CN109617176A - 一种适用于大容量方形动力电池的充放电方法及充电机 - Google Patents
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Abstract
一种适用于大容量方形动力电池的充放电方法及充放电机，所述充放电方法包括以下步骤：将装有电池的托盘送到充放电区；升降平台作业：托盘电池进入到位后，采用升降平台抬升托盘电池与探针接触夹紧，通过调整槽型开关位置实现电池高度兼容；对电池进行充放电：出料；充放电机包括包括充放电机箱体、充放电装置、温度调节装置、电源部以及带有操作面板的控制装置，充放电机箱体设有用于对电池进行充放电的充放电区，充放电装置包括用于调整托盘纵向高度的托盘升降调节装置、用于与托盘内的电池极耳接触连接的探针位置调整装置以及用于对电池进行充放电操作的驱动板。本发明有益效果是：可以适应多种电池；可以选择是否需要并联功能，改变通道个数。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于大容量方形动力电池的充放电方法及充电机，属于锂电池化成方法技术领域。
背景技术
方形锂离子电池是锂电池的一种，具有高能量、体积小、重量轻、比能量高、安全性好、设计灵活等多种优点，被广泛用于新能源汽车、储能设施等产品中。
大容量方形锂离子电池的生产过程中，化成工序是非常关键的工序之一，化成就是对刚制造出来的方形锂离子电池进行第一次电流充电，化成过程中，电池将形成SEI膜。而这个SEI膜将影响锂电池成品的内阻、容量、循环寿命、自放电水平、最大放电电流等多项参数。并且SEI膜的形成是一种不可逆的状态，因此化成工艺的优劣不仅仅是可以保证电池化成过程中产生的气体对电芯鼓胀变形、极耳紧密性变差等物理因素；还决定了SEI膜形成的致密性、均匀性和一致性。因此良好的化成系统在锂电池生产过程中是十分重要的。
伴随着锂电池行业的发展，锂电池的生产厂家对电池的性能有越来越高的要求，以赢得更高的市场占有率。在化成这道电池制作工序，必将是朝着JIG控制精度更好、自动化程度更高、电能损耗更少的方向发展。
发明内容
本发明的目的是适用不同型号的方形电池，通过并联、步进电机，升降平台给不同规格电池进行充放电，单通道最大电流为90A，并联后最大电流可以提供180A的适用于大容量方形动力电池的充放电方法及充电机。
本发明所述的一种适用于大容量方形动力电池的充放电方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将装有电池的托盘送到充放电区：
按照托盘电池信息选择是否需要并联功能，没有使用并联功能时，充放电区共有2N个通道；使用并联功能后，充放电区更改为N通道，同时顶升气缸改变通道数量，步进电机调整探针位置；其中，N为正整数；
2)升降平台作业：
托盘电池进入到位后，采用升降平台抬升托盘电池与探针接触夹紧，通过调整槽型开关位置实现电池高度兼容；
3)对电池进行充放电：
所有的探针与电路板连接，所有探针连接的电路板集合放在驱动箱中，机构部在升降平台到位后，探针分别与电池正负极极柱紧密接触，进行充放电作业；
4)出料：
电池在充放电完毕之后，升降平台会下降，然后将托盘电池取出设备。
步骤1)中：没有使用并联功能时，充放电区共有96个通道，每个通道最大电流90A；使用并联功能后，充放电区的96个通道通过继电器并联更改为48个通道可以选择是否需要并联功能，最大电流为180A。
步骤2)中：检测到托盘到位后，升降平台抬升托盘电池与探针接触夹紧，升降平台采用伺服电机带动减速机为托盘升降动力，升降行程采用传感器限位，通过调整槽型开关位置实现电池高度兼容，对用不同高度的方形电池。
步骤3)中：当检测到设备机构部的平均温度超过设定值时，控制进风口风机作业，对电池进行冷却散热，机构采用下吹风上吸风方式。
