锂离子电池是电动汽车的主要部件之一,其性能直接影响整车的性能。锂离子电池的寿命和性能与工作温度密切相关。低温环境使电动汽车的续航里程和加速性能受到严重影响。因此通过电池加热改善车用锂离子电池低温性能的研究变得十分必要和紧迫。常用的加热手段有循环液体加热、气体加热、加热膜外部加热等,但是这些手段都是外部加热,加热效率低下,加热也不均匀。本文以锂离子电池单体作为研究对象,提出了内置加热装置的内部加热方式,旨在提高锂离子电池低温性能。具体来说,研究内容包括以下几个方面:首先,对以石墨为负极的锂离子电池进行低温充放电特性研究。实验结果表明:低温下锂离子电池放电容量减小、放电平台电压下降、大倍率放电性能恶化,但低温放电不会对电池造成永久性的损伤;低温充电电压高、恒流充电阶段占比变小、充电缓慢,充电容量大幅度衰减,同时低温充电易产生析锂而对锂离子电池的容量和阻抗造成不可恢复性严重损伤。其次,本文通过实验测定了锂离子电池单体的发热速率并计算了自然对流换热系数。在低温环境如0°C环境下,对锂电池进行1C、2C、3C倍率放电实验,并计算了不同放电深度下的电压温度系数。根据Bernardi方程计算了2C倍率的发热功率,结果表明电池在0°C时发热量占了电功率的16.7%,比25oC发热比例要高19%左右。并根据动态平衡方程计算出对流换热系数,为低温环境的加热仿真模拟提供了必要参数。最后,进行内置加热装置的锂离子电池制作。通过电池配方设计,以及合浆、涂布、滚压、切片、卷绕、注液、封口等工序制备成容量为1800m Ah的三元锂离子电池。并在电芯中空处放置了直径为4毫米的加热棒,加热棒中放入热电偶,可以对加热的温度进行实时监控。对制作的内置加热装置的锂电池进行低温加热实验。实验表明在-40°C环境下电池的加热功率仅为4.9W,电池温度能在1000s左右快速升高到0°C以上;-30oC环境下电池的加热功率为3.6W;-20oC环境下电池的加热功率为2.6W,电池可以很快达到目标温度,加热效果明显。-20oC加热前后放电平均电压提高了0.2V,进行多次加热实验对电池容量几乎没有损伤。使用Fluent软件进行了热仿真。-40oC环境下的仿真结果和实验结果的最大温差小于5oC,仿真结果和实验结果在-20oC环境下的最大温差在2oC以内,仿真的温升曲线与实验基本一致,证明了本文提出的加热方式是一种安全、高效、快速的加热方式。