冬天里，電動(dòng)汽車性能下降。前文書說(shuō)到，給電動(dòng)汽車預(yù)熱，是提高續(xù)航里程，保護(hù)電池壽命的好辦法。那么，電動(dòng)汽車是怎樣做預(yù)熱的，有哪些加熱方式，具體怎么實(shí)施的，這里一并匯總。

電動(dòng)汽車的預(yù)熱，指在發(fā)動(dòng)汽車以前，利用充電機(jī)提供的外部電源，用各種加熱手段給動(dòng)力電池加熱，使它達(dá)到最佳放電工作溫度以后，再發(fā)動(dòng)汽車或者開始充電。

PTC預(yù)熱系統(tǒng)

PTC，PositiveTemperatureCoefficient的縮寫，翻譯過(guò)來(lái)就是正溫度系數(shù)熱敏電阻，一種溫度敏感性半導(dǎo)體器件，當(dāng)溫度超過(guò)某一個(gè)值以后，電阻隨著自身溫度的升高而增大。在加熱系統(tǒng)中，作為發(fā)熱元件使用。

在電池包內(nèi)部，按照系統(tǒng)熱負(fù)荷計(jì)算需要的PTC總體數(shù)量。用DCDC提供12V電源，在預(yù)熱階段，DCDC的輸入端連接車輛以外的電源，比如民用交流電；如果車輛行駛過(guò)程中需要加熱，則DCDC的輸入切換成動(dòng)力電池。預(yù)熱和行駛過(guò)程中加熱，都由電池管理系統(tǒng)BMS總體控制加熱過(guò)程。溫度傳感器檢測(cè)電池溫度，通過(guò)CAN總線將溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給BMS。BMS根據(jù)設(shè)計(jì)人員預(yù)先設(shè)定的預(yù)熱或者加熱控制策略，管理加熱過(guò)程，達(dá)到預(yù)定溫度后，切斷加熱電路。

有研究具體介紹了BMS與充電機(jī)配合，進(jìn)行預(yù)熱的邏輯過(guò)程。充電槍物理連接完成以后，充電機(jī)向BMS發(fā)送握手CAN報(bào)文；BMS檢測(cè)電池狀態(tài)，如果電池溫度低于設(shè)定的預(yù)熱閾值，則進(jìn)入預(yù)熱模式，BMS閉合預(yù)熱回路。由充電機(jī)提供電源給DCDC，DCDC將電能轉(zhuǎn)換成12V直流電，給PTC供電，加熱電池組。此時(shí)的電池組主回路為斷開狀態(tài)，只有電池管理系統(tǒng)在工作。當(dāng)加熱溫度超過(guò)預(yù)設(shè)的電池正常工作溫度以后，BMS收到溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)，判斷加熱過(guò)程可以借書。接著，檢測(cè)電池電量，如果低于一個(gè)預(yù)設(shè)值，則系統(tǒng)切換至充電狀態(tài)，充電機(jī)給動(dòng)力電池充電，后續(xù)充電過(guò)程和充電結(jié)束程序與正常充電一致，不再贅述；如果電量高于充電預(yù)設(shè)閾值，則結(jié)束加熱過(guò)程，切斷充電機(jī)與動(dòng)力電池的聯(lián)系。完成預(yù)熱過(guò)程后，汽車可以進(jìn)入起動(dòng)模式，開始自檢等一系列起動(dòng)程序。

電熱膜預(yù)熱系統(tǒng)

電熱膜加熱，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上與PTC不同，但本質(zhì)上都是利用電熱器件發(fā)熱，提高電池溫度。

電熱膜的加熱功率依靠加載的電壓調(diào)節(jié)，如果條件允許，電熱膜加熱功率范圍比較寬，可以實(shí)現(xiàn)大范圍調(diào)節(jié)。但需要配備可調(diào)節(jié)電壓范圍的電源。

電熱膜可以串聯(lián)供電也可以并聯(lián)供電。串聯(lián)情形下，單片電熱膜的端電壓與內(nèi)阻成正比，當(dāng)內(nèi)阻出現(xiàn)較大差異時(shí)，電熱膜的加熱功率也會(huì)出現(xiàn)很大不同，不同位置電芯的溫升速率出現(xiàn)差異。如果按照等功率的設(shè)定布置電熱膜的位置，電熱膜的內(nèi)阻均勻一致性需要考慮。

電熱膜并聯(lián)，則每一篇電熱膜需要一組電源線，連接至電源，線路比較復(fù)雜一些。但優(yōu)點(diǎn)是，電熱膜發(fā)熱功率差異性小，且加熱功率調(diào)節(jié)范圍寬。

使用電熱膜的管理策略，與PTC沒有特別大的不同，這里不再贅述。

液冷預(yù)熱系統(tǒng)

這里用液冷系統(tǒng)這個(gè)名字，想聊的卻是它的加熱能力。液冷系統(tǒng)是針對(duì)動(dòng)力電池包整體熱管理需求設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，夏季冷卻，冬季加熱，是個(gè)全能型選手。

液冷系統(tǒng)主要包括液冷散熱器，冷卻液循環(huán)管路、熱交換系統(tǒng)和液體循環(huán)動(dòng)力幾個(gè)部分組成。熱量從熱交換系統(tǒng)經(jīng)過(guò)循環(huán)管路通過(guò)散熱器傳遞給動(dòng)力電池。

