什么是电池热管理？
电池具有与人类相似的特性，因为它们不能忍受极热或极冷，其最佳工作温度通常在 15-40°C 之间。 然而，汽车的工作环境可能变化很大，通常温度范围为 -20°C 至 55°C。那么，在这种情况下可以做什么呢？一种解决方案是为电池配备冷却系统，以实现热管理的三个功能：冷却、加热和温度一致性。
冷却：当温度过高时，电池寿命（容量下降）会缩短，热失控（过热）的风险会增加。因此，当温度过高时，需要冷却。
加热：当温度过低时，电池寿命（容量下降）会缩短，其性能会减弱，如果发生充电，则存在因镀锂导致内部短路而导致热失控的风险。因此，当温度过低时，加热（或绝缘）是必要的。
温度一致性：你还记得我们小时候首页里用的空调吗？他们会从一阵冷空气开始，然后休息一下。然而，现代空调通常具有变频和环绕气流功能，以保持时间和空间的温度一致性。同样，动力电池需要尽可能减少空间温差（以确保电池单元内的温差尽可能小）。
低温对车辆和电池的影响是众所周知的。动力电池是电动汽车最关键的部件，影响其各个方面的性能：它可以行驶多远、最大加速度、使用寿命，当然还有安全性。影响动力电池性能的因素很多，其中温度是最重要的因素。尤其是北部地区的电动汽车车主，他们经历了低温带来的挑战。许多早期的电动汽车在冬季的续航里程将减少到只有 70%。有些人犹豫是否要打开暖气，以免影响续航里程。
实际上，低温也会降低电池的放电能力。较低的电池温度会完全抑制电池的放电能力，不仅影响行驶里程，还影响车辆的功率输出和能量回收等。我们以常见的锂离子电池为例：锂离子电池的工作原理本质上是内部正负极与电解液之间的氧化还原反应。在低温下，锂嵌入电极表面活性材料的反应速率减慢，活性材料内部的锂离子浓度降低，导致电池平衡电位降低，内阻增加，放电容量降低，在极端低温条件下，会出现电解液冻结和电池无法放电等现象。这极大地影响了电动汽车中电池系统的低温性能，导致功率输出性能下降，行驶里程降低。此外，在低温环境下，充电时更容易在负极表面发生锂沉积，金属锂在负极表面的积累会刺穿电池隔膜，导致正负极短路，构成安全隐患。与电动汽车电池系统中低温充电相关的安全问题是在寒冷地区推广电动汽车的重大制约因素。
有没有技术可以缓解上述问题？
根据提供的信息，很明显，电动汽车缺乏电池热管理或热管理不佳会对其性能产生重大影响。然而，随着技术的进步，大多数现代电动汽车都配备了电池热管理系统。这些系统的最终目标是将电池温度保持在最佳工作范围内。
根据车辆中使用的电池类型，以及电池的发热量、能源效率和温度敏感性，电池热管理是必要的。热管理包括加热和冷却，同样重要。预热技术是电池热管理的重要组成部分，旨在将电池温度降低时快速升高到最佳工作温度。电池加热方法有几种，包括：
- 电池自热：这种方法利用电池运行、放电或充电过程中产生的热量来提高电池温度。然而，这种方法加热效果缓慢，通常不足以提高车辆使用前的电池温度。它不再常用于主流车辆，而是在早期车型或低成本车辆中更为普遍。
- 吹风加热：说实话，风冷电池组在市场上并不常见。据报道，比亚迪已经开发出风冷电池组。这种方法涉及使用外部空调将热空气或冷空气吹入电池组以控制温度。但是，这项技术要求电池组内部的风道设计严格，并且加热对电池温升的影响相对较慢。此外，如果设计不当，很容易导致局部过热。
- 电池组内部的加热设备：加热系统主要由加热元件和电路组成，其中加热元件是最重要的部分。常见的加热元件包括可变电阻加热元件和恒定电阻加热元件。前者通常被称为 PTC（正温度系数），而后者通常由金属加热丝组成的加热膜组成，例如硅胶加热膜或柔性电加热膜。PTC 或加热膜方法通常提供良好的加热效果和更快的加热速度。然而，电池中的温升可能不均匀，与距离较远的电池相比，靠近热源的电池温度升高明显更高。与电池模块表面直接接触的加热膜尤其如此，对电池组内部的散热结构有一定的要求。
PTC 因其安全性、热转换效率高、加热快、无明火和自动温度控制而被广泛使用。它具有较低的成本，这对于当前高价位的动力电池来说是有利的。然而，PTC 加热元件的体积更大，在电池系统内占据了很大的空间。绝缘柔性加热膜是另一种类型的加热器，可以弯曲以匹配被加热物体的形状，确保紧密接触和最大程度的热传递。硅胶加热膜是柔性的薄表面加热元件，但它们需要与被加热物体完全接触，其安全性略逊于 PTC。
- 循环加热：液冷电池组由于其有效的加热、均匀的散热和可靠的安全特性，在当前的设计中越来越受欢迎。在电池组的内部结构中，水通道或通道通常设计为便于散热，确保热量在整个电池组中均匀分布并实现均匀的温升。
这就是电池加热的原理。此外，我可以与您分享一些内幕信息。即将推出的鹏 P7 目前正在开发中，将具有新颖的一键导航充电站预热功能。它允许您的车辆在前往超级充电站的途中预热电池。加热功率根据导航系统提供的距离进行调整。这可确保电池在到达充电站时处于最佳温度，为超级充电做好准备。
电池预热的主要场景和特点主要集中在北方城市的冬季。主要使用场景包括放电和充电情况。当车辆在寒冷环境中停放一段时间然后启动时，电池温度通常较低，这会严重影响驾驶体验。如果车辆随后前往充电站充电，也会极大地影响充电效率。因此，电池预热的启动和停止策略需要详细的温度校准，以达到最佳效果，同时满足客户的使用场景，同时不浪费资源。这也测试了汽车制造商的集成和匹配能力。
动力电池的“桶效应”，即电池系统的性能和可靠性取决于最弱的电芯，而系统的安全性取决于最不稳定的电芯，这决定了只有温度一致性更好的电池组才能表现出最佳性能。这就是为什么大多数电池组都采用液体冷却设计的原因。
事实上，关于电池预热技术还有更多细节和要点需要探索。例如，方形电池的散热、不同电芯材料的最佳工作温度范围、乘客舱热管理与电池热管理的集成、电池组结构的优化等。这些主题中的每一个都值得深入研究。
