本发明涉及锂电池低温环境下预热和快速充电，尤其涉及一种低温下锂电池双向脉冲快速充电装置及其控制方法。
背景技术：
1、新能源行业盛行、低空经济业态蓬勃发展的环境下，电动汽车、无人航空器受到交通运输业的青睐。电动汽车和无人航天器现阶段几乎都使用锂离子电池作为动力源，这是因为锂离子电池具有能量密度大、质量轻、循环寿命长等优点。在高海拔、高纬度地区或者冬季，由于温度降低，锂离子电池的性能会大幅下降：在给锂电池充电时，锂离子从阴极脱出嵌入阳极的过程受阻，导致电池充电效率极低，耗时变长，这将电动汽车相对于传统油车的劣势放大。
2、现有解决低温环境下电动汽车、无人航空器的续航短、充电慢的技术主要为采用换电模式、充电预热、单向脉冲充电三种手段。换电模式的顺畅运行基于换电站的广泛分布，需要前期大成本的基建投入；此外，在极寒环境下换电前仍需给上冻的汽车底盘融冰，从而也会消耗大量的时间，这样换电相对于充电的优势大大下降。预热充电模式步骤繁琐，电路结构复杂，额外耗能多、充电时间长，严重影响了低温环境下的充电体验。现有的单向高频脉冲充电，虽然可以在降低析锂可能性的基础上以较大电流充电，但单向的脉冲无法排除可逆析锂对电池的影响。
3、此外，低温下充电还会在锂电池的阳极附近析锂、生成锂枝晶，导致电池寿命迅速衰减甚至造成电池内部短路；低温下锂电池的内阻增大，导致输出功率、输出效率都降低。事实上，析锂反应分为可逆析锂和不可逆析锂，有研究表明可逆析锂可以通过锂电池放电、改进电解质和电极材料消除，剩下的不可逆析锂则称为“死锂”，会对电池造成不可逆的损伤。低温下电动汽车、无人航空器的续航、充电都面临巨大的挑战，如何推动低温环境下不析锂的快充技术已经成为各大企业重点关注的问题。
4、因此，提出一种低温下锂电池双向脉冲快速充电装置及其控制方法，来解决现有技术存在的困难，是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明提供了一种低温下锂电池双向脉冲快速充电装置及其控制方法，可以提高锂电池低温环境下充电效率、通过负向脉冲消除可逆析锂现象，显著缩短充电时间，延长电池寿命。
2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、一种低温下锂电池双向脉冲快速充电装置，包括：充电桩、主电路、电动汽车/无人飞行器；
4、充电桩包括：第一充电枪；
5、主电路包括：装置充电接口、蓄能电感、开关s1、全控桥臂、装置控制器、第二充电枪；
6、电动汽车/无人飞行器包括：充电接口、动力电池、内部负载和控制器；
7、第一充电枪与主电路的装置充电接口的正负极连接；
8、蓄能电感的一端连在装置充电接口正极，另一端连在全控桥臂的中点，全控桥臂包括：第一全控器件q1、第二全控器件q2，开关s1一端连在装置充电接口正极，另一端同时连在第二充电枪正极和全控桥臂的一端，全控桥臂的另一端与装置充电接口负极和第二充电枪的负极相连；
9、电动汽车/无人飞行器通过充电接口与第二充电枪相连，动力电池的正负极、内部负载两端均与充电口相连；
10、动力电池、内部负载还与控制器相连，控制器、充电桩、开关s1、全控桥臂均与装置控制器连接；
11、充电装置具有两种模式：正常充电模式和双向脉冲快充模式。
12、上述的装置，可选的，预设有模式切换温度tend，若电池温度t低于模式切换温度tend，则控制电路开启双向脉冲快充模式；若电池温度t高于或等于模式切换温度tend，则控制电路开启正常充电模式。
13、上述的装置，可选的，控制器、充电桩、与装置控制器之间，是通过第二充电枪、充电接口和第一充电枪、装置充电接口的内部低压总线握手连接，经低压通讯协议传递信息。
14、上述的装置，可选的，在双向脉冲快充模式下，装置控制器可通过低压总线通讯，控制充电桩工作在恒压输出模式，以恒压源形式接入主电路。
15、上述的装置，可选的，在双向脉冲快充模式下，s1断开，控制器控制内部负载投入，装置控制器控制全控器件q1、q2交替导通，产生双向脉冲电流；
16、状态一：q1导通、q2关断，直流源给蓄能电感充电，蓄能电感电流il上升，动力电池表现为放电状态，电流为iload；
17、状态二：q1关断、q2导通，充电电流icharge经蓄能电感、q2、第二充电枪正极到达动力电池正极，此时蓄能电感电流il下降，动力电池上的电流ib为icharge和iload的叠加态，动力电池表现为充电状态。
18、上述的装置，可选的，状态一和状态二的切换，采用滞环控制，预设有参考电流il_ref和环宽2h；
19、状态一中，il上升，当il≥il_ref+h时，切换为状态二，此时il下降，当il≤il_ref-h时，切换为状态一。
