CN112820963A - 锂离子电池低温充电方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种锂离子电池低温充电方法，首先提供带参比电极的三电极电池；其次根据三电极电池初始的状态参数，设定初始的脉冲电流参数，并以初始的脉冲电流参数对三电极电池开始进行脉冲充电，状态参数包括电池SOC状态、电池温度以及电池SOH状态中的至少一种，脉冲电流参数包括脉冲波形、脉冲周期、正脉冲幅值、负脉冲幅值、正脉冲持续期、负脉冲持续期；最后在充电过程中，实时监测三电极电池的负极电位和电池电压，并根据负极电位和电池电压，调整脉冲电流参数。上述方法在充电过程中，通过负极电位和电池电压，调整脉冲电流参数可以使得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。

Description

锂离子电池低温充电方法

技术领域

本申请涉及电池管理技术领域，特别是涉及一种锂离子电池低温充电方法。

背景技术

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。

目前，锂离子电池在低温场景下的应用还面临巨大的挑战。一方面，低温环境会降低电池的可用能量并在充电和放电时产生更大的能量损失，整个生命周期内也会导致电池寿命的衰减；另一方面，低温下电池内阻增大，低温充电会提早到达截止电压，导致可充入容量大幅减少，并且增加负极锂枝晶析出和形成的风险，从而更会危害电池安全。这些问题都给低温环境中电池的使用带来重大阻碍。因此，需要解决在寒冷环境中电池充电时可充入容量少、安全风险高的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种锂离子电池低温充电方法。

本申请提供一种锂离子电池低温充电方法，包括：

提供带参比电极的三电极电池；

根据所述三电极电池初始的状态参数，设定初始的脉冲电流参数，并以所述初始的脉冲电流参数对所述三电极电池开始进行脉冲充电，所述状态参数包括电池SOC状态、电池温度以及电池SOH状态中的至少一种，所述脉冲电流参数包括脉冲波形、脉冲周期、正脉冲幅值、负脉冲幅值、正脉冲持续期、负脉冲持续期；

在充电过程中，实时监测所述三电极电池的负极电位和电池电压，并根据所述负极电位和所述电池电压，调整所述脉冲电流参数。

在其中一个实施例中，所述在充电过程中，实时监测所述三电极电池的负极电位和电池电压，并根据所述负极电位和所述电池电压，调整所述脉冲电流参数的步骤包括：

判断所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内是否达到设定的充电截止电压；

当所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内达到设定的充电截止电压时，将正脉冲阶段切换为恒压正脉冲，并判断所述负极电位是否小于析锂电位；

当所述负极电位小于析锂电位时，调整脉冲电流参数的方式包括增大所述负脉冲幅值、减小所述正脉冲持续期或增大所述负脉冲持续期中的一种或者多种。

在其中一个实施例中，当所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内未达到设定的充电截止电压，且所述负极电位小于析锂电位时，调整脉冲电流参数的方式包括减小所述正脉冲幅值、增大所述负脉冲幅值、减小所述正脉冲持续期或增大所述负脉冲持续期中的一种或者多种。

在其中一个实施例中，当所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内达到设定的充电截止电压，且所述负极电位与所述析锂电位的差值大于预设值时，调整脉冲电流参数的方式包括将正脉冲阶段切换为恒压正脉冲，并减小所述负脉冲幅值、增大所述正脉冲持续期或减小所述负脉冲持续期中的一种或者多种。

在其中一个实施例中，当所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内未达到设定的充电截止电压，且所述负极电位与所述析锂电位的差值大于预设值时，调整脉冲电流参数的方式包括增大所述正脉冲幅值、减小所述负脉冲幅值、增大所述正脉冲持续期或减小所述负脉冲持续期中的一种或者多种。

基于相同的发明构思，本申请提供一种锂离子电池低温充电方法，包括：

提供多个带参比电极的三电极电池，作为实验组，每一个所述三电极电池的状态参数与其他所述三电极电池的状态参数不同，所述状态参数包括电池SOC状态、电池温度以及电池SOH状态中的至少一种；

根据每一个所述三电极电池初始的状态参数，设定相应的初始的脉冲电流参数，并以所述初始的脉冲电流参数对相应的所述三电极电池开始进行脉冲充电，所述脉冲电流参数包括脉冲波形、脉冲周期、正脉冲幅值、负脉冲幅值、正脉冲持续期、负脉冲持续期；

