低溫對鋰電池的影響比較大，過低會導致鋰離子電池性能下降，甚至失去工作的能力。為滿足鋰離子電池能在低溫環境下工作，需要對電池做加熱處理，目前有對低溫電池加熱方法如下：

一、外部加熱(re)

外部(bu)加(jia)熱法是目前應用最為(wei)廣泛的一(yi)種加(jia)熱方式，主(zhu)要是通過外部(bu)的熱源對電(dian)池(chi)進行(xing)加(jia)熱，主(zhu)要特點是結構比較簡單，但是外部(bu)加(jia)熱效率(lv)較低，因此消(xiao)耗的電(dian)能較多，同時也容(rong)易在電(dian)池(chi)內部(bu)產生溫度(du)梯度(du)，從(cong)而導致電(dian)池(chi)內部(bu)衰(shuai)降(jiang)速度(du)的不一(yi)致，影(ying)響鋰(li)離子電(dian)池(chi)的使用壽命(ming)。

（1）液體預熱

相(xiang)比于空(kong)氣，液(ye)(ye)體(ti)具有(you)更高的熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)導(dao)率(lv)和熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)容，因(yin)此(ci)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)效率(lv)更高，但(dan)是相(xiang)比之下(xia)液(ye)(ye)體(ti)預熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)系(xi)統的復雜程度更高。根據加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)的時候電(dian)池(chi)(chi)(chi)是否(fou)與導(dao)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)液(ye)(ye)體(ti)接觸，液(ye)(ye)體(ti)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)可(ke)以分(fen)為兩(liang)大類：1）非(fei)接觸式加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)；2）浸入(ru)式加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)。一個典型的液(ye)(ye)體(ti)預熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)系(xi)統結構如下(xia)圖所示，目前(qian)非(fei)接觸式液(ye)(ye)體(ti)預熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)系(xi)統已(yi)經應用(yong)在電(dian)動汽車之上，例如Volt采用(yong)了(le)360V的加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)器為液(ye)(ye)體(ti)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)，然后傳遞到電(dian)池(chi)(chi)(chi)之中，特斯拉也太用(yong)了(le)液(ye)(ye)體(ti)預熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)的方式為電(dian)池(chi)(chi)(chi)組(zu)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)。

（2）空(kong)氣預熱

以空(kong)(kong)氣(qi)為(wei)(wei)(wei)介質的(de)(de)溫(wen)(wen)控系(xi)統(tong)由(you)于(yu)結構簡(jian)單，成本較低，因此廣(guang)泛的(de)(de)應(ying)用在電動汽車領域，其基本工作原理如(ru)下圖(tu)所(suo)示，外界的(de)(de)空(kong)(kong)氣(qi)首先通過(guo)加熱(re)(re)系(xi)統(tong)升(sheng)(sheng)溫(wen)(wen)后在風扇的(de)(de)作用下進入到電池(chi)組之(zhi)中(zhong)，從而(er)為(wei)(wei)(wei)電池(chi)加熱(re)(re)。一般來說，空(kong)(kong)氣(qi)預熱(re)(re)的(de)(de)方(fang)式(shi)可以實現0.5-3℃/min的(de)(de)升(sheng)(sheng)溫(wen)(wen)速度(du)。氣(qi)流(liu)的(de)(de)速度(du)和溫(wen)(wen)度(du)會(hui)對空(kong)(kong)氣(qi)預熱(re)(re)的(de)(de)效(xiao)果產(chan)生影響，相關(guan)研(yan)究表(biao)明提(ti)升(sheng)(sheng)氣(qi)流(liu)速度(du)要(yao)比提(ti)升(sheng)(sheng)空(kong)(kong)氣(qi)溫(wen)(wen)度(du)的(de)(de)效(xiao)果更(geng)加明顯(xian)(xian)。同時(shi)提(ti)升(sheng)(sheng)空(kong)(kong)氣(qi)溫(wen)(wen)度(du)也(ye)可能會(hui)在電池(chi)內部產(chan)生更(geng)為(wei)(wei)(wei)顯(xian)(xian)著的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)梯度(du)，從而(er)對電池(chi)壽命產(chan)生負面(mian)的(de)(de)影響。目前該種預熱(re)(re)方(fang)式(shi)已經被應(ying)用的(de)(de)本田的(de)(de)Insight車型和豐田的(de)(de)普銳斯車型上，但是這種方(fang)法(fa)目前仍然(ran)存(cun)在很多的(de)(de)不足，例如(ru)噪音問(wen)題，效(xiao)率問(wen)題等。

