鋰離子電池作為新能源汽車的核心部件，其快充性能與安全性一直是行業(yè)關注的焦點。析鋰現(xiàn)象，這一在石墨陽極型鋰離子電池快充過程中常見的問題，嚴重制約了電池的充電效率與安全性能。為了解決這一難題，科研人員積極探索無析鋰快充策略，以期提升車載電池的充電安全性，緩解新能源汽車用戶的里程焦慮。
近期，河北工業(yè)大學儲能技術研究中心的研究團隊在這一領域取得了重要突破。他們提出了一種創(chuàng)新的雙閉環(huán)快充策略調(diào)控方案，該方案結合了陽極電勢觀測器和充電電流控制器。通過這一方案，研究團隊實現(xiàn)了對陽極電勢的實時監(jiān)測和快充電流的精確控制，為鋰離子電池的無析鋰快充提供了新的解決路徑。
圖1：基于電極等效電路模型的鋰離子電池無析鋰快充流程圖
研究團隊在電極等效電路模型的基礎上，引入了擴展卡爾曼濾波（EKF）算法和前置補償方法，構建了陽極電勢閉環(huán)觀測器和充電電流閉環(huán)控制器。實驗結果顯示，這一觀測器具有極高的觀測精度，陽極電勢的平均觀測誤差低于5毫伏，最大誤差也不超過10毫伏。同時，充電電流閉環(huán)控制器也表現(xiàn)出色，能夠在短時間內(nèi)將陽極電勢穩(wěn)定至設定閾值，且系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差極小，無超調(diào)和震蕩現(xiàn)象。
圖2：陽極電勢閉環(huán)觀測器和充電電流閉環(huán)控制器示意圖
為了進一步驗證該策略的有效性，研究團隊在不同充電倍率下進行了實驗。結果顯示，在4C、3C和2C倍率充電時，陽極電勢均能迅速達到并穩(wěn)定在設定閾值附近，同時電池的荷電狀態(tài)（SOC）也呈現(xiàn)出良好的變化趨勢。這一成果不僅證明了雙閉環(huán)快充策略的有效性，也為未來鋰離子電池快充技術的發(fā)展提供了有力支持。
(a) 4C倍率充電時的陽極電勢和SOC情況
(b) 3C倍率充電時的陽極電勢和SOC情況
(c) 2C倍率充電時的陽極電勢和SOC情況
圖3：不同條件下的充電電流控制效果
河北工業(yè)大學儲能技術研究中心長期以來致力于鋰電池的高精度計算與仿真、儲能裝備的可靠性提升以及系統(tǒng)安全管理等領域的研究。此次研究成果的取得，離不開團隊成員的辛勤付出和持續(xù)創(chuàng)新。其中，徐志成副教授作為本文的通信作者，更是為這一突破性的研究做出了重要貢獻。他的學術造詣和科研能力，為團隊的研究工作提供了有力支持。
該研究成果已在《電工技術學報》2024年第18期上發(fā)表，論文題目為“基于電極等效電路模型的鋰離子電池無析鋰快充策略優(yōu)化研究”。這一成果的取得，不僅是對研究團隊科研實力的肯定，也為鋰離子電池快充技術的發(fā)展注入了新的活力。未來，隨著技術的不斷進步和應用的深入推廣，相信鋰離子電池的快充性能將得到進一步提升，為新能源汽車的普及和發(fā)展提供有力保障。
