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基于可重构电池系统的寒冷气候下汽车车载自加热方法
An Automotive Onboard Self-Heating Method Based on Reconfigurable Battery System in Cold Climates
| 作者 | Zixiang Zhao · Jun Xu · Zhaohuan Liu · Zhongyue Zou · Xuesong Mei |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Informatics |
| 出版日期 | 2025年5月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 锂离子电池 可重构电池系统 自加热方法 交流加热 加热策略 |
语言:
中文摘要
在寒冷气候条件下,锂离子电池会出现显著的性能下降,如可用功率降低和生命周期缩短等问题。为解决这一问题,本文提出了一种基于可重构电池系统(RBS)的自加热方法。这种创新方法利用集成在RBS内的开关阵列,实现了快速升温且能量损耗低的自加热效果。此外,采用高频交流加热电流还可进一步减轻对电池的损害。本文提出了模块化三开关可重构拓扑结构,并设计了交流加热原理。同时,基于电池阻抗的频率相关特性,制定了加热策略以精确控制加热电流。实验结果证明了该方法具有高效的加热能力:电池能够在237秒内从 -30 °C加热到0 °C,仅消耗6.27%的标称容量,且在200次加热循环后电池容量衰减率仅为0.47%。
English Abstract
Lithium-ion batteries in cold climates suffer from significant performance degradation, such as reduced available power and life cycle deterioration. To address this problem, a reconfigurable battery system (RBS) based self-heating method is proposed in this article. This innovative approach leverages a switch array integrated within the RBS, achieving self-heating with a fast temperature rise and low energy loss. Additionally, employing ac heating current with high frequency further mitigates damage to the battery. The modularized three-switch reconfigurable topology is proposed, and the ac-heating principle is designed. Also, based on the frequency-dependent characteristics of the battery impedance, the heating strategy is developed to accurately control the heating current. The experimental results demonstrate the efficient heating capability: the battery can be heated from −30 °C to 0 °C within 237 s by consuming only 6.27% of nominal capacity, and the battery capacity fade rate is only 0.47% after 200 heating cycles.
S
SunView 深度解读
从阳光电源储能系统和新能源车载电源业务角度分析,这项基于可重构电池系统(RBS)的自加热技术具有显著的战略价值。该技术通过内置开关阵列实现电池自加热,在-30°C环境下237秒内升温至0°C,仅消耗6.27%标称容量,且200次加热循环后容量衰减率仅0.47%,这些性能指标对我司在寒冷地区的储能和车载应用具有重要意义。
对于储能业务而言,该技术可直接应用于我司户外储能柜和集装箱式储能系统。当前北方及高寒地区储能项目普遍面临冬季性能衰减问题,传统PTC加热方案能耗高、响应慢。RBS自加热方案通过高频交流电流加热,既提升了热效率,又显著降低了对电池的损伤,这与我司PowerTitan等大型储能产品的长寿命、高可靠性定位高度契合。
在技术集成层面,该方案的模块化三开关拓扑与我司现有BMS架构具有良好的兼容性。基于电池阻抗频率特性的精确电流控制策略,可与我司自主研发的智能热管理系统协同,形成更完整的温控解决方案。特别是对于新能源汽车配套业务,快速加热能力可有效解决电动车冬季续航衰减痛点。
技术挑战主要集中在开关阵列的成本控制和系统复杂度提升方面,需要在大规模量产中验证可靠性。但考虑到寒冷地区市场的刚性需求和技术带来的差异化竞争优势,建议将此技术纳入我司下一代储能产品和车载电源的预研计划,重点关注模块化设计与现有产品线的整合路径。