【摘 要】800V高壓平臺(tái)等技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)新能源汽車(chē)充電性能的提高。文章以不同動(dòng)力電池類(lèi)型、不同電壓平臺(tái)的純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)作為研究對(duì)象，在不同低溫工況下進(jìn)行整車(chē)充電試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明采用三元鋰電池的測(cè)試車(chē)輛的低溫充電性能好于采用磷酸鐵鋰電池的測(cè)試車(chē)輛（整車(chē)電壓平臺(tái)都為400V）;采用800V整車(chē)電壓平臺(tái)的測(cè)試車(chē)輛的低溫充電性能好于采用400V整車(chē)電壓平臺(tái)的測(cè)試車(chē)輛（整車(chē)動(dòng)力電池都為磷酸鐵鋰電池）。

【關(guān)鍵詞】純電動(dòng)汽車(chē);低溫;充電性能

中圖分類(lèi)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(chē)是中國(guó)從汽車(chē)大國(guó)邁向汽車(chē)強(qiáng)國(guó)的必由之路。自2018年起中國(guó)大力發(fā)展新能源汽車(chē)，經(jīng)歷了產(chǎn)業(yè)鏈打造、市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大階段，目前已由政策驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，有望在未來(lái)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)[1]。尤其是近年來(lái)，依靠科技創(chuàng)新中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)已在全球建立起領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，極大改變了國(guó)外傳統(tǒng)燃油車(chē)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(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)分別完成958.7萬(wàn)輛和949.5萬(wàn)輛，同比分別增長(zhǎng)35.8%和37.9%，市場(chǎng)占有率達(dá)到31.6%[2]。

伴隨著新能源汽車(chē)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(chē)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(chē)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)地位[3]。根據(jù)中國(guó)汽車(chē)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟數(shù)據(jù)，2023年中國(guó)動(dòng)力電池累計(jì)裝車(chē)量387.7GWh，同比增長(zhǎng)31.6%。其中，三元鋰電池占總裝車(chē)量的32.6%，磷酸鐵鋰電池占總裝車(chē)量的67.3%[4]。

純電動(dòng)汽車(chē)是以動(dòng)力電池作為唯一動(dòng)力源的新能源汽車(chē)，由于鋰離子動(dòng)力電池在充放電過(guò)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(chē)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(chē)充電性能的提高。目前，國(guó)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(cè)試對(duì)象，但整車(chē)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(chē)層級(jí)充電性能的表現(xiàn)[7]。

本文以不同動(dòng)力電池類(lèi)型、不同電壓平臺(tái)的純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)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(chē)充電試驗(yàn)，對(duì)不同類(lèi)型整車(chē)的充電性能進(jìn)行測(cè)試研究。

1 試驗(yàn)過(guò)程

1.1 試驗(yàn)用車(chē)

本文測(cè)試車(chē)輛全部為純電動(dòng)乘用車(chē)，測(cè)試車(chē)型共計(jì)3款，編號(hào)分別為A、B、C，測(cè)試車(chē)輛詳細(xì)信息見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

1）本文采用環(huán)境倉(cāng)模擬不同的溫度工況，環(huán)境倉(cāng)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(cè)試車(chē)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(chē)輛預(yù)處理