充放电均采用switching技术，并且具备电池放电电能的再生功能，再生电能回馈到交流电网。
根据本发明所述的一种适用于大容量方形动力电池的充放电方法构建的充放电机，其特征在于：包括充放电机箱体、充放电装置、温度调节装置、电源部以及带有操作面板的控制装置，所述充放电机箱体设有用于对电池进行充放电的充放电区，所述充放电装置包括用于调整托盘纵向高度的托盘升降调节装置、用于与托盘内的电池极耳接触连接的探针位置调整装置以及用于对电池进行充放电操作的驱动板，所述托盘升降调节装置设置在充放电机箱体内的充放电区底部，而所述的探针位置调整装置设置在位于充放电区正上方，探针位置调整装置的探针面向托盘升降调节装置的升降平台，并且探针的连接端与驱动板的连接端电连接；
所述温度控制装置包括温度检测机构、风机运行机构和风机控制机构，所述温度检测机构设置在探针位置调整装置上，所述温度检测机构的信号输出端与所述控制装置的信号输入端电连接，用于检测对应电池的温度；所述风机运行机构、风机控制机构设置在充放电机箱体上，并且风机运行机构的出风口对准充放电机箱体的充放电区，风机运行机构的进风口通过风道与外界大气连通，用于对置于充放电区的电池进行降温；所述风机运行机构的控制端与所述风机控制机构的信号输出端电连接，用于控制风机运行机构的运行；所述风机控制机构的信号输入端与所述控制装置的信号输出端电连接；
所述电源部包括N个用于向电池进行充放电操作的电源以及N个用于对电池进行充放电的通道，其中所述电源的供电端与驱动板的输电端电连接，每个电源对应一个通道，且2N个通道通过N个继电器并联成更改为N个通道，其中N为正整数；
所述控制装置包括控制器以及操作面板，所述控制器设置在充放电机箱体内，而所述操作面板嵌装在充放电机箱体的表面，并且所述的操作面板的信号传输端口与所述控制器的信号传输端口电连接，所述控制器的信号输入端与所述温度检测机构的信号输出端电连接，所述风机控制机构的信号输入端、托盘升降调节装置的控制端、所述探针位置调整装置的升降控制端以及驱动板的控制端分别与所述控制器的信号输出端电连接。
所述托盘升降调节装置包括伺服电机、减速机、升降平台、位置传感器以及调整槽型开关，所述伺服电机、减速机安装在充放电区的底部，并且所述伺服电机的输出轴与所述减速机的输入端连接，所述减速机的输出端通过升降连接件与水平布置的升降平台相连，用于带动升降平台纵向升降；所述升降平台上设有若干个用于放置托盘的托盘放置位、用于对升降平台纵向进行限位的位置传感器以及用于实现电池高度兼容的调整槽型开关；所述位置传感器的信号输出端与所述控制器的信号输入端电连接、所述伺服电机的控制端以及调整槽型开关分别与所述的控制器的相应信号输出端电连接。
所述探针位置调整装置包括多套用于驱动针板运动的步进电机、用于与电池其中一极耳接触的针板、多个用于调整针板相对位置的针板联动架、丝杆、滑块以及导轨，所述步进电机安装在充放电箱体内壁，所述步进电机为双输出电机，且步进电机的第一输出端与正转丝杆螺母副中的正转丝杆的一端相连，正转丝杆螺母副中的第一螺母套接在丝杆螺接，并且第一螺母嵌装在一个针板联动架上，步进电机的第二输出端与反转丝杆螺母副中的反转丝杆的一端相连，反转丝杆螺母副中的第二螺母套接在丝杆螺接，并且第二螺母嵌装在另一个针板联动架上；所述针板联动架通过滑块与铺设在充放电区的上部的导轨滑动连接；所述针板联动架面向充放电区的端部设有若干块平行的针板，并保持针板上的探针对准充放电区的电池；与同一步进电机相连的两个针板联动架上的探针一一对应组合成对，形成一对用于与电池极耳接触的连接端；所述探针的连接端与驱动板的连接端电连接。
所述充放电机箱体侧壁设有用于挡在充放电区进出托盘口处的自动升降门，所述自动升降门的控制端与所述控制器的信号输出端电连接，使得自动升降门只在托盘进出时打开，充放电时门关闭。
本发明的一种充放电机方法具有以下有益效果：
