寧德時代新專利利用負(fù)極電位安全閾值與負(fù)極電位估計值的大小關(guān)系

摘要

寧德時代新專利利用負(fù)極電位安全閾值與負(fù)極電位估計值的大小關(guān)系，實時調(diào)整充電電流，使電池在無析鋰副反應(yīng)的安全范圍內(nèi)發(fā)揮最大的充電能力，實現(xiàn)了電池的安全快速充電。

電動汽車的安全快速充電一直是行業(yè)亟待解決的難題。然而快速充電需要提高電池充電速率，這往往會引發(fā)電池的副反應(yīng)。

以石墨負(fù)極體系的鋰離子電池為例，電池在充電過程中電極發(fā)生極化，電極電位偏離平衡電位，可能導(dǎo)致負(fù)極表面會析出鋰金屬，損害電池性能，嚴(yán)重時還會引發(fā)熱失控。

另外，充電速率越大，電壓極化越明顯，電池更快達(dá)到充電截止電壓，導(dǎo)致充入電量不足，剩余的電量需通過恒壓小倍率電流充入，反而延長了充電時間。

為解決上述難題，4月6日，寧德時代公開了與清華大學(xué)共同申請的新專利“電池快速充電方法及計算機設(shè)備”，公布號為CN112615075A。

該專利利用負(fù)極電位安全閾值與負(fù)極電位估計值的大小關(guān)系，實時調(diào)整充電電流，使電池在無析鋰副反應(yīng)的安全范圍內(nèi)發(fā)揮最大的充電能力，實現(xiàn)了電池的安全快速充電。

具體來看，該充電方法建立負(fù)極電位估算模型并設(shè)置負(fù)極電位安全閾值。在充電過程中，利用負(fù)極電位估算模型實時獲取電池的負(fù)極電位估計值；當(dāng)負(fù)極電位估計值下降至負(fù)極電位安全閾值時，實時調(diào)整第二預(yù)設(shè)充電電流，以確保負(fù)極電位估計值與負(fù)極電位安全閾值的差值在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，并以調(diào)整后的電流對電池充電，至充電截止電壓。

（電池快速充電方法的流程示意圖）

負(fù)極電位估算模型包括提供帶參比電極的三電極電池，在進(jìn)行性能測試時，獲得三電極電池的標(biāo)稱容量和電壓特性參數(shù)（正極電位、端電壓以及負(fù)極電位）。通過建立三電極電池的分極等效模型（包括正極參數(shù)和負(fù)極參數(shù)），以反映三電極電池的外部特性和內(nèi)部特性。

根據(jù)負(fù)極電位估算模型以及充電過程中的電流和端電壓，采用第一閉環(huán)算法(在線閉環(huán)估計算法)對負(fù)極電位進(jìn)行估計，以實時獲取所述電池在充電過程中模型觀測的負(fù)極電位估計值。

采用第二閉環(huán)算法(在線閉環(huán)控制算法)調(diào)整第二預(yù)設(shè)充電電流，以使得所述負(fù)極電位估計值與所述負(fù)極電位安全閾值的差值在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。

實驗結(jié)果表明，電池負(fù)極電位的在線閉環(huán)估計算法和電流的在線閉環(huán)控制算法，結(jié)合電池分極等效模型可以直接用于實車電池管理系統(tǒng)中的快速充電。

（快充算法電流及端電壓隨時間變化的結(jié)果圖）

（安全快充算法下負(fù)極電位估計結(jié)果圖）

與傳統(tǒng)的技術(shù)相比，該專利申請?zhí)岢龅某潆娍刂萍夹g(shù)開發(fā)流程簡單，模型參數(shù)辨識容易，計算量小，有很強的實車充電實用性前景。

高工鋰電發(fā)現(xiàn)，該專利在寧德時代官網(wǎng)中也可窺一二。在對超快充前沿技術(shù)的“陽極電位監(jiān)控”介紹中，是通過對陽極電位的監(jiān)控，實時調(diào)整充電電流，確保電池在最大充電速度的過程中不會析鋰，從而能做到極限的充電速度。

（寧德時代超快充前沿技術(shù)）

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