CN104953184B - 软包动力锂离子电池放电能量回收化成分容设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种软包动力锂离子电池放电能量回收化成分容设备，包括设置在机架上的可变条件的充放电电源箱、用于夹装软包动力锂离子电池的正负电极极耳的电池化成分容夹装运动机构、电池托盘、具有电流在AC和DC之间双向流动和变换能力的双向逆变器以及安全保护传感器组件，可变条件的充放电电源箱、电池化成分容夹装运动机构、电池托盘、双向逆变器以及安全保护传感器组件均受控于一电池化成分容控制机构；可变条件的充放电电源箱分别与电池化成分容夹装运动机构和双向逆变器电连接。本发明将化成和分容两个工序在同一机器内完成，也可以单独专门进行化成或分容，简化设备品种、提高自动化生产效率，具有放电能量回收功能后可节约能源。

Description

软包动力锂离子电池放电能量回收化成分容设备
技术领域
本发明涉及一种软包动力锂离子电池放电能量回收化成分容设备，属于锂离子电池制造的技术领域。
背景技术
软包锂离子电池的生产工艺中，化成和分容是十分重要的工序。化成是用电的能量对电池内部活性进行激活，在电池负极形成SEI膜，质量好的化成设备可以保证电池具有较好的充放电性能与循环寿命；分容是对已激活的电池进行几个满负荷的充放电循环过程，测试交直流内阻、充放电电压、恒流放电、恒压放电、恒功率放电曲线，进行分组以挑选相同电参数的电池进行串联并联应用，减少电池组合后的短板效应。
发明内容
为了克服现有软包动力锂离子电池化成分容工序中存在的靠人工周转的制造方式的不足，本发明提供一种高品质、高效率、可追溯性的软包动力锂离子电池放电能量回收化成分容设备。
本发明采用的技术方案是：
软包动力锂离子电池放电能量回收化成分容设备，包括机架，其特征在于：还包括设置在机架上的可变条件的充放电电源箱、用于夹装软包动力锂离子电池的正负电极极耳的电池化成分容夹装运动机构、电池托盘、具有电流在AC和DC之间双向流动和变换能力的双向逆变器以及安全保护传感器组件，所述的可变条件的充放电电源箱、电池化成分容夹装运动机构、电池托盘、双向逆变器以及安全保护传感器组件均受控于一电池化成分容控制机构，所述的电池化成分容控制机构设置在机架外的PC机内；所述的可变条件的充放电电源箱分别与电池化成分容夹装运动机构和双向逆变器电连接。
所述的可变条件的充放电电源箱包括电源机箱，设置在电源机箱内的电子线路、单片机板、驱动功率板、辅助工作电源以及用于与PC机通讯连接的接口通讯板，所述的电子线路、驱动功率板、辅助工作电源以及接口通讯板分别与所述的单片机板连接，所述的单片机板通过接口通讯板与PC机连接；所述的电子线路包括用于对单节锂离子电池充放电的可双方向流动电流的DC/DC电源、安全保护基准电阻、接受精确控制的充放电恒流控制环、充放电恒压控制环、主基准与微调基准两级基准合成电路。
所述的驱动功率板包括多路PWM DC/CD模块、MOS功率管和散热器、DC/CD变压器、电容器、电感器和散热风机，所述的多路PWM DC/CD模块分别与所述的MOS功率管和散热器、DC/CD变压器、电容器、电感器和散热风机连接。
所述的双向逆变器分别与电网、DC/DC模块的输入端连接，用以将电网电流从交流变换成直流给电池充电或将电池放电电流变换为交流回馈入电网。
所述的双向逆变器包括机壳，设置在机壳外部的电源输入输出接线座、程控状态按钮和工作状态指示灯，设置在机壳内部的DSP芯片板、IGPT主攻率模块、MOS功率管组件、电源控制电路组件以及滤波电感，所述的DSP芯片板分别与所述的程控按钮、IGPT主攻率模块、MOS功率管组件、电源控制电路组件以及滤波电感连接。