20、上述的装置，可选的，控制器实时采集动力电池的荷电状态soc和电池温度t信号，通过低压总线通讯传递给装置控制器，装置控制器接收信号后，对应内部预设数据表获得不析锂前提下电池充电脉冲的最佳幅值ib_ref、频率f_ref、占空比d；当环宽变大，频率会变低，当环宽变小，则频率会变高；
21、通过调整参考电流il_ref给定值、环宽2h、第一充电枪的输出电压，控制充电脉冲的幅值、频率、占空比。
22、上述的装置，可选的，控制器实时采集动力电池的荷电状态soc和电池熵热系数信号，控制器通过低压总线通讯接收信号后，控制车内不同负载的投切选择和功率大小变化，以改变脉冲充电中正负脉冲幅值，进而改变生热速率和充电速度。
23、上述的装置，可选的，控制器实时采集内部负载电流iload的幅值信号，并通过低压总线通讯传递给装置控制器，装置控制器接收信号后对参考电流il_ref进行同向调节，使双向脉冲充电过程中正向脉冲幅值维持最佳幅值ib_ref；当iload上升，il_ref也上升；当iload下降，il_ref也下降。
24、一种低温下锂电池双向脉冲快速充电装置控制方法，包括：
25、s1、预设截止温度tend；
26、s2、读取当前动力电池温度t、荷电状态soc、熵热系数；
27、s3、控制器选择合适内部负载接入电路；
28、s4、判断动力电池soc是否小于充电目标值，若是，则进入下一步；若否，则结束充电；
29、s5、判断电池温度t是否小于预设截止温度tend，若是，则进入下一步；若否，则切换至正常充电模式充电至结束；
30、s6、查表获取当前温度t、soc对应的不析锂情况下脉冲充电生热率最大的ib_ref、f_ref和占空比d；
31、s7、调整il_ref、环宽2h、第一充电枪输出电压；
32、s8、进行双向脉冲快充模式快速充电；
33、s9、读取当前内部负载电流iload；
34、s10、判断iload发生波动，若是，则根据iload调整il_ref，使双向脉冲充电的充电电流幅值达到ib_ref，返回s8；若否，则返回s2。
35、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种低温下锂电池双向脉冲快速充电装置及其控制方法，具有以下有益效果：1)不仅可以降低析锂的可能性，还可以通过放电脉冲消除部分可逆的析锂现象，从而使锂电池析锂量降低，延长锂电池的循环寿命；2)装置结构简单，可便捷整合在充电桩内或汽车内部都可行，对于电动汽车/无人飞行器仅需将负载结构稍作调整，无需增加新元件，可实施性非常高；3)内部预热和脉冲充电同时进行，电-热转换效率高，避免析锂，缩减了低温环境下的充电时间，延长了电池的寿命；4)装置通过用户画像、实际电池soc和电池熵热系数以调整不同负载接入电阻或调整负载功率，保证在对电池预热快充的同时不对电池造成额外伤害，同时最大程度满足用户实际负载需求；5)滞环负反馈控制，结构简单，鲁棒性强，通过总线通讯可以实时根据电池温度、soc以及电动汽车/无人飞行器的内部负载，灵活调整脉冲幅值、频率、占空比使保证在不析锂的前提下，电池获得最大的产热速率和充电效率；6)装置可根据实际环境温度，执行不同充电策略；7)电池充电脉冲的幅值可以动态维持稳定，避免对电池造成额外寿命老化；8)装置可以握手直流充电桩与电动汽车/无人飞行器，通过通讯协议调整充电策略，采用cc-pc充电策略可以在保证电池的耐久度基础上缩短充电时间；9)装置的直流输入部分电能来源多样化，适配丰富的电源形式，装置环境适应性强，适合目前能源布局和电力分布大环境。
1.一种低温下锂电池双向脉冲快速充电装置，其特征在于，包括：充电桩、主电路、电动汽车/无人飞行器；
2.根据权利要求1所述的一种低温下锂电池双向脉冲快速充电装置，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的一种低温下锂电池双向脉冲快速充电装置，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的一种低温下锂电池双向脉冲快速充电装置，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的一种低温下锂电池双向脉冲快速充电装置，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的一种低温下锂电池双向脉冲快速充电装置，其特征在于，
7.根据权利要求5所述的一种低温下锂电池双向脉冲快速充电装置，其特征在于，
8.根据权利要求5所述的一种低温下锂电池双向脉冲快速充电装置，其特征在于，
9.根据权利要求5所述的一种低温下锂电池双向脉冲快速充电装置，其特征在于，
10.一种低温下锂电池双向脉冲快速充电装置控制方法，应用于权利要求1-9任一项所述的一种低温下锂电池双向脉冲快速充电装置，包括：
