劉斯順，劉月學(xué)，郭鋒

（浙江南都電源動(dòng)力股份有限公司，浙江 杭州 311305）

0 引言

目前，國內(nèi)市場主要有鐵鋰電池、三元鋰電池、錳鋰電池、碳酸鋰電池、鈷酸鋰電池等鋰電池，但是無論其中哪種電池使用到北方低溫環(huán)境時(shí)都需要考慮低溫對(duì)電池放電性能的影響。鋰電池包主要由外殼、上下蓋板、接頭、內(nèi)支架、保護(hù)板、印刷電路板（PCB）、電池組等主要部件組成。其中，電池包是存儲(chǔ)和釋放能量的核心部件。低溫環(huán)境下鋰電池的充放電性能下降[1]，是對(duì)電池包性能的一種考驗(yàn)。

為了提高鋰電池的低溫放電性能，在電池包四周貼敷 EV（乙烯–醋酸乙烯共聚物）發(fā)泡材料，即 EV 保溫棉[2]。EV 保溫棉具有市場使用廣泛、成本低、加工容易、保溫隔熱等優(yōu)點(diǎn)。在充放電過程中，電池包會(huì)釋放大量的熱。EV 保溫棉可以起到杜絕外面空氣流入，使電池包釋放的熱量只能被隔離在內(nèi)部的作用。電池包長時(shí)間處于低溫環(huán)境中時(shí)，未經(jīng)處理的電池包釋放的熱量只能給環(huán)境升溫，但是所釋放的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)提升不了環(huán)境的溫度，導(dǎo)致電量釋放過程中無法達(dá)到額定電量，甚至被保護(hù)終結(jié)，無法再放出電量。溫度降低和放電倍率都是性能降低的決定性因素[3]。因此在本文中，筆者重點(diǎn)對(duì)采用 EV 保溫棉貼敷與沒有貼敷 EV 保溫棉的鋰電池在低溫環(huán)境中的放電性能進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)，探討不同放電倍率下 EV 保溫棉對(duì)放電性能的影響[4]。

1 試驗(yàn)

根據(jù)表 1 所示，每項(xiàng)測試各選取 2 個(gè)一樣的48 V 16 Ah 電池包，其中一組采用 3 mm 的 EV 保溫棉四周保溫，而另外一組未保溫。按標(biāo)準(zhǔn) GB/T 36672—2018《電動(dòng)摩托車和電動(dòng)輕便摩托車用鋰離子電池 標(biāo)準(zhǔn)測試 溫度沖擊》、標(biāo)準(zhǔn) Q/ZND 011—2010《磷酸鐵鋰聚合物鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn) 性能測試 測試要求》和標(biāo)準(zhǔn) Q/ZND 023—2020《電動(dòng)自行車用磷酸鐵鋰電池 標(biāo)準(zhǔn)測試 低溫放電測試》的要求進(jìn)行低溫放電測試。

在前 8 項(xiàng)測試中，讓選取的 2 個(gè)電池包同時(shí)進(jìn)行：a） 將鋰電池模塊放入常溫中擱置 5 h；b） 以1 I1放電至任一單體鋰電池放電終止電壓；c） 擱置30 min；d） 以 1 I1充電至充電限制電壓，轉(zhuǎn)為恒壓充電，至充電電流降至 0.05 I1時(shí)停止充電，若充電過程中任一單體電壓超過充電終止電壓 0.1 V 時(shí)則停止充電；e） 擱置在低溫環(huán)境（按表 1 規(guī)定溫度）下 24 h；f） 擱置完成后在低溫環(huán)境下以指定倍率（見表 1）恒流放電至終止電壓，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

第 9～12 項(xiàng)測試中，測試步驟a）～e） 與前 8 項(xiàng)測試相同，但步驟f） 要求，擱置完成后在低溫環(huán)境下以指定倍率（見表 1）恒流放電 15 min，之后擱置 1 h，接著再以此倍率恒流放電 15 min，之后擱置 1 h，不斷重復(fù)這樣的操作直至終止電壓，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

表1 放電測試數(shù)據(jù)表

從表 1 可見，帶 EV 保溫電池包的放電容量和保持率，無論是在-15 ℃下，還是在-20 ℃下，無論是連續(xù)放電，還是間隙放電，都遠(yuǎn)高于不帶 EV保溫電池包。特別是在模擬實(shí)際使用工況的-15 ℃/0.5C 間隙放電條件下，帶 EV 保溫的電池包放電容量為 14.44 Ah，保持率為 90.25 %，而不帶 EV保溫的放電容量為 10.52 Ah，保持率為 65.75 %，也就是帶 EV 保溫的容量保持率比不帶 EV 保溫的高出了 24.5 %，多放出了 3.92 Ah 電量。從終止電壓看，不帶 EV 保溫的為 41.16 V。以上結(jié)果說明，低溫放電時(shí)，由于環(huán)境溫度低，電池的放電容量和端電壓會(huì)嚴(yán)重下降，而且隨著環(huán)境溫度的降低，內(nèi)阻不斷增大[5]，最終導(dǎo)致不帶 EV 保溫電池提前中斷放電。另外，帶 EV 保溫電池包比不帶 EV 保溫電池包，在以 0.5C 放電時(shí)，保持率高出 14 %～24 %，以 1C 放電時(shí)高出 8 %～10 %，以 0.5C 間隙放電時(shí)高出 24 %，以 1C 間隙放電時(shí)高出 12.5 %。

