高温环境下的纯电动汽车快充策略研究

李悦 聂永福 曾祥兵 朱红

奇瑞新能源汽车技术有限公司 安徽省芜湖市 241002

1 引言

在环境因素和政策导向的双重推动下，纯电动汽车凭借其环保节能、购车补贴等优势，迅速在汽车工业领域占有一席之地[1]。纯电动汽车充电能力的提升，能够更好适应快速补电的市场需求，提高消费体验，同时增强电动汽车的竞争力。因此研究纯电动汽车的快速充电策略，能够为电池系统及充电系统的设计提供理论与实践支持，对促进纯电动汽车产业化发展、推广绿色能源消费模式具有重要意义。

2 实验设计

2.1 实验对象

纯电动汽车，续航里程250km，搭载三元锂离子电池，电池系统为自然冷却。电池额定容量为104Ah，充电最高电压保护值为4.2 V，充电最低电压保护值为2.8V；温度保护点从50℃起始。

快充设备：100kW快速充电机，型号CSG-BCG-D3020。

2.2 实验方法

（1）实验环境温度：最高温度30℃，最低温度24℃；

（2）夏季快充试验：起始时试验车电量为95%SOC，以规定路线进行夏季试验工况后，剩余电量下降至30%SOC，进行快速充电至电量95%SOC，完成一次夏季试验工况循环。每日完成两个循环。

图1 快充策略

3 快充策略

（a.V1版充电策略；b.V2版充电策略；c. V3版充电策略；）

按照整车设计目标，夏季试验工况下快充需在90min内自电量30%SOC起充至95%SOC。针对夏季试验使用工况，电池系统快充前温度已到42（±1）℃左右，因此快充策略着重于制定温度36℃以上的快充策略方案。快充策略以马斯定律[2]为理论指导制定了以电压和温度为分界条件的恒流分段快充充电策略。如图1 所示，充电策略以五段电压（4.05V、4.08V、4.12V、4.15V、4.2V）为截止点，充电倍率随温度的升高阶梯式下降。经过试验验证，图1a中V1版充电策略在起始温度42℃下进行快充充电，温度很快超过45℃，进入[46℃，50℃]温度段，快充电流下降至0.2C，导致快充时间过长，不能满足设计要求。

为缩短快充时间，对V1充电策略中[36℃，42℃]区间的充电前段Vmax＜4.2V的部分充电倍率进行了提升。因该电池系统为自然冷却，为防止电流偏大致使前期热量积累过多，增加温度分段点43℃，同时将[43℃，45℃]区间中电压Vmax＜4.15V的部分充电倍率做小幅提升，由0.4C提升至0.5C，[46℃，48℃]温度段Vmax＜4.2V的区间电流倍率从0.2C改为0.5C，最后到达[49℃，50℃]区间的0.2C充电段，形成了图1b中的V2充电策略。V2版策略经过验证，发现[36℃，42℃]区间内充电倍率较大，前期温度积累致使温升较快。同时因V2版充电策略温度截止点较多，导致充电过程中产生如图2中所示的V2版快充过程多处温度波动，从而影响充电电流的变化。因此将V2版本中[36℃，40℃] 区间的充电倍率提升至0.7C，合并[41℃，42℃]、[43℃，45℃]温度段为[41℃，48℃] 段，降低[41℃，42℃]温度段的充电倍率，在4.08V，4.12V和4.15V三个截止电压段采用相同的0.5C电流充电，形成了V3版最终充电策略方案。如图2所示，与V2版策略相比，V3版充电策略在快速充电过程中温度变化平稳，并未产生明显波动。

表1 整车快充试验验证结果

图2 V3版快充试验结果

4 整车试验验证

基于该款纯电动车电池系统快充策略的三种方案，针对整车夏季路试工况试验的快充性能进行了试验验证。如表1结果可知，在30% SOC至95%SOC的充电范围内，V1版快充策略充电时长为172min。经过两次次不同充电策略的调整，最终V3版本充电策略的充电时长为90min，满足了夏季整车试验工况下整车从电量30% SOC快充至95%SOC的充电时间不大于90min的设计目标。

5 结语

基于三版的试验结果比较，V3快充策略如图2所示，充电过程依照策略在温度[41℃，48℃]区间以0.5C电流从30% SOC充至90.2% SOC（Vmax=4.15V）后，电流降为0.2C，出现电压拐点，继续充至电量95%SOC。经过台架和整车试验验证，最终快充温度保持在48℃，充电过程温度变化平稳，充电时长为90min，该版快充策略能够满足设计要求，因此选择V3版快充策略作为该款纯电动汽车电池系统的快充策略。