西南研究院开发新型快速充电控制器 缩短电动汽车充电时间

 据外媒报道，美国西南研究院（SwRI）的工程师们利用内部研究资金来应对快速充电带来的挑战，以缩短电动汽车的充电时间。


（图片来源：西南研究院）

随着电动汽车越来越受欢迎，消费者希望电池基平台能提供与化石燃料驱动车辆相同的加速度、性能和舒适性，并在二者之间实现无缝转换。在大多数情况下，虽然制造商已经交付了产品，但电池充电等技术仍需改进。相比之下，消费者只需几分钟就能给油箱加满油并重新上路，但给电动汽车充电通常需要几个小时。

将家中的交流电转换为充电站内的电池所需的直流电，可以显著加快充电速度。然而，这也带来了新的挑战。在快速充电状态下，电池组内的锂离子移动速度得到充分提升。在高速率的情况下，离子会积聚在电池负极的表面，并通过“锂电镀”（lithium plating）过程沉积金属锂。这样可能降低电池性能，如果不加以控制，甚至会导致短路和故障。SwRI动力总成工程部的Bapiraju Surampudi博士表示：“引起锂电镀的电化学比较复杂，尚未完全明了。我们通过物理基模型，可以实时检测到锂电镀的发生状况，这样就可以调整充电速度，从而防止电池损坏，并缩短充电时间。”

SwRI开发并校准了适用于57Ah镍锰钴（NMC）电芯的线性化电池模型，并成功预测了锂电镀发生的时间。该模型通过微分方程来计算电池内部的不同状态，而不需要额外的仪器或资源。其他检测锂电镀的领先技术是非实时的，而且会对电芯进行破坏性的物理分析。

该SwRI模型成功预测出电芯电压在实验数据的±5%以内。该团队随后基于模型开发了一种自适应快速充电控制器，以优化NMC电芯的电荷分布。该控制器具有根据前一周期充电效率调整充电电流的学习功能，可在10-20次充电循环后“学习”最佳充电模式，并实时平衡耐用性、安全性和性能。

该团队将SwRI充电控制器与两种基准充电模式进行比较，以评估其有效性。第一种基准模式采用符合行业标准的恒流、恒压策略，故意引发锂电镀。在这种模式下老化的样品，其电池容量表现出明显的衰减或丢失。第二种模式是从快速充电的电动汽车上记录下来的，能够对充电时间进行切实有效的比较。Surampudi表示：“与两种基准模式相比，SwRI充电控制器表现出若干改进之处，比如容量衰减明显降低，电池充电时间缩短35%，平均充电效率达到89%。这些结果令人满意，但还有很多地方可以改进。”