Kona和I-pace的低温快充

汽车电子设计 2020-01-12

在原有海外CCS的50kW不太明显的低温(分为电芯-10度以下和10度两个不同的痛点)快充功率下降的问题,在150/350kW这一层级,由于功率折损的绝对数值差异过大,使得当前这个问题就显得特别明显。海外的情况和国内相似,由于国内的情况每家企业本质上面临的瓶颈都差不多,而且在百人会的信息来看也是希望以电芯自加热的办法来走,除开这个路径以外其他系统提升办法,我们看一下现代的Kona和I-pace两款车。

1. KONA的快充温度设置



KONA EV在考虑这个问题的时候,分为两个版本,电池系统带有独立的PTC和不带PTC的两种配置,前者主要面向于加拿大和欧洲比较寒冷的地区,配置了特殊的加热模式。


图1 KONA的电池加热系统


这个PTC的功率为2kW,设置的模式为:

1)-4度开启:开始开启专用的PTC

2)15度关闭:在这个点开始让电芯的功率提升至45kW以上,靠自发热带动快充功率提升 

在与电芯温度的最小值的功率划分里面,小于0度限制在5kW左右,0-5度提升到10kW,5-15度为45kW,20度以上基本进入全功率阶段,根据充电桩的差异来调整充电电流。当然这个是MY2019的参数设置,在2020的版本会进一步提升。


图2 KONA的温度阈值设置


2.I-pace的主动加热模式



在I-pace的设计中,有专门关于电池主动加热的设计,由于这个设置量程实际的运行温度在小于14度的时候打开,所以原则上整个热管理系统对于电池温度的管理被放到了一个很容易开启的位置。在目前的设计中,I-pace在去充电前,其实这个电池是不加热的,需要进入充电模式才开始进入。备注:现有的数据是在加拿大,-5度的环境温度,从40%-90%,60分钟;-18度的环境温度,从20%-90%大约90分钟;低温对I-pace的影响也不小,用于这车的数据比较少,总体来说时间也比较长。

主动加热的模式是由BMS打开的,BMS会激活电池系统回路电动冷却液泵,闭合电磁阀以后冷却液回路就能在内部进行循环流动;然后请求HVAC系统激活座舱冷却液电磁阀,允许加热的座舱回路冷却液流至高压电池热交换器,并且闭合PTC加热器加热冷却液,靠一个交换器来转移座舱回路冷却液中的热量,这个加热模式的中止条件是电池冷却液回路达到17℃

图3 I-pace的电池加热设计


3.软包的一些电动汽车快充功率



这里有个很重要的问题是基础设施升级和车型充电能力的匹配问题,如下图所示,由于2019年以来大量的150/175kW快充桩被建起来,原有续航较长的车辆都被拉到最新的桩上进行测试。由于这些高功率的充电桩为了提高运营效率,都是按照占用时间进行收费,消费者对于一定充电时间充入多少能量就很在乎。备注:在低温下,由于有一个电池的加热过程,所以加热的速率和起点很重要,未来如果确认车主是去找充电桩的,普遍的加热策略在行驶的时候就要开启了,以节约车主在真正等候充电的时间,在温度的阈值上也会进一步调整

图4 海外软包电池的能量和快充功率

如下图所示,越是快充功率高的,在低温下的功率降额就越明显。现代的两款车,Kona和Ioniq是属于想要努力往更高功率去靠近的,所以我们根据现有的策略来进行比对一下

图5 软包电芯的快充曲线合集


小结:找不同温度的数据并不容易,特别是有些车在Github上没有CAN的解析库,所以没有电池温度作为参考量,很多数据没办法比,目前电芯开发不会以低温快充这个特性作为重要的点,所有的任务都交给了系统层面来解决


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