锂电池充电方法、充电控制装置、锂电池装置、用电设备及计算机可读存储介质与流程

本技术涉及电池，尤其涉及一种锂电池充电方法、充电控制装置、锂电池装置、用电设备及计算机可读存储介质。

背景技术：

1、锂电池凭借高能量密度、长循环寿命等优势，已广泛应用于各个领域。在锂电池充电过程中，极化现象和扩散阻抗等因素制约锂电池的充电性能。

技术实现思路

1、本技术旨在提供一种锂电池充电方法、充电控制装置、锂电池装置、用电设备及计算机可读存储介质，改善锂电池的充电性能较差的情况。

2、第一方面，本技术提出了一种锂电池充电方法，包括：对锂电池施加正向充电脉冲，以使锂电池基于正向充电脉冲进行充电；在正向充电脉冲的期间对锂电池施加目标扰动电流，目标扰动电流的频率大于锂电池中电荷转移过程的特征频率；在正向充电脉冲结束后，对锂电池执行去极化处理。

3、本技术的技术方案在正向充电脉冲期间叠加了高频的目标扰动电流，通过微观层面高频快速地改变电流方向或大小，持续搅动电极界面处的离子分布，使得浓度梯度在尚未成型时即被打散，扰动nernst扩散层，阻止建立稳定的浓差梯度，减少极化现象和降低锂枝晶的形成，提高锂电池的充电效率和使用寿命。另外，本技术的技术方案在进行高频微观扰动后执行去极化处理，其中，高频扰动削弱了极化基础，去极化处理则通过自然扩散或被动弛豫清除残余极化，两者协同作用，使得负极界面处的锂离子得以及时迁散，负极电位容易被托举在析锂临界电位以上，避免在快充过程中出现析锂现象。

4、在一些实施例中，正向充电脉冲的脉冲宽度大于锂电池中电荷转移过程的特征时间常数且小于韦伯扩散过程的特征时间常数，其中，电荷转移过程的特征时间常数和韦伯扩散过程的特征时间常数均由对锂电池进行电化学阻抗谱测试得到。

5、该实施例将正向充电脉冲的脉冲宽度限制在电荷转移过程的特征时间常数与韦伯扩散过程的特征时间常数之间，既确保了在脉冲期间，界面双电层已建立完毕，法拉第电荷转移过程顺利进行，大量锂离子真正嵌入负极，还保证了快充效率，又能够确保正向充电脉冲在浓度梯度发展为稳态韦伯扩散之前结束，避免形成难以消除的极化层，为后续的去极化处理创造了条件，有利于提高去极化处理的效果。

6、在一些实施例中，正向充电脉冲的电流幅值为，其中，；和/或，正向充电脉冲的脉冲宽度为，其中，；和/或，正向充电脉冲的电流波形为正弦波或方波或三角波或锯齿波。

7、该实施例在0.2c至20c的范围内选择正向充电脉冲的电流幅值，既能够确保了有足够的锂离子流量向负极迁移，能够实现显著的电量注入和充电速度提升，而且在确保通过高频扰动与去极化以有效压制极化和维持负极电位大于0v的前提下，能够实现快速充电。在0.001s至100s的范围内选择正向充电脉冲的脉冲宽度，既能保证在单个正向充电脉冲内注入足量的电荷以实现快充，又能确保浓度梯度不会固化，从而在随后的去极化期间迅速消除极化，有效避免了负极析锂，显著提升了电池的循环寿命。

8、在一些实施例中，目标扰动电流的频率为，其中，；和/或，目标扰动电流的电流幅值为，其中，，，为正向充电脉冲的电流幅值；和/或，目标扰动电流在正向充电脉冲的期间的目标扰动时长为，其中，，，为正向充电脉冲的脉冲宽度；和/或，目标扰动电流的电流波形为正弦波或方波或三角波或锯齿波。

