鋰電池性能與溫度相關性的基礎實驗研究

張立玉, 路昭, 韋立川,3, 漆鵬程, 孟祥兆, 康三娜, 趙民, 金立文

(1.西安交通大學人居環(huán)境與建筑工程學院, 710049, 西安; 2.西安交通大學能源與動力工程學院, 710049, 西安;3.深圳市英維克科技股份有限公司, 518000, 廣東深圳; 4.江蘇白雪電器股份有限公司, 215500, 江蘇常熟)

近年來,為應對能源危機與環(huán)境污染問題,各國都在大力倡導發(fā)展電動汽車技術和推進電動汽車商品化[1-3]。動力電池是純電動汽車唯一的動力來源,其性能很大程度上受制于動力電池的發(fā)展,可用于電動汽車的動力電池主要包括鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池等[3-4]。鋰電池因能量密度高、壽命長、自放電率低等優(yōu)點受到了行業(yè)的青睞,目前占據(jù)著動力電池的主要市場[5-6]。但是,鋰電池也有較大的局限性,其中最主要的是需要在適宜的環(huán)境溫度下工作,溫度過高或過低都會對其性能、循環(huán)壽命以及安全性產生較大影響[7-9]。

在充放電過程中,鋰電池由于電化學反應以及自身電阻的存在,會產生大量的熱量,使電池溫度升高。當電池過熱時,不僅會造成壽命縮短,嚴重時還會引發(fā)熱失控,進而導致安全事故;當溫度過低時,電池容量將急劇下降,性能嚴重衰減。此外,當鋰電池在低溫環(huán)境中充電時,容易造成電池內部鋰枝晶析出,進而引發(fā)電池內部短路,對整車安全構成威脅[8,10-11]。肖飛研究了磷酸鐵鋰電池在低溫環(huán)境下的放電性能,發(fā)現(xiàn)隨著溫度的降低,電池放電電壓顯著降低,放電容量明顯減小[12]。楊陽研究了鋰離子單體電池在不同溫度、不同倍率下的充放電特性,發(fā)現(xiàn)高溫下電池的充放電效率更高[13]。然而,高溫會對電池造成不可恢復的影響,應避免電池一直處于高溫環(huán)境中。此外,也有學者研究了電池組溫度不均勻對鋰電池的影響,指出不均勻的溫度分布會造成各電池單體不一致的充放電,導致電池組衰減速率失衡、壽命大大縮短[14]。為滿足電動汽車運行需求,延長電動汽車壽命,動力電池需要在適宜的溫度范圍工作,普遍認可的鋰電池最佳工作溫度范圍為25～40 ℃[15]。因此,電池熱管理系統(tǒng)已成為電動汽車非常重要的組成部分。目前已有各種形式的熱管理系統(tǒng)應用于電動汽車,如空氣熱管理系統(tǒng)、液體熱管理系統(tǒng)、相變材料熱管理系統(tǒng)以及基于上述系統(tǒng)的電池復合熱管理系統(tǒng)[2,16-18]。

電池熱管理系統(tǒng)以電池工作溫度為控制對象,以保證電池工作溫度在鋰電池最佳溫度范圍內為目標。然而,目前市場上依然有許多電動汽車并未配備電池熱管理系統(tǒng),如日本汽車公司LEAF生產的純電動汽車,其電池組采用密封設計,內部無電池熱管理系統(tǒng),即動力電池組主要靠自然冷卻方式進行散熱,電池組工作時放熱,空氣溫度升高,中央?yún)^(qū)域電池表面與周邊電池圍合區(qū)域空氣溫差極小,很難發(fā)生換熱,因此可認為中央?yún)^(qū)域電池處于近乎絕熱的狀態(tài)。此外,動力電池性能還受到充放電倍率、電池狀態(tài)等參數(shù)的影響,且這些影響因素也并非相互獨立。

通過以上文獻調研可知,熱管理系統(tǒng)的設計需要綜合分析電池工作溫度、充放電倍率及電池狀態(tài)等因素對電池性能的影響,鋰電池性能與溫度相關性的研究顯得尤為重要。本文選取松下18650鋰電池作為測試對象,在恒溫和近似絕熱工況下,分別研究了鋰離子電池有、無熱管理措施時的充放電特性。研究內容包括前一次放電倍率、充電溫度對電池充電性能的影響,以及放電倍率、放電溫度對電池放電性能的影響。