2 測試數(shù)據(jù)終止電壓、容量、能量分析

從圖1、圖2中-15 ℃/0.5C 連續(xù)放電曲線可見，帶EV保溫的電池放電容量為 14.98 Ah，放電能量為 663.20 Wh，截止電壓 42.29 V，而不帶EV 保溫的電池放電容量為 12.74 Ah，放電能量為559.66 Wh，截止電壓 43.00 V。所以，二者相比之下，帶 EV 保溫的放電容量高出了 2.24 Ah，放電能量高出了 63.54 Wh。

圖1 -15℃ 0.5C 終止電壓和容量曲線

圖2 -15 ℃ 0.5C 終止電壓和能量曲線

從圖 3、圖 4 中-20 ℃/0.5C 連續(xù)放電曲線可見，帶 EV 保溫的電池放電容量為 15.29 Ah，放電能量為 671.95 Wh，截止電壓 41.11 V，而不帶EV 保溫的電池放電容量為 11.98 Ah，放電能量為519.12 Wh，截止電壓 43.53 V。所以，二者相比之下，帶 EV 保溫的放電容量高出了 3.31 Ah，放電能量高出了 152.83 Wh。

圖3 -20℃ 0.5C 終止電壓和容量曲線

圖4 -20 ℃ 0.5C 終止電壓和能量曲線

從圖 5、圖 6 中-15 ℃/0.5C 間隙放電曲線來看，帶 EV 保溫的電池放電容量為 14.44 Ah，放電能量為 622.41 Wh，截止電壓 35.25 V，而不帶EV 保溫的電池放電容量為 10.52 Ah，放電能量為447.94 Wh，截止至電壓 41.16 V。所以，帶 EV 保溫的電池放電容量高出了 3.92 Ah，放電能量高出了 174.47 Wh。

圖5 -15℃ 0.5C 間隙終止電壓和容量曲線

圖6 -15 ℃ 0.5C 間隙終止電壓和能量曲線

從圖 7、圖 8 中-15 ℃/1C 連續(xù)放電曲線可見，帶 EV 保溫的電池放電容量為 14.66 Ah，放電能量為 636.16 Wh，截止電壓 37.99 V，而不帶EV 保溫的電池放電容量為 13.75 Ah，放電能量為586.25 Wh，截止電壓 37.38 V。所以，帶 EV 保溫電池放電容量高出了 0.91 Ah，放電能量高出了49.91 Wh。

圖7 -15℃ 1C 終止電壓和容量曲線

圖8 -15 ℃ 1C 終止電壓和能量曲線

從圖 9、圖 10 中-20 ℃/1C 連續(xù)放電曲線可見，帶 EV 保溫的電池放電容量為 15.42 Ah，放電能量為 666.56 Wh，截止電壓 37.87 V，而不帶EV 保溫的電池放電容量為 14.51 Ah，放電能量為616.77 Wh，截止電壓 36.69 V。所以，帶 EV 保溫的電池放電容量高出了 0.91 Ah，放電能量高出了49.79 Wh。

圖9 -20℃ 1C 終止電壓和容量曲線

圖10 -20 ℃ 1C 終止電壓和能量曲線

從圖 11、圖 12 中-20 ℃/1C 連續(xù)放電曲線可見，帶 EV 保溫的電池放電容量為 15.21 Ah，放電能量為 648.64 Wh，截止電壓 5 V，而不帶 EV 保溫的放電容量為 13.21 Ah，放電能量為 558.23 Wh，截止電壓 36.72 V。所以，帶 EV 保溫的電池放電容量高了 2 Ah，放電能量高了 90.41 Wh。

圖11 -15℃ 1C 間隙終止電壓和容量曲線

圖12 -15 ℃ 1C 間隙終止電壓和能量曲線

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果來看，對(duì)于采用 EV 保溫的電池包，無論在-15 ℃ 還是-20 ℃，放電容量、放電能量以及放電時(shí)間都遠(yuǎn)大于不帶 EV 保溫的電池包。從電壓曲線來看，兩種電池包的曲線基本都為拋物線形，意味著經(jīng)過冷卻后電池包的開始放電電壓平臺(tái)明顯偏低，也意味著低溫對(duì)電池包考驗(yàn)更大。從對(duì)比曲線來看，0.5C 連續(xù)放電、1C 連續(xù)放電、0.5C 間隙放電和 1C 間隙放電時(shí) EV 保溫棉起到了明顯作用，表明在低溫環(huán)境下采用 EV 保溫棉，改變了電池包工作環(huán)境，為電池包更長行駛里程提供了條件。

3 結(jié)論

（1）帶 EV 保溫的電池包與不帶 EV 保溫的電池包相比，放電保持率更高，放電時(shí)間更長。

（2）EV 保溫起到保溫隔熱作用，使電池包內(nèi)部溫度不被外界冷空氣冷卻，改變了電池包內(nèi)部環(huán)境，提高了電池放電性能。

（3）低溫工況下 EV 保溫可明顯延長放電時(shí)間，提高放電容量、能量、電壓。