（3）相變(bian)材料(liao)預熱

無論是(shi)(shi)空氣預熱，還是(shi)(shi)液體(ti)預熱方(fang)(fang)(fang)式都需要(yao)在電(dian)(dian)池(chi)(chi)內增加(jia)(jia)較(jiao)為(wei)復雜(za)的結(jie)構，例如管道、泵和(he)(he)加(jia)(jia)熱器等(deng)，會增加(jia)(jia)電(dian)(dian)池(chi)(chi)組的成(cheng)本和(he)(he)設計難度。而相變材料為(wei)電(dian)(dian)池(chi)(chi)組的預熱提(ti)供了一種更為(wei)簡單的方(fang)(fang)(fang)法(fa)，這(zhe)種方(fang)(fang)(fang)法(fa)主要(yao)是(shi)(shi)通過相變材料在相變過程中釋(shi)放或吸收(shou)的熱量實(shi)現為(wei)電(dian)(dian)池(chi)(chi)組加(jia)(jia)熱和(he)(he)冷卻的目的，但是(shi)(shi)相變材料的熱導率通常比較(jiao)低，不利于將(jiang)熱量快速傳遞(di)到電(dian)(dian)池(chi)(chi)上(shang)，為(wei)了解(jie)決這(zhe)一問題，人們(men)提(ti)出了加(jia)(jia)入碳納米(mi)管和(he)(he)金屬框架等(deng)方(fang)(fang)(fang)法(fa)，但是(shi)(shi)目前這(zhe)一方(fang)(fang)(fang)法(fa)還停留在實(shi)驗室階段，尚(shang)未得到實(shi)際應用。

（4）電熱器(qi)預熱

除了(le)上述的預熱(re)(re)(re)方式外，我(wo)們還(huan)可以通過電(dian)熱(re)(re)(re)器為電(dian)池進行預熱(re)(re)(re)，電(dian)熱(re)(re)(re)器可以分為：1）Peltier效應(ying)加熱(re)(re)(re)器；2）電(dian)熱(re)(re)(re)片；3）電(dian)熱(re)(re)(re)套；4）電(dian)熱(re)(re)(re)膜。

Peltier效應加熱器

這種加(jia)熱(re)(re)器是通過(guo)半導(dao)體的Peltier效應在其兩個表面(mian)分別形成熱(re)(re)面(mian)和冷面(mian)，通過(guo)控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)電流的方(fang)向可(ke)以(yi)控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)冷熱(re)(re)面(mian)的位置，從而(er)實現為電池冷卻或者加(jia)熱(re)(re)的目的，而(er)溫度的高低則可(ke)以(yi)通過(guo)控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)電流波幅的方(fang)式進行控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)。通過(guo)這種方(fang)式可(ke)以(yi)實現0.6-1℃/min的升溫速度，預熱(re)(re)電池消(xiao)耗的能量(liang)約占電池能量(liang)的2.5%。

電熱片預(yu)熱

在采(cai)用(yong)電熱(re)(re)(re)片(pian)的(de)(de)(de)加熱(re)(re)(re)方式中，電熱(re)(re)(re)片(pian)通(tong)常會(hui)被放置于電池(chi)(chi)的(de)(de)(de)頂端或低端，電熱(re)(re)(re)片(pian)產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)量直接傳遞到電池(chi)(chi)上(shang)，通(tong)常來(lai)說電熱(re)(re)(re)片(pian)會(hui)采(cai)用(yong)正溫度系數材料(liao)（PTC）來(lai)制作，隨(sui)著溫度的(de)(de)(de)升高，電阻增加，從而(er)實現自主控溫的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。

研(yan)究表(biao)明采(cai)用(yong)PTC電(dian)(dian)(dian)熱(re)片為電(dian)(dian)(dian)池加(jia)熱(re)能夠顯著提升電(dian)(dian)(dian)池在低溫下(xia)的放(fang)電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)壓，提升電(dian)(dian)(dian)池的放(fang)電(dian)(dian)(dian)容容量，在-38℃下(xia)，電(dian)(dian)(dian)池仍然可(ke)以(yi)放(fang)出90%以(yi)上的容量。這種方法(fa)在早期的電(dian)(dian)(dian)動汽(qi)車(che)上曾(ceng)得到應用(yong)，例如三菱汽(qi)車(che)的i-MiEV和日產的LEAF車(che)型上都曾(ceng)采(cai)用(yong)該(gai)技術，但是這一方法(fa)需要較長時(shi)間為電(dian)(dian)(dian)池預熱(re)，同時(shi)還會在電(dian)(dian)(dian)池內部產生溫度梯度，不利于電(dian)(dian)(dian)池壽(shou)命的提升。

