探究如何解决动力电池冬季快速温升问题

冬天又到了！北京去年的几场严寒，让众多电动车主苦不堪言。每当寒潮来临，车辆续航里程断崖式下降。有的网友甚至调侃，每天开着“电动爹”上班，稍有伺候不周，脾气说来就来。

寒冷天气下，影响续航的首要原因，就是电池的活性下降。当然车内的加热器的耗电量也不小，但影响比较有限，即使1KW功率的加热，一小时用电不过1KWH。对于数十KWH蓄电能力的电池，这不算太过。

电池活性的下降，集中表现在电池内阻急剧升高。动力电池的电压通常几百伏，由数百个锂电池或电池组串并联而成，电池内阻不可小觑。下面这种列表，就是一款典型的锂电池内阻随温度和电量的变化。从中可以看出，从常温25℃和低温-20℃，即使100%满格电池，其内阻相差12倍之多！

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Soc(%)	-20℃	0℃	25℃
100	1223	289	100
95	1142	283	103
90	1150	284	102
85	1114	285	106
80	1101	291	111
75	1097	291	118
70	1101	276	126
65	1106	269	110
60	1119	271	102
55	1138	280	102
50	1164	295	108
45	1196	317	116
40	1245	343	122
35	1319	362	121
30	1428	363	121
25	1665	380	126
20	2216	447	152
15	3248	535	187
10	5502	700	236
9	645	744	247
8	7404	788	259
7	8355	702	233
6	9307	702	247
5	9269	752	260
4	10192	834	277
3	12216	1011	304
2	14942	1388	351
1	18629	2014	423

 

相信有些北方的工程师朋友，在天寒地冻的冬天，有时手机温度很低，如果用来拍照或打电话，电池可能很快就低电压报警；但揣在胸口温暖一下，又显示能量满满。

电池内阻高，为什么会严重影响续航里程呢？

最简单的回答，就是电池在欠压报警时，实际还有不少剩余电量，也就是电池有电，但放不出来。内阻越高，剩余电量越多。我们来看下面这个实例。

我们用是德科技一台APS电源配合BV9210电池模拟软件，来模拟动力电池；用另外一台APS电源模拟动态负载。软件界面实时显示电池全面信息：

• 电池电量SOC为30.6%

• 内阻Ri = 81mΩ

• 开路电压Voc =44.98V

• 电流I =13.39A

• 端电压Vt =43.89V。

蓝线：端电压Vt  

黄线：负载电流  

模拟的电池模型，是通过APS对电池的测试，直接提取出来的。就特定的电池而言，电量Soc和电池开路电压Voc一一对应。而当电池给外部电路供电时，由于电池内阻Ri，端电压Vt不但随电量Soc变化，还随负载电流变化。如果内阻过大，就会导致电池在释放大电流的时候，端电压严重下降，电池过早出现低电压报警，即使此时电池还有不少的剩余电量。在这个实例中，电池中还有30.6%的电量，电池已经进入欠压保护了

因此，如何为动力电池保温，或者快速升温，成为众多电池或车企的竞技场，方法也层出不穷。有点厂家甚至安装了柴油加热器！但面对高寒环境，柴油搞不好也会冻成冰碴子！

目前，一些领先的电池厂家已经开始研究给动力电池注入高频、大电流，以帮助电池迅速升温。例如下表所示，给电芯注入500A，2000Hz的电流，可实现3℃/分钟的温升速率。

 

电池类型	电压等级(V)	电流有效值RMS(A)	频率(Hz)
温升速率1.5*C/分钟	温升速率3C/分钟
电芯/CELL	3.8	345	500	>2000
模组/Modul	100	750	1000
电池包	380	900	1200

 

然而，由于动力电池自身是等效为高达106 Fa的超级电容，注入电流幅度高达1000A，频率2000Hz的电流谈何容易？特别是在研发和验证过程中，如何找到这样的程控电源？

这次还是我们的APS电源登场，单机最大电流±800A，最高电压2000V，并机功率600KW，凭借优异的性能几乎理想的输出阻抗，成功的解决了上述难题。

编辑：jq