(1)探针与电池接触的控制模式稳定可靠，并且可以适应多种电池；检测到托盘到位后，利用升降平台抬升托盘电池与探针接触夹紧，升降平台采用伺服电机带动减速机为托盘升降动力，升降行程采用传感器限位。可通过调整槽型开关位置实现电池高度兼容，可以对用不同高度的方形电池，另外通过步进电机调整探针位置，同时顶升气缸改变通道数量，可以对应不同尺寸、不同极柱位置的方形电池；
(2)可以选择是否需要并联功能，1个BOX对应96个通道，每个通道最大电流90A，使用并联功能后，1个BOX更改为48通道，最大电流为180A，通过继电器实现将2个通道并联成1个通道。
附图说明
附图1a是设备整体效果图之一。
附图1b是设备整体效果图之二。
附图1c是本发明的正视图。
附图1d是本发明的右视图。
附图1e是本发明的左视图。
附图1f是本发明的后视图。
附图2是本发明的内部示意图。
附图3a是本发明的机构部正视图。
附图3b是本发明的机构部侧视图。
附图3c是本发明的机构部俯视图。
附图3d是本发明的上针板正视图。
附图3e是本发明的上针板侧视图。
附图4是本发明的的通道连接示意图。
附图5是风向示意图。
附图6a是电源部示意图。
附图6b是电源部的正视图。
附图6c是电源部的侧视图。
附图6d是电源部的后视图。
附图7是通道并联原理图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
参照附图：
实施例1本发明所述的一种适用于大容量方形动力电池的充放电方法，包括以下步骤：
1)将装有电池的托盘送到充放电区：
按照托盘电池信息选择是否需要并联功能，没有使用并联功能时，充放电区共有2N个通道；使用并联功能后，充放电区更改为N通道，同时顶升气缸改变通道数量，步进电机调整探针位置；其中，N为正整数；
2)升降平台作业：
托盘电池进入到位后，采用升降平台抬升托盘电池与探针接触夹紧，通过调整槽型开关位置实现电池高度兼容；
3)对电池进行充放电：
所有的探针与电路板连接，所有探针连接的电路板集合放在驱动箱中，机构部在升降平台到位后，探针分别与电池正负极极柱紧密接触，进行充放电作业；
4)出料：
电池在充放电完毕之后，升降平台会下降，然后将托盘电池取出设备。
步骤1)中：没有使用并联功能时，充放电区共有96个通道，每个通道最大电流90A；使用并联功能后，充放电区的96个通道通过继电器并联更改为48个通道可以选择是否需要并联功能，最大电流为180A。
步骤2)中：检测到托盘到位后，升降平台抬升托盘电池与探针接触夹紧，升降平台采用伺服电机带动减速机为托盘升降动力，升降行程采用传感器限位，通过调整槽型开关位置实现电池高度兼容，对用不同高度的方形电池。
步骤3)中：当检测到设备机构部的平均温度超过设定值时，控制进风口风机作业，对电池进行冷却散热，机构采用下吹风上吸风方式。
充放电均采用switching技术，并且具备电池放电电能的再生功能，再生电能回馈到交流电网。
实施例2根据实施例1所述的一种适用于大容量方形动力电池的充放电方法构建的充放电机，包括充放电机箱体1、充放电装置2、温度调节装置3、电源部4以及带有操作面板52的控制装置5，所述充放电机箱体1设有用于对电池进行充放电的充放电区11，所述充放电装置2包括用于调整托盘纵向高度的托盘升降调节装置21、用于与托盘内的电池极耳接触连接的探针位置调整装置22以及用于对电池进行充放电操作的驱动板，所述托盘升降调节装置21设置在充放电机箱体1内的充放电区底部，而所述的探针位置调整装置22设置在位于充放电区11正上方，探针位置调整装置22的探针面向托盘升降调节装置21的升降平台，并且探针的连接端与驱动板的连接端电连接；
