【嘉勤点评】宁德时代发明的锂电池快速充电方法，利用负极电位安全阈值与负极电位估计值的大小关系，实时调整充电电流，使电池在无析锂副反应的安全范围内发挥最大的充电能力，实现了电池的安全快速充电。
集微网消息，随着车用动力电池技术的不断进步，以纯电动汽车为代表的新能源车成为车辆变革的主力军。而锂离子电池因具有能量密度高、功率密度高、寿命长、环保等优点，近年来被广泛应用于电脑、手机等电子设备及新能源汽车的动力电池系统中。
但是，电动汽车的安全快速充电问题一直未能得到有效解决，传统的燃油车只需要3～5分钟便可以把油箱加满，但现阶段的电池不可能以如此快的速度充电。并且一些新型电池材料如高镍三元正极等，这些电池在提升电池能量密度的同时也带来更高的充电安全隐患。
此外，快速充电需要提高电池充电速率，这往往会引发电池的副反应。以石墨负极体系的锂离子电池为例，电池在充电过程中电极发生极化，电极电位偏离平衡电位，极化电位与平衡电位差之为过电位。
其中，负极过电位低于0V vs .Li/Li+时，负极表面会析出锂金属，这会损害电池性能，严重时还可能引发热失控等安全事故。充电速率越大，电压极化越明显，电池更快达到充电截止电压，导致充入的电量不足。剩余的电量需通过恒压小倍率电流充入，反而延长了充电时间。
为了解决上述这些问题，宁德时代在2020年12月16日申请了一项名为“电池快速充电方法及计算机设备”的发明专利（申请号：202011487364.9），申请人为宁德时代新能源科技股份有限公司。
根据目前该专利公开的相关资料，让我们一起来看看这项快充方案吧。
如上图，为该专利中发明的电池快速充电方法的流程示意图，首先，建立负极电位估算模型，并设置负极电位安全阈值。该安全阈值根据充电速率需求、安全性需求和电池性能等设置来设定，例如为5mV、10mV、20mV、30mV等。
其次，系统将以第一预设充电电流对电池恒流充电，充电的时间也是系统中预设的，在充电一段时间后，将第一预设充电电流调整至第二预设充电电流，第二预设充电电流要小于第一预设充电电流。接着，就利用第二预设充电电流进行恒流充电，在整个充电的过程中，负极电位估算模型会实时获取电池的负极电位估计值。
最后，当负极电位估计值下降至负极电位安全阈值时，实时调整第二预设充电电流，以确保负极电位估计值与负极电位安全阈值的差值在预设范围内，并以调整后的电流对电池充电至截止电压。并且，这种方法可以应用于任意类型的锂离子电池，仅需要对电池模型参数和估计算法参数重新标定即可。
如上图，为上述方案中建立负极电位估算模型的步骤示意图，针对于需要提供带参比电极的三电极电池，系统会对于该电池进行性能测试，以获得电池的标称容量和电压特性参数，包括正极电位、端电压以及负极电位等。
其次，建立电极电池的分极等效模型，该分极等效模型包括正极参数和负极参数，以反映三电极电池的外部特性和内部特性。最后，利用标称容量和电压特性参数对正极参数和负极参数进行标定，以获得负极电位估算模型。
以上就是宁德时代发明的锂电池快速充电方法，该方案利用负极电位安全阈值与负极电位估计值的大小关系，实时调整充电电流，即融合了闭环的负极电位在线估计和闭环的充电电流在线调整。使电池在无析锂副反应的安全范围内发挥最大的充电能力，实现了电池的安全快速充电。
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（校对/holly）
