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電熱膜在動力電池中有哪些應用
發布日期 : 2020-04-26 16:14:23
  1、電動轎車的一般加熱辦法電動轎車其時比較常用的加熱辦法,一大類型是與冷卻系統復合在一同的制熱功用,比方熱泵空調,熱管、相變材料等等,這種制熱系統中,加熱進程以制冷的逆進程方式出現,制冷制熱底子在一個系統內部進行,靠控制器和系統作業期間的物理、化學等特點完結制冷制熱的切換,不承認這個系統的專業稱謂是什么,這兒暫時給它起個姓名,一體化熱辦理系統。另一種加熱辦法,專門針對電動轎車在嚴寒環境下作業的需求規劃,是一套獨立的加熱設備,與制冷無關,咱們暫時稱之為獨立制熱系統。

  其時運用的獨立制熱系統,首要有電阻加熱器和電熱膜加熱兩大類。本文首要談論電熱膜加熱方案的相關內容。

  2、電熱膜種類及作業原理傳統加熱膜,首要在建筑工作運用,用作蔭蔽供暖系統,將電熱膜預埋到墻面或許地板下面,嚴寒時節,通電后給空間加熱。比較于傳統的集中式暖氣,加熱膜能夠更均勻的加熱空間,帶來更舒適的體驗。

  詳細到電熱膜在電動轎車上的運用,是最近幾年逐步被提及的作業。相關標準還沒有發現,能夠參看的都仍是建筑工作、家用電器工作的標準?!禞GJ 319-2013 低溫輻射電熱膜供暖系統運用技術規程》和《JGT 286-2010 低溫輻射電熱膜》。

  電熱膜分類,依照電熱膜封裝材料不同劃分,金屬電熱膜、無機電熱膜(包含炭纖維電熱膜、油墨電熱膜等)和高分子電熱膜。

  金屬電熱膜,是第一代薄膜加熱產品,選用氣相生長等成膜技術,將導電的金屬質料附著到絕緣質料上,然后在金屬層外表再覆蓋一層絕緣材料,將金屬層嚴密包裹在里面,構成薄片狀導電膜。通電后,金屬內阻發熱,構成電熱效應。常用的金屬電熱材料有銅和鎳,不同的材料有不同的電阻率,不同的作業電壓和發熱功率,不同金屬質料合作不同的電路規劃,滿足不同的用戶參數要求。不同金屬質料的選擇,也會直接影響電熱膜的造價。

  無機電熱膜,無機指的是導電材料為無機物,比方石墨、SiC、SiO2、導電油墨、炭纖維和其他導電硅酸鹽等等。無機電熱膜,將上述無機導電物質與阻燃劑、成膜劑等輔料混合到一同,一同涂抹到絕緣基材上,構成導電膜。給加熱膜兩頭加載電壓,導電層實踐上是一層半導體,將電能轉化成熱能。

  需求闡明的是,一部分無機導電材料常溫下是脆性物質,比方SiO2是玻璃的首要成分,此類電熱膜需求涂覆在剛性基材上,作為板型材料運用。而別的一部分表現為柔性,比方導電油墨和炭纖維。無機物耐高溫,壽數長,易于取得,是一類功用優異的加熱器材??墒菬o法彎折,變形困難是限制無機電熱膜運用的重要原因。柔性的無機物電熱膜能夠得到更為廣泛的運用。

  高分子電熱膜,是在有機材料中加入導電粒子,加工成薄膜材料后封裝,或許把導電材料涂抹在絕緣材料基底上,制成有機導電膜,再用高分子絕緣材料封裝。一般作業溫度沒有無機電熱膜高。有機電熱膜類別里,硅膠加熱膜、聚酰亞胺加熱膜、PET加熱膜,都歸于運用比較廣的品類。

  羅列幾個典型的加熱膜參數表:

  一種聚酯膜:

  一種聚酰亞胺膜:

  一種硅橡膠加熱膜:

  3 電熱膜在動力電池包中的運用電熱膜在動力電池包中的運用,是近兩年談論較多的一個問題。加熱膜的高效率和出色的空間運用效果,使得電熱膜在空間極為有限的動力電池包內有著極大的優勢。

  電動轎車用電加熱膜產品參數示例:

  但電熱膜并沒有在路途車輛上很多運用的先例,關于他的安全性和可靠性,還需求進一步調查。參照建筑工作標準,并增加考慮轎車運用環境的影響要素,關于電熱膜安全性要求,下面幾個方面應該是比較要點的項目。

  絕緣性,泄露電流和電氣強度。加熱膜不是貼合在電池上,便是粘貼在傳熱才干強的金屬外表,其絕緣功用是第一個需求考慮的問題。一般絕緣功用,用檢測泄露電流和介電強度的辦法來衡量。

