电池热管理中低温加热技术

电池热管理中低温加热技术

在寒冷的冬季，电动汽车的续航里程往往会大幅缩水，这主要是由于低温对电池性能的影响。本文将深入探讨低温对电池性能的具体影响，并介绍相应的低温加热技术，以提高电池在低温环境下的性能和可靠性。

低温对电池造成的影响

1. 造成电池能量密度和功率密度大幅下降。在-40°C时，商业化的18650型锂离子电池只能保持5%的能量密度和12.5%的功率密度。
2. 低温下充电会导致金属锂沉淀，造成永久伤害。锂沉淀产生枝晶，不仅使电池能量密度和功率密度不可恢复性降低，还可能刺穿隔膜，造成电池短路甚至燃烧的危险。
3. 低温会导致电池内阻增大，工作电压降低。

低温下电池性能实测分析

1. 不同温度下电池放电性能的显示，温度对放电电压平台和放电时间的影响。
2. 温度越低，电池放电容量越小，尤其在低温和大倍率放电下，容量几乎无法释放。
3. 放电初始电压随温度降低而下降，影响电动汽车的加速和爬坡性能。

低温对电池机理的影响

1. 主要影响电池性能衰减。低温会导致能量密度和功率密度大幅下降。
2. 低温下会导致电池安全性和寿命降低。低温情况下强制充电，会导致金属锂沉淀，造成永久伤害，锂沉淀产生枝晶，电池能量密度和功率密度不可恢复性降低，同时有刺穿隔膜，造成电池短路的危险。

产生这一现象的原因是电池内部特性导致的：

• 低温下会导致固相扩散系数减小
• SEI膜阻抗增加
• 电解液导电率减小
• 分界面导电率减少
• 化学反应速率降低

固相扩散系数减小会导致充放电过程中阻抗，在离子嵌入和脱嵌过程中阻抗增加，这是一个低频阻抗。

SEI膜阻抗增加，SEI膜在负极活性表面，低温会阻止负极活性物质与电解质的负反应，低温下，电池内部电极SEI膜阻抗增加，动力电池可用功率下降，这是一种高频阻抗，类似于欧姆阻抗。

电解液导电率减小，会导致离子和电子在电解液中移动速度降低，会导致阻抗增加，这种影响中高频阻抗。

分界面导电率减少，会导致分界面附近阻抗增加。

低温下锂离子在负极石墨中的固相扩散系数减小，是导致动力电池容量特性变差的主要速度控制步骤。当电池进行低温充电时，较小的扩散系数会导致锂离子在负极石墨中的扩散过程受阻，从而易在负极颗粒表面产生“锂沉积”，对电池造成永久性的损伤。

电池低温加热技术的必要性

实验数据表明，随着温度的降低，电池放电容量逐渐减小，放电电压平台降低，放电时间变短，导致电动汽车的行驶里程骤降。此外，大电流放电时，初始电压几乎掉到截止电压，导致大电流无法释放。为了解决这些问题，电动车使用提低温加热技术，通过提高电池温度使其进入合理的工作区间，从而提高电池在低温下的性能和可靠性。

1. 保持适宜温度：在低温环境下，关键是要保持电池的适宜工作温度。通过对电池进行加热，提高其温度至适宜范围，可以减缓电池容量下降、内阻增加等问题。可以采用电池加热装置，如PTC发热体等。
2. 采用热管理系统：为了降低电池在低温环境下受到的负面影响，可以引入热管理系统。热管理系统可以通过控制电池温度，减少低温环境下电池容量和功率输出能力的降低。
3. 加强电池保护措施：在低温环境中，电池更脆弱易损，因此需要加强电池的保护措施，防止低温环境对电池的不利影响。可以采用电池保温套、防寒涂层等方式，提高电池的抗寒能力。
4. 优化电池管理系统：电池管理系统在低温环境下的工作也需要加以优化。电池管理系统可以监测和控制电池的工作状态，及时采取措施来应对低温环境下可能出现的问题，以保证电池的性能和安全。