電熱(re)套

電(dian)(dian)熱(re)套最(zui)早(zao)由Chery Automobile公司的(de)提出，該(gai)方(fang)法是采(cai)用熱(re)電(dian)(dian)阻制(zhi)作一個保(bao)護套，套在電(dian)(dian)池(chi)的(de)四周，通過電(dian)(dian)池(chi)組(zu)的(de)BMS系(xi)統監(jian)控電(dian)(dian)池(chi)組(zu)的(de)溫(wen)(wen)度(du)變化，從而控制(zhi)為電(dian)(dian)池(chi)進行預(yu)熱(re)。該(gai)方(fang)法能夠(gou)將電(dian)(dian)池(chi)組(zu)在10min中內預(yu)熱(re)到工作溫(wen)(wen)度(du)，并保(bao)持良好的(de)溫(wen)(wen)度(du)均(jun)勻性(xing)。

電(dian)熱膜

電熱膜(mo)一般(ban)是由(you)金屬箔與絕緣(yuan)材料(liao)復(fu)合后(hou)制成，使用(yong)時粘貼在電池的(de)(de)表面，這種加熱方(fang)式的(de)(de)好(hao)處是加熱膜(mo)比(bi)較薄(bo)（1-2mm），因(yin)此占用(yong)電池空間比(bi)較少。相比(bi)于采用(yong)正(zheng)溫(wen)度(du)系(xi)數材料(liao)的(de)(de)電熱片預熱方(fang)式，該方(fang)法能夠在較低(di)的(de)(de)能量消(xiao)耗的(de)(de)情況下，實現(xian)更(geng)高(gao)的(de)(de)升溫(wen)速率。

二、內部加熱

相比(bi)于外部(bu)加(jia)熱(re)，內(nei)部(bu)加(jia)熱(re)有更快的(de)(de)(de)加(jia)熱(re)速度和(he)更高的(de)(de)(de)加(jia)熱(re)速率，因此內(nei)部(bu)加(jia)熱(re)方式對鋰(li)離子電(dian)池(chi)進行預熱(re)也得到了廣泛的(de)(de)(de)關注，但(dan)是內(nei)部(bu)加(jia)熱(re)的(de)(de)(de)控(kong)制機理相對比(bi)較復雜(za)，并且一些內(nei)加(jia)熱(re)的(de)(de)(de)方法(fa)還存在一定(ding)的(de)(de)(de)安全隱患。內(nei)部(bu)加(jia)熱(re)方式可以分為兩大(da)類(lei)：自加(jia)熱(re)和(he)電(dian)流激發，下表為一些常見的(de)(de)(de)內(nei)加(jia)熱(re)方法(fa)的(de)(de)(de)對比(bi)。

1、自(zi)加熱(re)方法

從(cong)(cong)上表中可以看到自加熱方法在(zai)升溫速(su)度上占有絕對(dui)的(de)(de)優勢，這(zhe)種方法是將一(yi)(yi)個Ni箔放入到電(dian)池(chi)(chi)內部，然后在(zai)電(dian)池(chi)(chi)外部引出極(ji)柱(zhu)，通過(guo)外電(dian)路控制電(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)加熱。實驗表明這(zhe)種方法在(zai)將電(dian)池(chi)(chi)從(cong)(cong)-30℃加熱到0℃時的(de)(de)升溫速(su)率可達60℃/min，而(er)這(zhe)一(yi)(yi)過(guo)程僅消耗5.5%的(de)(de)能(neng)量。

為了減少加(jia)熱(re)過(guo)程中電(dian)(dian)池(chi)內(nei)(nei)部(bu)的(de)(de)溫度梯(ti)度，可以在電(dian)(dian)池(chi)內(nei)(nei)部(bu)加(jia)入多片(pian)Ni箔進行加(jia)熱(re)，研究表明(ming)在電(dian)(dian)池(chi)內(nei)(nei)部(bu)加(jia)入兩(liang)片(pian)Ni箔能(neng)(neng)夠(gou)將電(dian)(dian)池(chi)從(cong)-20℃到(dao)0℃的(de)(de)升(sheng)溫速率提升(sheng)到(dao)96℃/min，能(neng)(neng)量消耗僅為2.9%，而單片(pian)Ni片(pian)在相(xiang)同的(de)(de)條(tiao)件下(xia)的(de)(de)加(jia)熱(re)速率僅能(neng)(neng)夠(gou)達到(dao)60℃/min，且需要消耗4.1%的(de)(de)電(dian)(dian)能(neng)(neng)。由此可見多片(pian)Ni片(pian)的(de)(de)方式不但能(neng)(neng)夠(gou)實現(xian)有(you)效(xiao)(xiao)的(de)(de)降低電(dian)(dian)池(chi)內(nei)(nei)部(bu)的(de)(de)溫度梯(ti)度，同時能(neng)(neng)夠(gou)也能(neng)(neng)夠(gou)有(you)效(xiao)(xiao)的(de)(de)提升(sheng)電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)加(jia)熱(re)速度。

2、外部電流激發方法(fa)

