电池加热片的制作方法

本发明涉及动力电池技术领域，具体涉及一种具有温度监测功能的电动汽车动力电池加热片。

背景技术：

随着能源危机和环境污染的日益严重，节能减排已形成全球共识，由于纯电动汽车具有零排放、低噪音、能源效率高等特点，是较理想的节能环保车型之一，我国正在大力推广。

动力电池作为纯电动汽车唯一的动力能源，它的性能和使用寿命直接影响整车的性能和使用寿命。在所有的环境因素中，温度对电池的充放电性能影响最大，一般充电效率会随温度升高而升高，但当温度升到45℃以上时，高温下充电电池材料的性能会退化，电池循环寿命也将大大缩短，所以为了有效充电，大体上电池环境温度范围应在5-30℃之间。锂电池的放电效率在低温时会显著的降低(如低于-15℃)，且在-20℃以下时电池的充电效率也将大大降低。为提高电动汽车的低温适用性，改善动力电池的低温性能，可以对动力电池进行事先预热，以发挥其全部潜能。目前动力电池外贴聚酰亚胺膜或者硅胶加热片的方式被广泛采用。

目前广泛采用的外贴聚酰亚胺膜或者硅胶加热片的方式对电芯进行加热，仅仅具备加热功能和简单温控功能，无温度实时监测功能。若加热片失效，可能影响电芯性能，而且电池管理系统中电芯的温度采集点数量有限，一般仅为3-5个，不能全面反应实时工况下电芯的温度，加上电芯本身存在内阻一致性的问题，不同的电芯的发热量也存在较大差异，另外由于圆柱电芯是经过串并联成组后使用，实时工况下中间部位的电芯温度要明显大于外侧电芯的温度，中间部位的电芯在温度持续升高的情况下，放电时电芯热量持续升高可能出现热失控等风险。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种具有温度监测功能的电动汽车动力电池加热片，具备加热功能同时具备对电芯温度实时监测功能，当电芯温度及加热片失效温度超出设定阈值时能及时反馈温度信息，避免电芯热失控导致电池箱起火、爆炸等风险，尽可能的降低损失。

根据本发明提供一种电池加热片，包括：硅胶衬底；电热膜元件，位于所述硅胶衬底上，用于提供热量；温度监测元件，位于所述硅胶衬底上，用于监测所述电池加热片的温度；以及绝缘薄片，位于所述电热膜元件和所述温度监测元件的上下两侧；其中，所述硅胶衬底上开有多个扩散孔，所述电热膜元件和所述温度监测元件围绕所述扩散孔曲折延伸。

优选地，所述温度监测元件包括：金属热敏感温元件，位于所述硅胶衬底上；以及绝缘膜，包裹所述金属热敏感温元件；其中，所述金属热敏感温元件为四根叠置的金属镍丝，端截面呈方形。

优选地，所述温度监测元件沿所述电热膜元件走线并排分布且与所述电热膜元件同方向延伸。

优选地，所述多个扩散孔垂直平行分布于所述硅胶衬底上，所述电热膜元件和所述温度监测元件围绕所述扩散孔垂直曲折延伸。

优选地，所述多个扩散孔水平平行分布于所述硅胶衬底上，所述电热膜元件和所述温度监测元件围绕所述扩散孔水平曲折延伸。

优选地，所述电热膜元件和所述温度监测元件从位于所述电池加热片一端的输入接口开始围绕所述扩散孔延伸至所述电池加热片另一端的输出接口，所述输入接口与所述输出接口均单独设置一个接插件。

优选地，所述电热膜元件和所述温度监测元件从位于所述电池加热片一端的输入接口开始围绕所述扩散孔延伸，再反向延伸回到所述电池加热片同一端的输出接口，形成回路，所述输入接口与所述输出接口采用2合1接插件集成在同一接插件中。

优选地，所述温度监测元件位于所述电热膜元件走线内侧分布。

优选地，所述温度监测元件位于所述电热膜元件走线内外两侧分布。

优选地，所述硅胶衬底的厚度为1.0-1.5毫米，所述电热膜元件厚度为60-80微米，所述金属热敏感温元件每一根的直径为80-100微米。

本发明提供的电池加热片在电池启动加热功能时，可以及时反馈加热片生热温度信息，在关闭加热功能时，车辆在充电或放电情况下，也可以全面实时监测电芯各处的温度，解决了动力电池热管理系统采集的温度信息存在局限性的问题；本发明既是加热片又是温度监测装置，既能解决圆柱锂电池在低温环境下无法正常充电的问题，又能及时地监控加热温度，通过加热片可有效地对圆柱锂电池表面进行加热，提升了加热效率，进而保证圆柱锂电池在低温环境下正常工作，又通过温度监测元件有效避免热失控的风险，提高圆柱锂电池的充放电效率，并延长其使用寿命。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出根据本发明第一实施例的电池加热片的结构示意图。

