，所述金属电极板经导线与加热供电系统连接，在两块金属电极板的外表面上设有至少一块用于绝缘的绝缘板，绝缘板与金属电极板通过热压方式相互贴合。
进一步地，所述绝缘板的外侧表面设有起缓冲以及导热作用的导热层。
进一步地，所述固定板上设有与PTC发热元件数量相等的容置孔，所述容置孔贯穿固定板的两侧表面，PTC发热元件设于固定板的容置孔内。
进一步地，所述绝缘板由环氧树脂制成。
进一步地，所述固定板由绝缘材料制成。
进一步地，所述绝缘材料为环氧树脂。
进一步地，所述PTC发热元件设有多个，所述容置孔也设有多个，相邻两个容置孔之间均设有绝缘部。
进一步地，所述固定板的两侧表面的四周边缘分别设有凸起的围边，使固定板的两侧表面形成嵌入部，所述金属电极板、绝缘板以及导热层均嵌入到嵌入部中。
进一步地，所述金属电极板上设有延伸至加热器外的引脚，引脚经导线与加热供电系统连接。
进一步地，所述导热层为导热硅胶垫。
本实用新型与现有技术相比，通过在固定板上设置多个PTC发热元件，以及在金属电极板上设置绝缘板，从而替代现有技术中采用绝缘薄膜以及铝板，可以有效解决绝缘薄膜可能受外物破坏而导致绝缘不良的隐患，同时绝缘板与金属电极板采用热压粘合，与现有技术的绝缘薄膜与金属电极板常温粘合的方式相比，粘合一致性和产品可靠性可以有效提高；在保证绝缘效果的前提下，大大减少了产品的厚度以及重量，而且不仅使电池芯升温速率快，各电池芯之间的温差小，提高加热效率，减少能量消耗，而且加热器质量小，工作温度低，安全性更高，降低了生产成本。
附图说明
图1-1是本实用新型的外部结构示意图；
图1-2是图1-1的左视图；
图2是图1-1沿A-A方向的剖视图；
图3是本实用新型与电池模组之间的第一种连接结构示意图；
图4是本实用新型与电池模组之间的第二种连接结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
如图1-1、图1-2和图2所示，本实用新型的PTC电池加热器，包括与现有技术的加热供电系统连接的加热器2，所述加热器2包括用于绝缘的固定板4以及至少一个PTC发热元件3，所述PTC发热元件3设于固定板4上，在固定板4的两侧表面上贴合有金属电极板5，PTC发热元件3的正极与其中一块金属电极板5表面接触，负极与另一块金属电极板5的表面接触，金属电极板5经导线与加热供电系统连接，在两块金属电极板5的外表面上设有至少一层板状的绝缘板6，绝缘板6与金属电极板5通过热压的方式相互贴合，保证加热器表面不带电，实现加热器的第一级绝缘；所述绝缘板6的外侧表面上还可设有起缓冲以及导热作用的导热层7，使得PTC发热元件3的热量可以迅速的传到出来，并实现加热器的二级绝缘；此处加热供电系统可以为电源。
在本实用新型中，所述绝缘板6由环氧玻璃纤维制成，优选为环氧树脂板，厚度0.1-1.0mm，其可替代现有技术中的绝缘薄膜和铝板，在保证绝缘效果的前提下，大大减少了材料厚度，降低了加热器的总重量；所述固定板4由绝缘材料制成，所述绝缘材料优选为环氧树脂；导热层7采用导热硅胶垫；PTC发热元件3为PTC陶瓷热敏电阻元件。
本实用新型中PTC发热元件3的工作温度与现有铝板式的加热器比较工作温度更低，在80℃-100℃左右，安全性更高。
如图2所示，本实用新型中，在固定板4上设有与PTC发热元件3数量相等的容置孔10，容置孔10贯穿固定板4的相对两侧表面，PTC发热元件3设于容置孔10内，具体地，固定板4可以为一个矩形板，固定板4可由绝缘材料制成，优选为环氧玻璃纤维。
如图2所示，PTC发热元件3设有多个，呈阵列式排布，相应地，容置孔10也设有多个，这里容置孔10的数量以及排布形式均与PTC发热元件3的数量以及排布形式相同，也是为阵列式排布，优选为矩形阵列式排布；在相邻两个容置孔10之间均设有绝缘部9，防止相邻两个PTC发热元件3之间相互接触。
