高溫環(huán)境下的純電動(dòng)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(dòng)下，純電動(dòng)汽車憑借其環(huán)保節(jié)能、購(gòu)車補(bǔ)貼等優(yōu)勢(shì)，迅速在汽車工業(yè)領(lǐng)域占有一席之地[1]。純電動(dòng)汽車充電能力的提升，能夠更好適應(yīng)快速補(bǔ)電的市場(chǎng)需求，提高消費(fèi)體驗(yàn)，同時(shí)增強(qiáng)電動(dòng)汽車的競(jìng)爭(zhēng)力。因此研究純電動(dòng)汽車的快速充電策略，能夠?yàn)殡姵叵到y(tǒng)及充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供理論與實(shí)踐支持，對(duì)促進(jìn)純電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展、推廣綠色能源消費(fèi)模式具有重要意義。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

純電動(dòng)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(diǎn)從50℃起始。

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

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度：最高溫度30℃，最低溫度24℃；

（2）夏季快充試驗(yàn)：起始時(shí)試驗(yàn)車電量為95%SOC，以規(guī)定路線進(jìn)行夏季試驗(yàn)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(yàn)工況循環(huán)。每日完成兩個(gè)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(jì)目標(biāo)，夏季試驗(yàn)工況下快充需在90min內(nèi)自電量30%SOC起充至95%SOC。針對(duì)夏季試驗(yàn)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(diǎn)，充電倍率隨溫度的升高階梯式下降。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)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(guò)45℃，進(jìn)入[46℃，50℃]溫度段，快充電流下降至0.2C，導(dǎo)致快充時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不能滿足設(shè)計(jì)要求。

為縮短快充時(shí)間，對(duì)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(guò)多，增加溫度分段點(diǎn)43℃，同時(shí)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(guò)驗(yàn)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(shí)因V2版充電策略溫度截止點(diǎn)較多，導(dǎo)致充電過(guò)程中產(chǎn)生如圖2中所示的V2版快充過(guò)程多處溫度波動(dòng)，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(gè)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(guò)程中溫度變化平穩(wěn)，并未產(chǎn)生明顯波動(dòng)。

表1 整車快充試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

圖2 V3版快充試驗(yàn)結(jié)果

4 整車試驗(yàn)驗(yàn)證

基于該款純電動(dòng)車電池系統(tǒng)快充策略的三種方案，針對(duì)整車夏季路試工況試驗(yàn)的快充性能進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)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(shí)長(zhǎng)為172min。經(jīng)過(guò)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(shí)長(zhǎng)為90min，滿足了夏季整車試驗(yàn)工況下整車從電量30% SOC快充至95%SOC的充電時(shí)間不大于90min的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

5 結(jié)語(yǔ)

基于三版的試驗(yàn)結(jié)果比較，V3快充策略如圖2所示，充電過(guò)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(diǎn)，繼續(xù)充至電量95%SOC。經(jīng)過(guò)臺(tái)架和整車試驗(yàn)驗(yàn)證，最終快充溫度保持在48℃，充電過(guò)程溫度變化平穩(wěn)，充電時(shí)長(zhǎng)為90min，該版快充策略能夠滿足設(shè)計(jì)要求，因此選擇V3版快充策略作為該款純電動(dòng)汽車電池系統(tǒng)的快充策略。