一種EV用三元動力電池快充充電方法研究

徐欽建，秦李偉，朱道吉，徐愛琴

新能源汽車

一種EV用三元動力電池快充充電方法研究

徐欽建，秦李偉，朱道吉，徐愛琴

（安徽江淮股份有限公司技術中心 新能源汽車研究院，安徽 合肥 230601）

電動汽車充電時間是制約純電動汽車發展的一大瓶頸，不同的充電控制方法對鋰離子電池的性能、壽命都將產生重大的影響。文章基于一款量產車型用三元動力電池，詳細比較了兩種直流充電方法，并就兩種方法開展測試分析，選出最優方案并應用于整車上，通過整車快充實際驗證，滿足充電時長要求＜1h充電至SOC80%，＜1.5h充電至SOC100%的要求。

動力電池；快充；充電時間

CLC NO.: U469 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)16-102-03

引言

21世紀以來，世界汽車保有量逐年增加，迅速增長的石油消費和日益嚴峻的環保壓力迫使汽車生產業必須走節能環保的發展道路[1]。純電動汽車具有節能、環保的優勢，可有效緩解能源緊張和環境污染問題[2]。隨著近幾年純電動車的普及，越來越多的用戶對車輛的充電時間提出了嚴格的要求。本文基于一款量產純電動車型，電池包額定容量116Ah，電池單體額定電壓3.6V，工作電壓范圍為2.75V-1.45V，該電池單體最大允許充電倍率為1.3C，充電時長要求＜1h充電至SOC80%，＜1.5h充電至SOC100%。

動力電池是電動汽車的核心部件之一，具有高比能量、壽命長等優點，其性能的優劣直接影響到整車的性能[3]。不同的充電方式、充電結束電壓、充電電流及充電溫度等對鋰離子電池的性能、壽命都將產生重大的影響。針對鋰離子電池的上述弊端，研究人員從鋰離子的充電控制策略入手，保障電池安全性能的前提下，提出了兩種充電方式并對其進行比較。

1 三元動力電池快充充電方法

1.1 三元電池單體快充方法

1.1.1 兩種快充充電方法

針對整車提出的1h充電至SOC80%，1.5h從SOC0%充電至SOC100%的目標要求，提出三種充電方法，如圖1-圖2所示，總體原則為第一階段的充電倍率較大，后面逐步降低充電倍率，直至電池充滿電。

圖1 快充充電方法1

圖2 快充充電方法2

如上圖1所示，充電策略為1C充電至SOC60%，0.5C充電至SOC88%，0.45C充電至91%，0.4C充電至93.5%，0.34C充電至95.5%，0.29C充電至97%，0.24C充電至98%，0.2C充電至SOC100%；

圖2，充電策略為1.08C充電至SOC40%，0.7C充電至SOC80%，0.5C充電至88%，0.45C充電至91%，0.4C充電至93.5%，0.34C充電至95.5%，0.29C充電至97%，0.24C充電至98%，0.2C充電至SOC100%；

1.1.2 兩種快充充電結果

基于上述電池單體快充方案進行測試，結果如下：

圖3 方案1單體快充充電試驗

如表1所示，方案1充電總容量約2400mAh（占額定容量88%），總充電時間為78分鐘，其中1C 充電可達到總的充電容量近67%，充電時間35分鐘（占總時間44.8%），其次為0.5C和0.2C恒流充電，充電容量分別為24.3%和 4.3%。

表1 方案1單體快充充電結果

如表2所示，方案2充電總容量約2450mAh（占額定容量89.3%），總充電時間為76分鐘，其中1.08C 充電可達到總的充電容量近49%，充電時間24分鐘（占總時間31.8%），其次為0.7C和0.5C恒流充電，充電容量分別為36.6%和6.0%。（1.08C+0.7C）可充電2100mAh，占額定容量的85.5%，充電時間為52分鐘，即52min即可為顧客充電近86%，滿足大多數顧客使用需求。

圖4 方案2單體快充充電試驗

表2 方案2單體快充充電結果

對比方案1和方案2可知，方案2雖然只比方案1節約了2min，但方案2總充電容量比方案1多了2.33%，且大倍率充電到40%左右，對電池包使用壽命較好。

1.2 三元動力電池包快充充電方法

基于上述電池單體快充充電方案的比較，最終選擇方案3做為電池包快充充電策略，125A充至SOC40%（Vmax= 3.887），電流直降為0.7C充電至80%（Vmax=4.12），直降為0.5C充至Vmax=4.14V，步長6A降至0.2C，充至Vmax= 4.14V，0.2C充至Vmax=4.15V。

圖3 整車快充策略

其中，V1、V2、V3、V 4的參數表如下：

表3 V1、V2參數表

表4 梯度降電流參數表

2 整車快充策略驗證

圖4 整車快充容量及快充時間

圖5 整車快充能量及單體電壓

從圖4-圖5可以看出車輛快充容量為110Ah，占電池包額定容量的97.6%，0-80%快充時間為53min，0-97.6%充電時間1h20min，即車輛從空電到充電截止電壓保護充電時長為80min，滿足設計要求。

3 結論

1）根據上述單體不同方式充電可知，選用方案2（即大倍率充電至SOC40%比大倍率充電至60%對電池壽命較好，且方案2充電容量較多）。

2）方案2充電實車驗證快充，快充充電容量占額定容量的97.6%，0-80%充電時長53min，滿足＜1h的要求，0-97.6%充電時間1h20min，滿足＜1.5h的設計目標。

[1] 冷偉, 褚博文等. 純電動汽車發展趨勢[J]. 科學導報, 2015,28（4）：43-47.

[2] 張文亮, 武斌, 李武峰, 來小康. 我國純電動汽車的發展方向及能源供給模式的探討[J]. 電網技術, 2009,24(4)∶1-5.

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An EV studied with three-element pow

Xu Qinjian, Qin Liwei, Zhu Daoji, Xu Aiqin
( New Energy Vehicle Institute, Technical Center of Anhui Jianghuai Automobile Co., Lid, Anhui Hefei 230601 )

Electric vehicle charging time is a major bottleneck restricting the development of pure electric vehicles, different charging control methods for lithium-ion battery performance, life will have a significant impact. In this paper, based on a production model with three yuan power battery, a detailed comparison of the two DC charging method, and two methods to carry out test analysis, select the optimal program and applied to the vehicle, To meet the charging time requirements ＜1h charge to SOC80%, ＜1.5h charge to SOC100% requirements.

traction battery; service life; life prediction; acceleration experiment; durability test

U469

A

1671-7988 (2017)16-102-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.16.036

徐欽建，就職于安徽江淮股份有限公司技術中心新能源汽車研究院。