加热装置和储能设备的制作方法

本实用新型涉及储能设备加热技术领域，具体而言，涉及一种加热装置和储能设备。

背景技术：

由于温度变化对储能电池系统在牵引时影响较大，在超低温时，储能系统的放电性能将大幅衰减，无论是放电倍率还是放电容量都将会受到严重影响，在高温时，当温度大于60度以上，储能电池内部反应物生成速度加快，导致电池可用容量加速减少，电池寿命加速终结。

有鉴于此，设计制造出一种加热装置，能够对储能设备进行自动加热，确保储能设备在合适的温度条件下运行，延长储能设备的使用寿命，是目前储能设备技术领域中急需改善的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的包括提供一种加热装置，能采集储能设备的实时温度，温度过低时，加热膜自动对储能设备加热，温度升高后自动停止加热，确保储能设备在合适的温度条件下运行，延长储能设备的使用寿命。

本实用新型的目的还包括提供一种储能设备，包括电池和上述的加热装置，加热装置能对电池自动加热，使电池在运行状态中处于合理的温度范围内，延长电池的使用寿命。同时，在遇到突然断电的情况下，该储能设备还能起到应急牵引的作用，提高安全性。

本实用新型改善其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。

本实用新型提供的一种加热装置，包括加热膜、温度控制单元、温度采集单元和接触器。

所述温度采集单元用于采集储能设备的温度信号；所述温度控制单元与所述温度采集单元连接，接收所述温度信号；所述温度控制单元与所述接触器连接，控制所述接触器闭合或断开。

所述接触器的一端用于与所述储能设备的正极连接，另一端用于与所述储能设备的负极连接；所述加热膜与所述接触器串联，用于对所述储能设备加热。

进一步地，所述接触器包括电连接的第一接触器和第二接触器，所述第一接触器与所述正极连接，所述第二接触器与所述负极连接；所述加热膜设于所述第一接触器和所述第二接触器之间；所述第一接触器和所述第二接触器均与所述温度控制单元连接。

进一步地，所述加热膜包括第一加热膜，所述第一加热膜的一端与所述第一接触器电连接，另一端与所述第二接触器电连接。

进一步地，所述加热膜还包括第二加热膜，所述第二加热膜与所述第一加热膜串联。

进一步地，还包括第一温控开关和第二温控开关，所述第一温控开关设置在所述第一接触器与所述温度控制单元之间，所述第二温控开关设置在所述第二接触器与所述温度控制单元之间。

进一步地，还包括加热熔断器，所述加热熔断器与所述接触器串联。

进一步地，所述温度控制单元包括MCU控制器、存储器、加热控制器、第一CAN协议单元，所述MCU控制器分别与所述存储器、所述加热控制器、所述第一CAN协议单元连接，所述加热控制器与所述接触器连接。

进一步地，所述温度采集单元包括温度传感器和第二CAN协议单元，所述温度传感器与所述第二CAN协议单元连接，所述第二CAN协议单元与所述温度控制单元连接。

进一步地，所述加热膜包括依次连接的第一硅胶片、发热体、第二硅胶片和粘接片，所述粘接片用于与所述储能设备粘接。

本实用新型提供的一种储能设备，包括电池和上述的加热装置，所述加热膜、所述温度控制单元、所述温度采集单元和所述接触器均安装在所述电池上，所述接触器的一端与所述电池的正极连接，另一端与所述电池的负极连接。

本实用新型提供的加热装置和储能设备具有以下几个方面的有益效果：

本实用新型提供的加热装置，包括加热膜、温度控制单元、温度采集单元和接触器。温度采集单元用于采集储能设备的温度信号，温度控制单元与温度采集单元连接，接收温度信号。温度控制单元与接触器连接，控制接触器闭合或断开。接触器的一端用于与储能设备的正极连接，另一端用于与储能设备的负极连接。加热器与接触器串联，用于对储能设备加热。该加热装置能实现对储能设备的自动加热，维持储能设备在适宜的环境温度下运行，提高储能设备的运行稳定性及使用寿命。

本实用新型提供的储能设备，包括电池和上述的加热装置，加热装置能对电池自动加热，使电池在运行状态中处于合理的温度范围内，延长电池的使用寿命。同时，在遇到突然断电的情况下，该储能设备还能起到应急牵引的作用，提高安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型具体实施例提供的加热装置的加热原理示意图；

