CN210956923U - 一种具有加热功能的电动车用电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有加热功能的电动车用电池，包括动力电池、加热动力电池的加热系统，以及将动力电池与加热系统固定在一起的固定件，固定件设置在动力电池的外表面；加热系统可拆卸地设置在电池的外侧，且与电池的外侧通过固定件固定连接在一起。本实用新型的电池可以在外界环境温度或动力电池的温度过低时对动力电池进行加热，以避免动力电池在温度过低时进行充放电，从而优化了动力电池的性能，进而提升了电动车辆的续航里程；而且电池的加热系统采用直流低电压供电，迅速发热，热量均匀，电热转换效率高、安全可靠；而且加热系统抗弯折、耐揉搓，柔韧性好；加热系统的重量轻，不额外增加汽车的车承载重量，降低能耗。

Description

一种具有加热功能的电动车用电池

技术领域

本实用新型涉及一种车辆的动力电池，特别涉及一种电动车的可加热动力电池，属于车辆工程的动力电池技术领域。

背景技术

动力电池是指为各种工具提供动力来源的电源，多指为电动汽车、电动列车、电动自行车等提供动力的蓄电池，目前市场上各种电动车使用的动力电池类型多以锂电池为主。而锂电池对温度敏感，当温度低时电池可用电量会明显下降，这样会影响到车辆的动力性能和续航里程。动力电池的最佳使用温度为25℃左右，在此温度时，能达到最大的充放电功率。

目前市场上各种电动车使用的动力电池最适宜的工作温度为20～45℃，在冬季或严寒地区在0℃以下温度使用时，动力电池的放电性能、充电性能都受低温影响而大大下降，如铅酸电池在环境温度-5℃使用时，容量只有在环境温度25℃时容量的40％，从而就影响了电动车的续航里程，尤其是在环境温度比较低的时候，电动车将无法启动，这就影响了电动车使用的方便性能；目前市场上使用的几种电池在环境温度比较低的时候，在行车与充电过程中，电池的自身产生热量往往不足以维持电池组的温度，造成电池温度过低，特别是在室外停车较长时间时，电池温度往往降低到很低的温度，导致电池无论快充还是慢充都是效率低下。

目前主要采用环氧树脂加热板、硅橡胶铝板加热片、PTC金属加热片等为动力电池加热，但是这些加热装置都有不足之处，都是使用金属加热线作为加热源，金属加热线加热的面积比较小，使电池受热不均匀问题比较突出。另外，其发热膜的电热转换效率比较低，整个加热模块重量比较重，增加了整车的重量，从而增加了能耗。

因此，需要设计一种具有加热功能的动力电池，以避免动力电池在温度过低时进行充放电，优化动力电池的性能，同时提升了电动车辆的续航里程。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有动力电池存在的技术问题，提供一种具有加热功能的电动车用电池，在外界环境温度或动力电池的温度过低时对动力电池进行加热，以避免动力电池在温度过低时进行充放电，从而优化了动力电池的性能，进而提升了电动车辆的续航里程。

为实现上述目的，本实用新型一方面提供具有加热功能的电动车用电池，包括为电动车提供动力的动力电池、用于为动力电池提供热能，并为动力电池加热的加热系统，以及用于将动力电池与加热系统固定连接在一起的固定件，所述固定件设置在所述动力电池的外表面；所述加热系统可拆卸地设置在电池的外侧，且与电池的外侧通过固定件固定连接在一起。

其中，所述动力电池整体呈长方体型或正方体形；如果含有多个动力电池，则这些电池并行排列成电池组，并且依次串联，并行排列呈一个整体，形成的动力电池组通常为长方体型或正方体型。