試驗(yàn)前，測(cè)試車(chē)輛以30min最高車(chē)速的70%±5%穩(wěn)定車(chē)速行駛，進(jìn)行動(dòng)力電池放電，待車(chē)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(cè)試車(chē)輛移入環(huán)境倉(cāng)，設(shè)置環(huán)境倉(cāng)溫度為30℃，測(cè)試車(chē)輛充電前在此溫度環(huán)境中浸車(chē)15h后進(jìn)行充電，充電過(guò)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(zhǎng)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(cè)試車(chē)輛移入環(huán)境倉(cāng)，設(shè)置環(huán)境倉(cāng)溫度為-5℃，測(cè)試車(chē)輛充電前在此溫度環(huán)境中浸車(chē)15h后進(jìn)行充電，充電過(guò)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(zhǎng)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(cè)試車(chē)輛移入環(huán)境倉(cāng)，設(shè)置環(huán)境倉(cāng)溫度為-26℃，測(cè)試車(chē)輛充電前在此溫度環(huán)境中浸車(chē)15h后進(jìn)行充電，充電過(guò)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)衰減比例系數(shù)以30℃工況下的充電時(shí)長(zhǎng)t1為基準(zhǔn)時(shí)長(zhǎng)，其數(shù)值越大，代表著該低溫工況下的充電時(shí)長(zhǎng)與30℃工況下的充電時(shí)長(zhǎng)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(zhǎng)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(lèi)型400V電壓平臺(tái)純電動(dòng)汽車(chē)低溫充電性能結(jié)果

車(chē)輛A的動(dòng)力電池類(lèi)型為三元鋰電池，采用400V整車(chē)電壓平臺(tái)。車(chē)輛預(yù)處理后，在30℃、-5℃、-26℃溫度工況下完成浸車(chē)，進(jìn)行100%SOC滿(mǎn)電充電，記錄充電時(shí)長(zhǎng)與充電電量，其不同溫度工況下的充電性能結(jié)果見(jiàn)表2?？梢钥闯?，在低溫測(cè)試工況下車(chē)輛A能夠正常完成滿(mǎn)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(zhǎng)方面，隨著測(cè)試溫度工況的降低，充電時(shí)長(zhǎng)隨之延長(zhǎng)，充電時(shí)長(zhǎng)衰減比例系數(shù)增大，在-26℃溫度工況下充電時(shí)長(zhǎng)t3最長(zhǎng)為141min，充電時(shí)長(zhǎng)衰減比例系數(shù)k3最大為2.47。在充電電量方面，隨著測(cè)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(cè)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(chē)輛A的低溫充電性能隨測(cè)試溫度工況的降低而變差。

車(chē)輛B的動(dòng)力電池類(lèi)型為磷酸鐵鋰電池，采用400V整車(chē)電壓平臺(tái)。車(chē)輛預(yù)處理后，在30℃、-5℃、-26℃溫度工況下完成浸車(chē)，進(jìn)行100%SOC滿(mǎn)電充電，記錄充電時(shí)長(zhǎng)與充電電量，其不同溫度工況下的充電性能結(jié)果見(jiàn)表3。同樣在低溫測(cè)試工況下車(chē)輛B也能夠正常完成滿(mǎn)電充電，車(chē)輛B的低溫充電性能隨測(cè)試溫度工況的降低而變差。在充電時(shí)長(zhǎng)方面，隨著測(cè)試溫度工況的降低，充電時(shí)長(zhǎng)隨之延長(zhǎng)，充電時(shí)長(zhǎng)衰減比例系數(shù)增大，在-26℃溫度工況下充電時(shí)長(zhǎng)t3最長(zhǎng)為252min，充電時(shí)長(zhǎng)衰減比例系數(shù)k3最大為5.48。在充電電量方面，隨著測(cè)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(cè)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(chē)輛A與車(chē)輛B的低溫充電性能，在-5℃、-26℃溫度工況下，車(chē)輛B的充電時(shí)長(zhǎng)衰減比例系數(shù)高于車(chē)輛A的充電時(shí)長(zhǎng)衰減比例系數(shù)，兩者差距隨著測(cè)試溫度工況的降低而增大;車(chē)輛B的平均充電速率低于車(chē)輛A的平均充電速率。綜上，采用三元鋰電池的車(chē)輛A的低溫充電性能好于采用磷酸鐵鋰電池的車(chē)輛B。

