低温环境的锂离子储能电池系统怎么设计？低温储能电池PACK选型与热管理指南

低温环境的锂离子储能电池系统怎么设计？低温储能电池PACK选型与热管理指南

低温环境的锂离子储能电池系统，是面向寒冷地区、冷库、户外能源设备、高海拔环境、极地设备以及冬季低温场景开发的储能电池系统。

与常温环境相比，低温会对锂离子电池的：

内阻、可用容量、充放电功率、充电能力以及系统效率

产生影响。

尤其需要注意：

低温放电

与：

低温充电

并不是同一个问题。

很多锂离子电池在低温状态下仍然可以进行一定程度的放电，但低温充电通常需要更加严格的控制。若在不适合的低温条件下直接进行充电，可能造成电芯性能下降甚至带来安全风险。

因此，低温储能电池系统不能简单理解成：

“普通锂电池加一层保温棉”。

真正的低温储能PACK，需要从：

电芯 + BMS + 加热系统 + 保温结构 + 热管理 + 充电策略 + 箱体设计

进行整体设计。

目前中国电力储能领域的现行标准包括：

GB/T 36276-2023《电力储能用锂离子电池》

该标准于2023年12月28日发布，2024年7月1日起实施，并替代GB/T 36276-2018。

电力储能BMS方面，目前现行的是：

GB/T 34131-2023《电力储能用电池管理系统》

于2023年10月1日起实施，替代GB/T 34131-2017。

因此，企业开发低温环境储能电池时，需要在通用储能标准基础上，再结合具体：

最低工作温度 + 低温充放电策略 + 热管理方案 + 项目技术协议

进行设计。

一、什么是低温环境的锂离子储能电池系统？

低温储能电池系统，是指能够在规定低温环境下完成：

储能

放电

以及在规定条件下：

充电

运行的锂离子电池系统。

典型系统结构包括：

锂离子电芯

↓

电池模组/PACK

↓

BMS

↓

加热与温度控制

↓

PCS/逆变器

↓

储能负载

如果环境温度较低，BMS会根据：

电芯温度

SOC

以及：

充电状态

决定是否允许充电、放电或者启动加热。

因此低温储能电池并不是单纯提高电芯容量，而是需要建立：

温度感知 + 热管理 + 电池管理

的完整系统。

二、哪些场景需要低温锂离子储能电池？

低温储能电池的应用场景比较广。

因此企业在采购低温储能电池时，首先需要明确：

最低环境温度是多少？

而不是简单提出：

“我要宽温锂电池。”

