低溫锂離子電池加熱方法有哪些？
低溫對锂電池的影響比較大，過低會導致锂離子電池性能下降，甚至失去工作的能力。为满足锂離子電池能在低温环境下工作，需要对电池做加热处理，目前有对低溫電池加熱方法如下：
一、外部加熱
外部加热法是目前应用最为广泛的一种加热方式，主要是通过外部的热源对电池进行加热，主要特点是结构比较简单，但是外部加热效率较低，因此消耗的电能较多，同时也容易在电池内部产生温度梯度，从而导致电池内部衰降速度的不一致，影响锂離子電池的使用寿命。
（1）液體預熱
相比于空氣，液體具有更高的熱導率和熱容，因此導熱效率更高，但是相比之下液體預熱系統的複雜程度更高。根據加熱的時候電池是否與導熱液體接觸，液體加熱可以分爲兩大類：1）非接觸式加熱；2）浸入式加熱。一個典型的液體預熱系統結構如下圖所示，目前非接觸式液體預熱系統已經應用在電動汽車之上，例如Volt采用了360V的加熱器爲液體加熱，然後傳遞到電池之中，特斯拉也太用了液體預熱的方式爲電池組加熱。
（2）空氣預熱
以空氣爲介質的溫控系統由于結構簡單，成本較低，因此廣泛的應用在電動汽車領域，其基本工作原理如下圖所示，外界的空氣首先通過加熱系統升溫後在風扇的作用下進入到電池組之中，從而爲電池加熱。一般來說，空氣預熱的方式可以實現0.5-3℃/min的升溫速度。氣流的速度和溫度會對空氣預熱的效果産生影響，相關研究表明提升氣流速度要比提升空氣溫度的效果更加明顯。同時提升空氣溫度也可能會在電池內部産生更爲顯著的溫度梯度，從而對電池壽命産生負面的影響。目前該種預熱方式已經被應用的本田的Insight車型和豐田的普銳斯車型上，但是這種方法目前仍然存在很多的不足，例如噪音問題，效率問題等。
（3）相變材料預熱
無論是空氣預熱，還是液體預熱方式都需要在電池內增加較爲複雜的結構，例如管道、泵和加熱器等，會增加電池組的成本和設計難度。而相變材料爲電池組的預熱提供了一種更爲簡單的方法，這種方法主要是通過相變材料在相變過程中釋放或吸收的熱量實現爲電池組加熱和冷卻的目的，但是相變材料的熱導率通常比較低，不利于將熱量快速傳遞到電池上，爲了解決這一問題，人們提出了加入碳納米管和金屬框架等方法，但是目前這一方法還停留在實驗室階段，尚未得到實際應用。
（4）電熱器預熱
除了上述的預熱方式外，我們還可以通過電熱器爲電池進行預熱，電熱器可以分爲：1）Peltier效應加熱器；2）電熱片；3）電熱套；4）電熱膜。
Peltier效應加熱器
這種加熱器是通過半導體的Peltier效應在其兩個表面分別形成熱面和冷面，通過控制電流的方向可以控制冷熱面的位置，從而實現爲電池冷卻或者加熱的目的，而溫度的高低則可以通過控制電流波幅的方式進行控制。通過這種方式可以實現0.6-1℃/min的升溫速度，預熱電池消耗的能量約占電池能量的2.5%。
電熱片預熱
在采用電熱片的加熱方式中，電熱片通常會被放置于電池的頂端或低端，電熱片産生的熱量直接傳遞到電池上，通常來說電熱片會采用正溫度系數材料（PTC）來制作，隨著溫度的升高，電阻增加，從而實現自主控溫的目的。
研究表明采用PTC電熱片爲電池加熱能夠顯著提升電池在低溫下的放電電壓，提升電池的放電容容量，在-38℃下，電池仍然可以放出90%以上的容量。這種方法在早期的電動汽車上曾得到應用，例如三菱汽車的i-MiEV和日産的LEAF車型上都曾采用該技術，但是這一方法需要較長時間爲電池預熱，同時還會在電池內部産生溫度梯度，不利于電池壽命的提升。
電熱套
電熱套最早由Chery Automobile公司的提出，该方法是采用热电阻制作一个保护套，套在电池的四周，通过电池组的BMS系统监控电池组的温度变化，从而控制为电池进行预热。该方法能够将电池组在10min中内预热到工作温度，并保持良好的温度均匀性。
電熱膜
電熱膜一般是由金属箔与绝缘材料复合后制成，使用时粘贴在电池的表面，这种加热方式的好处是加热膜比较薄（1-2mm），因此占用电池空间比较少。相比于采用正温度系数材料的電熱片預熱方式，该方法能够在较低的能量消耗的情况下，实现更高的升温速率。
二、內部加熱
相比于外部加热，内部加热有更快的加热速度和更高的加热速率，因此内部加热方式对锂離子電池进行预热也得到了广泛的关注，但是内部加热的控制机理相对比较复杂，并且一些内加热的方法还存在一定的安全隐患。内部加热方式可以分为两大类：自加热和电流激发，下表为一些常见的内加热方法的对比。
1、自加熱方法
從上表中可以看到自加熱方法在升溫速度上占有絕對的優勢，這種方法是將一個Ni箔放入到電池內部，然後在電池外部引出極柱，通過外電路控制電池的加熱。實驗表明這種方法在將電池從-30℃加熱到0℃時的升溫速率可達60℃/min，而這一過程僅消耗5.5%的能量。
爲了減少加熱過程中電池內部的溫度梯度，可以在電池內部加入多片Ni箔進行加熱，研究表明在電池內部加入兩片Ni箔能夠將電池從-20℃到0℃的升溫速率提升到96℃/min，能量消耗僅爲2.9%，而單片Ni片在相同的條件下的加熱速率僅能夠達到60℃/min，且需要消耗4.1%的電能。由此可見多片Ni片的方式不但能夠實現有效的降低電池內部的溫度梯度，同時能夠也能夠有效的提升電池的加熱速度。
2、外部電流激發方法
這種方法可以分爲直流電預熱法、交流電預熱法和脈沖預熱等幾種方法。
3、直流電預熱法
這種方法主要是直接爲電池施加一個直流的放電電流，通過放電過程中電池産生的熱量爲電池加熱。Qu等人研究表明在18650電池上采用這種方式進行預熱，可以實現4.29℃/min的加熱速度（8、9.5和11A放電）。但是爲了滿足快速升溫的要求，這種方式需要采用大電流放電，此時電池的極化較大，因此會導致電池容量衰降速度的增加，研究表明在這樣的預熱方式下電池可能僅有81次左右的循環壽命。
4、交流電預熱法
交流电加热方法是在电池两端施加一个交流电，利用锂離子電池的内部阻抗实现为电池加热，由于交流电的方向始终在快速变化，从而避免了直流电大电流放电加热过程造成的电池容量的衰降，同时相比于直流电加热方式，交流方式的加热速度更快，同时效率也更高。研究表明，通过提高交流电的电流，降低频率能够有效的提升交流电加热的效率。
5、脈沖電流預熱法
脉冲电流预热法是通过不连续的大电流放电的方式，通过锂離子電池内部的欧姆阻抗产生的热量，实现对锂離子電池的预热。相比于空气预热的方式，脉冲放电预热的方式能够实现电池内部更为均匀的温度分布（温度梯度小于2℃），从而有效的减少因为电池内部温度梯度造成的容量衰降问题，但是采用这种方式为电池进行预热，需要在电池组内增加一个放电回路，从而导致电池成本的增加，因此目前这种预热方式还停留在实验室阶段，尚未有商业化的应用。
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