低溫工況下不同類型純電動汽車充電性能測試研究

【摘 要】800V高壓平臺等技術的發展促進新能源汽車充電性能的提高。文章以不同動力電池類型、不同電壓平臺的純電動汽車整車作為研究對象，在不同低溫工況下進行整車充電試驗。試驗結果表明采用三元鋰電池的測試車輛的低溫充電性能好于采用磷酸鐵鋰電池的測試車輛（整車電壓平臺都為400V）;采用800V整車電壓平臺的測試車輛的低溫充電性能好于采用400V整車電壓平臺的測試車輛（整車動力電池都為磷酸鐵鋰電池）。

【關鍵詞】純電動汽車;低溫;充電性能

中圖分類號：U469.72 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（ 2024 ）11-0021-03

Research on Charging Performance Testing of Different Types of Battery Electric Vehicles Under Low Temperature Operating Conditions

【Abstract】The development of technologies such as 800V high-voltage platforms has promoted the improvement of charging performance of new energy vehicles. This article takes battery electric vehicles with different types of power batteries and voltage platforms as the research object，and conducts vehicle charging tests under different low temperature conditions. The test results show that the low temperature charging performance of the test vehicle using ternary lithium batteries is better than that of the test vehicle using lithium iron phosphate batteries（the vehicle voltage platforms are all 400V）; The low temperature charging performance of the test vehicle using 800V vehicle voltage platform is better than that of the test vehicle using 400V vehicle voltage platform（all vehicle power batteries are lithium iron phosphate batteries）.

【Key words】battery electric vehicle;low temperature;charging performance

0 引言

發展新能源汽車是中國從汽車大國邁向汽車強國的必由之路。自2018年起中國大力發展新能源汽車，經歷了產業鏈打造、市場規模擴大階段，目前已由政策驅動轉向市場驅動，有望在未來成為國民經濟發展的重要支柱產業[1]。尤其是近年來，依靠科技創新中國新能源汽車產業已在全球建立起領先優勢，極大改變了國外傳統燃油車巨頭所主導的產業格局。根據中汽協數據，2023年中國新能源汽車產銷分別完成958.7萬輛和949.5萬輛，同比分別增長35.8%和37.9%，市場占有率達到31.6%[2]。

伴隨著新能源汽車產業的高速發展，動力電池產業快速壯大，技術水平持續提升。鋰離子動力電池由于具有高能量密度等一系列優點，已成為目前新能源汽車的主流選擇。三元鋰電池的能量密度較高、低溫適應性較好，磷酸鐵鋰電池安全性較好、材料成本較低，兩者已占據新能源汽車動力電池產業的主導地位[3]。根據中國汽車動力電池產業創新聯盟數據，2023年中國動力電池累計裝車量387.7GWh，同比增長31.6%。其中，三元鋰電池占總裝車量的32.6%，磷酸鐵鋰電池占總裝車量的67.3%[4]。

純電動汽車是以動力電池作為唯一動力源的新能源汽車，由于鋰離子動力電池在充放電過程中會發生化學反應，溫度的變化對其性能影響很大，進而影響整車的充電性能。隨著電池熱管理[5]、800V高壓平臺[6]等技術的發展，促進了新能源汽車充電性能的提高。目前，國內外對低溫充電性能的研究大都采用電池系統（零部件層級）作為測試對象，但整車結構及技術更為復雜，對零部件層級的研究并不能完全模擬整車層級充電性能的表現[7]。

本文以不同動力電池類型、不同電壓平臺的純電動汽車整車作為研究對象，具有典型代表性。在不同低溫工況下進行整車充電試驗，對不同類型整車的充電性能進行測試研究。

1 試驗過程

1.1 試驗用車

本文測試車輛全部為純電動乘用車，測試車型共計3款，編號分別為A、B、C，測試車輛詳細信息見表1。

1.2 試驗設備

1）本文采用環境倉模擬不同的溫度工況，環境倉為66m3的溫度沖擊試驗箱，可模擬溫度范圍為-40～60℃。

2）本文采用直流充電方式為測試車輛進行充電，選用的直流充電樁額定輸入電壓為AC 380V，輸出電壓范圍為DC200～1000V，輸出電流范圍為DC4～250A，額定輸出功率180kW。該充電樁具備記錄充電電量功能。

