浅谈纯电动汽车的充电策略

随着新能源汽车的普及和推广，今天我们走在大街上，会随处可见上了绿牌的纯电动汽车。相信很多小伙伴内心都会对其如何安全充电产生好奇，本文针对这一块简单谈下自己的一些看法。

对于纯电动汽车而言，目前现有的充电方式大致分为两种，慢充和快充，现分别对这两种方式进行简单介绍：

慢充充电介绍

慢充方式为交流供电，通过电动汽车上所安装的车载充电机将220V的交流电转化为300-400V的高压直流电，通过配电盒对电池进行充电，目前市面上主流的车载充电机的功率多在3.5kw和7kw左右，折算到电池，充电电流多在20A以下，故此种充电方式满充要8-10h，耗时较长，这是其最大的缺点。

慢充充电方式非常适合家用或社区使用，充电桩的安装成本较低，对于大多数的用户来说，下班回来之后，吃完饭，溜个弯，顺便到地下车库把充电枪插上，这样不仅有利于用电负荷的削峰填谷，同时还可以享受电价的折扣，有效利用电能。慢充充电对延长电池寿命是也是非常有益处的，这是因为目前电动汽车所用的动力电池多为锂离子电池，对于锂电池来说，充电速率越高，电池析锂的风险也就越大，而负极析锂后，不仅仅会带来电池容量的衰减（表现为续航里程的下降），同时也会带来锂枝晶刺穿隔膜引发热失控的风险。所以对于我们普通的电动汽车用户来说，时间允许的情况下，常用慢充充电对电池是非常有好处的。

快充充电介绍

快充充电是一种直流充电，通过直流充电接口连接外部的快速充电桩，经过高压配电盒后给电池进行充电，这种快充桩的功率一般在30kw到150kw不等，可以在30分钟左右将电池充到80%SOC。目前业内的快充方式多为大电流充电，这是因为在恒定的功率条件下，要想提升充电速度，要么是高电压，要么是大电流，由于高电压存在很大的安全风险，故多为大电流充电。

由于快充方式充电速度较快，非常受用户欢迎，但这种充电方式对电芯设计和制程要求较高，需要电池厂商在化学体匹配，充电策略优化等具备很强的实力，同时快充桩一次投入成本较高，短时用电消耗较大，对电网冲击较大，需要配套一系列的基础设施。但不可否认的是，新一代高效超级快充充电桩和长寿命动力电池技术的开发，对整个新能源汽车行业的发展是至关重要的，因为充电速度的提升能够大大提升用户的体验，提升用户的用车效率，减少等待时间。所以未来安全和高效的快速充电技术，必然是各大主机厂，电池厂和充电桩生产企业追逐和竞争的焦点。

动力电池快充策略介绍

一个好的动力电池快充策略，不仅要能提升电池的充电速度，还要能够提升电池的循环寿命，同时更重要的是要保证安全。目前动力电池的充电方式大致可以分为以下三种：恒流恒压充电(CCCV)，阶梯降电流充电(MSCC)和脉冲充电(PC)，目前电动汽车所用的快充策略多为阶梯降电流充电，这三种方法的示意图如下,现对这几种充电方法做一简单介绍：

恒流恒压法是先用恒定的电流充到截止电压，之后以恒定的电压充到截止电流。如果我们快充时间固定，那么就要用一个较大的电流对电池一直充电，但由于这个电流较大，会造成电芯的极化增大，电池会快速达到截止电压后，这时候电池电量还没有充满，只能通过缓慢的恒压阶段来去极化，进而充到目标电量。这样会导致整个充电过程时间较长，不太适合应用到实际整车的快充策略中。但CC+CV的方法也有它的优势，由于这种充电方法相对比较固定，便于标准的统一，电芯企业在研发阶段评估电池性能，主机厂商电池性能验证评估等应用较多。

阶梯充电是使用了类似阶梯状的电流map对电池进行充电，每个阶梯的终点对应一个截止电压,这种方法对电池的能力进行了更加合理的利用，具体分析如下：对于一个特定化学体系的电池来说，其能安全快速充电的区间其实是固定的，随着充电SOC的提升，电芯的充电能力是会随之降低的，如果此时能够灵活的调整充电倍率，在低SOC区间，由于其充电能力较强，窗口较宽，可以适当提升充电倍率，提升充电速度，而在高SOC区间，电芯的充电能力变弱，这个时候可以适当降低充电倍率，原则上保证电池在整个充电过程中不析锂。这样就通过找到不同SOC区间不析锂的最大充电能力，同时结合快充总时间的要求，优化得到一系列的快充策略，之后再通过实际充放电实验验证电池的循环性能，进而找到最优的充电策略。故相比于相比恒流恒压法，阶梯充电更加有利于提升电池的寿命。

脉冲充电是通过先施加一个瞬时的大电流对电池进行充电，之后电流降为0，静置很短的时间后，再施加一个瞬时放电，通过交替瞬时大电流充电—静置—瞬时大电流放电的过程，达到对电池快速充电的目的。之所以这种方法能够安全的快速充电，是因为通过瞬时的静置和放电，降低了由于瞬时大倍率充电所带来的浓差极化，避免电池快速到达充电截止电压而导致充电容量偏低的问题[2]。脉冲充电技术目前在电动汽车领域应用没有阶梯充电广泛，这可能因为脉冲瞬时的大电流需要较高的电网负荷，同时也需要现有的充电桩不仅能对电池进行充电，还要能实现放电的功能，这些对目前现有的充电技术和设施都是不小的挑战。

参考文献：

[1] Keil P, Jossen A . Charging protocols for lithium-ion batteries and their impact on cycle life—An experimental study with different 18650 high-power cells[J]. Journal of Energy Storage, 2016, 6:125-141.

[2] Li J ,Murphy E , Winnick J , etal. The effects of pulse charging on cycling characteristics of commercial lithium-ion batteries[J]. Journal of Power Sources, 2001, 102(1):302-309.

[3] An F ,Zhang R , Wei Z , et al. Multi-stage constant-current charging protocol for ahigh-energy-density pouch cell based on a 622NCM/graphite system[J]. RSC Advances, 2019, 9.

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