文章來源：廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院

前言

目前動力電池特性受其工作環(huán)境影響比較顯著，尤其低溫下，動力電池的電化學(xué)反應(yīng)活性降低，其可用能力、充放電性能衰減比較嚴(yán)重，低溫充電可能會導(dǎo)致鋰離子析出堆積，嚴(yán)重影響動力電池的使用壽命，造成不可逆的損傷，甚至引發(fā)安全事故。

本文選取廣汽新能源某純電車型為研究對象，通過分析已有的低溫交流充電加熱策略，發(fā)現(xiàn)其存在一定的問題及風(fēng)險，通過分析后提出一種新型的動力電池低溫交流充電加熱控制策略，并通過實(shí)車低溫試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，采用該新型低溫交流充電加熱控制策略可完全避免已有方案存在的問題及風(fēng)險。

1試驗(yàn)設(shè)計

1.1試驗(yàn)對象
廣汽新能源某純電車型，其動力電池的額定容量140Ah。交流充電樁：6.6kW，輸出電壓：220VAC；輸出電流：32A，產(chǎn)品型號：NCCP-AC220-7000-G804，如圖1所示。

1.2數(shù)采設(shè)備
整車CAN數(shù)據(jù)監(jiān)控設(shè)備，計算機(jī)。
1.3試驗(yàn)步驟
1）將電動汽車置于-30℃低溫環(huán)境模擬艙下充分靜置，采用整車CAN數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)控動力電池溫度，等待動力電池最低溫度達(dá)到-20℃，且動力電池上報的最高溫度與最低溫度溫差不超過2℃；
2）待動力電池溫度達(dá)到-20℃時，連接交流充電槍，給電動汽車進(jìn)行交流充電；
3）通過整車CAN數(shù)據(jù)監(jiān)控設(shè)備實(shí)時采集整車CAN數(shù)據(jù)，監(jiān)測車輛狀態(tài)、動力電池繼電器狀態(tài)、加熱器工作狀態(tài)、動力電池溫度等信息，以便試驗(yàn)結(jié)束后分析低溫充電加熱策略。

2傳統(tǒng)低溫交流充電加熱控制策略

該純電動汽車采用的低溫交流充電加熱策略為：當(dāng)動力電池溫度低于低溫閾值T1時，整車控制器請求車載充電機(jī)進(jìn)入充電模式，車載充電機(jī)檢測到模式請求指令后進(jìn)入充電模式，同時整車控制器請求加熱器開啟，為動力電池加熱，動力電池處于邊充電邊加熱狀態(tài)，其請求車載充電機(jī)工作電流為動力電池允許充電電流與加熱器消耗電流之和；當(dāng)動力電池溫度達(dá)到一定值T2后，整車控制器請求加熱器關(guān)閉，動力電池退出加熱模式，動力電池處于充電狀態(tài)，其請求車載充電機(jī)工作電流為動力電池允許充電電流，其控制邏輯如圖2所示。

在低溫環(huán)摸艙中對車輛進(jìn)行低溫充電測試，監(jiān)測加熱器工作狀態(tài)、加熱器消耗電流、動力電池充放電電流、車載充電機(jī)工作電流，截取其中一段數(shù)據(jù)分析，其變化情況如圖3所示。

由圖3可以看出在低溫充電加熱過程中，當(dāng)加熱器消耗電流穩(wěn)定時，車載充電機(jī)工作電流可以跟隨加熱器消耗電流；當(dāng)加熱器消耗電流波動時，車載充電機(jī)工作電流無法實(shí)時跟隨加熱器電流消耗。在開啟加熱器時，由于車載充電機(jī)輸出電流響應(yīng)遲滯，動力電池處于放電狀態(tài)；在加熱器消耗電流每次下降時，都導(dǎo)致動力電池存在一段時間的充電電流，低溫下若動力電池溫度極低不具備允許充電能力時，該充電加熱策略會導(dǎo)致對動力電池造成不可逆的過充，在整個充電過程中，對動力電池的安全性及壽命造成不良影響。

