引言
從圖2 2019年上半年的新能源乘用車銷量可以看出，新能源汽車的主要應用區域位於長城以南，廣東省以北（含廣東省）。這些地區的全年溫度大多較為適宜，環境溫度不會過低，也不會過高；全國的其他區域的城市由於低溫或者高溫的原因不適宜於新能源汽車的應用。
動力電池系統作為電動汽車的動力源，動力電池系統的充放電性能直接決定電動汽車性能，如續駛裡程、安全、經濟性、環境適用性和駕駛體驗等。因此，探討環境溫度對動力電池系統充放電性能的影響具有重要的意義。
目前有關環境溫度對NCM動力電池系統的充放電性能研究仍然較少，主要集中在環境溫度對磷酸鐵鋰電芯的充放電性能的影響，電芯的低溫特性的研究。本文以車用鋰離子動力電池為研究對象，以3P81S動力電池系統為具體的試驗對象，從總電壓、溫升、溫差、容量能量等方向研究環境溫度對電池系統充放電性能的影響。
1實驗條件及方案
1.1實驗對象
本文的實驗對象為3並81串動力電池系統，如圖3所示；由273個36Ah鎳鈷錳(LiNiMnCo02)三元電芯組成，動力電池系統的部分參數和電芯規格參數見表1。
圖4為動力電池系統內部，其中1號模組是將25串電芯疊在一起豎立放置；2號模組和5號模組為3串累疊電芯組，4個累疊的3串電芯串聯並排放置構成3P12S,即該類模組中有8個電芯的最大表面未與電芯的表面疊靠；相較3P12S模組，3號模組和4號模組多了一組4串累疊的電芯組。該動力電池系統共16個溫度傳感器，其中1號模組(3P25S)有4個傳感器；其餘4個模組，每個模組3個溫度傳感器。
1.2實驗設備
動力電池測試系統（圖5)能滿足新能源汽車動力電池、電機臺架測試和模擬電源、充電機，並進行全系列工況的模擬測試。
輸入規格AC380V(-15%-+15%)50Hz土5Hz最大輸出電壓500V最大輸出電流200A最大輸出功率44kW峰值輸出電流1.5倍(300A<60s)峰值輸出功率1.2倍(52.SkW)30min電流檢測解析度20mA電壓檢測解析度20mV通信方式1路乙太網、2路CAN、2路RS485環境倉適用範圍：溫度(-20-60°C)；溼度(30%-95%RH)。1.3實驗方案
標準充電：0.SC(54A)充電至最高單體電壓4.15V轉恆壓充電（最高單體電壓維持4.15V電流降低）。
標準充電：lC(108A)放電至最低單體電壓3.0V。
測試l
放電測試：室溫下標準放電，環境適應後，進行標準充電，環境適應後，標準放電，測試工步見表2。
測試2
充電測試：室溫下標準放電，環境適應後，進行標準充電，環境適應，標準放電，測試工步見表3。
測試3
l)能量效率測試：由室溫下標準充電，25°C環境適應後，標準放電，25°C環境適應後，進行標準充電，25°C環境適應，標準放電。心室溫下標準充電，40°C環境適應後，標準放電，40°C環境適應後，進行標準充電，40°C環境適應，標準放電。＠室溫下標準充電，0°C環境適應後，標準放電，0°C環境適應後，進行標準充電，0°C環境適應，標準放電。
2)放電內阻測試：電池的能量表徵了電池在放電過程中的所能放出的電量，目前用得最多的容量能量計算表達式為：
式中，V為動力電池系統端電壓(V);I為動力電池系統充放電電流(A);C為動力電池系統充放電容量(A·h);E為動力電池系統充放電能量(kWh);t為充放電時間(h)。
2測試結果與分析
2.1環境溫度對放電性能的影響
2.1.1放電容量能量
在相同充電條件下，隨環境溫度的下降，動力電池系統放電能量與放電容量不斷降低（圖6)。這主要是由於充放電的截止電壓是固定的，而溫度會影響電池的充放電電壓。放電時，溫度越低，相同放電電流，放電電壓越小，達到放電截止電壓的時間更短，電池放出來的容量更少；同時由於放電電壓低，故放出來的電量更少。
在同一環境溫度下，放電倍率越高，放電容量越小；在相同倍率下，溫度約高，放電容量越大，如圖7所示。
圖7表徵了－20°C、-lOt、0°C三個環境溫度下不同串號電芯的放電能量，環境溫度越低，電芯的放電能量差異越大；在－20°C、-lOt、0°C三個環境溫度下，放電能力最小的電芯集中於1號和25號電芯，且1號電芯和25號電芯的放電能量基本一致，而2號～24號電芯的放電能量基本一致。在不同溫度下，其餘模組的電芯放電電量較低的點均在固定串號。－20°C、-lOt、0°C個串號電芯放電能量的大小具有一定的規律性。
