栗曉杰　高雅　郭鳳剛　許紫光摘?要：本文研究了電池系統(tǒng)在低溫下采用液熱和加熱膜加熱方式下的充電性能，實(shí)驗(yàn)表明不同加熱方式電池系統(tǒng)的充電容量和能量接近，但溫升速率、充電時(shí)間以及充電末端溫差有明顯差異。-20℃下電池系統(tǒng)采用液熱串聯(lián)和并聯(lián)方式溫升速率分別為0.11℃/min和0.22℃/min；總充電時(shí)

摘 要：本文研究了電池系統(tǒng)在低溫下采用液熱和加熱膜加熱方式下的充電性能，實(shí)驗(yàn)表明不同加熱方式電池系統(tǒng)的充電容量和能量接近，但溫升速率、充電時(shí)間以及充電末端溫差有明顯差異。-20℃下電池系統(tǒng)采用液熱串聯(lián)和并聯(lián)方式溫升速率分別為0.11℃/min和0.22℃/min;總充電時(shí)間分別為349min和221min;溫差分別為4℃和6℃，液熱并聯(lián)比串聯(lián)方式溫升速率更高且總充電時(shí)間更短。采用加熱膜加熱溫升速率可達(dá)到0.5℃/min， -20℃下充電時(shí)間為171min，但該加熱方式電池溫差較大，約為9℃。采用液熱+加熱膜加熱方式溫升速率約等于液熱和加熱膜加熱兩種方式分別加熱溫升速率之和。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力電池系統(tǒng) 低溫充電 加熱方法

Research on Low Temperature Charging and Heating Method of Vehicle Power Battery System

Li Xiaojie，Gao Ya，Guo Fenggang，Xu Ziguang

Abstract：This paper studies the charging performance of the battery system under low temperature using liquid heat and heating film heating. Experiments show that the charging capacity and energy of different heating methods are similar to that of the battery system， but the temperature rise rate， charging time and temperature difference at the end of the charge are obvious difference. At -20℃， the battery system adopts liquid-heat series and parallel methods. The temperature rise rate is 0.11℃/min and 0.22℃/min respectively; the total charging time is 349min and 221min respectively; the temperature difference is 4℃ and 6℃ respectively， and the liquid-heat parallel ratio The series method has a higher temperature rise rate and a shorter total charging time. The temperature rise rate can reach 0.5°C/min by using the heating film， and the charging time at -20°C is 171min， but the battery temperature difference of this heating method is relatively large， about 9°C. The temperature rise rate of the liquid heat + heating film heating method is approximately equal to the sum of the two heating methods of liquid heat and heating film heating.

Key words：power battery system， low temperature charging， heating method

1 引言

鋰離子電池在冬季應(yīng)用時(shí)需進(jìn)行系統(tǒng)加熱，目前，電池系統(tǒng)加熱方式分為內(nèi)部加熱和外部加熱。內(nèi)部加熱通過(guò)電芯內(nèi)部設(shè)計(jì)，利用電阻或化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)熱進(jìn)行加熱，但容易引起電池性能衰減[1]。外部加熱通過(guò)連接加熱組件進(jìn)行產(chǎn)熱升溫，其中液體加熱和加熱膜加熱應(yīng)用最為廣泛，容易實(shí)現(xiàn)且相對(duì)安全[2，3]。

2 加熱方法及控制策略

2.1 動(dòng)力電池系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)應(yīng)用自主研發(fā)100kWh電池系統(tǒng)，系統(tǒng)采用磷酸鐵鋰/石墨電池體系，容量為173Ah，該系統(tǒng)由兩個(gè)電池包串聯(lián)組成，單包由9個(gè)電池模組串聯(lián)，每個(gè)模組采用1P10S電芯組合方式。

2.2 液體加熱

實(shí)驗(yàn)所用加熱系統(tǒng)位于動(dòng)力電池包的底部液冷板。液冷板內(nèi)部介質(zhì)流道設(shè)計(jì)為“U”型流動(dòng)方式，保證了液體和電池包內(nèi)每個(gè)單體表面進(jìn)行充分熱量交換;液冷板內(nèi)靠近進(jìn)液管處介質(zhì)流道采用階梯式進(jìn)液，可以確保液冷板內(nèi)不同部位的液體溫度相近。本次實(shí)驗(yàn)測(cè)試中采用水冷機(jī)組與電池系統(tǒng)連接，通過(guò)水冷機(jī)組內(nèi)部水泵驅(qū)動(dòng)液體流經(jīng)電池系統(tǒng)液冷板，構(gòu)成液體循環(huán)回路，水冷機(jī)組出水口溫度設(shè)置為45℃。

2.3 加熱膜加熱

電池包內(nèi)設(shè)有9個(gè)模組，每個(gè)模組兩側(cè)貼有絕緣、耐壓、耐高溫性能的聚酰亞胺加熱膜，加熱膜厚度為0.36mm（含雙面膠），加熱膜規(guī)格：電壓32.2V，功率365W，阻值（2.84±8%）Ω。本次實(shí)驗(yàn)測(cè)試加熱膜由充電機(jī)提供電源，通過(guò)BMU控制加熱繼電器的閉合來(lái)控制加熱系統(tǒng)的通斷。

2.4 加熱控制策略

動(dòng)力電池系統(tǒng)與充電設(shè)備連接后進(jìn)行電池系統(tǒng)和充電機(jī)自檢，自檢正常且無(wú)系統(tǒng)錯(cuò)誤，則閉合充電回路繼電器，同時(shí)BMU開(kāi)始檢測(cè)電池狀態(tài)判斷電池溫度，當(dāng)電池溫度Tmin<0℃時(shí)，則先行啟動(dòng)加熱回路，利用水冷機(jī)組驅(qū)動(dòng)電池系統(tǒng)液冷板加熱回路或采用充電機(jī)提供充電能源對(duì)電池系統(tǒng)進(jìn)行加熱;當(dāng)電池溫度Tmin≥0℃時(shí)，電池系統(tǒng)開(kāi)啟充電功能，此時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入邊充電邊加熱模式;當(dāng)電池溫度Tmin≥15℃時(shí)，電池系統(tǒng)退出加熱流程，進(jìn)入僅充電模式。電池系統(tǒng)在低溫環(huán)境下充電的原則是先加熱，后邊加熱邊充電，最后是僅充電。