3新型低溫交流充電加熱控制策略

為防止低溫充電對動力電池造成的過充風(fēng)險，在低溫充電加熱過程中引入“隔離式”充電加熱控制策略。當(dāng)?shù)蜏貏恿﹄姵夭痪邆涑潆娔芰r，將動力電池高壓繼電器斷開，進(jìn)入隔離式充電加熱模式，整車控制器開啟加熱器對動力電池進(jìn)行加熱，其請求車載充電機(jī)工作電流為加熱器消耗電流；當(dāng)動力電池溫度高于T1時，閉合動力電池的高壓繼電器，進(jìn)入邊充電邊加熱模式，其請求車載充電機(jī)工作電流為動力電池允許充電電流與加熱器消耗電流之和；當(dāng)動力電池溫度高于T2時，進(jìn)入充電模式，其請求車載充電機(jī)工作電流為動力電池允許充電電流。其控制邏輯如圖4所示。

在低溫環(huán)摸艙中對車輛進(jìn)行低溫充電測試，監(jiān)測不同充電加熱階段中加熱器工作狀態(tài)、動力電池高壓繼電器狀態(tài)、加熱器消耗電流、動力電池充電電流、車載充電機(jī)工作電流變化情況。
根據(jù)新型低溫交流充電加熱控制策略，在滿足進(jìn)入隔離式充電加熱模式的條件下，隔離式充電加熱使能，整車動力電池高壓繼電器狀態(tài)、加熱器消耗電流、動力電池充放電電流、車載充電機(jī)工作電流變化入圖5、圖6所示。


當(dāng)整車滿足退出隔離式充電加熱模式邏輯，滿足進(jìn)入邊充電邊加熱模式時，隔離式充電加熱使能狀態(tài)信號由使能狀態(tài)變?yōu)槲词鼓軤顟B(tài)，整車動力電池高壓繼電器狀態(tài)、加熱器消耗電流、動力電池充放電電流、車載充電機(jī)工作電流變化入圖7、圖8所示。


試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，整車滿足新型低溫交流充電加熱控制策略開啟條件后，進(jìn)入隔離式充電加熱模式，即圖5中的隔離式充電加熱使能后，動力電池高壓主正繼電器斷開，將動力電池與充電系統(tǒng)隔離，待動力電池高壓繼電器斷開后，整車系統(tǒng)開啟加熱器對動力電池進(jìn)行加熱，在整個隔離式充電加熱過程中，車載充電機(jī)輸出電流完全用于加熱器工作消耗，動力電池的工作電流為0A，在加熱器工作電流下降時，未出現(xiàn)過充現(xiàn)象。
當(dāng)整車滿足退出隔離式充電加熱模式條件，滿足進(jìn)入邊充電邊加熱模式的條件后，整車進(jìn)入邊充電邊加熱模式，即圖7中的隔離式充電加熱使能狀態(tài)信號變?yōu)槲词鼓軤顟B(tài)，并且閉合動力電池的高壓繼電器，進(jìn)入邊充電邊加熱模式，整車請求車載充電機(jī)工作電流為動力電池允許充電電流與加熱器消耗電流之和。在模式切換時由于車載充電機(jī)模式跳轉(zhuǎn)，存在極短暫不輸出電流狀態(tài)。從圖8可以看出，進(jìn)入邊充電邊加熱模式后，車載充電機(jī)存在1s以內(nèi)的短暫停止輸出電流現(xiàn)象，此時動力電池放電補(bǔ)償加熱器的功率消耗，待車載充電機(jī)模式切換成功后，車載充電機(jī)的實(shí)際工作電流為加熱器消耗電流值與動力電池請求的允許充電電流值，動力電池未出現(xiàn)過充現(xiàn)象。

4結(jié)束語

本文對低溫交流充電加熱策略進(jìn)行分析，并提出新型的低溫交流充電加熱控制策略對低溫動力電池進(jìn)行充電加熱，并通過實(shí)車-20℃的低溫環(huán)摸充電測試，試驗(yàn)結(jié)果表明，采用新型低溫交流充電加熱控制策略，在-20℃充電時，可斷開動力電池高壓繼電器，保護(hù)動力電池，通過車載充電機(jī)直接給加熱器供電，可完全避免低溫充電加熱過程中，由于車載充電機(jī)輸出電流遲滯的工作特性在加熱器功率消耗瞬態(tài)波動時，造成對動力電池過充風(fēng)險。該新型低溫充電加熱控制策略有效地避免了低溫充電過充風(fēng)險，確保電動汽車在極端條件下的充電穩(wěn)定性及安全性。