鉅大LARGE | 點擊量：2224次 | 2021年07月27日
目前對低溫電池加熱辦法有什么
外部加熱法是目前使用最為廣泛的一種加熱方式，緊要是通過外部的熱源對電池進行加熱，緊要特點是結(jié)構(gòu)比較簡單，但是外部加熱效率較低，因此消耗的電能較多，同時也容易在電池內(nèi)部出現(xiàn)溫度梯度，從而導致電池內(nèi)部衰降速度的不一致，影響鋰離子電池的使用壽命。
（1）液體預熱
相比于空氣，液體具有更高的熱導率和熱容，因此導熱效率更高，但是相比之下液體預熱系統(tǒng)的復雜程度更高。依據(jù)加熱的時候電池是不是與導熱液體接觸，液體加熱可以分為兩大類：1）非接觸式加熱；2）浸入式加熱。一個典型的液體預熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示，目前非接觸式液體預熱系統(tǒng)已經(jīng)使用在電動汽車之上，例如Volt采用了360V的加熱器為液體加熱，然后傳遞到電池之中，特斯拉也太用了液體預熱的方式為電池包加熱。
（2）空氣預熱
以空氣為介質(zhì)的溫控系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，因此廣泛的使用在電動汽車范疇，其基本工作原理如下圖所示，外界的空氣首先通過加熱系統(tǒng)升溫后在風扇的用途下進入到電池包之中，從而為電池加熱。一般來說，空氣預熱的方式可以實現(xiàn)0.5-3℃/min的升溫速度。氣流的速度和溫度會對空氣預熱的效果出現(xiàn)影響，相關(guān)研究聲明提升氣流速度要比提升空氣溫度的效果更加分明。同時提升空氣溫度也可能會在電池內(nèi)部出現(xiàn)更為顯著的溫度梯度，從而對電池壽命出現(xiàn)負面的影響。目前該種預熱方式已經(jīng)被使用的本田的Insight車型和豐田的普銳斯車型上，但是這種辦法目前依然存在很多的不足，例如噪音問題，效率問題等。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
（3）相變材料預熱
無論是空氣預熱，還是液體預熱方式都要在電池內(nèi)新增較為復雜的結(jié)構(gòu)，例如管道、泵和加熱器等，會新增電池包的成本和設(shè)計難度。而相變材料為電池包的預熱供應(yīng)了一種更為簡單的辦法，這種辦法緊要是通過相變材料在相變過程中釋放或吸收的熱量實現(xiàn)為電池包加熱和冷卻的目的，但是相變材料的熱導率通常比較低，不利于將熱量快速傳遞到電池上，為了解決這一問題，人們提出了加入碳納米管和金屬框架等辦法，但是目前這一辦法還停留在試驗室階段，尚未得到實際使用。
（4）電熱器預熱
除了上述的預熱方式外，我們還可以通過電熱器為電池進行預熱，電熱器可以分為：1）Peltier效應(yīng)加熱器；2）電熱片；3）電熱套；4）電熱膜。
Peltier效應(yīng)加熱器
這種加熱器是通過半導體的Peltier效應(yīng)在其兩個表面分別形成熱面和冷面，通過控制電流的方向可以控制冷熱面的位置，從而實現(xiàn)為電池冷卻或者加熱的目的，而溫度的高低則可以通過控制電流波幅的方式進行控制。通過這種方式可以實現(xiàn)0.6-1℃/min的升溫速度，預熱電池消耗的能量約占電池能量的2.5%。
電熱片預熱
在采用電熱片的加熱方式中，電熱片通常會被放置于電池的頂端或低端，電熱片出現(xiàn)的熱量筆直傳遞到電池上，通常來說電熱片會采用正溫度系數(shù)材料（PTC）來制作，隨著溫度的升高，電阻新增，從而實現(xiàn)自主控溫的目的。
研究聲明采用PTC電熱片為電池加熱能夠顯著提升電池在低溫下的放電電壓，提升電池的放電容容量，在-38℃下，電池依然可以放出90%以上的容量。這種辦法在早期的電動汽車上曾得到使用，例如三菱汽車的i-MiEV和日產(chǎn)的LEAF車型上都曾采用該技術(shù)，但是這一辦法要較長時間為電池預熱，同時還會在電池內(nèi)部出現(xiàn)溫度梯度，不利于電池壽命的提升。