特别是，所述动力电池选择锂电池或铅酸电池，放置在电动车的底板位置。

其中，所述固定件选择双面胶，优选为3M双面胶；固定件除了双面胶之外其它具有阻燃性能的双面胶均适用于本实用新型。

其中，所述加热系统包括：加热组件、加热电源和导线，其中：加热组件通过导线与加热电源相连接，加热电源为加热组件提供电能，使得加热组件发热，为电池加热。

特别是，所述加热组件通过固定件固定连接在所述动力电池的外表面。

尤其是，所述加热系统的加热组件固定连接在电池的1个或多个外表面上，通常固定连接在电池的多个外表面上的加热组件将电池包裹一周。

其中，所述加热组件为石墨烯加热膜，所述石墨烯发热膜，包括从下至上依次叠合在一起的聚酰亚胺基材膜、铜箔电路板、石墨烯膜、聚酰亚胺保护膜，电连接点位于铜箔电路板的两极。

特别是，所述加热组件的大小、形状与所述动力电池的外表面是大小、形状相匹配。

尤其是，所述聚酰亚胺基材膜、聚酰亚胺保护膜的厚度为8-135μm；所述石墨烯膜的厚度为5-120μm；所述铜箔电路板的厚度为30-150μm。

特别是，所述铜箔电路板是将超薄铜箔叠合在基材膜上后，利用菲林工艺，将线路蚀刻而成。

尤其是，所述铜箔电路板是将超薄铜箔叠合在基材膜上后，采用菲林，将线路板的线路依次通过曝光、显影、蚀刻的工艺步骤，最后将多余的铜箔清理干净而成。

其中，所述发热膜在铜箔电路板的两极连接导线，导线连接电源即可工作。

特别是，所述加热电源选择直流低压电源、移动电源、蓄电池、车载电源供电等，优选为蓄电池供电。

其中，加热电源设置在电动车的底板上。

其中，所述加热系统包括：加热组件、加热控制器、加热电源和导线，其中：加热组件通过导线与加热控制器相连接，加热控制器通过导线与加热电源相连接，加热电源为加热组件提供电能，使得加热组件发热，为电池加热。

特别是，加热组件、加热控制器、加热电源都采用USB接口，通过USB导线相连接，形成电流回路。

加热电源为加热组件提供能源，使其发热，发热的加热组件将热能直接传递给与之固定连接在一起的电池组，达到加热电池的目的

其中，所述加热控制器为温度控制电源开关，通过其开合、关闭为加热组件提供电能或关闭电能，同时调节电流的大小，控制加热组件的加热程度，加热温度的高低。

特别是，所述温度控制电源开关设有USB电源外接口。

尤其是，所述控制组件的一端通过USB数据线与加热电源连接，另一端通过USB数据线与加热组件连接。

特别是，所述加热控制器设置在电动车的控制仪表盘上。

其中，所述加热电源选择移动电源、交流电源、蓄电池或直流电源。

特别是，所述加热电源选择直流低压电源、移动电源(充电宝)、车载电源、蓄电池供电等，优选为蓄电池。

特别是，所述加热电源具有UBS接口，通过USB数据线与加热组件或控制组件相连接，为加热组件、控制组件提供电能。

加热组件通过USB数据线连接到电源的USB接口上。

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲。石墨烯具有非常好的热传导性能。石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”。

聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，耐高温达400℃以上，长期使用温度范围-200～300℃，无明显熔点，高绝缘性能，聚酰亚胺作为一种特种工程材料，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。聚酰亚胺具有十分优异的耐高温性、机械性能、电绝缘性能，因其在性能和合成方面的突出特点，不论是作为结构材料或是作为功能性材料，其巨大的应用前景已经得到充分的认识。

本发明就是将具有优良热传导性能的石墨烯膜与导电线路、高绝缘性的聚酰亚胺薄膜(PI膜)通过粘结剂复合粘结成超薄石墨烯加热膜，采用低电压直流供电，发热迅速，热量均匀，耐揉搓洗涤，柔韧性好，电绝缘性好，使用安全，实际施工操作简单，易于批量生产，可广泛应用于电动汽车所用的动力电池加热领域。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和好处：

市场上的电动汽车电池加热模块，多是采用电阻丝加热，基材多为环氧板等，发热不均匀，或使用电压高不安全，或柔韧性差、不耐弯折揉搓，且重量比较大，而采用本发明专利技术制成的发热膜，该发热模块只需要直流低电压供电，即可迅速发热，热量均匀，安全可靠，抗弯折耐揉搓，柔韧性非常好，重量轻。各项性能指标均优于市场上的其他种类的发热模块，制作成本低，材料环保安全，极易推广应用。

