电池低温加热 看特斯拉/宁德时代如何“出招”

摘要低温状态下，动力电池活性降低，电池容量和性能严重衰减严重且不可逆。

低温状态下，动力电池活性降低，电池容量和性能衰减严重且不可逆。最直接的表现是，新能源汽车续航里程严重缩水，动力变弱。

有关数据表明，在保持-7℃车外温度和20——22℃车内温度的情况下，国内一些知名企业的新能源汽车实测续航还不到标称一半。

国外的像宝马i3s的续航里程缩水也超20%。还有实验显示，温度低于0℃，电池内阻大幅增加，降到-20℃，自放电现象最严重。

然而由于电池本身无法在短时间内，工作温度区间得到提升。因此目前主流解决方式是给电池预热。

这一方面要求电池组预热精准，即要消除低温引起的负面效应，又要让电池尽快从低温回暖到25-35度的“舒适温度”。

另一方面要精确掌握电池组内部或外部产热过程，减少预热时热量损失，能充分节能，降低能耗。

具体实施方式，最常见的是通过连接充电桩或使用电池内部电量，利用加热装置给电池冷却液加热，进而流经电池内部液体管路，通过类似“隔水炖”方式对电池进行保温或加热。

其中针对三元和磷酸铁锂电池的加热方式有差别。据高工锂电了解，三元电池抗低温性好，能量密度高，一般是采用BMS热管理，进行冷却液循环加热。

磷酸铁锂电池，其能量密度不高，抗低温性差，对热的敏感性差，一般采用没有冷却液的高压PTC加热，降低成本。

值得一提的是，在电池加热技术突破方面，典型代表企业有特斯拉和宁德时代。

特斯拉：循环加热

特斯拉针对动力电池低温，其Model 3设计思路是利用电驱系统的废热，像传统燃油车用发动机余热给乘员舱供暖一样，使其即用于车辆驱动，又用于产生额外的热量加热电池。

具体实施上，是采用一种倾向于传统车方案—电动车上有一个可以起到电热丝作用的零件，如图1所示为电机线圈绕组。

图1电机线绕圈组

图2 压力泵循环水加热

对电池加热，是利用压力泵开关循环水加热。通过把电池冷却回路和电机回路串联起来。其中控制阀很关键，改变冷却液的流动路径。

图3 加热模式

在如图3所示的加热模式下，电池内部的低温冷却液进入驱动系统进行热交换。然后变成高温冷却液，再穿过水泵及冷却设备后（此时冷却设备不工作），进入电池包对电池进行加热。

一般而言，电机驱动效率基本在90%以上，产生的10%热量并不足以用来为座舱和电池进行加热。然而特斯拉的电机控制软件，能降低电机效率，以产生更多的热量来给电池加热。

更厉害的一点是，电机驱动功率可以根据驾驶员需求实时变化，发热功率也能根据座舱，空调，电池温度实时调整。

特斯拉这项加热模式，好处主要有两方面。

一方面充分利用电机余热，能量利用率高。使用场景上，可以在低温环境中提前对电池预热，在到达快充桩时，可以获得最大的充电功率。

另一方面，输出功率大，加热效果好。特斯拉Model3的电机本身可承受温升功率7-8kW，短时间内对电池加热的升温效果好。

指标上，10km/h车速时后轴电机效率低至25%，20km/h车速时低至40%，电池温升速率可达1℃/min。

宁德时代：低温速热

宁德时代针对电池低温问题，解决上主要从BMS电池热管理和电池本身着手，效果如图4所示。

一方面通过BMS电池管理系统识别电池状态，拟定速热控制策略，能够使电池温度在15分钟内从-20℃提升到10℃，充电能力提高5倍，放电能力提高7倍，延长电池寿命。

另一方面运用电池本身低温没放出来的能量自我加热，大概用7%左右的能量可以把电池从-20度加热到+20度。加热后，冬天的续航比夏天差7%-10%左右。

图4 加热技术

另外电池快充时，宁德时代还能让BMS软件系统检测电池充电状态，利用充电时电池产生的温度帮助电池回温。换句话说，能做到边充电边加温。

具体做法是让电池在充电初期就产生热量，帮助电池回温。在常温或夏季状态下，这功能会自动停止。

目前在实验室，已经实现每分钟升高2℃，同时电池温差不超过4℃。等这项功能正式量产装车后，采用宁德时代的技术，在冬天就不再怕寒冷，边充电边升温，随时可以满电出发。

当然，宁德时代还从产品设计、电芯制造、系统集成、BMS管理、售后服务、报废回收等建立完整的安全保障体系，全方位保障动力电池安全。

值得一提的是，宁德时代最近推出的新一代能量型电池包，具有超强环境适应性，能够提升整车的安全性和可靠性，保障车辆在多种复杂环境下的良好运行。

该电池包在高寒环境下，由于使用了加热膜，即使在-20℃环境下，电池容量保持率仍可高达90%。可实现0.5℃/min的低温升温速率，确保电池系统在合适工作温度区间内稳定运行，减少电池衰减，有效提升系统寿命。