CN108365141A - 具有加热功能的电池模块、电池温控***及温控方法 - Google Patents

具有加热功能的电池模块、电池温控***及温控方法 Download PDF

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Abstract

一种具有加热功能的锂电池模块，包括，正极汇流排、正极支架、柔性发热膜、锂电池组、负极支架、负极汇流排、发热膜电源线；锂电池组为多个锂电池的组合；正极汇流排和负极汇流排分别与锂电池组中锂电池的正极、负极相连接，用于汇总输送锂电池组中多个锂电池电芯正、负极电流；正极支架和负极支架用于支撑和固定锂电池组中的锂电池；柔性发热膜呈S形依次穿过锂电池组的每行或每列锂电池之间的间隙，缠绕紧贴于锂电池表面，以保证锂电池组良好的均温性；柔性发热膜发热时，与其紧密接触的每个锂电池被加热，从而使锂电池组被加热。该锂电池模块与其他功能模块一起组成电动汽车的电池温控***，实现自动判定是否需要加热和加热至预定温度。

Description

具有加热功能的电池模块、电池温控***及温控方法
技术领域
本发明属于新能源汽车电池应用技术领域，具体涉及一种具有加热功能的电池模块、电动汽车中的电池温控***及温控方法。
背景技术
新能源汽车在环境和能源问题日益突出的今天，越来越受到政府和汽车用户群体的关注和重视。
但电池加热一直是困扰新能源汽车行业的一个难题，受电池特性的约束，冬天低温充放电时，需要将电池的温度维持在一定温度之上，保证动力电池工作在最佳的温度，就需要加装加热装置，如果新能源电动汽车未带有效的电池加热***，将很难在高寒地区推广使用。
为了解决这个问题，目前主要是在原有电池***的基础上增加加热***装置，如电热丝、PTC材料加热、循环水加热等，这些方案共同的缺点是增加了整车成本、占用了整车有限的布置空间、增加了整车重量及能耗。传统电池热传递方式多采用空气传递热交换方式，温升慢，效率低，加热不均；或者采用灌胶形式，成本高，维修性差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种低温加热快、均热性好、成本低、重量轻和不占用空间的具有加热功能的电池模块，并以此为基础提供一种电动汽车的电池温控***和温控方法，本发明以柔性印刷发热膜作为关键的传热元件，结构简单、温控方便、安全可靠、发热快、经济实用，并且几乎不占用空间。
本发明的技术方案是，一种具有加热功能的电池模块，它包括，正极汇流排、正极支架、柔性发热膜、电池组、负极支架、负极汇流排、发热膜电源线；所述电池组为多个电池的组合；所述正极汇流排与电池组中电池的正极相连接，用于汇总输送电池组中多个电池电芯正极电流；所述负极汇流排与电池组中电池的负极相连接，用于汇总输送电池组中多个电池电芯负极电流；所述正极支架和负极支架用于支撑和固定电池组中的电池；所述柔性发热膜呈S形依次穿过电池组的每行或每列电池之间的间隙，缠绕紧贴于电池表面，以保证电池组良好的均温性；所述柔性发热膜发热时，与其紧密接触的每个电池被加热，从而使电池组被加热。
进一步的，本发明的电池组为锂电池组，本发明的电池可以选用锂电池，也可以选用镍氢电池，因为电动汽车多为锂电池，所以本发明的电池优选锂电池，更优选18650型或26650型等圆柱形锂电池进行组合成电池组。
进一步的，本发明锂电池模块的柔性发热膜为电发热膜，因此本发明的锂电池模块还包括发热膜电源线，发热膜电源线的一端连接柔性发热膜的供电端口，另一端在柔性发热膜需要被加热时连接供电电源，使柔性发热膜通电被加热。
更进一步的，上述锂电池组中的锂电池呈整齐的行列分布；所述柔性发热膜呈S形依次缠绕于锂电池组每行或每列的锂电池上，与每个单颗锂电池都能紧密接触，以将热量直接传递到锂电池表面。
更进一步的，上述正极汇流排和负极汇流排均由紫铜和纯镍材料制作而成，呈网状结构，周边端面为倒圆角处理以防止割手，与锂电池组的锂电池的正、负极通过电阻焊或激光焊的方式连接。
更进一步的，上述柔性发热膜为柔性印刷发热膜，它包括柔软基体材料、发热丝和绝缘密封保护层；所述发热丝通过计算机辅助设计、曝光蚀刻在柔软基体材料表面上；所述绝缘密封保护层设置在设置有发热丝的柔软基体材料表面，用于密封和保护设置有发热丝的柔软基体材料。
