比亚迪的脉冲自加热是什么“黑科技”？

2024年5月10日晚7点，比亚迪发布了海狮07EV车型，搭载全新e平台3.0 Evo，续航分550和610公里，价格在18.98万到23.98万之间。

发布会中引起笔者关注的是比亚迪提出的“首个全场景智能脉冲自加热技术”，这项技术可以在充电、驻车和行车过程中对电池包进行加热，提高整车在寒冷天气的动力表现。

那么什么是脉冲自加热呢？

为了回答这个问题，笔者找到了比亚迪在2022年申请的一篇相关专利，其中描述了电池自加热的简易电路图（如下）。

这个电路是如何工作的呢？

专利中介绍：“该电池自加热电路包括功率模块、加热控制开关、第一电池组、第二电池组以及绕组，所述功率模块的第一端依次通过所述绕组、所述加热控制开关与所述第一电池组的正极连接；所述功率模块的第二端与所述第二电池组的正极连接；所述功率模块的第三端分别与所述第一电池组的负极和第二电池组的负极连接；所述功率模块用于在所述加热控制开关闭合时，使所述第一电池组、所述绕组以及所述第二电池组之间形成震荡电流，以对所述第一电池组和所述第二电池组进行加热。本专利能够降低加热成本，提升加热效率。”上文所说的电池自加热电路可以包括4个时序，具体每个时序的工作过程如下：

时序1：三相桥臂的上管关断，下管导通，此时，电流的流向可以如图6所示，其中，下图中箭头所指方向即电流的流向，第一电池组13的正极提供充电电流，充电电流经过加热控制开关12给三相绕组充电，使三相绕组储能，三相绕组的储能电流再通过桥臂的下管流回第一电池组13的负极。

时序2：桥臂的上管导通，下管关断，此时，电流的流向可以如下图所示，第一电池组13、加热控制开关12、三相绕组、三相桥臂、第二电池组14形成回路，此时，第一电池组13和三相绕组共同给第二电池组14充电。

时序3：桥臂的上管导通，下管关断，此时，电流的流向可以如下图所示，第一电池组13、加热控制开关12、三相绕组、三相桥臂、第二电池组14形成回路，此时，第二电池组14放电来给三相绕组和第一电池组13充能。其中，时序2到时序3的转换，可以通过控制三相桥臂的上管的开通时长的实现，例如在时序2的时候，可以控制上管开通的时长小于或等于第一时长阈值，以保证上管的开通时长较短，第一时长阈值可以为0；在时序3的时候，可以控制上管开通的时长大于或等于第二时长阈值，以保证上管开通时长较长。

时序4：三相桥臂的上管关断，下管导通，此时，电流的流向可以如下图所示，第一电池组13、加热控制开关12、三相绕组、三相桥臂可以形成回路，三相绕组可以将储存的能量释放给第一电池组13。

这里的三相绕组和开关对应含有IGBT（绝缘栅双极晶体管）的整车电机，在比亚迪全新一代电驱系统的加持下，可以对电机进行更精细化的控制，从而实现电池和电驱之间的能量管理。

但是为什么要用脉冲电流而不是直流加热电池呢？

这就需要搞清楚电池自加热的原理。为此，笔者查阅到如下一篇文献，帮助大家更好地理解。

这篇文章提出了一种用于锂离子电池内加热的多级交流电策略。首先考察了交流频率和振幅的影响。还进行了不同温度和频率下的电化学阻抗谱(EIS)测试，获得了电池阻抗谱，用于推导不同温度下的最大允许电流幅值。基于EIS测试数据，提出了等效电路模型，并对其进行了参数化。文章研究了不同时间持续时间的影响。结果表明，所提出的电池加热策略可以在不到5分钟的时间内将被测电池从-20°C加热到0°C以上，而不会对电池健康产生负面影响，并且小的电流持续时间有利于减少加热时间。

当交流电通过电池时，电池内部会发生什么变化呢？

下图展示了采用等效电路模型(ECM)对交流加热过程的产热进行了预测。

为了参数简化的ECM，在-20°C至0°C的温度范围内，以2°C的间隔进行了EIS测试，频率范围为0.1至10k Hz。试验结果下图所示。

基于EIS数据集，采用ZView软件进行模型参数拟合。不同模型参数的拟合结果如下图所示。在电池加热过程中，最好能根据电池的实时温度调节交流电，既能优化电池加热性能，又能防止析锂。因此，确定不同温度下准确的交流电流幅值是至关重要的。

值得注意的是，不同温度下的模型参数是现成的。然后，热生成率可由下式导出，其中Im为AC的振幅。

电池加热的最大允许电流与频率和温度有很强的耦合关系，如下图所示，一般随着频率和温度的增加而增加。在给定频率下，在高温范围内(如-2°C和0°C之间)相邻两个采样温度之间的最大允许电流增量小于低温范围内(如-20°C和-18°C之间)。还观察到，当电流频率超过100 Hz时，频率对最大允许电流的影响变得非常有限。与电流频率相比，电流幅值对电池发热性能的影响更为显著。根据测得的不同温度下的阻抗谱，推导出不同温度和频率下的最大允许电流和相应的加热功率，如图所示。

可以看出，在100hz频率下，最大允许交流电与温度呈线性关系。近似地用一个线性函数来描述这种现象，如下式所示，其中Y表示最大允许交流电，X表示温度。

选择定步电流持续时间作为控制变量，考察其对电池加热性能的影响。在本研究中，分别使用了1秒、2秒、4秒和6秒。值得注意的是，电池厂家规定的最大充放电电流速率为4℃，相当于最大电流幅值为11.2 A。因此，当所需电流超过该阈值时，交流保持在11.2 A。如下图所示，用图来说明所提出的多级交流电加热策略的流程图。

不同时间段的温度演变如下图所示。可以看出，加热时间随着加热电流持续时间的减小而减小，电流持续时间为6 s时的加热时间是电流持续时间为1 s时的1.9倍。此外，每个电流持续时间的拟合曲线用于描述基于测试中施加的加热电流的电流增加的斜坡。电流增加坡道大意味着平均加热电流高，有利于高产热率和更好的加热效果。因此，合理建议电流持续时间应尽可能小，以缩短加热时间。

以上就是笔者对于比亚迪脉冲自加热技术的一些探究，希望可以帮助大家了解其中的一些原理。

小明来电⚡为你充电，我们下期再见，拜拜~