加热器电热膜在动力电池低温加热器中的应用

1、电动汽车的一般加热方法

电动汽车当前比较常用的加热器方法，一大类型是与冷却系统复合在一起的加热器制热功能，比如热泵空调，热管、相变材料等等，这种加热器制热系统中，加热器加热过程以制冷的逆过程形式出现，制冷制热基本在一个系统内部进行，靠控制器和系统工作期间的物理、化学等属性实现制冷制热的切换，不确定这个系统的专业名称是什么，这里暂且给它起个名字，一体化热管理系统。另一种加热器加热方法，专门针对电动汽车在寒冷环境下工作的需要设计，是一套独立的加热器加热设备，与制冷无关，我们暂且称之为独立制热系统。

2、电热膜种类及工作原理

传统加热器加热膜，主要在建筑行业应用，用作隐蔽供暖系统，将电热膜预埋到墙壁或者地板下面，寒冷季节，通电后给空间加热。相比于传统的集中式暖气，加热膜可以更均匀的加热空间，带来更舒适的体验。

电热膜分类，按照电热膜封装材料不同划分，金属电热膜、无机电热膜（包括炭纤维电热膜、油墨电热膜等）和高分子电热膜。

金属电热膜，是第一代薄膜加热产品，采用气相生长等成膜技术，将导电的金属材质附着到绝缘材质上，然后在金属层表面再覆盖一层绝缘材料，将金属层严密包裹在里面，形成薄片状导电膜。加热器通电后，金属内阻发热，形成电热效应。常用的金属电热材料有铜和镍，不同的材料有不同的电阻率，不同的工作电压和发热功率，不同金属材质配合不同的电路设计，满足不同的用户参数要求。不同金属材质的选择，也会直接影响电热膜的造价。

无机电热膜，无机指的是导电材料为无机物，比如石墨、SiC、SiO2、导电油墨、炭纤维和其他导电硅酸盐等等。无机电热膜，将上述无机导电物质与阻燃剂、成膜剂等辅料混合到一起，一同涂抹到绝缘基材上，形成导电膜。给加热膜两端加载电压，导电层实际上是一层半导体，将电能转化成热能。

需要说明的是，一部分无机导电材料常温下是脆性物质，比如SiO2是玻璃的主要成分，此类电热膜需要涂覆在刚性基材上，作为板型材料使用。而另外一部分表现为柔性，比如导电油墨和炭纤维。无机物耐高温，寿命长，易于取得，是一类性能优良的加热器材。但是无法弯折，变形困难是限制无机电热膜使用的重要原因。柔性的无机物电热膜能够得到更为广泛的应用。

高分子电热膜，是在有机材料中加入导电粒子，加工成薄膜材料后封装，或者把导电材料涂抹在绝缘材料基底上，制成有机导电膜，再用高分子绝缘材料封装。一般工作温度没有无机电热膜高。有机电热膜类别里，硅胶加热膜、聚酰亚胺加热膜、PET加热膜，都属于应用比较广的品类。

3、电热膜在动力电池包中的应用

加热器电热膜在动力电池包中的应用，是近两年讨论较多的一个问题。加热膜的高效率和良好的空间利用效果，使得电热膜在空间极为有限的动力电池包内有着极大的优势。

但加热器电热膜并没有在道路车辆上大量应用的先例，对于他的安全性和可靠性，还需要进一步考察。参照建筑行业标准，并增加考虑汽车应用环境的影响因素，对于加热器电热膜安全性要求，下面几个方面应该是比较重点的项目。

绝缘性，泄漏电流和电气强度。加热器加热膜不是贴合在电池上，就是粘贴在传热能力强的金属表面，其绝缘性能是第一个需要考虑的问题。一般绝缘性能，用检测泄漏电流和介电强度的方法来衡量。

功率输入偏差，作为一个发热元件，功率控制的准确性直接影响系统对环境温度的掌控能力。家电行业的加热器薄膜加热产品标准，要求其输入功率偏差在-10%~5%之间。

干烧耐温能力，指给加热器加热膜通电，在稳定达到最高耐热温度以后，经历了一段时间，产品的外观和构造不会受到损坏，绝缘性能没有大的改变，冷态电阻阻值变化在一定范围以内。

耐高温，加热器加热膜环境温度达到一定高温以后，放置一定长度的时间，加热器加热膜的基本性能不发生改变。加热器加热膜可以处于正常工作状态时，或者断电搁置状态时。

耐低温，与耐高温类似，需要定义一个低温范围。

冷热交变，又叫温度冲击，高分子材质或者无机物，在反复快速经历高低温的循环变化以后，加热膜关键性能变化应该在一定范围以内。

耐冲击，道路车辆的重要器件，都必须具备耐冲击能力。进一步的，考虑到加热膜，最好考察期工作安装状态的耐冲击性能。

耐振动，情形类似耐冲击能力。

阻燃性，也是车辆材质的一个基本要求，尤其电动汽车，一般要求V0级。

4、电热膜重要参数

在以往面对航天军工等行业的电热膜企业中，已经有先行者在产品品类中列出了加热器动力电池加热专用电热膜这个类别。加热器电热膜在动力电池包中的应用还不成熟，选择怎样的加热器电热膜，以怎样的方式应用到加热器电池包中，可能需要结构设计和电气设计共同参与。选择一个电热膜，除了先考虑前面可靠性因素以外，就是产品实际的可用性。

哪些是加热膜应用最重要的参数？

一般想来，加热器电热膜种类，安装方式，工作电压范围，功率密度，工作温度范围，应该是需要考虑的重点因素。

电热膜种类，是权衡加热器电池包生命周期与电热膜生命周期的匹配性，性价比，前面的可靠性，加热器电气需求和结构需求等因素，综合考虑以后确定的。

安装方式，结合加热器电池包具体情况，尤其加热器空间布置情况，维修计划，加热器冷却系统的类型等等，确定加热器电热膜的安装位置和方法。

工作温度范围，明确加热器产品目标地区，确定加热器加热需求；

功率密度，是加热器加热膜单位面积的发热能力。根据前面的加热器工作温度范围，结合加热器电池包实际热负荷，用极限温度条件，计算需要的加热器最大功率密度。

工作电压，一个设计完成的加热器电热膜，加热器的加热功率是依靠电压调节的，并且可调范围很宽。我们需要先选定一个理想的加热器加热时长，再根据电池包热负荷选取目标功率和目标电压。如果希望加热功率可调，则需要配置调压电源。