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电热膜在动力电池中有哪些应用
发布日期 : 2020-04-26 16:14:23
  1、电动轿车的一般加热办法电动轿车其时比较常用的加热办法,一大类型是与冷却系统复合在一同的制热功用,比方热泵空调,热管、相变材料等等,这种制热系统中,加热进程以制冷的逆进程方式出现,制冷制热底子在一个系统内部进行,靠控制器和系统作业期间的物理、化学等特点完结制冷制热的切换,不承认这个系统的专业称谓是什么,这儿暂时给它起个姓名,一体化热办理系统。另一种加热办法,专门针对电动轿车在严寒环境下作业的需求规划,是一套独立的加热设备,与制冷无关,咱们暂时称之为独立制热系统。

  其时运用的独立制热系统,首要有电阻加热器和电热膜加热两大类。本文首要谈论电热膜加热方案的相关内容。

  2、电热膜种类及作业原理传统加热膜,首要在建筑工作运用,用作荫蔽供暖系统,将电热膜预埋到墙面或许地板下面,严寒时节,通电后给空间加热。比较于传统的集中式暖气,加热膜能够更均匀的加热空间,带来更舒适的体验。

  详细到电热膜在电动轿车上的运用,是最近几年逐步被提及的作业。相关标准还没有发现,能够参看的都仍是建筑工作、家用电器工作的标准。《JGJ 319-2013 低温辐射电热膜供暖系统运用技术规程》和《JGT 286-2010 低温辐射电热膜》。

  电热膜分类,依照电热膜封装材料不同划分,金属电热膜、无机电热膜(包含炭纤维电热膜、油墨电热膜等)和高分子电热膜。

  金属电热膜,是第一代薄膜加热产品,选用气相生长等成膜技术,将导电的金属质料附着到绝缘质料上,然后在金属层外表再覆盖一层绝缘材料,将金属层严密包裹在里面,构成薄片状导电膜。通电后,金属内阻发热,构成电热效应。常用的金属电热材料有铜和镍,不同的材料有不同的电阻率,不同的作业电压和发热功率,不同金属质料合作不同的电路规划,满足不同的用户参数要求。不同金属质料的选择,也会直接影响电热膜的造价。

  无机电热膜,无机指的是导电材料为无机物,比方石墨、SiC、SiO2、导电油墨、炭纤维和其他导电硅酸盐等等。无机电热膜,将上述无机导电物质与阻燃剂、成膜剂等辅料混合到一同,一同涂抹到绝缘基材上,构成导电膜。给加热膜两头加载电压,导电层实践上是一层半导体,将电能转化成热能。

  需求阐明的是,一部分无机导电材料常温下是脆性物质,比方SiO2是玻璃的首要成分,此类电热膜需求涂覆在刚性基材上,作为板型材料运用。而别的一部分表现为柔性,比方导电油墨和炭纤维。无机物耐高温,寿数长,易于取得,是一类功用优异的加热器材。可是无法弯折,变形困难是限制无机电热膜运用的重要原因。柔性的无机物电热膜能够得到更为广泛的运用。

  高分子电热膜,是在有机材料中加入导电粒子,加工成薄膜材料后封装,或许把导电材料涂抹在绝缘材料基底上,制成有机导电膜,再用高分子绝缘材料封装。一般作业温度没有无机电热膜高。有机电热膜类别里,硅胶加热膜、聚酰亚胺加热膜、PET加热膜,都归于运用比较广的品类。

  罗列几个典型的加热膜参数表:

  一种聚酯膜:

  一种聚酰亚胺膜:

  一种硅橡胶加热膜:

  3 电热膜在动力电池包中的运用电热膜在动力电池包中的运用,是近两年谈论较多的一个问题。加热膜的高效率和出色的空间运用效果,使得电热膜在空间极为有限的动力电池包内有着极大的优势。

  电动轿车用电加热膜产品参数示例:

  但电热膜并没有在路途车辆上很多运用的先例,关于他的安全性和可靠性,还需求进一步调查。参照建筑工作标准,并增加考虑轿车运用环境的影响要素,关于电热膜安全性要求,下面几个方面应该是比较要点的项目。

  绝缘性,泄露电流和电气强度。加热膜不是贴合在电池上,便是粘贴在传热才干强的金属外表,其绝缘功用是第一个需求考虑的问题。一般绝缘功用,用检测泄露电流和介电强度的办法来衡量。