所述温度控制装置3包括温度检测机构31、风机运行机构32和风机控制机构33，所述温度检测机构31设置在探针位置调整装置22上，所述温度检测机构31的信号输出端与所述控制装置5的信号输入端电连接，用于检测对应电池的温度；所述风机运行机构、风机控制机构设置在充放电机箱体1上，并且风机运行机构32的出风口322对准充放电机箱体的充放电区，风机运行机构32的进风口323通过风道321与外界大气连通，用于对置于充放电区的电池进行降温；所述风机运行机构32的控制端与所述风机控制机构33的信号输出端电连接，用于控制风机运行机构32的运行；所述风机控制机构33的信号输入端与所述控制装置5的信号输出端电连接；
所述电源部4包括N个用于向电池进行充放电操作的电源以及N个用于对电池进行充放电的通道，其中所述电源的供电端与驱动板的输电端电连接，每个电源对应一个通道，且2N个通道通过N个继电器并联成更改为N个通道，其中N为正整数；
所述控制装置5包括控制器51以及操作面板52，所述控制器设置在充放电机箱体内，而所述操作面板嵌装在充放电机箱体的表面，并且所述的操作面板的信号传输端口与所述控制器的信号传输端口电连接，所述控制器的信号输入端与所述温度检测机构的信号输出端电连接，所述风机控制机构的信号输入端、托盘升降调节装置的控制端、所述探针位置调整装置的升降控制端以及驱动板的控制端分别与所述控制器的信号输出端电连接。
所述托盘升降调节装置21包括伺服电机、减速机、升降平台211、位置传感器以及调整槽型开关，所述伺服电机、减速机安装在充放电区的底部，并且所述伺服电机的输出轴与所述减速机的输入端连接，所述减速机的输出端通过升降连接件与水平布置的升降平台相连，用于带动升降平台纵向升降；所述升降平台上设有若干个用于放置托盘的托盘放置位、用于对升降平台纵向进行限位的位置传感器以及用于实现电池高度兼容的调整槽型开关；所述位置传感器的信号输出端与所述控制器的信号输入端电连接、所述伺服电机的控制端以及调整槽型开关分别与所述的控制器的相应信号输出端电连接。
所述探针位置调整装置22包括多套用于驱动针板运动的步进电机221、用于与电池其中一极耳接触的针板222、多个用于调整针板相对位置的针板联动架223、滑块以及导轨，所述步进电机221安装在充放电箱体内壁，所述步进电机221为双输出电机，且步进电机221的第一输出端与正转丝杆螺母副中的正转丝杆的一端相连，正转丝杆螺母副中的第一螺母套接在丝杆螺接，并且第一螺母嵌装在一个针板联动架上，步进电机的第二输出端与反转丝杆螺母副中的反转丝杆的一端相连，反转丝杆螺母副中的第二螺母套接在丝杆螺接，并且第二螺母嵌装在另一个针板联动架上；所述针板联动架通过滑块与铺设在充放电区的上部的导轨滑动连接；所述针板联动架面向充放电区的端部设有若干块平行的针板，并保持针板上的探针对准充放电区的电池；与同一步进电机相连的两个针板联动架上的探针一一对应组合成对，形成一对用于与电池极耳接触的连接端；所述探针的连接端与驱动板的连接端电连接。
所述充放电机箱体1侧壁设有用于挡在充放电区进出托盘口处的自动升降门12，所述自动升降门12的控制端与所述控制器的信号输出端电连接，使得自动升降门只在托盘进出时打开，充放电时门关闭。
实施例3图1是设备整体效果图。图2是机构部示意图，步进电机是调整探针位置，探针是与电池接触，温度检测装置是检测每个电池的温度，温度过高时控制风机运行机构，升降平台是抬升托盘电池与探针接触，升降行程采用位置传感器限位，可以通过调整槽型开关位置实现电池高度兼容。图3是探针位置调整装置示意图，由8块针板(依次命名为针板1#、针板2#、针板3#、针板4#、针板5#、针板6#、针板7#和针板8#)，四套同步的步进电机、4根正转丝杆、4根反转丝杆、两套套滑块、与滑块滑动配合的导轨以及8块针板联动架组成。探针位置调整装置通过两套滑块导轨连接在一起，保证探针的平整性和稳定性。针板联动架端部的针板联动板分别把针板1#，5#连成一组，2#，6#连成一组，3#，7#连成一组，4#，8#连成一组，两个步进驱动电机同步带动驱动轴，通过调整对应组间距可以适应不同电池极柱的间距。图4是风向示意图，机构采用下进风上出风方式，由风机运行机构的进风口自下向上吹风经风道排出热风。风机运行机构由内向外吹风。
