加热膜加热系统设计考量

冬季电动汽车的使用,往往需要配备加热系统,尤其是在北方,基本是标配,否则低温充电和容量衰减是个大问题。这里探讨下加热膜加热系统的相关设计考量。

相对于可变电阻PTC的加热,加热膜是一种电阻值恒定的加热元器件,加热膜一般由电阻丝、绝缘包覆层、引出导线和接插件组成,有些情况为便于安装会在包覆层的外表面涂一层胶。

包覆层的材料一般为PI、硅胶和环氧树脂,三者都可以起到绝缘作用,在特性上又有些不同:

  • PI加热膜厚度可以做到0.3mm,耐腐蚀性,但容易被毛刺刺穿;

  • 硅胶膜厚度在1.5mm以上,不容易被刺穿,但不耐磨也不耐电解液腐蚀;

  • 环氧树脂膜厚度在1.5mm以上,不易被毛刺刺穿,耐磨耐腐蚀,但硬度大,内应力也大。

对加热膜来说,主要设计点在于安装位置和加热功率。就位置而言,热膜可装配于电芯之间、模组侧面、模组底面。

根据客户输入的温升速率要求,结合各自企业(电芯)不同加热功率与温升速度的关系,大概得出单电芯加热所需要的功率,进而细化,选型,最终确定加热膜。

加热膜加热系统设计的另外一个考量在于加热电路设计。因为,加热膜加热所用的能量来自于电能,所以,根据车辆所处的不同模式,会接入不同的电能来源,比如:

  • 在行驶状态下,将直接采用电池包自身的能量为加热膜提供电能,对电芯加热,这种耗损自身电能的情况对续航里程的影响较大;

  • 在停止充电状态下,系统会通过对继电器的开断设计,利用外接电源来为加热膜提供电能,从而为电芯加热,这个时候加热请求的电压与系统电压相同,所以外接电源不会为电池充电,而是对加热膜提供电能。这种情况如果能提前启动加热,这样在用车时就可以不用耗损电池包电量,是一种比较好的预加热设计。

基于以上的考量,整个加热系统的电路设计基本是与主回路的高压电路处于并联关系,加热系统通常具有2个继电器,其开合状态与主回路继电器进行配合,就会构成不同的加热模式。

加热膜设计要注意干烧风险(额定功率持续运行下,自身最大的温度,一般要控制在65℃以下)。尽管它的成本低,控制也简单,对模组散热影响也小,但加热膜的加热功率有限,侧面加热的话,温升速率最大也就在0.5℃/min左右,同时温差也很难控制到5℃以内。


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