所述的电池化成分容夹装运动机构包括平面铝板和设置在平面铝板上的用于夹住锂离子电池的正负电极极耳的极耳夹具、用于将电池托盘抱入锁紧定位的电池托盘抱紧气缸部件、用于将电池极耳与极耳夹具接触连接的极耳夹具压紧气缸部件、用于支撑电池托盘的电池托盘支撑架、用于将极耳夹具移动至电池极耳位置的极耳夹具压紧部件的水平移动气缸部件，导线束部件以及与所述的电池化成分容控制机构连接的气动控制部件，所述的极耳夹具、电池托盘抱紧气缸部件、极耳夹具压紧气缸部件、极耳夹具压紧部件的水平移动气缸部件、导线束部件均受控于所述的气动控制部件，所述的导线束部件与所述的可变条件的充放电电源箱的驱动功率板电连接。电源机箱内设置多块驱动功率板，每块驱动功率板上有多路充放电电路，充放电电路与双向逆变器相连接。当电池充电时驱动功率板回路向双向逆变器索取电流AC/DC；当电池放电时驱动功率板回路向双向逆变器释放电流DC/AC，形成放电回路能量回收的功能。
其中，平面铝板是整个电池托盘夹装机构的基准基础部件，电池托盘抱紧气缸部件是将已放在电池托盘支撑架上的电池托盘抱紧锁定，极耳夹具压紧部件在水平移动气缸部件的作用下左右两个夹具探针部件分别向托盘中心平行移动，使电池极耳的正负极位于极耳夹具中间，极耳夹具压紧气缸部件动作后使极耳夹具压紧，接触阻抗越小越好，导线束部件与可变条件的充放电电源箱相接可实现充放电功能。
所述的平面铝板的两端的、并且可沿平面铝板的横向水平移动的分别安装有极耳夹具压紧气缸部件，两端的极耳夹具压紧气缸部件之间形成用于夹持铝离子电池的夹持空间；所述的夹持空间内设置有所述的电池托盘支撑架，两端的极耳夹具压紧气缸部件朝向电池托盘架的一侧均安装有极耳夹具，所述的极耳夹具压紧部件在水平移动气缸部件的作用下左右分别向电池托盘中心平行移动，电池极耳的正负极位于两端的极耳夹具之间，在极耳夹具压紧气缸部件的作用下极耳夹具与电池极耳紧密接触。
所述的电池托盘的表面设有与铝离子电池的形状大小匹配的、用于放置铝离子电池的若干放置位，铝离子电池垂直放置在放置位，极耳左右伸出并且与电池化成分容夹装运动机构的极耳夹具相配合作用。电池托盘材质为阻燃材料的模具成型的可堆叠的周转箱，电池可垂直放置25个，电池的极耳在托盘左右空档位置伸出，周转运输过程不会碰到极耳的。
所述的电池托盘还包括底座、设置在底座上的托盘内衬以及用以对铝离子电池进行流程管理的ID号码。
电池的充电电流、放电电流、充电最高电压、放电截止电压、充放电时间均由PC机对双向逆变器进行控制。所述由PC机专用控制的电池化成分容控制机构，设定锂离子电池化成分容条件发送到充放电电源箱中的单片机板，由单片机板执行对电池的进行充放电的限时间、限电压、限电流的进程条件限制，同时采集每个电池的电压和电流信号，将信号数据上传至PC机，PC机专用控制软件对收到的数据进行解析并保存，形成锂离子电池化成分容数据库。这些数据作为判定电池性能的依据，一台PC机可以同时处理很多个电池。
所述的安全保护传感器包括安装在电池化成分容夹装运动机构顶部上方的烟雾报警传感器、用以检测电池托盘放入状态并且当电池托盘到正确位置后指示电池托盘抱紧气缸部件动作的位置对射传感器、以及用以检测电池托盘内的电池温度的温度传感器。通过异常信号传递可实现异常工作时设备停止作业、报警、断电的功能。当电池出现过热冒烟，火燃烧时报警信息传递后单片机板和气动控制部件松开电池托盘抱紧控制部件、松开极耳夹具压紧气缸部件并且迅速平移至初始位置便于迅速取出电池托盘作安全处理；位置对射传感器检测到电池托盘入位到正确位置后指示电池托盘抱紧气缸部件动作。
化成分容控制专用软件由特定的通讯接口在PC机、单片机中进行传输，系统是主从方式工作的，适合于集散控制网络系统。
化成分容软件具备限时间、限电压、限电流的每工步进程结束条件，可由恒流充电、恒压充电、恒流放电、休眠四种属性可选。充放电电流可在10A～150A之间设置，充放电电压可在0.5V～5V之间设置，每工步时间可设置，能够实时绘制需要的每节电池化成分容过程的动态曲线。包括电压/时间曲线，电流/时间曲线，容量/时间曲线，能量/时间曲线，并且可形成数据列表形式，使分容功能得以实现。
本发明的有益效果体现在：该设备将软包锂电池化成和分容两个工序在同一机器内完成，也可以单独专门进行化成或分容工序，简化设备品种、提高自动化生产效率，具有放电能量回收功能后可节约能源。
附图说明
图1是本发明软包动力锂离子电池化成分容设备结构整体示意图。
