車用鋰離子電池加熱方法探究

潘紹飛 曾 濤

（樂山職業(yè)技術(shù)學院 機電工程系，四川 樂山 614000）

隨著新能源汽車技術(shù)的快速發(fā)展，新能源汽車越來越受到大家的關(guān)注，且正在一步一步的替代傳統(tǒng)燃油汽車成為人們?nèi)粘＝煌üぞ?。相關(guān)研究表明，新能源汽車的使用可以明顯降低大氣污染物的排放，有效改善燃油汽車使用帶來的環(huán)境影響。目前市場上的電動汽車大多使用鋰離子電池，但鋰離子電池在低溫環(huán)境下充放電性能較差，這直接制約了電動汽車的發(fā)展。本文主要對電池低溫性能和低溫加熱方法進行探究。

1 鋰離子電池低溫性能

下面對由10節(jié)18650型三元鋰電池采用5節(jié)并聯(lián)2組串聯(lián)封裝方式組成的電池組為研究對象，進行充放電實驗,電池組的標稱電壓為7.4V，電池容量為13000mAh。

首先對電池溫度在-30℃到55℃的放電特性進行分析。為了防止充電方式不同給測試帶來影響，電池每次放電完成后都是在20℃常溫環(huán)境下進行充電；先按照恒流2.6A方式進行充電，電壓達到8.4V結(jié)束恒流充電，然后再按照恒壓8.4V方式進行充電，待充電電流小于100mA時結(jié)束充電；充電結(jié)束后將電池組放入設(shè)置好溫度的保溫箱中靜置4小時，然后進行-30℃到55℃放電實驗，電池組在不同溫度下放電電壓曲線如圖1所示。相同充電條件，伴隨著電池組工作溫度的降低，電池組放電電壓逐漸降低，放電時間和放電容量也逐漸減少[1]，特別是溫度達到-30℃時，電池組電壓瞬間降低到下限電壓，放電容量非常少。為了保證充電測試的準確性，每次充電測試前都將電池組置于常溫20℃環(huán)境下進行放電，待電池組電量完全釋放后，對電池組進行-30℃到20℃的充電測試。結(jié)果表明隨著充電溫度降低，電池組到達充電截止電壓的時間逐步縮短；當環(huán)境溫度降低到-30℃左右時電池組幾乎不能夠進行充電。由此可以看出，環(huán)境溫度對鋰離子電池的性能有很大的影響。

圖1 不同溫度放電電壓曲線

2 電池加熱方法探究

通過對電池充放電實驗可以看出，鋰離子電池性能對溫度是很敏感的，低溫對電池性能的影響是非常致命的；針對鋰離子電池低溫性能差的問題，在實際應(yīng)用中可以通過給電池加熱的方法來改善電池在低溫環(huán)境下的充放電性能。根據(jù)熱傳導(dǎo)方式的不同可將電池加熱方法分為外部加熱和內(nèi)部加熱，接下來就對這兩種方式進行簡要探究。

2.1 內(nèi)部加熱法

內(nèi)部加熱法是利用電池作為導(dǎo)體，用電流流過電池的焦耳熱效應(yīng)來加熱其自身。根據(jù)加熱方式的不同又可分為電池充電加熱法，電池放電加熱法和交流加熱法。充電加熱法主要是利用鋰離子電池內(nèi)阻隨環(huán)境溫度降低而增加這一特性，使用充電過程中產(chǎn)生的熱量來對自身進行加熱，從而達到改善電池充電性能目的。放電加熱法主要是采用電池放電過程中自身所產(chǎn)生的熱量對自身進行加熱，以達到提高電池溫度及改善電池工作性能的目的。充電加熱法和放電加熱法都必須對電池相關(guān)參數(shù)進行嚴格限制，防止電池出現(xiàn)過壓或者出現(xiàn)電池能量損耗過高等問題，所以利用電池充電和放電產(chǎn)生的熱量對自身加熱局限性較大。交流加熱法是采用交流電給電池內(nèi)部電解液或者球棒加熱的方法，該方法加熱速度較快且溫度分布比較均勻[2-3]。

2.2 外部加熱法

外部加熱法是用外部加熱的氣體或者液體、加熱套/板及珀爾貼效應(yīng)等手段來實現(xiàn)對電池加熱的。氣體加熱法是指以外部電源或者鋰電池作為能量來源對空氣進行加熱，利用風扇使空氣直接流過每一個單體電池，從而達到對電池組加熱的目的；該加熱方法電池箱結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，應(yīng)用比較廣泛。液體加熱法是指在電池組內(nèi)部布置用于液體流通的管道，通過適當?shù)牧魍ǚ绞绞辜訜岬囊后w在電池組內(nèi)部循環(huán)流動，高溫液體將熱量傳遞給低溫的電池，從而提高電池溫度，液體加熱法要求循環(huán)管路及電池箱體的密封性必須極好，否則很容易出故障，成本相對較高。加熱套加熱法是指在單體電池外部加上一個可以加熱的加熱套，此方法能夠均勻?qū)γ恳粋€單體電池加熱，但是需要在電池箱內(nèi)布置大量的控制線路，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，比較適用于長期處于低溫環(huán)境的車輛使用。珀爾帖加熱法就是利用帕爾貼效應(yīng)來實現(xiàn)對電池的加熱，此法能夠快速的實現(xiàn)電池由低溫到高溫；此外珀爾貼效應(yīng)也可以實現(xiàn)對電池的制冷作用，只需要通過改變珀爾帖控制電流的方向即可實現(xiàn)加熱到制冷的改變。

3 結(jié)束語

本文主要對三元鋰電池在低溫環(huán)境下的使用性能及常見的加熱方法進行了探究。隨著環(huán)境溫度的降低，鋰離子電池的充放電性能嚴重降低；低溫充放電性能較差成為限制鋰離子電池及電動汽車發(fā)展的一個重要原因。為了降低溫度對鋰離子電池充放電性能的影響，合理選擇和設(shè)置加熱方法非常必要；每一種加熱法都有自己的優(yōu)缺點，實際應(yīng)用過程要根據(jù)電動汽車所處的應(yīng)用環(huán)境及相關(guān)特殊要求來制定加熱方法，以期電池能夠達到最佳的工作性能。