必須對電池進行預加熱。電動汽車車載的電池管理系統(tǒng)(BMS)對電池加熱的方式大體可分外部加熱與內(nèi)部加熱兩大類。外部加熱方式有空氣加熱、液體加熱、相變材料加熱，以及熱阻加熱器或者熱泵加熱。這些加熱方式一般位于電池包中，或者設置在熱循環(huán)介質(zhì)的容器中。內(nèi)部加熱法加熱電池，則是通過交流電流激勵電池內(nèi)部電化學物質(zhì)，使電池本身產(chǎn)生熱量。

 

外部加熱

 

關于用空氣加熱的方式，有研究人員利用電池與一套大氣模擬系統(tǒng)進行了實驗，實驗結(jié)果表明，相對于裸露在低溫環(huán)境中的電池，周圍空氣被加熱的電池能夠放出更多的容量。

 

比起空氣加熱，液體加熱具有更好的導熱率與更高的熱轉(zhuǎn)化效率。但是液體加熱需要更復雜的加熱系統(tǒng)。液體加熱在電動汽車與混合動力汽車中的應用已經(jīng)有不少實際案例。比如：在雪佛蘭 Volt 汽車中，環(huán)繞電池組熱交換液，由360V的加熱器加熱。

 

相變材料加熱電池也已經(jīng)被使用。當電池溫度降到相變材料的相變溫度點之后，相變材料儲存的熱量會被釋放出來，保持環(huán)境溫度恒定，也就是向電池組傳遞熱量。相變材料的主要優(yōu)勢在于其可以用在溫度變化較迅速的環(huán)境中。

 

內(nèi)部加熱

 

交流激勵加熱，相比于外部加熱來說，另外一種常用的加熱方法，結(jié)構(gòu)設計上會比較簡單，就是通過交變的電流加熱電池。它不需要進行傳熱結(jié)構(gòu)的設計，只是在電池正負極加載一定頻率的交流激勵，激勵作用在電池內(nèi)部電化學物質(zhì)上，相當于循環(huán)往復小幅值充放電的效果。

 

與直流加熱電流相比，交流電流或正負方波電流在放電和充電周期內(nèi)都可以加熱電池，使得電池溫度上升，而電池荷電狀態(tài)(SOC)基本上是不變的。由于這些特性，交流內(nèi)部預熱方法成為一個研究較多的領域。2004 年，國外一個研究者率先提出使用交變的電流直接對鋰離子電池加熱，僅僅利用電池內(nèi)部的電阻效應產(chǎn)熱。他們對不同的SOC 狀態(tài)下和不同溫度下（-20℃~40℃）的不同的電池做了一些測試。測試結(jié)果表明，在一定倍率的電流下，所有電池都會快速產(chǎn)熱。

 

業(yè)內(nèi)企業(yè)及科研機構(gòu)對電池耐低溫性能的探索和攻關，多著眼于對現(xiàn)有正負極材料的工藝改進，以及通過提高電池的局部環(huán)境溫度為電池在低溫下工作創(chuàng)造條件。

 

現(xiàn)在的電池材料在走向納米化，材料的粒徑、電阻力、AB平面軸長大小三方面會影響電池的低溫特性。沃特瑪通過三種工藝制備磷酸鐵鋰材料，采用不同的工藝將其納米化和進行包覆，結(jié)果顯示，AB面軸長的增大使鋰離子遷移通道變大，這有利于提高電池的倍率性能；從三種工藝生產(chǎn)的材料來看，層間距大的顆粒石墨，本體阻抗和離子遷移阻抗比較?。浑娊庖悍矫?，沃特瑪在固定溶劑體系和鋰鹽基礎上，使用低溫添加劑，將放電容量從85%提高到90%。據(jù)了解，早在2016年底時，沃特瑪已經(jīng)實現(xiàn)-20、-30、-40℃的環(huán)境里下，0.5C充電恒流比達62.9%，-20℃實現(xiàn)放電94%。目前，沃特瑪?shù)牡蜏仉姵匾呀?jīng)在內(nèi)蒙古、東北三省等地區(qū)大范圍推廣。

 

8月31日，北京理工大學等科研團隊宣布全氣候電池產(chǎn)品研發(fā)成功。技術人員利用金屬絲通電生熱的原理，在電芯上加裝鎳箔片，鎳箔片通電產(chǎn)生熱量，使電池內(nèi)部溫度升高。達到一定溫度后，箔片會自動斷開以保障電池安全。據(jù)了解，在-30℃的實驗環(huán)境，應用這項技術的電池，30秒即能快速升溫至0℃以上，放電功率提高6倍以上，充電功率則提高10倍以上。該團隊相關人員表示，該技術并不改變電池原有結(jié)構(gòu)，且改造成本極低，適用于鉛酸電池、鋰電池等各類電池。據(jù)電池中國網(wǎng)了解，采用該技術的全氣候電動汽車將于2017年12月底發(fā)布，預計2020年完成4種車型共11輛產(chǎn)品樣車的開發(fā)，并開始示范運行。

 

據(jù)媒體報道，在9月20日落幕的2017年“創(chuàng)客中國”新疆創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽上，中科院新疆理化所博士王磊領銜開發(fā)的“全氣候鋰電池”奪得創(chuàng)客組一等獎，這種鋰電池可在-40℃~60℃的環(huán)境中穩(wěn)定工作。目前，該團隊已完成了各種高低溫條件下的產(chǎn)品測試工作，即將進入商業(yè)化產(chǎn)品生產(chǎn)階段。

 

2017年9月19日，70輛搭載微宏MpCO鋰電池的12米氣電混合動力公交車正式在內(nèi)蒙古包頭上線。該地區(qū)最低氣溫在-30℃以下，最高氣溫可達39℃，包頭選用微宏快充電池系統(tǒng)，正是考慮到微宏快充電池優(yōu)異的環(huán)境適應性。

 

山東威能是一家專業(yè)從事軍用低溫磷酸鐵鋰電池的研發(fā)、生產(chǎn)的高新技術企業(yè)，與中科院化學所合作研發(fā)、生產(chǎn)的磷酸鐵鋰電池低溫性能實現(xiàn)重大突破，在低溫-40℃能夠放出額定容量的90%以上。

 

此外，鵬輝能源的動力電池可以在-20~60℃的環(huán)境中使用，不需要加熱和冷卻系統(tǒng)。桑頓新能源三元耐低溫性能有了較大提高，電芯可在-20℃環(huán)境下正常放電，可以滿足很多整車企業(yè)的需求。

 

據(jù)業(yè)內(nèi)人士解釋，Li+嵌入石墨材料時，首先要去溶劑化，這個過程會消耗一定能量，阻礙了Li+擴散到石墨內(nèi)部；相反，Li+在脫出石墨材料進入到溶液中時，會有一個溶劑化過程，而溶劑化不消耗能量，Li+可以快速脫出石墨。因此，石墨材料的充電接受能力要明顯遜色于放電接受能力。

 

低溫環(huán)境下，電池充電有一定的風險。因為隨著溫度的降低，石墨負極的動力學特性進步一變差，充電過程中，負極的電化學極化明顯加劇，析出的金屬鋰容易形成鋰枝晶，穿破隔膜并導致正負極短路。