一种聚合物锂离子电池集加热/散热一体化的热管理系统的制作方法

1.本发明专利涉及动力锂离子电池系统集成，尤其是涉及一种聚合物锂离子电池集加热/散热一体化的热管理系统。


背景技术：

2.锂离子动力电池具有高能量密度、高电压和长循环寿命，而聚合物锂离子电池具有更为灵活的结构被广泛应用于新能源电动汽车作为动力能源的存储和供给系统。近些年，新能源汽车的续航理程要求越来越高，这导致对动力型的聚合物锂离子电池的能量密度要求越来越高，从而间接的导致聚合物锂离子电池系统出现因低温、高温环境下运行发生的热失控安全事故的频率增加。因此，针对聚合物锂离子电池系统设计更加高效的热管理系统势在必得，尤其是针对集加热/散热一体化的热管理系统，可以有效避免重复设计加热和冷却热管理系统。
3.针对上述问题，虽然已有较多的解决技术方案公开，但大部分专利的技术方案仅涉及散热设计或者低温加热设计，将低温加热与高温散热集合为一体的技术方案少有公开。如：专利cn201910275815.3公开了一种动力电池低温快速自加热方法和装置，通过触发大电流外部短路实现电池快速加热；专利cn201711433286.2公开了一种动力电池模组散热装置，通过水冷板与电池模组连接进行换热，从而实现电池散热控温。本发明专利通过聚合物锂离子电池外壳封装用铝塑膜内置加热组件实现低温快速自加热，同时通过设置相变板夹于聚合物锂离子电池之间，从而实现散热控温功能。通过本发明专利实施，聚合物锂离子电池系统具有高度集成的集加热/散热一体化热管理系统设计，可以有效地提升动力电池在全天候环境下的工作效率，提升动力电池系统的热安全性。


