高溫環境下的純電動汽車快充策略研究

李悅 聶永福 曾祥兵 朱紅

奇瑞新能源汽車技術有限公司 安徽省蕪湖市 241002

1 引言

在環境因素和政策導向的雙重推動下，純電動汽車憑借其環保節能、購車補貼等優勢，迅速在汽車工業領域占有一席之地[1]。純電動汽車充電能力的提升，能夠更好適應快速補電的市場需求，提高消費體驗，同時增強電動汽車的競爭力。因此研究純電動汽車的快速充電策略，能夠為電池系統及充電系統的設計提供理論與實踐支持，對促進純電動汽車產業化發展、推廣綠色能源消費模式具有重要意義。

2 實驗設計

2.1 實驗對象

純電動汽車，續航里程250km，搭載三元鋰離子電池，電池系統為自然冷卻。電池額定容量為104Ah，充電最高電壓保護值為4.2 V，充電最低電壓保護值為2.8V；溫度保護點從50℃起始。

快充設備：100kW快速充電機，型號CSG-BCG-D3020。

2.2 實驗方法

（1）實驗環境溫度：最高溫度30℃，最低溫度24℃；

（2）夏季快充試驗：起始時試驗車電量為95%SOC，以規定路線進行夏季試驗工況后，剩余電量下降至30%SOC，進行快速充電至電量95%SOC，完成一次夏季試驗工況循環。每日完成兩個循環。

圖1 快充策略

3 快充策略

（a.V1版充電策略；b.V2版充電策略；c. V3版充電策略；）

按照整車設計目標，夏季試驗工況下快充需在90min內自電量30%SOC起充至95%SOC。針對夏季試驗使用工況，電池系統快充前溫度已到42（±1）℃左右，因此快充策略著重于制定溫度36℃以上的快充策略方案?？斐洳呗砸择R斯定律[2]為理論指導制定了以電壓和溫度為分界條件的恒流分段快充充電策略。如圖1 所示，充電策略以五段電壓（4.05V、4.08V、4.12V、4.15V、4.2V）為截止點，充電倍率隨溫度的升高階梯式下降。經過試驗驗證，圖1a中V1版充電策略在起始溫度42℃下進行快充充電，溫度很快超過45℃，進入[46℃，50℃]溫度段，快充電流下降至0.2C，導致快充時間過長，不能滿足設計要求。

為縮短快充時間，對V1充電策略中[36℃，42℃]區間的充電前段Vmax＜4.2V的部分充電倍率進行了提升。因該電池系統為自然冷卻，為防止電流偏大致使前期熱量積累過多，增加溫度分段點43℃，同時將[43℃，45℃]區間中電壓Vmax＜4.15V的部分充電倍率做小幅提升，由0.4C提升至0.5C，[46℃，48℃]溫度段Vmax＜4.2V的區間電流倍率從0.2C改為0.5C，最后到達[49℃，50℃]區間的0.2C充電段，形成了圖1b中的V2充電策略。V2版策略經過驗證，發現[36℃，42℃]區間內充電倍率較大，前期溫度積累致使溫升較快。同時因V2版充電策略溫度截止點較多，導致充電過程中產生如圖2中所示的V2版快充過程多處溫度波動，從而影響充電電流的變化。因此將V2版本中[36℃，40℃] 區間的充電倍率提升至0.7C，合并[41℃，42℃]、[43℃，45℃]溫度段為[41℃，48℃] 段，降低[41℃，42℃]溫度段的充電倍率，在4.08V，4.12V和4.15V三個截止電壓段采用相同的0.5C電流充電，形成了V3版最終充電策略方案。如圖2所示，與V2版策略相比，V3版充電策略在快速充電過程中溫度變化平穩，并未產生明顯波動。

表1 整車快充試驗驗證結果

圖2 V3版快充試驗結果

4 整車試驗驗證

基于該款純電動車電池系統快充策略的三種方案，針對整車夏季路試工況試驗的快充性能進行了試驗驗證。如表1結果可知，在30% SOC至95%SOC的充電范圍內，V1版快充策略充電時長為172min。經過兩次次不同充電策略的調整，最終V3版本充電策略的充電時長為90min，滿足了夏季整車試驗工況下整車從電量30% SOC快充至95%SOC的充電時間不大于90min的設計目標。

5 結語

基于三版的試驗結果比較，V3快充策略如圖2所示，充電過程依照策略在溫度[41℃，48℃]區間以0.5C電流從30% SOC充至90.2% SOC（Vmax=4.15V）后，電流降為0.2C，出現電壓拐點，繼續充至電量95%SOC。經過臺架和整車試驗驗證，最終快充溫度保持在48℃，充電過程溫度變化平穩，充電時長為90min，該版快充策略能夠滿足設計要求，因此選擇V3版快充策略作為該款純電動汽車電池系統的快充策略。