本發(fā)明動(dòng)力電池加熱技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新能源電動(dòng)汽車專用石墨加熱片及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新能源逐漸采用動(dòng)力鋰電池作為動(dòng)力來源，而動(dòng)力鋰電池工作溫度一般在5～45℃，當(dāng)電池處于低溫環(huán)境中時(shí)，充放電性能明顯衰減，甚至無法正常工作。因此在嚴(yán)寒季節(jié)，往往需要先將動(dòng)力鋰電池加熱到一定溫度才可以正常使用，目前動(dòng)力鋰電池普遍采用的加熱方式是采用電加熱片直接安裝于電池表面進(jìn)行加熱。

傳統(tǒng)的電加熱片一般采用合金材料作為核心板，在其表面刻蝕出線路，并封裝絕緣材料制得。一方面，刻蝕線路工藝操作復(fù)雜繁瑣，生產(chǎn)用水量大，廢水污染物種類多，成分復(fù)雜，環(huán)境危害大；另一方面，由于合金材料的性能限制，這種加熱方式加熱效率低，不能保證各個(gè)電池間溫度的一致性，而加熱效果與安全性能的一個(gè)重要指標(biāo)就是加熱表面溫度分布的均勻程度。

高導(dǎo)熱石墨片材料是由規(guī)則的二維碳原子層在Z軸方向按一定層間距堆積而成，無論是人工石墨片還是天然石墨片，二者均具有平整度高、輕薄、易加工（可在制作時(shí)直接將圖形畫出）、耐老化的特點(diǎn)，應(yīng)用于導(dǎo)熱傳熱領(lǐng)域，較高的熱擴(kuò)散系數(shù)使得石墨片狀材料能沿平面方向?qū)崃靠焖俚膫鬟f開，迅速實(shí)現(xiàn)加熱的效果，均熱效果佳。出色的柔韌特性和力學(xué)性能使其能夠適應(yīng)任何表面形狀，緊密的貼覆于加熱受體表面，實(shí)現(xiàn)高效率傳熱。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種新能源電動(dòng)汽車專用石墨加熱片及其制備方法，可用于新能源電動(dòng)汽車中，該加熱片利用高導(dǎo)熱的柔性石墨片輕薄、柔軟和高導(dǎo)熱性的特點(diǎn)，可緊緊的貼覆于動(dòng)力電池表面，利用石墨片優(yōu)異的傳熱特性對(duì)電池進(jìn)行加熱。與現(xiàn)有鎳合金加熱片相比，具有制作成本低，制程無環(huán)境污染，升溫速度快，溫度均勻性好的優(yōu)勢(shì)；與塊體石墨材料相比，具有輕薄、柔軟的優(yōu)勢(shì)，可與動(dòng)力電池良好的接觸，利于動(dòng)力電池的電加熱應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案：

一種新能源電動(dòng)汽車專用石墨加熱片，包括基礎(chǔ)加工石墨膜，其特征在于：所述基礎(chǔ)加工石墨膜為加工成連續(xù)U型的柔性石墨片，所述柔性石墨片的兩個(gè)端部分別連接有銅箔，所述銅箔作為電極連接電源，共兩片，分別敷設(shè)在基礎(chǔ)加工石墨膜端部柔性石墨片的上下表面；所述銅箔與柔性石墨片的兩個(gè)端部通過連接件進(jìn)行硬連接；所述基礎(chǔ)加工石墨膜的上下表面分別覆蓋有絕緣材料層。

作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，還包括敷設(shè)在至少一側(cè)絕緣材料層之外的附加層，所述附加層自內(nèi)而外依次包括絕緣雙面膠、附加整片石墨膜和附加絕緣層，所述附加整片石墨膜為整張的柔性石墨片。

其中，所述連接件可以由螺栓和螺母組成，所述螺栓貫穿上下兩層銅箔和中間的基礎(chǔ)加工石墨膜，兩端分設(shè)螺母實(shí)現(xiàn)固定連接，所述銅箔和基礎(chǔ)加工石墨膜上對(duì)應(yīng)位置開螺栓預(yù)留孔。