如图1-1、图1-2以及图2所示，在固定板4的两侧表面的四周边缘分别设有凸起的围边11，使固定板4的两侧表面形成嵌入部12，所述金属电极板5、绝缘板6以及导热层7均嵌入到嵌入部12中，从而时PTC电池加热器的表面能够与电池单元的表面贴合紧密。
如图1-1、图1-2以及图2所示，在两个金属电极板5上分别设有延伸至加热器2外的引脚8，引脚8经导线与加热供电系统连接，引脚8的设置不仅能够方便将多个加热器2以串联或并联的方式连接，而且导线上还可设有用于与引脚8紧密连接的插接帽，从而实现了PTC电池加热器的快速组装以及更换，节省时间，具体地，在围边11上位于引脚8处设有通槽13，引脚8置于通槽13中。
如图3所示，将本实用新型的PTC电池加热器应用于电池模组中时，其设置结构如下，电池模组包括若干组电池单元1，每组电池单元1中设有至少一个电池，加热器2设于相邻两组电池单元1之间，当然也可以采用间隔两个电池单元1设置一个加热器2。
每组电池单元1的电池外壳至少有一侧或电池单元1的其中一正/负电极与加热器2的其中一侧表面(导热层7的表面)紧密接触，加热器2与电池单元1之间通过紧固件紧固，使加热器2与电池单元1相互压紧，紧固件优选为螺杆。
此时导热层7可充分与电池芯外壳或电极紧密接触，给加热器2的金属电极板5施加电压后，PTC发热元件3通电，PTC发热元件3产生的热量首先传导到金属电极板5，由于金属良好的导热性能，热量会迅速在金属电极板5的平面方向传导，分布于金属电极板5平面的热量可通过绝缘板6传导至导热层7，导热层7再将热量均匀地传导至紧密接触的电池芯外壳或电极，即可将热量迅速传导至电池芯内部，达到给电池芯加热的目的，实现电池模组高效均匀地加热。
每组电池单元1之间的电极相对设置，即一组电池单元1的正极与另一组电池单元1的负极相对，以此类推进行排列，组成串联连接，每个加热器2的一侧表面与每组电池单元1的电极紧密贴合。
当然，电池模组除了可以采用第一种2、1、2、1、2、1、……、2的方式间隔设置外还可采用以1、2、1为一组的方式设置或以1、2、1、2、1、2、……、1的方式间隔设置，其中2为加热器，1为电池单元；以2、1、2、1、2、1、……、2的方式中电池单元的正极和负极均分别与加热器的侧面贴合；以1、2、1为一组的方式中，只需要保证每个电池单元的电池外壳一侧或一正/负极与加热器贴合即可，尽量的减少加热器的数量，在保证加热效果不变的前提下，降低电池模组的重量，电池单元的一正或负极与加热器的侧面贴合即可；以1、2、1、2、1、2、……、1的方式中最外侧的两个电池单元只有一侧或一正/负极与加热器贴合，可以防止加热器对外部的环境温度造成影响，这种方式中电池单元的一正或负极与加热器的侧面贴合。
如图4所示，加热器2设置在电池模组的外表面上。
在本实用新型的PTC电池加热器在不通电发热时，由于加热器2和电池单元1处于同一个环境下，而且其具有良好的横向和纵向导热性，这种结构使热量可以有效的在电池单元1中的每个电池芯相互快速传导。
本实用新型的PTC发热元件是PTC热敏电阻陶瓷元件，可在设定的温度范围内安全工作，永不超温；安装位置不同于现有的PTC加热板，其内置于电池组内部相邻的电池单元之间或贴于电池外表面，加热器直接和电池单元中的电池芯接触，给每个电池芯加热，热量直接传导给各个电池芯，因而电池芯升温速率快，各个电池芯之间的温差小，同时内置的结构让其产生的热量几乎全部传递给电池芯，加热效率高，能量消耗少。以下为本实用新型与PTC加热板加热效果的试验对比数据，表1为传统设置在电池单元侧面上的PTC加热板的加热数据，表2为本实用新型的PTC电池加热器的加热数据，两者加热时的环境温度为-20℃