在对每一个所述三电极电池充电过程中，实时监测所述三电极电池的负极电位和电池电压，并根据所述负极电位和所述电池电压，调整所述脉冲电流参数，并记录整个充电过程中的脉冲电流参数；

获取目标电池的状态参数，在所述实验组中，选取与所述目标电池的状态参数相同的三电极电池对应的脉冲电流参数作为充电脉冲，并以所述脉冲电流参数对所述目标电池进行脉冲充电。

在其中一个实施例中，所述根据所述负极电位和所述电池电压，调整所述脉冲电流参数的步骤包括：

判断所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内是否达到设定的充电截止电压；

当所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内达到设定的充电截止电压时，将正脉冲阶段切换为恒压正脉冲，并判断所述负极电位是否小于析锂电位；

当所述负极电位小于析锂电位时，调整脉冲电流参数的方式包括增大所述负脉冲幅值、减小所述正脉冲持续期或增大所述负脉冲持续期中的一种或者多种。

在其中一个实施例中，当所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内未达到设定的充电截止电压，且所述负极电位小于析锂电位时，调整脉冲电流参数的方式包括减小所述正脉冲幅值、增大所述负脉冲幅值、减小所述正脉冲持续期或增大所述负脉冲持续期中的一种或者多种。

在其中一个实施例中，当所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内达到设定的充电截止电压，且所述负极电位与所述析锂电位的差值大于预设值时，调整脉冲电流参数的方式包括将正脉冲阶段切换为恒压正脉冲，并减小所述负脉冲幅值、增大所述正脉冲持续期或减小所述负脉冲持续期中的一种或者多种。

在其中一个实施例中，当所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内未达到设定的充电截止电压，且所述负极电位与所述析锂电位的差值大于预设值时，调整脉冲电流参数的方式包括增大所述正脉冲幅值、减小所述负脉冲幅值、增大所述正脉冲持续期或减小所述负脉冲持续期中的一种或者多种。

上述锂离子电池低温充电方法中，首先提供带参比电极的三电极电池；其次根据所述三电极电池初始的状态参数，设定初始的脉冲电流参数，并以所述初始的脉冲电流参数对所述三电极电池开始进行脉冲充电，所述状态参数包括电池SOC状态、电池温度以及电池SOH状态中的至少一种，所述脉冲电流参数包括脉冲波形、脉冲周期、正脉冲幅值、负脉冲幅值、正脉冲持续期、负脉冲持续期；最后在充电过程中，实时监测所述三电极电池的负极电位和电池电压，并根据所述负极电位和所述电池电压，调整所述脉冲电流参数。上述方法利用脉冲电流对三电极电池进行充电时，正脉冲电流和负脉冲电流都将通过电池的欧姆内阻和极化内阻产生热量，从电池内部对电池进行加热。并且正、负脉冲进行交替作用，可减小锂离子电池的极化现象，并降低锂离子电池的端电压，配合电池的温度上升，进一步延长到达充电截止电压的时间，充入更多电量。并且负脉冲可以有效降低大倍率充电电流对电池的副反应，尤其是抑制锂枝晶的析出，降低对电池的寿命影响。进一步地，在充电过程中，通过实时监测所述三电极电池的负极电位和电池电压，并根据所述负极电位和电池电压，调整所述脉冲电流参数可以使得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。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一个实施例提供的锂离子电池低温充电方法流程图。

图2为本申请一个实施例提供的正弦脉冲充电电流波形与等效充电速率的恒流波形图。

图3为本申请一个实施例提供的方波脉冲充电电流波形与等效充电速率的恒流波形图。

图4为本申请一个实施例提供的组合波脉冲充电电流波形与等效充电速率的恒流波形图。

图5为本申请一个实施例提供的低温充电下四种波形的电池温度对比图。

图6为本申请一个实施例提供的低温充电下方波与恒流因负极析锂和SEI膜增厚引起的容量损失对比图。

图7为本申请另一个实施例提供的锂离子电池低温充电方法流程图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一获取模块称为第二获取模块，且类似地，可将第二获取模块称为第一获取模块。第一获取模块和第二获取模块两者都是获取模块，但其不是同一个获取模块。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

