據外媒報道，美國西南研究院（SwRI）的工程師們利用內部研究資金來應對快速充電帶來的挑戰，以縮短電動汽車的充電時間。


（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動車輛相同的加速度、性能和舒適性，并在二者之間實現無縫轉換。在大多數情況下，雖然制造商已經交付了產品，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。

將家中的交流電轉換為充電站內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。在快速充電狀態下，電池組內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生狀況，這樣就可以調整充電速度，從而防止電池損壞，并縮短充電時間。”

SwRI開發并校準了適用于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生的時間。該模型通過微分方程來計算電池內部的不同狀態，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據的±5%以內。該團隊隨后基于模型開發了一種自適應快速充電控制器，以優化NMC電芯的電荷分布。該控制器具有根據前一周期充電效率調整充電電流的學習功能，可在10-20次充電循環后“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標準的恒流、恒壓策略，故意引發鋰電鍍。在這種模式下老化的樣品，其電池容量表現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，能夠對充電時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。”