上述绝缘密封保护层可以通过两种方式在柔软基体材料外面形成：一是由混合浇注覆盖在设置有发热丝的柔软基体材料表面上的高分子预聚体和固化剂的硫化或室温固化形成；二是由高分子片材绝缘保护层涂上橡胶胶粘剂后压贴在表面设置有发热丝的柔软基体材料表面而形成。
更进一步的，上述柔性发热膜的厚度小于0.25mm，绝缘电阻≥5MΩ。
本发明还提供了一种电动汽车中电池温控***，它包括：上述的锂电池模块、温度传感模块、主控模块；所述主控模块分别与锂电池模块、温度传感模块、还有电动汽车的启动***和充电***相连接以进行信息互送，并设有第一预设温度和第二预设温度；一旦所述主控模块监测到电动汽车的启动***或充电***开启，即开始与所述温度传感模块和锂电池模块进行信息和指令互送；所述温度传感模块用于根据所述主控模块的指令测量所述锂电池模块中锂电池组的温度，并将所得结果传输给所述主控模块；所述锂电池模块的柔性发热膜的供电端口根据所述主控模块的指令开启或关闭。
本发明还提供了电动汽车的电池温控方法，它利用上文所述的电池温控***，包括以下步骤：
S1，电动汽车的启动系开启或充电***开始充电，主控模块发送指令给温度传感模块，温度传感模块开始工作并实时检测锂电池组的温度，主控模块根据温度传感器传来的数据分析判定是否低于第一预设温度，若是，进入步骤S2，若否，进入步骤S5；
S2，主控模块控制接通柔性发热膜(3)的供电端口与供电电源的连接，柔性发热膜(3)开始最大功率的发热；
S3，主控模块根据温度传感器的实时数据，调整柔性发热膜(3)的供电电流，温度越接近第二预设温度，供电电流越小，以保持锂电池组(4)恒温；
S4，锂电池组(4)达到所述第二预设温度，主控模块控制断开柔性发热膜(3)的供电端口与供电电源的连接，停止加热；一旦锂电池组(4)温度低于第一预设温度，重新进入步骤S2；第二预设温度高于第一预设温度；
S5，报警解除，控制***或充电***进入正常工作模式。
可以看出，本发明的具有快热功能的锂电池模块，由圆柱形锂电池组成的组、柔性印刷发热膜、正极塑料支架，负极塑料支架、正极汇流排、负极汇流排组成。通过发热膜的特定排布，与每颗单体电池都能紧密接触到，热源直接传递到电池表面。设计成电动汽车的温控***后，通过温度传感模块检测电池的温度，当电池加热到预定温度时，切断发热膜电源。
本发明的优点是：结构简单，发热快、加热一致性好、不占用空间、重量轻、安装制造方便，节省成本。通过选用适宜功率大小的发热膜，合理的温度设定，特定的排布方式，适用并兼容目前大部分锂电池模块，满足电池密封、防水的要求，应用范围广。
附图说明
从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：
图1为本发明实施例的具有加热功能的锂电池模块的结构示意图；
图2为本发明实施例的具有加热功能的锂电池模块的***式结构组成示意图；
图3为本发明实施例的电动汽车中电池温控***的加热控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。这里，需要注意的是，在附图中，将相同的附图标记赋予基本上具有相同或类似结构和功能的组成部分，并且将省略关于它们的重复描述。
实施例1
一种电动汽车中的电池温控***，包括具有加热功能的锂电池模块、主控模块、温度传感模块；
其中，具有加热功能的锂电池模，如附图1和2所示，包括正极汇流排1，正极塑料支架2，柔性印刷发热膜3，圆柱形锂电池4，负极塑料支架5，负极汇流排6，发热膜电源线7；
所述正极汇流排1的材质为紫铜加纯镍，为网状结构，截面为圆角倒角，厚度为0.5～1.5mm，根据所需载流量选择合适的厚度，在对应位置用电阻焊或激光焊的方式焊接到电芯4的正极端，起到汇总输送多个电芯正极电流的作用；
所述正极塑料支架2和负极塑料支架5为圆柱形电池支架，采用高强度防爆材料，边缘带有卡槽，可以拼接处任意尺寸，配合牢固，可承受高跌落，高强度支撑，易于散热，组合方便，规格固定，组合随意，起到支撑和固定电芯的作用。