针对锂离子电池的低温充电问题，传统技术方案主要采取的技术方案为先对电池加热后再进行充电。但传统的外部加热方法的温度一致性较差，效率不高，温升速率低。同时，额外的加热系统会占据电池包、电池系统的空间，降低电池包系统的能量密度。另外，加热后充电的分步骤方式耗时较长，不适合实际应用场景。因此需要推出高效、加热速率快、温度一致性好、对电池寿命影响小的电池内部加热方法。尤其是结合加热速率、寿命影响和温升一致性的权衡与综合设计问题。加热速率过低会导致应用场景的局限性，甚至无法满足加热需求；对寿命影响过大则会导致电池提前老化，带来安全性风险；温度变化若存在较大的不均匀性，会对电池的寿命、性能等产生损害。

基于上述技术问题，针对实际具备参比电极的电池、电池模组、电池包的充电。请参见图1，本申请提供一种锂离子电池低温充电方法。所述锂离子电池低温充电方法包括：

S10，提供带参比电极的三电极电池；

S20，根据所述三电极电池初始的状态参数，设定初始的脉冲电流参数，并以所述初始的脉冲电流参数对所述三电极电池开始进行脉冲充电，所述状态参数包括电池SOC状态、电池温度以及电池SOH状态中的至少一种，所述脉冲电流参数包括脉冲波形、脉冲周期、正脉冲幅值、负脉冲幅值、正脉冲持续期、负脉冲持续期；

S30，在充电过程中，实时监测所述三电极电池的负极电位和电池电压，并根据所述负极电位和所述电池电压，调整所述脉冲电流参数。

所述三电极电池为在任意一种全电池的基础上制备第三电极得到的电池。所述第三电极包括但不限于锂金属参比电极、锂合金参比电极、铜丝原位镀锂参比电极等多种可以提供准确和稳定测量的第三电极。制备好所述三电极电池后，可以对所述三电极电池进行参比电极电位测量的准确性、稳定性评估。可以通过监测负极与参比电极之间电位以获得所述三电极电池的负极电位。

根据所述三电极电池初始的状态参数，设定初始的脉冲电流参数的方式不做具体限定。所述状态参数包括电池SOC状态、电池温度以及电池SOH状态中的至少一种。所述状态参数还可以包括电池端电压等。可选地，可以根据经验，根据所述三电极电池初始的状态参数设定脉冲波形、脉冲周期、正脉冲幅值、负脉冲幅值、正脉冲持续期、负脉冲持续期。在一个可以实施的方式中，可以通过实验的方式根据所述三电极电池初始的状态参数设定脉冲波形、脉冲周期、正脉冲幅值、负脉冲幅值、正脉冲持续期、负脉冲持续期。具体地，将处于不同SOC、不同SOH的锂离子电池在不同环境温度下充分静置，进行多组不同正负脉冲电流参数的脉冲充电，脉冲电流参数包括：脉冲波形、脉冲周期、正脉冲幅值、负脉冲幅值、正脉冲持续期、负脉冲持续期。记录某一确定脉冲电流参数下，脉冲充电一定时间段内的电池SOC增长曲线、电池最高温度T1和最低温度T2上升曲线、电池端电压变化曲线、电池负极电位变化曲线。在每一不同SOC、不同SOH、不同环境温度下，选取负极电位始终未低于析锂电位A(SOC，T1，T2，SSOH)，且SOC增长速率最快的脉冲电流参数作为初始的脉冲电流参数。

可以理解的是，获取电池最高温度T1和最低温度T2的方式不做具体限定。在一个可以实施的方式中，可以在每一个三电极电池的不同的位置设置至少两个温度传感器，以获得电池不同位置的温度进行监测。

可以利用充放电机、充电桩、电机和电机控制器、其他供能源(如其他电池)与电力电子设备等，实现脉冲充电。可以理解的是，所述脉冲波形不做具体限定。可选地，所述脉冲波形可以包括正脉冲为方波或梯形波、负脉冲为正弦波或三角波、不存在脉冲间隔的波形。

可选地，所述在充电过程中，实时监测所述三电极电池的负极电位和电池电压，并根据所述负极电位和所述电池电压，调整所述脉冲电流参数的步骤包括：

判断所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内是否达到设定的充电截止电压；

当所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内达到设定的充电截止电压时，则正脉冲阶段切换为恒压正脉冲。此时，当所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内达到设定的充电截止电压，且所述负极电位小于析锂电位时，调整脉冲电流参数的方式包括增大所述负脉冲幅值、减小所述正脉冲持续期或增大所述负脉冲持续期中的一种或者多种。

