实验名称：电池加热与充电实验

　　实验意义：随着经济、社会的快速发展，人类对能源的需求与日俱增，在交通领域更甚。而在化石能源日益枯竭和环境污染的大背景下，新能源汽车具有广阔的发展前景。近年来，以纯电动汽车为主的新能源汽车发展迅猛，有望取代传统内燃机汽车。锂离子电池的性能直接影响电动汽车的续航、安全性和可靠性。低温环境下，锂离子电池功率特性变差、循环寿命衰减、可用容量降低，同时面临低温充电难、充电易析锂等问题，这些因素阻碍了电动汽车的发展。低温加热技术是电池热管理系统的核心技术之一，是缓解动力电池在低温环境下性能衰减的关键。

　　实验原理：本实验是基于交流加热法的电池加热和充电测试，交流加热法通过给电池施加交流电流产生热量，从内部加热电池，并且在交流信号上叠加直流分量，在加热的同时给电池进行充电，交流加热法使用外部交流电源，使得加热过程不消耗电池自身能量，在形式各样的交流电波形中，正弦交流电应用最为广泛。本实验使用JN江南sports电子ATS-M1010C电流互感器作为驱动电源，实验框图和实验实物图如图1，2所示。

　　图1实验流程图

　　图2实验实物图

　　测试设备：信号发生器、ATS-M1010C电流互感器、示波器、可充电锂电池、红外测温仪，万用表

　　实验过程：使用信号发生器为ATS-M1010C电流互感器提供交流信号，首先在仪器空载时将交流和直流偏置预先设置好，本次实验所使用到锂电池的充电电流为1-2A，信号发生器设置的参数为10kHz,812mVpp,+100mV(Offset)，通过电流互感器自带的电流检测口连接示波器观测电流波形，设置好的电流波形如图3所示。预先信号设置好后，使用未满电的锂电池进行测试，在加电前使用红外测温仪和万用表分别测试电池的温度和电压，初始温度和电压分别为16.4℃，0.264V，分别如图4，图5所示，接下来进行加电测试，测试时间五分钟。

　　图3空载波形图

　　实验结果：加点测试五分种后，实验结果如图6、7所示，电池的温度和电压分别为30.1℃，3.107V，结果表明，电池在经过交流信号一段时间后会明显被加热，叠加的直流偏置也成功给电池充电，实现在给电池加热的同时进行充电。另外，改变交流电的幅值和频率都将影响电池内部产热功率，进而影响电池加热速度，需要注意的是，直流分量是的电池的充电电流，在探究交流信号的频率与幅值对加热速率影响时应保持不变。实验结果表明，在一定范围内，较高的电流幅值、较低的电流频率和良好的保温条件有利于提高电池加热速度，实测优化之后的加热方法，电池从16.4℃加热到30.1℃仅需5min，加热速率为2.74℃/min，温度上升图如图8所示。

　　图8电池温度上升图

　　对于电动汽车应用而言，低温交流加热法的研究仍处于初级阶段。低温环境下如何高效、安全的加热电池仍充满挑战。为加快内部加热法和复合加热法的工程应用进度，还存在以下几个方面的问题亟待解决：

　　(1)现有研究中加热策略对电池老化的研究不足，电流参数在电化学机理层面对电池寿命的影响有待深入研究。后续研究应建立电池的电化学模型，从机理层面揭示电流参数对电池老化的影响，明确不同运行条件下电池不发生老化的电流参数范围，进一步提高加热效率和安全性。

　　(2)现有加热方法研究中研究对象多为单体电池，对于电池模组、电池包层面的研究不足，而模组内的温度均匀性将在很大程度上影响电池组的性能及老化速率。电池产热模型和热模型是低温热管理系统设计的理论基础，后续研究应进一步从单体电池、电池模组、电池包等层面研究准确、高效的电-热耦合模型，考虑电池不一致性的影响，提高温度预测的精度和速度，为系统优化设计、加热控制策略设计提供理论支撑。

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