低温工况下不同类型纯电动汽车充电性能测试研究

【摘 要】800V高压平台等技术的发展促进新能源汽车充电性能的提高。文章以不同动力电池类型、不同电压平台的纯电动汽车整车作为研究对象，在不同低温工况下进行整车充电试验。试验结果表明采用三元锂电池的测试车辆的低温充电性能好于采用磷酸铁锂电池的测试车辆（整车电压平台都为400V）;采用800V整车电压平台的测试车辆的低温充电性能好于采用400V整车电压平台的测试车辆（整车动力电池都为磷酸铁锂电池）。

【关键词】纯电动汽车;低温;充电性能

中图分类号：U469.72 文献标识码：A 文章编号：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

发展新能源汽车是中国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路。自2018年起中国大力发展新能源汽车，经历了产业链打造、市场规模扩大阶段，目前已由政策驱动转向市场驱动，有望在未来成为国民经济发展的重要支柱产业[1]。尤其是近年来，依靠科技创新中国新能源汽车产业已在全球建立起领先优势，极大改变了国外传统燃油车巨头所主导的产业格局。根据中汽协数据，2023年中国新能源汽车产销分别完成958.7万辆和949.5万辆，同比分别增长35.8%和37.9%，市场占有率达到31.6%[2]。

伴随着新能源汽车产业的高速发展，动力电池产业快速壮大，技术水平持续提升。锂离子动力电池由于具有高能量密度等一系列优点，已成为目前新能源汽车的主流选择。三元锂电池的能量密度较高、低温适应性较好，磷酸铁锂电池安全性较好、材料成本较低，两者已占据新能源汽车动力电池产业的主导地位[3]。根据中国汽车动力电池产业创新联盟数据，2023年中国动力电池累计装车量387.7GWh，同比增长31.6%。其中，三元锂电池占总装车量的32.6%，磷酸铁锂电池占总装车量的67.3%[4]。

纯电动汽车是以动力电池作为唯一动力源的新能源汽车，由于锂离子动力电池在充放电过程中会发生化学反应，温度的变化对其性能影响很大，进而影响整车的充电性能。随着电池热管理[5]、800V高压平台[6]等技术的发展，促进了新能源汽车充电性能的提高。目前，国内外对低温充电性能的研究大都采用电池系统（零部件层级）作为测试对象，但整车结构及技术更为复杂，对零部件层级的研究并不能完全模拟整车层级充电性能的表现[7]。

本文以不同动力电池类型、不同电压平台的纯电动汽车整车作为研究对象，具有典型代表性。在不同低温工况下进行整车充电试验，对不同类型整车的充电性能进行测试研究。

1 试验过程

1.1 试验用车

本文测试车辆全部为纯电动乘用车，测试车型共计3款，编号分别为A、B、C，测试车辆详细信息见表1。

1.2 试验设备

1）本文采用环境仓模拟不同的温度工况，环境仓为66m3的温度冲击试验箱，可模拟温度范围为-40～60℃。

2）本文采用直流充电方式为测试车辆进行充电，选用的直流充电桩额定输入电压为AC 380V，输出电压范围为DC200～1000V，输出电流范围为DC4～250A，额定输出功率180kW。该充电桩具备记录充电电量功能。

1.3 试验车辆预处理

试验前，测试车辆以30min最高车速的70%±5%稳定车速行驶，进行动力电池放电，待车辆表显SOC至30%时结束。

1.4 试验流程

1）30℃工况充电。将预处理后的测试车辆移入环境仓，设置环境仓温度为30℃，测试车辆充电前在此温度环境中浸车15h后进行充电，充电过程中保持温度环境不变。记录充电至100%SOC对应的充电时长t1及对应的充电电量E1。

2）低温-5℃工况充电。将预处理后的测试车辆移入环境仓，设置环境仓温度为-5℃，测试车辆充电前在此温度环境中浸车15h后进行充电，充电过程中保持温度环境不变。记录充电至100%SOC对应的充电时长t2及对应的充电电量E2。

3）低温-26℃工况充电。将预处理后的测试车辆移入环境仓，设置环境仓温度为-26℃，测试车辆充电前在此温度环境中浸车15h后进行充电，充电过程中保持温度环境不变。记录充电至100%SOC对应的充电时长t3及对应的充电电量E3。

1.5 低温充电性能

1）充电时长t1、t2、t3，单位以min表示，数值精确到整数位。

2）充电电量E1、E2、E3，单位以kW·h表示，数值精确到小数点后两位。

3）低温充电时长衰减比例系数k2、k3分别为t2、t3与t1的比值，数值精确到小数点后两位。低温充电时长衰减比例系数以30℃工况下的充电时长t1为基准时长，其数值越大，代表着该低温工况下的充电时长与30℃工况下的充电时长差距越大。