技术实现要素：

4.针对上述发明的不足，本发明专利通过一种聚合物锂离子电池集加热/散热一体化的热管理系统，解决现有的动力电池模组单一的热管理系统设计，避免电池模组热管理系统的重复设计，即可保障动力电池全天候的工作，也提升了动力电池系统能量密度，间接增加续航里程。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案为：
6.一种聚合物锂离子电池集加热/散热一体化的热管理系统，其特征在于，包括：电池模组、聚合物锂离子电池、铝塑膜、加热组件、相变板、加热电路板、加热控制系统；所述的电池模组由n节所述的聚合物锂离子电池构成，其中n大于等于4，所述的聚合物锂离子电池外壳采用所述的铝塑膜进行封装，所述的加热组件设置于所述的铝塑膜内部构成一体化结构，所述的相变板设置于所述两两聚合物锂离子电池之间，所述的加热电路板与所述的加热组件进行电路连接，并且所述加热电路板设置于所述聚合物锂离子电池上端，所述的加热电路板上设置有加热控制器，所述加热控制器用来调制所述加热组件的加热模式。
7.进一步地，所述铝塑膜包括内衬导热膜和外侧绝缘膜，内衬导热膜与外侧绝缘膜
之间第一步通过绝缘粘接剂进行贴合，第二步通过热辊压机进行紧密粘接。
8.进一步地，所述的聚合物锂离子电池外壳采用铝塑膜进行封装，首先将铝塑膜加工成方壳形状，其次将聚合物锂离子电池置于方壳形状的铝塑膜中，通过抽真空进行封装。
9.进一步地，所述的加热组件包括金属加热条和热敏电阻设置于所述的铝塑膜内部，所述的金属加热条与热敏电阻进行串连设置，所述的金属加热条的整体结构设计为“i”或“u”型，使其均匀的分布在铝塑膜内部；所述的热敏电阻根据聚合物锂离子电池的温度而改变其阻值，当聚合物锂离子电池的温度达到t2时(t2大于15℃)，所述的热敏电阻阻值上升至无限大，从而中断本路电路的导通。
10.进一步地，所述的相变板包括柔性相变材料和二次散热组件，所述的柔性相变材料以聚合物高分子材料或硅胶或泡沫棉为基材，采用相似相容或高温熔融或真空浸渍方法制备，所述的柔性相变材料相变温度控制在35
‑
45℃之间；所述的二次散热组件为微型热管或铜网或脉动热管等，所述的相变板夹于所述的聚合物锂离子电池之间。
11.进一步地，所述的加热电路板用于与所述的加热组件进行连接，所述的加热电路板上设置有接线焊接孔。
12.进一步地，所述的加热控制系统设置于所述的加热电路连接板上，所述加热控制系统一端电路与所述加热电路板连接，另一端电路与外部电源连接；所述的加热控制系统控制过程分为：第一阶段，通过判断采集车外温度t0，t0小于5℃切换成低温模式，t0大于5℃切换成静默模式；第二阶段，判断采集聚合物锂离子电池的温度t1，t1低于
‑
5℃，启动以所述加热组件电压为u1的功率加热；第三阶段，判断采集聚合物锂离子电池的温度t2大于15℃时，启动以所述加热组件电压为u1一半的功率进行脉冲加热；第四阶段，判断采集聚合物锂离子电池的温度t3大于20℃时，切断所述加热控制系统的供电停止加热。
13.通过本发明专利的实施可以有效的提升动力电池在全天候环境下的工作效率，保障动力电池的热安全性，避免电池系统繁杂的热管理系统设计。
附图说明
14.图1为本发明专利一种聚合物锂离子电池集加热/散热一体化的热管理系统电池模组结构示意图
15.图2为本发明专利铝塑膜与加热组件之间的装配结构示意图
16.图3为本发明专利铝塑膜封装聚合物锂离子电池的结构示意图
17.图4为本发明专利加热组件的结构示意图
18.图5为本发明专利相变板的结构示意图
19.图中说明：聚合物锂离子电池(1)；铝塑膜(2)；内衬导热膜(201)；外侧绝缘膜(202)；加热组件(3)；金属加热条(301)；热敏电阻(302)；加热组件电源线(303)；相变板(4)；柔性相变材料(402)；二次散热组件(401)；加热电路板(5)；接线焊接孔(501)；加热控制系统(6)。
具体实施方式
20.下面将结合本发明专利实施案例中的附图，对本发明实施中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施案例仅仅是本发明专利一部分方式，而不是全部的实
施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.实施案例1
22.参照图1至图5，本实施案例涉及电池模组、聚合物锂离子电池(1)、铝塑膜(2)、内衬导热膜(201)、外侧绝缘膜(202)、加热组件(3)、金属加热条(301)、热敏电阻(302)、加热组件电源线(303)、相变板(4)、柔性相变材料(402)、二次散热组件(401)、加热电路板(5)、接线焊接孔(501)、加热控制系统(6)；电池模组有由5节所述聚合物锂离子电池(1)构成，在所述的聚合物锂离电池(1)的外壳采用所述的铝塑膜(2)进行封装，在所述的铝塑膜(2)内部设置有加热组件(3)；在所述的两两聚合物锂离子电池(1)之间设置有所述的相变板(4)，并且在所述相变板(4)上设置有二次散热组件(401)进行热交换，在所述的聚合物锂离子电池(1)与所述的相变板(4)的装配采用贴合紧压式，使得所述相变板(4)与所述聚合物锂离子电池(1)接触面的空穴减少，强化两者间的热传导；在所述的聚合物锂离子电池(1)的上方设置有所述加热电路板(5)，并且在所述的加热电路板(5)上开设有多个接线焊接孔(501)，所述接线焊接孔(501)与所述的加热组件(3)上的加热组件电源线(303)进行连接，从而实现所述加热组件(3)的通路；在所述的加热电路板(5)上还设置有加热控制系统(6)，所述加热控制系统(6)一端的电路与所述接线焊接孔(501)进行连通，另一端的电路则与外部电源进行连通；所述的加热控制系统(6)的控制过程分为：第一阶段，通过判断采集车外温度t0，t0小于5℃切换成低温模式，t0大于5℃切换成静默模式；第二阶段，判断采集聚合物锂离子电池(1)的温度t1，t1低于
‑
5℃，启动以所述加热组件(3)电压为u1的功率进行加热；第三阶段，判断采集聚合物锂离子电池(1)的温度t2大于15℃时，启动以所述加热组件(3)电压为u1一半的功率进行脉冲加热；第四阶段，当采集聚合物锂离子电池(1)的温度t3大于20℃时，切断所述加热控制系统(6)的供电停止加热。
23.参照图2所示，所述的铝塑膜(2)与所述加热组件(3)的结构装配示意，所述的铝塑膜(2)的底层材料为内衬导热膜(201)，外层材料为外侧绝缘膜(202)，所述加热组件(3)介于所述内衬导热(201)和所述外侧绝缘膜(202)之间；内衬导热膜(201)可以实现电池内部的热量快速往外侧传递，同时也可以加快加热组件(3)产生的热量传递至所述聚合物锂离子电池(1)，提升其内部温度；所述的内衬导热膜(201)与外侧绝缘膜(202)之间涂有绝缘粘接剂，绝缘粘接剂可以避免加热组件(3)之间的金属加热条(301)间的短路，两者贴合之后再通过辊压机进行紧密结合，排除所述内衬导热膜(201)与外侧绝缘膜(202)之间的空气；参照图3所示，所述聚合物锂离子电池(1)与所述铝塑膜(2)的装配结构示意图，所述聚合物锂离子电池(1)的外壳采用所述铝塑膜(2)进行封装，所述铝塑膜(2)内部设置有所述加热组件(3)，因此在辊压贴合之后，在所述的铝塑膜(2)的外侧绝缘膜(202)上留下凹凸的平面，通过所述的相变板(4)的柔性相变材料(402)可以很好的解决这些凹凸平面。
24.参照图4所示，所述的加热组件(3)是由金属加热条(301)和热敏电阻(302)构成，所述的金属加热条(301)的结构布局为“i”或“u”型，可以很好的分布在所述的铝塑膜(2)中，从而实现整个平面的均匀加热；在所述的金属加热条(301)的一端串联接有一个热敏电阻(302)，所述的热敏电阻(302)在温度超过15℃后，其阻值可以增至无限大，从而对串联的金属加热条(301)进行断路，所述的加热组件电源线(303)与所述的加热电路板(5)上的接线焊接孔(501)进行连接，从而实现外部电源对所述的加热组件(3)进行供电。
25.参照图5所示，所述的相变板(4)包括柔性相变材料(402)和二次散热组件(401)，所述的柔性相变材料(402)以聚合物高分子材料或硅胶或泡沫棉为基材，采用相似相容或高温熔融或真空浸渍方法制备，所述的柔性相变材料相变温度控制在35
‑
45℃之间，通过所述的柔性相变材料(402)吸收聚合物锂离子电池(1)在高温环境下工作产生的热量，控制电池的温度在合适的25
‑
50℃之间，采用柔性的相变材料(402)使得加工的相变板(4)具有一定的可压缩性，从而实现整个电池模组采用紧压式装配；所述的二次散热组件(401)可以为微型热管或铜网或脉动热管，所述的二次散热组件(401)为被动式耗散热，可以有效的降低整个电池系统的能耗，通过所述的二次散热组件(401)可以强化相变板(4)的热传导能力，同时采用二次散热组件(401)可以加速相变板(4)吸收热量后的热释放，从而进一步提高所述相变板(4)的吸热、均温能力。