高溫環(huán)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(shù)有限公司 安徽省蕪湖市 241002

1 引言

在環(huán)境因素和政策導(dǎo)向的雙重推動下，純電動汽車憑借其環(huán)保節(jié)能、購車補(bǔ)貼等優(yōu)勢，迅速在汽車工業(yè)領(lǐng)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(yīng)快速補(bǔ)電的市場需求，提高消費體驗，同時增強(qiáng)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(tǒng)及充電系統(tǒng)的設(shè)計提供理論與實踐支持，對促進(jìn)純電動汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展、推廣綠色能源消費模式具有重要意義。

2 實驗設(shè)計

2.1 實驗對象

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

快充設(shè)備：100kW快速充電機(jī)，型號CSG-BCG-D3020。

2.2 實驗方法

（1）實驗環(huán)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(guī)定路線進(jìn)行夏季試驗工況后，剩余電量下降至30%SOC，進(jìn)行快速充電至電量95%SOC，完成一次夏季試驗工況循環(huán)。每日完成兩個循環(huán)。

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(shè)計目標(biāo)，夏季試驗工況下快充需在90min內(nèi)自電量30%SOC起充至95%SOC。針對夏季試驗使用工況，電池系統(tǒng)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。快充策略以馬斯定律[2]為理論指導(dǎo)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(jīng)過試驗驗證，圖1a中V1版充電策略在起始溫度42℃下進(jìn)行快充充電，溫度很快超過45℃，進(jìn)入[46℃，50℃]溫度段，快充電流下降至0.2C，導(dǎo)致快充時間過長，不能滿足設(shè)計要求。

為縮短快充時間，對V1充電策略中[36℃，42℃]區(qū)間的充電前段Vmax＜4.2V的部分充電倍率進(jìn)行了提升。因該電池系統(tǒng)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(qū)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(qū)間電流倍率從0.2C改為0.5C，最后到達(dá)[49℃，50℃]區(qū)間的0.2C充電段，形成了圖1b中的V2充電策略。V2版策略經(jīng)過驗證，發(fā)現(xiàn)[36℃，42℃]區(qū)間內(nèi)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(dǎo)致充電過程中產(chǎn)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(qū)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(wěn)，并未產(chǎn)生明顯波動。

表1 整車快充試驗驗證結(jié)果

圖2 V3版快充試驗結(jié)果

4 整車試驗驗證

基于該款純電動車電池系統(tǒng)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(jìn)行了試驗驗證。如表1結(jié)果可知，在30% SOC至95%SOC的充電范圍內(nèi)，V1版快充策略充電時長為172min。經(jīng)過兩次次不同充電策略的調(diào)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(shè)計目標(biāo)。

5 結(jié)語

基于三版的試驗結(jié)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(qū)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(xiàn)電壓拐點，繼續(xù)充至電量95%SOC。經(jīng)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(wěn)，充電時長為90min，該版快充策略能夠滿足設(shè)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(tǒng)的快充策略。