电池快速充电方法及计算机设备技术

本申请提供了一种电池快速充电方法及计算机设备。包括建立负极电位估算模型并设置负极电位安全阈值；以第一预设充电电流对电池恒流充电预设时间后，将第一预设充电电流调整至第二预设充电电流；以第二预设充电电流对电池恒流充电，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。本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。

【技术实现步骤摘要】
电池快速充电方法及计算机设备
本申请涉及电池管理
，尤其涉及一种电池快速充电方法及计算机设备。
技术介绍
近年来，随着全球变暖、石油资源紧缺、能源安全问题等的日益加剧，满足全球低碳化发展目标的车辆能源系统变革正在加速进行。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。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的发展提升电池能量密度的同时带来更高的充电安全隐患。一般来说，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0Vvs.Li/Li+时，负极表面会析出锂金属，损害电池性能，严重时还可能引发热失控等安全事故。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。常用的一些电池充电方法包括：(1)恒流恒压充电，即先用恒定不变的电流对电池充电到截止电压，再用恒定不变的电压对电池充电到截止电流，这种方法操作简单但充电效率低，容易造成负极析锂或电池过充，损伤电池寿命；(2)多阶段恒流充电，预先设定每阶段的充电电流和充电截止电压后对电池充电，这种方法对充电参数的设置复杂繁琐，对不同电池的通用性较差；(3)脉冲充电，通过调节脉冲充电电流的时长、幅值等控制充电过程，提升充电速率，但脉冲对电池寿命的影响还存在争议。对电池充电的研究中，电极电位是十分重要的参考量，与电池的正极和负极的副反应等直接相关。以石墨负极体系等锂离子电池为例，负极过电位低于0Vvs.Li/Li+时，负极表面发生析锂，严重影响充电安全及电池寿命。负极是否析锂可通过负极过电位是否低于析锂的临界电位判断，充电过程中监测并控制负极过电势，可有效避免析锂等副反应的发生，实现电池的安全快速充电。通过测量正极和负极电位之差，可以得到商用锂离子电池的端电压，但无法获得电池内部的负极电位；向电池中植入参比电极构成三电极体系，测量电极与参比电极之间的电位可直接获得内部电位，但现有的参比电极仅为实验室级别使用，尚未商用化于锂离子电池；常用的锂离子电池电化学模型可以预测内部电位，但模型复杂且计算量大，难以实用于电池管理系统(BMS，BatteryManagementSystem)；常用的等效电路模型参数简单计算量小，但只能描述电池的外在特性，无法提供负极电位。目前为止，尚没有适用于锂离子电池安全快充的能够实时预测电池负极电位变化的锂离子电池等效模型。申请内容基于此，针对目前锂离子电池存在的充电速率低、易引发安全事故的问题，本申请提供一种电池快速充电方法及计算机设备。本申请提供了一种电池快速充电方法，包括：建立负极电位估算模型，并设置负极电位安全阈值；以第一预设充电电流对电池恒流充电预设时间后，将所述第一预设充电电流调整至第二预设充电电流，所述第一预设充电电流小于所述第二预设充电电流；以所述第二预设充电电流对所述电池恒流充电，在充电过程中，利用所述负极电位估算模型实时获取所述电池的负极电位估计值；当所述负极电位估计值下降至所述负极电位安全阈值时，实时调整所述第二预设充电电流，以确保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，并以调整后的电流对所述电池充电至截止电压。在其中一个实施例中，所述建立负极电位估算模型包括：提供带参比电极的三电极电池；对所述三电极电池进行性能测试，从而获得所述三电极电池的标称容量和电压特性参数，所述电压特性参数包括正极电位、端电压以及负极电位；建立所述三电极电池的分极等效模型，所述分极等效模型包括正极参数和负极参数，以反映所述三电极电池的外部特性和内部特性；利用所述标称容量和所述电压特性参数对所述正极参数和所述负极参数进行标定，以获得负极电位估算模型。在其中一个实施例中，所述对所述三电极电池进行性能测试包括对所述三电极电池在给定电流条件下的容量测试、给定电流条件下的电池开路电压测试以及不同工况下的充放电测试。在其中一个实施例中，所述分极等效电路模型为分极Rint模型，所述分极Rint模型是在电池Rint模型的基础上将全电池的理想电压源和总内阻基于正负极特性拆分为正极理想电压源、负极理想电压源、正极内阻和负极内阻得到的。在其中一个实施例中，所述利用所述标称容量和所述电压特性参数对所述正极参数和所述负极参数进行标定包括：获取模型计算的正极电位和参比电极实测正极电位的均方根误差，作为第一适应函数，通过优化算法拟合，以使得所述第一适应函数为最小为优化目标，得到标定后的正极参数；获取模型计算的负极电位和参比电极实测负极电位的均方根误差，作为第二适应函数，通过优化算法拟合，以使得所述第二适应函数为最小为优化目标，得到标定后的负极参数。在其中一个实施例中，所述利用所述负极电位估算模型实时获取所述电池的负极电位估计值包括：根据所述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。在其中一个实施例中，所述第一闭环算法包括卡尔曼滤波算法、PID算法或者龙贝格观测器中的至少一种。在其中一个实施例中，采用第二闭环算法调整所述第二预设充电电流，以确保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。在其中一个实施例中，所述第二闭环算法包括PID算法或者模型预测控制算法中的至少一种。基于相同的申请构思，本申请提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例中任一项所述的电池快速充电方法的步骤。综上，本申请提供了一种电池快速充电方法及计算机设备。所述电池快速充电方法包括首先建立负极电位估算模型并设置负极电位安全阈值；其次以第一预设充电电流对电池恒流充电预设时间后，将所述第一预设充电电流调整至第二预设充电电流，所述第一预设充电电流小于所述第二预设充电电流；再次以所述第二预设充电电流对所述电池恒流充电，在充电过程中，利用所述负极电位估算模型实时获取所述电池的负极电位估计值；最后当所述负极电位估计值下降至所述负极电位安全阈值时，实时调整所述第二预设充电电流，以确保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，并以调整后的电流对所述电池充电至截止电压。本申请通过建立负极电位估算模型能够将电池的正极和负极特性分离，准确地模拟电池在充电过程中的负极电位和全电池电压变化的规律。此负极电位估算模型相对于传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池快速充电方法，其特征在于，包括：/n建立负极电位估算模型，并设置负极电位安全阈值；/n以第一预设充电电流对电池恒流充电预设时间后，将所述第一预设充电电流调整至第二预设充电电流，所述第一预设充电电流小于所述第二预设充电电流；/n以所述第二预设充电电流对所述电池恒流充电，在充电过程中，利用所述负极电位估算模型实时获取所述电池的负极电位估计值；/n当所述负极电位估计值下降至所述负极电位安全阈值时，实时调整所述第二预设充电电流，以确保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，并以调整后的电流对所述电池充电至截止电压。/n

