西南研究院的工程師們正在利用內(nèi)部研究基金來應(yīng)對(duì)快速充電的挑戰(zhàn)，以減少電動(dòng)汽車充電所需的時(shí)間。

隨著電動(dòng)汽車的普及，消費(fèi)者希望能夠無縫切換到依靠電池的平臺(tái)，擁有與化石燃料驅(qū)動(dòng)的汽車相同的加速度、性能和舒適性。在大多數(shù)情況下，制造商已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)，但在某些領(lǐng)域的技術(shù)仍然落后，例如電池充電。燃油汽車消費(fèi)者只需要幾分鐘就能給油箱加滿油，然后就能重新上路，而電動(dòng)汽車（EV）通常需要幾個(gè)小時(shí)才能完成同樣的工作。

快速充電可將家庭中的交流電轉(zhuǎn)換為充電站本身內(nèi)電池所需的直流電，從而大大加快充電速度。然而，這種速度帶來了新的挑戰(zhàn)。

快速充電會(huì)使鋰離子在電池組中的轉(zhuǎn)移最大化。在這種高速率下，離子會(huì)在電池陽極表面積聚，并通過一種稱為“鍍鋰”的工藝沉積金屬鋰，這種工藝會(huì)降低電池性能，如果不加以控制，將會(huì)導(dǎo)致電池短路失效。

SwRI動(dòng)力系統(tǒng)工程部門的工程師BapirajuSurampudi博士說：“導(dǎo)致鋰電鍍的電化學(xué)是復(fù)雜的，目前還沒有完全破解。我們基于物理的模型允許我們實(shí)時(shí)檢測(cè)鋰鍍層的發(fā)生，因此我們可以調(diào)整充電率，以防止電池?fù)p壞，同時(shí)縮短充電時(shí)間。”

SwRI為一個(gè)57Ah的鎳錳鈷（NMC）電池開發(fā)并校準(zhǔn)了一個(gè)線性化電池模型，成功地預(yù)測(cè)了何時(shí)發(fā)生鋰電鍍。該模型使用微分方程來計(jì)算各種電池內(nèi)部狀態(tài)，不需要額外的儀器或資源。而其他檢測(cè)鋰鍍層的最新技術(shù)是非實(shí)時(shí)的，涉及對(duì)電池的破壞性物理分析。

SwRI模型成功地將電池電壓預(yù)測(cè)到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的±5%以內(nèi)。該團(tuán)隊(duì)隨后開發(fā)了一種基于模型的自適應(yīng)快速充電控制器，以優(yōu)化NMC電池的充電模式。該控制器包括學(xué)習(xí)特性，該學(xué)習(xí)特性基于上一周期的充電效率來調(diào)整充電電流。控制器在10到20個(gè)充電周期后“學(xué)習(xí)”最佳充電曲線，并實(shí)時(shí)平衡耐久性、安全性和性能。

研究小組將SwRI充電控制器與兩個(gè)基準(zhǔn)充電模式進(jìn)行了比較，以評(píng)估其有效性。第一個(gè)基準(zhǔn)配置文件使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的恒流、恒壓策略有意啟動(dòng)鋰電鍍。用這種曲線老化的樣品顯示出明顯的電池容量衰減或損耗。第二個(gè)基線曲線是從一輛裝有快速充電器的電動(dòng)車上記錄下來的，可以對(duì)充電時(shí)間進(jìn)行有意義的比較。

“與兩個(gè)基準(zhǔn)曲線相比，SwRI充電控制器顯示出一些改進(jìn)，包括容量衰減顯著降低，電池充電時(shí)間減少35%，平均充電效率為89%。”Surampudi說雖然我們對(duì)這些結(jié)果感到滿意，但我們相信還有更多的改進(jìn)要做。