9、该实施例在5%的正向充电脉冲的电流幅值至30%的正向充电脉冲的电流幅值之间选择目标扰动电流的电流幅值，既能够有效地扰动nernst扩散层，又能够提供充分的界面破坏力，并不会对充电过程造成干扰，也不会引起额外的显著温升和欧姆热损耗。在范围内选择目标扰动时长，确保在充电期间内能够进行高频扰动，阻碍浓度梯度的建立。

10、在一些实施例中，在正向充电脉冲的期间对锂电池施加目标扰动电流，包括：按照预设的第一扰动时长，在正向充电脉冲的期间控制目标扰动电流传输至锂电池，其中，，为第一扰动时长，为正向充电脉冲的脉冲宽度；或者，在正向充电脉冲的期间内，响应于正向充电脉冲经历第一充电时长后，按照预设的第二扰动时长控制目标扰动电流传输至锂电池，其中，，为第二扰动时长，为第一充电时长；或者，在正向充电脉冲的期间内，响应于正向充电脉冲的上升沿，按照预设的第三扰动时长控制目标扰动电流传输至锂电池，，为第三扰动时长。

11、目标扰动电流从正向充电脉冲的开始时刻，一直持续到正向充电脉冲结束，目标扰动电流的扰动时间完全覆盖整个正向充电脉冲的脉冲宽度，在充电全过程提供不间断的界面微观扰动，确保在正向充电脉冲注入的任何时刻，均能够扰动微观浓度梯度的建立，全程扰动nernst扩散层的成型，最大限度地抑制浓差极化累积，确保负极电位在整个正向充电阶段全程高于0v。

12、在一些实施例中，在正向充电脉冲的期间对锂电池施加目标扰动电流之前，方法还包括：确定锂电池的当前荷电状态值；响应于当前荷电状态值在预设荷电状态范围，进入在正向充电脉冲的期间对锂电池施加目标扰动电流的步骤。

13、在一些实施例中，预设荷电状态范围为，其中，为满荷电状态值，为当前荷电状态值。

14、该实施例将与设置为预设荷电状态范围，当当前荷电状态值在预设荷电状态范围时，便开始在正向充电脉冲的期间对锂电池施加目标扰动电流，如此能够在负极电位即将跌至0v以下的阶段，通过高频扰动方式确保负极电位全程维持在0v以上，避免出现析锂。

15、在一些实施例中，去极化处理包括对锂电池施加反向放电脉冲、对锂电池进行零电流静置及对锂电池施加目标充电脉冲中的任一种或组合，其中，目标充电脉冲的电流方向与正向充电脉冲的电流方向一致，且目标充电脉冲的电流幅值小于正向充电脉冲的电流幅值。

16、在一些实施例中，去极化处理包括对锂电池施加反向放电脉冲；反向放电脉冲的电流幅值为，其中，，，，为正向充电脉冲的电流幅值；和/或，反向放电脉冲的脉冲宽度为，其中，，，为正向充电脉冲的脉冲宽度。

17、该实施例在范围选择反向放电脉冲的脉冲宽度，确保了反向放电脉冲有足够的有效持续时间建立稳定的反向电场，使得界面处的锂离子能够真正被推回电解液，提高去极化效果，又避免了过度放电带来的电量损耗，实现了去极化效果与充电效率的最优平衡。

18、可选地，去极化处理包括对锂电池进行零电流静置，零电流静置的静置时间宽度为，其中，，，为正向充电脉冲的脉冲宽度。

19、该实施例在范围选择零电流静置的静置时间宽度，高频扰动在充电期间破坏nernst扩散层，零电流静置在间隙期间利用自然扩散和电化学弛豫，消除正向充电期间累积的浓差极化，使得电极界面处的离子浓度重新趋于均匀，避免析锂。

20、可选地，去极化处理包括对锂电池施加目标充电脉冲，目标充电脉冲的电流幅值为，其中，，，，为正向充电脉冲的电流幅值；和/或，目标充电脉冲的脉冲宽度为，其中，，，为正向充电脉冲的脉冲宽度。

