加热绝缘膜、电芯、热失控触发系统、方法及车辆与流程

本技术涉及动力电池测试，尤其涉及加热绝缘膜、电芯、热失控触发系统、方法及车辆。

背景技术：

1、电芯的安全性与可靠性直接决定整车性能及用户的生命财产安全。在电芯研发与生产的过程中，需对电芯的热稳定性进行检测，通过热失控测试评估电芯在过极端工况下的热行为及失效机制，为电池热管理设计提供依据。

2、相关技术中，通过在电芯表面或者电芯壳体内部粘贴加热膜，实现局部加热，以触发电芯内部热失控。加热膜通常仅具备单面绝缘或在特定区域设有绝缘层，暴露在外部环境中，需依靠电芯壳体自身的绝缘防护或额外包覆绝缘材料来保障使用安全。

3、因此，通过加热膜对电芯加热的稳定性和可靠性较低，存在漏电风险。

技术实现思路

1、本技术提供加热绝缘膜、电芯、热失控触发系统、方法及车辆，可以解决通过加热膜对电芯加热的稳定性和可靠性较低的技术问题。

2、第一方面，本技术实施例提供一种加热绝缘膜，包括：加热层、第一绝缘层、第二绝缘层，加热层用于耦接供电设备，被配置为：将供电设备提供的电能转换为热能，第一绝缘层层叠设置于加热层的一侧，用于实现加热层与第一相邻导电结构之间的电气隔离，第二绝缘层层叠设置于加热层的另一侧，用于实现加热层与第二相邻导电结构之间的电气隔离。

3、本技术实施例中，加热绝缘膜通过加热层、第一绝缘层和第二绝缘层的层叠设置，将电热转换与双侧电气隔离功能集于一体。加热层与供电设备耦接，可将供电设备提供的电能转换为热能，为贴合部位加热。由于第一绝缘层、第二绝缘层具备电气隔离的功能，加热层层叠在两个绝缘层之间，当加热绝缘膜贴合在相邻导电结构上，或者安装在相邻导电结构之间时，加热层产生的热量能够向目标区域传递，而第一绝缘层和第二绝缘层则分别将加热层与两侧的导电结构隔开，降低了加热层与相邻导电结构之间发生电气导通的可能性，有利于提高在加热应用场景下的电气安全水平，并提高加热的稳定性与可靠性。

4、在一种可能的实现方式中，加热层包括：加热元件，用于耦接供电设备，被配置为：将电能转换为热能。

5、本技术实施例中，加热层采用加热元件作为发热载体，该加热元件用于耦接供电设备以获取电能，并将电能转换为热能。加热元件通常采用线路设计，可以根据不同加热需求，调整加热元件的参数，提高加热绝缘膜对不同加热场景的适配性。结合上述实施例，第一绝缘层、第二绝缘层可以使得加热元件与相邻导电结构维持电气隔离，从而在实现加热功能的同时，降低因绝缘不良而影响电气安全的概率，有利于提高加热绝缘膜的集成度和可靠性。

6、在一种可能的实现方式中，加热层还包括：连接元件，耦接于供电设备与加热元件之间。

7、在本技术实施例中，在加热层中增设连接元件，连接元件耦接于供电设备与加热元件之间，用于将供电设备的电能传输至加热元件。通过连接元件固定供电设备与加热元件之间的电气连接路径，减少因供电设备与加热元件直接连接时，对加热层、第一绝缘层、第二绝缘层带来机械应力影响。同时，设置连接元件，增加了加热层与供电设备电气连接的便利性与可靠性。