三、低温对锂离子电池有什么影响？

温度下降以后，锂离子电池内部的：

电化学反应动力学

会变慢。

同时电芯内阻通常会上升，从而导致：

输出电压下降

功率能力下降

可用容量减少

以及：

充放电效率降低。

例如同一套电池，在：

25℃

和：

-20℃

环境下，其实际输出能力可能存在明显差异。

因此低温电池的额定容量不能脱离：

温度条件

进行理解。

企业在采购低温储能电池时，最好要求厂家提供：

不同温度下的容量测试数据

以及：

不同温度下的充放电电流和功率范围。

四、低温放电和低温充电有什么区别？

这是低温锂电池最重要的问题之一。

低温放电

低温情况下，电池通常会出现：

内阻增加

电压下降

功率下降

等现象。

例如：

设备需要：

100A

电流。

在常温下电池可以正常提供，但在低温下，BMS可能根据：

电芯温度

和：

电压状态

主动限制最大放电电流。

低温充电

低温充电需要更加谨慎。

当锂电池温度较低时，直接采用较大电流充电可能产生不利的电化学过程。

因此低温储能系统通常需要采用：

禁止低温充电

或者：

限制充电电流

以及：

先加热、后充电

的控制策略。

所以：

“电池可以在-20℃放电”并不等于“电池可以在-20℃直接快充”。

这是低温电池采购时非常重要的一点。

五、低温锂离子储能电池最低可以工作到多少度？

这个问题不能用一个统一温度回答。

市场上常见的项目可能提出：

-10℃

-20℃

-30℃

甚至：

-40℃

等不同低温要求。

但是必须明确：

放电温度

充电温度

以及：

存储温度

三个指标。

例如某一套电池可能规定：

-30℃允许放电

但：

-10℃以下禁止直接充电。

也可能采用：

-30℃环境中先加热电芯，再恢复充电。

因此“最低工作温度”这一句话本身并不足以判断电池能力。

采购时应要求厂家分别说明：

六、低温储能电池应该选择什么电芯？

低温电池设计首先要进行电芯选型。

常规思路需要重点关注：

低温内阻

低温容量保持率

低温倍率能力

低温充电能力

以及：

循环寿命。

不能只看电芯常温：

Ah容量。

例如两个都是：

100Ah

的电芯，一个在：

-20℃

能够保持较好的放电能力，另一个低温内阻明显上升，那么两者用于低温储能系统的实际表现就可能不同。

因此低温项目建议要求供应商提供：

低温容量曲线

低温放电曲线

低温内阻数据

以及：

充电温度限制。

七、低温环境的锂离子储能电池可以采用磷酸铁锂吗？

可以，但需要根据具体低温工况进行评估。

磷酸铁锂可以用于大量储能场景。

其优势主要体现在：

循环寿命

安全性设计

以及：

成本和系统成熟度。

但是采用磷酸铁锂并不代表天然具备：

-20℃

-30℃

或：

-40℃

直接充放电能力。

低温性能仍然取决于：

具体电芯型号

电解液体系

电芯设计

以及：

PACK热管理。

因此低温储能项目不能只要求：

“磷酸铁锂电池”。

而应该明确：

磷酸铁锂 + 具体最低放电温度 + 最低充电温度 + 加热方案。

八、低温储能电池需要加热系统吗？

很多低温项目需要。

常见加热方式包括：

电热膜

加热片

PTC加热

以及：

液体循环加热。

对于中小容量PACK，可以采用：

电热膜/加热片

等比较简单的方案。

对于大型储能PACK，则可能采用：

液冷/液热一体化系统。

其基本逻辑是：

低温启动

↓

BMS检测电芯温度

↓

禁止或限制充电

↓

开启加热

↓

电芯达到允许温度

↓

恢复正常充电

这种方式能够避免直接在低温状态下进行不合适的充电。

九、低温储能电池保温怎么设计？

加热并不意味着一直不停加热。

如果PACK保温结构做得不好：

加热功率很快就会散失到环境中。

因此低温PACK通常需要综合考虑：

保温层

箱体结构

加热器

温度传感器

以及：

热量分布。

例如：

电芯 → 导热结构 → 加热层 → 保温层 → 电池箱体

可以形成一个相对完整的热管理路径。

如果电池箱保温性能较好，可以：

减少加热能耗

以及：

缩短升温时间。

对于长期低温运行储能系统，这一点非常重要。

十、低温储能电池BMS需要什么功能？

低温储能系统对BMS的要求明显高于普通常温电池。

除常规功能外，还需要重点管理：

电芯温度

环境温度

加热状态

充电允许状态

以及：

低温降额。

基础功能包括：

单体电压

总电压

电流

SOC

SOH

以及：

温度监测。

BMS需要根据温度状态完成：