21、该实施例在范围选择目标充电脉冲的脉冲宽度，不仅确保了小电流有足够的时间建立起稳定的电化学弛豫过程，帮助锂离子在负极体相内完成有意义的扩散迁移，而且还能够提高充电效率，实现了极化抑制与快充效率的最优平衡。

22、可选地，对锂电池施加正向充电脉冲，以使锂电池基于正向充电脉冲进行充电，包括：确定锂电池的当前荷电状态值；响应于锂电池的当前荷电状态值在目标荷电状态范围内，对锂电池施加正向充电脉冲，以使锂电池基于正向充电脉冲进行充电。

23、该实施例在该目标荷电状态范围内精准切入正向充电脉冲，能够在极化开始急剧恶化的危险拐点及时介入，并通过脉冲自带的去极化间隙，强制打断浓度梯度的固化，使负极电位在下沉前被拉回安全区，避免在中高soc区间发生的微观析锂现象。

24、可选地，响应于锂电池的当前荷电状态值在目标荷电状态范围内，对锂电池施加正向充电脉冲，以使锂电池基于正向充电脉冲进行充电，包括：响应于锂电池的当前荷电状态值在目标荷电状态范围内，确定与目标荷电状态范围对应的电流幅值为正向充电脉冲的电流幅值；向锂电池施加正向充电脉冲，以使锂电池基于正向充电脉冲进行充电。

25、锂电池在不同soc阶段，负极嵌锂空位、固相扩散阻力及极化极限差异较大。该实施例通过确定与当前soc范围对应的专属电流幅值，在低/中soc区间，锂电池承受能力强，分配大电流幅值；在高soc高危区间，该实施例自动分配小电流幅值，这既避免了在末端强行注入大电流导致的负极电位跌破0v，又保证了在安全前提下每个阶段都能以最大允许电流充电，提高充电效率。

26、可选地，响应于锂电池的当前荷电状态值在目标荷电状态范围内，确定与目标荷电状态范围对应的电流幅值为正向充电脉冲的电流幅值，包括：响应于锂电池的当前荷电状态值大于第一荷电状态值且小于或等于第二荷电状态值，选择第一电流幅值为正向充电脉冲的电流幅值；响应于锂电池的当前荷电状态值大于第二荷电状态值且小于或等于第三荷电状态值，选择第二电流幅值为正向充电脉冲的电流幅值，第二电流幅值小于第一电流幅值；响应于锂电池的当前荷电状态值大于第三荷电状态值且小于或等于第四荷电状态值，选择第三电流幅值为正向充电脉冲的电流幅值，第三电流幅值小于第二电流幅值；响应于锂电池的当前荷电状态值大于第四荷电状态值且小于或等于第五荷电状态值，选择第四电流幅值为正向充电脉冲的电流幅值，第四电流幅值小于第三电流幅值。

27、该实施例基于当前荷电状态值采用阶梯式降流策略，在低soc区间维持大电流抢夺充电时间，在高soc区间大幅降流以保证充电安全，在确保不析锂的前提下，实现了最大效率地充电目的。随着充电过程地进行，负极嵌锂饱和致固相扩散阻力剧增，通过阶梯式降流主动降低锂离子的迁移速率，使锂离子始终匹配衰退的扩散能力，然后再搭配去极化处理，有利于降低析锂风险。

28、在第二方面，本技术提供了一种充电控制装置，包括存储器及处理器，存储器连接至处理器，处理器用于执行存储在存储器中的一个或多个计算机程序，处理器在执行一个或多个计算机程序时，使得充电控制装置实现如上述的锂电池充电方法。

29、在第三方面，本技术提供一种锂电池装置，包括上述的充电控制装置。

30、在第四方面，本技术提供一种用电设备，包括上述的锂电池装置。

31、在第五方面，本技术提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序包括程序指令，程序指令当被处理器执行时使处理器执行上述的锂电池充电方法。

32、本技术的额外层面及优点将部分地在后续说明中描述、显示、或是经由实施例的实施而阐释。