8、在一种可能的实现方式中，连接元件与加热元件按照以下任一项方式进行耦接：焊接、插接、压接或绞合连接。

9、结合上述实施例，连接元件与加热元件采用焊接方式进行耦接，有利于降低连接点的接触电阻，并提高连接界面的稳定性。连接元件与加热元件采用插接或压接方式进行耦接，在装配过程中，有利于减少对加热元件及相邻绝缘层的应力影响，并提高装配效率和连接一致性。连接元件与加热元件采用绞合连接方式进行耦接，提高了连接部位的柔性形变能力，当加热绝缘膜在应用中受到振动或弯折时，有助于降低连接点因刚性约束而产生机械断裂或接触不良的概率。在本技术实施例中，连接元件与加热元件按照焊接、插接、压接或绞合连接中的任一种方式进行耦接，为供电引入端与电热转换端之间的电气连接提供了多种可选的机械连接形态，有助于提高加热绝缘膜在不同装配工艺和运行条件下的电气连接可靠性和安全性。

10、在一种可能的实现方式中，加热层还包括：绝缘材料，绝缘材料涂覆在加热元件的外表面，用于实现加热元件与第一绝缘层和/或第二绝缘层之间的电气隔离。

11、在本技术实施例中，通过在加热元件表面涂覆绝缘材料，以在加热元件与外部绝缘层之间形成一层附加的隔离屏障，即使第一绝缘层或第二绝缘层在长期使用中出现局部磨损，加热元件外表面的绝缘材料仍能提供一道补充隔离作用，有利于降低加热元件通过绝缘薄弱处与相邻导电结构之间发生非期望电气导通的可能性。通过在加热元件表面涂覆绝缘材料，以降低因机械应力导致绝缘层被加热元件棱边或焊点刺破而产生绝缘缺陷的风险，提高绝缘加热膜在复杂工况下的长期绝缘可靠性和电气安全性。

12、在一种可能的实现方式中，加热元件按照以下任一项方式进行排布：蛇形排布、波浪形排布或者网状交织排布。

13、本技术实施例中，加热元件按蛇形排布，可以在有限平面空间内形成较长的加热路径，提供较为均匀的加热源，降低局部过热或加热死角的概率，同时提高加热效率。加热元件按波浪形排布，增加了加热元件在受力方向上的可延展性，当加热绝缘膜受到弯折、拉伸或冷热循环引起的形变时，波浪形结构可吸收部分位移，有助于降低加热元件因刚性约束而产生断裂或疲劳损伤的风险。加热元件按网状交织排布，可以在加热层平面内形成多节点、多路径的电热转换网络，即使局部加热元件出现损伤或断路，其余导通路径仍可维持加热功能，提高加热层的容错能力。加热元件可按蛇形排布、波浪形排布或网状交织排布中的任一种方式进行排布，为加热层的热场分布和结构适应性提供了多种可选形态，有利于提高加热绝缘膜在不同形变需求和可靠性要求下的适应能力。

14、在一种可能的实现方式中，在加热元件按照蛇形排布方式构成的蛇形线路中，蛇形线路的宽度大于0.5mm且小于1.0mm，相邻蛇形线路之间的间距大于2 mm且小于5mm。在加热元件按照网状交织排布方式构成的网状线路中，网状线路的网格尺寸为5mm×5mm，网状线路的线宽大于0.3mm且小于0.8mm。

15、适当增大线宽有助于降低加热元件在大电流工况下的局部电流密度和过热风险，提高发热的均匀性与长期运行稳定性。对加热元件之间的距离进行限定，则直接影响相邻加热线段之间的热场叠加。本技术实施例中，通过对线宽进行约束，可减少加热元件过宽导致排布空间不足或过度占用布线面积的情况，有利于在有限的加热层平面内兼顾加热功率需求和热场覆盖范围。同时，通过控制相邻走线之间的间距，可使热源分布更加均匀，提高加热绝缘膜的加热均匀性。

16、在一种可能的实现方式中，加热元件为金属材料或导电浆料。

17、金属材料通常具有较低的电阻温度系数和较高的机械强度，在通电发热过程中，金属材料的电阻值随温度变化的幅度相对较小，有利于维持加热功率的稳定性。同时，在受到振动或弯折等机械应力时，金属材料能够保持结构的完整性。导电浆料可以通过印刷或涂覆等工艺直接成型于绝缘层表面，选用导电浆料有利于减薄加热层的整体厚度，并提高与绝缘层界面的结合力。本技术实施例中，加热元件可以选用金属材料，也可以选用导电浆料，有利于提高加热绝缘膜在不同厚度要求、柔韧要求以及功率稳定要求下的适用能力。