本实用新型的动力电池的发热膜，发热均匀迅速、抗弯折、耐揉搓、耐高温、柔韧性好，使用安全，发热膜超薄柔软，生产制作成本低，操作简单，易于大批量生产，安装方便，整个模组的重量也较轻，用在电动汽车上可适当减轻汽车的车承载重量，降低能耗。

附图说明

图1为本实用新型具有加热功能的电动车用电池示意图；

图2为图1中沿A-A线的剖视示意图；

图3为本实用新型动力电池的加热系统的结构示意图；

图4为本实用新型动力电池的加热组件石墨烯加热膜的结构示意图；

图5是本实用新型石墨烯加热膜内石墨烯膜、铜箔电路板的正面示意图；附图标记说明

1、电池；2、加热组件；21、石墨烯加热膜；211、聚酰亚胺基材膜；212、铜箔电路板；213、石墨烯膜；214、聚酰亚胺保护膜；3、加热控制器；4、加热电源；5、导线；6、固定件。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步描述本实用新型的有益效果，这些实施方式仅是范例性的，并不对本实用新型的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本实用新型的结构思路、使用范围下可以对本实用新型技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本实用新型的保护范围内。

如图1-5，本实用新型的具有加热功能的电动车用电池包括1个或多个动力电池1、加热系统和固定件6，其中：

动力电池整体呈长方体型或正方体形；为电动车提供动力；如果含有多个动力电池，则这些电池并行排列成电池组，并且依次串联，并行排列呈一个整体，形成的动力电池通常为长方体型或正方体型；本发明具体实施方式中以1个动力电池为例进行说明。

固定件为双面胶，其一面与电池的外表面固定粘接，其另一面与加热组件固定粘接，固定件将电池与加热组件固定连接在一起，将加热组件固定在电池的外表面；

加热系统包括：加热组件2、加热控制器3、加热电源4、导线5，其中：加热组件固定连接在电池的1个或多个外表面上，通常固定连接在电池的多个外表面上的加热系统将电池包裹一周，并且在加热系统上留有电池的输出、输入端穿过的位置，以利于加热系统能严密地将电池包裹在其内部；或者选择在电池的2-4个侧面粘接2-4个加热组件，给电池进行加热。

如图1、2，固定件可以粘接固定在电池的1个外表面上，图1中仅标识出动力电池、固定件和加热系统的加热组件，加热系统的加热控制器、加热电源、导线未示出；固定件可以在电池的1-6个表面上粘接固定，例如固定件粘接固定在电池6个表面上，即将电池的外表面全部包裹。固定件的形状和大小与电池的外表面的形状和大小相匹配。

加热系统可以从双面胶上撕下来，从而使得加热系统可拆卸地设置在电池的外侧，即加热系统可以从电池表面撕下来，进行相应的清洗或更换，方便使用。

电池选用现有电动车常用的动力电池，例如锂电池或铅酸电池。电池呈长方体型或正方体型，放置在电动车的底板位置；固定件选用为3M双面胶，其它具有阻燃性能的双面胶均适用于本发明。电池的外表面包裹加热系统的加热组件，加热组件与电池通过固定件双面胶固定连接在一起。

如图3，加热系统包括：加热组件2、加热控制器3、加热电源4、导线5，其中：加热组件通过导线与加热控制器相连接，加热控制器通过导线与加热电源相连接，加热电源为加热组件提供电能，使得加热组件发热，为电池加热。

加热组件、加热控制器、加热电源都采用USB接口，通过USB导线相连接。

加热组件、加热控制器与加热电源通过导线(本实用新型中选用USB数据线)连接，组成电流回路，为加热组件提供能源，使其发热，发热的加热组件将热能直接传递给与之固定连接在一起的电池组，达到加热电池的目的。

