电动车辆充电特性影响因素及应用技术

1）充电电流对充电特性的影响

以额定容量100 A·h的某锂离子电池为例，在SOC为40%，恒温20℃情况下，采用不同充电倍率充电。参数结果如表3−3所示，充电曲线如图3−9所示。

表3−3　不同充电率充电参数

图3−9　锂离子电池充电曲线

随着充电电流的增加，恒流充电时间逐渐减少，恒流可充入容量和能量也逐渐减少。以充入放出容量1/2（即SOC=70%）时为标准，所需充电时间随充电电流的增加而减少，20 A（0.2 C）所用时间约是80 A（0.8 C）的1倍。在这种状态下，继续充电的电流差在2 A以内，所以后30 A·h充电时间相差不大。因此，在电池允许的充电电流之内，增大充电电流，虽然可恒流充入的容量和能量将减少，但有助于减少总体充电时间。在实际电池组应用中，可以以锂离子电池允许的最大充电电流充电，达到限压后，进行恒压充电，这样在减少充电时间的基础上，也保证了充电的安全性。但充电电流的增加，也将带来电池内阻能量损耗的增加，消耗在内阻上的能量按式（3−17）进行计算。

式中，E为内阻消耗的能量，r为电池内阻，t为充电时间变量，I为充电电流，t1和t2为充电截止时间。

通过大量试验证明，在充电过程中锂离子电池的内阻变化在0.4 mΩ之内。因此从式（3−17）可以得出，电池内阻能耗与充电时间基本呈线性关系，而同充电电流成平方关系。从充电曲线（见图3−9）可以看出，在充电1.5 h后，各条充电曲线趋于相似，充电电流相差不大。因此，在此之前，充电电流将是内阻能耗的主要影响因素，电流大的能耗大；在此之后，充电时间将是内阻能耗大小的主要影响因素，充电时间长的能耗大。对充电过程进行综合考虑，由于充电电流与内阻能耗成平方关系，是影响内阻能耗的主要因素，所以充电电流大的内阻能耗大。在实际电池应用中，应综合考虑充电时间和效率，选择适中的充电电流。

2）放电深度对充电特性的影响

在20℃恒温环境，对额定容量100 A·h的锂离子电池在不同SOC，以0.3 C恒流限压进行充电。试验参数如表3−4所示，充电曲线如图3−10所示。在图3−10中，曲线从左到右放电容量依次增加。

表3−4　不同放电深度充电试验参数(www.xing528.com)

图3−10　锂离子20℃，0.3 C恒流锂离子电池充电曲线

从表3−4和图3−10中可以得到如下结论：

①随着放电深度的增加，充电所需时间增加，但平均每单位容量所需的充电时间减少，即充电时间的增加同放电深度不成正比。

②随着放电深度的增加，恒流充电时间所占总充电时间比例增加，恒流充电容量占所需充入容量的比例增加。

③随着放电深度的增加，等安时充放电效率有所降低，但降低幅度不大。

3）充电温度对充电特性的影响

在不同环境温度下对锂离子电池进行充电，以某额定容量200 A·h锂离子电池为例，采用恒流限压方式记录充电参数，如表3−5所示。

表3−5　不同温度电池充电参数

从表3−5中可以看出，随着环境温度降低，电池的可充入容量明显降低，而充电时间明显增加。低温（−25℃）同室温（25℃）相比，相同的充电结束电流，可充入容量降低25%～30%。若以5 A为充电结束标准，则电池仅充入在此温度下可充入总容量的75%～85%。但降低充电结束电流意味着增加充电时间。在冬季低温情况下，电池可充入容量低，因此，为了防止电池过放电，必须降低单次充电电池的可用容量。