当所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内未达到设定的充电截止电压，且所述负极电位小于析锂电位时，调整脉冲电流参数的方式包括减小所述正脉冲幅值、增大所述负脉冲幅值、减小所述正脉冲持续期或增大所述负脉冲持续期中的一种或者多种。

当所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内达到设定的充电截止电压，且所述负极电位与所述析锂电位的差值大于预设值时，调整脉冲电流参数的方式包括将正脉冲阶段切换为恒压正脉冲，并减小所述负脉冲幅值、增大所述正脉冲持续期或减小所述负脉冲持续期中的一种或者多种。

当所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内未达到设定的充电截止电压，且所述负极电位与所述析锂电位的差值大于预设值时，调整脉冲电流参数的方式包括增大所述正脉冲幅值、减小所述负脉冲幅值、增大所述正脉冲持续期或减小所述负脉冲持续期中的一种或者多种。

可以理解的是，可以通过三电极电池在不同SOC、T1、T2、SOH下的脉冲耐久性实验、模型仿真和结果分析，设定三电极电池在不同SOC、T1、T2、SOH下的析锂电位A(SOC，T1，T2，SOH)与预设值B(SOC，T1，T2，SOH)。所述负极电位与所述析锂电位的差值大于预设值是指所述负极电位以一定的数值大于所述析锂电位附近。所述预设值可以为0mV～50mV，例如3mV、50mV等。

具体地，通过对某一处于特定SOC、SOH、T1、T2的三电极电池，进行不同脉冲电流参数下的脉冲充电，并充电一定的时间段，例如脉冲充电20s，记录全程的负极电位。针对某一脉冲电流参数重复进行20次，通过析锂监测方法或拆解电池的材料分析法，判断是否有析锂。进行多组不同的脉冲电流参数的上述过程后，当该处于特定SOC、SOH、T1、T2的三电极电池在某些脉冲电流参数下，出现了析锂现象时，分析它们对应的负极电位。选取这些脉冲电流参数对应的上述充电过程的负极电位中，正向充电脉冲阶段中，负极电位出现的最大的值，作为析锂电位A。

可选地，通过构建三电极电池的电化学模型，在模型仿真中，加入参比电极模型，仿真不同电池温度分布、不同SOC和SOH下，锂离子电池在不同脉冲参数下的几个周期内的充电行为。通过改变脉冲参数，使电池发生析锂副反应，确定负极发生析锂副反应时，对应的参比电极监测的负极电位，作为析锂电位A。

本实施例中，利用脉冲电流对三电极电池进行充电时，正脉冲电流和负脉冲电流都将通过电池的欧姆内阻和极化内阻产生热量，从电池内部对电池进行加热。并且正、负脉冲进行交替作用，可减小锂离子电池的极化现象，并降低锂离子电池的端电压，配合电池的温度上升，进一步延长到达充电截止电压的时间，充入更多电量。并且负脉冲可以有效降低大倍率充电电流对电池的副反应，尤其是抑制锂枝晶的析出，降低对电池的寿命影响。进一步地，在充电过程中，通过实时监测所述三电极电池的负极电位和电池电压，并根据所述负极电位和电池电压，调整所述脉冲电流参数可以使得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。

可结合直流充电机、直流充电桩，选取某一幅值和周期的脉冲方法，对锂离子电池进行脉冲充放电作用，使得电池在较短时间内温度上升并安全充入更多电量。请参见图2-图4为为等效4C的恒流、正弦、方波与组合波充电电流。并请参见图5-图6，恒流充电在100多秒便触及截止电压，停止充电；正弦脉冲也存在较大的端电压波动，从而提前触及截止电压。但方波和前述组合波可在低温下充入更多电量，实现低温快充。组合波302.1s充到33.14％；方波320.6s充到35.34％；正弦63.3s充到7.07％；恒流105.8s充到11.75％。脉冲波形可以实现低温充电的同时，进行快速加热。其中，面向该实施例中的实验电池，方波和组合波可以充入较多容量，同时有显著的升温效果。正弦波温升效果更为显著。三种不同的脉冲波形在充电过程中，负极电位都在初期出现最低值低于恒流的现象，但负极的锂沉积和SEI增厚引起的整体的容量损失小于恒流。随温度上升，脉冲波形的负极电位最低值也将高于恒流的负极电位，在对电池负极的损伤和整体容量的影响方面，相比恒流将具备更大的优势。