1 實驗系統(tǒng)及測試步驟

為研究待測電池在不同熱條件下的充放電特性,所需測試主要參數(shù)如表1所示。圖1為電池測試系統(tǒng)原理圖及實物圖,該測試系統(tǒng)主要由松下18650鋰離子電池、恒溫油浴Julabo F32、新威電池測試系統(tǒng)BTS-4000、NI溫度采集儀(NI cDAQ-9184)及計算機組成。其中恒溫油浴溫度T的調控范圍為-35～150 ℃,穩(wěn)定性為±0.03 ℃;BTS-4000電池測試系統(tǒng)可通過設置充電截止電壓、輸出電流或放電截止電壓、輸入電流來實現(xiàn)以不同倍率對電池充放電,其電壓測量精度為±0.1%(電壓量程為5 V),電流測量精度為±0.1%(電流量程為50 A);NI采集儀用于測量電池表面溫度,采樣頻率設置為1 Hz。

表1 松下18650三元電池基本參數(shù)

(a)電池測試系統(tǒng)原理圖

(b)電池近似絕熱測試

(c)電池恒溫油浴測試圖1 電池測試系統(tǒng)原理圖及實物圖

為模擬恒溫和絕熱兩種熱條件,對兩組鋰電池作如下處理:將其中一組電池與電池測試系統(tǒng)相連后,直接浸沒于盛有絕緣導熱硅油的恒溫油浴中,電池在恒定溫度下工作;將另一節(jié)同型號的電池緊密包裹于保溫棉中,并擱置在自然環(huán)境,以模擬電池在絕熱條件下充放電。此外,為獲得電池在近似絕熱工況下充放電時的溫度變化,在包裹保溫棉之前,于電池表面靠近中心位置處布置T型熱電偶,測量誤差為±0.5 ℃。由于商業(yè)成品電池是完全封閉的,很難獲得其內部工作溫度,通常采用電池表面溫度來代表電池工作溫度。本文研究對象是電池單體,且對電池進行了保溫處理,電池表面靠近正負極處溫度與電池表面中央處溫度差異較小,因此電池表面靠近中心處溫度可用于表征電池整體溫度。

考慮到影響電池充放電性能的因素較多,為了得到可靠的測試結果,本文采用單因素法設計測試方案,測試方案如圖2所示。

圖2 測試方案流程圖

在不同熱條件下,鋰電池充放電規(guī)則是相同的,根據(jù)松下NCR18650PF規(guī)格書中規(guī)定:充電時,鋰電池先以恒定電流充電至充電截止電壓4.2 V,再恒壓充電,直至充電電流小于0.1 A;放電時,鋰電池以不同倍率電流恒流放電,直至其放電截止電壓2.5 V;為消除鋰電池在充放電過程中形成的極化電勢,在充電完畢放電開始之前,以及放電結束充電開始之前,將其擱置3 h。為保證兩組電池具有相同的初始狀態(tài)及實驗結果的可靠性,測試前對兩節(jié)電池進行了3次小倍率循環(huán)充放電(充電倍率0.2C,放電倍率0.5C),以確保其電壓特性與容量特性基本無差別。

2 結果與討論

2.1 近似絕熱條件

當電動汽車動力電池組不采取任何熱管理措施時,動力電池組主要依靠自然冷卻進行散熱,而對密集布置的動力電池組,中央?yún)^(qū)域電池表面與環(huán)境溫差極小,很難發(fā)生換熱,因此可認為中央?yún)^(qū)域電池處于近似絕熱的狀態(tài)。本節(jié)主要研究近似絕熱條件下,電池狀態(tài)、放電倍率對電池充放電性能的影響。

2.1.1 充電性能 圖3為近似絕熱條件下,鋰電池以0.5C、1C、2C恒流放電后,以0.2C恒流恒壓充電時的充電曲線。由圖3可得:在充電初始階段,電池端電壓Vcell迅速上升,此后電池端電壓上升速率變得緩慢,且與時間基本呈線性關系;當電池端電壓升至充電截止電壓4.2 V時,充電模式由恒定電流模式轉變?yōu)楹愣妷耗Ｊ?用小電流浮充電池直到電流小于0.1 A,此時充電過程結束。由于電池均在近似絕熱條件下以0.2C恒流恒壓充電,可認為電池每次充電發(fā)熱量基本相同。此外,為減小環(huán)境溫度波動的影響,在所有測試過程中,利用空調系統(tǒng)將室溫控制在25 ℃左右,所以能保證電池每次充電溫度基本一致,排除了熱條件因素對電池充電性能的影響。由圖3還可以發(fā)現(xiàn),在近似絕熱條件下,前一次放電倍率不同時,所對應的電池充電曲線基本重合,且充電時間基本相同,說明在近似絕熱條件下,前一次放電倍率對電池的充電曲線幾乎沒有影響。

