文章來(lái)源：廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院

前言

目前動(dòng)力電池特性受其工作環(huán)境影響比較顯著，尤其低溫下，動(dòng)力電池的電化學(xué)反應(yīng)活性降低，其可用能力、充放電性能衰減比較嚴(yán)重，低溫充電可能會(huì)導(dǎo)致鋰離子析出堆積，嚴(yán)重影響動(dòng)力電池的使用壽命，造成不可逆的損傷，甚至引發(fā)安全事故。

本文選取廣汽新能源某純電車型為研究對(duì)象，通過(guò)分析已有的低溫交流充電加熱策略，發(fā)現(xiàn)其存在一定的問(wèn)題及風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)分析后提出一種新型的動(dòng)力電池低溫交流充電加熱控制策略，并通過(guò)實(shí)車低溫試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，采用該新型低溫交流充電加熱控制策略可完全避免已有方案存在的問(wèn)題及風(fēng)險(xiǎn)。

1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1試驗(yàn)對(duì)象
廣汽新能源某純電車型，其動(dòng)力電池的額定容量140Ah。交流充電樁：6.6kW，輸出電壓：220VAC；輸出電流：32A，產(chǎn)品型號(hào)：NCCP-AC220-7000-G804，如圖1所示。

1.2數(shù)采設(shè)備
整車CAN數(shù)據(jù)監(jiān)控設(shè)備，計(jì)算機(jī)。
1.3試驗(yàn)步驟
1）將電動(dòng)汽車置于-30℃低溫環(huán)境模擬艙下充分靜置，采用整車CAN數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)力電池溫度，等待動(dòng)力電池最低溫度達(dá)到-20℃，且動(dòng)力電池上報(bào)的最高溫度與最低溫度溫差不超過(guò)2℃；
2）待動(dòng)力電池溫度達(dá)到-20℃時(shí)，連接交流充電槍，給電動(dòng)汽車進(jìn)行交流充電；
3）通過(guò)整車CAN數(shù)據(jù)監(jiān)控設(shè)備實(shí)時(shí)采集整車CAN數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)車輛狀態(tài)、動(dòng)力電池繼電器狀態(tài)、加熱器工作狀態(tài)、動(dòng)力電池溫度等信息，以便試驗(yàn)結(jié)束后分析低溫充電加熱策略。

2傳統(tǒng)低溫交流充電加熱控制策略

該純電動(dòng)汽車采用的低溫交流充電加熱策略為：當(dāng)動(dòng)力電池溫度低于低溫閾值T1時(shí)，整車控制器請(qǐng)求車載充電機(jī)進(jìn)入充電模式，車載充電機(jī)檢測(cè)到模式請(qǐng)求指令后進(jìn)入充電模式，同時(shí)整車控制器請(qǐng)求加熱器開(kāi)啟，為動(dòng)力電池加熱，動(dòng)力電池處于邊充電邊加熱狀態(tài)，其請(qǐng)求車載充電機(jī)工作電流為動(dòng)力電池允許充電電流與加熱器消耗電流之和；當(dāng)動(dòng)力電池溫度達(dá)到一定值T2后，整車控制器請(qǐng)求加熱器關(guān)閉，動(dòng)力電池退出加熱模式，動(dòng)力電池處于充電狀態(tài)，其請(qǐng)求車載充電機(jī)工作電流為動(dòng)力電池允許充電電流，其控制邏輯如圖2所示。

在低溫環(huán)摸艙中對(duì)車輛進(jìn)行低溫充電測(cè)試，監(jiān)測(cè)加熱器工作狀態(tài)、加熱器消耗電流、動(dòng)力電池充放電電流、車載充電機(jī)工作電流，截取其中一段數(shù)據(jù)分析，其變化情況如圖3所示。

由圖3可以看出在低溫充電加熱過(guò)程中，當(dāng)加熱器消耗電流穩(wěn)定時(shí)，車載充電機(jī)工作電流可以跟隨加熱器消耗電流；當(dāng)加熱器消耗電流波動(dòng)時(shí)，車載充電機(jī)工作電流無(wú)法實(shí)時(shí)跟隨加熱器電流消耗。在開(kāi)啟加熱器時(shí)，由于車載充電機(jī)輸出電流響應(yīng)遲滯，動(dòng)力電池處于放電狀態(tài)；在加熱器消耗電流每次下降時(shí)，都導(dǎo)致動(dòng)力電池存在一段時(shí)間的充電電流，低溫下若動(dòng)力電池溫度極低不具備允許充電能力時(shí)，該充電加熱策略會(huì)導(dǎo)致對(duì)動(dòng)力電池造成不可逆的過(guò)充，在整個(gè)充電過(guò)程中，對(duì)動(dòng)力電池的安全性及壽命造成不良影響。

