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奇瑞新能源 | 高溫環(huán)境下的純電動(dòng)汽車(chē)快充策略研究

2020-03-22 20:31:47·  來(lái)源：電動(dòng)學(xué)堂  
　
作者單位：奇瑞新能源汽車(chē)技術(shù)有限公司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(chē)憑借其環(huán)保節(jié)能?購(gòu)車(chē)補(bǔ)貼等優(yōu)勢(shì),迅速在汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域占有一席之地?純
作者單位：奇瑞新能源汽車(chē)技術(shù)有限公司
 
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(chē)憑借其環(huán)保節(jié)能?購(gòu)車(chē)補(bǔ)貼等優(yōu)勢(shì),迅速在汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域占有一席之地?純電動(dòng)汽車(chē)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(chē)的競(jìng)爭(zhēng)力?因此研究純電動(dòng)汽車(chē)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(chē)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(chē),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4.2V,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(chē)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)?
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(chē)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)?
4 整車(chē)試驗(yàn)驗(yàn)證
基于該款純電動(dòng)車(chē)電池系統(tǒng)快充策略的三種方案,針對(duì)整車(chē)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(chē)試驗(yàn)工況下整車(chē)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(chē)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(chē)電池系統(tǒng)的快充策略?
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