圖3 近似絕熱條件下電池端電壓隨充電時間的變化

圖4是近似絕熱條件下電池充電容量與其前一次放電倍率的關系。由圖4可知,在近似絕熱條件下,前一次放電倍率對電池下一次的充電容量幾乎沒有影響,且充電容量均在電池額定容量2.7 A·h以上。眾所周知,電池的充電性能不僅取決于電池的充電熱環(huán)境、充電倍率,而且也與電池的放電狀態(tài)有關?；谝陨戏治隹芍?近似絕熱條件下電池的放電倍率對電池的放電狀態(tài)影響較小,從而導致電池前一次放電倍率對電池的充電性能影響較小,該現(xiàn)象在后續(xù)實驗中也得到了驗證。

圖4 近似絕熱條件下前一次放電倍率對電池下次充電容量的影響

2.1.2 放電性能 汽車在加速、爬坡時需要較大牽引力,因此動力電池必須能夠以大倍率電流進行放電,為電動汽車提供足夠大的動力。動力電池以不同大小電流放電的性能被稱為電池的倍率性能,是學者及生產商評價電池的一項重要指標。

圖5為松下18650三元鋰電池在近似絕熱條件下以0.5C、1C、2C恒流放電的放電曲線。放電開始后,電池端電壓迅速下降,且放電倍率越大,端電壓下降越明顯,說明電池本身具有歐姆內阻。隨后電池進入穩(wěn)定放電階段,電池端電壓緩慢下降,待電池放電即將結束時,電池端電壓迅速下降至截止電壓2.7 V。值得注意的是,在不同倍率放電末期,電池端電壓迅速下降。這主要是因為隨著放電過程的進行,鋰離子嵌入電池正極固相的阻力越來越大,電池內部極化作用不斷積累,達到峰值[19]。

圖5 近似絕熱條件下電池端電壓隨放電時間的變化

為了更直觀地體現(xiàn)放電倍率對電池放電性能的影響,圖6給出了不同放電倍率下電池的放電容量,該型號電池額定容量為2.7 A·h?？梢钥吹?在近似絕熱條件下,電池在不同倍率下的放電容量均在其額定容量之上,且此時放電倍率對放電容量幾乎無影響,當電池以0.5C、1C、2C倍率放電時,其放電容量均約為2.75 A·h。通常認為,電池以較大倍率放電時,由于電池內阻帶來較大電壓降,且在放電過程中引起的較大電勢極化使電池端電壓迅速降至放電截止電壓,放電容量也遠小于電池小倍率放電容量。然而,在本文所研究的近似絕熱條件下,電池放電容量并未隨著放電倍率的增大而減小,其原因可結合近似絕熱條件下放電過程中電池表面溫度的變化進行解釋。

圖6 近似絕熱條件下放電倍率對放電容量的影響

圖7給出了不同放電倍率下電池表面溫度隨時間變化的情況?？梢钥吹?電池表面溫度與放電倍率有很大關系。當放電倍率較小時,電池表面溫度在整個放電過程中無明顯變化,但放電倍率較大時,電池表面溫度在放電過程中不斷上升,放電結束時達到最高值。根據(jù)近似絕熱條件下電池放電容量及表面溫度的變化規(guī)律可得,較高的電池工作溫度能減弱甚至消除大的放電倍率對電池容量的影響。

然而,當電池以2C恒流放電結束后,電池表面溫度升至57 ℃,超出了目前普遍認知的鋰電池最佳工作溫度。相關研究也表明,過高的電池工作溫度會加速電池循環(huán)壽命衰減,且容易導致電池組發(fā)生熱失控。目前,為滿足電動汽車的續(xù)航里程及功率要求,鋰電池需要成組、密集布置,且經常需要較大倍率輸出電流。如果動力電池組僅依靠自然冷卻散熱(無電池熱管理系統(tǒng)),動力電池組的溫度很可能高于鋰電池的最佳工作溫度,從而影響鋰電池循環(huán)壽命,嚴重時可能導致動力電池組發(fā)生熱失控。