3新型低溫交流充電加熱控制策略

為防止低溫充電對(duì)動(dòng)力電池造成的過(guò)充風(fēng)險(xiǎn)，在低溫充電加熱過(guò)程中引入“隔離式”充電加熱控制策略。當(dāng)?shù)蜏貏?dòng)力電池不具備充電能力時(shí)，將動(dòng)力電池高壓繼電器斷開(kāi)，進(jìn)入隔離式充電加熱模式，整車控制器開(kāi)啟加熱器對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行加熱，其請(qǐng)求車載充電機(jī)工作電流為加熱器消耗電流；當(dāng)動(dòng)力電池溫度高于T1時(shí)，閉合動(dòng)力電池的高壓繼電器，進(jìn)入邊充電邊加熱模式，其請(qǐng)求車載充電機(jī)工作電流為動(dòng)力電池允許充電電流與加熱器消耗電流之和；當(dāng)動(dòng)力電池溫度高于T2時(shí)，進(jìn)入充電模式，其請(qǐng)求車載充電機(jī)工作電流為動(dòng)力電池允許充電電流。其控制邏輯如圖4所示。

在低溫環(huán)摸艙中對(duì)車輛進(jìn)行低溫充電測(cè)試，監(jiān)測(cè)不同充電加熱階段中加熱器工作狀態(tài)、動(dòng)力電池高壓繼電器狀態(tài)、加熱器消耗電流、動(dòng)力電池充電電流、車載充電機(jī)工作電流變化情況。
根據(jù)新型低溫交流充電加熱控制策略，在滿足進(jìn)入隔離式充電加熱模式的條件下，隔離式充電加熱使能，整車動(dòng)力電池高壓繼電器狀態(tài)、加熱器消耗電流、動(dòng)力電池充放電電流、車載充電機(jī)工作電流變化入圖5、圖6所示。


當(dāng)整車滿足退出隔離式充電加熱模式邏輯，滿足進(jìn)入邊充電邊加熱模式時(shí)，隔離式充電加熱使能狀態(tài)信號(hào)由使能狀態(tài)變?yōu)槲词鼓軤顟B(tài)，整車動(dòng)力電池高壓繼電器狀態(tài)、加熱器消耗電流、動(dòng)力電池充放電電流、車載充電機(jī)工作電流變化入圖7、圖8所示。


試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，整車滿足新型低溫交流充電加熱控制策略開(kāi)啟條件后，進(jìn)入隔離式充電加熱模式，即圖5中的隔離式充電加熱使能后，動(dòng)力電池高壓主正繼電器斷開(kāi)，將動(dòng)力電池與充電系統(tǒng)隔離，待動(dòng)力電池高壓繼電器斷開(kāi)后，整車系統(tǒng)開(kāi)啟加熱器對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行加熱，在整個(gè)隔離式充電加熱過(guò)程中，車載充電機(jī)輸出電流完全用于加熱器工作消耗，動(dòng)力電池的工作電流為0A，在加熱器工作電流下降時(shí)，未出現(xiàn)過(guò)充現(xiàn)象。
當(dāng)整車滿足退出隔離式充電加熱模式條件，滿足進(jìn)入邊充電邊加熱模式的條件后，整車進(jìn)入邊充電邊加熱模式，即圖7中的隔離式充電加熱使能狀態(tài)信號(hào)變?yōu)槲词鼓軤顟B(tài)，并且閉合動(dòng)力電池的高壓繼電器，進(jìn)入邊充電邊加熱模式，整車請(qǐng)求車載充電機(jī)工作電流為動(dòng)力電池允許充電電流與加熱器消耗電流之和。在模式切換時(shí)由于車載充電機(jī)模式跳轉(zhuǎn)，存在極短暫不輸出電流狀態(tài)。從圖8可以看出，進(jìn)入邊充電邊加熱模式后，車載充電機(jī)存在1s以內(nèi)的短暫停止輸出電流現(xiàn)象，此時(shí)動(dòng)力電池放電補(bǔ)償加熱器的功率消耗，待車載充電機(jī)模式切換成功后，車載充電機(jī)的實(shí)際工作電流為加熱器消耗電流值與動(dòng)力電池請(qǐng)求的允許充電電流值，動(dòng)力電池未出現(xiàn)過(guò)充現(xiàn)象。

4結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)低溫交流充電加熱策略進(jìn)行分析，并提出新型的低溫交流充電加熱控制策略對(duì)低溫動(dòng)力電池進(jìn)行充電加熱，并通過(guò)實(shí)車-20℃的低溫環(huán)摸充電測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果表明，采用新型低溫交流充電加熱控制策略，在-20℃充電時(shí)，可斷開(kāi)動(dòng)力電池高壓繼電器，保護(hù)動(dòng)力電池，通過(guò)車載充電機(jī)直接給加熱器供電，可完全避免低溫充電加熱過(guò)程中，由于車載充電機(jī)輸出電流遲滯的工作特性在加熱器功率消耗瞬態(tài)波動(dòng)時(shí)，造成對(duì)動(dòng)力電池過(guò)充風(fēng)險(xiǎn)。該新型低溫充電加熱控制策略有效地避免了低溫充電過(guò)充風(fēng)險(xiǎn)，確保電動(dòng)汽車在極端條件下的充電穩(wěn)定性及安全性。