【摘 要】800V高壓平臺(tái)等技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)新能源汽車充電性能的提高。文章以不同動(dòng)力電池類型、不同電壓平臺(tái)的純電動(dòng)汽車整車作為研究對(duì)象，在不同低溫工況下進(jìn)行整車充電試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)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(tái)都為400V）;采用800V整車電壓平臺(tái)的測試車輛的低溫充電性能好于采用400V整車電壓平臺(tái)的測試車輛（整車動(dòng)力電池都為磷酸鐵鋰電池）。

【關(guān)鍵詞】純電動(dòng)汽車;低溫;充電性能

中圖分類號(hào)：U469.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(fā)展新能源汽車是中國從汽車大國邁向汽車強(qiáng)國的必由之路。自2018年起中國大力發(fā)展新能源汽車，經(jīng)歷了產(chǎn)業(yè)鏈打造、市場規(guī)模擴(kuò)大階段，目前已由政策驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向市場驅(qū)動(dòng)，有望在未來成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)[1]。尤其是近年來，依靠科技創(chuàng)新中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)已在全球建立起領(lǐng)先優(yōu)勢，極大改變了國外傳統(tǒng)燃油車巨頭所主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)格局。根據(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù)，2023年中國新能源汽車產(chǎn)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(dá)到31.6%[2]。

伴隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)快速壯大，技術(shù)水平持續(xù)提升。鋰離子動(dòng)力電池由于具有高能量密度等一系列優(yōu)點(diǎn)，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(yīng)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(jù)新能源汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)地位[3]。根據(jù)中國汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟數(shù)據(jù)，2023年中國動(dòng)力電池累計(jì)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(dòng)汽車是以動(dòng)力電池作為唯一動(dòng)力源的新能源汽車，由于鋰離子動(dòng)力電池在充放電過程中會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，溫度的變化對(duì)其性能影響很大，進(jìn)而影響整車的充電性能。隨著電池?zé)峁芾韀5]、800V高壓平臺(tái)[6]等技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了新能源汽車充電性能的提高。目前，國內(nèi)外對(duì)低溫充電性能的研究大都采用電池系統(tǒng)（零部件層級(jí)）作為測試對(duì)象，但整車結(jié)構(gòu)及技術(shù)更為復(fù)雜，對(duì)零部件層級(jí)的研究并不能完全模擬整車層級(jí)充電性能的表現(xiàn)[7]。

本文以不同動(dòng)力電池類型、不同電壓平臺(tái)的純電動(dòng)汽車整車作為研究對(duì)象，具有典型代表性。在不同低溫工況下進(jìn)行整車充電試驗(yàn)，對(duì)不同類型整車的充電性能進(jìn)行測試研究。

1 試驗(yàn)過程

1.1 試驗(yàn)用車

本文測試車輛全部為純電動(dòng)乘用車，測試車型共計(jì)3款，編號(hào)分別為A、B、C，測試車輛詳細(xì)信息見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

1）本文采用環(huán)境倉模擬不同的溫度工況，環(huán)境倉為66m3的溫度沖擊試驗(yàn)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(jìn)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(yàn)車輛預(yù)處理

試驗(yàn)前，測試車輛以30min最高車速的70%±5%穩(wěn)定車速行駛，進(jìn)行動(dòng)力電池放電，待車輛表顯SOC至30%時(shí)結(jié)束。

1.4 試驗(yàn)流程

1）30℃工況充電。將預(yù)處理后的測試車輛移入環(huán)境倉，設(shè)置環(huán)境倉溫度為30℃，測試車輛充電前在此溫度環(huán)境中浸車15h后進(jìn)行充電，充電過程中保持溫度環(huán)境不變。記錄充電至100%SOC對(duì)應(yīng)的充電時(shí)長t1及對(duì)應(yīng)的充電電量E1。

2）低溫-5℃工況充電。將預(yù)處理后的測試車輛移入環(huán)境倉，設(shè)置環(huán)境倉溫度為-5℃，測試車輛充電前在此溫度環(huán)境中浸車15h后進(jìn)行充電，充電過程中保持溫度環(huán)境不變。記錄充電至100%SOC對(duì)應(yīng)的充電時(shí)長t2及對(duì)應(yīng)的充電電量E2。

