电动汽车低温充电性能的研究与分析

秦鑫

摘要：如今，随着我国经济的飞速发展，电动汽车的应用越来越广泛。而低温充电一直是制约各车企向寒冷地区范围难以推广电动汽车的重要原因。本文选取某电动汽车作为对象，通过不同温度下不同充电方式试验对比，分析了动力电池低温充电的风险及问题，并提出了一种提高动力电池低温充电能力的方法。

关键词：电动汽车;低温充电性能;研究;分析

引言

由于电动汽车在低温环境下存在续驶里程大幅缩短、充电时间加长、动力性下降等问题，导致其在高寒地区的推广应用较少。本文主要介绍了电动汽车在高寒环境下的适应性研究方案，并结合具体车型的研究成果展开分析。所述的低温环境适应性研究包含低温冷启动、除霜、采暖、直流/交流充电、动力性、经济性、可靠性、能量回收、以及制动操稳性。

1低温对充电时效的影响

由于在低温环境中磷酸铁锂动力电池的电化学性能降低，不能进行充放电或者充放电效率降低，为了解决这一问题，动力电池系统采用热管理系统，对电池包进行加热处理，使电芯在最佳的温度范围内工作。表1所示为某轻型商用电动车在低温环境与常温时充电时效的对比。由表可见，在-10℃时动力电池系统所需要的充电时间更长，其原因是低温电池管理系统会首先启动热管理程序，对动力电池系统进行加热，只有加热到电芯适合充电的温度时才能进行充电，这个过程不仅需要时间，而且也会消耗动力电池系统的电量。因此，一般在低温环境中使用车辆时，需设置的SOC最低限值比常温更大，以满足低温加热的需求。在低温条件下完成充电时，动力电池系统的总电压及单体电压均要小于在常温时，这是由于温度越低，电池的内阻越大，Li+扩散阻抗越大所致。

2实验设计

2.1实验对象

电动汽车动力电池额定容量140Ah，充电单体最高、最低电压阈值分别为4.2V和2.8V。步入式高低温湿热试验室：赛宝，120KW，型号为EW594065W32A交流充电桩：循道，7KW，型号XDJ32-E-32A/220V-XD001

2.2试验步骤

（1）电动汽车分别置于-20℃和25℃环境，静置6h，慢充至截止条件。（2）电动汽车置于-20℃环境，静置6h，边加热边充电方式充电至截止条件。（3）电动汽车置于-20℃环境，静置6h，通过BMS软件控制加热截止温度为15℃与25℃。

3结果与分析

3.1不同温度低温充电

图1中当25℃充电时，电流可以达到18A，相应的充电时间约8.3小时。但在-20℃温度环境下充电时，只能以7A左右电流进行，小电流造成充电时间长达17.25小时。低温充电时，正负极材料的反应活性变差，电解液粘度变大，锂离子向负极迁移的速度减慢，一方面导致电池容量下降，一方面导致负极表面析锂，进一步形成锂枝晶，刺穿隔膜，最终影响动力电池寿命。因此，一般不建议在低温下进行充电，必须在低温充电时，也会选择较小的电流。为了改善这种问题，我们要考虑在低温下加热，先把动力电池加热，再进行充电。

3.2不同充电方式低温充电

采用边加热边充电的方式，充电电流明显高于不加热充电方式，充电时间明显缩短。为采用边加热边充电的方式，充电过程中电流和温度的变化曲线。当动力电池处在-20℃环境时，-20℃

3电动汽车低温适应性研究

3.1低温采暖

采暖是冬季高寒地区日常出行必不可少的一项功能，与传统汽车采用发动机暖风水箱采暖的方式不同，純电动汽车多是采用电加热管加热的方式采暖。电加热管的加热性能和能耗，是影响纯电动汽车采暖和续航的关键因素。因此，测试纯电动汽车低温采暖、保温能力，监控整车低温采暖能耗，对于推广纯电动汽车应用，推进节能减排有重要意义。低温采暖主要验证空调系统在低温环境下的工作可靠性，静态与行车采暖时车辆的快速升温和保温能力，以及低温采暖对车辆续航的影响。在进行低温采暖试验时，首先要对车辆主要位置（如：头部、脚部、外温、各出风口）进行温度传感器布点，然后选择高寒天气，分别在静态、行车时开启PTC，研究车辆主要位置的温度变化情况、整车采暖能耗、采暖舒适性、以及开/闭PTC时的续航差异。需要注意的是，采暖试验中，整车的采暖效果受多个条件影响，自动空调与非自动空调的影响因素也不同。对于自动空调，只需要开启空调AUTO模式，测试升温、保温、能耗及主观舒适性即可;对于非自动空调，则需要考虑车辆静态/动态、内/外循环方式、PTC档位、鼓风机档位、吹风方式等，测试不同条件下整车的采暖效果。

3.2低温充电

低温充电试验主要验证车辆在高寒环境时，车辆充电功能与性能是否可靠。由于动力电池低温充电能力明显逊与低温放电能力，甚至当温度低于一定条件时，禁止给电池充电。因此厂家在设计车辆低温充电功能时，通常采用预加热的方式，也就是当环境温度低于厂家所设定的可充电温度，车辆进行充电时会率先对动力电池进行预加热，当动力电池温度提升至可充电温度后再启动充电，以保证车辆充电效率、充电速度、充电稳定性和安全性。纯电动汽车充电分为交流慢充和直流快充两种充电方式。交流慢充主要通过车载充电机、随车充电线、充电桩进行充电，由于车载充电机功率较小，导致充电时间较长;直流快充主要通过快充桩进行充电，快充桩功率较大，可快速为车辆补电。低温充电主要考察纯电动汽车低温环境下可充电性、充电过程无故障、充电时间符合要求。

结语

随着电动汽车的不断发展，应用范围、使用环境越来越复杂，将要面对的使用状况越来越严苛，因此低温充电性能将是影响电动汽车进一步发展的重要因素。边加热边充电的慢充方式，可以明显改善低温充电的问题，但目前策略仍存在加热时温差大，低温下充电电流小的问题。在未来新能源发展中，一方面需要研究更高性能的电芯，实现低温下更大电流充电，另一方面则需要企业在使用时，不断的优化充电策略和使用方式，提升低温充电性能。

参考文献

[1]林春景，李斌，常国峰，等.不同温度下磷酸铁锂电池内阻特性实验研究[J].电源技术，2017，39（1）：22-25.

[2]张伟，姚朝华，曾祥兵，等.电动汽车快充策略设计的影响因素研究[J].通信电源技术，2018（3）.

[3]姚朝华，张伟，杨玉梅，等.电动汽车SOC影响因素研究[J].科技视界，2018（2）：6-7.

[4]杨玉梅，韩友国，姚朝华，等.电池组低温环境下充电控制设计与验证[J].电源技术，2019，43（3）：405-Q407，419.