图2为本实用新型具体实施例提供的加热装置的一种视角的应用场景示意图；

图3为本实用新型具体实施例提供的加热装置的另一种视角的应用场景示意图；

图4为本实用新型具体实施例提供的加热装置的第一加热膜的第一种视角的结构示意图；

图5为本实用新型具体实施例提供的加热装置的第一加热膜的第二种视角的结构示意图；

图6为本实用新型具体实施例提供的加热装置的第二加热膜的第一种视角的结构示意图；

图7为本实用新型具体实施例提供的加热装置的第二加热膜的第二种视角的结构示意图。

图标：100-加热装置；101-电池；103-正极；105-负极；110-加热膜；111-第一加热膜；116-焊点凸包点；117-连接端子；118-双面胶；113-第二加热膜；121-第一接触器；123-第二接触器；130-温度控制单元；140-温度采集单元；141-加热熔断器；150-温控开关；151-第一温控开关；153-第二温控开关。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型的“第一”、“第二”等，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

随着我国高速铁路迅猛发展，高铁已经成为一种广泛为人们所接受的出行方式，高铁的安全也事关重要，高速动车的备用电源储能系统在车辆中有举足轻重的作用，目前国内外高速动车的备用电源均用镍氢电池做储能系统，由于镍氢电池具有循环寿命短、倍率特低、温度范围窄、维护费用高、重污染等特点，而且目前所有的机车只能用镍氢电池做辅助备用电源，无法实现应急牵引功能。为解决公务机车组在行驶过程中突然断电带来的安全隐患及不便，将原来的镍氢电池改为钛酸锂电池储能系统，该系统具有高安性、快充放电、耐宽温、长寿命等特点，不但在接触网正常时能起到向辅助负载供电代替原有的铅酸电池，而且在铁路接触网失电时能起到应急牵引的作用。

但温度变化对高铁的钛酸锂储能电池系统在牵引时影响较大，比如，由于我国南北气候变化较大，高铁的运行从南到北，南方温度高，北方温度低，储能电池系统在运行过程中温差较大。在超低温时，储能系统的放电性能将大幅衰减，无论是放电倍率还是放电容量都将会受到严重影响，在高温时，如温度大于60度以上，储能电池内部反应物生成速度加快，导致电池可用容量加速减少，电池寿命加速终结。

为了克服上述缺陷，本申请提出了一种用于储能设备的加热装置，能维持储能设备在合理的温度范围工作运行，对高速公务机车储能装置的温度管理有着重要的意义。当然，该加热装置适用于任何规格的电池等储能设备，具有该加热装置的储能设备能用于飞机、船舶、车辆、各类电子设备等，应用范围非常广。

图1为本实用新型具体实施例提供的加热装置100的加热原理示意图，请参照图1。

本实施例提供的一种加热装置100，包括加热膜110、温度控制单元130、温度采集单元140和接触器。温度采集单元140用于采集储能设备的温度信号；温度控制单元130与温度采集单元140连接，接收温度信号；温度控制单元130与接触器连接，控制接触器闭合或断开。接触器的一端用于与储能设备的正极103连接，另一端用于与储能设备的负极105连接；加热膜110与接触器串联，用于对储能设备加热。优选地，本实施例中的储能设备以车辆的钛酸锂储能电池101系统为例。

具体的，接触器包括电连接的第一接触器121和第二接触器123，第一接触器121与电池101的正极103连接，第二接触器123与电池101的负极105连接；加热膜110设于第一接触器121和第二接触器123之间；第一接触器121和第二接触器123均与温度控制单元130连接。温度控制单元130根据温度采集单元140实时采集的电池101的温度对第一接触器121和第二接触器123进行控制，当温度低于预设阈值，温度控制单元130控制两个接触器均闭合，使加热回路导通，加热膜110对电池101加热。当温度高于预设阈值，温度控制单元130控制两个接触器均断开，使加热回路断开，加热膜110停止对电池101加热。当然，容易理解，两个接触器中只要有一个处于断开状态，整个加热回路即断开，可实现停止加热的功能。优选地，需要停止加热时，温度控制单元130控制两个接触器均断开。

可选地，加热膜110包括第一加热膜111和第二加热膜113，第一加热膜111的一端与第一接触器121电连接，另一端与第二加热膜113的一端电连接，第二加热膜113的另一端与第二接触器123电连接。即第一加热膜111和第二加热膜113串联，容易理解，第一加热膜111和第二加热膜113可以是相同的加热元件，也可以是不同的加热元件，加热功率可以相同也可以不相同。优选地，本实施例中，第一加热膜111和第二加热膜113的加热功率不相同，第一加热膜111的数量和第二加热膜113的数量根据实际需要的加热功率而设计，多个加热膜110优选采用串联方式电连接。需要说明的是，在满足实际加热需求的情况下，第一加热膜111和第二加热膜113也可以只选择使用其中一种，这里不作具体限定。