所述連接件也可以只用連接金屬片，所述連接金屬片為條帶狀，上下來回穿透兩層銅箔和中間的基礎(chǔ)加工石墨膜，兩個(gè)端部與銅箔焊接固定，所述銅箔和基礎(chǔ)加工石墨膜上對(duì)應(yīng)位置設(shè)用于連接金屬片上下穿連的預(yù)留孔。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述基礎(chǔ)加工石墨膜的厚度范圍為0.025mm～0.3mm，優(yōu)選0.05mm～0.25mm；加工線寬為5～20mm，空余部分線寬不大于5mm。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述基礎(chǔ)加工石墨膜上下表面絕緣材料層的材料種類相同或不同，為聚酰亞胺單面膠、FR-4板或硅膠中的一種或兩種；所述附加絕緣層為聚酰亞胺單面膠、FR-4板或硅膠中的一種；所述絕緣雙面膠為耐80℃以上溫度的雙面膠。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述絕緣材料層的厚度范圍為0.05mm～0.125mm；所述附加絕緣層的厚度范圍為0.05mm～0.125mm；所述絕緣雙面膠的厚度不超過0.050mm。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述銅箔的厚度范圍為20～50μm，寬度大于所述基礎(chǔ)加工石墨膜的加工線寬，小于所述基礎(chǔ)加工石墨膜的加工線寬與兩倍空余部分線寬之和。

更優(yōu)選的，所述基礎(chǔ)加工石墨膜所處平面內(nèi)，在空余部分填充與基礎(chǔ)加工石墨膜厚度相適應(yīng)的絕緣材料，形成分散或連續(xù)的嵌填絕緣區(qū)。

本發(fā)明還提供上述的新能源電動(dòng)汽車專用石墨加熱片的制備方法，其特征在于：

步驟一、加工制作基礎(chǔ)加工石墨膜；

步驟二、在基礎(chǔ)加工石墨膜的柔性石墨片的兩個(gè)端部分別設(shè)置銅箔，不接觸柔性石墨片的其他部分；

步驟三、用連接件將銅箔柔性石墨片進(jìn)行固定；

步驟四、在基礎(chǔ)加工石墨膜的一側(cè)表面設(shè)置一層絕緣材料層；

步驟五、根據(jù)需要在基礎(chǔ)加工石墨膜的空余部分填充與基礎(chǔ)加工石墨膜厚度相適應(yīng)的絕緣材料，形成分散或連續(xù)的嵌填絕緣區(qū)；

步驟六、在基礎(chǔ)加工石墨膜設(shè)置銅箔的一側(cè)敷設(shè)另一層絕緣材料層；

步驟七、在至少一側(cè)絕緣材料層之外敷設(shè)附加層，自內(nèi)而外依次敷設(shè)絕緣雙面膠、附加整片石墨膜和附加絕緣層；

步驟八、進(jìn)行整體質(zhì)檢，至此，能源電動(dòng)汽車專用石墨加熱片制備完成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)在于：

1、導(dǎo)電傳熱快：石墨片本身是一種3C領(lǐng)域常用的均熱散熱材料，本發(fā)明利用其可優(yōu)異的導(dǎo)電和傳熱性能，通過簡(jiǎn)單切割的方法將基礎(chǔ)加工石墨膜加工出圖形，內(nèi)部形成彎折連續(xù)的傳熱線路，采用絕緣材料封裝后直接使用，升溫速度快；

2、加熱均勻性好：石墨片材料本身均熱散熱性能突出，利用其制作的加熱片，溫度均勻性好，同時(shí)進(jìn)一步采用未加工的附加整片石墨膜作為均熱材料貼覆在已加工好的基礎(chǔ)加工石墨膜的后方，進(jìn)一步提高了其溫度均勻性；

3、發(fā)熱線路加工操作簡(jiǎn)單：本發(fā)明加熱片的發(fā)熱線路可通過直接切割形成，方便快捷，對(duì)環(huán)境無污染，克服現(xiàn)有加熱片的發(fā)熱絲采用合金或金屬材料，需刻蝕才能得到線路，不僅操作復(fù)雜繁瑣，生產(chǎn)用水量大，廢水污染物種類多，成分復(fù)雜，環(huán)境危害大的問題；

