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，西南研究院(SwRI)的工程师利用内部研究经费来应对快充带来的挑战，从而缩短电动汽车的充电时间。

(来源:西南研究院)

随着电动汽车的日益普及，消费者希望基于电池的平台能够提供与化石燃料驱动的汽车相同的加速、性能和舒适性，并实现它们之间的无缝转换。大多数情况下，虽然厂商已经交付了产品，但电池充电等技术仍有待提高。相比之下，消费者只需要几分钟就可以将油箱加满并重新上路，但电动汽车充电通常需要几个小时。

在充电站把家里的交流电转换成电池需要的直流电，可以显著加快充电速度。然而，它也带来了新的挑战。在快速充电状态下，锂离子在电池组中的移动速度得到充分提高。在高倍率下，离子会在电池负极表面堆积，通过镀锂沉积出金属锂。这可能会降低电池的性能，如果不加以控制，甚至会导致短路和故障。SwRI动力系统工程部的Bapiraju Surampudi博士说:“导致锂电镀的电化学是复杂的，还没有完全了解。通过物理模型，我们可以实时检测电镀锂的发生，从而调整充电速度，防止电池损坏，缩短充电时间。”

SwRI开发并校准了适用于57Ah镍锰钴(NMC)电池的线性电池模型，并成功预测了锂电镀的发生时间。该模型通过微分方程计算电池内部的不同状态，不需要额外的仪器和资源。其他检测电镀锂的领先技术都不是实时的，会对电芯进行破坏性的物理分析。

SwRI模型成功地预测了电池电压在实验数据的5%以内。然后，该团队基于该模型开发了一种自适应快速充电控制器，以优化NMC电池的电荷分布。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个充电周期后“学习”最佳充电模式，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了比较，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，刻意触发锂电镀。在该模式下老化的样品的电池容量显示出明显的衰减或损失。第二种模式是从快充电动车上记录下来的，可以有效对比充电时间。Surampudi表示:“与两种基准模式相比，SwRI充电控制器显示出几项改进，例如显著降低了容量衰减，电池充电时间缩短了35%，平均充电效率达到89%。这些结果令人满意，但仍有许多需要改进的地方。”据外媒报道，西南研究院(SwRI)的工程师利用内部研究经费来应对快充带来的挑战，从而缩短电动汽车的充电时间。

(来源:西南研究院)

随着电动汽车的日益普及，消费者希望基于电池的平台能够提供与化石燃料驱动的汽车相同的加速、性能和舒适性，并实现它们之间的无缝转换。大多数情况下，虽然厂商已经交付了产品，但电池充电等技术仍有待提高。相比之下，消费者只需要几分钟就可以将油箱加满并重新上路，但电动汽车充电通常需要几个小时。

在充电站把家里的交流电转换成电池需要的直流电，可以显著加快充电速度。然而，它也带来了新的挑战。在快速充电状态下，锂离子在电池组中的移动速度得到充分提高。在高倍率下，离子会在电池负极表面积累，金属锂会沉积下来……y锂电镀。这可能会降低电池的性能，如果不加以控制，甚至会导致短路和故障。SwRI动力系统工程部的Bapiraju Surampudi博士说:“导致锂电镀的电化学是复杂的，还没有完全了解。通过物理模型，我们可以实时检测电镀锂的发生，从而调整充电速度，防止电池损坏，缩短充电时间。”

SwRI开发并校准了适用于57Ah镍锰钴(NMC)电池的线性电池模型，并成功预测了锂电镀的发生时间。该模型通过微分方程计算电池内部的不同状态，不需要额外的仪器和资源。其他检测电镀锂的领先技术都不是实时的，会对电芯进行破坏性的物理分析。

SwRI模型成功地预测了电池电压在实验数据的5%以内。然后，该团队基于该模型开发了一种自适应快速充电控制器，以优化NMC电池的电荷分布。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个充电周期后“学习”最佳充电模式，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了比较，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，刻意触发锂电镀。在该模式下老化的样品的电池容量显示出明显的衰减或损失。第二种模式是从快充电动车上记录下来的，可以有效对比充电时间。Surampudi表示:“与两种基准模式相比，SwRI充电控制器显示出几项改进，例如显著降低了容量衰减，电池充电时间缩短了35%，平均充电效率达到89%。这些结果令人满意，但仍有许多需要改进的地方。”

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