加热散热两用板

技术领域

一种加热散热两用板，属于动力电池辅助技术领域。

背景技术

目前锂电池作为电动汽车电池包应用最为广泛。锂电池所用的电解液是一种有机液体，会在低温情况下会变得粘稠甚至凝结，锂离子迁移变慢，化学反应活性降低，这就严重影响锂电池效率。所以，为在低温环境下电池正常使用而设计加热系统，加热系统主要由加热元件和电路组成，其中加热元件是最重要的部分。常见的加热元件有PTC元件，用金属加热丝组成的加热膜，如硅胶加热膜、挠性电加热膜等。PTC加热板分布于电池组四周，导致电池组内外加热温度不均匀，造成动力电池温差大；硅胶加热膜是包覆金属加热丝柔软性的薄形面发热体，挠性电加热膜可以根据工件的形状任意弯曲，硅胶加热膜、挠性电加热膜与工件紧密接触，能保证最大的热能传递。但因与被加热物体完全密切接触，存在安全性隐患。锂电池充放电过程中会伴随大量热量的产生，为了不影响电池组的整体性能，电池装置需要配备散热系统。电池包散热方式有主动和被动两种：被动系统成本较低，采取的措施也较简单；主动系统结构相对复杂一些，需要更大的附加功率。主动和被动散热方式的最大区别在传热介质不同，被动系统采用空气作为传热介质，结构简单，质量轻，成本较低。不足之处在于与电池壁面之间换热系数低，冷却速度慢。空冷有并行和串行两种通风方式，在电池包结构上设计相应导风口，尽量减小空气流动阻力，保证气流均匀。串行方式使空气从电池包一侧流往另外一侧，从而达到带走热量的效果，气流将先流过地方的热量带到后流过的地方，导致两处温度不一致且温差较大；并行模块间空气是直立上升气流，各模块热量互不影响，能够有效地分配散热气流，从而保证电池包中各处散热一致。主动系统主要采用液体作为传热介质，需要水套、换热器等部件，结构复杂，质量较大，需要维修和保养。优点是与电池壁面之间换热系数高，冷却速度快。缺点是密封性要求高，冷却液体密封不好会导致液体泄漏，造成事故。

温度高低对电池的各方面性能影响很大，现采用的电池包的热管理技术存在效率低下，可靠性不高等缺陷。针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种加热散热两用板，体积小、重量轻，安插在电池包单体电池之间，与电动汽车热管理控制系统连接，来平衡电池包温度。电池系统温度过高时，对系统进行降温；温度过低时，对系统进行升温。在低温和高温环境下保证电池包正常使用，不受南方夏季高温和东北冬季严寒的影响。使动力电池工作在一个最佳的温度环境，充分发挥电池的性能。加热和散热节能效果明显，加热是传统加热器功率的70％，散热是传统散热系统功率的1/10。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种加热散热两用板，包括电池包、出风口、单体电池、进风口、风机、风道，其特征在于：侧导热板利用粘胶剂固定在石墨烯电热膜的两侧，侧导热板与上导热板一体制造，组成加热散热两用板。加热散热两用板安插在电池包的各单体电池之间，侧导热板贴在单体电池侧面，上导热板覆盖在单体电池顶部，加热电源连接正极、连接负极，接通加热电源，石墨烯电热膜发热，热量由侧导热板与上导热板传导到单体电池加温。侧导热板贴在单体电池侧面，上导热板覆盖在单体电池顶部。不接通加热电源，单体电池的热量传导到上导热板，开启风机，外部空气由进风口进入风道，通过出风口将电池包内热量排出。上导热板由导热单元a、导热单元b和上导热芯板构成，侧导热板由导热单元c、导热单元d和侧导热芯板构成，导热单元a、导热单元b、导热单元c、导热单元d由微通道和石墨烯导热层构成。

所述侧导热板利用粘胶剂固定在石墨烯电热膜的两侧，侧导热板与上导热板一体制造，组成加热散热两用板。石墨烯电热膜是发热主体，石墨烯电热膜按照需要可选用多种发热元件代替，如硅胶加热膜、挠性电加热膜或其它加热膜。将侧导热板用粘胶剂粘结固定在石墨烯电热膜侧面，即两块侧导热板分别粘结固定在石墨烯电热膜的正面和反面，粘胶剂为导热不导电粘胶剂。侧导热板与上导热板一体制造，侧导热板的高度就是上导热板的90度折弯处，侧导热板的高度根据单体电池高度设计，上导热板刚好覆盖在单体电池顶部的中间位置。一片石墨烯电热膜加上粘结好的两片一体制造的侧导热板和上导热板，即组成加热散热两用板。

所述加热散热两用板安插在电池包的各单体电池之间，侧导热板贴在单体电池侧面，上导热板覆盖在单体电池顶部，加热电源连接正极、连接负极，接通加热电源，石墨烯电热膜发热，热量由侧导热板与上导热板传导到单体电池加温。侧导热板用导热不导电粘胶剂贴在单体电池侧面，侧导热板支撑上导热板非胶粘方式覆盖在单体电池顶部。石墨烯电热膜设有正极和负极，正极和负极连接加热电源。当电池温度小于预设温度时，进入加热模式，电源接通石墨烯电热膜加热，所产生热量首先传导到侧导热板，然后传导到上导热板，侧导热板、上导热板将热量传导到各单体电池，在侧导热板和上导热板的包覆中单体电池升温快，热损失小，电池包达到热管理预定温度石墨烯电热膜停止加热。可以设定间隔性加热模式，始终保持预设电池温度，以提高电池容量的利用率。加热电源可连接外部电能，也可连接本电动汽车电池包，所述外部电能为另行设置的加热电池组。北汽EV160纯电动汽车的PTC加热器额定功率，第一档位是2KW，第二档位是4KW，石墨烯电热膜仅1680W，比北汽EV160纯电动汽车的PTC加热器第一档位还要低320W，不到第二加热档位的二分之一。