4、嵌填絕緣區(qū)的應(yīng)用：嵌填絕緣區(qū)填充在基礎(chǔ)加工石墨膜的空余部分，與基礎(chǔ)加工石墨膜厚度相適應(yīng)，使整體結(jié)構(gòu)厚度均勻，保證整體連接強(qiáng)度的同時(shí)，避免上下層絕緣材料的開裂，加強(qiáng)了基礎(chǔ)加工石墨膜的密封性，防止基礎(chǔ)加工石墨膜的氧化，延長(zhǎng)了使用壽命；

5、連接件的應(yīng)用：由于石墨膜脆性較大，如何實(shí)現(xiàn)石墨膜與銅箔的固定連接是一個(gè)難題，本發(fā)明提供兩種可選的連接件，將銅箔與柔性石墨片的兩個(gè)端部進(jìn)行牢固固定，在保證整個(gè)加熱片傳熱導(dǎo)電不受影響的前提下，保證了石墨膜完整性和產(chǎn)品的整體性。

附圖說明

通過結(jié)合以下附圖所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和/或其他方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚和更容易理解，這些附圖只是示意性的，并不限制本發(fā)明，其中：

圖1為本發(fā)明涉及的新能源電動(dòng)汽車專用石墨加熱片的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明涉及的新能源電動(dòng)汽車專用石墨加熱片的實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖1和圖2的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為加工后的基礎(chǔ)加工石墨膜的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為銅箔臨時(shí)固定在基礎(chǔ)加工石墨膜兩個(gè)端部的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明涉及的一種連接件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為圖6的側(cè)視圖；

圖8為本發(fā)明涉及的另一種連接件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為圖8的側(cè)視圖。

圖10為連接電源后新能源電動(dòng)汽車專用石墨加熱片的升溫速度示意圖；

圖11為連接電源后新能源電動(dòng)汽車專用石墨加熱片的紅外熱成像測(cè)試圖。

附圖標(biāo)記：1-基礎(chǔ)加工石墨膜、2-銅箔、3-絕緣材料層、4-絕緣雙面膠、5-附加整片石墨膜、6-附加絕緣層、7-嵌填絕緣區(qū)、8-連接件、81-連接金屬片、82-焊點(diǎn)、83-螺栓、84-螺母。

具體實(shí)施方式

在下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的新能源電動(dòng)汽車專用石墨加熱片及其制備方法的實(shí)施例。

在此記載的實(shí)施例為本發(fā)明的特定的具體實(shí)施方式，用于說明本發(fā)明的構(gòu)思，均是解釋性和示例性的，不應(yīng)解釋為對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式及本發(fā)明范圍的限制。除在此記載的實(shí)施例外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還能夠基于本申請(qǐng)權(quán)利要求書和說明書所公開的內(nèi)容采用顯而易見的其它技術(shù)方案，這些技術(shù)方案包括采用對(duì)在此記載的實(shí)施例的做出任何顯而易見的替換和修改的技術(shù)方案。

本說明書的附圖為示意圖，輔助說明本發(fā)明的構(gòu)思，示意性地表示各部分的形狀及其相互關(guān)系。請(qǐng)注意，為了便于清楚地表現(xiàn)出本發(fā)明實(shí)施例的各部件的結(jié)構(gòu)，各附圖之間并未按照相同的比例繪制。相同的參考標(biāo)記用于表示相同的部分。

以下結(jié)合三個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1

如圖1、圖3～圖5，所示為實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖，一種新能源電動(dòng)汽車專用石墨加熱片，包括基礎(chǔ)加工石墨膜1，所述基礎(chǔ)加工石墨膜1的厚度范圍為0.025mm～0.3mm，優(yōu)選0.05mm～0.25mm，優(yōu)選尺寸為200mm*200mm*0.025mm，所述基礎(chǔ)加工石墨膜1的加工線寬為5～20mm，空余部分線寬不大于5mm，優(yōu)選線寬為10mm，空余部分為2mm，所述基礎(chǔ)加工石墨膜1為加工成連續(xù)U型的柔性石墨片，所述柔性石墨片的兩個(gè)端部分別通過連接件連接有銅箔2，銅箔2作為電極連接電源，共兩片，分別敷設(shè)在基礎(chǔ)加工石墨膜1端部柔性石墨片的上下表面；銅箔2與柔性石墨片的兩個(gè)端部通過連接件進(jìn)行硬連接；所述連接件將銅箔2固定在加工成連續(xù)U型的柔性石墨片的兩個(gè)端部的上下表面，不接觸柔性石墨片的其他部分。所述銅箔2的厚度范圍為20～50μm，優(yōu)選為25μm，所述銅箔2的寬度大于所述基礎(chǔ)加工石墨膜1的加工線寬，小于所述基礎(chǔ)加工石墨膜1的加工線寬與兩倍空余部分線寬之和，本實(shí)施例銅箔的寬度為11mm，所述銅箔2作為電極連接電源。所述基礎(chǔ)加工石墨膜1的上下表面分別覆蓋有絕緣材料層3，上下表面的絕緣材料層3的材料可以種類相同或不同，為聚酰亞胺單面膠、FR-4板或硅膠中的一種或兩種，優(yōu)選可耐200℃溫度，厚度為0.1mm的黑色聚酰亞胺單面膠，所述絕緣材料層3的厚度范圍為0.05mm～0.125mm。還可以在所述基礎(chǔ)加工石墨膜1所處平面內(nèi)，在空余部分填充與基礎(chǔ)加工石墨膜1厚度相適應(yīng)的絕緣材料，形成分散或連續(xù)的嵌填絕緣區(qū)7。

