动力电池是电动汽车的核心，电动汽车的充电时间远大于传统燃油车的加油时间，成为限制电动汽车发展的关键因素之一，研究快速、安全的优化充电技术具有重要的理论意义和应用价值。锂离子动力电池受环境温度作用明显，在不同的应用工况和老化状态下表现出不同的外在特性。为实现多变应用条件下的动力电池优化充电，全面掌握动力电池的内部状态合理设计充电策略是十分必要的。本论文将展开以准确可靠的电池建模为基础的锂离子动力电池多状态联合估计与优化充电的研究。　　首先，进行了锂离子动力电池实验设计与特性分析研究。为系统全面地获取锂离子动力电池不同操作温度、老化状态的准确特性数据，进行了不同操作温度下的动力电池基本性能测试实验、充电特性测试实验和加速寿命实验;为模拟动力电池实际应用的老化轨迹，搭建了电动汽车系统模型，实现了以电动汽车典型工况为输入、电池应用工况为输出的仿真模拟;对动力电池的系列实验数据进行了深入分析，获取了动力电池老化状态、操作温度对电池的基本性能和充电特性的作用机制。　　其次，研究了锂离子动力电池建模和充电工况下的参数辨识算法。为构建具有明确物理意义的动力电池等效电路模型，应用描述电极反应过程的阻抗谱理论对动力电池的建模过程进行了介绍;针对锂离子动力电池模型离散时间域的应用问题，采用连续系统离散化方法对不同阶次的动力电池模型进行了解析分析;针对充电工况下的动力电池模型参数辨识问题，提出了改进的基于遗忘因子扩展递推最小二乘法的参数辨识算法，实现了模型参数的准确辨识;针对充电工况下动力电池的开路电压辨识问题，提出了基于Lyapunov稳定性理论的参数辨识方法。　　再次，研究了充电工况下的锂离子动力电池多状态联合估计算法。针对传统自适应无迹卡尔曼滤波应用于动力电池状态估计时出现的误差协方差矩阵迭代奇异化问题，提出了一种以协方差矩阵平方根进行迭代计算的改进自适应无迹卡尔曼滤波算法，并将其成功应用于动力电池的状态估计中;为解决基于单阶次模型不能始终保持最优状态估计的问题，提出了基于不同阶次模型的动力电池状态融合估计算法;由于动力电池荷电状态估计精度受可用容量的影响，因此提出了基于不同阶次模型的荷电状态与可用容量联合估计算法;基于动力电池模型的连续时间微分状态方程解的离散化解析，实现了多因素约束条件下的动力电池峰值功率状态估计;提出了基于电动汽车行驶工况识别预测的可用能量状态估计方法，解决了动力电池可用能量状态受电动汽车运行工况影响的问题。　　最后，提出了基于多状态联合估计的动力电池优化充电方法。为解决动力电池优化充电方法受动力电池多状态制约影响的问题，基于动力电池的多状态联合估计值构建了优化充电约束算法;提出了基于动力电池充电效率综合评价的优化充电方法，该算法应用主成分分析法实现了充电电流的充电效率多参数综合最优评价选择;提出了基于动力电池持续峰值功率能力的优化充电方法，该算法以动力电池充电与老化的速率平衡为目标，实现了极化效应有效控制的优化充电电流的选择;验证结果表明，上述基于动力电池持续峰值功率能力的优化充电方法在充电极化特性、充电效率和充电温升三个方面，较传统恒流恒压充电方法具有更优的性能。