电动汽车低温充电方法研究

姚朝华 张伟 顾民 沈志顺

奇瑞新能源汽车技术有限公司 安徽省芜湖市 241002

锂离子蓄电池作为电动汽车的重要动力来源，对使用环境的温度一直非常敏感[1]。主要因为低温下充电存在锂电池析锂风险，进而导致电池使用寿命缩短。如何克服低温充电问题，是目前急需解决的难点。本文选取某电动汽车作为对象，通过不同温度下充电试验对比，分析了动力电池低温充电的风险及问题，并提出了一种提高动力电池低温充电能力的方法。

1 实验设计

1.1 实验对象

电动汽车动力电池额定容量140Ah，充电单体最高、最低电压阈值分别为4.2V和2.8V。

步入式高低温湿热试验室：赛宝，120KW，型号为EW594065W

32A交流充电桩：循道，7KW，型号XDJ32-E-32A/220V-XD001

1.2 试验步骤

（1）电动汽车分别置于-20℃和25℃环境，静置6h，慢充至截止条件。

（2）电动汽车置于-20℃环境，静置6h，边加热边充电方式充电至截止条件。

（3）电动汽车置于-20℃环境，静置6h，通过BMS软件控制加热截止温度为15℃与25℃。

2 结果与分析

2.1 不同温度低温充电

图1中当2 5℃充电时，电流可以达到18A，相应的充电时间约8.3小时。但在-20℃温度环境下充电时，只能以7A左右电流进行，小电流造成充电时间长达17.25小时。低温充电时，正负极材料的反应活性变差，电解液粘度变大，锂离子向负极迁移的速度减慢，一方面导致电池容量下降，一方面导致负极表面析锂，进一步形成锂枝晶，刺穿隔膜，最终影响动力电池寿命[2-3]。因此，一般不建议在低温下进行充电，必须在低温充电时，也会选择较小的电流。为了改善这种问题，我们要考虑在低温下加热，先把动力电池加热，再进行充电。

2.2 不同充电方式低温充电

由图2可知，采用边加热边充电的方式，充电电流明显高于不加热充电方式，充电时间明显缩短。

图3为采用边加热边充电的方式，充电过程中电流和温度的变化曲线。当动力电池处在-20℃环境时， -20℃＜Tmin＜0℃时，边加热边充电，加热电流7A，充电电流从0A上升到7A，再升到12A；0℃≤Tmin＜55℃，停止加热只充电，充电电流18A，最后转10A充电到截止条件。

图1 -20℃与25℃温度下充电电流变化曲线

需注意加热截止温度不可太低，也不是越高越好。较低达不到预期的效果；较高的加热截止温度会造成温差过大，温差大，电池的不一致性越差，电池系统内每个电芯的电性能不在同一水平，重复进行充放电，会影响电芯循环寿命。

表格1中进行了对比试验，将电动汽车置于-20℃环境充电，加热到25℃比加热到15℃，时间多22min，温差却增大了7℃，达到21℃。在保持如此大的温差下，再继续充电，温差会继续增大，较大温差也会使电动汽车达到电池允许的最大温差阈值，出现故障，从而造成充电继电器切断，无法继续充电。因此，合适的加热截止温度，是低温充电必须要考虑的因素。

图2 -20℃不同充电方式对比曲线

表1 不同加热截止温度的时间和温差

3 结语

随着电动汽车的不断发展，应用范围、使用环境越来越复杂，将要面对的使用状况越来越严苛，因此低温充电性能将是影响电动汽车进一步发展的重要因素。边加热边充电的慢充方式，可以明显改善低温充电的问题，但目前策略仍存在加热时温差大，低温下充电电流小的问题。在未来新能源发展中，一方面需要研究更高性能的电芯，实现低温下更大电流充电，另一方面则需要企业在使用时，不断的优化充电策略和使用方式，提升低温充电性能。