电动汽车低温充电难题如何破：低温充电预热技术解读

2021-12-03 22:07:14· 来源：蔚来

众所周知，电动汽车在极寒低温条件下会出现充电电流小、充电速度变慢的现象。冬季户外充电时，在寒风中漫长而焦灼的等待体验，不少北方电车老司机都不陌生。冬季

众所周知，电动汽车在极寒低温条件下会出现充电电流小、充电速度变慢的现象。冬季户外充电时，在寒风中漫长而焦灼的等待体验，不少北方电车老司机都不陌生。

冬季低温充电为什么会变慢？蔚来又如何针对性破解？本期给大家解析蔚来Aspen 3.0.7带来的冬季充电优化方案：低温充电预热。

解决冬季户外充电难，最好的办法当然是——换电，但显然在现阶段还不足以满足国内所有的用车场景。

要解决低温充电难，首先要弄明白，电池在低温下为什么会充电变慢。

先说结论：温度过低会显著影响锂电池化学反应的效率，它——被「冻僵」了。

当前的电车电池，在放电时，会消耗电极上的化学物质对外释放电能；充电时，则通过消耗外界电能，将之前消耗掉的化学物质重新还原到电极上。

例如，蔚来所用的锂离子电池，即是通过锂离子（Li+）在正负极之间的迁移来实现能量的存储和释放。充电过程中，锂离子和电子的运动轨迹如下图所示。

图注：

① 正极脱出锂离子，同时释放电子

② 锂离子经由电解液，穿过隔膜，移动到负极表面；电子经由外电路达到负极

③ 锂离子与电子在负极表面发生反应，生成Li原子

④ Li原子经固相扩散过程向负极材料内部扩散形成LiCx

电池内部的化学反应效率受到温度的影响。低温环境会导致正负极的动力学性能变差，电解液粘度上升，电导率下降， Li+在正负极之间迁移活性也就会相应降低。

在这种情形下使用大电流充电，会导致固相扩散动力不足（见上图④步骤），负极表面会聚集大量锂原子，引起锂枝晶在负极表面析出（析锂）。析锂不但会造成电池容量损失，性能下降，严重时还会刺穿隔膜，引发安全事故。

要解决低温充电导致的析锂问题，除了改进优化电芯关键材料，剩下的办法主要有两条：降低低温下的充电电流，或在充电前提升电池温度。

降低充电电流会延长充电时间，用户体验不佳，并不可取。唯有在低温充电前提升电池温度，才能尽可能地减少充电时间，不但改善用户体验，还把对电池的损伤降到了最低限度。

目前业内通行的解决办法，是在电车低温充电情形下，从被插上充电枪的那一刻起，以电池管理模块控制电池持续升温。但这时再加热其实为时已晚，充电总时长仍被显著拉长，依然影响用车体验。

怎么办？唯有「低温充电预热」。

实现「低温充电预热」，主要依靠的是号称能量系统大脑的VCU（Vehicle Control Unit车身控制系统）。它是能量系统与车主「对话」的重要媒介。

在电动汽车中，VCU通过采集驾驶员的需求信号，经过一系列逻辑判断与数学运算后，将会控制与协调动力电池、驱动电机、空调等高压零部件的启停工作状态，管理与外部充电桩的充电过程，并对整车放电过程和充电过程中的可用电池能量进有效的分配，为用户的日常用车保驾护航。

具体到「低温充电预热」这一功能。首先，用户在导航的过程中，激活功能后，VCU会主动请求目的地充电桩的充电信息（包括最大充电电压，最大充电电流，最大充电功率等），计算用户车辆在目的地充电桩上的最优充电功率。

其次，VCU会根据导航的线路，用户的驾驶风格等信息，预测车辆行驶过程中的电池温度变化曲线和相应的行驶时间，根据最优充电功率、电池温度变化曲线，电池的SOC、单体电压等信息，来综合判断车辆是否需要开启加热，同时拟合出电池包的目标加热温度。

此外，VCU还会基于车辆行驶时间、电池加热时间、电池包的目标加热温度，估算出电池包加热需要额外消耗的能量，通过优化算法的方式，得到消耗能量和充电功率的最优解，从而最终确定电池包的升温目标和加热时间。

在车辆行驶过程中，意外多变的路况，乘员舱空调的使用，用户驾驶习惯的变化，均会对电池的温升曲线产生影响。所以，在VCU开启电池包加热时，会基于当前导航信息和当前车辆状态（电池剩余电量、电池温度、高压负载状态）实时修正电池包的加热目标和加热时间，确保车辆抵达充电桩时的充电功率处于最优状态。

当剩余电池容量充足时（既满足电池加热需求，也能确保用户行驶至目的地），VCU会按照既定的加热目标和加热时间对电池包进行温度管理。而一旦电池容量出现风险，不足以支持车辆在加热功能开启的情况下到达目的地，加热功能会提前退出，确保用户车辆正常抵达。

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