鋰電池低溫預(yù)熱技術(shù)你了解嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-18 21:32
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面對低溫下鋰電池使用受限的局面，技術(shù)人員找到的應(yīng)對策略是充電預(yù)熱，雖然是權(quán)宜之計，但對提高鋰電池的放電能力和長期壽命都有明顯效果。
低溫環(huán)境下對鋰電池充電或使用前，必須對電池進(jìn)行預(yù)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(shè)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(xué)物質(zhì)，使電池本身產(chǎn)生熱量。
外部加熱
關(guān)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(jìn)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(dǎo)熱率與更高的熱轉(zhuǎn)化效率。但是液體加熱需要更復(fù)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(yīng)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(dāng)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(shè)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(jìn)行傳熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計，只是在電池正負(fù)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(xué)物質(zhì)上，相當(dāng)于循環(huán)往復(fù)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(fù)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(yù)熱方法成為一個研究較多的領(lǐng)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(yīng)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。
美國一個團(tuán)隊對加熱頻率對加熱效果的影響進(jìn)行了研究，他們在 0.01Hz 到2KHz不同頻率下做了仿真，并將結(jié)果與外部加熱方式做了比較，認(rèn)為內(nèi)部加熱具有明顯的優(yōu)勢。
相比外部加熱方法，內(nèi)部加熱避免了長路徑的熱傳導(dǎo)和靠近加熱裝置的地方局部熱點的形成。因此，內(nèi)部加熱可以以更高的效率，更均勻地加熱電池以達(dá)到更好的加熱效果且更容易實現(xiàn)。不同的加熱方式總結(jié)如下表：
目前對內(nèi)部交流預(yù)熱方案研究大多集中在加熱速度與效率上，加熱策略對預(yù)防鋰沉積等副反應(yīng)的發(fā)生還很少有明確的考慮。實現(xiàn)預(yù)熱過程中預(yù)防鋰沉積的產(chǎn)生，需要BMS 能實時估計并控制鋰沉積產(chǎn)生的條件。需要基于模型的控制電池低溫下加熱技術(shù)，才能實現(xiàn)上述功能。隨著新能源汽車的發(fā)展，動力鋰電池的使用量也與日俱增，鋰電池低溫下使用急需解決電池預(yù)熱問題，這是一個距離實際應(yīng)用非常近的領(lǐng)域。