加热系统通过固定件可拆卸地设置在电池的外侧，与电池的外表面固定连接，用以给电池加热；加热电源为加热组件提供电能，使得加热组件发热，将热量传递给电池，加热电池。

加热控制器为温度控制电源开关，通过其开合、关闭为加热组件提供电能或关闭电能，同时调节电流的大小，控制加热组件的加热程度，加热温度的高度。

本实用新型另一具有加热功能的电动车用电池的加热系统包括加热组件、加热电源和导线，不包括加热控制器，也适用于本实用新型。

加热组件2为石墨烯加热膜21，即石墨烯加热膜可拆卸的粘接在固定件的表面。加热控制器3通过导线(通常为UBS数据线)与加热组件、加热电源相连接，控制器的一端通过导线与所述加热组件可拆卸地连接，另一端通过导线与所述加热电源可拆卸地连接。

加热控制器设置在电动车的仪表控制盘处，方便驾驶员进行操控；加热电源设置在电动车的底板位置。加热组件、加热控制器和加热电源通过导线共同组成电流回路，将电能转换成热能，为电动车的动力电池加热。

石墨烯加热膜21通过导线与加热电源或加热控制器的USB接口相连接，

与石墨烯加热膜的铜箔电路板相连接的导线与安置在电动车的控制表盘上的加热控制器相连，然后再与加热电源相连接，将电能供给石墨烯发热膜，使得石墨烯发热膜通电后迅速发热，从而起到加热电池的功效。

如图4，加热组件石墨烯加热膜包括聚酰亚胺基材膜211、铜箔电路板212、石墨烯膜213、聚酰亚胺保护膜214，所述聚酰亚胺基材膜、铜箔电路板、石墨烯膜、聚酰亚胺保护膜从下至上依次叠合在一起，即聚酰亚胺保护膜、石墨烯膜、铜箔电路板从上至下依次固定在聚酰亚胺基材膜上，形成一体结构。

聚酰亚胺基材膜、聚酰亚胺保护膜的厚度均为8-135μm。所述石墨烯膜的厚度为5-120μm，石墨烯膜可以是采用化学气相沉积法制备而成，也可以采用将石墨烯涂料喷涂或丝印在基材上，然后于烘箱中烘烤、固化而成。

聚酰亚胺膜(PI膜)具有突出的耐高温、耐辐射、耐化学腐蚀和电绝缘性能，可在-200～300℃空气中长期使用。用聚酰亚胺薄膜做保护膜可以有极强的柔韧性和绝缘安全性。发热模块可以做到通电情况下弯折，揉搓，浸泡水都不会出现功能不良。石墨烯膜通过涂布、凹辊、凹版、丝印等方式叠合在所述聚酰亚胺基保护膜上。

本实用新型的石墨烯加热膜中优先选用聚酰亚胺膜(PI膜)，也可以选用PET膜、PE膜、PVC膜、PP膜等薄膜作为基材和绝缘保护膜。

铜箔电路板是将超薄铜箔叠合在基材膜上后，利用菲林工艺，将线路蚀刻而成；即将超薄铜箔叠合在PI薄膜基材膜上后，采用菲林，将线路板的线路依次通过曝光、显影、蚀刻的工艺步骤，最后将多余的铜箔清理干净而成。具体如下：

铜箔线路板层通过常规的柔性线路板制作工艺制得，即将铜箔贴合在聚酰亚胺膜上，通过曝光、显影、蚀刻、表面处理等工序制得。

常规的柔性线路板制作工艺流程是：开料→钻孔→贴干膜→对位→曝光→显影→蚀刻→脱膜→表面处理→贴覆盖膜→压制→固化→表面处理→沉镍金→印字符→剪切→电测→冲切→终检→包装→出货。

在印制电路板通过电脑设计完成后，即可绘制照相底图。

用照相的方法对照相底图拍照以得到照相底片，照相底片要按比例缩小(用绘制照相底图相反的比例)，以得到设计所规定的印制图形尺寸。

照相的工艺流程：对光→曝光→显影→定影→水洗→晾干→修复；

然后用光化学法进行图形转移，就是将电路图形由照相底片转移到印制板上去。通常先在板的有铜箔面，浸渍涂覆一层光敏抗蚀剂，然后把照相底片放在上面进行曝光，然后进行显影，使抗蚀剂形成的线路图保留下来，而板面上其余的抗蚀剂都被洗掉。