【技术特征摘要】
1.一种电池快速充电方法，其特征在于，包括：
建立负极电位估算模型，并设置负极电位安全阈值；
以第一预设充电电流对电池恒流充电预设时间后，将所述第一预设充电电流调整至第二预设充电电流，所述第一预设充电电流小于所述第二预设充电电流；
以所述第二预设充电电流对所述电池恒流充电，在充电过程中，利用所述负极电位估算模型实时获取所述电池的负极电位估计值；
当所述负极电位估计值下降至所述负极电位安全阈值时，实时调整所述第二预设充电电流，以确保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，并以调整后的电流对所述电池充电至截止电压。


2.如权利要求1所述的电池快速充电方法，其特征在于，所述建立负极电位估算模型包括：
提供带参比电极的三电极电池；
对所述三电极电池进行性能测试，从而获得所述三电极电池的标称容量和电压特性参数，所述电压特性参数包括正极电位、端电压以及负极电位；
建立所述三电极电池的分极等效模型，所述分极等效模型包括正极参数和负极参数，以反映所述三电极电池的外部特性和内部特性；
利用所述标称容量和所述电压特性参数对所述正极参数和所述负极参数进行标定，以获得负极电位估算模型。


3.如权利要求2所述的电池快速充电方法，其特征在于，所述对所述三电极电池进行性能测试包括对所述三电极电池在给定电流条件下的容量测试、给定电流条件下的电池开路电压测试以及不同工况下的充放电测试。


4.如权利要求2所述的电池快速充电方法，其特征在于，所述分极等效模型为分极Rint模型，所述分极Rint模型是在电池Rint模型的基础上将全电池的理想电压源、总内阻基于正负极特性拆分为正极理想...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢宇芳，李海力，李世超，韩雪冰，冯旭宁，褚政宇，卢兰光，欧阳明高，
申请(专利权)人：清华大学，宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11