所述柔性印刷发热膜3内部发热丝经过计算机辅助设计，曝光蚀刻，整个面温差基本小于3度，在发热丝的基体材料表面固定绝缘保护层，可采用将高分子预聚体与固化剂混合浇注覆盖在有发热丝的基体材料表面上进行硫化或室温固化，而形成结合牢固的绝缘密封保护层，或者是按形状、尺寸预制好的高分子片材绝缘保护层，涂上橡胶胶粘剂后压贴在发热丝的基体材料表面，形成结合牢固的绝缘保护层，发热丝固着在柔软基体材料上，总厚度一般控制在0.25mm以内，可弯折，使用寿命长(≥8000小时)，绝缘安全性好(绝缘电阻≥5MΩ)，其重量在电池模块被几乎可以忽略不计；
所述柔性印刷发热膜3可预制成不同宽度、长度、厚度和形状，宽度与圆柱形锂电池4的型号适配，长度与圆柱形锂电池4的数量和排列方式适配，厚度与塑料支架的类型相适配。柔性印刷发热膜3的卷绕方式参考图3，起始端压入***圆柱形锂电池4的底部，并用专用胶粘牢，柔性印刷发热膜3延伸至圆柱形锂电池4顶部进行折弯后穿过第二列圆柱形锂电池4，通过S形放置于圆柱形锂电池4之间的间隙，依次缠绕紧贴于电池表面,保证电池组良好的均温性。最后引出两根正负极发热膜电源线7，连接于供电端口，电压等级一般为12V或24V。
所述圆柱形锂电池4可为18650型或26650型等圆柱形锂电池，具有单体能量密度高，重量轻，寿命长，易于组装等特点，根据所需容量可自由排列组合。
所述负极汇流排6的材质为紫铜加纯镍，为网状结构，截面为圆角倒角，厚度为0.5～1.5mm，根据所需载流量选择合适的厚度。在对应位置用电阻焊或激光焊的方式焊接到电芯4的负极端。起到汇总输送多个电芯负极电流的作用。
所述发热膜电源线7是柔性印刷发热膜3的供电端口，线材一般为铁氟龙线，可根据实际需求压接端子，与控制电源相接，电压等级可为12V、24V等，功率可定制，以满足温升速率要求为准。还可嵌入保险丝，防止电流过大损伤发热膜；
上述组件安装成具有加热功能的锂电池模的过程为：
实施时，将负极塑料支架5放置在专用工装上，操作人员只需将圆柱形锂电池4负极朝下逐个放入负极塑料支架5上的装配孔内，当所有装配孔均被填满时，将柔性印刷发热膜7***装配孔之间的间隙，并处理好发热膜的首尾端，在将正极塑料支架2的安装孔套入圆柱形锂电池正极，随后压紧，随后整体置于点焊机上，将正负汇流,1点焊到锂电池正负极，最后检查焊点并注塑封装，即成一个带加热功能的标准锂电池模块。
经试验，在标准锂电池模块内嵌入特制的柔性发热膜，并将发热膜通过特定的方式排布缠绕，相比传统加热方法，实测加热速率快50％以上、加热更均匀，同时在重量、体积等方面具有极大优势。
上述具有加热功能的锂电池模块与主控模块、温度传感模块一起组成电动汽车的电池温控***：主控模块分别与锂电池模块、温度传感模块、还有电动汽车的启动***和充电***相连接以进行信息互送，并设有第一预设温度和第二预设温度；一旦所述主控模块监测到电动汽车的启动***或充电***开启，即开始与所述温度传感模块和锂电池模块进行信息和指令互送；所述温度传感模块用于根据所述主控模块的指令测量所述锂电池模块中锂电池组的温度，并将所得结果传输给所述主控模块；所述锂电池模块的柔性发热膜的供电端口根据所述主控模块的指令开启或关闭。
实施例2
电动汽车中的电池温控方法，利用实施例1的电池温控***，如附图3所示，包括以下以下步骤：
S1，车辆启动或充电器通电开始充电，检测电池温度是否低于预设温度1，若是，进入步骤S2，若否，进入步骤S5；
S2，主控芯片控制接通发热膜电源，发热膜开始最大功率的发热；
S3，主控芯片根据温度传感器的实时数据，调整发热膜的供电电流，温度越接近预设温度2，供电电流越小，以保持电池恒温；
S4，电池达到所述预设温度2，主控芯片控制断开发热膜的电源，停止加热；一旦电池温度低于预设温度1，重新进入步骤S2；预设温度2需高于预设温度1；
S5，报警解除，控制***或充电***进入正常工作模式。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种具有加热功能的电池模块，其特征在于，它包括，正极汇流排(1)、正极支架(2)、柔性发热膜(3)、电池组(4)、负极支架(5)、负极汇流排(6)、发热膜电源线(7)；
