動力電池低溫加熱方式

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目前困擾電動汽車安全、壽命、性能的另一個重要障礙是在低溫場景下的運行。傳統車由於內燃機運行過程中本來就會產生大量廢熱，因此在冬季正好可以把這部分廢能利用起來。而電動汽車能量利用率可達90%以上，當需要制熱時就需要額外通過車載加熱器來提供熱量。所以本文試著梳理一下動力電池低溫管理的方法和策略。

1. 場景分析

根據SOC荷電狀態和充放電運行狀態可將低溫下的運行場景初步劃分為四個區間：

· 高荷電態放電

· 低荷電態放電

· 低荷電態充電

· 高荷電態充電

2. 加熱方式

個人認為動力電池良好的保溫設計可以有效降低加熱裝置的負擔，減少強制加熱的頻率。而一旦出現加熱的需求，則使電池迅速升溫的能量主要來自兩方面 ，電池本身和外部設備。而利用這些能量來加熱的方式也有兩種：

· 車載加熱器

加熱元件常見的有加熱膜和PTC（Positive Temperature Coefficient）兩種。加熱膜屬於恆定電阻加熱元件，始終能維持在一定的加熱功率輸出範圍內。而PTC顧名思義就是電阻值和溫度正相關，隨著溫度的升高電阻也在升高，所以可以實現恆溫發熱，在安全性上較優。

目前PTC車載加熱器比較常見，功率一般在3kw~7kw左右，可通過PWM控制功率輸出；分為液體加熱器和風暖加熱器兩類。

風暖加熱器使冷空氣通過換熱面再輸入電池內，適用於風冷架構的熱管理方案。

液體加熱器則先制熱冷卻液，適用於液冷架構的熱管理方案。總的來看隨著液冷方案的普及，液體加熱器也必然將成為主流。例如Tesla就在Model S的熱管理系統上使用一款大功率的液體加熱器。

· 電池自身

在低溫環境下電池內阻會增加，因此在同等的工況下溫升會更劇烈。但即便如此整個升溫過程也是有限的。最近看到一篇文章（參考文獻1）中提出了一種全天候電池技術All-climate battery (ACB) cell，可實現電池由-20℃加熱至0℃僅需20s，且僅消耗3.8% SOC的能量。

這種電池在正極、負極、隔膜、電解液中添加了一種新組件 – 50um厚，56 mΩ阻值的鎳片，由外部電路控制是否將鎳片與電池串聯。從某種程度上來說就相當於將均衡電阻嵌入電池內部，並可實現50A以上的均衡電流。假設Pack由100節該種電池組成，則加熱功率可達16kw以上。

當然這個ACB電池還僅僅是概念，在該技術下電池的其他性能如何，製造工藝的可行性，與現有設備的兼容性，鎳片的一致性等等都有待確認和解決。

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