新能源汽车充电过程策略分析（四）脉冲与增程充电

mengmianren

四、整车充电方式及脉冲充电的应用可行性

在整车的充电应用过程中，大体存在三类充电方式，即充电桩充电、整车能量回收充电以及混动发电（如增程）充电。其中充电桩充电过程及策略如上文所述，此处不再赘述。能量回收充电是在车辆运行中实现的，其过程具有实行时间不确定、回收时间确定性、回收时间相对短、回收功率相对小等特性，同时，其流向动力电池的能量对于动力电池而言常具有被动吸收的特点，即此能量并非动力电池主动要求的。在此特殊应用下，复杂的脉冲充电策略似乎并不适用于此处。

五、脉冲充电在增程应用中的可行性分析

由于脉冲充电其过程电流并非连续性的，在采用充电桩为车辆进行充电时，由于车辆并未处于运行状态，甚至于某些车型中整车高压都可能未上，此时非连续的电流对于车载用电器以及执行器的影响并不大。但对于增程式车辆而言，由于在采用增程器的充电过程中，车辆始终处于运行状态，若此时采用非连续的电流为车辆充电，那么首先需评估此过程对其他用电器及执行器是否有影响。

在除动力电池外的负载皆满足应用的前提下，对于脉冲充电方式在增程器中的应用进行分析方具有一定意义，此处便以此为前提进行展开。

5.1.增程脉冲充电应用背景

5.1.1.功率跟随方案下的应用可行性

我们知道増程应用的重要特性之一是其相对于传统内燃机而言的高效运行工况的应用，所以为了适应此应用趋势，需尽可能地确保其运行过程始终处于高效区间之内。

在功率跟随策略中，増程器的输出功率由整车运行的实时功率需求与动力电池充电需求两部分组成。同时，在此策略中为了尽可能的优先使用动力电池电量，其所设定的启动増程器的动力电池SOC值一般较低，这相对地便是当整车需要启动増程器时，其动力电池端的需求功率将会相对较大。


图13 功率跟随下的增程器功率组成
以某搭载44kw动力电池的增程式车辆为例，如在SoC处于20%时启动增程器，那么此时想要让动力电池达到满功率的需求功率将是35kw左右。而在增程器的工作过程中来自车辆实时运行的功率需求是变化的，此过程也导致了增程器的输出总功率处于实时变化之中。但尽管如此，就动力电池端而言，其在某一段时间内的需求功率却始终处于一种较为稳定的状态，只有随着SOC的提升，其需求功率方会开始下降。而此变化方式相对整车运行需求所需要的实时变化功率来说已属稳定状态了。所以在功率跟随策略下，增程器所输出的功率，流向动力电池并为其充电的过程可以类似于阶梯下降的恒流充电过程。


图14 功率跟随下动力电池功率需求相对稳定
当动力电池在SOC处于低位时，其所需求的功率较大，以上文35kw的功率需求为例，在400V高压平台上，此时为动力电池充电的电流可达到87.5A。当动力电池SOC接近80%时，其需求的功率将下降至8.8kw左右，此时增程器为动力电池充电的电流也下降到了20A左右。

也就是说在搭载上述动力电池并采用功率跟随的策略下，通过増程器为动力电池充电的过程若以充电电流大小来看，其过程中的大部分时间与当下400V平台的快充应用具有类似的效果。而此较大的充电电流对于动力电池的应用而言，虽然其可能产生的极化现象要远低于快充桩的应用，但同样会在一定范围内让动力电池存在极化的现象（尤其是有一定应用年限的旧电池）。在明确了以上应用背景之后，我们可以说，功率跟随方案下的増程式车辆，在一定功率范围内采用脉冲方式为动力电池充电可以进一步降低动力电池的极化现象，从而延长动力电池的使用寿命。

5.1.2.电量跟随方案下的应用可行性

对于电量跟随的策略而言，由于此时整车对于増程应用的策略定位是：车辆运行耗电量与増程输出电量之间的平衡。因此，此应用策略下的增程器在动力电池SOC值还处于较高水平时便会启动，同时増程器的输出功率仅以动力电池需求功率为唯一来源。


图15 电量跟随下的增程器功率组成
在此策略应用中，以上文所提到的车辆配置为例，如系统设定启动増程器的动力电池SOC值为40%，那么此时的动力电池功率需求约是26kw左右，在400V的高压架构中，増程器端输出的总电流约为65A。

但由于在增程器的运行过程中，整车始终也处于工作工况，因此増程器所输出的能量将会优先流往车辆的应用，以百公里平均14kw的电耗值为近似计算的话，将有大半的能量被车辆工作所消耗，而流往动力电池端的功率将也仅剩余一半不到。同时，在增程器为动力电池充电的过程中，由于整车实时运行所消耗的功率是变化的，这也就导致了流向动力电池的能量也是实时变化的。其示意可如下图所示：


图16 电量跟随下动力电池实际充电过程
若仅以电流大小来看，此方案下的增程器在启动时段，平均流向动力电池的电流将约为30A左右，而随着SOC的提升，动力电池需求的功率将得到下降，以50%的SOC为例，此时流向动力电池的电流将只有20A左右。也就是说在电量跟随策略下，増程器为动力电池所提供的电流是类似于传统慢充范畴的小电流，只不过此电流的波动会比较大而已。

在小电流的充电方式下，由于可让动力电池内/外电路的电子移动速度处于相对一致的状态，因此并不会存在大电流快充应用下的电池极化现象，可以较好的保护动力电池，使其拥有更长的使用寿命。

同时，由于小电流充电的应用，让此策略下的増程应用无需采用脉冲充电方式，以此去缓解因大电流快充而导致的极化现象，从而不再存在因极化现象让动力电池在充电过程中存在假性充满的负面影响。

推此及彼，在多点及单点应用中是否采用増程脉冲充电方案需要评估充电过程的电流大小是否会让动力电池存在极化现象。