【原】【大象能源•锰酸锂】雷洪钧博士观点 | 动力电池低温加热技术研究及实例研究

摘要：“东北一场大暴雪，哭倒一半新能源车主”仅仅是短暂的现象。人们对电动汽车认识和理解越来越深刻了。

“东北一场大暴雪，哭倒一半新能源车主”是比较客观的描述，如图1所示。

出现这个现象的原因是什么呢？主要原因，目前锂离子电池在环境温℃0℃以下，放电十分困难，其电源无法支撑电动汽车启动，自然就停摆了。前期认为锂离子电池比能量低是发展电动汽车的一个瓶颈，今天又遇到锂离子电池在低温环境0℃以下放电十分困难，也是一个瓶颈。下面介绍在低温环境0℃以下，如何给锂离子电池加热，保证其正常放电，确保电动汽车正常启动与运行。

一、传统发动机低温环境下启动同样也是困难的

到了冬季，传统发动机过去的做法是，以公交车为例，到了晚上收班，必须把发动机冷却水放掉，第二天早上，再把热水给发动机加上。公交公司把一个工作形成了一种制度。后来技术进步了，发明了防冻液。传统发动机低温环境下启动就不在困难了。 今天的电动汽车，遇到了过去传统发动机低温环境下启动同样的难题。

二、在低温天气下，如果提高动力电池系统的温度？

低温天气，通常是指冬季，一般环境温度在0℃以下，我国东北极寒地区的温度在-40℃以下。大家知道，目前锂离子电池正常工作温度在25℃到50℃之间。这里的锂离子电池正常工作，是指动力电池正常充放电，尤其是放电能满足驱动电机的基本要求。而动力电池（零下-20到+50℃）的放电曲线，如图2所示。

从图2可以看出，环境温度在0℃时，动力电池放电能力已经下降到了90%，而到了（-20）℃时，就下降到50%。这自然不满足驱动电机的要求。需提醒注意的是，即使到环境温度在（-20)℃时，还有50%放电能力。问题的关键是，如果将动力系统环境温度能保持在0℃左右，或者说，能将动力电池的环境温度，从(-20)℃提高到0℃以上，电动汽车在极寒天气的正常启动、运行，就不是问题了。

目前动力电池系统散热方式，有自然风、液体模式两种。从工程上来讲，防冻液的主要功能是防冻，而没有自己提高温度的能力。同时动力电池包的液体系统是封闭的，没有可能将外部的热液体灌进去。

三、低温下条件下的动力电池运行四个区间

从图2可以看出，锂电池放电温度区间在-30℃~55℃间，根据SOC荷电状态和充放电运行状态可将分为四个区间。

a)低荷电态充电：锂电池在0℃以下充电容易产生析锂现象，引起不可逆的损伤和安全问题。

b)高荷电态充电：利用电池和外部充电设施的能量共同为车载加热装置供能，提高加热效率。

c)低荷电态放电：低温引起的容量的衰减大于剩余电量的时候，车辆已经无法正常启动并运行，否则将触发BMS单体低压报警。

d)高荷电态放电：即便是低温也不影响车辆启动。但低温状态导致的容量衰减和能量回收限制将使得车辆续航里程骤降。

研究结论：

a)低温下条件下，低荷电态充电行为必须禁止；

b)低温下条件下，高荷电态充电，没有必要；

c)低温下条件下，高荷电态放电,车辆续航里程骤降,应回避；

d)低温下条件下，车辆已经无法正常启动并运行，应有效解决好。

一句话，提高动力电池系统环境温度到正常工作状态，才是比较正确的办法。

四、寒冷天气下，如何给动力系统加热？

寒冷天气表征是环境温度低。环境温度低，动力电池充放电比较困难，于是电动汽车推广应用受堵。

寒冷天气下，如何给动力系统加热呢？基本思路有：

(a)利用充电桩外部电源，启动车载加热器工作，提高车辆及动力电池系统的环境温度。不足的是，必须要求，充电桩与车载加热器要对接（通信）。目前充电接口标准，还没有这个方面的内容及要求。

(b)车载微型锅炉，对动力电池系统里面的防冻液体加热，目前电动大客车有这个做法。不足的是，车载微型锅炉，燃料必须是天然气、酒精、汽油、柴油等。目前也没有车载微型锅炉的标准。

(c)利用动力电池，在环境温度低，还有一定放电能力，比如(-20)℃时，还有50%放电能力，给车载加热装置（目前功率可达7kw）提供电源。不足的有，必须有一定预加热时间，不同车型，预加热时间不等。

好在目前，市场已经出现了石墨烯防火等级高温电热板，为动力电池自加热带了福声，如图3所示。

石墨烯防火等级高温电热板导热效果好，厚度3mm以内,如果贴在电池包上，不仅是较好轻量化材料，同时可以利用动力电池低温能放电的能力，对动力电池系统循环加热，就可以大大缩短电动汽车预加热时间。

五、总结

汽车电动化是基本趋势，普及速度越来越快，规模越来越大。“东北一场大暴雪，哭倒一半新能源车主”仅仅是短暂的现象。人们对电动汽车认识和理解越来越深刻了。

注：本文作者雷洪钧博士为扬子江汽车公司高级工程师，中国新能源企业家俱乐部专家委员会主任

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