18、在一种可能的实现方式中，加热层的厚度大于0.02mm且小于0.05mm，第一绝缘层的厚度大于0.05mm且小于0.15mm，第二绝缘层的厚度大于0.05mm且小于0.15mm。

19、第一绝缘层、第二绝缘层的厚度，直接影响电气隔离的可靠性以及热传导效率。适当增加绝缘层厚度，提高对加热层与相邻导电结构之间的耐压水平，降低因绝缘层过薄在高压或绝缘老化条件下发生击穿的概率。若过度增加绝缘层厚度，会降低热传导效率。本技术实施例中，通过控制绝缘层的厚度，不仅可以实现绝缘保护，还可以提高加热效率。此外，通过对加热层厚度进行限定，有利于降低加热层自身吸收的热量占比，使加热元件产生的热能更高效地传递至目标区域，提高热利用率以及加热效率。

20、在一种可能的实现方式中，加热绝缘膜的厚度小于0.3mm。

21、加热绝缘膜由第一绝缘层、加热层和第二绝缘层层叠构成，通过限定加热绝缘层的总厚度，可以对各功能层的厚度分配进行统筹约束。在电气隔离方面，控制总厚度，降低因膜层过薄在高压或绝缘老化条件下发生击穿或漏电流增大的概率。在热传导方面，控制总厚度降低热量从加热元件穿越绝缘层到达目标区域的热阻，减少加热层向目标传热路径上的温降损失，从而提高热响应速度和热利用率。在结构方面，控制总厚度提高加热绝缘膜的场景适应性。

22、第二方面，本技术实施例提供了一种电芯，包括：卷芯，和如第一方面所述的加热绝缘膜，加热绝缘膜贴附在卷芯的外壁。

23、本技术实施例中，将第一方面提供的加热绝缘膜贴附在卷芯的外壁，以集成在电芯内部。加热绝缘膜的加热层可在供电设备驱动下将电能转换为热能，热能由卷芯外壁直接传导至卷芯内部，提高了卷芯（或电芯）的加热速率。此外，加热绝缘膜具备绝缘功能，可以直接作为卷芯的绝缘膜，能够实现卷芯与其他相邻导电结构的电气隔离。具体的，在第一绝缘层位于加热层与卷芯外壁之间时，第一绝缘层可以实现加热层与卷芯这一相邻导电结构之间的电气隔离，第二绝缘层位于加热层远离卷芯的一侧，第二绝缘层可以实现加热层与电芯外部相邻导电结构之间的电气隔离。加热层在向卷芯提供热量的同时，与卷芯及外部导电部件均维持电气隔离状态，降低了加热层对电芯内部电化学体系和外部电路产生非期望电气影响的可能性，提高了电芯在加热模式下的电气安全水平，同时提高了对电芯加热的加热效率。

24、在一种可能的实现方式中，电芯还包括：壳体，壳体包围设置在卷芯外侧。

25、在本技术实施例中，在卷芯和加热绝缘膜的外侧设置壳体，壳体包围在卷芯外侧，为电芯内部结构提供外部防护与封闭。当加热绝缘膜贴附于卷芯外壁并被壳体包围时，加热绝缘膜被夹持在卷芯与壳体之间，形成从内到外依次为卷芯、第一绝缘层、加热层、第二绝缘层、壳体的层叠关系。壳体能够将加热绝缘膜压合在卷芯表面，有利于降低加热绝缘膜与卷芯之间的接触热阻，减少界面空隙，使加热层产生的热量更高效地传导至卷芯内部，提高热传导效率。在该实施例中，卷芯与壳体中的一者作为第一相邻导电结构，另一者作为第二相邻导电结构，加热绝缘膜可以实现卷芯与壳体之间的电气隔离，同时，加热层与壳体之间的绝缘层降低了加热层通过壳体与电芯外部导电部件形成非期望导电路径的可能性，有利于提高电芯在加热工作模式下的电气安全水平，以及加热的稳定性和可靠性。

