電動汽車低溫充電方法研究

姚朝華 張偉 顧民 沈志順

奇瑞新能源汽車技術(shù)有限公司 安徽省蕪湖市 241002

鋰離子蓄電池作為電動汽車的重要動力來源，對使用環(huán)境的溫度一直非常敏感[1]。主要因為低溫下充電存在鋰電池析鋰風(fēng)險，進(jìn)而導(dǎo)致電池使用壽命縮短。如何克服低溫充電問題，是目前急需解決的難點。本文選取某電動汽車作為對象，通過不同溫度下充電試驗對比，分析了動力電池低溫充電的風(fēng)險及問題，并提出了一種提高動力電池低溫充電能力的方法。

1 實驗設(shè)計

1.1 實驗對象

電動汽車動力電池額定容量140Ah，充電單體最高、最低電壓閾值分別為4.2V和2.8V。

步入式高低溫濕熱試驗室：賽寶，120KW，型號為EW594065W

32A交流充電樁：循道，7KW，型號XDJ32-E-32A/220V-XD001

1.2 試驗步驟

（1）電動汽車分別置于-20℃和25℃環(huán)境，靜置6h，慢充至截止條件。

（2）電動汽車置于-20℃環(huán)境，靜置6h，邊加熱邊充電方式充電至截止條件。

（3）電動汽車置于-20℃環(huán)境，靜置6h，通過BMS軟件控制加熱截止溫度為15℃與25℃。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度低溫充電

圖1中當(dāng)2 5℃充電時，電流可以達(dá)到18A，相應(yīng)的充電時間約8.3小時。但在-20℃溫度環(huán)境下充電時，只能以7A左右電流進(jìn)行，小電流造成充電時間長達(dá)17.25小時。低溫充電時，正負(fù)極材料的反應(yīng)活性變差，電解液粘度變大，鋰離子向負(fù)極遷移的速度減慢，一方面導(dǎo)致電池容量下降，一方面導(dǎo)致負(fù)極表面析鋰，進(jìn)一步形成鋰枝晶，刺穿隔膜，最終影響動力電池壽命[2-3]。因此，一般不建議在低溫下進(jìn)行充電，必須在低溫充電時，也會選擇較小的電流。為了改善這種問題，我們要考慮在低溫下加熱，先把動力電池加熱，再進(jìn)行充電。

2.2 不同充電方式低溫充電

由圖2可知，采用邊加熱邊充電的方式，充電電流明顯高于不加熱充電方式，充電時間明顯縮短。

圖3為采用邊加熱邊充電的方式，充電過程中電流和溫度的變化曲線。當(dāng)動力電池處在-20℃環(huán)境時， -20℃＜Tmin＜0℃時，邊加熱邊充電，加熱電流7A，充電電流從0A上升到7A，再升到12A；0℃≤Tmin＜55℃，停止加熱只充電，充電電流18A，最后轉(zhuǎn)10A充電到截止條件。

圖1 -20℃與25℃溫度下充電電流變化曲線

需注意加熱截止溫度不可太低，也不是越高越好。較低達(dá)不到預(yù)期的效果；較高的加熱截止溫度會造成溫差過大，溫差大，電池的不一致性越差，電池系統(tǒng)內(nèi)每個電芯的電性能不在同一水平，重復(fù)進(jìn)行充放電，會影響電芯循環(huán)壽命。

表格1中進(jìn)行了對比試驗，將電動汽車置于-20℃環(huán)境充電，加熱到25℃比加熱到15℃，時間多22min，溫差卻增大了7℃，達(dá)到21℃。在保持如此大的溫差下，再繼續(xù)充電，溫差會繼續(xù)增大，較大溫差也會使電動汽車達(dá)到電池允許的最大溫差閾值，出現(xiàn)故障，從而造成充電繼電器切斷，無法繼續(xù)充電。因此，合適的加熱截止溫度，是低溫充電必須要考慮的因素。

圖2 -20℃不同充電方式對比曲線

表1 不同加熱截止溫度的時間和溫差

3 結(jié)語

隨著電動汽車的不斷發(fā)展，應(yīng)用范圍、使用環(huán)境越來越復(fù)雜，將要面對的使用狀況越來越嚴(yán)苛，因此低溫充電性能將是影響電動汽車進(jìn)一步發(fā)展的重要因素。邊加熱邊充電的慢充方式，可以明顯改善低溫充電的問題，但目前策略仍存在加熱時溫差大，低溫下充電電流小的問題。在未來新能源發(fā)展中，一方面需要研究更高性能的電芯，實現(xiàn)低溫下更大電流充電，另一方面則需要企業(yè)在使用時，不斷的優(yōu)化充電策略和使用方式，提升低溫充電性能。