车用锂离子电池加热方法探究

潘绍飞 曾 涛

（乐山职业技术学院 机电工程系，四川 乐山 614000）

随着新能源汽车技术的快速发展，新能源汽车越来越受到大家的关注，且正在一步一步的替代传统燃油汽车成为人们日常交通工具。相关研究表明，新能源汽车的使用可以明显降低大气污染物的排放，有效改善燃油汽车使用带来的环境影响。目前市场上的电动汽车大多使用锂离子电池，但锂离子电池在低温环境下充放电性能较差，这直接制约了电动汽车的发展。本文主要对电池低温性能和低温加热方法进行探究。

1 锂离子电池低温性能

下面对由10节18650型三元锂电池采用5节并联2组串联封装方式组成的电池组为研究对象，进行充放电实验,电池组的标称电压为7.4V，电池容量为13000mAh。

首先对电池温度在-30℃到55℃的放电特性进行分析。为了防止充电方式不同给测试带来影响，电池每次放电完成后都是在20℃常温环境下进行充电；先按照恒流2.6A方式进行充电，电压达到8.4V结束恒流充电，然后再按照恒压8.4V方式进行充电，待充电电流小于100mA时结束充电；充电结束后将电池组放入设置好温度的保温箱中静置4小时，然后进行-30℃到55℃放电实验，电池组在不同温度下放电电压曲线如图1所示。相同充电条件，伴随着电池组工作温度的降低，电池组放电电压逐渐降低，放电时间和放电容量也逐渐减少[1]，特别是温度达到-30℃时，电池组电压瞬间降低到下限电压，放电容量非常少。为了保证充电测试的准确性，每次充电测试前都将电池组置于常温20℃环境下进行放电，待电池组电量完全释放后，对电池组进行-30℃到20℃的充电测试。结果表明随着充电温度降低，电池组到达充电截止电压的时间逐步缩短；当环境温度降低到-30℃左右时电池组几乎不能够进行充电。由此可以看出，环境温度对锂离子电池的性能有很大的影响。

图1 不同温度放电电压曲线

2 电池加热方法探究

通过对电池充放电实验可以看出，锂离子电池性能对温度是很敏感的，低温对电池性能的影响是非常致命的；针对锂离子电池低温性能差的问题，在实际应用中可以通过给电池加热的方法来改善电池在低温环境下的充放电性能。根据热传导方式的不同可将电池加热方法分为外部加热和内部加热，接下来就对这两种方式进行简要探究。

2.1 内部加热法

内部加热法是利用电池作为导体，用电流流过电池的焦耳热效应来加热其自身。根据加热方式的不同又可分为电池充电加热法，电池放电加热法和交流加热法。充电加热法主要是利用锂离子电池内阻随环境温度降低而增加这一特性，使用充电过程中产生的热量来对自身进行加热，从而达到改善电池充电性能目的。放电加热法主要是采用电池放电过程中自身所产生的热量对自身进行加热，以达到提高电池温度及改善电池工作性能的目的。充电加热法和放电加热法都必须对电池相关参数进行严格限制，防止电池出现过压或者出现电池能量损耗过高等问题，所以利用电池充电和放电产生的热量对自身加热局限性较大。交流加热法是采用交流电给电池内部电解液或者球棒加热的方法，该方法加热速度较快且温度分布比较均匀[2-3]。

2.2 外部加热法

外部加热法是用外部加热的气体或者液体、加热套/板及珀尔贴效应等手段来实现对电池加热的。气体加热法是指以外部电源或者锂电池作为能量来源对空气进行加热，利用风扇使空气直接流过每一个单体电池，从而达到对电池组加热的目的；该加热方法电池箱结构简单，成本较低，应用比较广泛。液体加热法是指在电池组内部布置用于液体流通的管道，通过适当的流通方式使加热的液体在电池组内部循环流动，高温液体将热量传递给低温的电池，从而提高电池温度，液体加热法要求循环管路及电池箱体的密封性必须极好，否则很容易出故障，成本相对较高。加热套加热法是指在单体电池外部加上一个可以加热的加热套，此方法能够均匀对每一个单体电池加热，但是需要在电池箱内布置大量的控制线路，结构复杂，比较适用于长期处于低温环境的车辆使用。珀尔帖加热法就是利用帕尔贴效应来实现对电池的加热，此法能够快速的实现电池由低温到高温；此外珀尔贴效应也可以实现对电池的制冷作用，只需要通过改变珀尔帖控制电流的方向即可实现加热到制冷的改变。

3 结束语

本文主要对三元锂电池在低温环境下的使用性能及常见的加热方法进行了探究。随着环境温度的降低，锂离子电池的充放电性能严重降低；低温充放电性能较差成为限制锂离子电池及电动汽车发展的一个重要原因。为了降低温度对锂离子电池充放电性能的影响，合理选择和设置加热方法非常必要；每一种加热法都有自己的优缺点，实际应用过程要根据电动汽车所处的应用环境及相关特殊要求来制定加热方法，以期电池能够达到最佳的工作性能。