據(jù)外媒報(bào)道，美國(guó)西南研究院（SwRI）的工程師們利用內(nèi)部研究資金來(lái)應(yīng)對(duì)快速充電帶來(lái)的挑戰(zhàn)，以縮短電動(dòng)汽車(chē)的充電時(shí)間。


（圖片來(lái)源：西南研究院）

隨著電動(dòng)汽車(chē)越來(lái)越受歡迎，消費(fèi)者希望電池基平臺(tái)能提供與化石燃料驅(qū)動(dòng)車(chē)輛相同的加速度、性能和舒適性，并在二者之間實(shí)現(xiàn)無(wú)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(shù)仍需改進(jìn)。相比之下，消費(fèi)者只需幾分鐘就能給油箱加滿油并重新上路，但給電動(dòng)汽車(chē)充電通常需要幾個(gè)小時(shí)。

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(lái)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(dòng)速度得到充分提升。在高速率的情況下，離子會(huì)積聚在電池負(fù)極的表面，并通過(guò)“鋰電鍍”（lithium plating）過(guò)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?xí)?dǎo)致短路和故障。SwRI動(dòng)力總成工程部的Bapiraju Surampudi博士表示：“引起鋰電鍍的電化學(xué)比較復(fù)雜，尚未完全明了。我們通過(guò)物理基模型，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)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?fù)p壞，并縮短充電時(shí)間。”

SwRI開(kāi)發(fā)并校準(zhǔn)了適用于57Ah鎳錳鈷（NMC）電芯的線性化電池模型，并成功預(yù)測(cè)了鋰電鍍發(fā)生的時(shí)間。該模型通過(guò)微分方程來(lái)計(jì)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(cè)鋰電鍍的領(lǐng)先技術(shù)是非實(shí)時(shí)的，而且會(huì)對(duì)電芯進(jìn)行破壞性的物理分析。

該SwRI模型成功預(yù)測(cè)出電芯電壓在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的±5%以內(nèi)。該團(tuán)隊(duì)隨后基于模型開(kāi)發(fā)了一種自適應(yīng)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(xué)習(xí)功能，可在10-20次充電循環(huán)后“學(xué)習(xí)”最佳充電模式，并實(shí)時(shí)平衡耐用性、安全性和性能。

該團(tuán)隊(duì)將SwRI充電控制器與兩種基準(zhǔn)充電模式進(jìn)行比較，以評(píng)估其有效性。第一種基準(zhǔn)模式采用符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)汽車(chē)上記錄下來(lái)的，能夠?qū)Τ潆姇r(shí)間進(jìn)行切實(shí)有效的比較。Surampudi表示：“與兩種基準(zhǔn)模式相比，SwRI充電控制器表現(xiàn)出若干改進(jìn)之處，比如容量衰減明顯降低，電池充電時(shí)間縮短35%，平均充電效率達(dá)到89%。這些結(jié)果令人滿意，但還有很多地方可以改進(jìn)。”