1.3 試驗車輛預處理

試驗前，測試車輛以30min最高車速的70%±5%穩定車速行駛，進行動力電池放電，待車輛表顯SOC至30%時結束。

1.4 試驗流程

1）30℃工況充電。將預處理后的測試車輛移入環境倉，設置環境倉溫度為30℃，測試車輛充電前在此溫度環境中浸車15h后進行充電，充電過程中保持溫度環境不變。記錄充電至100%SOC對應的充電時長t1及對應的充電電量E1。

2）低溫-5℃工況充電。將預處理后的測試車輛移入環境倉，設置環境倉溫度為-5℃，測試車輛充電前在此溫度環境中浸車15h后進行充電，充電過程中保持溫度環境不變。記錄充電至100%SOC對應的充電時長t2及對應的充電電量E2。

3）低溫-26℃工況充電。將預處理后的測試車輛移入環境倉，設置環境倉溫度為-26℃，測試車輛充電前在此溫度環境中浸車15h后進行充電，充電過程中保持溫度環境不變。記錄充電至100%SOC對應的充電時長t3及對應的充電電量E3。

1.5 低溫充電性能

1）充電時長t1、t2、t3，單位以min表示，數值精確到整數位。

2）充電電量E1、E2、E3，單位以kW·h表示，數值精確到小數點后兩位。

3）低溫充電時長衰減比例系數k2、k3分別為t2、t3與t1的比值，數值精確到小數點后兩位。低溫充電時長衰減比例系數以30℃工況下的充電時長t1為基準時長，其數值越大，代表著該低溫工況下的充電時長與30℃工況下的充電時長差距越大。

4）平均充電速率v1、v2、v3分別為對應充電電量E與對應充電時長t的比值，單位以kW·h/min表示，數值精確到小數點后兩位。

2 試驗結果與分析

2.1 不同動力電池類型400V電壓平臺純電動汽車低溫充電性能結果

車輛A的動力電池類型為三元鋰電池，采用400V整車電壓平臺。車輛預處理后，在30℃、-5℃、-26℃溫度工況下完成浸車，進行100%SOC滿電充電，記錄充電時長與充電電量，其不同溫度工況下的充電性能結果見表2。可以看出，在低溫測試工況下車輛A能夠正常完成滿電充電，且溫度的變化對充電性能的影響十分明顯。在充電時長方面，隨著測試溫度工況的降低，充電時長隨之延長，充電時長衰減比例系數增大，在-26℃溫度工況下充電時長t3最長為141min，充電時長衰減比例系數k3最大為2.47。在充電電量方面，隨著測試溫度工況的降低，充電電量隨之增加，這是由于低溫工況下為動力電池進行預熱消耗了電量，在-26℃溫度工況下充電電量E3最大為67.43kW·h。在平均充電速率方面，隨著測試溫度工況的降低，平均充電速率隨之降低，在-26℃溫度工況下平均充電速率v3最低為0.48kW·h/min。綜上，車輛A的低溫充電性能隨測試溫度工況的降低而變差。

車輛B的動力電池類型為磷酸鐵鋰電池，采用400V整車電壓平臺。車輛預處理后，在30℃、-5℃、-26℃溫度工況下完成浸車，進行100%SOC滿電充電，記錄充電時長與充電電量，其不同溫度工況下的充電性能結果見表3。同樣在低溫測試工況下車輛B也能夠正常完成滿電充電，車輛B的低溫充電性能隨測試溫度工況的降低而變差。在充電時長方面，隨著測試溫度工況的降低，充電時長隨之延長，充電時長衰減比例系數增大，在-26℃溫度工況下充電時長t3最長為252min，充電時長衰減比例系數k3最大為5.48。在充電電量方面，隨著測試溫度工況的降低，充電電量隨之增加，同樣由于低溫工況下為動力電池進行預熱消耗了電量，在-26℃溫度工況下充電電量E3最大為52.24kW·h。在平均充電速率方面，隨著測試溫度工況的降低，平均充電速率隨之降低，在-26℃溫度工況下平均充電速率v3最低為0.21kW·h/min。

