目前珀尔贴效应在电子设备上已经有一定的应用,但在动力电池上的应用研究还较少。
利用珀尔贴效应进行动力电池热管理的效率相对较低,会增加电源的功耗。此外,基于珀尔贴效应的热管理系统,其加工制造工艺也比较复杂,设计和使用成本较高。
对于混合动力汽车,使用发动机冷却液对动力电池模块加热,使动力电池升温至正常工作温度,以实现启动和正常充放电。
该方法充分利用发动机热量,但其结构复杂,成本较高,存在加热缓慢和动力电池内外温差大的缺点。
利用电热丝加热密闭电池模块,空气或加热电池表面,从而实现电池温升。只是加热效率较低,且需较大空间,对车辆布局影响较大。
纯电动汽车可使用汽车空调对电池包进行热管理,当电池包温度低于一定阈值后,空调向电池包输送热风,该方法能量损失较大,且加热效率低,系统加热响应也较为缓慢,同时还存电池模块温度梯度较大的缺点。
外部加热方法依靠外部加热源通过热传导来加热动力电池,比内部加热法安全。但它一般需要额外的组件,且有结构较为复杂、能耗较高、加热温度场分布不均匀和加热较慢的缺点。
存在缺点的主要原因在于,外部加热法采用的是电池外部热源,热量由电池外部传递到电池内部,需要一定的时间,且易形成温度梯度。
内部加热方法依靠电池自身阻抗产热,具有加热快速且发热均匀的优势。
放电和充电两种直流电加热方式对设备要求低,适用性好,具有速度快,效率高,温升均匀的优点。
但直流电加热方式在加热过程中,所产生的大电流和低温环境下的巨大内阻会使电池发生严重的副反应,且低温持续充电易导致锂离子电池负极石墨产生“锂沉积”,造成动力电池寿命衰减过快,严重时“锂沉积”结晶会刺穿隔膜产生热失控。
与直流电加热方式相比,交流加热方式由于其交流电特性,可有效降低对动力电池的副作用。
综上来看,从结构复杂度、加热速率、温升均匀性和使用安全性对上述电池的几种主要加热方法进行总结,如表1。
表1. 动力电池不同加热方法性能对比
总体来看,内部加热方法对锂离子动力电池的适用性和加热效果具有很好的可行性,但内部加热方法应用于电动汽车的研究尚处于初级阶段,使用安全性有待进一步的研究确认。
通过对不同加热方法的对比可知,外部加热方法依靠外部加热源通过热传导来加热动力电池,其结构较为复杂,能耗较高,加热温度分布不均匀,加热速度较慢。
内部加热方法依靠动力电池自身阻抗产热,具有加热快速且发热均匀的优点。其中交流加热方法具有对动力电池能耗小、温度分布均匀、使用成本较低和加热效率较高的优势。