特斯拉为什么在快充前预热电池？
在 BMS 工程中，我们通常会尽量让电池保持在温和的温度，例如 25°C 左右，以减缓衰减。但快充需要考虑不同的权衡。在高倍率充电时，适当提高温度可以减少析锂，从而有助于减缓电池衰减。
下图展示了六次特斯拉快充过程中，充电前后的电池温度与电流变化。
从充电过程可以看出什么
红色曲线表示最高模组温度，橙色曲线表示以正负号区分电流方向的 C-rate，灰色虚线表示外界温度。C-rate 为正值时，电流流入电池。黄色阴影表示记录到的加热状态，紫色表示记录到的准备状态，蓝色表示直流充电阶段。红色水平点线对应右侧坐标轴的 2C，并不是温度目标值。
在 L4 中，直流充电开始前，最高模组温度从约 31.5°C 升至 41.5°C；在 N2 中，则从约 27°C 升至 35.5°C。这些温升时段与记录到的加热时段存在重合。由于温升发生在直流充电开始之前，因此不能用直流充电损耗产生的热量来解释。
充电开始后，电流迅速上升。在部分充电过程中，尤其是 N2 和 N3，随后电流逐渐下降，而电池温度仍在继续上升。电流峰值与温度峰值并不出现在同一时刻。因此，不能把充电开始后达到的较高温度视为开始充电前必须达到的温度。
为什么加热可以减缓衰减
在高倍率充电时，锂离子的传输以及嵌入石墨的反应速度可能成为限制因素。此时，部分锂可能来不及嵌入石墨，而是以金属形式沉积在负极表面。这种析锂现象可能造成不可逆的容量损失。
提高温度可以加快传输和反应速度，从而降低析锂风险。但更高的温度也会加速副反应。能否获益，取决于对温度和高温停留时间的共同控制。
Yang 等人通过高温快充与短时高温暴露相结合的实验，展示了这种权衡。他们的结果表明，这种方法能够改善快充循环寿命，同时限制长时间加热带来的衰减 [1]。该研究解释了其物理依据；本文的六次充电记录展示的是充电行为，并非对全寿命衰减的直接测量。
从电芯研究到整车控制
将这一思路用在量产车上并不容易。电芯供应商与整车厂需要就温度限制和寿命要求达成一致，车辆还必须协调加热、充电电流与冷却。
特斯拉在 2012 年提交的一项专利申请中，描述了在快充前提高电池温度以减缓衰减的方法 [2]。随后，特斯拉于 2019 年 3 月宣布推出根据导航目的地提前预热电池的超级充电功能 [3]。
这些充电过程说明，插枪前的阶段同样重要。在充电桩开始供电之前，电池温度就已经在变化；随着充电电流上升和回落，温度仍会继续变化。要理解快充，就需要把这一完整过程放在一起看。
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参考文献
[1] X.-G. Yang et al., “Asymmetric temperature modulation for extreme fast charging of lithium-ion batteries,” Joule, vol. 3, no. 12, pp. 3002–3019, 2019. doi:10.1016/j.joule.2019.09.021.
[2] C. Dangler, S. G. Stewart, and C. H. Kishiyama, “Fast charge mode for extended trip,” 美国专利 9,728,990 B2，2012 年 10 月 31 日申请，2017 年 8 月 8 日授权。专利全文。
[3] Tesla, “Introducing V3 Supercharging,” 2019 年 3 月 6 日。特斯拉公告。
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