电动汽车大功率充电过程动力电池充电策略与热管理技术综述

文章来源：1哈尔滨理工大学汽车电子驱动控制与系统集成教育部工程研究中心2清华大学汽车安全与节能国家重点实验室
国内外对于电动汽车快速充电的标准至今还尚未统一，美国能源部在2011年提出的报告中将电动汽车快速充电目标定为每分钟充入电量可行驶20英里。根据中国电动汽车大功率充电技术与标准预研工作组研究，电动汽车传导直流大功率充电指充电功率在350kW或以上，充电80%～90%耗时10～15min。表1为各国传导直流充电装置标准。可以看到，最新制定的ChaoJi充电装置标准的最大允许功率为900kW，远超之前大功率充电350kW的定义。说明电动汽车充电速度仍有一定的发展空间。

如图1为2015年及2020年几款车型的电池包容量、充电功率及电池的每分钟充入电量行驶里程的比较。可以看出，由于电动汽车电池包容量在不断增加，在提升续航里程的同时也增加了充电功率。汽车生产企业将大功率充电作为电动汽车里程焦虑的解决方案之一，不断推进充电功率等级的提升。

然而，除了对于充电枪端电力电子变换器件功率等级和散热系统的要求外，电池包本身的一致性、耐久性及安全性成为了制约充电功率等级提升的重要限制条件。随着动力电池比能量的提升，在电动汽车有限的装配空间和容许附加质量限制下可装载的动力电池包的能量不断提升。但由于电池内部的离子扩散速度受限，在大倍率充电电流的情况下，加快了由于锂沉积的线性损失引起的电池老化速度，电池的寿命衰减更为严重。更为重要的是，在大倍率充电条件下，电池的内阻大量产热，导致大功率充电过程电池温度急剧上升，进而对电池的安全性提出挑战。