實(shí)施例1的新能源電動(dòng)汽車專用石墨加熱片制作如下：

步驟一、加工制作基礎(chǔ)加工石墨膜1；

步驟二、在基礎(chǔ)加工石墨膜1的柔性石墨片的兩個(gè)端部分別設(shè)置銅箔2，不接觸柔性石墨片的其他部分；

步驟三、用連接件將銅箔2柔性石墨片進(jìn)行固定；

步驟四、在基礎(chǔ)加工石墨膜1的一側(cè)表面設(shè)置一層絕緣材料層3；

步驟五、根據(jù)需要在基礎(chǔ)加工石墨膜1的空余部分填充與基礎(chǔ)加工石墨膜1厚度相適應(yīng)的絕緣材料，形成分散或連續(xù)的嵌填絕緣區(qū)7；

步驟六、在基礎(chǔ)加工石墨膜1設(shè)置銅箔2的一側(cè)敷設(shè)另一層絕緣材料層3；

步驟七、進(jìn)行整體質(zhì)檢，至此，能源電動(dòng)汽車專用石墨加熱片制備完成。

實(shí)施例2

如圖2、圖3～圖5，為實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖，其在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，還在至少一側(cè)絕緣材料層3之外敷設(shè)附加層，所述附加層自內(nèi)而外包括絕緣雙面膠4、附加整片石墨膜5和附加絕緣層6，所述附加整片石墨膜5為整張的柔性石墨片；所述附加絕緣層6為聚酰亞胺單面膠、FR-4板或硅膠中的一種；所述絕緣雙面膠4為耐80℃以上溫度的雙面膠。述絕緣材料層3的厚度范圍為0.05mm～0.125mm；所述附加絕緣層6的厚度范圍為0.05mm～0.125mm；所述絕緣雙面膠4的厚度不超過0.050mm。其制作方法包括如下步驟：

步驟一、加工制作基礎(chǔ)加工石墨膜1，基礎(chǔ)加工石墨膜1的尺寸為185mm*175mm*0.1mm；加工線寬為10mm，空余部分為5mm；

步驟二、在基礎(chǔ)加工石墨膜1的柔性石墨片的兩個(gè)端部分別設(shè)置銅箔2，不接觸柔性石墨片的其他部分，銅箔的寬度為15mm，厚度為25μm；

步驟三、用連接件將銅箔2柔性石墨片進(jìn)行固定；

步驟四、在基礎(chǔ)加工石墨膜1的一側(cè)表面設(shè)置一層絕緣材料層3，優(yōu)選可耐200℃溫度，厚度為0.075mm的黑色聚酰亞胺單面膠；

步驟五、根據(jù)需要在基礎(chǔ)加工石墨膜1的空余部分填充與基礎(chǔ)加工石墨膜1厚度相適應(yīng)的絕緣材料，形成分散或連續(xù)的嵌填絕緣區(qū)7；

步驟六、在基礎(chǔ)加工石墨膜1設(shè)置銅箔2的一側(cè)敷設(shè)另一層絕緣材料層3；

步驟七、在一側(cè)的絕緣材料層3之外敷設(shè)附加層，自內(nèi)而外依次敷設(shè)絕緣雙面膠4、附加整片石墨膜5和附加絕緣層6，附加整片石墨膜5尺寸為185mm*175mm*0.025mm；