蚀刻是将涂有抗蚀剂并经感光显影后的印制电路板上未感光部分的铜箔腐蚀掉，在印制电路板上留下所需的电路图形的过程。

蚀刻的工艺流程是：预蚀刻→蚀刻→水洗→浸酸处理→水洗→干燥→去抗蚀膜→热水洗→冷水冲洗→干燥(吹干或晾干)→修板。

铜箔电路板的功率根据石墨烯加热膜的方阻和发热尺寸而设计，铜箔电路板的尺寸大小，形状与石墨烯加热膜的石墨烯膜尺寸大小、形状相匹配，铜箔电路板的厚度为30-150μm。

石墨烯加热膜中的铜箔电路板层上的两个电极通过导线与电源相连接，形成电流回路，电流通过铜箔电路板，使石墨烯加热膜被加热，均匀发热，其表面辐射热量。

铜箔电路板212的制作：根据石墨烯加热膜的方阻和发热尺寸的设计要求设计线路，再用超薄铜箔(厚度大约是30-150μm)贴合到带胶聚酰亚胺膜(基材膜)上，然后制作菲林曝光出线路图，然后将多余的铜箔蚀刻并彻底清理干净。

石墨烯膜213的制备：将石墨烯粉体配合特定的助剂和树脂调配成浆料，再将浆料涂布成均匀厚度的薄膜烘干收卷。

将石墨烯膜模切后，贴合到涂布了粘接剂的铜箔电路板上。

将聚酰亚胺保护膜贴合在石墨烯膜上，在做好的电路表面再覆盖一层带胶的聚酰亚胺膜保护膜，并镂空出电极区域，制成加热组件(即石墨烯加热膜)，并且加热组件采用USB接口，通过USB导线与控制器、电源相连接。

制备的加热组件(石墨烯加热膜)的形状和大小与电池的外表面的形状和大小相匹配。

将加热系统的加热组件中的石墨烯加热膜粘接在固定件双面胶的表面，通过导线(USB数据线)一端与石墨烯加热膜中的铜箔电路板层上的电极相连(如图5)，另一端与加热电源接通，形成电流回路，电流通过铜箔电路板，为加热组件供电，使石墨烯加热膜被加热，均匀发热，辐射热量；不使用或需要清洗时，关闭电源，拔出导线(即USB数据线)，从固定件上撕下石墨烯加热膜即可。

加热控制器通过导线连接加热电源与加热组件，对加热组件进行供电或断电，控制加热组件发热或停止发热，为电池加热或停止加热。

加热控制器为具有通电、断电和温度调节功能的温度控制电源开关，起到接通或关闭电源，对加热组件进行供电或断电，通电过程中使加热组件迅速发热，并在加热过程中进行温度高低的调节。

其一端通过导线与所述加热组件石墨烯加热膜21相连接，即与石墨烯加热膜的铜箔电路板的两极相连，其另一端通过导线与所述加热电源4相连接。与加热电源和控制组件相连接的导线的两端均设置有插头(本实施例中使用USB插头)。通过插头分别与控制组件插孔和电源插孔通过插接方式进行连接。

加热电源设置在电动车的底板位置上；加热控制器设置在电动车的控制表盘上。与石墨烯加热膜的铜箔电路板相连接的导线与安置在电动车的控制表盘上的加热控制器相连，然后，再与加热电源相连接，通过加热控制器的开关，将电能供给石墨烯发热膜，使得石墨烯发热膜通电后迅速发热，从而起到加热电池的功效。

在用车过程中，当电池温度低于5℃时，加热控制器接通电源，为加热组件供电，加热；当电池温度达到或高于25℃时，加热控制器与电源断开，切断为加热组件供电。

具有通电、断电和温度调节功能的温度控制电源开关均适用于本实用新型。

设置在电动车底板上的加热电源4选择蓄电池为加热组件供电，蓄电池设置在电动车的底板上，加热电源除了蓄电池之外，其他如直流低压电源、交流电源、移动电源、车载电源均适用于本发明。

