动力工程师开发了线性化电池模型 可优化电动车快充技术

西南研究院的工程师们正在利用内部研究基金来应对快速充电的挑战，以减少电动汽车充电所需的时间。

随着电动汽车的普及，消费者希望能够无缝切换到依靠电池的平台，拥有与化石燃料驱动的汽车相同的加速度、性能和舒适性。在大多数情况下，制造商已经实现了这一目标，但在某些领域的技术仍然落后，例如电池充电。燃油汽车消费者只需要几分钟就能给油箱加满油，然后就能重新上路，而电动汽车（EV）通常需要几个小时才能完成同样的工作。

快速充电可将家庭中的交流电转换为充电站本身内电池所需的直流电，从而大大加快充电速度。然而，这种速度带来了新的挑战。

快速充电会使锂离子在电池组中的转移最大化。在这种高速率下，离子会在电池阳极表面积聚，并通过一种称为“镀锂”的工艺沉积金属锂，这种工艺会降低电池性能，如果不加以控制，将会导致电池短路失效。

SwRI动力系统工程部门的工程师BapirajuSurampudi博士说：“导致锂电镀的电化学是复杂的，目前还没有完全破解。我们基于物理的模型允许我们实时检测锂镀层的发生，因此我们可以调整充电率，以防止电池损坏，同时缩短充电时间。”

SwRI为一个57Ah的镍锰钴（NMC）电池开发并校准了一个线性化电池模型，成功地预测了何时发生锂电镀。该模型使用微分方程来计算各种电池内部状态，不需要额外的仪器或资源。而其他检测锂镀层的最新技术是非实时的，涉及对电池的破坏性物理分析。

SwRI模型成功地将电池电压预测到实验数据的±5%以内。该团队随后开发了一种基于模型的自适应快速充电控制器，以优化NMC电池的充电模式。该控制器包括学习特性，该学习特性基于上一周期的充电效率来调整充电电流。控制器在10到20个充电周期后“学习”最佳充电曲线，并实时平衡耐久性、安全性和性能。

研究小组将SwRI充电控制器与两个基准充电模式进行了比较，以评估其有效性。第一个基准配置文件使用行业标准的恒流、恒压策略有意启动锂电镀。用这种曲线老化的样品显示出明显的电池容量衰减或损耗。第二个基线曲线是从一辆装有快速充电器的电动车上记录下来的，可以对充电时间进行有意义的比较。

“与两个基准曲线相比，SwRI充电控制器显示出一些改进，包括容量衰减显著降低，电池充电时间减少35%，平均充电效率为89%。”Surampudi说虽然我们对这些结果感到满意，但我们相信还有更多的改进要做。