電動汽車交流充電效率影響要素分析

陽斌，趙久志，吳睿龍，王春，李朋偉，劉平，宋軍

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

新能源汽車

電動汽車交流充電效率影響要素分析

陽斌，趙久志，吳睿龍，王春，李朋偉，劉平，宋軍

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章從電動汽車交流充電效率定義出發，研究影響充電效率的關鍵要素。通過分析交流充電模型，配合試驗數據結論，得出高效的車載充電機效率、合適的充電溫度和科學的充電控制策略是電動汽車充電效率的關鍵影響要素。

電動汽車；交流充電；充電效率；影響要素

CLC NO.:U469.72+2 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)13-164-02

引言

隨著電動汽車保有量的進一步提升，電動汽車逐漸普及并被人們所接受。當前電動汽車充電系統研究方向主要集中在車載充電機技術、無線充電技術和電網波動控制技術等相關方面。而對充電效率的研究缺失。本文基于電動汽車充電系統，對比分析充電效率，研究提高充電效率的方法。

1 電動汽車充電系統

1.1 充電系統

充電：將交流或直流電網（電源）調整為校準的電壓/電流，為電動汽車動力電池提供電能，也可額外地為車載電氣設備供電；

電動汽車充電系統：包括電動汽車供電設備和滿足車輛充電相關功能的系統[1]；

圖1 交流充電模型

1.2 充電效率

車輛充電效率是充入車輛電池內部存儲的化學能與供電電網消耗的電能的比值。即充電效率=充電能量/電網能耗。其數學模型為：

其中，Pout是供電電網消耗的電能；Pin是電池內部存儲的化學能；

η1、η2...ηn為影響充電效率各因素自身的效率。

2 充電效率影響要素分析

2.1 車載充電機對充電效率的影響分析

車載充電機的作用為將電網220V交流電壓轉變為電池包所需的直流電壓，并輸出至電池包。車載充電機工作時，其自身二級整流或多級整流過程中各元器件產生的熱量將降低電動汽車的充電效率[2]。當前車載充電機的滿載效率介于91%-95%之間。

同步的，其產生的熱量導致充電機需降低功率保護充電機本身，或關機保護。為避免降低功率或關機對電動汽車充電造成影響，通常車輛充電系統設計時，會依據產品特性，開發風冷或液冷車載充電機，從而，在充電過程中，車載充電機發熱產生電耗，同時冷卻系統工作進一步產生電耗，影響整車充電效率。

圖2 充電機溫度分布

2.2 電池內阻對充電效率的影響分析

電池內阻是動力電池的重要參數，電池生產時，電池的材料、制造工藝和電池結構決定了電池內阻。在使用階段，電池內阻依據SOC、溫度和充放電循環次數不同而不同[3-4]。對于同一車輛電池包而言，其內阻隨著循環次數的增加而增加，表現出發熱量提高和SOH下降。內阻增加時，電流流過電池內部會產生大量的熱量，進而影響充電效率。圖3為某電池包發熱熱量分布與熱管理溫度分布圖。

表1 SOH對充電效率的影響

圖3 電池包發熱與熱管理溫度分布

2.3 溫度對充電效率的影響分析

由于電動汽車充電的對象為電池包，電池包最佳使用環境為25℃～35℃之間，在該溫度范圍內具有更多的充放電循環壽命。為確保電池包的充放電循環壽命，電池包設計有加熱和冷卻系統，已滿足電池包的溫度需求。加熱和冷卻系統工作，將直接消耗電網能量轉變成熱量或冷量。并且，當電池溫度越低時，加熱至合適溫度范圍所需的時間越長，能耗就越大；同理，當電池溫度越高時，冷卻至合適溫度范圍所需的時間越長，能耗也越大。如表2所示，充電時電池起始溫度對充電效率影響明顯。

表2 電池溫度對充電效率的影響

2.4 充電策略對充電效率的影響分析

電動汽車設計時，從用戶使用、續駛里程和電池使用壽命等維度考慮，將制定不同的充電策略。如某車型設置日常使用和長途旅行充電模式，另有車型設置長壽充電和長程充電模式。不同的充電模式，選擇的充電策略并不相同，充電的截止電壓和充電電流等參數也不盡相同。以某車型為例，車型設置長壽充電模式1、普通充電模式2和長程充電模式3。如圖4和表3所示，在不同模式下電流選擇不同，最終充電效率也并不相同。

表3 充電策略對充電效率的影響

圖4 不同充電模式充電策略選擇示意圖

3 總結

分析可知，電動汽車交流充電過程中，車載充電機、電池內阻、充電時的電池溫度和充電策略決定了電動汽車充電效率。當選擇的車載充電機效率越高、電池內阻越低、充電時的電池溫度越合理、充電策略設置越科學時，電動汽車充電效率將越高。

[1] GB/T18487.1-2015,電動汽車傳導充電系統 第1部分：通用要求[S].北京：中國標準出版社,2015.

[2] 李景新,牛利勇,王健強,等. 一種提高電動汽車充電機輕載運行效率的方法[J].電工電能新技術,2015,29（3）∶35-38.

[3] 林春景,李斌,常國鋒,等. 不同溫度下磷酸鐵鋰電池內阻特性實驗研究[J].電源技術,2015,39（1）：22-25.

[4] SMITHK, WANG C Y. Power and thermal characterization of a lithium-ion battery pack for hybrid-electric vehicles[J].Journal of Power Sources, 2006,160(1)∶662-673.

[5] 宋軍,夏順禮,趙久志,等. 一種純電動轎車電池組冷卻系統設計及仿真[J].汽車工程學報,2015,5（1）∶51-56.

Factors Analysis based on Electric Vehicle charging efficiency

Yang Bin, Zhao Jiuzhi, Wu Ruilong, Wang Chun, Li Pengwei, Liu Ping, Song Jun
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Based on electirc vehicle charging efficiency, this paper firstly establish a AC charging model, and then analysis the main factors which will influence electric vehicle charging efficiency. As a result, this paper gives three factors as main points∶ high efficiency on board charger、comfortable charging temperature and scientific charging control strategy.

electric vehicle; AC charging; charging efficiency; main factors

U469.72+2

A

1671-7988 (2017)13-164-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.13.056

陽斌，男，畢業于合肥工業大學，碩士研究生，現就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，新能源汽車研究院，研究方向為電動汽車電池熱管理和充電系統。