加热电源的插口与USB接口相连接。

所述加热组件通过USB数据线与温度控制电源开关相连接，温度控制电源开关通过USB数据线与电源相连接。

所述加热电源设置在电动车的底板位置，通过USB数据线直接接通后再通过导线相连接，且通过USB数据线将控制组件与加热组件相连接，为加热组件供电。

电源可以选择直流低压电源、移动电源、蓄电池、车载电源供电等。本实用新型动力电池中的电源优先选择蓄电池。

本实用新型具有加热功能的用于电动车的动力电池的工作原理如下：

本实用新型通过固定在电池外表面的固定件双面胶将加热系统的加热组件石墨烯加热膜固定在电池的外表面，加热组件石墨烯发热膜的铜箔电路板的两极与加热控制器相连接的导线相连接，加热控制器提供导线与加热电源相连，通过加热控制器的开关作用(即通断电)为加热组件供电，是加热组件石墨烯发热膜发热，从而为电池提供热能，起到加热电池的功效。

用车过程中，当电池温度低于5℃时，接通加热控制器与电源的线路，加热电源通过控制组件为加热组件提供电能，加热组件石墨烯加热膜将电能转换成热能，为电动车的电池提供热源，对电池进行加热；当电池温度达到或高于25℃时，加热控制器与电源断开，切段为加热组件供电。

使用结束后或高温天气，不需要加热时，关闭电源，将加热组件从电池的表面撕下，将控制组件和电源、导线与电池分开即可。

新能源汽车使用的锂电池在低温下不能直接工作，需要把电池加热到5℃以上，否则会极大的影响电池的使用寿命和使用性能，温度影响着电池的充放电能力，极大的影响续航。当环境温度低于5℃时，需要对汽车锂电池组进行加热，按动加热控制器的开关按钮，接通加热电源和锂电池组外表面包覆的石墨烯加热模组，使石墨烯加热膜组通电发热，一般石墨烯加热膜升温迅速，几分钟至十几分钟就可以使电动车上的锂电池组温度上升，就可以进行启动行驶。

本发明上述实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种具有加热功能的电动车用电池，包括为电动车提供动力的动力电池、用于为动力电池提供热能，并加热动力电池的加热系统，以及用于将动力电池与加热系统固定连接在一起的固定件，其特征是，所述固定件设置在所述动力电池的外表面；所述加热系统可拆卸地设置在电池的外侧，且与电池的外侧通过固定件固定连接在一起。

2.如权利要求1所述的电动车用电池，其特征是，所述固定件选择双面胶。

3.如权利要求1所述的电动车用电池，其特征是，所述加热系统包括：加热组件、加热电源和导线，其中：加热组件通过导线与加热电源相连接，加热电源为加热组件提供电能，使得加热组件发热，为电池加热。

4.如权利要求1所述的电动车用电池，其特征是，所述加热系统包括：加热组件、加热控制器、加热电源和导线，其中：加热组件通过导线与加热控制器相连接，加热控制器通过导线与加热电源相连接，加热电源为加热组件提供电能，使得加热组件发热，为电池加热。

5.如权利要求3或4所述的电动车用电池，其特征是，所述加热组件通过固定件固定连接在所述动力电池的外表面。

6.如权利要求3或4所述的电动车用电池，其特征是，所述加热组件为石墨烯加热膜，所述石墨烯发热膜，包括从下至上依次叠合在一起的聚酰亚胺基材膜、铜箔电路板、石墨烯膜、聚酰亚胺保护膜，电连接点位于铜箔电路板的两极。

7.如权利要求6所述的电动车用电池，其特征是，所述加热组件的大小、形状与所述动力电池的外表面的大小、形状相匹配。

8.如权利要求4所述的电动车用电池，其特征是，所述加热控制器为温度控制电源开关，通过其开合、关闭为加热组件提供电能或关闭电能。

9.如权利要求1或2所述的电动车用电池，其特征是，所述动力电池选择锂电池或铅酸电池。

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