圖7 近似絕熱條件下電池表面溫度隨放電時間的變化

因此,對于密集布置、高能量密度的動力電池組而言,為避免高溫對電池的不利影響,有必要建立動力電池組熱管理系統(tǒng),以控制動力電池組處于最佳的溫度范圍內。此外,根據(jù)近似絕熱條件下電池放電性能研究結果可知,較高的電池工作溫度有利于減小甚至消除放電倍率對電池容量的影響。因此,在建立動力電池組熱管理系統(tǒng)時,應綜合考慮溫度對電池的積極影響與消極影響,而不是為避免高溫對電池的不利影響而一味地降低電池工作溫度。

上述研究結果表明:近似絕熱條件下,由于電池工作溫度的影響,電池的放電容量不隨放電倍率發(fā)生變化,從而間接導致電池下一次的充電容量不受前一次放電倍率的影響。該結論真實地反映了僅采用自然冷卻的動力電池組內部電池單體的充放電性能及熱環(huán)境狀況,對于動力電池組的運行管理具有一定指導意義。

2.2 恒溫油浴條件

在近似絕熱條件下,電池在放電過程中溫度不斷變化,為確定溫度對電池充放電性能的影響程度,本文在油浴條件下對電池進行了恒溫充放電測試。測試時由于電池與硅油直接接觸,且恒溫油浴同時具備制冷加熱功能,可自動控制油浴溫度在設定值,以保持電池表面溫度恒定,因此可認為油浴溫度即為電池工作溫度。

考慮到電動汽車運行時可能所處的環(huán)境溫度,本文在-10、0、10、20、30、40 ℃下對電池進行了充放電測試,研究了前一次放電倍率、充電溫度對電池充電性能的影響以及放電倍率、放電溫度對電池放電性能的影響,并與近似絕熱條件下的測試結果進行了對比。

2.2.1 充電性能 如前所述,近似絕熱條件下前一次放電倍率對電池充電性能的影響可以忽略,但也必須注意到,在放電過程中電池的工作溫度隨放電倍率增大而升高,且在充電過程中,電池的工作溫度也在發(fā)生微小的變化。根據(jù)上文分析可得,影響電池充電性能的因素主要包括充電熱環(huán)境、充電倍率及電池的前一次放電狀態(tài)。因此,為確定單一因素電池充電熱環(huán)境對其充電性能的影響,需要確保電池具有相同的前一次放電狀態(tài)及相同的充電倍率,基于此設定的測試方案為:在電池放電條件以及電池充電倍率相同時,改變充電溫度,研究電池充電特性,在所有充放電循環(huán)中,電池放電溫度為20 ℃,電池充電倍率為0.2C。

由于電池以不同放電倍率放電后進行充電時,充電溫度對電池充電特性的影響呈現(xiàn)出基本相同的規(guī)律,為節(jié)省篇幅,此處僅以前一次放電倍率0.5C為例進行說明,且與近似絕熱條件下電池的充電性能進行對比。圖8為不同熱條件下電池0.2C倍率的充電曲線,不難發(fā)現(xiàn),電池充電時所處熱條件對充電過程有較大影響,主要表現(xiàn)在充電時電池端電壓及充電時間的不同。

充電開始前,電池端電壓均處于平衡電壓3.2 V左右,充電開始后,電池端電壓迅速上升,且充電溫度越低,電池端電壓上升越明顯。一般認為,在充放電剛開始時電池端電壓的變化是由電池本身的歐姆內阻引起的。溫度較低時,電池內部鋰離子擴散阻力較大,造成電池本身較大的歐姆內阻,從而導致充放電剛開始階段電池端電壓發(fā)生大的變化。

此外,我們還發(fā)現(xiàn)恒溫油浴條件下電池充電溫度越低,電池充電第一階段即恒流充電階段持續(xù)時間越短,而當充電溫度高于20 ℃后,電池充電曲線基本重合,充電時間趨于相同,即充電溫度在20～40 ℃范圍內時,充電溫度幾乎不影響電池的充電性能。然而,盡管近似絕熱條件下電池的充電溫度也高于20 ℃,但是電池在第一階段的充電時間明顯較長,即向電池充入的能量較多。這主要是因為電池的充電性能不僅取決于電池的充電熱環(huán)境、充電倍率,而且與電池前一次的放電狀態(tài)有關,即與電池前一次放電倍率、放電溫度有關。相對于恒溫油浴而言,近似絕熱條件下電池以0.5C倍率恒流放電時電池表面溫度不斷升高,平均溫度明顯高于20 ℃,如圖7所示。根據(jù)上述分析可知,較高的電池工作溫度能減小甚至消除倍率對電池容量的影響,因此我們推測近似絕熱工況下電池以0.5C恒流放電時的容量高于20 ℃恒溫油浴下的放電容量,從而導致相同充電電流倍率下電池的充電曲線出現(xiàn)差異,該假設在2.2.2節(jié)放電性能中得到了驗證。