3）低溫-26℃工況充電。將預(yù)處理后的測試車輛移入環(huán)境倉，設(shè)置環(huán)境倉溫度為-26℃，測試車輛充電前在此溫度環(huán)境中浸車15h后進(jìn)行充電，充電過程中保持溫度環(huán)境不變。記錄充電至100%SOC對(duì)應(yīng)的充電時(shí)長t3及對(duì)應(yīng)的充電電量E3。

1.5 低溫充電性能

1）充電時(shí)長t1、t2、t3，單位以min表示，數(shù)值精確到整數(shù)位。

2）充電電量E1、E2、E3，單位以kW·h表示，數(shù)值精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位。

3）低溫充電時(shí)長衰減比例系數(shù)k2、k3分別為t2、t3與t1的比值，數(shù)值精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位。低溫充電時(shí)長衰減比例系數(shù)以30℃工況下的充電時(shí)長t1為基準(zhǔn)時(shí)長，其數(shù)值越大，代表著該低溫工況下的充電時(shí)長與30℃工況下的充電時(shí)長差距越大。

4）平均充電速率v1、v2、v3分別為對(duì)應(yīng)充電電量E與對(duì)應(yīng)充電時(shí)長t的比值，單位以kW·h/min表示，數(shù)值精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同動(dòng)力電池類型400V電壓平臺(tái)純電動(dòng)汽車低溫充電性能結(jié)果

車輛A的動(dòng)力電池類型為三元鋰電池，采用400V整車電壓平臺(tái)。車輛預(yù)處理后，在30℃、-5℃、-26℃溫度工況下完成浸車，進(jìn)行100%SOC滿電充電，記錄充電時(shí)長與充電電量，其不同溫度工況下的充電性能結(jié)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(duì)充電性能的影響十分明顯。在充電時(shí)長方面，隨著測試溫度工況的降低，充電時(shí)長隨之延長，充電時(shí)長衰減比例系數(shù)增大，在-26℃溫度工況下充電時(shí)長t3最長為141min，充電時(shí)長衰減比例系數(shù)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(dòng)力電池進(jìn)行預(yù)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(dòng)力電池類型為磷酸鐵鋰電池，采用400V整車電壓平臺(tái)。車輛預(yù)處理后，在30℃、-5℃、-26℃溫度工況下完成浸車，進(jìn)行100%SOC滿電充電，記錄充電時(shí)長與充電電量，其不同溫度工況下的充電性能結(jié)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(shí)長方面，隨著測試溫度工況的降低，充電時(shí)長隨之延長，充電時(shí)長衰減比例系數(shù)增大，在-26℃溫度工況下充電時(shí)長t3最長為252min，充電時(shí)長衰減比例系數(shù)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(dòng)力電池進(jìn)行預(yù)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(duì)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(shí)長衰減比例系數(shù)高于車輛A的充電時(shí)長衰減比例系數(shù)，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(tái)磷酸鐵鋰電池純電動(dòng)汽車低溫充電性能結(jié)果

車輛C的動(dòng)力電池類型為磷酸鐵鋰電池，采用800V整車電壓平臺(tái)。車輛預(yù)處理后，在30℃、-5℃、-26℃溫度工況下完成浸車，進(jìn)行100%SOC滿電充電，記錄充電時(shí)長與充電電量，其不同溫度工況下的充電性能結(jié)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(shí)長方面，隨著測試溫度工況的降低，充電時(shí)長隨之延長，充電時(shí)長衰減比例系數(shù)增大，在-26℃溫度工況下充電時(shí)長t3最長為130min，充電時(shí)長衰減比例系數(shù)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(dòng)力電池進(jìn)行預(yù)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(duì)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(shí)長衰減比例系數(shù)高于車輛C的充電時(shí)長衰減比例系數(shù);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(tái)的車輛C的低溫充電性能好于采用400V整車電壓平臺(tái)的車輛B。

3 總結(jié)

本文以不同動(dòng)力電池類型、不同電壓平臺(tái)的純電動(dòng)汽車整車作為研究對(duì)象，在不同溫度工況下進(jìn)行整車充電試驗(yàn)，記錄充電過程中的充電時(shí)長和充電電量，并對(duì)測試車輛低溫充電性能進(jìn)行分析。通過試驗(yàn)結(jié)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(tái)都為400V）;④采用800V整車電壓平臺(tái)的測試車輛的低溫充電性能好于采用400V整車電壓平臺(tái)的測試車輛的低溫充電性能（整車動(dòng)力電池都為磷酸鐵鋰電池）。

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