新能源汽车在高温工况下电池性能的研究

朱红 叶明

摘 要：纯电动汽车较传统汽车在使用过程中，由于锂离子电池自身的化学特性，对温度较为敏感。在较低或较高温度下，可输出功率较常温下有所降低。且在温度阈值之外，考虑安全等因素，严禁使用。这就极大的限制了纯电动汽车的应用。降低了用户的体验。而在产品设计之初，通过整车仿真模拟不同工况及需求功率，搭建台架实验进行摸底验证。保证产品的可靠性。

关键词：整车工况;快充;需求功率;温升

1 引言

近年来，我国新能源纯电动汽车发展迅速，锂离子电池作为纯电动汽车唯一动力源。其电池性能与整车性能息息相关。由于锂离子电池在充放电过程涉及化学反应[1，2]，不同的温度对反应影响巨大，外在表现电池系统输出的功率及充电电流大小受温度影响较大。故在不同的温度条件下也影响着整车的动力性和可靠耐久性。本文主要从模拟用户使用习惯，通过整车模拟仿真提供两种极端工况，在进行产品设计时进行摸底验证，为后续量产车满足用户的日常使用需求提供了有力的依据。

2 实验设计

2.1 实验对象

三元锂离子电池单体、电池系统（1P96S）。电池单体额定容量为100Ah，充电最高电压保护值为4.25 V，充电最低电压保护值为2.8 V; 电池系统工作温度：-20～55℃。

实验设备：高低温交变湿热试验箱（汉克），型号：ATH-F2-80;迪卡龙充放电设备，型号：EVT300-0600-80kW IGBT;直流充电桩;型号：VPS750160/15K。

2.2 实验方法

工况一（高速1+快充+高速2）：

（1）工作模式：电池系统处于放电模式;（2）在25℃环境下静置大于30min，且电池组系统检测的平均温度在25℃±2℃范围;（3）电池系统按照阶梯充电方式充满;（4）在40℃环境下放置大于6h，且电池组系统检测的平均温度在40℃±2℃范围（且各温度点温度在38～42℃范围内）;（5）以19kW恒功率放电至30%SOC;（6）连接快充桩快充电至80%SOC;（7）以19kW恒功率放电至30%SOC。

工况二（坡度3%高速）：

（1）工作模式：电池系统处于放电模式;（2）在25℃环境下静置大于30min，且电池组系统检测的平均温度在25℃±2℃范围;（3）电池系统按照阶梯充电方式充满;（4）在40℃环境下放置大于6h，且电池组系统检测的平均温度在40℃±2℃范围（且各温度点温度在38～42℃范围内）;（5）以29kW恒功率放电至30%SOC。

3 结果与分析

如表1，为整车输入的两种极端工况。工况1为高速1+快充+高速2极端工况，模拟用户以100km/h（整车轮毂实验仿真需求功率为19kw）的车速由满电行驶至充电指示灯亮，然后连接快充桩，充至80%SOC，后继续以100km/h车速行驶至充电指示灯亮。在此连续工况放电中电池系统最高单体温度需小于55℃，则表明电池系统可满足整车需求。如图1，为台架摸底试验中不同阶段电池内部单体温升变化，第一阶段高速1工况中，放电截止T1max=44℃;第二阶段快充过程，T2max=50℃;第三阶段高速2工况中，截止温度T3max=51℃;小于电池系统最高温度保护点55℃，满足整车需求。且从图2过程数据曲线可以看出，第二阶段快充部分电流与SOC关系满足电池快充参数及软件策略，进一步验证了软件功能。

如表1中第二种工况，整车以3%坡度满载进行持续放电至充电指示灯，通过整车轮毂实验，仿真出需求功率为29kw。通过电池台架实验以29kw进行恒功率放电，如图3，为工况2实验结果，从曲线可以看出，在维持29kw放电至30%SOC時，电池系统最高温度为47℃，满足电池系统温度阈值（≤55℃）要求。

4 结语

电池系统在整车高速1—快充—高速2工况下，以19kW恒功率放电至30%SOC —快充至80%SOC—19kW恒功率放电至30%SOC截止时，过程最高温度51℃，小于电池最高温度保护点55℃。在整车高速爬坡工况下，以29kW恒功率放电至30%SOC截止时，电池系统最高温度47℃，小于电池最高温度保护点55℃。

通过模拟两种整车使用过程中两种可能的极端工况来验证电池性能，从设计之初避免因恶劣工况下的使用等原因造成的温升，从而造成整车限功率，避免了客户抱怨，提高整车质量。

参考文献：

[1] SATO N，YAGI K.Thermal behavior analysis of nickel metal hydride batteries for electric vehicles [J].JSAE Review，2000，21（2）：205-211.

[2] 李奇，杨朗，杨晖.锂离子电池在循环过程中的产热研究[J].电源技术，2008，32（9）：606-610.