實(shí)驗名稱(chēng)：電池加熱與充電實(shí)驗

　　實(shí)驗意義：隨著(zhù)經(jīng)濟、社會(huì )的快速發(fā)展，人類(lèi)對能源的需求與日俱增，在交通領(lǐng)域更甚。而在化石能源日益枯竭和環(huán)境污染的大背景下，新能源汽車(chē)具有廣闊的發(fā)展前景。近年來(lái)，以純電動(dòng)汽車(chē)為主的新能源汽車(chē)發(fā)展迅猛，有望取代傳統內燃機汽車(chē)。鋰離子電池的性能直接影響電動(dòng)汽車(chē)的續航、安全性和可靠性。低溫環(huán)境下，鋰離子電池功率特性變差、循環(huán)壽命衰減、可用容量降低，同時(shí)面臨低溫充電難、充電易析鋰等問(wèn)題，這些因素阻礙了電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展。低溫加熱技術(shù)是電池熱管理系統的核心技術(shù)之一，是緩解動(dòng)力電池在低溫環(huán)境下性能衰減的關(guān)鍵。

　　實(shí)驗原理：本實(shí)驗是基于交流加熱法的電池加熱和充電測試，交流加熱法通過(guò)給電池施加交流電流產(chǎn)生熱量，從內部加熱電池，并且在交流信號上疊加直流分量，在加熱的同時(shí)給電池進(jìn)行充電，交流加熱法使用外部交流電源，使得加熱過(guò)程不消耗電池自身能量，在形式各樣的交流電波形中，正弦交流電應用最為廣泛。本實(shí)驗使用安泰電子ATS-M1010C電流互感器作為驅動(dòng)電源，實(shí)驗框圖和實(shí)驗實(shí)物圖如圖1，2所示。

　　圖1實(shí)驗流程圖

　　圖2實(shí)驗實(shí)物圖

　　測試設備：信號發(fā)生器、ATS-M1010C電流互感器、示波器、可充電鋰電池、紅外測溫儀，萬(wàn)用表

　　實(shí)驗過(guò)程：使用信號發(fā)生器為ATS-M1010C電流互感器提供交流信號，首先在儀器空載時(shí)將交流和直流偏置預先設置好，本次實(shí)驗所使用到鋰電池的充電電流為1-2A，信號發(fā)生器設置的參數為10kHz,812mVpp,+100mV(Offset)，通過(guò)電流互感器自帶的電流檢測口連接示波器觀(guān)測電流波形，設置好的電流波形如圖3所示。預先信號設置好后，使用未滿(mǎn)電的鋰電池進(jìn)行測試，在加電前使用紅外測溫儀和萬(wàn)用表分別測試電池的溫度和電壓，初始溫度和電壓分別為16.4℃，0.264V，分別如圖4，圖5所示，接下來(lái)進(jìn)行加電測試，測試時(shí)間五分鐘。

　　圖3空載波形圖

　　實(shí)驗結果：加點(diǎn)測試五分種后，實(shí)驗結果如圖6、7所示，電池的溫度和電壓分別為30.1℃，3.107V，結果表明，電池在經(jīng)過(guò)交流信號一段時(shí)間后會(huì )明顯被加熱，疊加的直流偏置也成功給電池充電，實(shí)現在給電池加熱的同時(shí)進(jìn)行充電。另外，改變交流電的幅值和頻率都將影響電池內部產(chǎn)熱功率，進(jìn)而影響電池加熱速度，需要注意的是，直流分量是的電池的充電電流，在探究交流信號的頻率與幅值對加熱速率影響時(shí)應保持不變。實(shí)驗結果表明，在一定范圍內，較高的電流幅值、較低的電流頻率和良好的保溫條件有利于提高電池加熱速度，實(shí)測優(yōu)化之后的加熱方法，電池從16.4℃加熱到30.1℃僅需5min，加熱速率為2.74℃/min，溫度上升圖如圖8所示。

　　圖8電池溫度上升圖

　　對于電動(dòng)汽車(chē)應用而言，低溫交流加熱法的研究仍處于初級階段。低溫環(huán)境下如何高效、安全的加熱電池仍充滿(mǎn)挑戰。為加快內部加熱法和復合加熱法的工程應用進(jìn)度，還存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題亟待解決：

　　(1)現有研究中加熱策略對電池老化的研究不足，電流參數在電化學(xué)機理層面對電池壽命的影響有待深入研究。后續研究應建立電池的電化學(xué)模型，從機理層面揭示電流參數對電池老化的影響，明確不同運行條件下電池不發(fā)生老化的電流參數范圍，進(jìn)一步提高加熱效率和安全性。

　　(2)現有加熱方法研究中研究對象多為單體電池，對于電池模組、電池包層面的研究不足，而模組內的溫度均勻性將在很大程度上影響電池組的性能及老化速率。電池產(chǎn)熱模型和熱模型是低溫熱管理系統設計的理論基礎，后續研究應進(jìn)一步從單體電池、電池模組、電池包等層面研究準確、高效的電-熱耦合模型，考慮電池不一致性的影響，提高溫度預測的精度和速度，為系統優(yōu)化設計、加熱控制策略設計提供理論支撐。

　　本文實(shí)驗素材由西安安泰電子整理發(fā)布。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線(xiàn)，且具有相當規模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。公司致力于功率放大器、功率信號源、計量校準源等產(chǎn)品為核心的相關(guān)行業(yè)測試解決方案的研究，為用戶(hù)提供具有競爭力的測試方案，Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線(xiàn)，且具有相當規模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。如想了解更多功率放大器等產(chǎn)品