姚朝華 張偉 顧民 沈志順
奇瑞新能源汽車技術(shù)有限公司 安徽省蕪湖市 241002
鋰離子蓄電池作為電動(dòng)汽車的重要?jiǎng)恿碓矗瑢?duì)使用環(huán)境的溫度一直非常敏感[1]。主要因?yàn)榈蜏叵鲁潆姶嬖阡囯姵匚鲣囷L(fēng)險(xiǎn),進(jìn)而導(dǎo)致電池使用壽命縮短。如何克服低溫充電問題,是目前急需解決的難點(diǎn)。本文選取某電動(dòng)汽車作為對(duì)象,通過不同溫度下充電試驗(yàn)對(duì)比,分析了動(dòng)力電池低溫充電的風(fēng)險(xiǎn)及問題,并提出了一種提高動(dòng)力電池低溫充電能力的方法。
電動(dòng)汽車動(dòng)力電池額定容量140Ah,充電單體最高、最低電壓閾值分別為4.2V和2.8V。
步入式高低溫濕熱試驗(yàn)室:賽寶,120KW,型號(hào)為EW594065W
32A交流充電樁:循道,7KW,型號(hào)XDJ32-E-32A/220V-XD001
(1)電動(dòng)汽車分別置于-20℃和25℃環(huán)境,靜置6h,慢充至截止條件。
(2)電動(dòng)汽車置于-20℃環(huán)境,靜置6h,邊加熱邊充電方式充電至截止條件。
(3)電動(dòng)汽車置于-20℃環(huán)境,靜置6h,通過BMS軟件控制加熱截止溫度為15℃與25℃。
圖1中當(dāng)2 5℃充電時(shí),電流可以達(dá)到18A,相應(yīng)的充電時(shí)間約8.3小時(shí)。但在-20℃溫度環(huán)境下充電時(shí),只能以7A左右電流進(jìn)行,小電流造成充電時(shí)間長(zhǎng)達(dá)17.25小時(shí)。低溫充電時(shí),正負(fù)極材料的反應(yīng)活性變差,電解液粘度變大,鋰離子向負(fù)極遷移的速度減慢,一方面導(dǎo)致電池容量下降,一方面導(dǎo)致負(fù)極表面析鋰,進(jìn)一步形成鋰枝晶,刺穿隔膜,最終影響動(dòng)力電池壽命[2-3]。因此,一般不建議在低溫下進(jìn)行充電,必須在低溫充電時(shí),也會(huì)選擇較小的電流。為了改善這種問題,我們要考慮在低溫下加熱,先把動(dòng)力電池加熱,再進(jìn)行充電。
由圖2可知,采用邊加熱邊充電的方式,充電電流明顯高于不加熱充電方式,充電時(shí)間明顯縮短。
圖3為采用邊加熱邊充電的方式,充電過程中電流和溫度的變化曲線。當(dāng)動(dòng)力電池處在-20℃環(huán)境時(shí), -20℃<Tmin<0℃時(shí),邊加熱邊充電,加熱電流7A,充電電流從0A上升到7A,再升到12A;0℃≤Tmin<55℃,停止加熱只充電,充電電流18A,最后轉(zhuǎn)10A充電到截止條件。
圖1 -20℃與25℃溫度下充電電流變化曲線
需注意加熱截止溫度不可太低,也不是越高越好。較低達(dá)不到預(yù)期的效果;較高的加熱截止溫度會(huì)造成溫差過大,溫差大,電池的不一致性越差,電池系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)電芯的電性能不在同一水平,重復(fù)進(jìn)行充放電,會(huì)影響電芯循環(huán)壽命。
表格1中進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn),將電動(dòng)汽車置于-20℃環(huán)境充電,加熱到25℃比加熱到15℃,時(shí)間多22min,溫差卻增大了7℃,達(dá)到21℃。在保持如此大的溫差下,再繼續(xù)充電,溫差會(huì)繼續(xù)增大,較大溫差也會(huì)使電動(dòng)汽車達(dá)到電池允許的最大溫差閾值,出現(xiàn)故障,從而造成充電繼電器切斷,無法繼續(xù)充電。因此,合適的加熱截止溫度,是低溫充電必須要考慮的因素。
圖2 -20℃不同充電方式對(duì)比曲線
表1 不同加熱截止溫度的時(shí)間和溫差
隨著電動(dòng)汽車的不斷發(fā)展,應(yīng)用范圍、使用環(huán)境越來越復(fù)雜,將要面對(duì)的使用狀況越來越嚴(yán)苛,因此低溫充電性能將是影響電動(dòng)汽車進(jìn)一步發(fā)展的重要因素。邊加熱邊充電的慢充方式,可以明顯改善低溫充電的問題,但目前策略仍存在加熱時(shí)溫差大,低溫下充電電流小的問題。在未來新能源發(fā)展中,一方面需要研究更高性能的電芯,實(shí)現(xiàn)低溫下更大電流充電,另一方面則需要企業(yè)在使用時(shí),不斷的優(yōu)化充電策略和使用方式,提升低溫充電性能。