图文版 | 低温下,电动汽车快充问题如何解决?

汽车电子设计 2020-04-04

随着中国新基建的启动,可以预测到,充电基础设施,会进一步渗透到我们的生活中。事实上,截至2019年,中国已经建成了全球最大的公共充电网络,一共铺设了51.6万根充电桩。其中2019年就铺设了12.9万,占到25%。


而且随着电动车续航的增长,电池容量增大,充电桩功率也提升的很快。第一代充电桩功率一般为50-60kW而下一代新基建的充电桩功率在150/350kW这个层级,一下提高了2-6倍


充电桩变多,充电功率变大,与此同时,一个新的充电问题愈发凸显——低温充电


No.1

低温充电问题的出现



电动汽车在低温下需要保护电池,所以在-5℃时,充电速度会减慢。充电功率限值和电芯温度存在这种关系:


  • <0℃, 5kW左右

  • 0-5℃,10kW

  • 5-15,45kW

  • >20℃,基本进入全功率阶段,这时候根据充电桩的差异,来调整充电电流。

充电桩功率变大后,功率折损的绝对数值也变得过大,低温充电这个问题就显得特别明显。那么该怎么解决呢?


No.2

低温充电如何解决?



影响快充的两个重要因素是,电芯阻抗和析锂窗口。其中电芯的阻抗和温度直接相关,低温会让电池内阻明显增大。



所以大部分车企在面对快充时,都把电芯加热作为切入点。将电芯温度快速提高,从低温区提高到,适宜充电的温度区间。


No.3

如何给电芯升温?



大部分电动汽车在考虑这个问题的时候,可分为两种不同的处理方式:

  • 给电池配置专门独立的PTC,用来单独给电池加热

  • 采用整车上共有的一套加热系统,提供换热


前者主要面向寒冷地区,它配置了特殊的加热模式。PTC的功率在2-4kW之间,通过电池管理系统BMS来控制:

  • 小于-5℃:开启专用的PTC

  • 大于15℃:关闭,这时电芯的功率提升至45kW以上,可以靠自发热带动快充功率提升


没有专用PTC的电池系统,主要适用于南方等温度比较高的区域。电池加热就需要非专用PTC,也就是通过系统换热来实现电池加热。比如先利用空调PTC加热座舱冷却液,再通过热交换器,将座舱回路冷却液中的热量,转移到电池包中。



大部分车企,会在电芯温度达到15℃时,停止加热。为了更快的充电,有一些,比如特斯拉会把温度进一步提高,通过温度的控制把内阻降到最低。


如下图所示,这是不同SOC和不同温度下的内阻情况。在充电过程中,特斯拉会努力把温度控制在40度以上。



有一个比较有趣的地方,特斯拉没有配置专门独立的电池PTC,而是采用电机堵转的方式。使用电机的制热,把部分热量转移到电池包中。这样降低成本,巧妙的把专用PTC节省了下来。


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No.4

低温充电的未来趋势



随着车辆智能化的提高,电池加热也可以更加灵活。

  • 一方面,可以让用户选择是否提前加热电池;

  • 另一方面,可以通过充电桩位置和续航里程等提供智能加热方案。


在充电之前和充电过程中,汽车里面的智能模块根据几个关键变量,SOC、电芯温度和车主达到充电桩的里程,计算得到一个组合结果,合理的利用电池加温的功能,把温度拉高然后快充。

电池的加热逻辑


未来有了这项功能,电动汽车在冬天就可以,根据剩余电量情况,提前热好车内的电池,从而在快充时达到最优的充电体验



对于低温充电问题,车企一直在努力,不管是在电芯、PTC,还是软件层面。


相信未来随着充电基础设施的升级,和电动汽车的智能化发展,我们将改善低温快充体验,让电动汽车得到进一步推广。在各种环境条件下,都能够有效的使用,成为更广泛用户的选择。


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