26、在一种可能的实现方式中，壳体包括：下壳体和顶盖，下壳体用于放置卷芯，顶盖设置孔洞，加热绝缘膜中的加热层通过孔洞与供电设备连接。

27、结合上述实施例，将壳体分为下壳体与顶盖的组合，下壳体用于放置卷芯，为卷芯及贴附其外壁的加热绝缘膜提供容纳空间。顶盖设置孔洞，加热绝缘膜中的加热层可通过该孔洞与供电设备实现连接。当顶盖扣合在下壳体上之后，加热绝缘膜被稳定夹持在卷芯与壳体之间，加热层通过孔洞引出，第一绝缘层持续隔离加热层与卷芯，第二绝缘层持续隔离加热层与壳体内壁，使得整个供电引入部位与周边导电结构之间维持电气隔离状态。基于该结构，可以使供电连接点集中孔洞位置，外部供电设备可以通过孔洞位置为加热绝缘膜供电，对电芯的加热，提高了对电芯加热的便捷性与稳定性。

28、第三方面，本技术实施例提供了一种热失控触发系统，包括：如第二方面所述的电芯、供电设备和控制模块，供电设备耦接于加热绝缘膜中的加热层，控制模块，被配置为：按照预设加热模式，控制供电设备向加热层供电，并根据电芯的电芯参数、电芯温度、电芯电压，确定电芯是否触发热失控。

29、本技术实施例提供一种热失控触发系统，供电设备耦接于加热绝缘膜中的加热层，控制模块按照预设加热模式控制供电设备向加热层供电，使加热层将电能转换为热能，从电芯内部对卷芯进行加热，从而模拟不同的工况，对电芯进行加热，以触发电芯热失控。同时，控制模块采集电芯的电芯参数、电芯温度和电芯电压，以判断电芯是否触发热失控。在热失控触发系统中，将热失控触发与状态判定形成闭环，控制模块可以根据预设加热模式调节供电功率和加热时长，有利于降低因外部加热方式带来的热传导延迟和温度分布不均对热失控触发的影响，提高热失控测试的可重复性和触发精度。由于加热绝缘膜直接贴附于卷芯外壁，热源紧邻卷芯，缩短了热量传递路径，减少加热过程中的热损失，使得电芯内部能够按照预设模式快速升温，有利于提高对电芯加热的稳定性与可靠性，还可以提高热失控测试结果的可靠性。

30、在一种可能的实现方式中，控制模块，还被配置为：获取电芯的电芯参数、电芯的电芯温度和电芯的电芯电压。

31、在本技术实施例中，控制模块通过获取电芯参数，能够掌握电芯的初始状态与特性，通过获取电芯温度和电芯电压，则可以采集加热过程中电芯内部的状态变化量。在供电设备对加热绝缘膜供电、加热绝缘膜对电芯加热的过程中，控制模块将实时获取的温度、电压等数据与预设加热模式下的响应趋势进行综合比对，有利于提高热失控触发判定的准确性和及时性。

32、在一种可能的实现方式中，电芯温度包括：第一电芯温度和第二电芯温度，电芯电压包括第一电芯电压和第二电芯电压，第一电芯温度为向加热绝缘膜加热过程中第一时刻的电芯温度，第二电芯温度为向加热绝缘膜加热过程中第二时刻的电芯温度，第一电芯电压为向加热绝缘膜加热过程中第一时刻的电芯电压，第二电芯电压为向加热绝缘膜加热过程中第二时刻的电芯电压，控制模块，具体配置为：根据电芯的电芯参数，确定电芯触发热失控的电压变化阈值和温度变化速率阈值，根据第一电芯温度和第二电芯温度，确定电芯的温度变化速率，根据第一电芯电压和第二电芯电压，确定电芯的电压变化值，在温度变化速率大于温度变化速率阈值，或者电压变化值大于电压变化阈值时，判定电芯触发热失控。

