一种EV用三元动力电池快充充电方法研究

徐钦建，秦李伟，朱道吉，徐爱琴

新能源汽车

一种EV用三元动力电池快充充电方法研究

徐钦建，秦李伟，朱道吉，徐爱琴

（安徽江淮股份有限公司技术中心 新能源汽车研究院，安徽 合肥 230601）

电动汽车充电时间是制约纯电动汽车发展的一大瓶颈，不同的充电控制方法对锂离子电池的性能、寿命都将产生重大的影响。文章基于一款量产车型用三元动力电池，详细比较了两种直流充电方法，并就两种方法开展测试分析，选出最优方案并应用于整车上，通过整车快充实际验证，满足充电时长要求＜1h充电至SOC80%，＜1.5h充电至SOC100%的要求。

动力电池；快充；充电时间

CLC NO.: U469 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)16-102-03

引言

21世纪以来，世界汽车保有量逐年增加，迅速增长的石油消费和日益严峻的环保压力迫使汽车生产业必须走节能环保的发展道路[1]。纯电动汽车具有节能、环保的优势，可有效缓解能源紧张和环境污染问题[2]。随着近几年纯电动车的普及，越来越多的用户对车辆的充电时间提出了严格的要求。本文基于一款量产纯电动车型，电池包额定容量116Ah，电池单体额定电压3.6V，工作电压范围为2.75V-1.45V，该电池单体最大允许充电倍率为1.3C，充电时长要求＜1h充电至SOC80%，＜1.5h充电至SOC100%。

动力电池是电动汽车的核心部件之一，具有高比能量、寿命长等优点，其性能的优劣直接影响到整车的性能[3]。不同的充电方式、充电结束电压、充电电流及充电温度等对锂离子电池的性能、寿命都将产生重大的影响。针对锂离子电池的上述弊端，研究人员从锂离子的充电控制策略入手，保障电池安全性能的前提下，提出了两种充电方式并对其进行比较。

1 三元动力电池快充充电方法

1.1 三元电池单体快充方法

1.1.1 两种快充充电方法

针对整车提出的1h充电至SOC80%，1.5h从SOC0%充电至SOC100%的目标要求，提出三种充电方法，如图1-图2所示，总体原则为第一阶段的充电倍率较大，后面逐步降低充电倍率，直至电池充满电。

图1 快充充电方法1

图2 快充充电方法2

如上图1所示，充电策略为1C充电至SOC60%，0.5C充电至SOC88%，0.45C充电至91%，0.4C充电至93.5%，0.34C充电至95.5%，0.29C充电至97%，0.24C充电至98%，0.2C充电至SOC100%；

图2，充电策略为1.08C充电至SOC40%，0.7C充电至SOC80%，0.5C充电至88%，0.45C充电至91%，0.4C充电至93.5%，0.34C充电至95.5%，0.29C充电至97%，0.24C充电至98%，0.2C充电至SOC100%；

1.1.2 两种快充充电结果

基于上述电池单体快充方案进行测试，结果如下：

图3 方案1单体快充充电试验

如表1所示，方案1充电总容量约2400mAh（占额定容量88%），总充电时间为78分钟，其中1C 充电可达到总的充电容量近67%，充电时间35分钟（占总时间44.8%），其次为0.5C和0.2C恒流充电，充电容量分别为24.3%和 4.3%。

表1 方案1单体快充充电结果

如表2所示，方案2充电总容量约2450mAh（占额定容量89.3%），总充电时间为76分钟，其中1.08C 充电可达到总的充电容量近49%，充电时间24分钟（占总时间31.8%），其次为0.7C和0.5C恒流充电，充电容量分别为36.6%和6.0%。（1.08C+0.7C）可充电2100mAh，占额定容量的85.5%，充电时间为52分钟，即52min即可为顾客充电近86%，满足大多数顾客使用需求。

图4 方案2单体快充充电试验

表2 方案2单体快充充电结果

对比方案1和方案2可知，方案2虽然只比方案1节约了2min，但方案2总充电容量比方案1多了2.33%，且大倍率充电到40%左右，对电池包使用寿命较好。

1.2 三元动力电池包快充充电方法

基于上述电池单体快充充电方案的比较，最终选择方案3做为电池包快充充电策略，125A充至SOC40%（Vmax= 3.887），电流直降为0.7C充电至80%（Vmax=4.12），直降为0.5C充至Vmax=4.14V，步长6A降至0.2C，充至Vmax= 4.14V，0.2C充至Vmax=4.15V。

图3 整车快充策略

其中，V1、V2、V3、V 4的参数表如下：

表3 V1、V2参数表

表4 梯度降电流参数表

2 整车快充策略验证

图4 整车快充容量及快充时间

图5 整车快充能量及单体电压

从图4-图5可以看出车辆快充容量为110Ah，占电池包额定容量的97.6%，0-80%快充时间为53min，0-97.6%充电时间1h20min，即车辆从空电到充电截止电压保护充电时长为80min，满足设计要求。

3 结论

1）根据上述单体不同方式充电可知，选用方案2（即大倍率充电至SOC40%比大倍率充电至60%对电池寿命较好，且方案2充电容量较多）。

2）方案2充电实车验证快充，快充充电容量占额定容量的97.6%，0-80%充电时长53min，满足＜1h的要求，0-97.6%充电时间1h20min，满足＜1.5h的设计目标。

[1] 冷伟, 褚博文等. 纯电动汽车发展趋势[J]. 科学导报, 2015,28（4）：43-47.

[2] 张文亮, 武斌, 李武峰, 来小康. 我国纯电动汽车的发展方向及能源供给模式的探讨[J]. 电网技术, 2009,24(4)∶1-5.

[3] 孟祥峰, 孙逢春, 林程, 王震坡. 动力电池循环寿命预测方法研究[J]. 电源技术, 2009, 33(11)∶955-958.

[4] 王罗英, 李建玲, 高飞, 王新东, 赵淑红, 王子冬.锂动力电池LiFePO4电极的加速寿命[J]. 有色金属, 2014,63（1）∶58-61.

An EV studied with three-element pow

Xu Qinjian, Qin Liwei, Zhu Daoji, Xu Aiqin
( New Energy Vehicle Institute, Technical Center of Anhui Jianghuai Automobile Co., Lid, Anhui Hefei 230601 )

Electric vehicle charging time is a major bottleneck restricting the development of pure electric vehicles, different charging control methods for lithium-ion battery performance, life will have a significant impact. In this paper, based on a production model with three yuan power battery, a detailed comparison of the two DC charging method, and two methods to carry out test analysis, select the optimal program and applied to the vehicle, To meet the charging time requirements ＜1h charge to SOC80%, ＜1.5h charge to SOC100% requirements.

traction battery; service life; life prediction; acceleration experiment; durability test

U469

A

1671-7988 (2017)16-102-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.16.036

徐钦建，就职于安徽江淮股份有限公司技术中心新能源汽车研究院。