表1
| 序号 | 0min | 30min | 60min | 90min | 120min | 升温速率 |
| 1 | -20.1℃ | -14.2℃ | 2.3℃ | 14.9℃ | 20.6℃ | 0.34℃/min |
| 2 | -19.8℃ | -15.2℃ | -8.3℃ | 1.1℃ | 8.6℃ | 0.24℃/min |
| 3 | -20℃ | -14.3℃ | 7.4℃ | 19.6℃ | 25.4℃ | 0.378℃/min |
| 4 | -20.2℃ | -15.8℃ | -5.9℃ | 3.5℃ | 11.2℃ | 0.26℃/min |
| 最大温差 | 0.4℃ | 1.6℃ | 15.7℃ | 18.5℃ | 16.8℃ |
表2
| 序号 | 0min | 30min | 60min | 90min | 120min | 升温速率 |
| 1 | -20.4℃ | -2.8℃ | 13.1℃ | 25.2℃ | 32.6℃ | 0.44℃/min |
| 2 | -20.1℃ | -4.9℃ | 9.7℃ | 21℃ | 29.7℃ | 0.42℃/min |
| 3 | -20.3℃ | -2.2℃ | 14.4℃ | 26.5℃ | 33.4℃ | 0.45℃/min |
| 4 | -20.1℃ | -5.2℃ | 10℃ | 21.6℃ | 30.1℃ | 0.42℃/min |
| 最大温差 | 0.3℃ | 3.0℃ | 4.7℃ | 5.5℃ | 3.7℃ |
从表中可知，本实用新型的升温速度要快于传统的PTC加热板的升温速度。
本实用新型具有以下几点优点：
一、通过在固定板上设置多个PTC发热元件，以及在金属电极板上设置绝缘板，从而替代现有技术中采用绝缘薄膜以及铝板，可以有效解决绝缘薄膜可能受外物破坏而导致绝缘不良的隐患，同时绝缘板与金属电极板采用高温热压粘合，与现有技术的绝缘薄膜与金属电极板常温粘合的方式相比，粘合一致性和产品可靠性可以有效提高。
二、绝缘安全性好，本实用新型的加热器2采用绝缘板(优先选择使用环氧板)和导热硅胶垫实现双层绝缘结构，确保PTC加热元件与电池电极良好的绝缘性能，内置于电池组内部相邻的电池单元之间，相邻的电池组单元接触加热器的两个平面是等电势差，即电势差为零，加热元件内置其中不存在使电池组单元短路的缺陷，无短路风险。
三、加热均匀，本实用新型的加热器2在不发热工作时可作为无源的电池热传导装置，本实用新型的PTC加热元件最外层的导热层全部接触电池单元中的每个电池芯，导热层贴合在绝缘板上面，具有良好的横向和纵向导热性，这种结构使热量可以有效的在电池组单元中的每个电池芯相互快速传导，因而在加热器停止加热工作后各个电池芯的热量继续传导，使各个电池芯的温差缩小；使用一段时间的电池模组内部的电池芯会有不同程度的老化，其内阻会变大，个别电池芯内阻变化幅度远远超过平均值，电池芯内阻越大在放电时产生的热量越多。因此在放电时每个电池芯的温度不同，此加热器中的导热层7和金属电极板5可以起到均衡电池单元中的电池芯的温度，使各个电池芯的温差缩小，因而本实用新型的加热器可作为无源的电池热传导装置，缩小各个电池芯之间的温差，从而提高电池的性能和寿命。表3为热传导试验的数据。
表3：停止加热后一小时的温度变化值，环境温度-20℃
本实用新型的加热器可提高整个电池组的抗振动、抗扭曲性能。因分布于每个电池模组单元间的导热层为柔性材料，可在电池组受到外力冲击时发挥一定的缓冲作用，使电池模组可承受更大的外力冲击，提高了电池模组的安全性；
虽然已经参照特定实施例示出并描述了本实用新型，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。
