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    发表时间/2020-12-15
  • 锂离子电池在低温环境下的几种加热方式

    低温对锂离子电池有很大的影响。温度过低会导致锂离子电池性能下降,甚至丧失工作能力。为了满足锂离子电池在低温环境下工作的要求,必须对电池进行加热。目前,低温电池的加热方法有几种:


    锂离子电池外部加热


    外加热法是应用最广泛的加热方式之一。电池由外部热源加热。其重要特点是结构简单。但外部加热效率很低,因此耗电较多,同时也容易造成电池内部温度梯度不一致,导致电池内部故障不一致,影响锂离子电池的使用寿命。



    液体比空气具有更高的导热系数和容量,因此传热效率更高,但相比之下,液体预热系统更复杂。根据电池在加热过程中是否与热液体接触,液体加热可分为两类:1)非接触加热;2)浸没加热。典型的液体预热系统结构如下图所示。目前,非接触式液体预热系统已应用于电动汽车。例如,伏特使用360V的加热器加热液体,然后将其传送到电池。


    空气预热

    空气温度控制系统以其结构简单、成本低廉等优点在电动汽车领域得到了广泛的应用。如下图所示,空调温控系统的基本工作原理是通过加热系统对外部空气进行加热,然后在风扇的作用下进入电池组对电池进行加热。一般采用空气预热,加热速度可达0.5-3℃/min,气流速度和温度影响空气预热效果。相关研究表明,提高气流速度比提高空气温度的作用更为明显。同时,空气温度的升高也会使电池内部温度梯度更加明显,从而对电池寿命产生不利影响。本田的Insight和丰田的普锐斯都使用过这种技术,但是它仍然存在很多缺点,比如噪音和效率。


     相变材料预热


    空气预热和液体预热都需要更复杂的电池内部结构,如管道、泵、加热器等,这增加了电池组的成本和设计难度。为电池组预热和相变材料提供了一种较为简单的方法,这种方法重要的是通过相变材料在相变过程中的放热或吸收来达到电池加热和冷却的目的,但相变材料的导热系数一般较低,不利于电池快速传热,为了解决这一问题,人们提出了碳纳米管骨架与金属连接的方法,但目前的方法仍处于实验室阶段,尚未得到实际应用。


    电加热器预热


    除了上述预热方式外,我们还可以通过电加热器对电池进行预热,电加热器分为:1)珀耳帖效应加热器;2)珀耳帖效应加热器。2) 电热板;3)电热罩;4)电膜。


    倍增效应加热器


    加热器通过半导体的珀蒂尔效应在两个表面上形成热表面和冷表面。通过控制电流的方向,可以控制冷热侧的位置,达到冷却或加热电池的目的。温度可以通过控制电流的幅度来控制。这样可以达到0.6-1℃/min的升温速率,预热电池消耗的能量约占电池总能量的2.5%。


    加热器预热


    在电加热片的加热方式下,电加热片一般放置在电池的顶部或底部,电加热片产生的热量直接传递给电池。电加热片一般由正温度系数材料(PTC)制成。随着温度的升高,电阻增大,从而达到自动控温的目的。