图2a是本发明可变条件的充放电电源箱的外部结构示意图。
图2b是本发明可变条件的充放电电源箱的内部结构示意图A。
图2c是本发明可变条件的充放电电源箱的驱动功率板的结构示意图。
图2d是本发明可变条件的充放电电源箱的内部结构示意图B。
图2e是本发明可变条件的充放电电源箱的散热风机的结构示意图。
图3是本发明电池托盘夹装运动机构的结构示意图。
图4是本发明电池托盘的结构示意图。
图5a是本发明双向逆变器的内部结构示意图。
图5b是本发明双向逆变器的外部结构示意图。
图6是本发明安全保护传感器的示意图。
具体实施方式
参照图1至图6，软包动力锂离子电池放电能量回收化成分容设备，包括机架1，还包括设置在机架1上的可变条件的充放电电源箱2、用于夹装软包动力锂离子电池的正负电极极耳的电池化成分容夹装运动机构3、电池托盘4、具有电流在AC和DC之间双向流动和变换能力的双向逆变器5以及安全保护传感器组件，所述的可变条件的充放电电源箱2、电池化成分容夹装运动机构3、电池托盘4、双向逆变器5以及安全保护传感器组件均受控于一电池化成分容控制机构，所述的电池化成分容控制机构3设置在机架1外的PC机内；所述的可变条件的充放电电源箱2分别与电池化成分容夹装运动机构3和双向逆变器5电连接。
所述的可变条件的充放电电源箱2包括电源机箱21，设置在电源机箱21内的电子线路、单片机板22、驱动功率板23、辅助工作电源25以及用于与PC机通讯连接的接口通讯板26，所述的电子线路、驱动功率板23、辅助工作电源25以及接口通讯板26分别与所述的单片机板22连接，所述的单片机板22通过接口通讯板26与PC机连接；所述的电子线路包括用于对单节锂离子电池充放电的可双方向流动电流的DC/DC电源、安全保护基准电阻、接受精确控制的充放电恒流控制环、充放电恒压控制环、主基准与微调基准两级基准合成电路。
所述的驱动功率板23包括多路PWM DC/CD模块231、MOS功率管和散热器232、DC/CD变压器233、电容器234、电感器235和散热风机236，所述的多路PWM DC/CD模块231分别与所述的MOS功率管和散热器232、DC/CD变压器233、电容器234、电感器235和散热风机236连接。
所述的双向逆变器5分别与电网、DC/DC模块的输入端连接，用以将电网电流从交流变换成直流给电池充电或将电池放电电流变换为交流回馈入电网。
所述的双向逆变器5包括机壳51，设置在机壳51外部的电源输入输出接线座52、程控状态按钮54和工作状态指示灯53，设置在机壳51内部的DSP芯片板56、IGPT主攻率模块57、MOS功率管组件58、电源控制电路组件59以及滤波电感55，所述的DSP芯片板分别与所述的程控按钮、IGPT主攻率模块、MOS功率管组件、电源控制电路组件以及滤波电感连接。
所述的电池化成分容夹装运动机构3包括平面铝板31和设置在平面铝板31上的用于夹住锂离子电池的正负电极极耳的极耳夹具38、用于将电池托盘抱入锁紧定位的电池托盘抱紧气缸部件32、用于将电池极耳44与极耳夹具接触连接的极耳夹具压紧气缸部件33、用于支撑电池托盘的电池托盘支撑架34、用于将极耳夹具移动至电池极耳位置的极耳夹具压紧部件的水平移动气缸部件35，导线束部件36以及与所述的电池化成分容控制机构连接的气动控制部件37，所述的极耳夹具、电池托盘抱紧气缸部件、极耳夹具压紧气缸部件、极耳夹具压紧部件的水平移动气缸部件、导线束部件均受控于所述的气动控制部件，所述的导线束部件与所述的可变条件的充放电电源箱的驱动功率板电连接。电源机箱内设置多块驱动功率板，每块驱动功率板上有多路充放电电路，充放电电路与双向逆变器相连接。当电池充电时驱动功率板回路向双向逆变器索取电流AC/DC；当电池放电时驱动功率板回路向双向逆变器释放电流DC/AC，形成放电回路能量回收的功能。
其中，平面铝板31是整个电池托盘夹装机构的基准基础部件，电池托盘抱紧气缸部件是将已放在电池托盘支撑架上的电池托盘抱紧锁定，极耳夹具压紧部件在水平移动气缸部件的作用下左右两个夹具探针部件分别向托盘中心平行移动，使电池极耳的正负极位于极耳夹具中间，极耳夹具压紧气缸部件动作后使极耳夹具压紧，接触阻抗越小越好，导线束部件与可变条件的充放电电源箱相接可实现充放电功能。