圖8所示為動力電池系統內部，單電芯放電能量對比圖，可以看出處於中間的電芯放電能量較其他電芯放電能量要高。中間處電芯雙面都與電芯表面接觸，散熱不及時，電阻相對較小，電壓高；放電時間和電流相等，電壓越大，放電能量越大。電芯最大表面有一側與電芯接觸，另一側與模組固定支架接觸，熱量損失更快，電芯內部溫度降速更快，內阻更大，放電能量更低。1號模組的端面與金屬端板接觸，金屬端板的吸熱較模組支架吸熱快，導致1號模組端面電芯的放電能量較2~5號模組的表面電芯更小（圖9)。
2.1.2放電溫度變化
在－20°C環境下，放電產生的溫度分布如圖10所示，極端溫度發生於1號模組(3P25S)，且最低溫度位於1號模組的兩側；最高溫度位於1號模組的中部。
如圖11所示，在相同放電倍率、相同的放電截至條件下，隨放電初始溫度（環境溫度）的升高，動力電池系統放電溫升和溫差不斷降低，且放電的溫升與溫差基本同步。
如圖12所示相同溫度下，放電倍率越大，溫升和溫差也越大。
如圖13所示，在3P25S模組上，l、4號位置的溫度明顯低於2、3號位置的溫度；且其餘模組上溫差明顯小於3P25S模組。
如圖14所示，溫度越低，放電產生的溫度變化越劇烈，隨著動力電池系統內部溫度升高，溫度變化率也逐漸下降。
2.1.3放電電壓變化
如圖15所示，隨環境溫度（初始溫度）增加電池動態總電壓變大，且在低溫環境下，。在不同環境溫度（初始溫度）下動態總電壓差距更為明顯，環境溫度（初始溫度）在25°C以上，放電的動態總電壓基本一致；環境溫度（初始溫度）在25°C以下，隨環境溫度（初始溫度）放電的動態總電壓下降迅速。
如圖16所示，對內阻測試分析，電池系統內部溫度越低，內阻越大，放電時的動態總電壓越小。
如圖17所示，在不同溫度下，動力電池系統內部不同串號的電芯放電末端電壓呈現一定的規律性，1號和25號電芯的放電末端電壓最小，2~24號電芯放電末端電壓大小基本相同；隨著環境溫度升高，放電末端電壓的這種規律性逐漸消失，在環境溫度40°C下放電，電芯的放電末端電壓已經不會出現類似的規律。
2.2環境溫度對充電性能的影響
2.2.1充電容量
由圖18可知，在不同倍率下，隨環境溫度（初始溫度）升高，動力電池系統的充電能量和可充容量逐漸升高；且在10~25°C環境下，溫度對動力電池系統充電充電容量的影響較小。
2.2.2充電溫度
從圖19所示的測試數據中可以分析得到，隨環境溫度升高，動力電池系統充電溫升和溫差在降低；且隨著倍率增大，其對溫升和溫差的影響越大。
2.2.3充電電壓
由圖20 a－c隨溫度降低，隨著溫度降低，動力電池系統總電壓升高，特別在充電起始階段，由動力電池內部溫度與環境溫度一致，動力電池系統總電壓受環境溫度的變化最為明顯。隨著充電的進行，系統內部溫度升高，動力電池系統總電壓的差距越來越小。隨充放電倍率的增加，動力電池系統的整體偏離程度也不一樣，充電倍率越大，動力電池系統總電壓差異性越大。這種偏離程度體現在充滿電所需要消耗的能量上，越高的環境溫度，充滿電所需要的能量越大。
3能量效率測試
將電池在放電時放出的能鼠（即電池輸出能量）與電池在充電時消耗的能量（即充放電設備輸出能量）之比定義能量效率。反應了在一個充放電循環中動力電池系統自身損耗的能量多少，故經常用於測試電池在一個完整循環中的能量效率，其數值也可作為電池的一個性能指標。
本次測試是分別在0°C、25°C、40°C靜置後進行0.5C恆流充電至最高單體電壓4.15V,轉恆壓充電至充電電流變為O.lC;O°C、25°C、40°C下靜置至動力電池系統溫度與環境溫度一致，然後在對應環境溫度下進行lC恆流放電，測試結果見表3。隨初始溫度（環境溫度）升高，動力電池系統能量效率增大。
相同的充電條件(25°C環境溫度下，0.5C恆流充電至最高單體電壓4.15V,轉桓壓充電至充電電流變為0.lC),不同環境溫度(-20-40°C)下，進行lC放電。相對25°C能量效率可以等同於放電效率的特性，隨著環境溫度升高，放電效率提高（圖21)。
4結論
本文對鎳鈷錳三元梩離子動力電池系統進行不同環境溫度下的充放電實驗，並對分析研究環境溫度對鎳鈷錳三元梩離子動力電池系統充放電性能的影響。
l)環境溫度越低，相同倍率下電池系統釋放放電容量能量越低，溫升溫差也隨之升高；在低溫情況下，隨著放電內阻降低，放電電壓呈現先升後降；不同倍率下，相同的環境溫度，倍率越大，溫升、溫差也越大。
2)電芯的放電容量、電池系統內部溫升均會受到電芯與空氣接觸面積影響，在0°C環境情況下，與空氣接觸面積越大，電芯放電容量能量越小；電芯溫升也越小。
3)環境溫度越低，相同倍率下電池系統充電容量能量越高，溫升溫差也隨之升高；不同倍率下，相同的環境溫度，倍率越大，溫升、溫差也越大。隨初始溫度（環境溫度）升高，動力電池系統能量效率增大。