图2示出根据本发明第一实施例的电池加热片的部分剖切的立体图。

图3示出根据本发明第一实施例的电池加热片在图2中i处的核心部件的局部放大图。

图4示出根据本发明第二实施例的电池加热片的结构示意图。

图5示出根据本发明第三实施例的电池加热片的结构示意图。

图6示出根据本发明第四实施例的电池加热片的结构示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。

应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。

图1示出根据本发明第一实施例的电池加热片的结构示意图。

如图1所示，本发明第一实施例的电池加热片包括：输入接口101，输出接口102，硅胶衬底103，电热膜元件104，温度监测元件105以及扩散孔106。本实施例的电池加热片以硅胶片作为电池加热片的本体，既做衬底也做绝缘层，在硅胶衬底103上开有多个扩散孔106，多个扩散孔106垂直平行分布在硅胶衬底103上；硅胶衬底103上还设有提供热量的电热膜元件104和监测温度的温度监测元件105；电热膜元件104和温度监测元件105上下两侧包裹着绝缘薄片(图中未示出)；在硅胶衬底103的一端设有输入接口101，在相对的另一端设有输出接口102；电热膜元件104和温度监测元件105围绕扩散孔106从电池加热片一端的输入接口101开始垂直曲折延伸至电池加热片另一端的输出接口102，输入接口101与输出接口102均单独设置一个接插件。

具体地，采用镍铬合金材料制作电热膜元件104，将电热膜元件104制作成绕扩散孔106蛇形延伸的电阻线路，厚度为60～80微米，用于提供热量，并将其夹在两层绝缘薄片之间形成电热元件。再沿着金属电热膜元件104的蛇形电阻线路走线内侧铺设金属热敏感温元件，金属感温热敏元件采用的是直径为80～100微米的金属镍丝，用绝缘膜包裹金属热敏感温元件，形成温度监测元件105，用于监测电池加热片的温度。温度监测元件105与电热膜元件104并排分布且与电热膜元件104同方向延伸。将以上电热元件、温度监测元件105封装在厚度为1.0～1.5毫米的绝缘硅胶衬底103中制成具备加热和温度监测功能的加热片。

电池加热片的电热膜元件104用来给电池提供热量，使其可以在低温下工作，而金属感温热敏元件的四根线芯在正常情况下相互处于绝缘状态，当温度变化时，四根线芯间电阻发生变化，在电阻变化速率或变化量达到设定的报警阈值时即产生报警，输入模块根据报警信号即可判断该处电芯的实时温度，以此原理来实现温度监测功能。

本发明的加热片将作为电热元件的蛇形金属电热膜元件104利用绝缘薄片绝缘封装处理，提高了防护性能、可靠性和安全性，沿着金属电热元件的蛇形线路内侧铺设金属热敏感温材料，实现温度监测功能，温差小，反馈温度信息准确；在启动加热功能时可以及时反馈加热片生热温度信息，在关闭加热功能时，车辆在充电或放电情况下，也可以全面实时监测电芯各处的温度，解决了动力电池热管理系统采集的温度信息存在局限性的问题，既是加热片又是一种温度监测装置。

图2示出根据本发明第一实施例的电池加热片的部分剖切的立体图。

结合图1，本实施例的电池加热片包括：输入接口101，输出接口102，硅胶衬底103，电热膜元件104，温度监测元件105以及扩散孔106，他们之间的关系与图1描述相同，除此之外，还包括有：绝缘薄片107，高导热硅胶层108，涂胶层109。

绝缘薄片107位于电热膜元件104和温度监测元件105的上下两侧，将电热膜元件104制作成蛇形电阻线路，封装在两层绝缘薄片107之间形成金属电热元件，提高防护性能；沿着电热膜元件104的蛇形电阻线路内侧铺设金属热敏感温元件，采用四根弹性金属镍丝并在每根镍丝外包有一层感温且绝缘的绝缘膜而构成温度监测元件105，将温度监测元件105封装在两层绝缘薄片107之间，提高可靠性。

优选地，根据图1描述，在将金属电热元件和温度监测元件105封装在硅胶衬底103中之后，再在扩散孔周围封装高导热硅胶层108，防止硅胶受热脱落，并在电池加热片的最外层涂上涂胶层109，保护电池加热片。

本发明的电池加热片外层封装材料采用高导热硅胶层108，热阻低，避免了硅胶片受热膨胀导致粘接面脱落热阻增大，降低了失效风险。该加热片兼具加热功能和电芯温度监测功能，对电芯温度及加热片失效温度超出设定阈值时能及时反馈温度信息，避免电芯热失控导致电池箱起火、爆炸等风险，尽可能的降低损失。

图3示出根据本发明第一实施例的电池加热片在图2中i处的核心部件的局部放大图。

从图3中可以清楚地看到，温度监测元件105的走线与电热膜元件104的电阻线路走线并排分布，二者向同一方向延伸。温度监测元件105包括金属热敏感温元件以及绝缘膜，绝缘膜包裹金属热敏感温元件。