所述的平面铝板31的两端的、并且可沿平面铝板的横向水平移动的分别安装有极耳夹具压紧气缸部件，两端的极耳夹具压紧气缸部件之间形成用于夹持铝离子电池的夹持空间；所述的夹持空间内设置有所述的电池托盘支撑架，两端的极耳夹具压紧气缸部件朝向电池托盘架的一侧均安装有极耳夹具，所述的极耳夹具压紧部件在水平移动气缸部件的作用下左右分别向电池托盘中心平行移动，电池极耳的正负极位于两端的极耳夹具之间，在极耳夹具压紧气缸部件的作用下极耳夹具与电池极耳紧密接触。
所述的电池托盘4的表面设有与铝离子电池的形状大小匹配的、用于放置铝离子电池的若干放置位，铝离子电池垂直放置在放置位，极耳左右伸出并且与电池化成分容夹装运动机构的极耳夹具相配合作用。电池托盘材质为阻燃材料的模具成型的可堆叠的周转箱，电池可垂直放置25个，电池的极耳在托盘左右空档位置伸出，周转运输过程不会碰到极耳的。
所述的电池托盘4还包括底座41、设置在底座41上的托盘内衬42以及用以对铝离子电池43进行流程管理的ID号码45。
电池的充电电流、放电电流、充电最高电压、放电截止电压、充放电时间均由PC机对双向逆变器进行控制。所述由PC机专用控制的电池化成分容控制机构，设定锂离子电池化成分容条件发送到充放电电源箱中的单片机板，由单片机板执行对电池的进行充放电的限时间、限电压、限电流的进程条件限制，同时采集每个电池的电压和电流信号，将信号数据上传至PC机，PC机专用控制软件对收到的数据进行解析并保存，形成锂离子电池化成分容数据库。这些数据作为判定电池性能的依据，一台PC机可以同时处理很多个电池。
所述的安全保护传感器包括安装在电池化成分容夹装运动机构顶部上方的烟雾报警传感器61、用以检测电池托盘放入状态并且当电池托盘到正确位置后指示电池托盘抱紧气缸部件动作的位置对射传感器62、以及用以检测电池托盘内的电池温度的温度传感器63。通过异常信号传递可实现异常工作时设备停止作业、报警、断电的功能。当电池出现过热冒烟，火燃烧时报警信息传递后单片机板和气动控制部件松开电池托盘抱紧控制部件、松开极耳夹具压紧气缸部件并且迅速平移至初始位置便于迅速取出电池托盘作安全处理；位置对射传感器检测到电池托盘入位到正确位置后指示电池托盘抱紧气缸部件动作。
化成分容控制专用软件由特定的通讯接口在PC机、单片机中进行传输，系统是主从方式工作的，适合于集散控制网络系统。
化成分容软件具备限时间、限电压、限电流的每工步进程结束条件，可由恒流充电、恒压充电、恒流放电、休眠四种属性可选。充放电电流可在10A～150A之间设置，充放电电压可在0.5V～5V之间设置，每工步时间可设置，能够实时绘制需要的每节电池化成分容过程的动态曲线。包括电压/时间曲线，电流/时间曲线，容量/时间曲线，能量/时间曲线，并且可形成数据列表形式，使分容功能得以实现。
本实施例使用时，电池托盘载入锂栗子电池43后用堆垛机或人工放在电池托盘支撑板上34，电池托盘抱紧气缸部件将电池托盘定位、抱紧然后再锁定，水平移动气缸部件将左右两个极耳夹具分别向托盘中心平移动，至电池正负极耳位于极耳夹具中间，极耳夹具压紧气缸部件动作，使夹具、极耳压紧，导线束部件和可变条件的充放电电源箱的驱动功率板连接，对锂离子电池进行化成或分容。气动控制部件接到PC机发出的化成分容结束的指令后，可变条件充放电电源箱驱动功率板停止充放电，极耳夹具压紧气缸部件松开气缸、电池极耳与极耳夹具分离，极耳夹具压紧气缸部件反方向移开，电池托盘抱紧气缸部件松开电池托盘。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.软包动力锂离子电池放电能量回收化成分容设备，包括机架，其特征在于：还包括设置在机架上的可变条件的充放电电源箱、用于夹装软包动力锂离子电池的正负电极极耳的电池化成分容夹装运动机构、电池托盘、具有电流在AC和DC之间双向流动和变换能力的双向逆变器以及安全保护传感器组件，所述的可变条件的充放电电源箱、电池化成分容夹装运动机构、电池托盘、双向逆变器以及安全保护传感器组件均受控于一电池化成分容控制机构，所述的电池化成分容控制机构设置在机架外的PC机内；所述的可变条件的充放电电源箱分别与电池化成分容夹装运动机构和双向逆变器电连接。
