西南研究院開發新型快速充電控制器 縮短電動汽車充電時間

據外媒報道，西南研究院(SwRI)的工程師利用內部研究經費來應對快充帶來的挑戰，從而縮短電動汽車的充電時間。

(來源:西南研究院)

隨著電動汽車的日益普及，消費者希望基于電池的平臺能夠提供與化石燃料驅動的汽車相同的加速、性能和舒適性，并實現它們之間的無縫轉換。大多數情況下，雖然廠商已經交付了產品，但電池充電等技術仍有待提高。相比之下，消費者只需要幾分鐘就可以將油箱加滿并重新上路，但電動汽車充電通常需要幾個小時。

在充電站把家里的交流電轉換成電池需要的直流電，可以顯著加快充電速度。然而，它也帶來了新的挑戰。在快速充電狀態下，鋰離子在電池組中的移動速度得到充分提高。在高倍率下，離子會在電池負極表面堆積，通過鍍鋰沉積出金屬鋰。這可能會降低電池的性能，如果不加以控制，甚至會導致短路和故障。SwRI動力系統工程部的Bapiraju Surampudi博士說:“導致鋰電鍍的電化學是復雜的，還沒有完全了解。通過物理模型，我們可以實時檢測電鍍鋰的發生，從而調整充電速度，防止電池損壞，縮短充電時間。”

SwRI開發并校準了適用于57Ah鎳錳鈷(NMC)電池的線性電池模型，并成功預測了鋰電鍍的發生時間。該模型通過微分方程計算電池內部的不同狀態，不需要額外的儀器和資源。其他檢測電鍍鋰的領先技術都不是實時的，會對電芯進行破壞性的物理分析。

SwRI模型成功地預測了電池電壓在實驗數據的5%以內。然后，該團隊基于該模型開發了一種自適應快速充電控制器，以優化NMC電池的電荷分布。控制器具有根據前一周期充電效率調整充電電流的學習功能，可在10-20個充電周期后“學習”最佳充電模式，實時平衡耐用性、安全性和性能。

該團隊將SwRI充電控制器與兩種基準充電模式進行了比較，以評估其有效性。第一種基準模式采用符合行業標準的恒流恒壓策略，刻意觸發鋰電鍍。在該模式下老化的樣品的電池容量顯示出明顯的衰減或損失。第二種模式是從快充電動車上記錄下來的，可以有效對比充電時間。Surampudi表示:“與兩種基準模式相比，SwRI充電控制器顯示出幾項改進，例如顯著降低了容量衰減，電池充電時間縮短了35%，平均充電效率達到89%。這些結果令人滿意，但仍有許多需要改進的地方。”據外媒報道，西南研究院(SwRI)的工程師利用內部研究經費來應對快充帶來的挑戰，從而縮短電動汽車的充電時間。

(來源:西南研究院)

隨著電動汽車的日益普及，消費者希望基于電池的平臺能夠提供與化石燃料驅動的汽車相同的加速、性能和舒適性，并實現它們之間的無縫轉換。大多數情況下，雖然廠商已經交付了產品，但電池充電等技術仍有待提高。相比之下，消費者只需要幾分鐘就可以將油箱加滿并重新上路，但電動汽車充電通常需要幾個小時。

在充電站把家里的交流電轉換成電池需要的直流電，可以顯著加快充電速度。然而，它也帶來了新的挑戰。在快速充電狀態下，鋰離子在電池組中的移動速度得到充分提高。在高倍率下，離子會在電池負極表面積累，金屬鋰會沉積下來……y鋰電鍍。這可能會降低電池的性能，如果不加以控制，甚至會導致短路和故障。SwRI動力系統工程部的Bapiraju Surampudi博士說:“導致鋰電鍍的電化學是復雜的，還沒有完全了解。通過物理模型，我們可以實時檢測電鍍鋰的發生，從而調整充電速度，防止電池損壞，縮短充電時間。”

SwRI開發并校準了適用于57Ah鎳錳鈷(NMC)電池的線性電池模型，并成功預測了鋰電鍍的發生時間。該模型通過微分方程計算電池內部的不同狀態，不需要額外的儀器和資源。其他檢測電鍍鋰的領先技術都不是實時的，會對電芯進行破壞性的物理分析。

SwRI模型成功地預測了電池電壓在實驗數據的5%以內。然后，該團隊基于該模型開發了一種自適應快速充電控制器，以優化NMC電池的電荷分布。控制器具有根據前一周期充電效率調整充電電流的學習功能，可在10-20個充電周期后“學習”最佳充電模式，實時平衡耐用性、安全性和性能。

該團隊將SwRI充電控制器與兩種基準充電模式進行了比較，以評估其有效性。第一種基準模式采用符合行業標準的恒流恒壓策略，刻意觸發鋰電鍍。在該模式下老化的樣品的電池容量顯示出明顯的衰減或損失。第二種模式是從快充電動車上記錄下來的，可以有效對比充電時間。Surampudi表示:“與兩種基準模式相比，SwRI充電控制器顯示出幾項改進，例如顯著降低了容量衰減，電池充電時間縮短了35%，平均充電效率達到89%。這些結果令人滿意，但仍有許多需要改進的地方。”

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