33、在本技术实施例中，控制模块获取第一电芯温度和第二电芯温度、第一电芯电压和第二电芯电压，并根据电芯参数确定触发热失控的电压变化阈值和温度变化速率阈值。控制模块依据加热过程中温度差异得出温度变化速率，依据加热过程中的电压差异得出电压变化值，当温度变化速率大于温度变化速率阈值或电压变化值大于电压变化阈值时，判定电芯触发热失控。有利于降低因电芯初始状态差异或环境波动造成的误判概率，提高热失控触发判定的准确性和及时性。

34、在一种可能的实现方式中，热失控触发系统还包括：集成模块，用于卡接固定电芯并与电芯进行电连接。

35、本技术实施例中，热失控触发系统还包括集成模块，集成模块用于卡接固定电芯并与电芯进行电连接。集成模块通过卡接方式对电芯进行机械固定，将电芯稳定约束在预设测试工位上，有利于提高测试过程中电芯安装的稳固性和一致性。集成模块与电芯进行电连接，为供电设备向加热绝缘膜中的加热层供电以及控制模块获取电芯参数、电芯温度和电芯电压提供电气接口，减少外部引线的分散布置，降低连接点松动或接触不良的概率，以提高电气连接的可靠性。

36、在一种可能的实现方式中，集成模块包括：卡槽和对插结构，卡槽用于卡接固定电芯，对插结构用于与加热层的连接元件进行对插，以对加热层提供电能。

37、集成模块设置卡槽和对插结构，卡槽通过卡接方式将电芯机械约束在预定位置，使电芯在测试过程中保持稳定姿态，降低因电芯位移或晃动导致对插连接点受力变化的风险，提高装夹的重复性和一致性。对插结构则与加热层的连接元件形成可分离的电气接口，供电设备通过对插结构向加热层供电，以实现供电回路的快速接通与断开。通过卡接固定与对插供电的组合结构，将电芯的机械定位与电气连接功能集成于同一模块，在电芯装入卡槽的同时，连接元件与对插结构也随之完成对接，有利于提高测试连接的便利性和可靠性，以及热失控触发系统的可重复使用性和测试结果的一致性。

38、第四方面，本技术实施例提供了一种热失控触发方法，应用于如第三方面所述的热失控触发系统，热失控触发方法包括：按照预设加热模式，向加热绝缘膜的加热层供电，获取电芯的电芯参数、电芯温度和电芯电压，根据电芯参数、电芯温度、电芯电压，确定电芯是否触发热失控。

39、在一种可能的实现方式中，电芯温度包括：第一电芯温度和第二电芯温度，电芯电压包括第一电芯电压和第二电芯电压，第一电芯温度为向加热绝缘膜加热过程中第一时刻的电芯温度，第二电芯温度为向加热绝缘膜加热过程中第二时刻的电芯温度，第一电芯电压为向加热绝缘膜加热过程中第一时刻的电芯电压，第二电芯电压为向加热绝缘膜加热过程中第二时刻的电芯电压，根据电芯的电芯参数、电芯温度、电芯电压，确定电芯是否触发热失控，包括：根据电芯参数，确定电芯触发热失控的电压变化阈值和温度变化速率阈值，根据第一电芯温度和第二电芯温度，确定电芯的温度变化速率，根据第一电芯电压和第二电芯电压，确定电芯的电压变化值，温度变化速率大于温度变化速率阈值，或者电压变化值大于电压变化阈值时，判定电芯触发热失控。

40、第五方面，本技术实施例提供了一种电池包，包括：如第一方面所述的加热绝缘膜和电芯，加热绝缘膜贴附在电芯外壁，或者，如第二方面所述的电芯。

41、第六方面，本技术实施例提供了一种车辆，包括：如第二方面所述的电芯，或者，如第五方面所述的电池包。

42、上述第二方面至第六方面与本技术实施例的第一方面的技术方案相对应，各方面及对应的可行实施方式所取得的有益效果相似，不再赘述。需要说明的是，上述各个方面中的任意一个方面的各种可能的实现方式，在方案不矛盾的前提下，均可以进行组合。