鋰電池低溫加熱技術（shù）：外（wài）部加（jiā）熱（rè）和內部加熱

鋰電池由於其（qí）比能（néng）量（liàng）大、循環壽命長及重量輕等特點（diǎn），正在被越（yuè）來越多地（dì）應用（yòng）在（zài）電動汽（qì）車領域。但鋰離子電（diàn）池低溫性能並（bìng）不理想，如磷（lín）酸鐵鋰電池（chí）在-20℃低（dī）溫充（chōng）電條件下，實際容量僅為25℃時同等充電條件下容量的70%。即使是低溫效（xiào）應較好的錳（měng）酸鋰（lǐ）電池，在-20℃低溫下充電容量也（yě）僅為常溫下的80%左右。低（dī）溫（wēn）環境降低（dī）了（le）鋰（lǐ）電池的（de）有效使（shǐ）用電量，限（xiàn）製了鋰離子動力電池（chí）在北（běi）方寒冷地區的推廣應用。

對鋰電池（chí）進行預加熱，是解（jiě）決（jué）鋰電（diàn）池低（dī）溫（wēn）特性問題的（de）有效方法（fǎ）之（zhī）一。利用（yòng）鋰（lǐ）電池自己的電量（liàng）為加熱設備提供電源是常（cháng）用的（de）電池加熱方法（fǎ），但這種方法會在加熱過程中消耗（hào）掉相當一部分電池能量，在一定程度上降低了鋰（lǐ）電（diàn）池放（fàng）電的有效容量。

低溫（wēn）環境下對鋰電池充電或使用前（qián），必（bì）須對電池進行預加（jiā）熱。電動汽車（chē）車載的電（diàn）池管理係統(BMS)對鋰電電池（chí）加熱的（de）方式大（dà）體（tǐ）可分外部加熱與內部加（jiā）熱兩大類。外部加（jiā）熱方式有（yǒu）空（kōng）氣加（jiā）熱、液體加（jiā）熱、相（xiàng）變材料加熱，以及（jí）熱阻加熱器或者熱泵加熱（rè）。這些（xiē）加熱方（fāng）式一般位（wèi）於電池包中，或（huò）者設（shè）置（zhì）在熱循環介（jiè）質的容器中。內部加熱法加熱電池，則（zé）是通過交（jiāo）流電（diàn）流激勵電池內部電（diàn）化學物（wù）質，使電池（chí）本（běn）身產（chǎn）生（shēng）熱量。

外部加（jiā）熱

關於用空氣（qì）加熱的方式，有研究人（rén）員利用電池與（yǔ）一套大氣模擬係統（tǒng）進行了實驗，實（shí）驗結（jié）果表（biǎo）明，相（xiàng）對於裸（luǒ）露在低溫環境中的電池，周圍空氣被（bèi）加熱的電池能夠（gòu）放出更多的（de）容（róng）量。

比起空氣加熱，液體（tǐ）加熱具有更（gèng）好的導熱率與（yǔ）更高的熱轉化效率。但是液體加熱（rè）需要更複雜的加熱（rè）係（xì）統。液體加熱在電動汽車（chē）與混合動力汽車中（zhōng）的應（yīng）用已經有（yǒu）不少實際案例。比如：在雪佛蘭 Volt 汽車中，環繞電池組熱交換液，由360V的加熱器（qì）加熱。

相（xiàng）變（biàn）材（cái）料（liào）加熱電池也已經被使用。當電池溫度降到相變材料的（de）相（xiàng）變溫度點之（zhī）後，相變材料儲存的熱量會（huì）被釋（shì）放出來（lái），保持（chí）環境溫度恒定（dìng），也就是向（xiàng）電池組傳遞熱量。相（xiàng）變材料的主（zhǔ）要優勢在於其可以（yǐ）用（yòng）在（zài）溫（wēn）度（dù）變化較迅速的環境中。

內部加熱

交（jiāo）流激（jī）勵加熱，相（xiàng）比於外部加熱來說（shuō），另（lìng）外（wài）一種常用的（de）加熱（rè）方法（fǎ），結（jié）構設計上（shàng）會比較簡單，就（jiù）是通（tōng）過（guò）交變的電流加熱電池。它不需要進（jìn）行傳熱結構（gòu）的設計，隻（zhī）是在電池正負極加載一（yī）定頻率的（de）交流激勵，激勵（lì）作（zuò）用在電池內部電化學物質上（shàng），相當於循環往（wǎng）複小幅值充放電（diàn）的效果。

與直流加熱（rè）電流相比（bǐ），交流電流或正負方波電流（liú）在放電和充電（diàn）周期內都可以加熱電池，使得電池溫度（dù）上升，而電池（chí）荷電狀態(SOC)基本上是不（bú）變的。由於這些特性，交流內（nèi）部預熱方法成為（wéi）一個（gè）研究較多（duō）的領域（yù）。2004 年，國外一個研究者（zhě）率先（xiān）提出使用（yòng）交變的電流直接（jiē）對鋰離子電池加熱（rè），僅僅利用電（diàn）池內部的（de）電阻效應產熱（rè）。他們對（duì）不同的SOC 狀態下和不同溫（wēn）度下（-20℃~40℃）的不同（tóng）的電池做（zuò）了一些（xiē）測試。測（cè）試（shì）結果表明，在一定倍率的電流下，所有電池都會快速產熱。

