Simulation of Fast Charging Strategies for Heavy Duty Battery Electric Vehicles

Sammanfattning

Övergången till batterielektriska fordon (BEV) är avgörande för att minska transportsektorns klimatpåverkan, men utmaningar såsom långa laddningstider och batteriåldring försvårar en bred implementering – särskilt inom tung trafik. Detta examensarbete undersöker snabbladdningsstrategier för tunga BEV genom utveckling och utvärdering av ett spänningsbaserat laddningsprotokoll (Voltage-Based Charging, VBC) för en litiumjärnfosfat (LFP)/grafit-cell. En detaljerad elektro-kemisk och termisk modell har implementerats i COMSOL Multiphysics baserat på Pseudo-2D (P2D)-ramverket, och har kalibrerats mot experimentell data. VBC-protokollet, som möjliggör självreglering av laddningsströmmen baserat på cellspänning, jämfördes med konventionella snabbladdningsprotokoll som Multi-Stage Constant Current (MSCC) och Constant Current–Constant Voltage (CC-CV). Simuleringsresultaten visade att VBC kan minska risken för litiumplätering samtidigt som god snabbladdningsprestanda bibehålls. Resultaten visade att ökning av VBC:s spänningsgräns eller maximal laddström förbättrar laddtiden upp till en viss gräns, varefter litiumpläteringsrisken ökar utan nämnvärda minskningar av laddningstiden.Begränsningar i modellens elektrodpotentialer och avsaknad av hysteresmodellering samt utebliven modellering av katodnedbrytning bidrog till avvikelser mellan simuleringar och testdata. Trots detta belyser studien VBC- protokollets fördelar, särskilt dess temperatur-oberoende laddbeteende och förbättrade säkerhetsmarginaler. Framtida arbete bör fokusera på att integrera experimentellt uppmätta elektrodpotentialer, modellera LFP-hysteres samt inkludera katodsidorreaktioner för att ytterligare förbättra modellens noggrannhet och protokollets optimering.