充电禁止

充电限流

放电限流

启动加热

以及：

故障报警。

对于大型储能系统，目前可参考现行的：

GB/T 34131-2023《电力储能用电池管理系统》

该标准已替代GB/T 34131-2017。

十一、低温储能系统的SOC为什么容易出现偏差？

温度变化会影响：

电芯电压

内阻

以及：

实际可用容量。

如果BMS只按照常温模型估算SOC，进入低温环境后可能出现：

显示还有30%

但实际可释放能量已经明显下降。

因此低温储能系统中的SOC算法需要结合：

温度

电流

电压

以及：

电芯模型

进行校正。

大型项目还需要考虑：

低温SOC修正

容量衰减

以及：

长期运行数据校准。

因此企业采购低温储能PACK时，可以询问：

BMS是否支持温度补偿SOC算法。

十二、低温储能电池需要液冷液热系统吗？

不一定。

是否采用液冷/液热，主要取决于：

电池规模

充放电倍率

环境温度

持续功率

以及：

热管理目标。

小型：

12V/24V/48V

低功率储能PACK可能采用：

自然散热 + 电热膜

即可。

而大型：

100kWh

500kWh

甚至：

MWh级储能系统

则需要进一步评估：

液冷

液热

以及：

液冷液热一体化系统。

大型系统如果冬季既需要加热、夏季又需要散热，可以采用：

双向热管理架构。

这比单独安装一个加热器更加系统。

十三、低温储能电池的箱体结构需要注意什么？

低温环境可能伴随：

冰冻

结露

温差变化

以及：

湿气。

因此PACK箱体设计需要关注：

密封

保温

防凝露

防水

以及：

结构强度。

尤其在：

白天温度升高

和：

夜间温度降低

的循环环境中，箱体内部可能产生：

冷凝水。

这可能影响：

连接器

BMS PCB

高压部件

以及：

绝缘性能。

因此低温储能电池不能只做“保温”，还需要考虑：

密封与湿气管理。

十四、低温环境下储能电池的充电功率怎么设计？

低温条件下，充电功率不宜简单按照常温参数复制。

例如：

某PACK常温允许：

1C充电

但低温状态下可能需要：

降到0.2C

或者：

0C禁止充电。

具体数值必须根据电芯规格和BMS策略确定。

因此低温储能系统可以设计：

温度分区充电策略。

例如：

这种设计能够让：

电芯温度

直接参与：

充电功率控制。

十五、低温储能系统需要做哪些测试？

低温储能系统不能只做：

一次低温放电测试。

完整验证通常需要覆盖多个方向。

电性能测试

容量

充放电

低温放电

低温充电

倍率

热管理测试

加热时间

温升

温差

加热功耗

BMS测试

低温保护

充电限流

加热控制

温度采集

以及：

故障报警。

环境测试

高低温

温度循环

湿热

以及根据设备场景确定的：

防护测试。

系统测试

PCS联动

通信

SOC

故障切换

以及：

长期运行。

GB/T 36276-2023目前是我国电力储能用锂离子电池的现行国家推荐性标准，可作为相关储能电池产品研发与测试体系的重要依据之一。

但对于特定低温项目，具体低温温度点、保持时间、充放电倍率和判定条件仍应结合产品规格和项目技术协议确定。

十六、低温储能电池有哪些典型方案？

可以根据设备规模选择不同技术路线。

实际方案不应该只根据：

“最低-40℃”

确定。

还需要考虑：

电池容量

充放电功率

加热功率

加热时间

以及：

系统能耗。

十七、低温环境的锂离子储能电池采购参数表

企业采购低温储能锂电池时，建议向厂家提供：

其中必须特别要求厂家明确：

最低充电温度

而不是只看：

最低放电温度。

十八、低温环境的锂离子储能电池如何选择厂家？

企业采购低温储能PACK时，可以重点考察：

电芯选型能力

是否有低温项目经验，能否提供：

低温容量

低温倍率

以及：

充电温度范围。

BMS能力

是否支持：

温度分区

低温限流

加热控制

以及：

SOC温度补偿。

热管理能力

是否能够进行：

热仿真

温升分析

加热功率计算

以及：

温差控制。

PACK结构能力

是否能够设计：

保温层

防凝露

防水

以及：

户外箱体。

测试能力

是否能够完成：

低温充放电

温度循环

加热验证

BMS联动

以及：

系统级测试。

对于储能应用，现行GB/T 36276-2023及GB/T 34131-2023分别覆盖电力储能用锂离子电池和电池管理系统相关要求，可以作为企业建立供应商技术审核体系的重要参考。

