不同工况下哪种电动汽车充电方法较合适？北交大学者发表研究成果

近年来，随着环境问题的日益凸显，可再生能源受到了越来越多的关注。在国家政策的大力推动下，动力电池已广泛应用于便携式设备、电动汽车和电力储能等领域，逐渐成为“双碳”目标下，节能减排的应用热点。其中，锂离子电池因其综合性能优越而成为目前各大车企的首选动力源，广泛应用于电动汽车领域。但是，目前主流电池管理系统（BMS）嵌入工况单一，并未考虑不同充电工况电池的充电效果差异。因此，合理管控电池，尤其是选择合适的方法给电池充电，对于满足用户需求和保持电池性能至关重要。 目前，关于多种充电工况的充电效果缺少系统化的对比分析；而且由于电池管理系统内存有限，根据课题组对各大厂商电动汽车电池充电测试结果调研，发现主流电池管理系统嵌入工况单一，并未考虑不同用户实际需求进行充电工况的优化选择。因此，考虑充电起点、等待时间和目标充电容量等需求，合理选择充电工况具有重要意义。 北京交通大学国家能源主动配电网技术研发中心、国网晋中供电公司的孙丙香、李凯鑫 等研究人员，选取磷酸铁锂电池为研究对象，以充80 %容量的平均速度一致为基准设定了五种充电工况，完成了1000次循环实验和11个健康状态点的性能实验。从充电容量、能耗和充电能量效率、电池的衰退特性进行电池不同工况下的充电效果分析；基于用户需求，考虑充电起点、等待时间和目标充电容量等，进行不同充电工况选择研究。 图1 电池实验平台 对比不同充电工况后，他们发现，1000个老化循环实验后复合工况的容量保持率最高，为91.004 %；分析电池的能耗和能量利用效率，发现变电流间歇工况的能量效率最低，1000次循环后为94.14 %，1000次老化循环后能量利用效率最高的是恒功率工况。在前1000个循环之内，电池容量衰退的原因主要为电池正负极活性材料损失和活性锂离子数量的减少。 图2 整体实验流程 另外，研究者指出，考虑不同充电时间，当充电起始SOC=0 %，以电池充电容量为评价标准，充电20 min时，最优工况为五阶段恒流或变电流间歇工况；当初始充电SOC=20 %，充电时间为15 min及更短时，变电流间歇充电为最优工况。考虑20 %SOC区间，SOC区间不同，最优工况不同，如0～20 %的SOC区间应该采用五阶段恒流工况，20 %～40 %的SOC和40 %～60 %的SOC区间适合选用变电流间歇工况。 他们得到的研究结论为五种典型充电工况的优化选择提供了理论依据。 本工作成果发表在2023年第20期电工技术学报，论文标题为“锂离子电池不同工况下充电效果对比及用户充电方法选择研究”。本课题得到国家自然科学基金和装备预研教育部联合基金资助项目的支持。