金属热敏感温元件采用直径为80～100微米四根具有弹性的金属镍丝叠置设置，四根金属镍丝的端截面呈方形。每根镍丝外面包有一层感温且绝缘的材料，且具有自恢复功能。将金属感温热敏材料微处理绝缘封装形成温度监测元件，提高了防护性能和可靠性。利用两层绝缘簿片将金属感温热敏材料绝缘封装形成温度监测元件，将其夹在两层绝缘薄片之间。

金属感温热敏材料采用金属镍丝，是因为镍具有高的灵敏度、满意的重现性和稳定性，内部采用四根弹性镍丝，每根镍丝外面包有一层感温且绝缘的材料而构成线芯，在正常监视状态下，四根线芯相互处于绝缘状态，当温度变化时，四芯导线间电阻发生变化，在电阻变化速率或变化量达到设定的报警阈值时即产生报警，输入模块根据报警信号即可判断该处电芯的实时温度，以此原理来实现温度监测功能。

本实施例的电池加热片中，金属热敏感温材料包有一层具有自恢复功能的感温绝缘材料，能及时反馈温度信息，准确可靠，精度高，可反复使用。且电池加热片具备加热功能同时具备对电芯温度监测功能，对电芯温度及加热片失效温度超出设定阈值时能及时反馈温度信息，避免电芯热失控导致电池箱起火、爆炸等风险，尽可能的降低损失。

图4示出根据本发明第二实施例的电池加热片的结构示意图。

本实施例与实施例一的电池加热片结构大致相同，包括：输入接口201，输出接口202，硅胶衬底203，电热膜元件204，温度监测元件205以及扩散孔206。它们的作用及加热和温控原理均与实施例一相同，不同之处在于，实施例一的多个扩散孔106水平平行分布在硅胶衬底103上，而本实施例的多个扩散孔206水平平行分布在硅胶衬底203上，电热膜元件204和温度监测元件205围绕扩散孔206水平曲折延伸。温度监测元件205沿电热膜元件204走线并排分布且与电热膜元件203同方向延伸。其余元件均与实施例一相同。

图5示出根据本发明第三实施例的电池加热片的结构示意图。

本实施例与实施例一的电池加热片结构大致相同，包括：输入接口301，输出接口302，硅胶衬底303，电热膜元件304，温度监测元件305以及扩散孔306。它们的作用和温控原理与实施例一描述相同。

本实施例与实施例一的不同之处在于：实施例一的电池加热片的输入接口101和输出接口102，是两个在电池加热片不同侧设置的接口，均单独设置一个接插件，电热膜元件104和温度监测元件105从位于电池加热片一端的输入接口101开始围绕扩散孔延伸至电池加热片另一端的输出接口102；而本实施例的电池加热片的输入接口301与输出接口302采用2合1接插件集成在同一个接插件中，所以电热膜元件304和温度监测元件305从位于电池加热片一端的输入接口301开始围绕扩散孔306垂直蛇形延伸，再反向延伸回到电池加热片同一端的输出接口302，形成回路，是从电池加热片的接插件出发再回到接插件处，延伸走线都是双股的。

双股的温度监测元件305还是并排分布于双股的电热膜元件304内侧，走线相同。其余部分与实施例一描述相同。

图6示出根据本发明第四实施例的电池加热片的结构示意图。

本实施例与实施例一的电池加热片结构大致相同，包括：输入接口401，输出接口402，硅胶衬底403，电热膜元件404，温度监测元件405以及扩散孔406。它们的作用及加热和温控原理均与实施例一相同，不同之处在于，实施例一的温度监测元件105分布在电热膜元件104的内侧，本实施例中，电热膜元件404是单独设置的一根金属电阻丝，而温度监测元件405是分布于电热膜元件404内外两侧的两组镍丝。其他元件与实施例一描述相同。

对于其他实施例，温度监测元件405也可以位于电热膜元件404走线外侧分布。

本发明提供的电池加热片将作为电热元件的蛇形金属电热膜元件及沿着金属电热元件的蛇形线路内侧铺设的金属热敏感温元件，利用绝缘薄片绝缘封装处理，提高了防护性能、可靠性和安全性，还能实现温度监测功能，温差小，反馈温度信息准确。金属热敏感温元件外部包有一层具有自恢复功能的感温绝缘材料，能及时反馈温度信息，准确可靠，精度高，可反复使用。电池加热片外层封装材料采用高导热硅胶片，热阻低，且设计有扩散孔，避免了硅胶片受热膨胀导致粘接面脱落热阻增大，降低了失效风险，提高了可靠性。

本发明的电池加热片即可以做加热片，也可以做温度监测装置，在低温环境下可以给电池提供热量，维持正常充放电，还可以在车辆充电或放电情况下，及时反馈加热片生热温度信息，也可以全面实时监测各电芯的温度，解决了电池热管理系统采集的温度信息存在局限性的问题，也避免了热失控带来的电池爆炸等的风险，适合推广。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本说明书选取并具体描述本实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。