优选地，为了增加加热装置100加热时的安全性，在加热回路中还设置了温控开关150，温控开关150与接触器形成了对加热回路的双重保护。温控开关150的保护是指电池101温度小于第一预设值，如50℃时，温控开关150的触点处于闭合，当温度大于50℃时，触点断开，切断加热回路，从而起到热保护作用，无法继续向电池101加热，当温度降到复位温度，如33℃时触点自动闭合，恢复正常工作状态。当然，第一预设值和复位温度值并不仅限于上述列举值，可以根据实际情况灵活设置。该温控开关150具有超小体积、感温速度快、动作灵敏、安全可靠、交直流特性好、寿命长等特点。具体地，本实施例中，温控开关150包括第一温控开关151和第二温控开关153，第一温控开关151设置在第一接触器121与温度控制单元130之间，第二温控开关153设置在第二接触器123与温度控制单元130之间。

此外，为了对加热装置100起到更好的保护作用，加热回路中优选地设置了加热熔断器141，加热熔断器141与接触器串联。若加热回路中电流过大，加热熔断器141自动断开，对整个加热装置100起到保护作用。

可选的，温度控制单元130包括MCU控制器、存储器、加热控制器、第一CAN协议单元，MCU控制器分别与存储器、加热控制器、第一CAN协议单元连接，加热控制器与接触器连接，用于控制两个接触器的闭合和断开。温度控制单元130为BMS温度控制单元130，实时与温度采集单元140及后台服务器之间通讯，当BMS温度控制单元130检测到电池101温度低于-10度时，BMS温度控制单元130便控制加热回路中的接触器闭合，加热膜110开始向电池101加热，当BMS温度控制单元130检测到电池101温度高于10℃时，BMS温度控制单元130控制加热回路断开，停止对电池101加热。温度采集单元140为BMS温度采集单元140，包括温度传感器和第二CAN协议单元，温度传感器与第二CAN协议单元连接，第二CAN协议单元与温度控制单元130连接。本实施例中，温度传感器采用高精度的NTC温度传感器，BMS温度采集单元140每10mS巡检一次电池101温度，并实时将温度发送至BMS温度控制单元130。

加热膜110包括依次连接的第一硅胶片、发热体、第二硅胶片和粘接片，粘接片用于与储能设备粘接。第一加热膜111和第二加热膜113采用同样的主体结构。

图2为本实用新型具体实施例提供的加热装置100的一种视角的应用场景示意图，图3为本实用新型具体实施例提供的加热装置100的另一种视角的应用场景示意图，请参照图2和图3。

本实施例提供的一种储能设备，包括电池101和上述的加热装置100，所述加热膜110、所述温度控制单元130、所述温度采集单元140和所述接触器均安装在所述电池101上，所述接触器的一端与所述电池101的正极103连接，另一端与所述电池101的负极105连接。优选的，加热膜110粘贴在电池101表面，第一接触器121靠近电池101的正极103设置，第二接触器123靠近电池101的负极105设置，温度控制单元130设置在电池101的一端，温度采集单元140设置在电池101的另一端。并且，各元件按照图1所示的加热原理图进行电连接和通信连接。

以E51公务机车的钛酸锂电池101储能设备为例，该储能设备在-40℃～55℃范围内均可工作，但低温(-25℃以下)时电池101的可用容量下降，无法满足牵引需求，为了解决上述低温问题，在电池101台车内设计本实施例中的加热装置100，当BMS温度控制单元130检测到电池101温度低于-10℃时，加热膜110开始工作，温度高于10℃时自动停止加热，在低温环境下通过加热装置100来保证电池101工作在合理的温度范围内，能满足应急牵引工况，同时也要保证电池101组不超温加热运行，从而延长锂电池101组的使用寿命，节省车辆维护费用。

可选地，按20℃/h加热速率设计，考虑10％的热损失，加热功率计算公式为：P＝C*M*△t/T，其中，P为加热功率，单位W；C为比热容，通常锂电池101的比热容为0.312W.H/kg.K；M为质量，单位Kg；△t为温升，单位K；T为时间，单位h。

单电池101台车加热功率P1＝C*M*△t/T＝0.312*576*20/1＝3594W。按10％热损失计算实际需求功率P2＝P1/0.9＝3594/0.9＝3993W，单电池101台车加热功率按额定4000W设计，则需要15片第一加热膜111，1片第二加热膜113。其中，第一加热膜111的额定电压为55VDC，单片额定功率为262.54W，电阻为11.52Ω±5％。第二加热膜113的额定电压为20.97VDC，单片额定功率为61.85W，电阻为7.11Ω±5％。15片第一加热膜111串联在一起，之后再与1片第二加热膜113串联。