步驟八、進(jìn)行整體質(zhì)檢，至此，能源電動(dòng)汽車專用石墨加熱片制備完成。

其中，上述實(shí)施例1或?qū)嵤├?中的連接件可以有兩種選擇，第一種，如圖6和圖7所示，連接件為連接金屬片81，所述連接金屬片81為條帶狀，上下來回穿透兩層銅箔2和中間的基礎(chǔ)加工石墨膜1，兩個(gè)端部與銅箔2焊接固定，所述銅箔2和基礎(chǔ)加工石墨膜1上對(duì)應(yīng)位置設(shè)用于連接金屬片81上下穿連的預(yù)留孔。施工時(shí)，將基礎(chǔ)加工石墨膜1伸長(zhǎng)出的一部分打四個(gè)預(yù)留孔，然后在基礎(chǔ)加工石墨膜1上下包裹上電極材料，如銅箔或不銹鋼合金等，其余合金材料或銅箔裁剪出合適的剛好能通過預(yù)留孔的大小，上下穿帶穿過預(yù)留孔，最后上下兩端在焊點(diǎn)82處焊接固定。

另一種連接件，如圖8和圖9所示，連接件由螺栓83和螺母84組成，所述螺栓83貫穿上下兩層銅箔2和中間的基礎(chǔ)加工石墨膜1，兩端分設(shè)螺母84實(shí)現(xiàn)固定連接，所述銅箔2和基礎(chǔ)加工石墨膜1上對(duì)應(yīng)位置開螺栓預(yù)留孔。制作時(shí)，首先在基礎(chǔ)加工石墨膜1伸長(zhǎng)出的連接部分上打兩個(gè)螺栓預(yù)留孔，然后在基礎(chǔ)加工石墨膜1的上下包裹上銅箔、鋁箔或不銹鋼合金等電極材料，利用螺栓固定即可，也可為鉚釘。

對(duì)比例

一種現(xiàn)用于動(dòng)力電池包加熱的電加熱片，其由上下兩層可耐200℃溫度，厚度為0.075mm的黑色聚酰亞胺單面膠、中間185mm*175mm*0.1mm的鎳合金電路層構(gòu)成。鎳合金電路線寬、間隙以及走向根據(jù)實(shí)施例1、2試驗(yàn)時(shí)采用的80W功率和20V電壓設(shè)定。

首先將蝕刻好的鎳合金電路兩極焊接上引線，再在兩面封裝上黑色聚酰亞胺單面膠，封裝好后只裸露兩根電極線在外，用以接外部恒壓電源。

對(duì)2個(gè)實(shí)施例和1個(gè)對(duì)比例的加熱片連接同一電源，采集加熱片中的電壓、電流、升溫60S后溫度、升溫80℃耗時(shí)以及升溫80℃時(shí)面溫差等試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，如表1所示為測(cè)試結(jié)果：

表1. 2個(gè)實(shí)施例和1個(gè)對(duì)比例的測(cè)試結(jié)果

對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖10為連接電源后新能源電動(dòng)汽車專用石墨加熱片兩個(gè)實(shí)施例的平均升溫速度示意圖，從圖中可知，在80W功率時(shí)，本發(fā)明加熱片只需20s就可以升溫至80℃-即新能源電動(dòng)汽車動(dòng)力電池包加熱要求的溫度，升溫速度快，石墨片本身是一種3C領(lǐng)域常用的均熱散熱材料，本發(fā)明利用其可優(yōu)異的導(dǎo)電和傳熱性能，通過簡(jiǎn)單切割的方法將基礎(chǔ)加工石墨膜加工出圖形，內(nèi)部形成彎折連續(xù)的傳熱線路，采用絕緣材料封裝后直接使用，升溫速度快。

利用紅外熱成像儀測(cè)試80℃時(shí)溫度情況，如圖11所示，從圖中看出均勻性極好，石墨片材料本身均熱散熱性能突出，利用其制作的加熱片，溫度均勻性好，同時(shí)進(jìn)一步采用未加工的附加整片石墨膜作為均熱材料貼覆在已加工好的基礎(chǔ)加工石墨膜的后方，進(jìn)一步提高了其溫度均勻性。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。