Claims (10)
1.一种PTC电池加热器，包括与加热供电系统连接的加热器(2)，其特征在于：所述加热器(2)包括用于绝缘的固定板(4)以及至少一个PTC发热元件(3)，所述PTC发热元件(3)设于固定板(4)上，所述固定板(4)的两侧表面上贴合有金属电极板(5)，所述PTC发热元件(3)的正极与其中一块金属电极板(5)表面接触，负极与另一块金属电极板(5)的表面接触，所述金属电极板(5)经导线与加热供电系统连接，在两块金属电极板(5)的外表面上设有至少一块用于绝缘的绝缘板(6)，绝缘板(6)与金属电极板(5)通过热压的方式相互贴合。
2.根据权利要求1所述的PTC电池加热器，其特征在于：所述绝缘板(6)的外侧表面设有起缓冲以及导热作用的导热层(7)。
3.根据权利要求1所述的PTC电池加热器，其特征在于：所述固定板(4)上设有与PTC发热元件(3)数量相等的容置孔(10)，所述容置孔(10)贯穿固定板(4)的两侧表面，PTC发热元件(3)设于固定板(4)的容置孔(10)内。
4.根据权利要求3所述的PTC电池加热器，其特征在于：所述绝缘板(6)由环氧树脂制成。
5.根据权利要求4所述的PTC电池加热器，其特征在于：所述固定板(4)由绝缘材料制成。
6.根据权利要求5所述的PTC电池加热器，其特征在于：所述绝缘材料为环氧树脂。
7.根据权利要求6所述的PTC电池加热器，其特征在于：所述PTC发热元件(3)设有多个，所述容置孔(10)也设有多个，相邻两个容置孔(10)之间均设有绝缘部(9)。
8.根据权利要求7所述的PTC电池加热器，其特征在于：所述固定板(4)的两侧表面的四周边缘分别设有凸起的围边(11)，使固定板(4)的两侧表面形成嵌入部(12)，所述金属电极板(5)、绝缘板(6)以及导热层(7)均嵌入到嵌入部(12)中。
9.根据权利要求1所述的PTC电池加热器，其特征在于：所述金属电极板(5)上设有延伸至加热器(2)外的引脚(8)，引脚(8)经导线与加热供电系统连接。
10.根据权利要求2所述的PTC电池加热器，其特征在于：所述导热层(7)为导热硅胶垫。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN109168202A (zh) * | 2018-08-21 | 2019-01-08 | 宿州国威热敏新材料有限公司 | 一种ptc加热器件及含有该ptc加热器件的电器 |
| CN109560351A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-04-02 | 江苏春兰清洁能源研究院有限公司 | 一种新能源汽车锂离子电池加热板 |
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2017
- 2017-08-08 CN CN201720993036.3U patent/CN207426083U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109168202A (zh) * | 2018-08-21 | 2019-01-08 | 宿州国威热敏新材料有限公司 | 一种ptc加热器件及含有该ptc加热器件的电器 |
| CN109168202B (zh) * | 2018-08-21 | 2024-05-24 | 宿州国威热敏新材料有限公司 | 一种ptc加热器件及含有该ptc加热器件的电器 |
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