2.如权利要求1所述的软包动力锂离子电池放电能量回收化成分容设备，其特征在于：所述的可变条件的充放电电源箱包括电源机箱，设置在电源机箱内的电子线路、单片机板、驱动功率板、辅助工作电源以及用于与PC机通讯连接的接口通讯板，所述的电子线路、驱动功率板、辅助工作电源以及接口通讯板分别与所述的单片机板连接，所述的单片机板通过接口通讯板与PC机连接；所述的电子线路包括用于对单节锂离子电池充放电的可双方向流动电流的DC/DC电源、安全保护基准电阻、接受精确控制的充放电恒流控制环、充放电恒压控制环、主基准与微调基准两级基准合成电路。
3.如权利要求2所述的软包动力锂离子电池放电能量回收化成分容设备，其特征在于：所述的驱动功率板包括多路PWM DC/CD模块、MOS功率管和散热器、DC/CD变压器、电容器、电感器和散热风机，所述的多路PWM DC/CD模块分别与所述的MOS功率管 和散热器、DC/CD变压器、电容器、电感器和散热风机连接。
4.如权利要求2或3所述的软包动力锂离子电池放电能量回收化成分容设备，其特征在于：所述的双向逆变器分别与电网、DC/DC模块的输入端连接，用以将电网电流从交流变换成直流给电池充电或将电池放电电流变换为交流回馈入电网。
5.如权利要求4所述的软包动力锂离子电池放电能量回收化成分容设备，其特征在于：所述的电池化成分容夹装运动机构包括平面铝板和设置在平面铝板上的用于夹住锂离子电池的正负电极极耳的极耳夹具、用于将电池托盘抱入锁紧定位的电池托盘抱紧气缸部件、用于将电池极耳与极耳夹具接触连接的极耳夹具压紧气缸部件、用于支撑电池托盘的电池托盘支撑架、用于将极耳夹具移动至电池极耳位置的极耳夹具压紧部件的水平移动气缸部件，导线束部件以及与所述的电池化成分容控制机构连接的气动控制部件，所述的极耳夹具、电池托盘抱紧气缸部件、极耳夹具压紧气缸部件、极耳夹具压紧部件的水平移动气缸部件、导线束部件均受控于所述的气动控制部件，所述的导线束部件与所述的可变条件的充放电电源箱的驱动功率板电连接。
6.如权利要求5所述的软包动力锂离子电池放电能量回收化成分容设备，其特征在于：所述的平面铝板的两端的、并且可沿平面铝板的横向水平移动的分别安装有极耳夹具压紧气缸部件，两端的极耳夹具压紧气缸部件之间形成用于夹持锂离子电池的夹持空间；所述的夹持空间内设置有所述的电池托盘支撑架，两端的极耳夹具压紧气缸 部件朝向电池托盘架的一侧均安装有极耳夹具，所述的极耳夹具压紧部件在水平移动气缸部件的作用下左右分别向电池托盘中心平行移动，电池极耳的正负极位于两端的极耳夹具之间，在极耳夹具压紧气缸部件的作用下极耳夹具与电池极耳紧密接触。
7.如权利要求6所述的软包动力锂离子电池放电能量回收化成分容设备，其特征在于：所述的电池托盘的表面设有与锂离子电池的形状大小匹配的、用于放置锂离子电池的若干放置位，锂离子电池垂直放置在放置位，极耳左右伸出并且与电池化成分容夹装运动机构的极耳夹具相配合作用。
8.如权利要求7所述的软包动力锂离子电池放电能量回收化成分容设备，其特征在于：所述的电池托盘还包括底座、设置在底座上的托盘内衬以及用以对锂离子电池进行流程管理的ID号码。
9.如权利要求8所述的软包动力锂离子电池放电能量回收化成分容设备，其特征在于：电池的充电电流、放电电流、充电最高电压、放电截止电压、充放电时间均由PC机对双向逆变器进行控制。
10.如权利要求9所述的软包动力锂离子电池放电能量回收化成分容设备，其特征在于：所述的安全保护传感器包括安装在电池化成分容夹装运动机构顶部上方的烟雾报警传感器、用以检测电池托盘放入状态并且当电池托盘到正确位置后指示电池托盘抱紧气缸部件动作的位置对射传感器、以及用以检测电池托盘内的电池温度的温度传感器。
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