圖8 不同熱條件下電池0.2C倍率的充電曲線

為了更直觀地反映充電熱條件及前一次放電倍率對電池充電性能的影響,圖9給出了不同充電熱條件下電池充電容量與前一次放電倍率的關系。近似絕熱條件下,電池以不同倍率放電后電池的充電容量基本相同,即前一次放電倍率對電池充電容量的影響可以忽略,且充電容量均在電池額定容量之上,其原因已在2.1.1小節(jié)中提到。對于恒溫油浴條件,無論電池充電溫度較高還是較低,其充電容量均隨上次放電倍率的增大迅速減小。其原因如下:當電池充電溫度和充電倍率相同時,前一次放電狀態(tài)是影響電池充電性能的主要因素。本節(jié)恒溫油浴測試中,放電時電池的工作溫度為20 ℃,放電倍率分別為0.5C、1C、2C時,電池放電容量隨著放電倍率的增大逐漸減小,從而影響電池下次的充電容量。該結果也反映了20 ℃的電池放電溫度不足以消除放電倍率對電池放電容量的影響。

此外,由圖9還可以看到,當前一次放電倍率相同時,電池充電容量隨著充電溫度的降低而衰減,當前一次放電倍率為0.5C、充電溫度從20 ℃降至-10 ℃時,充電容量衰減12%,但電池充電溫度在20～40 ℃范圍內時,電池充電容量不受充電溫度影響,該結果與圖8中的充電曲線一致,進一步驗證了結論的可靠性。該測試結果表明當電池充電溫度低于20 ℃時,電池充電溫度嚴重影響電池的充電性能。因此,對動力電池組的熱管理提出了更高的要求,即電動汽車動力電池組熱管理系統(tǒng)不僅需要滿足動力電池組的散熱要求,而且當環(huán)境溫度較低動力電池組需要充電時,也需要滿足動力電池組的預熱要求,以提高低溫環(huán)境時動力電池組的充電性能。

圖9 熱條件及前一次放電倍率對電池充電容量的影響

2.2.2 放電性能 電動汽車在行駛時除了會經歷加速或爬坡階段,可能還會面臨較惡劣的炎熱或寒冷氣候,因此為保證電動汽車安全、高效地運行,本節(jié)在不同熱條件下對鋰電池進行了放電測試,探究了工作溫度、放電倍率對電池放電性能的影響。

圖10為鋰電池在不同熱條件下的放電曲線,放電倍率為0.5C。放電開始前,不同熱條件下電池端電壓均處于其額定電壓4.2 V左右,放電剛開始時,電池端電壓迅速下降,此后電池進入穩(wěn)定放電階段,電池端電壓緩慢下降。待電池放電即將結束時,電池端電壓又迅速下降至電池放電截止電壓2.5 V。由圖10可以明顯看出,放電剛開始時,放電溫度越低,電池端電壓下降越為明顯。一般認為,充電或放電剛開始時,鋰電池電壓的升降是由電池本身歐姆內阻引起的,說明較低的溫度會增大電池內阻,降低電池放電電壓,進而影響電池輸出功率。但是,也應注意到,當電池放電溫度高于20 ℃時,隨著電池放電溫度的升高,這種差別基本可以忽略。此外,近似絕熱條件下電池的放電曲線與電池工作溫度為30 ℃時的放電曲線基本重合。這是因為近似絕熱條件下電池以0.5C恒流放電時,電池工作溫度介于25～35 ℃之間,平均溫度接近30 ℃(如圖7所示),因此電池表現(xiàn)出相似的放電性能。

圖10 不同熱條件下電池0.5C倍率的放電曲線

為了更直觀地體現(xiàn)熱條件與放電倍率對電池放電性能的影響,圖11給出了電池在不同熱條件下以不同倍率放電時的放電容量。在所有測試工況中,電池充電條件保持相同,充電倍率為0.2C,充電溫度為20 ℃(因近似絕熱條件下電池溫度不可控,只保證充電倍率相同)。由圖可知,放電溫度對電池放電容量有較大影響,尤其是當電池以較大倍率電流進行放電時這種影響越為明顯,較高的電池放電溫度能有效抵消電池大倍率放電引起的容量損失,當電池在40 ℃環(huán)境中以2C倍率電流放電時,其容量衰減僅為3.7%。