基于相同的发明构思，针对实际不具备参比电极的电池、电池模组、电池包的充电。请参见图7，本申请提供一种锂离子电池低温充电方法。上述锂离子电池低温充电方法包括：

S100，提供多个带参比电极的三电极电池，作为实验组，每一个所述三电极电池的状态参数与其他所述三电极电池的状态参数不同，所述状态参数包括电池SOC状态、电池温度以及电池SOH状态中的至少一种；

S200，根据每一个所述三电极电池初始的状态参数，设定相应的初始的脉冲电流参数，并以所述初始的脉冲电流参数对相应的所述三电极电池开始进行脉冲充电，所述脉冲电流参数包括脉冲波形、脉冲周期、正脉冲幅值、负脉冲幅值、正脉冲持续期、负脉冲持续期；

S300，在对每一个所述三电极电池充电过程中，实时监测所述三电极电池的负极电位和电池电压，并根据所述负极电位和所述电池电压，调整所述脉冲电流参数，并记录整个充电过程中的脉冲电流参数；

S400，获取目标电池的状态参数，在所述实验组中，选取与所述目标电池的状态参数相同的三电极电池对应的脉冲电流参数作为充电脉冲，并以所述脉冲电流参数对所述目标电池进行脉冲充电。

可以理解的是，所述目标电池和所述三电极电池的种类相同，不同的是，所述目标电池内不具备参比电极。通过对实验组进行多组脉冲充电，可以获取不同状态参数下的锂离子电池对应的脉冲电流参数。因此在对目标电池进行充电时，仅需获得目标电池的状态参数，即可以获得相应的脉冲电流参数。目标电池在此脉冲电流参数下进行充电时，可以使得目标电池在无析锂副反应的安全范围内发挥最大的充电能力，实现了目标电池的安全快速充电。

所述三电极电池为在任意一种全电池的基础上制备第三电极得到的电池。所述第三电极包括但不限于锂金属参比电极、锂合金参比电极、铜丝原位镀锂参比电极等多种可以提供准确和稳定测量的第三电极。制备好所述三电极电池后，可以对所述三电极电池进行参比电极电位测量的准确性、稳定性评估。可以通过监测负极与参比电极之间电位以获得所述三电极电池的负极电位。

根据所述三电极电池初始的状态参数，设定初始的脉冲电流参数的方式不做具体限定。所述状态参数包括电池SOC状态、电池温度以及电池SOH状态中的至少一种。所述状态参数还可以包括电池端电压等。可选地，可以根据经验，根据所述三电极电池初始的状态参数设定脉冲波形、脉冲周期、正脉冲幅值、负脉冲幅值、正脉冲持续期、负脉冲持续期。在一个可以实施的方式中，可以通过实验的方式根据所述三电极电池初始的状态参数设定脉冲波形、脉冲周期、正脉冲幅值、负脉冲幅值、正脉冲持续期、负脉冲持续期。具体地，将处于不同SOC、不同SOH的锂离子电池在不同环境温度下充分静置，进行多组不同正负脉冲电流参数的脉冲充电，脉冲电流参数包括：脉冲波形、脉冲周期、正脉冲幅值、负脉冲幅值、正脉冲持续期、负脉冲持续期。记录某一确定脉冲电流参数下，脉冲充电一定时间段内的电池SOC增长曲线、电池最高温度T1和最低温度T2上升曲线、电池端电压变化曲线、电池负极电位变化曲线。在每一不同SOC、不同SOH、不同环境温度下，选取负极电位始终未低于析锂电位A(SOC，T1，T2，SSOH)，且SOC增长速率最快的脉冲电流参数作为初始的脉冲电流参数。

可以理解的是，获取电池最高温度T1和最低温度T2的方式不做具体限定。在一个可以实施的方式中，可以在每一个三电极电池的不同的位置设置至少两个温度传感器，以获得电池不同位置的温度进行监测。

可以利用充放电机、充电桩、电机和电机控制器、其他供能源(如其他电池)与电力电子设备等，实现脉冲充电。可以理解的是，所述脉冲波形不做具体限定。可选地，所述脉冲波形可以包括正脉冲为方波或梯形波、负脉冲为正弦波或三角波、不存在脉冲间隔的波形。