所述电池组(4)为多个电池的组合；
所述正极汇流排(1)与电池组(4)中电池的正极相连接，用于汇总输送电池组(4)中多个电池电芯正极电流；
所述负极汇流排(6)与电池组(4)中电池的负极相连接，用于汇总输送电池组(4)中多个电池电芯负极电流；
所述正极支架(2)和负极支架(5)用于支撑和固定电池组(4)中的电池；
所述柔性发热膜(3)呈S形依次穿过电池组(4)的每行或每列电池之间的间隙，缠绕紧贴于电池表面，以保证电池组(4)良好的均温性；
所述柔性发热膜(3)发热时，与其紧密接触的每个电池被加热，从而使电池组(4)被加热。
2.如权利要求1所述的具有加热功能的电池模块，其特征在于，还包括发热膜电源线(7)，发热膜电源线(7)的一端连接柔性发热膜(3)的供电端口，另一端在柔性发热膜(3)需要被加热时连接供电电源，使柔性发热膜(3)通电被加热。
3.如权利要求2所述的具有加热功能的电池模块，其特征在于，所述电池组(4)中的电池呈整齐的行列分布；所述柔性发热膜(3)呈S形依次缠绕于电池组(4)每行或每列的电池上，与每个单颗电池都能紧密接触，以将热量直接传递到电池表面。
4.如权利要求2所述的具有加热功能的电池模块，其特征在于，所述正极汇流排(1)和负极汇流排(6)均由紫铜和纯镍材料制作而成，呈网状结构，周边端面为倒圆角处理以防止割手，与电池组(4)的电池的正、负极通过电阻焊或激光焊的方式连接。
5.如权利要求2所述的具有加热功能的电池模块，其特征在于，所述柔性发热膜(3)为柔性印刷发热膜，它包括柔软基体材料、发热丝和绝缘密封保护层；
所述发热丝通过计算机辅助设计、曝光蚀刻在柔软基体材料表面上；
所述绝缘密封保护层设置在设置有发热丝的柔软基体材料表面，用于密封和保护设置有发热丝的柔软基体材料。
6.如权利要求5所述的具有加热功能的电池模块，其特征在于，所述绝缘密封保护层由混合浇注覆盖在设置有发热丝的柔软基体材料表面上的高分子预聚体和固化剂的硫化或室温固化形成。
7.如权利要求5所述的具有加热功能的电池模块，其特征在于，所述绝缘密封保护层由高分子片材绝缘保护层涂上橡胶胶粘剂后压贴在表面设置有发热丝的柔软基体材料表面而形成。
8.如权利要求6或7所述的具有加热功能的电池模块，其特征在于，所述柔性发热膜(3)的厚度小于0.25mm，绝缘电阻≥5MΩ。
9.如权利要求1所述的具有加热功能的电池模块，其特征在于，所述电池组(4)为锂电池组。
10.一种电动汽车中电池温控***，其特征在于，它包括：如权利要求1-9中任一权利要求所述的电池模块、温度传感模块、主控模块；
所述主控模块分别与电池模块、温度传感模块、还有电动汽车的启动***和充电***相连接以进行信息互送，并设有第一预设温度和第二预设温度；
一旦所述主控模块监测到电动汽车的启动***或充电***开启，即开始与所述温度传感模块和电池模块进行信息和指令互送；
所述温度传感模块用于根据所述主控模块的指令测量所述电池模块中电池组(4)的温度，并将所得结果传输给所述主控模块；
所述电池模块的柔性发热膜(3)的供电端口根据所述主控模块的指令开启或关闭。
11.一种电动汽车中电池温控***的加热控制方法，其特征在于，它利用如权利要求10所述的电池温控***，包括以下步骤：
S1，电动汽车的启动系开启或充电***开始充电，主控模块发送指令给温度传感模块，温度传感模块开始工作并实时检测电池组的温度，主控模块根据温度传感器传来的数据分析判定是否低于第一预设温度，若是，进入步骤S2，若否，进入步骤S5；
S2，主控模块控制接通柔性发热膜(3)的供电端口与供电电源的连接，柔性发热膜(3)开始最大功率的发热；
S3，主控模块根据温度传感器的实时数据，调整柔性发热膜(3)的供电电流，温度越接近第二预设温度，供电电流越小，以保持电池组(4)恒温；
S4，电池组(4)达到所述第二预设温度，主控模块控制断开柔性发热膜(3)的供电端口与供电电源的连接，停止加热；一旦电池组(4)温度低于第一预设温度，重新进入步骤S2；第二预设温度高于第一预设温度；
S5，报警解除，控制***或充电***进入正常工作模式。
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