怎样应对低温锂电池在低温使用性能恶化呢？
来源：宝鄂实业
2019-11-12 16:26
点击量：次
１.低温对电池放电容量的影响
容量是锂电池最重要的参数之一，它的巨细跟着温度改变的曲线如下图所示，下图是一款磷酸铁锂电池的放电曲线。磷酸铁锂电池，充电停止电压为3.65±0.05Ｖ，放电停止电压为２±0.05Ｖ，两条曲线，是电池别离按照0.1C和0.3C在不同温度下进行放电，得到的温度容量曲线。十分显着的，容量跟着温度的升高逐渐上升-20℃的容量只相当于15℃容量的60％左右。除了容量，跟着温度下降的还有电池开路电压。咱们都知道，电池中包含能量是容量与端电压的乘积，当两个乘数都下降时，电池内的能量必定是两者下降作用的叠加。
低温下正极资料活性下降，使得可以发作移动带来放电电流的锂离子数量下降，是容量下降的根本原因。
不同温度和放电倍率下裡电池放电容量
２.低温对电池内阻的影响
锂电池温度与电阻的联系，如下图所示。不同的曲线代表电池自身不同的荷电量。任何一个荷电量下，电池内阻都跟着温度的下降而显着升高，荷电量越低的电芯，内阻越大，并且这个趋势也跟着温度的改变而坚持不变。
低温下，正负极资猜中，带电离子的分散运动才干变差，穿越电极与电解液的钝化膜变得困难，在电解液中传递的速度也下降，并且在传递进程中还会额外发生很多热量。锂离子抵达负极以后，在负极资料内部的分散也变得不顺畅。悉数的进程，带电离子的运动都变得困难重重，在外部看来，就是电芯的内阻升高了。
内阻与ＳＯＣ、温度之间联系
３.低温对电池充放电功率的影响
下面的曲线，是充电功率跟从温度变换的曲线。咱们可以观察到，-20℃下的充电功率只要15℃时候的65%。这儿只说功率，低温充电的损害十分严重，这儿不展开讨论。低温带来了前文中描述的种种电化学层面功能的改变，内阻显著增加。放电进程中，大量的电能耗费在内阻发热上面。咱们观察到的库伦功率下降了。电动轿车行驶进程中，就会感觉到，看起来差不多的电量，低温下续航变短了。
充电功率随温度改变趋势图
4 锂离子电池内部副反响
低温下锂电池功能退化严重，一起在锂离子电池充放电进程中会有一些副反响发作。这些副反响中主要是锂离子与电解液不可逆的反响，会构成锂电池容量阑珊，使电池功能进一步恶化。
导电活性物质的耗费，构成容量衰减。考虑到电池中正负两个电极的电位，比较于正极这些副反响更有可能发作在负极侧。因为负极资料电势比正极资料电势要低得多，离子和电解质溶剂发生副反响的堆积物堆积在了电极表面，构成SEI 膜。SEI 膜的阻抗是引起负极反响过电势的一个因素之一。当电池进一步循环老化后，因为接连循环中锂离子在负极上不断地嵌入与脱出，引起的电极胀大和收缩会使得SEI膜决裂。SEI 膜决裂后的裂缝供给了电解液与电极直接接触通道，然后构成新的 SEI 膜填补了裂缝也增加了 SEI 膜厚度。这些反响进程跟着电池不断地充放电而不断重复发作，使得锂离子在反响中不断削减，导致锂离子电池放电容量的阑珊。
充电时，活性物质表面构成的堆积物，增加了电阻。下降了活性粒子的有用表面积，增加了离子电阻。锂电池的可用容量和能量一起发作阑珊。锂电池在充电进程中更简单发作副反响。锂电池充电开始时，锂离子经过电解液向负极运动，所以电极和电解液之间的电位差削减，使得锂离子与电解液中的物质更易发作不可逆的副反响。锂离子电池电极资料的不同，它的电势与电极资料嵌锂浓度分数的联系曲线也不同。
5 锂电池低温预热技能
面临低温下锂电池运用受限的局面，技能人员找到的应对战略是充电预热，虽然是权宜之计，但对进步锂电池的放电才干和长时间寿数都有显着作用。
低温环境下对锂电池充电或运用前，有必要对电池进行预加热。电动轿车车载的电池管理体系(BMS)对电池加热的办法大体可分外部加热与内部加热两大类。外部加热办法有空气加热、液体加热、相变资料加热，以及热阻加热器或许热泵加热。这些加热办法一般位于电池包中，或许设置在热循环介质的容器中。内部加热法加热电池，则是经过沟通电流鼓励电池内部电化学物质，使电池本身发生热量。
外部加热
关于用空气加热的办法，有研讨人员运用电池与一套大气模仿体系进行了试验，试验成果表明，相关于裸露在低温环境中的电池，周围空气被加热的电池可以放出更多的容量。
比起空气加热，液体加热具有更好的导热率与更高的热转化功率。但是液体加热需求更杂乱的加热体系。液体加热在电动轿车与混合动力轿车中的应用现已有不少实践事例。比如：在雪佛兰 Volt 轿车中，环绕电池组热交换液，由360V的加热器加热。
相变资料加热电池也现已被运用。当电池温度降到相变资料的相变温度点之后，相变资料贮存的热量会被释放出来，坚持环境温度稳定，也就是向电池组传递热量。相变资料的主要优势在于其可以用在温度改变较敏捷的环境中。
内部加热
沟通鼓励加热，比较于外部加热来说，另外一种常用的加热办法，结构规划上会比较简单，就是经过交变的电流加热电池。它不需求进行传热结构的规划，只是在电池正负极加载必定频率的沟通鼓励，鼓励作用在电池内部电化学物质上，相当于循环往复小幅值充放电的作用。
与直流加热电流比较，沟通电流或正负方波电流在放电和充电周期内都可以加热电池，使得电池温度上升，而电池荷电状况(SOC)基本上是不变的。因为这些特性，沟通内部预热办法成为一个研讨较多的范畴。2004 年，国外一个研讨者首先提出运用交变的电流直接对锂离子电池加热，只是运用电池内部的电阻效应产热。他们对不同的SOC 状况下和不同温度下（-20℃~40℃）的不同的电池做了一些测验。测验成果表明，在必定倍率的电流下，一切电池都会快速产热。
美国一个团队对加热频率对加热作用的影响进行了研讨，他们在 0.01Hz 到2KHz不同频率下做了仿真，并将成果与外部加热办法做了比较，以为内部加热具有显着的优势。
比较外部加热办法，内部加热避免了长途径的热传导和接近加热装置的当地部分热点的构成。因此，内部加热可以以更高的功率，更均匀地加热电池以达到更好的加热作用且更简单完成。不同的加热办法总结如下表：
目前对内部沟通预热计划研讨大多集中在加热速度与功率上，加热战略对防备锂堆积等副反响的发作还很少有清晰的考虑。完成预热进程中防备锂堆积的发生，需求BMS 能实时估计并操控锂堆积发生的条件。需求基于模型的操控电池低温下加热技能，才干完成上述功能。跟着新能源轿车的发展，动力锂电池的运用量也与日俱增，锂电池低温下运用急需解决电池预热问题，这是一个距离实践应用十分近的范畴。
