基于联合电气-热模型的面向降解的锂离子电池快速充电
系统与控制
2026-05-26 v1 系统与控制
摘要
锂离子电池的快速充电是电动汽车普及的关键因素，但激进充电会加速电池降解并引发安全风险。本研究检验了一种控制框架，用于协调充电电流与主动热管理，以最小化充电时间，同时遵守电化学降解和热安全约束。采用单颗粒模型含电解液动力学（SPMe），并扩展为两节点热模型，代表电池动力学，使控制策略能够预测内部状态，包括阴极电位、芯部温度和电池电压。开发并比较了两种多输入多输出控制策略：一种是使用并联比例-积分-微分（PID）控制器的经典方法，另一种是采用双分辨率预测的模型预测控制（MPC）的高级方法。两种控制器均调节充电电流和热阻，以最小化充电时间，同时保持在阴极电位、芯部温度和电池电压的限制范围内。结果表明，协同热-电化学最优控制优于传统方法，在不增加降解的前提下，将充电时间缩短了42.2%，显著优于制造商的充电建议。MPC相对于PID控制将充电时间缩短5.2%，但计算成本显著增加。这一改进表明了集成热管理在快速充电协议中的潜在潜力。
引用
@article{arxiv.2605.24889,
title = {Degradation-Aware Fast-Charging of Li-Ion Batteries Using Joint Electrical and Thermal Model Predictive Control},
author = {Frederic Fabry and Alessio Lodge and Robinson Medina and Feye Hoekstra and Steven Wilkins and Madalin Frunzete},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.24889},
year = {2026}
}
备注
6 gapes, 7 figures, to be published in European Control Conference 2026