這種(zhong)(zhong)方(fang)法(fa)可(ke)以分為直流電(dian)預(yu)熱法(fa)、交流電(dian)預(yu)熱法(fa)和脈沖預(yu)熱等幾種(zhong)(zhong)方(fang)法(fa)。

3、直(zhi)流電預熱(re)法

這種(zhong)方法主要是直接為(wei)電(dian)(dian)池(chi)(chi)施加一個(ge)直流(liu)的(de)(de)放(fang)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流(liu)，通(tong)過(guo)放(fang)電(dian)(dian)過(guo)程中電(dian)(dian)池(chi)(chi)產生的(de)(de)熱(re)量(liang)為(wei)電(dian)(dian)池(chi)(chi)加熱(re)。Qu等人研(yan)究表(biao)明在18650電(dian)(dian)池(chi)(chi)上采用這種(zhong)方式進(jin)行(xing)預熱(re)，可(ke)以(yi)實現4.29℃/min的(de)(de)加熱(re)速(su)(su)度（8、9.5和11A放(fang)電(dian)(dian)）。但是為(wei)了(le)滿(man)足快速(su)(su)升溫的(de)(de)要求，這種(zhong)方式需(xu)要采用大電(dian)(dian)流(liu)放(fang)電(dian)(dian)，此時電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)極(ji)化較大，因(yin)此會導致電(dian)(dian)池(chi)(chi)容量(liang)衰降(jiang)速(su)(su)度的(de)(de)增加，研(yan)究表(biao)明在這樣的(de)(de)預熱(re)方式下電(dian)(dian)池(chi)(chi)可(ke)能僅有81次左右的(de)(de)循環(huan)壽(shou)命(ming)。

4、交流電預熱(re)法

交流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)加(jia)熱(re)方(fang)(fang)(fang)法是在(zai)電(dian)(dian)池(chi)(chi)兩端施加(jia)一(yi)個交流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)，利(li)用鋰離子電(dian)(dian)池(chi)(chi)的內(nei)部阻抗(kang)實現為電(dian)(dian)池(chi)(chi)加(jia)熱(re)，由(you)于(yu)交流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)的方(fang)(fang)(fang)向始(shi)終(zhong)在(zai)快(kuai)速變(bian)化，從而避免了直流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)大電(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)放電(dian)(dian)加(jia)熱(re)過(guo)程造成的電(dian)(dian)池(chi)(chi)容量的衰降，同時相(xiang)比于(yu)直流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)加(jia)熱(re)方(fang)(fang)(fang)式，交流(liu)(liu)(liu)方(fang)(fang)(fang)式的加(jia)熱(re)速度更快(kuai)，同時效率(lv)也更高(gao)。研究表明，通(tong)過(guo)提高(gao)交流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)的電(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)，降低頻率(lv)能夠有效的提升交流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)加(jia)熱(re)的效率(lv)。

5、脈沖電流預(yu)熱(re)法(fa)

脈沖電(dian)(dian)(dian)(dian)流預(yu)熱(re)法是(shi)通過不連續(xu)的(de)(de)(de)大電(dian)(dian)(dian)(dian)流放電(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)方式(shi)，通過鋰離(li)子(zi)電(dian)(dian)(dian)(dian)池內部(bu)的(de)(de)(de)歐姆阻(zu)抗產生的(de)(de)(de)熱(re)量，實現對鋰離(li)子(zi)電(dian)(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)(de)預(yu)熱(re)。相比于空氣預(yu)熱(re)的(de)(de)(de)方式(shi)，脈沖放電(dian)(dian)(dian)(dian)預(yu)熱(re)的(de)(de)(de)方式(shi)能夠實現電(dian)(dian)(dian)(dian)池內部(bu)更為均勻(yun)的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)分布(bu)（溫(wen)度(du)(du)梯(ti)(ti)度(du)(du)小于2℃），從而有效的(de)(de)(de)減少(shao)因為電(dian)(dian)(dian)(dian)池內部(bu)溫(wen)度(du)(du)梯(ti)(ti)度(du)(du)造成的(de)(de)(de)容量衰(shuai)降問題(ti)，但是(shi)采用這(zhe)種方式(shi)為電(dian)(dian)(dian)(dian)池進行(xing)預(yu)熱(re)，需要在(zai)電(dian)(dian)(dian)(dian)池組(zu)內增(zeng)加一(yi)個(ge)放電(dian)(dian)(dian)(dian)回路，從而導(dao)致電(dian)(dian)(dian)(dian)池成本的(de)(de)(de)增(zeng)加，因此目(mu)前(qian)這(zhe)種預(yu)熱(re)方式(shi)還停留(liu)在(zai)實驗(yan)室階段(duan)，尚未(wei)有商業化的(de)(de)(de)應用。