實驗名稱：電池加熱與充電實驗

　　實驗意義：隨著經濟、社會的快速發展，人類對能源的需求與日俱增，在交通領域更甚。而在化石能源日益枯竭和環境污染的大背景下，新能源汽車具有廣闊的發展前景。近年來，以純電動汽車為主的新能源汽車發展迅猛，有望取代傳統內燃機汽車。鋰離子電池的性能直接影響電動汽車的續航、安全性和可靠性。低溫環境下，鋰離子電池功率特性變差、循環壽命衰減、可用容量降低，同時面臨低溫充電難、充電易析鋰等問題，這些因素阻礙了電動汽車的發展。低溫加熱技術是電池熱管理系統的核心技術之一，是緩解動力電池在低溫環境下性能衰減的關鍵。

　　實驗原理：本實驗是基于交流加熱法的電池加熱和充電測試，交流加熱法通過給電池施加交流電流產生熱量，從內部加熱電池，并且在交流信號上疊加直流分量，在加熱的同時給電池進行充電，交流加熱法使用外部交流電源，使得加熱過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。本實驗使用安泰電子ATS-M1010C電流互感器作為驅動電源，實驗框圖和實驗實物圖如圖1，2所示。

　　圖1實驗流程圖

　　圖2實驗實物圖

　　測試設備：信號發生器、ATS-M1010C電流互感器、示波器、可充電鋰電池、紅外測溫儀，萬用表

　　實驗過程：使用信號發生器為ATS-M1010C電流互感器提供交流信號，首先在儀器空載時將交流和直流偏置預先設置好，本次實驗所使用到鋰電池的充電電流為1-2A，信號發生器設置的參數為10kHz,812mVpp,+100mV(Offset)，通過電流互感器自帶的電流檢測口連接示波器觀測電流波形，設置好的電流波形如圖3所示。預先信號設置好后，使用未滿電的鋰電池進行測試，在加電前使用紅外測溫儀和萬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，接下來進行加電測試，測試時間五分鐘。

　　圖3空載波形圖

　　實驗結果：加點測試五分種后，實驗結果如圖6、7所示，電池的溫度和電壓分別為30.1℃，3.107V，結果表明，電池在經過交流信號一段時間后會明顯被加熱，疊加的直流偏置也成功給電池充電，實現在給電池加熱的同時進行充電。另外，改變交流電的幅值和頻率都將影響電池內部產熱功率，進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應保持不變。實驗結果表明，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，實測優化之后的加熱方法，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

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

　　(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生老化的電流參數范圍，進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，為系統優化設計、加熱控制策略設計提供理論支撐。

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