美國一個（gè）團隊對加熱頻率（lǜ）對（duì）加熱效果的影響進行了研究，他們在（zài） 0.01Hz 到2KHz不同頻（pín）率下（xià）做了仿（fǎng）真，並（bìng）將（jiāng）結果與外部（bù）加熱方式做了比（bǐ）較，認為（wéi）內部加熱具有明（míng）顯的優勢。

相比外（wài）部（bù）加（jiā）熱方法，內部加熱（rè）避免了長路徑的（de）熱傳導和靠（kào）近加熱裝置的地方局部熱點的形成。因此，內部（bù）加熱可以（yǐ）以更高（gāo）的效率，更（gèng）均勻（yún）地加熱電池以達到更好的加（jiā）熱效（xiào）果且更（gèng）容易實（shí）現。不同的加熱方式總結如下表：

目前對（duì）內部交流預熱方案研究大多集中在加熱速度與效率上，加熱策略對預防鋰沉積等副反應的發生還很（hěn）少有明確（què）的考慮。實現預熱（rè）過程中預防鋰沉（chén）積的產生，需要BMS 能實（shí）時估計（jì）並（bìng）控製鋰沉（chén）積產生的（de）條件（jiàn）。需要基於模型的控製電池低溫下加熱技術，才能實（shí）現（xiàn）上述功能。隨著新能源（yuán）汽車的發展，動力（lì）鋰（lǐ）電（diàn）池的使用量也與（yǔ）日（rì）俱（jù）增，鋰電池低溫下（xià）使用（yòng）急需解（jiě）決電池預熱問題（tí），這是一個（gè）距離實（shí）際（jì）應（yīng）用非常近的（de）領域。

另外，交流加（jiā）熱，調動電化學物質產生運（yùn）動（dòng），對於電池（chí）使用壽命的影響，暫時還（hái）沒有看到獲得怎樣的結（jié）論，也是值得（dé）持續關注的問題（tí）。

鋰電池充電預加熱裝置：電池箱（xiāng）、電源管理係統（tǒng）和充（chōng）電器（qì）
鋰電池或鋰電（diàn）池模組位於電池箱內，其特征（zhēng）是:在所述（shù）電（diàn）池箱內設置電阻（zǔ）加熱絲（sī）和溫度探測（cè）器（qì）;所述電源管理係統（tǒng）包括:加熱電（diàn）路開關、充（chōng）放電保護開關、溫（wēn）度測量電路、加熱係統控（kòng）製電路、電源管理係統（tǒng）微處理器、充放電（diàn）開關控製電（diàn）路和電源管理係統通信端口，溫度測量電路的輸入端連接溫度探測器，溫度測量電路（lù）的（de）輸出端連接電（diàn）源管理係統微處理（lǐ）器，電源管理係（xì）統微處理器的一個輸出端（duān）通過加熱係（xì）統控（kòng）製電路連接到加熱電路開（kāi）關的控（kòng）製端，電源管理係統微處理器的另一輸（shū）出端通過（guò）充放電開關控製電路（lù）連接到充（chōng）放電保（bǎo）護開（kāi）關的控製（zhì）端

所述加熱電路開關連接在（zài）電阻加熱（rè）絲—端和充電器（qì）的負輸出（chū）端（duān）之間，所（suǒ）述充放電保護（hù）開關連接在鋰電池或鋰（lǐ）電池（chí）模組負極和（hé）充電器的（de）負輸出端之間，電阻加（jiā）熱（rè）另一端以及（jí）鋰電池或鋰電池模組正極連（lián）接到充電（diàn）器（qì）的正輸出端（duān）；

所述（shù）電源管理係（xì）統通（tōng）信端（duān）口與電源管理（lǐ）係統微處理（lǐ）器相連，並（bìng）對（duì）外連接充（chōng）電器通信端口;所述充電器包括（kuò）:調壓及開關電路、恒流（liú）源、轉換及檢（jiǎn）測電路（lù）、充電器通信端（duān）口和（hé）充電器（qì）微處理器，所（suǒ）述調壓及（jí）開（kāi）關電路的（de）輸（shū）入端（duān）連接（jiē）市電，調壓及開（kāi）關（guān）電路的輸出（chū）端（duān）一方麵直接連接到轉換（huàn）及檢（jiǎn）測電路（lù），另一（yī）方麵通過恒流源連接轉換及（jí）檢測（cè）電路，由轉換及檢測（cè）電路輸出（chū）連接到（dào）充電（diàn）器的正、負輸出（chū）端,並連（lián）接充電（diàn）器微處理器的輸入（rù）端,充（chōng）電器（qì）微處理器（qì）的輸出端連接調壓及開關電路的（de）輸入端，充電器微處理器與（yǔ）充電器通信端（duān）口相連。