車用動力電池系統低溫充電加熱方法研究

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

摘 要：本文研究了電池系統在低溫下采用液熱和加熱膜加熱方式下的充電性能，實驗表明不同加熱方式電池系統的充電容量和能量接近，但溫升速率、充電時間以及充電末端溫差有明顯差異。-20℃下電池系統采用液熱串聯和并聯方式溫升速率分別為0.11℃/min和0.22℃/min;總充電時間分別為349min和221min;溫差分別為4℃和6℃，液熱并聯比串聯方式溫升速率更高且總充電時間更短。采用加熱膜加熱溫升速率可達到0.5℃/min， -20℃下充電時間為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。

關鍵詞：動力電池系統 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用時需進行系統加熱，目前，電池系統加熱方式分為內部加熱和外部加熱。內部加熱通過電芯內部設計，利用電阻或化學反應產熱進行加熱，但容易引起電池性能衰減[1]。外部加熱通過連接加熱組件進行產熱升溫，其中液體加熱和加熱膜加熱應用最為廣泛，容易實現且相對安全[2，3]。

2 加熱方法及控制策略

2.1 動力電池系統

實驗應用自主研發100kWh電池系統，系統采用磷酸鐵鋰/石墨電池體系，容量為173Ah，該系統由兩個電池包串聯組成，單包由9個電池模組串聯，每個模組采用1P10S電芯組合方式。

2.2 液體加熱

實驗所用加熱系統位于動力電池包的底部液冷板。液冷板內部介質流道設計為“U”型流動方式，保證了液體和電池包內每個單體表面進行充分熱量交換;液冷板內靠近進液管處介質流道采用階梯式進液，可以確保液冷板內不同部位的液體溫度相近。本次實驗測試中采用水冷機組與電池系統連接，通過水冷機組內部水泵驅動液體流經電池系統液冷板，構成液體循環回路，水冷機組出水口溫度設置為45℃。

2.3 加熱膜加熱

電池包內設有9個模組，每個模組兩側貼有絕緣、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），加熱膜規格：電壓32.2V，功率365W，阻值（2.84±8%）Ω。本次實驗測試加熱膜由充電機提供電源，通過BMU控制加熱繼電器的閉合來控制加熱系統的通斷。

2.4 加熱控制策略

動力電池系統與充電設備連接后進行電池系統和充電機自檢，自檢正常且無系統錯誤，則閉合充電回路繼電器，同時BMU開始檢測電池狀態判斷電池溫度，當電池溫度Tmin<0℃時，則先行啟動加熱回路，利用水冷機組驅動電池系統液冷板加熱回路或采用充電機提供充電能源對電池系統進行加熱;當電池溫度Tmin≥0℃時，電池系統開啟充電功能，此時系統進入邊充電邊加熱模式;當電池溫度Tmin≥15℃時，電池系統退出加熱流程，進入僅充電模式。電池系統在低溫環境下充電的原則是先加熱，后邊加熱邊充電，最后是僅充電。