4）平均充电速率v1、v2、v3分别为对应充电电量E与对应充电时长t的比值，单位以kW·h/min表示，数值精确到小数点后两位。

2 试验结果与分析

2.1 不同动力电池类型400V电压平台纯电动汽车低温充电性能结果

车辆A的动力电池类型为三元锂电池，采用400V整车电压平台。车辆预处理后，在30℃、-5℃、-26℃温度工况下完成浸车，进行100%SOC满电充电，记录充电时长与充电电量，其不同温度工况下的充电性能结果见表2。可以看出，在低温测试工况下车辆A能够正常完成满电充电，且温度的变化对充电性能的影响十分明显。在充电时长方面，随着测试温度工况的降低，充电时长随之延长，充电时长衰减比例系数增大，在-26℃温度工况下充电时长t3最长为141min，充电时长衰减比例系数k3最大为2.47。在充电电量方面，随着测试温度工况的降低，充电电量随之增加，这是由于低温工况下为动力电池进行预热消耗了电量，在-26℃温度工况下充电电量E3最大为67.43kW·h。在平均充电速率方面，随着测试温度工况的降低，平均充电速率随之降低，在-26℃温度工况下平均充电速率v3最低为0.48kW·h/min。综上，车辆A的低温充电性能随测试温度工况的降低而变差。

车辆B的动力电池类型为磷酸铁锂电池，采用400V整车电压平台。车辆预处理后，在30℃、-5℃、-26℃温度工况下完成浸车，进行100%SOC满电充电，记录充电时长与充电电量，其不同温度工况下的充电性能结果见表3。同样在低温测试工况下车辆B也能够正常完成满电充电，车辆B的低温充电性能随测试温度工况的降低而变差。在充电时长方面，随着测试温度工况的降低，充电时长随之延长，充电时长衰减比例系数增大，在-26℃温度工况下充电时长t3最长为252min，充电时长衰减比例系数k3最大为5.48。在充电电量方面，随着测试温度工况的降低，充电电量随之增加，同样由于低温工况下为动力电池进行预热消耗了电量，在-26℃温度工况下充电电量E3最大为52.24kW·h。在平均充电速率方面，随着测试温度工况的降低，平均充电速率随之降低，在-26℃温度工况下平均充电速率v3最低为0.21kW·h/min。

对比车辆A与车辆B的低温充电性能，在-5℃、-26℃温度工况下，车辆B的充电时长衰减比例系数高于车辆A的充电时长衰减比例系数，两者差距随着测试温度工况的降低而增大;车辆B的平均充电速率低于车辆A的平均充电速率。综上，采用三元锂电池的车辆A的低温充电性能好于采用磷酸铁锂电池的车辆B。

2.2 不同电压平台磷酸铁锂电池纯电动汽车低温充电性能结果

车辆C的动力电池类型为磷酸铁锂电池，采用800V整车电压平台。车辆预处理后，在30℃、-5℃、-26℃温度工况下完成浸车，进行100%SOC满电充电，记录充电时长与充电电量，其不同温度工况下的充电性能结果见表4。在低温测试工况下，车辆C能够正常完成满电充电，车辆C的低温充电性能随测试温度工况的降低而变差。在充电时长方面，随着测试温度工况的降低，充电时长随之延长，充电时长衰减比例系数增大，在-26℃温度工况下充电时长t3最长为130min，充电时长衰减比例系数k3最大为2.32。在充电电量方面，随着测试温度工况的降低，充电电量随之增加，低温工况下为动力电池进行预热消耗了电量，在-26℃温度工况下充电电量E3最大为70.53kW·h。在平均充电速率方面，随着测试温度工况的降低，平均充电速率随之降低，在-26℃温度工况下平均充电速率v3最低为0.54kW·h/min。

对比车辆B与车辆C的低温充电性能，在-5℃、-26℃温度工况下，车辆B的充电时长衰减比例系数高于车辆C的充电时长衰减比例系数;车辆B的平均充电速率低于车辆C的平均充电速率。综上，采用800V整车电压平台的车辆C的低温充电性能好于采用400V整车电压平台的车辆B。

3 总结

本文以不同动力电池类型、不同电压平台的纯电动汽车整车作为研究对象，在不同温度工况下进行整车充电试验，记录充电过程中的充电时长和充电电量，并对测试车辆低温充电性能进行分析。通过试验结果可知：①在低温测试工况下测试车辆全部能够正常完成满电充电;②随着测试温度工况的降低，测试车辆的充电性能变差;③采用三元锂电池的测试车辆的低温充电性能好于采用磷酸铁锂电池的测试车辆的低温充电性能（整车电压平台都为400V）;④采用800V整车电压平台的测试车辆的低温充电性能好于采用400V整车电压平台的测试车辆的低温充电性能（整车动力电池都为磷酸铁锂电池）。

参考文献：

[1] 昝雪松. 国内新能源汽车关键技术发展现状与趋势分析[J]. 内燃机与配件，2023（17）：112-114.

[2] 姚兰. 2023年新能源汽车产销规模均超900万辆[J]. 汽车纵横，2024（2）：106-107.

[3] 梅周盛，席文倩，夏靖武，等. 纯电动汽车动力电池系统的低温性能研究[J]. 汽车电器，2021（4）：12-14.

[4] 郑雪芹. 2023年我国动力电池装车量387.7GWh[J]. 汽车纵横，2024（2）：114-115.

[5] 翟端正，王思杰，牛治锋. 纯电动汽车动力电池热管理技术探析[J]. 汽车电器，2024（3）：28-29.

[6] 王琨，吴家豪. 电动汽车快充技术发展研究[J]. 时代汽车，2023（18）：121-123.

[7] 黄炘，陈丽雪，李川，等. 电动汽车低温充电性能的研究与分析[J]. 汽车电器，2020（3）：20-23.