利用充電機(jī)給液冷系統(tǒng)加熱，由于冷卻系統(tǒng)本身的復(fù)雜性，使得液冷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)熱，也比PTC預(yù)熱系統(tǒng)要復(fù)雜。加熱過(guò)程需要考慮給冷卻液和電池兩個(gè)部分加熱，因而除了加熱過(guò)程的控制，還有液體循環(huán)系統(tǒng)的控制配合。如果液體循環(huán)系統(tǒng)的控制權(quán)限在整車控制器而不是在電池管理系統(tǒng)BMS，則交互過(guò)程需要充電機(jī)、整車控制器和BMS三方共同參與完成。

液冷系統(tǒng)預(yù)熱，復(fù)雜性比較高，但完成預(yù)熱以后，效果也會(huì)保持的更為持久。因?yàn)槠渌麕追N形式，預(yù)熱只是加熱了電池和周邊的結(jié)構(gòu)器件，熱容量比較?。欢豪湎到y(tǒng)預(yù)熱，同時(shí)還加熱了冷卻液。在預(yù)熱完成以后，冷卻液可以停止循環(huán)，作為一個(gè)具有大的熱容量的保溫系統(tǒng)，一般地區(qū)，電池箱體不需要保溫層，也能確保電動(dòng)汽車起動(dòng)后，全程正常工作而無(wú)需再使用動(dòng)力電池作為電源加熱。因此，對(duì)于具有液冷系統(tǒng)的電池包，預(yù)熱提高里程的效果是最明顯的。

相變材料預(yù)熱系統(tǒng)

相變材料，PCM，PhaseChangeMaterial的縮寫。相變材料冷卻技術(shù)，是利用材料的相變潛熱，維持系統(tǒng)環(huán)境保持在恒定溫度范圍不變。應(yīng)用較多的相變材料有石蠟-膨脹石墨。相變材料的作用過(guò)程，有下面一個(gè)曲線圖可以比較清晰的展示出來(lái)。

相變材料的具體應(yīng)用形式，可以將相變材料填充在導(dǎo)熱良好的殼體里面，也可以將電池直接浸泡在絕緣性能良好的相變材料中，直接接觸吸熱。

由于相變材料加熱，本身的潛熱是受到體積和潛熱容量限制的，因此，一般相變材料都與其他熱管理手段聯(lián)合使用。比如與風(fēng)冷結(jié)合，讓空氣流動(dòng)帶來(lái)外部加熱器的熱量；與熱管結(jié)合使用，通過(guò)熱管的作用，將外部熱量傳遞到電池包內(nèi)部。

相變材料具有較大的熱容量，在預(yù)熱完成以后，大量的潛熱保存在材料當(dāng)中，起到系統(tǒng)保溫恒溫的作用。

熱管預(yù)熱系統(tǒng)

熱管，一個(gè)全封閉的空間內(nèi)，毛細(xì)作用驅(qū)動(dòng)液體運(yùn)動(dòng)、溫差驅(qū)動(dòng)蒸汽流動(dòng)的高效率傳熱器件。冷卻介質(zhì)在高溫區(qū)域氣化，在低溫區(qū)域冷凝。通過(guò)物態(tài)變化，將熱量從高溫部分傳遞至低溫部分。

微型熱管，顧名思義，尺寸極小的熱管，截面尺寸在微米量級(jí)，長(zhǎng)度一般幾個(gè)厘米。工作原理與普通熱管相似，但是內(nèi)部無(wú)吸液芯，通道截面帶有尖角，冷凝液體主要依靠尖角毛細(xì)作用回流。

總之，可以說(shuō)，熱管不是一個(gè)熱量存儲(chǔ)裝置，而是一個(gè)高效率的熱量傳遞裝置。熱管在加熱系統(tǒng)中的應(yīng)用，一定需要其他類型熱管理裝置的配合。比如，在電池包外部有發(fā)熱裝置，在電池包內(nèi)部，有與動(dòng)力電池進(jìn)行熱量傳遞的散熱器等。熱管和散熱器設(shè)計(jì)安裝完成以后，就可以自行工作，但發(fā)熱元件需要管理系統(tǒng)的支配，配合充電機(jī)一起工作。

交流預(yù)熱系統(tǒng)

交流加熱系統(tǒng)，是結(jié)構(gòu)形式上最簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，不需要額外配置傳熱元件，而是利用一定頻率范圍的小幅值交流電直接作用于電芯正負(fù)極，以短周期少量充放電的形式，激勵(lì)電池內(nèi)部電化學(xué)物質(zhì)自身發(fā)熱。因此，交流加熱系統(tǒng)，需要一個(gè)調(diào)頻調(diào)壓的整流逆變電源，以及與之配合的BMS電池管理預(yù)熱策略，交互過(guò)程與PTC預(yù)熱過(guò)程類似，需要增加一個(gè)變頻電源控制器，交互過(guò)程中需要BMS、變頻電源控制器和充電機(jī)三方參與，過(guò)程由BMS主導(dǎo)。

交流加熱優(yōu)勢(shì)很明顯，就是結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，并且加熱均勻，效率高。但針對(duì)該加熱方式對(duì)于電池壽命是否存在明顯損害的研究，還沒有看到明確的結(jié)論。