十九、浩博电池可以定制低温锂离子储能电池系统吗？

低温储能电池属于特殊环境下的定制化PACK产品，需要同时考虑：

电芯

BMS

热管理

保温

箱体

以及：

充放电策略。

浩博电池可围绕：

户外储能设备

通信基站

工业储能

低温监测设备

无人设备

以及：

特殊环境储能系统

进行锂电池PACK方案设计。

根据具体项目，可以采用：

磷酸铁锂或三元锂电芯

并结合实际低温要求配置：

BMS

电热膜

PTC加热

保温结构

低温充电控制

以及：

CAN/RS485通信。

如果项目属于较大容量储能系统，还可以根据：

持续功率

充放电倍率

环境温度

以及：

温差要求

进一步评估：

液冷液热一体化方案。

东莞市浩博光电科技有限公司可根据具体设备的：

电压、容量、功率、最低充放电温度、工作时间、安装空间和环境条件

进行定制化PACK开发。

对于低温项目，建议在项目初期明确：

最低放电温度 + 最低充电温度 + 加热方式 + 预热时间 + 低温充放电倍率。

最终电芯型号、BMS策略、热管理参数及测试条件，以具体项目技术要求、产品规格和实际验证结果为准。

FAQ：低温环境锂离子储能电池系统常见问题

1. 低温会影响锂电池容量吗？

会。低温可能导致内阻上升、输出能力下降以及可用容量减少，实际程度取决于具体电芯和温度条件。

2. 锂电池可以在-20℃使用吗？

需要区分放电和充电。部分电池可以在-20℃条件下放电，但能否直接充电需要根据电芯规格和BMS策略确定。

3. 低温锂电池最重要的是最低多少度？

不能只看一个温度。应分别确认最低放电温度、最低充电温度和最低存储温度。

4. 低温储能电池一定需要加热吗？

不一定。是否需要加热取决于最低温度、充电要求、放电功率和电芯低温性能。

5. 低温充电为什么比低温放电更严格？

低温状态下电芯的电化学反应能力下降，直接进行不适当的充电可能产生不利的电化学过程，因此通常需要更加严格的温度控制和充电限流。

6. 低温储能电池可以使用磷酸铁锂吗？

可以，但需要选择适合低温工况的具体电芯，并结合加热、保温和BMS控制方案进行系统设计。

7. 低温储能电池需要BMS吗？

需要。BMS需要对电压、电流、温度、SOC、SOH以及低温充放电条件进行管理。

8. 低温储能电池可以做到-40℃吗？

可以针对部分项目进行-40℃级方案设计，但必须明确这是指放电、充电还是存储，以及是否采用加热和预热系统。

9. 低温储能电池需要液冷吗？

不一定。中小型PACK可能采用保温加热方案，大型高功率储能系统则可以评估液冷液热一体化方案。

10. 低温储能电池应该怎么选厂家？

重点查看电芯低温性能、BMS开发能力、加热和热管理能力、PACK结构、防护能力以及低温测试验证能力，而不能只比较电池容量和价格。

总结

低温环境的锂离子储能电池系统，核心不是简单使用一款“耐低温电芯”，而是建立从电芯到PACK再到BMS和热管理的完整低温运行体系。

低温环境下需要重点关注：

内阻上升

容量下降

功率下降

以及：

低温充电限制。

其中最容易被忽略的是：

最低放电温度和最低充电温度并不一定相同。

所以企业不能只提出：

“我要-30℃电池。”

而应该明确：

-30℃是放电要求，还是充电要求？

以及：

是否允许预热？

对于低温储能系统，常见技术路线包括：

保温 + 电热膜

PTC加热

风冷 + 加热

以及：

液冷液热一体化。

小型低功率PACK可以采用较简单的保温加热结构，大型高功率储能系统则需要综合考虑：

加热功率

温差

热效率

以及：

长期运行能耗。

在标准方面，目前中国电力储能用锂离子电池可以重点关注：

GB/T 36276-2023《电力储能用锂离子电池》

，该标准自2024年7月1日起实施，目前处于现行状态。

储能BMS则可以关注：

GB/T 34131-2023《电力储能用电池管理系统》

，目前同样为现行标准。

不过，通用标准不能替代项目本身的低温技术要求。

实际低温储能项目仍需要明确：

最低放电温度 + 最低充电温度 + 存储温度 + 充放电倍率 + 加热方式 + 预热时间 + 工作功率。

在此基础上，再确定：

电芯体系 + 串并联结构 + BMS + 热管理 + 保温结构 + PACK箱体。

浩博电池可围绕户外储能、工业储能、通信电源、低温监测设备及特殊环境储能设备进行低温锂离子电池PACK方案设计。东莞市浩博光电科技有限公司可根据具体项目的电压、容量、功率、低温工况、BMS、加热、保温及防护要求进行定制开发，最终产品参数、测试条件和适用标准以具体项目技术要求及实际验证结果为准。