可选地，所述在充电过程中，实时监测所述三电极电池的负极电位和电池电压，并根据所述负极电位和所述电池电压，调整所述脉冲电流参数的步骤包括：

判断所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内是否达到设定的充电截止电压；

当所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内达到设定的充电截止电压时，则正脉冲阶段切换为恒压正脉冲。此时，当所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内达到设定的充电截止电压，且所述负极电位小于析锂电位时，调整脉冲电流参数的方式包括增大所述负脉冲幅值、减小所述正脉冲持续期或增大所述负脉冲持续期中的一种或者多种。

当所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内未达到设定的充电截止电压，且所述负极电位小于析锂电位时，调整脉冲电流参数的方式包括减小所述正脉冲幅值、增大所述负脉冲幅值、减小所述正脉冲持续期或增大所述负脉冲持续期中的一种或者多种。

当所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内达到设定的充电截止电压，且所述负极电位与所述析锂电位的差值大于预设值时，调整脉冲电流参数的方式包括将正脉冲阶段切换为恒压正脉冲，并减小所述负脉冲幅值、增大所述正脉冲持续期或减小所述负脉冲持续期中的一种或者多种。

当所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内未达到设定的充电截止电压，且所述负极电位与所述析锂电位的差值大于预设值时，调整脉冲电流参数的方式包括增大所述正脉冲幅值、减小所述负脉冲幅值、增大所述正脉冲持续期或减小所述负脉冲持续期中的一种或者多种。

可以理解的是，可以通过电池在不同SOC、T1、T2、SOH下的脉冲耐久性实验、模型仿真和结果分析，设定电池在不同SOC、T1、T2、SOH下的析锂电位A(SOC，T1，T2，SOH)与预设值B(SOC，T1，T2，SOH)。所述负极电位与所述析锂电位的差值大于预设值是指所述负极电位以一定的数值大于所述析锂电位。所述预设值可以为0mV～50mV，例如3mV、50mV等。

具体地，通过对某一处于特定SOC、SOH、T1、T2的三电极电池，进行不同脉冲电流参数下的脉冲充电，并充电一定的时间段，例如脉冲充电20s，记录全程的负极电位。针对某一脉冲电流参数重复进行20次，通过析锂监测方法或拆解电池的材料分析法，判断是否有析锂。进行多组不同的脉冲电流参数的上述过程后，当该处于特定SOC、SOH、T1、T2的三电极电池在某些脉冲电流参数下，出现了析锂现象时，分析它们对应的负极电位。选取这些脉冲电流参数对应的上述充电过程的负极电位中，正向充电脉冲阶段中，负极电位出现的最大的值，作为析锂电位A。

可选地，通过构建三电极电池的电化学模型，在模型仿真中，加入参比电极模型，仿真不同电池温度分布、不同SOC和SOH下，锂离子电池在不同脉冲参数下的几个周期内的充电行为。通过改变脉冲参数，使电池发生析锂副反应，确定负极发生析锂副反应时，对应的参比电极监测的负极电位，作为析锂电位A。

本实施例中，通过对实验组进行多组脉冲充电，可以获取不同状态参数下的锂离子电池对应的脉冲电流参数。因此在对目标电池进行充电时，仅需获得目标电池的状态参数，即可以获得相应的脉冲电流参数。目标电池在此脉冲电流参数下进行充电时，可以使得目标电池在无析锂副反应的安全范围内发挥最大的充电能力，实现了目标电池的安全快速充电。本方法并不需要对电池系统进行改装，仅依靠外部充放电设备予以实现。可结合充电桩、电动汽车的电机和控制器、储能电站的逆变器等进行极低成本的应用。本方法相较于恒流低温充电，可以充入更多电量，使得电池快速温升，减少低温析锂风险。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种锂离子电池低温充电方法，其特征在于，包括：

提供带参比电极的三电极电池；

根据所述三电极电池初始的状态参数，设定初始的脉冲电流参数，并以所述初始的脉冲电流参数对所述三电极电池开始进行脉冲充电，所述状态参数包括电池SOC状态、电池温度以及电池SOH状态中的至少一种，所述脉冲电流参数包括脉冲波形、脉冲周期、正脉冲幅值、负脉冲幅值、正脉冲持续期、负脉冲持续期；

在充电过程中，实时监测所述三电极电池的负极电位和电池电压，并根据所述负极电位和所述电池电压，调整所述脉冲电流参数。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池低温充电方法，其特征在于，所述在充电过程中，实时监测所述三电极电池的负极电位和电池电压，并根据所述负极电位和所述电池电压，调整所述脉冲电流参数的步骤包括：

