鉅大LARGE | 點擊量：1503次 | 2020年01月16日
電池低溫加熱看特斯拉/寧德時代如何“出招”
低溫狀態(tài)下，動力電池活性降低，電池容量和性能衰減嚴(yán)重且不可逆。最直接的表現(xiàn)是，新能源汽車?yán)m(xù)航里程嚴(yán)重縮水，動力變?nèi)酢?/p>
有關(guān)數(shù)據(jù)表明，在保持-7℃車外溫度和20——22℃車內(nèi)溫度的情況下，國內(nèi)一些知名企業(yè)的新能源汽車實測續(xù)航還不到標(biāo)稱一半。
國外的像寶馬i3s的續(xù)航里程縮水也超20%。還有實驗顯示，溫度低于0℃，電池內(nèi)阻大幅增加，降到-20℃，自放電現(xiàn)象最嚴(yán)重。
然而由于電池本身無法在短時間內(nèi)，工作溫度區(qū)間得到提升。因此目前主流解決方式是給電池預(yù)熱。
這一方面要求電池組預(yù)熱精準(zhǔn)，即要消除低溫引起的負(fù)面效應(yīng)，又要讓電池盡快從低溫回暖到25-35度的“舒適溫度”。
另一方面要精確掌握電池組內(nèi)部或外部產(chǎn)熱過程，減少預(yù)熱時熱量損失，能充分節(jié)能，降低能耗。
具體實施方式，最常見的是通過連接充電樁或使用電池內(nèi)部電量，利用加熱裝置給電池冷卻液加熱，進而流經(jīng)電池內(nèi)部液體管路，通過類似“隔水燉”方式對電池進行保溫或加熱。
其中針對三元和磷酸鐵鋰電池的加熱方式有差別。據(jù)高工鋰電了解，三元電池抗低溫性好，能量密度高，一般是采用BMS熱管理，進行冷卻液循環(huán)加熱。
磷酸鐵鋰電池，其能量密度不高，抗低溫性差，對熱的敏感性差，一般采用沒有冷卻液的高壓PTC加熱，降低成本。
值得一提的是，在電池加熱技術(shù)突破方面，典型代表企業(yè)有特斯拉和寧德時代。
特斯拉：循環(huán)加熱
特斯拉針對動力電池低溫，其Model3設(shè)計思路是利用電驅(qū)系統(tǒng)的廢熱，像傳統(tǒng)燃油車用發(fā)動機余熱給乘員艙供暖一樣，使其即用于車輛驅(qū)動，又用于產(chǎn)生額外的熱量加熱電池。
具體實施上，是采用一種傾向于傳統(tǒng)車方案—電動車上有一個可以起到電熱絲作用的零件，如圖1所示為電機線圈繞組。
圖1電機線繞圈組
圖2壓力泵循環(huán)水加熱
對電池加熱，是利用壓力泵開關(guān)循環(huán)水加熱。通過把電池冷卻回路和電機回路串聯(lián)起來。其中控制閥很關(guān)鍵，改變冷卻液的流動路徑。
圖3加熱模式
在如圖3所示的加熱模式下，電池內(nèi)部的低溫冷卻液進入驅(qū)動系統(tǒng)進行熱交換。然后變成高溫冷卻液，再穿過水泵及冷卻設(shè)備后（此時冷卻設(shè)備不工作），進入電池包對電池進行加熱。
一般而言，電機驅(qū)動效率基本在90%以上，產(chǎn)生的10%熱量并不足以用來為座艙和電池進行加熱。然而特斯拉的電機控制軟件，能降低電機效率，以產(chǎn)生更多的熱量來給電池加熱。
更厲害的一點是，電機驅(qū)動功率可以根據(jù)駕駛員需求實時變化，發(fā)熱功率也能根據(jù)座艙，空調(diào)，電池溫度實時調(diào)整。
特斯拉這項加熱模式，好處主要有兩方面。
一方面充分利用電機余熱，能量利用率高。使用場景上，可以在低溫環(huán)境中提前對電池預(yù)熱，在到達快充樁時，可以獲得最大的充電功率。
另一方面，輸出功率大，加熱效果好。特斯拉Model3的電機本身可承受溫升功率7-8kW，短時間內(nèi)對電池加熱的升溫效果好。
指標(biāo)上，10km/h車速時后軸電機效率低至25%，20km/h車速時低至40%，電池溫升速率可達1℃/min。
寧德時代：低溫速熱
寧德時代針對電池低溫問題，解決上主要從BMS電池?zé)峁芾砗碗姵乇旧碇郑Ч鐖D4所示。
一方面通過BMS電池管理系統(tǒng)識別電池狀態(tài)，擬定速熱控制策略，能夠使電池溫度在15分鐘內(nèi)從-20℃提升到10℃，充電能力提高5倍，放電能力提高7倍，延長電池壽命。
另一方面運用電池本身低溫沒放出來的能量自我加熱，大概用7%左右的能量可以把電池從-20度加熱到+20度。加熱后，冬天的續(xù)航比夏天差7%-10%左右。
圖4加熱技術(shù)
另外電池快充時，寧德時代還能讓BMS軟件系統(tǒng)檢測電池充電狀態(tài)，利用充電時電池產(chǎn)生的溫度幫助電池回溫。換句話說，能做到邊充電邊加溫。
具體做法是讓電池在充電初期就產(chǎn)生熱量，幫助電池回溫。在常溫或夏季狀態(tài)下，這功能會自動停止。
目前在實驗室，已經(jīng)實現(xiàn)每分鐘升高2℃，同時電池溫差不超過4℃。等這項功能正式量產(chǎn)裝車后，采用寧德時代的技術(shù)，在冬天就不再怕寒冷，邊充電邊升溫，隨時可以滿電出發(fā)。
當(dāng)然，寧德時代還從產(chǎn)品設(shè)計、電芯制造、系統(tǒng)集成、BMS管理、售后服務(wù)、報廢回收等建立完整的安全保障體系，全方位保障動力電池安全。
值得一提的是，寧德時代最近推出的新一代能量型電池包，具有超強環(huán)境適應(yīng)性，能夠提升整車的安全性和可靠性，保障車輛在多種復(fù)雜環(huán)境下的良好運行。
該電池包在高寒環(huán)境下，由于使用了加熱膜，即使在-20℃環(huán)境下，電池容量保持率仍可高達90%。可實現(xiàn)0.5℃/min的低溫升溫速率，確保電池系統(tǒng)在合適工作溫度區(qū)間內(nèi)穩(wěn)定運行，減少電池衰減，有效提升系統(tǒng)壽命。