  功率输入误差,作为一个发热元件,功率控制的准确性直接影响系统对环境温度的掌控才干。家电工作的薄膜加热产品标准,要求其输入功率误差在-10%~5%之间。

  干烧耐温才干,指给加热膜通电,在安稳抵达最高耐热温度往后,履历了一段时刻,产品的外观和结构不会遭到损坏,绝缘功用没有大的改动,冷态电阻阻值改动在必定规划以内。

  耐高温,加热膜环境温度抵达必定高温往后,放置必定长度的时刻,加热膜的底子功用不发生改动。加热膜能够处于正常作业情况时,或许断电放置情况时。

  耐低温,与耐高温相似,需求定义一个低温规划。

  冷热交变,又叫温度冲击,高分子质料或许无机物,在反复快速履历高低温的循环改动往后,加热膜要害功用改动应该在必定规划以内。

  耐冲击,路途车辆的重要器材,都必须具备耐冲击才干。进一步的,考虑到加热膜,最好调查期作业设备情况的耐冲击功用。

  耐振动,情形相似耐冲击才干。

  阻燃性,也是车辆质料的一个底子要求,特别电动轿车,一般要求V0级。

  4 电热膜重要参数在以往面对航天军工等工作的电热膜企业中,现已有先行者在产品品类中列出了动力电池加热专用电热膜这个类别。电热膜在动力电池包中的运用还不老练,选择怎样的电热膜,以怎样的办法运用到电池包中,或许需求结构规划和电气规划一同参与。选择一个电热膜,除了先考虑前面可靠性要素以外,便是产品实践的可用性。

  哪些是加热膜运用最重要的参数?

  一般想来,电热膜种类,设备办法,作业电压规划,功率密度,作业温度规划,应该是需求考虑的要点要素。

  电热膜种类,是权衡电池包生命周期与电热膜生命周期的匹配性,性价比,前面的可靠性,电气需求和结构需求等要素,概括考虑往后承认的。

  设备办法,结合电池包详细情况,特别空间安排情况,维修方案,冷却系统的类型等等,承认电热膜的设备方位和办法。

  作业温度规划,明确产品政策区域,承认加热需求;功率密度,是加热膜单位面积的发热才干。依据前面的作业温度规划,结合电池包实践热负荷,用极限温度条件,核算需求的最大功率密度。

  作业电压,一个规划完结的电热膜,其加热功率是依托电压调理的,并且可调规划很宽。咱们需求先选定一个抱负的加热时长,再依据电池包热负荷选取政策功率和政策电压。假如希翼加热功率可调,则需求配备调压电源。

  5 在电动轿车上的运用方式转述一个运用电热膜给电动汽加热的实践事例。编辑潘成久,在他的论文《电动轿车电池包保温与加热的研讨》中,先容了在电动轿车上运用加热膜进行低温下动力电池加热的办法。

  问题描绘:一款串联式的纯电动驱动车辆,在低温环境下(例如-20 ℃),锂离子动力电池存在两个方面的问题,一个是低温下,电池放电才干极差,即使满电情况,车辆的驱动才干也会大打折扣;另一个,低温充电,现已被认为是是动力电池折损寿数最快途径。低温下,电池内部带电离子的传导才干差,电荷在负极材料结构内部的搬运和嵌入才干也差。假如低温正常电流充电,很多锂离子堆积到负极外表无法嵌入,多种途径取得电子后沉积在电极外表,构成锂单质堆积;锂金属非常容易发生晶体不均匀生长的现象,枝晶生长到足够规划,就或许刺穿隔膜,造成正负极之间直接连通构成内短路。总之,低温启动电动轿车,成果很严重,因此需求发起之前,给动力电池先加热。

  事例运用加热膜加热的办法,将聚酰亚胺加热膜粘贴在方形电芯上,如下图所示。政策加热时刻1h,考虑电池包在没收电进程会散发掉一部分热量,核算得到加热功率单片14W;电热膜电压为1.8V。电池包为2P90S规划,共180颗电芯,运用180片加热片。加热片之间选用串联办法。

  选择整个系统的温度最低点,文章通过检验,认为加热进程中,文图的最低点出现在单体电芯的正极柱上,因此在此设置温度检测点。

  与加热设备合作运用的,是为电池包规划保温方案。文章选择二氧化硅气凝胶作为保温材料,质料厚度10mm。

  将电池包放置在零下20度环境中,静置16小时,抵达表里温度均衡。通过了54min加热进程,电池包最高温度抵达11℃,电池办理系统监测到的最大温差2℃,抵达能够正常充电情况。履历如此处理的电池包,单次续驶旅程抵达常温的90%以上,远远高于不加热直接起动行驶的旅程数(一般为常温续驶旅程的60%左右)。

  加热膜占用空间小确实是可贵的优点,但在动力电池包内的运用上,或许需求在可靠性和安全性上做充足的验证。

  欢迎纠正,欢迎沟通。

  参看文献

  1 TB/T 2704-2005 铁道客车电取暖器;

  2 JGJ 319-2013 低温辐射电热膜供暖系统运用技术规程;

  3 JGT 286-2010 低温辐射电热膜;

  4 刘存山,轿车动力电池低温加热办法研讨;

  5 潘成久,电动轿车电池包保温与加热的研讨;

  6 丁宣中,根据电热膜的车辆电加热设备研讨。

  (图片来自互联网揭穿信息)

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