判断所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内是否达到设定的充电截止电压；

当所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内达到设定的充电截止电压时，将正脉冲阶段切换为恒压正脉冲，并判断所述负极电位是否小于析锂电位；

当所述负极电位小于析锂电位时，调整脉冲电流参数的方式包括增大所述负脉冲幅值、减小所述正脉冲持续期或增大所述负脉冲持续期中的一种或者多种。

3.根据权利要求2所述的锂离子电池低温充电方法，其特征在于，当所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内未达到设定的充电截止电压，且所述负极电位小于析锂电位时，调整脉冲电流参数的方式包括减小所述正脉冲幅值、增大所述负脉冲幅值、减小所述正脉冲持续期或增大所述负脉冲持续期中的一种或者多种。

4.根据权利要求2所述的锂离子电池低温充电方法，其特征在于，当所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内达到设定的充电截止电压，且所述负极电位与所述析锂电位的差值大于预设值时，调整脉冲电流参数的方式包括将正脉冲阶段切换为恒压正脉冲，并减小所述负脉冲幅值、增大所述正脉冲持续期或减小所述负脉冲持续期中的一种或者多种。

5.根据权利要求2所述的锂离子电池低温充电方法，其特征在于，当所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内未达到设定的充电截止电压，且所述负极电位与所述析锂电位的差值大于预设值时，调整脉冲电流参数的方式包括增大所述正脉冲幅值、减小所述负脉冲幅值、增大所述正脉冲持续期或减小所述负脉冲持续期中的一种或者多种。

6.一种锂离子电池低温充电方法，其特征在于，包括：

提供多个带参比电极的三电极电池，作为实验组，每一个所述三电极电池的状态参数与其他所述三电极电池的状态参数不同，所述状态参数包括电池SOC状态、电池温度以及电池SOH状态中的至少一种；

根据每一个所述三电极电池初始的状态参数，设定相应的初始的脉冲电流参数，并以所述初始的脉冲电流参数对相应的所述三电极电池开始进行脉冲充电，所述脉冲电流参数包括脉冲波形、脉冲周期、正脉冲幅值、负脉冲幅值、正脉冲持续期、负脉冲持续期；

在对每一个所述三电极电池充电过程中，实时监测所述三电极电池的负极电位和电池电压，并根据所述负极电位和所述电池电压，调整所述脉冲电流参数，并记录整个充电过程中的脉冲电流参数；

获取目标电池的状态参数，在所述实验组中，选取与所述目标电池的状态参数相同的三电极电池对应的脉冲电流参数作为充电脉冲，并以所述脉冲电流参数对所述目标电池进行脉冲充电。

7.根据权利要求6所述的锂离子电池低温充电方法，其特征在于，所述根据所述负极电位和所述电池电压，调整所述脉冲电流参数的步骤包括：

判断所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内是否达到设定的充电截止电压；

当所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内达到设定的充电截止电压时，将正脉冲阶段切换为恒压正脉冲，并判断所述负极电位是否小于析锂电位；

当所述负极电位小于析锂电位时，调整脉冲电流参数的方式包括增大所述负脉冲幅值、减小所述正脉冲持续期或增大所述负脉冲持续期中的一种或者多种。

8.根据权利要求7所述的锂离子电池低温充电方法，其特征在于，当所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内未达到设定的充电截止电压，且所述负极电位小于析锂电位时，调整脉冲电流参数的方式包括减小所述正脉冲幅值、增大所述负脉冲幅值、减小所述正脉冲持续期或增大所述负脉冲持续期中的一种或者多种。

9.根据权利要求7所述的锂离子电池低温充电方法，其特征在于，当所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内达到设定的充电截止电压，且所述负极电位与所述析锂电位的差值大于预设值时，调整脉冲电流参数的方式包括将正脉冲阶段切换为恒压正脉冲，并减小所述负脉冲幅值、增大所述正脉冲持续期或减小所述负脉冲持续期中的一种或者多种。

10.根据权利要求7所述的锂离子电池低温充电方法，其特征在于，当所述三电极电池的电池电压在正脉冲持续期内未达到设定的充电截止电压，且所述负极电位与所述析锂电位的差值大于预设值时，调整脉冲电流参数的方式包括增大所述正脉冲幅值、减小所述负脉冲幅值、增大所述正脉冲持续期或减小所述负脉冲持续期中的一种或者多种。

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