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        高溫環(huán)境下的純電動汽車快充策略研究

        2018-06-13 03:01:26李悅聶永福曾祥兵朱紅
        時代汽車 2018年11期
        關(guān)鍵詞:倍率電量整車

        李悅 聶永福 曾祥兵 朱紅

        奇瑞新能源汽車技術(shù)有限公司 安徽省蕪湖市 241002

        1 引言

        在環(huán)境因素和政策導(dǎo)向的雙重推動下,純電動汽車憑借其環(huán)保節(jié)能、購車補(bǔ)貼等優(yōu)勢,迅速在汽車工業(yè)領(lǐng)域占有一席之地[1]。純電動汽車充電能力的提升,能夠更好適應(yīng)快速補(bǔ)電的市場需求,提高消費(fèi)體驗(yàn),同時增強(qiáng)電動汽車的競爭力。因此研究純電動汽車的快速充電策略,能夠?yàn)殡姵叵到y(tǒng)及充電系統(tǒng)的設(shè)計提供理論與實(shí)踐支持,對促進(jìn)純電動汽車產(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

        2.1 實(shí)驗(yàn)對象

        純電動汽車,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4.2 V,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):起始時試驗(yàn)車電量為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)。每日完成兩個循環(huán)。

        圖1 快充策略

        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;)

        按照整車設(shè)計目標(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[2]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45℃,進(jìn)入[46℃,50℃]溫度段,快充電流下降至0.2C,導(dǎo)致快充時間過長,不能滿足設(shè)計要求。

        為縮短快充時間,對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多,增加溫度分段點(diǎn)43℃,同時將[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。同時因V2版充電策略溫度截止點(diǎn)較多,導(dǎo)致充電過程中產(chǎn)生如圖2中所示的V2版快充過程多處溫度波動,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程中溫度變化平穩(wěn),并未產(chǎn)生明顯波動。

        表1 整車快充試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

        圖2 V3版快充試驗(yàn)結(jié)果

        4 整車試驗(yàn)驗(yàn)證

        基于該款純電動車電池系統(tǒng)快充策略的三種方案,針對整車夏季路試工況試驗(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版快充策略充電時長為172min。經(jīng)過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長為90min,滿足了夏季整車試驗(yàn)工況下整車從電量30% SOC快充至95%SOC的充電時間不大于90min的設(shè)計目標(biāo)。

        5 結(jié)語

        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)過臺架和整車試驗(yàn)驗(yàn)證,最終快充溫度保持在48℃,充電過程溫度變化平穩(wěn),充電時長為90min,該版快充策略能夠滿足設(shè)計要求,因此選擇V3版快充策略作為該款純電動汽車電池系統(tǒng)的快充策略。

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