動(dòng)力電池組中電加熱膜在低溫環(huán)境下的應(yīng)用探索

動(dòng)力電池組作為電動(dòng)汽車(chē)的核心能量?jī)?chǔ)存單元，其性能和壽命對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程、充電速度和安全性等方面具有重要影響。低溫環(huán)境下電池性能的降低和壽命的縮短成為了制約電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的一大難題。以新能源電動(dòng)車(chē)為例，特斯拉Models、日產(chǎn)Leaf、雪佛蘭Volt、北汽新能源EV系列，以及江淮新能源IEV系列等純電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程和充放電等性能均受到低溫環(huán)境的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

鋰離子動(dòng)力電池的特性受環(huán)境溫度的影響比較顯著，尤其是在低溫環(huán)境中，其可用能量和功率衰減比較嚴(yán)重，且長(zhǎng)期低溫環(huán)境使用會(huì)加速動(dòng)力電池的老化，縮短使用壽命。在低溫條件下，隨著放電倍率的增加，動(dòng)力電池的功率特性和容量特性均存在衰減的問(wèn)題。常用的電動(dòng)汽車(chē)鋰離子動(dòng)力電池在-10℃時(shí)，容量和工作電壓會(huì)明顯降低，在-20℃時(shí)性能更加惡化，表現(xiàn)為其可用放電容量驟降，僅能保持常溫時(shí)比容量的百分之三十左右，影響的不僅僅是續(xù)航里程，甚至車(chē)輛的動(dòng)力性，能量回收等

此外，低溫環(huán)境下，鋰離子電池充電也比較困難，較小的擴(kuò)散系數(shù)會(huì)導(dǎo)致鋰離子在負(fù)極石墨中的擴(kuò)散過(guò)程受阻，從而易在負(fù)極顆粒表面產(chǎn)生“鋰沉積”，對(duì)電池造成損傷?！颁囍А钡纳L(zhǎng)會(huì)刺穿電池隔膜，造成電池內(nèi)部短路，不僅對(duì)電池造成損傷，還會(huì)誘發(fā)電池?zé)崾Э兀瑢?dǎo)致其使用安全性大大降低。電動(dòng)汽車(chē)電池系統(tǒng)低溫充電安全問(wèn)題極大的制約了電動(dòng)汽車(chē)在寒冷地區(qū)的推廣。

電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池組低溫特性

電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池組低溫預(yù)熱技術(shù)

為了克服低溫環(huán)境帶來(lái)的問(wèn)題，研究和開(kāi)發(fā)低溫預(yù)熱系統(tǒng)成為關(guān)鍵的研究方向，以提高電池組在低溫條件下的工作性能和可靠性。電池預(yù)加熱技術(shù)是電池?zé)峁芾碇械闹匾M成部分，通過(guò)預(yù)熱電池組，可以快速將電池溫度上升到最佳工作溫度，促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)速率和離子遷移速率，從而改善電池的性能和可靠性。以下是幾種常見(jiàn)的低溫預(yù)熱技術(shù)：

內(nèi)部加熱：內(nèi)部加熱是將加熱元件直接安裝在電池組內(nèi)部，通過(guò)加熱元件的加熱效應(yīng)提高電池組的溫度。內(nèi)部加熱通常使用電池組內(nèi)部的熱敏電阻、發(fā)熱器或PTC熱敏電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)。PTC由于使用安全、熱轉(zhuǎn)換效率高、升溫迅速、無(wú)明火、自動(dòng)恒溫等特點(diǎn)而被廣泛使用。其成本較低，對(duì)于目前價(jià)格較高的動(dòng)力電池來(lái)說(shuō)，是一個(gè)有利的因素，但是PTC的加熱件體積較大，會(huì)占據(jù)電池系統(tǒng)內(nèi)部較大的空間。

外部加熱：絕緣柔性電加熱膜是另一種加熱器，它可以根據(jù)工件的任意形狀彎曲，確保與工件緊密接觸，可方便粘貼在電池PACK表面，在要求重量輕、空間狹小、暴露于真空、化學(xué)產(chǎn)品或油類(lèi)的應(yīng)用環(huán)境下，PI加熱膜是理想之選。外部加熱是最常用的低溫預(yù)熱技術(shù)之一。通過(guò)在電池組外部加熱源的作用下，向電池組傳遞熱量，提高電池組的溫度。薄而輕的PI加熱膜可以只對(duì)需要加熱的位置加熱，不需要加熱的部分可以避開(kāi)加熱，可以提供快速、高效的熱傳輸，并且加熱面均勻，溫差極小，在不同面積部位可滿(mǎn)足不同的加熱功率要求和加熱溫度要求，實(shí)現(xiàn)在電池加熱面上的溫度分布，減少電池的老化，縮短使用壽命，提高電池的使用安全性。

硅橡膠加熱膜主要是由鎳銘合金電熱絲和硅橡膠高溫絕緣布組成硅膠加熱片。是采用耐高溫、高導(dǎo)熱絕緣性能佳、強(qiáng)度好的硅膠、耐高溫的纖維增強(qiáng)材料以及金屬發(fā)熱絲電路集合而成的軟性電加熱膜元件。它發(fā)熱快、溫度均勻、熱效率高、強(qiáng)度高、使用方便、安全性高、壽命長(zhǎng)，不易老化。硅橡膠加熱膜由于其厚度和耐高溫性能，?更適合用于大面積、?外露環(huán)境中的使用，?如戶(hù)外用途。硅橡膠電加熱片防水等級(jí)可達(dá)到IPX6，防火等級(jí)可達(dá)到UL94V0。在一些特殊高溫使用場(chǎng)所，選用硅橡膠材質(zhì)比較可靠。

除了上面提到的使用熱敏電阻和電加熱膜為動(dòng)力電池組預(yù)熱的方法外，目前市面上主流的電動(dòng)車(chē)動(dòng)力電池組預(yù)熱方法還有液冷溫控和相變材料加熱等。不過(guò)，現(xiàn)階段這些新技術(shù)還未經(jīng)大范圍驗(yàn)證。未來(lái)不同的低溫加熱技術(shù)進(jìn)行綜合應(yīng)用可以進(jìn)一步提高電池低溫加熱效果和加熱的均勻性。將加熱裝置、傳感器、控制系統(tǒng)等組件緊密集成在一起，將能實(shí)現(xiàn)更高效的能量利用和整體性能提升。