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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

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58京牌 ,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,以缩短的充电时间。

(图片来源:西南研究院)

随着越来越受欢迎,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。”

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