總體來看,當電池以0.5C倍率恒流放電、電池放電溫度介于20～40 ℃之間時,溫度對電池放電容量的影響較小。需要注意的是,當電池放電溫度從20 ℃升高至30 ℃時,電池放電容量的變化幅度大于電池放電溫度從30 ℃升高至40 ℃的情況,該結論對動力電池組內部的溫度控制具有一定指導意義。在設計動力電池組熱管理時,應該根據(jù)電池的目標工作溫度和工作電流范圍相應地控制動力電池組的溫差,而不是一味地將動力電池組內部溫差控制在非常小的范圍內(ΔT<2 ℃),應以較低的成本滿足電池單體充放電一致性要求。例如,根據(jù)本節(jié)的測試結果,當電池目標工作溫度較高(T>30 ℃)時,動力電池組內部較大的溫度范圍(ΔT<10 ℃)依然能夠滿足電池單體的充放電一致性要求。

同時,我們還發(fā)現(xiàn)近似絕熱條件下電池以0.5C恒流放電的容量略小于40 ℃恒溫油浴條件下的放電容量,這主要是因為近似絕熱條件下放電過程中電池表面平均溫度低于40 ℃(如圖7所示)。然而,在近似絕熱條件下當電池以較大倍率放電時,如放電倍率為2C時,電池放電容量約為2.7 A·h,稍高于恒溫油浴40 ℃條件下電池的放電容量2.6 A·h,該結果表明電池放電溫度為40 ℃時,仍然不足以抵消大倍率放電對電池放電容量的影響。

此外,無論電池以高倍率或者低倍率放電,當電池溫度低于10 ℃時,電池放電容量隨溫度降低迅速衰減,尤其是電池以較大倍率放電時,這種衰減非常嚴重。如-10 ℃環(huán)境中電池以2C恒流放電時容量衰減超過50%。該結果表明,當氣溫較低、電動汽車動力電池還未得到較好預熱時,電池不宜大倍率放電。電動汽車動力電池組在寒冷地區(qū)的預熱是目前的一個研究熱點,各學者提出了不同的預熱方法,以改善動力電池組的低溫性能[20-23]。

因此,在設計電動汽車電池熱管理系統(tǒng)時,需在電池安全、壽命、電池性能及熱管理能耗中進行相應的平衡,而不是簡單地將電池工作溫度控制在目前所公認的較為寬泛的鋰電池最佳工作溫度范圍內。

圖11 熱條件及放電倍率對電池放電容量的影響

3 結 論

本文以松下18650鋰電池為研究對象,在恒溫和絕熱模擬工況下,實驗測試了鋰離子動力電池充放電特性與溫度的相關性,研究了熱條件、電池狀態(tài)及放電倍率對電動汽車電池充放電性能的影響規(guī)律,得到以下結論。

(1)無論在何種熱條件下,電池充電容量總是小于電池上次放電容量。

(2)當電池充電溫度低于20 ℃時,電池充電容量隨著充電溫度的降低迅速衰減。當前一次放電倍率為0.5C、充電溫度從20 ℃降至-10 ℃時,充電容量衰減12%,但電池充電溫度在20～40 ℃范圍內時,電池充電容量不受充電溫度影響。

(3)較高的電池放電溫度能有效抵消電池大倍率放電引起的容量損失。當電池在40 ℃環(huán)境中以2C倍率電流放電時,其容量衰減僅為3.7%。

(4)當電池以小倍率電流放電、其工作溫度高于30 ℃時,溫度對電池放電性能的影響逐漸減小,因此應根據(jù)電池工作電流范圍以及目標工作溫度范圍來控制動力電池組內部溫差。當電池目標工作溫度較高(T>30 ℃)時,動力電池組內部較大的溫度范圍(ΔT<10 ℃)依然能夠滿足電池單體的充放電一致性要求;當環(huán)境溫度較低(T<10 ℃)時,電池放電容量隨溫度降低迅速衰減;當電池放電溫度為-10 ℃時,其2C倍率放電容量衰減高達50%,該結果表明低溫環(huán)境下,電動汽車動力電池組需要經過良好的預熱才能較好地發(fā)揮電池性能。

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