电动汽车 (EV) 中的锂离子电池有一个最佳温度范围。该范围在 15° 至 35° C 之间。超出此范围，电池充电和放电时性能会受到影响。可充电电池的主要要求是能量、功率、寿命、持续时间、可靠性、安全性和成本——所有这些都会受到工作温度的影响。
本文解答回顾了高温和低温操作对锂离子电池的影响。研究了电动汽车车主的驾驶习惯以及除温度之外的当地驾驶条件如何增加或减少环境温度的影响。
高温会分解电池中的化学成分，从而加速锂离子的降解。为了防止或减缓降解，可以降低电池的额定功率，或者使用主动冷却系统来防止温度上升过快。
虽然低温也会损坏电池，主要是通过锂电镀（下面详细讨论），但其主要影响是由于电化学反应迟缓而导致性能降低，从而降低了电池的功率和能量能力（图 1）。
图 1. 理想化的电池性能曲线与温度的关系，显示在 15 至 35° C 的最佳范围之外运行时性能会下降。绿色曲线表示电池放电，黄色曲线表示充电（图片：NREL）。
电动汽车电池管理系统的主要功能是热管理，其特点是：
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使电池保持在最佳温度范围内，以实现最佳功率和能量性能
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最大限度地减少电池间温差
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防止电池超出最大和最小限度，确保安全可靠的运行
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最大限度地提高细胞的长期能量容量
电动汽车电池运行温度过高可能会带来严重的安全隐患。但运行温度过低则会严重影响性能。最明显的是，使用电池中的能量来保持电池温度会缩短行驶里程。低于 0° C 时，锂离子电池的容量会显著降低，从而进一步缩短行驶里程。低温运行导致的锂沉积是由于充电过程中阳极周围形成了金属锂。
电动汽车中典型的锂离子电池具有锂金属氧化物阴极和层状石墨阳极。低温会导致充电过程中锂离子向阴极扩散的速度变慢，从而导致锂镀层，这可能会永久降低电池容量。在极端情况下，枝晶会形成并导致内部短路，从而增加安全风险。
已确定了三个重要的低温范围，包括：
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在 10° C 以下，如果电池快速充电，可能会发生锂沉积和永久性降解。较慢的充电速度可以帮助解决这一问题。
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在 0° C 以下，锂镀层更令人担忧，特别是当电池的充电速度超过 1C 速率时。
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低于 -20° C 时，电池性能和充电能力会进一步降低。长时间暴露在这种温度下可能会损坏电池。
实际结果可能有所不同
上述与温度相关的性能代表平均值。尽管图 1 中描述的性能曲线的一般弧线适用于所有电动汽车，但给定电动汽车型号的实际性能可能会根据车辆的驾驶方式而有很大差异。
在一项采用实际驾驶条件和实际行程的研究中，性能最好的 10% 的车辆（即第 90 个百分位）的续航里程比整体平均值高出 32%，是性能最低的 10%（即第 10 个百分位）车辆的两倍（图 2）。
图 2. 实际电动汽车电池组性能在很大程度上取决于车辆的驾驶方式，其中第 90个百分位数的续航里程是第 10个百分位数的两倍（图片：阿拉斯加能源和电力中心）。
图 2 中的曲线基于实际行程中测量的性能。在这些行程中，车辆会经历一系列条件，例如不同的地形、驾驶员习惯、加速和减速率、最高速度、行程开始时的车辆状况（例如，在寒冷的天气里停在车库中，因此已经很暖和了？）以及行程长度。
对于不同型号的电动汽车，根据热管理系统的效率，曲线在最佳温度范围内可能更平坦或更尖锐。基于热泵的热管理系统往往效率更高，耗能更少，而且它们也能更好地保持所需的工作温度。使用热泵的车辆曲线更平坦，高温或低温的影响更小。
文章转载自微信公众号：汽车研究院auto