(圖片來源:西南研究院)
隨著電動汽車越來越受歡迎,消費者希望電池基平臺能提供與化石燃料驅(qū)動車輛相同的加速度、性能和舒適性,并在二者之間實現(xiàn)無縫轉(zhuǎn)換。在大多數(shù)情況下,雖然制造商已經(jīng)交付了產(chǎn)品,但電池充電等技術仍需改進。相比之下,消費者只需幾分鐘就能給油箱加滿油并重新上路,但給電動汽車充電通常需要幾個小時。
將家中的交流電轉(zhuǎn)換為充電站內(nèi)的電池所需的直流電,可以顯著加快充電速度。然而,這也帶來了新的挑戰(zhàn)。在快速充電狀態(tài)下,電池組內(nèi)的鋰離子移動速度得到充分提升。在高速率的情況下,離子會積聚在電池負極的表面,并通過“鋰電鍍”(lithium plating)過程沉積金屬鋰。這樣可能降低電池性能,如果不加以控制,甚至會導致短路和故障。SwRI動力總成工程部的Bapiraju Surampudi博士表示:“引起鋰電鍍的電化學比較復雜,尚未完全明了。我們通過物理基模型,可以實時檢測到鋰電鍍的發(fā)生狀況,這樣就可以調(diào)整充電速度,從而防止電池損壞,并縮短充電時間。”
SwRI開發(fā)并校準了適用于57Ah鎳錳鈷(NMC)電芯的線性化電池模型,并成功預測了鋰電鍍發(fā)生的時間。該模型通過微分方程來計算電池內(nèi)部的不同狀態(tài),而不需要額外的儀器或資源。其他檢測鋰電鍍的領先技術是非實時的,而且會對電芯進行破壞性的物理分析。
該SwRI模型成功預測出電芯電壓在實驗數(shù)據(jù)的±5%以內(nèi)。該團隊隨后基于模型開發(fā)了一種自適應快速充電控制器,以優(yōu)化NMC電芯的電荷分布。該控制器具有根據(jù)前一周期充電效率調(diào)整充電電流的學習功能,可在10-20次充電循環(huán)后“學習”最佳充電模式,并實時平衡耐用性、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比較,以評估其有效性。第一種基準模式采用符合行業(yè)標準的恒流、恒壓策略,故意引發(fā)鋰電鍍。在這種模式下老化的樣品,其電池容量表現(xiàn)出明顯的衰減或丟失。第二種模式是從快速充電的電動汽車上記錄下來的,能夠?qū)Τ潆姇r間進行切實有效的比較。Surampudi表示:“與兩種基準模式相比,SwRI充電控制器表現(xiàn)出若干改進之處,比如容量衰減明顯降低,電池充電時間縮短35%,平均充電效率達到89%。這些結果令人滿意,但還有很多地方可以改進。”
原標題:西南研究院開發(fā)新型快速充電控制器 縮短電動汽車充電時間