2.2 不同電壓平臺(tái)磷酸鐵鋰電池純電動(dòng)汽車(chē)低溫充電性能結(jié)果

車(chē)輛C的動(dòng)力電池類(lèi)型為磷酸鐵鋰電池，采用800V整車(chē)電壓平臺(tái)。車(chē)輛預(yù)處理后，在30℃、-5℃、-26℃溫度工況下完成浸車(chē)，進(jìn)行100%SOC滿(mǎn)電充電，記錄充電時(shí)長(zhǎng)與充電電量，其不同溫度工況下的充電性能結(jié)果見(jiàn)表4。在低溫測(cè)試工況下，車(chē)輛C能夠正常完成滿(mǎn)電充電，車(chē)輛C的低溫充電性能隨測(cè)試溫度工況的降低而變差。在充電時(shí)長(zhǎng)方面，隨著測(cè)試溫度工況的降低，充電時(shí)長(zhǎng)隨之延長(zhǎng)，充電時(shí)長(zhǎng)衰減比例系數(shù)增大，在-26℃溫度工況下充電時(shí)長(zhǎng)t3最長(zhǎng)為130min，充電時(shí)長(zhǎng)衰減比例系數(shù)k3最大為2.32。在充電電量方面，隨著測(cè)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(cè)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(chē)輛B與車(chē)輛C的低溫充電性能，在-5℃、-26℃溫度工況下，車(chē)輛B的充電時(shí)長(zhǎng)衰減比例系數(shù)高于車(chē)輛C的充電時(shí)長(zhǎng)衰減比例系數(shù);車(chē)輛B的平均充電速率低于車(chē)輛C的平均充電速率。綜上，采用800V整車(chē)電壓平臺(tái)的車(chē)輛C的低溫充電性能好于采用400V整車(chē)電壓平臺(tái)的車(chē)輛B。

3 總結(jié)

本文以不同動(dòng)力電池類(lèi)型、不同電壓平臺(tái)的純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)作為研究對(duì)象，在不同溫度工況下進(jìn)行整車(chē)充電試驗(yàn)，記錄充電過(guò)程中的充電時(shí)長(zhǎng)和充電電量，并對(duì)測(cè)試車(chē)輛低溫充電性能進(jìn)行分析。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果可知：①在低溫測(cè)試工況下測(cè)試車(chē)輛全部能夠正常完成滿(mǎn)電充電;②隨著測(cè)試溫度工況的降低，測(cè)試車(chē)輛的充電性能變差;③采用三元鋰電池的測(cè)試車(chē)輛的低溫充電性能好于采用磷酸鐵鋰電池的測(cè)試車(chē)輛的低溫充電性能（整車(chē)電壓平臺(tái)都為400V）;④采用800V整車(chē)電壓平臺(tái)的測(cè)試車(chē)輛的低溫充電性能好于采用400V整車(chē)電壓平臺(tái)的測(cè)試車(chē)輛的低溫充電性能（整車(chē)動(dòng)力電池都為磷酸鐵鋰電池）。

參考文獻(xiàn)：

[1] 昝雪松. 國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)分析[J]. 內(nèi)燃機(jī)與配件，2023（17）：112-114.

[2] 姚蘭. 2023年新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)規(guī)模均超900萬(wàn)輛[J]. 汽車(chē)縱橫，2024（2）：106-107.

[3] 梅周盛，席文倩，夏靖武，等. 純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池系統(tǒng)的低溫性能研究[J]. 汽車(chē)電器，2021（4）：12-14.

[4] 鄭雪芹. 2023年我國(guó)動(dòng)力電池裝車(chē)量387.7GWh[J]. 汽車(chē)縱橫，2024（2）：114-115.

[5] 翟端正，王思杰，牛治鋒. 純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池?zé)峁芾砑夹g(shù)探析[J]. 汽車(chē)電器，2024（3）：28-29.

[6] 王琨，吳家豪. 電動(dòng)汽車(chē)快充技術(shù)發(fā)展研究[J]. 時(shí)代汽車(chē)，2023（18）：121-123.

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