充电电池发热（为什么充电时我的电池会变热）

为什么电池会变热？我们需要电池热管理

电池发热通常来自锂离子移除或插入电池过程中的阻抗引起的化学反应热和焦耳热，或者来自电池被动平衡过程中热量消耗的不平衡能量，以及电池组中电子设备和热管理系统运行产生的热。在电池热管理系统的设计中，电池发热对电子设备的影响不容忽视。如果没有考虑电池热管理系统等适当的保护措施，或者如果没有为这些电子设备找到适当的位置，那么这些加热的电子设备可能会对电池寿命产生不利影响。

此外，高放电率导致电池内部产生更高的热量，因此电池变热。如果经常以较高的放电速率放电，则电池间隔时间短，没有足够的冷却时间，电池温度会逐渐升高；同时，热管理系统没有足够的时间来调动冷却系统来降低电池温度。阶梯效应可以很好地类比；当你踩下油门时，电池会迅速放电。当电池继续充电和放电时，电池热管理系统没有时间从上次放电开始冷却电池，导致电池温度稳步升高。

例如，传统的混合动力电动车辆的电池将在行驶期间持续放电，然后立即再次开始充电，从而在充电和放电循环之后，电池可能没有时间在开始新的循环之前冷却。这样，电池组的温度将缓慢而持续地升高。如果允许电池在一定时间内停止使用，冷却系统可以将电池温度降至其正常工作温度范围。图10.3显示了该操作模式下电池温度的增加。虽然这不是实际的性能数据，但在类似的应用中，这种发热模型是可以预期的。

如果电池变热，会不会坏？电池热管理的必要性

为了最大限度地提高锂离子电池的性能，它们需要在使用周期内保持在23至25℃。然而，在运行过程中，电池会经历一个放热过程——电池内部发生放热化学反应和电池内阻，导致电池发热。无论是放热过程还是高环境温度，电池组设计必须具有电池热管理，以冷却电池温度，以保持其适当的工作温度范围，从而确保电池系统的性能和寿命。

如果温度达到30至35℃或更高，则必须使用电池热管理来防止电池持续变热，并降低温度，以确保电池寿命和性能，避免电池故障。在较高温度下工作，细胞会因加速老化而失去寿命。

汽车电池发热的一个实际例子：

这里有一个实际的例子，让我们更直观地了解电池热管理的重要性。2012年，一群亚利桑那州的日产车主抱怨他们的汽车在短时间内出现了问题，从续航里程短到电池快速老化。投诉并不多，但足以引起全国媒体对日产和电动汽车行业的关注。

事实上，日产汽车对这些车辆的系统评估表明，那些容量衰减的车辆的里程数高于平均里程数，而且这些车主经常给他们的汽车充电。根据制造商的规范，电池通常额定为平均性能，但持续高温和极端操作条件会加速电池容量的下降，导致续航里程缩短。尽管这些日产汽车的用户手册中规定了电池温度的预防措施，例如车辆不应暴露在高于49℃的温度下超过24小时；车辆放置在温度低于-25℃的环境中的时间不得超过7天。

日产的电池组由AESC设计，没有主动电池热管理系统。相反，它使用金属模块和电池包装来传递热量。这意味着没有办法加快冷却速度以应对在更热的环境中或在频繁快速排放条件下的高连续加热速度。虽然金属包装更便宜，更容易上市，但这样的设计使电池组热管理系统具有明显的缺陷。

电池发热的其他原因

最后，当谈到电池热管理时，我们应该谈论高压电子和平衡系统。高压电子设备也是许多系统中电池发热的主要原因，尤其是在较小的模块中。此外，电池均衡将多余的电能转换为热能。本质上，当你均衡一个模块时，你也会让电池发热。在三阶段充电的情况下，大多数电池系统设计为在这些充电事件期间快速激活热管理系统，否则模块将产生快速加热。如果在快速充电期间没有冷却系统，则产生的热量高到足以削弱电池的容量，或者产生的热量足以在冷却之前关闭电池系统。这种过热会导致电池模块系统的可靠性问题，以及锂离子电池的快速衰变。

电池系统中产生的热量导致的热量积聚通常很容易被周围的冷空气冷却。然而，在这种情况下，设计者需要确保空气首先流向电池，然后流向电子设备，或者空气平行于电子设备和电池流动。大多数电子设备具有比电池更宽的工作温度范围，因此在电子设备之前冷却电池更有效。虽然液体冷却速度更快，但除非冷却板设计在电池中，否则很难用这种方法冷却电子设备。此外，为了确保安全，在储能系统的设计中应特别设计电子设备的位置。

电池发热不是电池热管理的唯一原因

热管理系统需要的另一个功能是加热电池。通常，电池系统设计者不希望主动加热电池，除非电池处于非常低的温度并且加热速率不太高。

现在大多数锂离子电池都使用液态电解质，这种电解质在零下温度下会固化或失去导电性，从而阻止电池在较低温度下提供应有的能量。

在液冷系统中，可以在系统中添加一个热泵，通过冷却回路提供温热的流体，这将缓慢地使电池变热。可能已经使用的另一种方法是使用膜加热器。另一种情况是，加热器不主要用于加热，而是为了降低电池的冷却速度，例如汽车在室外使用时停止使用，几天后电池的温度降至25℃，在此期间车辆电池系统将具有良好的性能。此外，虽然加热器通常由电池组本身供电，但会损失一些能量，但这种损失很小且是暂时的。