所述侧导热板贴在单体电池侧面，上导热板覆盖在单体电池顶部。不接通加热电源，单体电池的热量传导到上导热板，开启风机，外部空气由进风口进入风道，通过出风口将电池包内热量排出。侧导热板用导热不导电粘胶剂贴在单体电池侧面，侧导热板支撑上导热板非胶粘方式覆盖在单体电池顶部。环境温度高，电池包需要散热时，单体电池的热量首先传导到侧导热板，然后传导到上导热板。进风口和出风口之间的风道设计在上导热板上部，外部空气由进风口进入风道，风道减小风力流动阻力，保证了气流的均匀性，风机强迫空气对流经过出风口将电池包传导到上导热板热量排出。奇瑞A16EV动力电池包水冷散热，散热方案是以5块水冷板展开放置，总功率1400W，本散热板散热只是风机动力，功率在100W之内，为奇瑞A16EV动力电池包水冷散热功率的1/14。

所述上导热板由导热单元a、导热单元b和上导热芯板构成，侧导热板由导热单元c、导热单元d和侧导热芯板构成，导热单元a、导热单元b、导热单元c、导热单元d由微通道和石墨烯导热层构成。导热单元a、b、c、d石墨烯导热层是一层密集地包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子，蜂巢晶体点阵制作比较复杂，须委托专业生产厂家按照设计要求加工。石墨烯导热层导热系数达1600W/m.K，纯铜为401W/m.K，纯铝为237W/m.K，导热系数是纯铜的4倍，是纯铝的6倍。同时，石墨烯导热层产生的红外线辐射波长1.75-10μm，可以穿透塑料、玻璃，便于散热；上导热芯板和侧导热芯板为铜板；微通道是n个石墨烯导热层之间的菱形沟槽，微通道的作用是散热时在风机的强迫空气对流中，加快散热速度。

加热散热两用板接受电动汽车全面的动力电池热管理系统控制，包括控制加热系统的石墨烯电热膜启动加热，间隔加热，停止加热程序，包括控制散热系统的风机启动散热，间隔散热，停止散热程序。

本发明加热散热两用板的有益效果是：

1、集加热、散热于一体，简单方便；

2、加热是现有加热器功率的70％，散热是现有散热装置功率的1/10，节能效果明显；

3、多种选择，可根据电池包的规格型号灵活配备，适应任何车型；

4、没有安全隐患，使用安全。

附图说明

图1为本发明安装电池包结构示意图；

图2为单体电池加热散热结构示意图；

图3为导热板结构示意图；

图4为加热散热两用板结构示意图；

图5为导热单元结构示意图。

对各幅附图中的标示说明如下：(1)电池包；(2)出风口；(3)上导热板；(4)侧导热板；(5)单体电池；(6)石墨烯电热膜；(7)进风口；(8)风机；(9)加热电源；(10)正极；(11)负极；(12)导热单元a；(13)导热单元b；(14)导热单元c；(15)导热单元d；(16)上导热芯板；(17)侧导热芯板；(18)粘胶剂；(19)加热散热两用板；(20)风道；(21)微通道；(22)石墨烯导热层。

具体实施方式

为了本技术领域的人员更好地理解，下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一

如图3、图4、图5所示，上导热板3与侧导热板4一体制造，上导热板3由上导热芯板16和导热单元a12、导热单元b13构成，侧导热板4由侧导热芯板17和导热单元c14、导热单元d15构成，导热单元a12、导热单元b13、导热单元c14、导热单元d15由微通道21和石墨烯导热层22构成。将侧导热板4利用粘胶剂18固定在石墨烯电热膜6的两侧，组成加热散热两用板19。

实施例二

在实施例一的基础上，如图2所示，加热散热两用板19安放在两块单体电池5之间，用粘胶剂18将侧导热板4粘贴在一块单体电池5侧面固定，用粘胶剂18将侧导热板4粘贴在另一块单体电池5侧面固定。石墨烯电热膜6设有正极10、负极11。上导热板3和侧导热板4一体制造，侧导热板4支撑上导热板3非胶粘方式覆盖在单体电池5的顶部。

实施例三

在实施例一、例二的基础上，如图1、图2、图3、图4、图5所示，电池包1由n个单体电池5按顺序组成，n个单体电池5之间设有规则的缝隙，用来放置加热散热两用板19。侧导热板4与单体电池5用粘胶剂18固定，上导热板3非胶粘方式覆盖在单体电池5顶部，侧导热板4、上导热板3将单体电池5从侧面和顶部包覆。加热电源9连接正极10、连接负极11，接通加热电源9，石墨烯电热膜6发热，热量由侧导热板4与上导热板3传导到单体电池5加温；断开加热电源9，单体电池5产生的热量传导到侧导热板4，继续传导给上导热板3，开启风机8，由进风口7引进外部气体进入风道20，单体电池5传导到上导热板3的热量通过风道20由出风口2排出。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，凡是未脱离本发明技术方案内容，运用本发明的说明书及附图内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。