對比車輛A與車輛B的低溫充電性能，在-5℃、-26℃溫度工況下，車輛B的充電時長衰減比例系數高于車輛A的充電時長衰減比例系數，兩者差距隨著測試溫度工況的降低而增大;車輛B的平均充電速率低于車輛A的平均充電速率。綜上，采用三元鋰電池的車輛A的低溫充電性能好于采用磷酸鐵鋰電池的車輛B。

2.2 不同電壓平臺磷酸鐵鋰電池純電動汽車低溫充電性能結果

車輛C的動力電池類型為磷酸鐵鋰電池，采用800V整車電壓平臺。車輛預處理后，在30℃、-5℃、-26℃溫度工況下完成浸車，進行100%SOC滿電充電，記錄充電時長與充電電量，其不同溫度工況下的充電性能結果見表4。在低溫測試工況下，車輛C能夠正常完成滿電充電，車輛C的低溫充電性能隨測試溫度工況的降低而變差。在充電時長方面，隨著測試溫度工況的降低，充電時長隨之延長，充電時長衰減比例系數增大，在-26℃溫度工況下充電時長t3最長為130min，充電時長衰減比例系數k3最大為2.32。在充電電量方面，隨著測試溫度工況的降低，充電電量隨之增加，低溫工況下為動力電池進行預熱消耗了電量，在-26℃溫度工況下充電電量E3最大為70.53kW·h。在平均充電速率方面，隨著測試溫度工況的降低，平均充電速率隨之降低，在-26℃溫度工況下平均充電速率v3最低為0.54kW·h/min。

對比車輛B與車輛C的低溫充電性能，在-5℃、-26℃溫度工況下，車輛B的充電時長衰減比例系數高于車輛C的充電時長衰減比例系數;車輛B的平均充電速率低于車輛C的平均充電速率。綜上，采用800V整車電壓平臺的車輛C的低溫充電性能好于采用400V整車電壓平臺的車輛B。

3 總結

本文以不同動力電池類型、不同電壓平臺的純電動汽車整車作為研究對象，在不同溫度工況下進行整車充電試驗，記錄充電過程中的充電時長和充電電量，并對測試車輛低溫充電性能進行分析。通過試驗結果可知：①在低溫測試工況下測試車輛全部能夠正常完成滿電充電;②隨著測試溫度工況的降低，測試車輛的充電性能變差;③采用三元鋰電池的測試車輛的低溫充電性能好于采用磷酸鐵鋰電池的測試車輛的低溫充電性能（整車電壓平臺都為400V）;④采用800V整車電壓平臺的測試車輛的低溫充電性能好于采用400V整車電壓平臺的測試車輛的低溫充電性能（整車動力電池都為磷酸鐵鋰電池）。

參考文獻：

[1] 昝雪松. 國內新能源汽車關鍵技術發展現狀與趨勢分析[J]. 內燃機與配件，2023（17）：112-114.

[2] 姚蘭. 2023年新能源汽車產銷規模均超900萬輛[J]. 汽車縱橫，2024（2）：106-107.

[3] 梅周盛，席文倩，夏靖武，等. 純電動汽車動力電池系統的低溫性能研究[J]. 汽車電器，2021（4）：12-14.

[4] 鄭雪芹. 2023年我國動力電池裝車量387.7GWh[J]. 汽車縱橫，2024（2）：114-115.

[5] 翟端正，王思杰，牛治鋒. 純電動汽車動力電池熱管理技術探析[J]. 汽車電器，2024（3）：28-29.

[6] 王琨，吳家豪. 電動汽車快充技術發展研究[J]. 時代汽車，2023（18）：121-123.

[7] 黃炘，陳麗雪，李川，等. 電動汽車低溫充電性能的研究與分析[J]. 汽車電器，2020（3）：20-23.