宁德时代新专利利用负极电位安全阈值与负极电位估计值的大小关系
摘要
宁德时代新专利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。
电动汽车的安全快速充电一直是行业亟待解决的难题。然而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，可能导致负极表面会析出锂金属，损害电池性能，严重时还会引发热失控。
另外，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。
为解决上述难题，4月6日，宁德时代公开了与清华大学共同申请的新专利“电池快速充电方法及计算机设备”，公布号为cn112615075a。
该专利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。
具体来看，该充电方法建立负极电位估算模型并设置负极电位安全阈值。在充电过程中，利用负极电位估算模型实时获取电池的负极电位估计值；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，至充电截止电压。
（电池快速充电方法的流程示意图）
负极电位估算模型包括提供带参比电极的三电极电池，在进行性能测试时，获得三电极电池的标称容量和电压特性参数（正极电位、端电压以及负极电位）。通过建立三电极电池的分极等效模型（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。
根据负极电位估算模型以及充电过程中的电流和端电压，采用第一闭环算法(在线闭环估计算法)对负极电位进行估计，以实时获取所述电池在充电过程中模型观测的负极电位估计值。
采用第二闭环算法(在线闭环控制算法)调整第二预设充电电流，以使得所述负极电位估计值与所述负极电位安全阈值的差值在预设范围内。
实验结果表明，电池负极电位的在线闭环估计算法和电流的在线闭环控制算法，结合电池分极等效模型可以直接用于实车电池管理系统中的快速充电。
（快充算法电流及端电压随时间变化的结果图）
（安全快充算法下负极电位估计结果图）
与传统的技术相比，该专利申请提出的充电控制技术开发流程简单，模型参数辨识容易，计算量小，有很强的实车充电实用性前景。
高工锂电发现，该专利在宁德时代官网中也可窥一二。在对超快充前沿技术的“阳极电位监控”介绍中，是通过对阳极电位的监控，实时调整充电电流，确保电池在最大充电速度的过程中不会析锂，从而能做到极限的充电速度。
（宁德时代超快充前沿技术）
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宁德时代新专利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。
电动汽车的安全快速充电一直是行业亟待解决的难题。然而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，可能导致负极表面会析出锂金属，损害电池性能，严重时还会引发热失控。
另外，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。
为解决上述难题，4月6日，宁德时代公开了与清华大学共同申请的新专利“电池快速充电方法及计算机设备”，公布号为cn112615075a。
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具体来看，该充电方法建立负极电位估算模型并设置负极电位安全阈值。在充电过程中，利用负极电位估算模型实时获取电池的负极电位估计值；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，至充电截止电压。
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负极电位估算模型包括提供带参比电极的三电极电池，在进行性能测试时，获得三电极电池的标称容量和电压特性参数（正极电位、端电压以及负极电位）。通过建立三电极电池的分极等效模型（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。
根据负极电位估算模型以及充电过程中的电流和端电压，采用第一闭环算法(在线闭环估计算法)对负极电位进行估计，以实时获取所述电池在充电过程中模型观测的负极电位估计值。
采用第二闭环算法(在线闭环控制算法)调整第二预设充电电流，以使得所述负极电位估计值与所述负极电位安全阈值的差值在预设范围内。
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（快充算法电流及端电压随时间变化的结果图）
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