图4为本实用新型具体实施例提供的加热装置100的第一加热膜111的第一种视角的结构示意图，图5为本实用新型具体实施例提供的加热装置100的第一加热膜111的第二种视角的结构示意图，图6为本实用新型具体实施例提供的加热装置100的第二加热膜113的第一种视角的结构示意图，图7为本实用新型具体实施例提供的加热装置100的第二加热膜113的第二种视角的结构示意图，请参照图4至图7。

第一加热膜111和第二加热膜113整体结构相似，尺寸规格有一定差异。第一加热膜111和第二加热膜113采用硅胶加热膜，主体截面结构按顺序依次包括相连接的第一硅胶片、发热体、第二硅胶片和粘接片，其中，第一硅胶片和第二硅胶片采用导热硅胶片，粘接片采用双面胶118。即主体结构为依次连接的导热硅胶片(厚度约0.7mm)、发热体(厚度约0.05mm)、导热硅胶片(厚度约0.7mm)、双面胶118(厚度约0.11mm)，双面胶118可采用3M468型号的胶。加热膜110的总厚度1.5±0.2mm，粘合牢靠，不会开裂。加热膜110优选在一端端部设有焊点凸包点116，焊点凸包点116上设有连接端子117，用于和其他电子元件电连接。优选地，该连接端子117采用插针604532型，焊点凸包点116表面平整，无尖刺凸起。这种加热膜110使用温度范围为-40℃～150℃，短时间耐温可达250℃。硅胶加热膜包括耐高温、高导热、绝缘性能佳、强度好的硅橡胶、耐高温的纤维增强材料以及金属发热膜电路集合而成的软性电加热膜110元件，由两张玻璃纤维布及双片压硅胶合制而成的硅胶玻璃纤维布构成，可以与被加热物体完全紧密接触，重量轻，厚度可以较大范围调节，最小厚度仅为0.8mm，热容量小，可达到很快的加热速率以及较高的温度控制精度，具有良好的耐候性和抗老化性，它发热快、温度均匀、热效率高、强度高、使用方便、安全寿命长达十年，不易老化。

优选地，本实施例中，在加热回路的正负极105之间分别设计第一接触器121与第二加热器，第一加热膜111和第二加热膜113的总功率为4000W，加热回路额定电压110V，最大电流41.7A，选用接触器型号C163C/24EV-R1，此接触器工作温度范围宽-40℃～+70℃，重量轻，约0.55kg，可满足机械寿命大于3×10⁶次，电气寿命大于1×105次。本实施例中，加热回路负载约4000W，最大电流约41.7A，采用熔断器型号FWH-60C，加热回路最大电流41.7A，熔断器FWH-60C弧前时间160A/10s满足保护要求。

本实用新型提供的加热装置100和储能设备，其工作原理如下：

BMS温度采集单元140，包括温度传感器和第二CAN协议单元，温度传感器采用高精度的NTC温度传感器，BMS温度采集单元140每10mS巡检一次电池101温度，并实时将温度发送至BMS温度控制单元130。温度控制单元130实时与温度采集单元140及后台服务器之间通讯，当电池101实际温度低于-10度时，BMS温度控制单元130控制加热回路中的接触器闭合，加热膜110开始向电池101加热，当电池101实际温度高于10℃时，BMS温度控制单元130控制加热回路断开，停止加热。优选的，当电池101温度小于50℃时，温控开关150的触点处于闭合，当温度大于50℃时，温控开关150的触点断开，切断加热回路，从而起到热保护作用，加热膜110无法继续向电池101加热，当温度降到复位温度33℃时触点自动闭合，恢复正常工作状态。加热装置100中设置了双重保护开关，安全性能高。

综上所述，本实用新型提供的加热装置100和储能设备具有以下几个方面的有益效果：

本实用新型提供的加热装置100和储能设备，能够实现储能设备始终在合理的温度范围内工作，充分发挥储能设备的能效，提高运行稳定性，同时，可延长储能设备的使用寿命。并且，在加热回路中，设置了双重保护开关，加热装置100安全性能高，当储能设备在低温环境中运行时，加热装置100可以实现对电池101的自动加热，确保电池101的正常运行，以实现正常应急牵引工况运行，满足应急牵引工况。该加热装置100和储能系统尤其适用于高铁、动车、高速公务车、汽车等，应用范围十分广泛，具有极大的推广应用价值。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改、组合和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。