  功率輸入誤差,作為一個發熱元件,功率控制的準確性直接影響系統對環境溫度的掌控才干。家電工作的薄膜加熱產品標準,要求其輸入功率誤差在-10%~5%之間。

  干燒耐溫才干,指給加熱膜通電,在安穩抵達最高耐熱溫度往后,履歷了一段時刻,產品的外觀和結構不會遭到損壞,絕緣功用沒有大的改動,冷態電阻阻值改動在必定規劃以內。

  耐高溫,加熱膜環境溫度抵達必定高溫往后,放置必定長度的時刻,加熱膜的底子功用不發生改動。加熱膜能夠處于正常作業情況時,或許斷電放置情況時。

  耐低溫,與耐高溫相似,需求定義一個低溫規劃。

  冷熱交變,又叫溫度沖擊,高分子質料或許無機物,在反復快速履歷高低溫的循環改動往后,加熱膜要害功用改動應該在必定規劃以內。

  耐沖擊,路途車輛的重要器材,都必須具備耐沖擊才干。進一步的,考慮到加熱膜,最好調查期作業設備情況的耐沖擊功用。

  耐振動,情形相似耐沖擊才干。

  阻燃性,也是車輛質料的一個底子要求,特別電動轎車,一般要求V0級。

  4 電熱膜重要參數在以往面對航天軍工等工作的電熱膜企業中,現已有先行者在產品品類中列出了動力電池加熱專用電熱膜這個類別。電熱膜在動力電池包中的運用還不老練,選擇怎樣的電熱膜,以怎樣的辦法運用到電池包中,或許需求結構規劃和電氣規劃一同參與。選擇一個電熱膜,除了先考慮前面可靠性要素以外,便是產品實踐的可用性。

  哪些是加熱膜運用最重要的參數?

  一般想來,電熱膜種類,設備辦法,作業電壓規劃,功率密度,作業溫度規劃,應該是需求考慮的要點要素。

  電熱膜種類,是權衡電池包生命周期與電熱膜生命周期的匹配性,性價比,前面的可靠性,電氣需求和結構需求等要素,概括考慮往后承認的。

  設備辦法,結合電池包詳細情況,特別空間安頓情況,維修方案,冷卻系統的類型等等,承認電熱膜的設備方位和辦法。

  作業溫度規劃,明確產品政策區域,承認加熱需求;功率密度,是加熱膜單位面積的發熱才干。依據前面的作業溫度規劃,結合電池包實踐熱負荷,用極限溫度條件,核算需求的最大功率密度。

  作業電壓,一個規劃完結的電熱膜,其加熱功率是依托電壓調理的,并且可調規劃很寬。咱們需求先選定一個抱負的加熱時長,再依據電池包熱負荷選取政策功率和政策電壓。假如希望加熱功率可調,則需求配備調壓電源。

  5 在電動轎車上的運用方式轉述一個運用電熱膜給電動汽加熱的實踐事例。作者潘成久,在他的論文《電動轎車電池包保溫與加熱的研討》中,介紹了在電動轎車上運用加熱膜進行低溫下動力電池加熱的辦法。

  問題描繪:一款串聯式的純電動驅動車輛,在低溫環境下(例如-20 ℃),鋰離子動力電池存在兩個方面的問題,一個是低溫下,電池放電才干極差,即使滿電情況,車輛的驅動才干也會大打折扣;另一個,低溫充電,現已被認為是是動力電池折損壽數最快途徑。低溫下,電池內部帶電離子的傳導才干差,電荷在負極材料結構內部的搬運和嵌入才干也差。假如低溫正常電流充電,很多鋰離子堆積到負極外表無法嵌入,多種途徑取得電子后沉積在電極外表,構成鋰單質堆積;鋰金屬非常容易發生晶體不均勻生長的現象,枝晶生長到足夠規劃,就或許刺穿隔膜,造成正負極之間直接連通構成內短路??傊?,低溫啟動電動轎車,成果很嚴重,因此需求發起之前,給動力電池先加熱。

  事例運用加熱膜加熱的辦法,將聚酰亞胺加熱膜粘貼在方形電芯上,如下圖所示。政策加熱時刻1h,考慮電池包在沒收電進程會散發掉一部分熱量,核算得到加熱功率單片14W;電熱膜電壓為1.8V。電池包為2P90S規劃,共180顆電芯,運用180片加熱片。加熱片之間選用串聯辦法。

  選擇整個系統的溫度最低點,文章通過檢驗,認為加熱進程中,文圖的最低點出現在單體電芯的正極柱上,因此在此設置溫度檢測點。

  與加熱設備合作運用的,是為電池包規劃保溫方案。文章選擇二氧化硅氣凝膠作為保溫材料,質料厚度10mm。

  將電池包放置在零下20度環境中,靜置16小時,抵達表里溫度均衡。通過了54min加熱進程,電池包最高溫度抵達11℃,電池辦理系統監測到的最大溫差2℃,抵達能夠正常充電情況。履歷如此處理的電池包,單次續駛旅程抵達常溫的90%以上,遠遠高于不加熱直接起動行駛的旅程數(一般為常溫續駛旅程的60%左右)。

  加熱膜占用空間小確實是可貴的優點,但在動力電池包內的運用上,或許需求在可靠性和安全性上做充足的驗證。

  歡迎糾正,歡迎溝通。

  參看文獻

  1 TB/T 2704-2005 鐵道客車電取暖器;

  2 JGJ 319-2013 低溫輻射電熱膜供暖系統運用技術規程;

  3 JGT 286-2010 低溫輻射電熱膜;

  4 劉存山,轎車動力電池低溫加熱辦法研討;

  5 潘成久,電動轎車電池包保溫與加熱的研討;

  6 丁宣中,根據電熱膜的車輛電加熱設備研討。

  (圖片來自互聯網揭穿信息)

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