随着环境污染及能源紧缺问题越发严峻,社会对清洁能源的需求愈加强烈,近年来新能源汽车技术发展迅速。动力电池作为新能源汽车的核心部件,其快速充电和老化速度之间的矛盾成为了制约交通电气化的痛点问题,亟需开展重点研究。在低温或快速充电的极端情况下,锂离子电池负极表面容易发生析锂副反应,在造成容量衰减的同时可能会形成枝晶刺穿隔膜,以至于诱发热失控,严重影响了电池的安全性能。因此,开发安全、快速、延长电池使用寿命的充电策略显得尤为重要。本研究以50 Ah三电极三元锂离子电池为研究对象,建立了正负极一阶RC电热耦合模型联合半经验老化模型,根据实验数据对关键建模参数进行了辨识并对模型精确度进行了验证。采用NSGA-Ⅱ算法对充电曲线进行了多目标优化,开发了避免负极析锂的自适应多段恒流恒压充电策略。进一步的,基于模型预测控制理论提出了闭环优化的安全充电策略。主要工作内容如下:1)针对植入了参比电极的三电极锂离子电池,基于传统等效电路模型进行了模型改进,通过参比电极将电池的正负极解耦,结合其生热传热特性以及老化特性,建立了正负极一阶RC电热耦合模型,联合该电池的半经验老化模型,解析了各模型参数间的耦合特性。2)搭建了锂离子电池性能测试平台,在验证了参比电极的有效性的基础上,设计并进行了HPPC、充电及循环老化等实验,根据实验数据对电池正负极内阻、OCV、电动势温升系数等建模关键参数进行参数辨识。通过循环老化实验数据拟合了该电池的半经验老化公式,同时通过恒流充电实验过程的电热特性,验证了该模型的精确性。3)基于NSGA-Ⅱ优化算法,提出了一种避免负极析锂的自适应多段恒流恒压充电策略,建立了以充电时间和电池老化损失为目标函数的优化模型,并根据优化结果分别得到了最短充电时间、最小老化以及平衡充电三种策略,并揭示了恒压段电压阈值及负极切换阈值对充电策略的影响规律。4)基于模型预测控制理论,进一步提出了一种闭环实时优化安全快充策略,根据优化目标和约束获得优化的充电电流序列,将充电过程中的负极电位严格控制在了安全阈值以上,始终避免负极低于0 V而引发析锂副反应,实现了闭环无析锂安全快速充电的开发。