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(tuán)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(tuán)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(fā)，研究影響充電效率的關(guān)鍵要素。通過分析交流充電模型，配合試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)論，得出高效的車載充電機(jī)效率、合適的充電溫度和科學(xué)的充電控制策略是電動汽車充電效率的關(guān)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(jìn)一步提升，電動汽車逐漸普及并被人們所接受。當(dāng)前電動汽車充電系統(tǒng)研究方向主要集中在車載充電機(jī)技術(shù)、無線充電技術(shù)和電網(wǎng)波動控制技術(shù)等相關(guān)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(tǒng)，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(tǒng)

1.1 充電系統(tǒng)

充電：將交流或直流電網(wǎng)（電源）調(diào)整為校準(zhǔn)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(shè)備供電；

電動汽車充電系統(tǒng)：包括電動汽車供電設(shè)備和滿足車輛充電相關(guān)功能的系統(tǒng)[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(nèi)部存儲的化學(xué)能與供電電網(wǎng)消耗的電能的比值。即充電效率=充電能量/電網(wǎng)能耗。其數(shù)學(xué)模型為：

其中，Pout是供電電網(wǎng)消耗的電能；Pin是電池內(nèi)部存儲的化學(xué)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(jī)對充電效率的影響分析

車載充電機(jī)的作用為將電網(wǎng)220V交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)殡姵匕璧闹绷麟妷?，并輸出至電池包。車載充電機(jī)工作時(shí)，其自身二級整流或多級整流過程中各元器件產(chǎn)生的熱量將降低電動汽車的充電效率[2]。當(dāng)前車載充電機(jī)的滿載效率介于91%-95%之間。

同步的，其產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致充電機(jī)需降低功率保護(hù)充電機(jī)本身，或關(guān)機(jī)保護(hù)。為避免降低功率或關(guān)機(jī)對電動汽車充電造成影響，通常車輛充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，會依據(jù)產(chǎn)品特性，開發(fā)風(fēng)冷或液冷車載充電機(jī)，從而，在充電過程中，車載充電機(jī)發(fā)熱產(chǎn)生電耗，同時(shí)冷卻系統(tǒng)工作進(jìn)一步產(chǎn)生電耗，影響整車充電效率。

圖2 充電機(jī)溫度分布

2.2 電池內(nèi)阻對充電效率的影響分析

電池內(nèi)阻是動力電池的重要參數(shù)，電池生產(chǎn)時(shí)，電池的材料、制造工藝和電池結(jié)構(gòu)決定了電池內(nèi)阻。在使用階段，電池內(nèi)阻依據(jù)SOC、溫度和充放電循環(huán)次數(shù)不同而不同[3-4]。對于同一車輛電池包而言，其內(nèi)阻隨著循環(huán)次數(shù)的增加而增加，表現(xiàn)出發(fā)熱量提高和SOH下降。內(nèi)阻增加時(shí)，電流流過電池內(nèi)部會產(chǎn)生大量的熱量，進(jìn)而影響充電效率。圖3為某電池包發(fā)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(fā)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(huán)境為25℃～35℃之間，在該溫度范圍內(nèi)具有更多的充放電循環(huán)壽命。為確保電池包的充放電循環(huán)壽命，電池包設(shè)計(jì)有加熱和冷卻系統(tǒng)，已滿足電池包的溫度需求。加熱和冷卻系統(tǒng)工作，將直接消耗電網(wǎng)能量轉(zhuǎn)變成熱量或冷量。并且，當(dāng)電池溫度越低時(shí)，加熱至合適溫度范圍所需的時(shí)間越長，能耗就越大；同理，當(dāng)電池溫度越高時(shí)，冷卻至合適溫度范圍所需的時(shí)間越長，能耗也越大。如表2所示，充電時(shí)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(shè)計(jì)時(shí)，從用戶使用、續(xù)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(shè)置日常使用和長途旅行充電模式，另有車型設(shè)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(shù)也不盡相同。以某車型為例，車型設(shè)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(jié)

分析可知，電動汽車交流充電過程中，車載充電機(jī)、電池內(nèi)阻、充電時(shí)的電池溫度和充電策略決定了電動汽車充電效率。當(dāng)選擇的車載充電機(jī)效率越高、電池內(nèi)阻越低、充電時(shí)的電池溫度越合理、充電策略設(shè)置越科學(xué)時(shí)，電動汽車充電效率將越高。

[1] GB/T18487.1-2015,電動汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng) 第1部分：通用要求[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2015.

[2] 李景新,牛利勇,王健強(qiáng),等. 一種提高電動汽車充電機(jī)輕載運(yùn)行效率的方法[J].電工電能新技術(shù),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(nèi)阻特性實(shí)驗(yàn)研究[J].電源技術(shù),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(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真[J].汽車工程學(xué)報(bào),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(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)，碩士研究生，現(xiàn)就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，新能源汽車研究院，研究方向?yàn)殡妱悠囯姵責(zé)峁芾砗统潆娤到y(tǒng)。