焉知汽车科技|一种低温充电策略在电池系统层级的效果验证来源|《一种低温充电策略在电池系统层

来源|《一种低温充电策略在电池系统层级的效果验证》
来源|电动学堂
当前最普遍的动力电池充电策略是恒流-恒压充电，即首先对电池系统进行恒定电流充电，当电压上升到截止电压后再通过恒压充电的方式补足容量?
然而这种充电策略存在其局限性?我国幅员辽阔，近半地区在冬季气温会达到零下，东北地区甚至会达到零下20℃以下?动力电池关键材料，如正极?负极?电解液等，在低温条件下电导率降低，会使电池整体导电性能下降，导致充电困难?如果不能及时在低温环境下调整充电策略或设置保护程序，普通的充电策略会使电池在低温环境下无法正常充电，正极的锂在充电时不是进入负极层状结构中，而是在负极表面形成锂金属枝晶，产生内短路的安全隐患?
因此在低温充电环境下，采用恒流-恒压充电策略只能通过很低倍率的恒流充电来保证充电安全，充电效率非常差?当前解决低温充电问题的主要方式是通过预热的方法，提前提高电池的温度%但这种方法不仅需要为预热装置提供额外的电源，造成电动汽车结构的复杂以及生产成本增加，还会增加充电的预热时间，影响电动汽车的使用体验。
本文针对一种动力电池的多阶段充电策略，通过某款动力电池系统的低温充电过程对其有效性进行了验证?基于电动汽车低温充电的实际情况，分析了不同温度和不同起充SOC下该种充电策略的效果?研究表明，该种充电策略在低温下对于电池包具有较好的充电效果?对于低温下的电池系统充电，结合电池单体材料本身的性质，利用温度和电压去综合选择与其电化学状态相适应的充电电流，能够有效解决低温充电效率低下的问题?
1实验方法和技术参数
1.1样品信息
本文选择一款猛酸锂材料体系的电池系统作为实验样品?该样品属于能量型产品，应用于纯电动物流车?就目前情况来看，物流电动化已成为行业共识?物流车在行驶过程中会经常面临着区域广?气候复杂的环境，其中，低温环境下的充电问题对于其电池系统的性能要求是一个严峻考验?样品信息如表1所示?

文章图片
1.2实验方法
电池的电化学性能在不同的温度区和电压区间内均存在着差异，在不同的温度和电压区间选择相应倍率大小的电流进行充电有利于最大程度地发挥电池材料体系的优势，因而利用多阶段电流充电的策略成为一个改善低温下电池充电效果的有效方法?本文选择了一种适合于锰酸锂材料体系电池的多阶段充电策略进行实验，验证该充电策略在低温下对于电池系统的充电效果?
(1)室温下，分别将电池系统调节SOC至0%?20%?40%?60%?调节SOC的方法为，按标准充电策略以1C电流恒流充电至电池达到70%SOC ，转0.4C恒流充电至电池达到85%SOC ，转0.3C电流恒流充电至任意单体电池达到截至电压，静置30min之后按调整SOC至实验目标值B%的方法：以1C电流恒流放电(100-n)/100h ，静置1h；
(2)将电池系统置于0、-5和-10℃环境中进行环境适应，要求：在温度低于0'C时，静置时间不少于12h或静置到样品温度与环境温度相差不大于2℃；
(3)用充放电设备按照充电策略控制电流来为电池系统充电，充电电流如表2 ，其中1C=200A；

文章图片
(4)记录充电容量及充电时间?
其中，充电电流的控制原则为：
(1)充电电流的调整通过统计任一充电时刻的电压和温度所在的表格区间确定，改变电流充电直至达到对应区间内的上限电压，期间只要温度区间不变，则电流不变，如：当电池单体温度在20~45℃ ，最高电压Vmax在3.65~3.95V时，选择1C电流充电，对应充电上限为3.95V ， Vmax＞3.95V时转0.53C或0.4C；电流调整前需要静置10s；不同温度区间对应不同的充电上限电压， 5℃以下对应上限电压4.1V ， 5℃及以上对应上限电压4.15V；充电到规定上限后，如果温度没有升高至下一个区间，则按照当前温度区间的电流依次降流充电；0°C以上若以最小电流充电至上限后仍未充满，则增加一步0.1C补电；