電熱套
電熱套最早由CheryAutomobile公司的提出，該辦法是采用熱電阻制作一個保護套，套在電池的四周，通過電池包的bMS系統(tǒng)監(jiān)控電池包的溫度變化，從而控制為電池進行預熱。該辦法能夠?qū)㈦姵匕?0min中內(nèi)預熱到工作溫度，并保持良好的溫度平均性。
電熱膜
電熱膜一般是由金屬箔與絕緣材料復合后制成，使用時粘貼在電池的表面，這種加熱方式的好處是加熱膜比較?。?-2mm），因此占用電池空間比較少。相比于采用正溫度系數(shù)材料的電熱片預熱方式，該辦法能夠在較低的能量消耗的情況下，實現(xiàn)更高的升溫速率。
二、內(nèi)部加熱
相比于外部加熱，內(nèi)部加熱有更快的加熱速度和更高的加熱速率，因此內(nèi)部加熱方式對鋰離子電池進行預熱也得到了廣泛的關(guān)注，但是內(nèi)部加熱的控制機理相比較較復雜，并且一些內(nèi)加熱的辦法還存在一定的安全隱患。內(nèi)部加熱方式可以分為兩大類：自加熱和電流激發(fā)，下表為一些常見的內(nèi)加熱辦法的比較。
1、自加熱辦法
從上表中可以看到自加熱辦法在升溫速度上占有絕對的優(yōu)點，這種辦法是將一個Ni箔放入到電池內(nèi)部，然后在電池外部引出極柱，通過外電路控制電池的加熱。試驗聲明這種辦法在將電池從-30℃加熱到0℃時的升溫速率可達60℃/min，而這一過程僅消耗5.5%的能量。
為了減少加熱過程中電池內(nèi)部的溫度梯度，可以在電池內(nèi)部加入多片Ni箔進行加熱，研究聲明在電池內(nèi)部加入兩片Ni箔能夠?qū)㈦姵貜?20℃到0℃的升溫速率提升到96℃/min，能量消耗僅為2.9%，而單片Ni片在相同的條件下的加熱速率僅能夠達到60℃/min，且要消耗4.1%的電能。由此可見多片Ni片的方式不但能夠?qū)崿F(xiàn)有效的降低電池內(nèi)部的溫度梯度，同時能夠也能夠有效的提升電池的加熱速度。
2、外部電流激發(fā)辦法
這種辦法可以分為直流電預熱法、交流電預熱法和脈沖預熱等幾種辦法。
3、直流電預熱法
這種辦法緊要是筆直為電池施加一個直流的放電電流，通過放電過程中電池出現(xiàn)的熱量為電池加熱。Qu等人研究聲明在18650電池上采用這種方式進行預熱，可以實現(xiàn)4.29℃/min的加熱速度（8、9.5和11A放電）。但是為了滿足快速升溫的要求，這種方式要采用大電流放電，此時電池的極化較大，因此會導致電池容量衰降速度的新增，研究聲明在這樣的預熱方式下電池可能僅有81次左右的循環(huán)壽命。
4、交流電預熱法
交流電加熱辦法是在電池兩端施加一個交流電，利用鋰離子電池的內(nèi)部阻抗實現(xiàn)為電池加熱，由于交流電的方向始終在快速變化，從而戒備了直流電大電流放電加熱過程造成的電池容量的衰降，同時相比于直流電加熱方式，交流方式的加熱速度更快，同時效率也更高。研究聲明，通過提高交流電的電流，降低頻率能夠有效的提升交流電加熱的效率。
5、脈沖電流預熱法
脈沖電流預熱法是通過不繼續(xù)的大電流放電的方式，通過鋰離子電池內(nèi)部的歐姆阻抗出現(xiàn)的熱量，實現(xiàn)對鋰離子電池的預熱。相比于空氣預熱的方式，脈沖放電預熱的方式能夠?qū)崿F(xiàn)電池內(nèi)部更為平均的溫度分布（溫度梯度小于2℃），從而有效的減少因為電池內(nèi)部溫度梯度造成的容量衰降問題，但是采用這種方式為電池進行預熱，要在電池包內(nèi)新增一個放電回路，從而導致電池成本的新增，因此目前這種預熱方式還停留在試驗室階段，尚未有商業(yè)化的使用。
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