图5是电源部示意图，电源部采用8块驱动板为一个单元，每个单元32CH，单台设备由3个驱动箱单元组成，共96CH。
图6是通道并联原理图，96通道90A并联到48通道180A，4个通道为一个控制单元，并联切换由继电器控制完成。
90A工作模式时，开关的工作状态为：S1，S2，S5，S6：OFF，S3，S4，S7，S8：ON。
180A工作模式时，开关的工作状态为：S1，S2，S5，S6：ON，S3，S4，S7，S8：OFF。
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包括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 (9)
1.一种适用于大容量方形动力电池的充放电方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将装有电池的托盘送到充放电区：
按照托盘电池信息选择是否需要并联功能，没有使用并联功能时，充放电区共有2N个通道；使用并联功能后，充放电区更改为N通道，同时顶升气缸改变通道数量，步进电机调整探针位置；其中，N为正整数；
2)升降平台作业：
托盘电池进入到位后，采用升降平台抬升托盘电池与探针接触夹紧，通过调整槽型开关位置实现电池高度兼容；
3)对电池进行充放电：
所有的探针与电路板连接，所有探针连接的电路板集合放在驱动箱中，机构部在升降平台到位后，探针分别与电池正负极极柱紧密接触，进行充放电作业；
4)出料：
电池在充放电完毕之后，升降平台会下降，然后将托盘电池取出设备。
2.根据权利要求1所述的一种适用于大容量方形动力电池的充放电方法，其特征在于：步骤1)中：没有使用并联功能时，充放电区共有96个通道，每个通道最大电流90A；使用并联功能后，充放电区的96个通道通过继电器并联更改为48个通道可以选择是否需要并联功能，最大电流为180A。
3.根据权利要求1所述的一种适用于大容量方形动力电池的充放电方法，其特征在于：步骤2)中：检测到托盘到位后，升降平台抬升托盘电池与探针接触夹紧，升降平台采用伺服电机带动减速机为托盘升降动力，升降行程采用传感器限位，通过调整槽型开关位置实现电池高度兼容，对用不同高度的方形电池。
4.根据权利要求1所述的一种适用于大容量方形动力电池的充放电方法，其特征在于：步骤3)中：当检测到设备机构部的平均温度超过设定值时，控制进风口风机作业，对电池进行冷却散热，机构采用下吹风上吸风方式。
5.根据权利要求1所述的一种适用于大容量方形动力电池的充放电方法，其特征在于：充放电均采用switching技术，并且具备电池放电电能的再生功能，再生电能回馈到交流电网。
6.根据权利要求1所述的一种适用于大容量方形动力电池的充放电方法构建的充放电机，其特征在于：包括充放电机箱体、充放电装置、温度调节装置、电源部以及带有操作面板的控制装置，所述充放电机箱体设有用于对电池进行充放电的充放电区，所述充放电装置包括用于调整托盘纵向高度的托盘升降调节装置、用于与托盘内的电池极耳接触连接的探针位置调整装置以及用于对电池进行充放电操作的驱动板，所述托盘升降调节装置设置在充放电机箱体内的充放电区底部，而所述的探针位置调整装置设置在位于充放电区正上方，探针位置调整装置的探针面向托盘升降调节装置的升降平台，并且探针的连接端与驱动板的连接端电连接；
所述温度控制装置包括温度检测机构、风机运行机构和风机控制机构，所述温度检测机构设置在探针位置调整装置上，所述温度检测机构的信号输出端与所述控制装置的信号输入端电连接，用于检测对应电池的温度；所述风机运行机构、风机控制机构设置在充放电机箱体上，并且风机运行机构的出风口对准充放电机箱体的充放电区，风机运行机构的进风口通过风道与外界大气连通，用于对置于充放电区的电池进行降温；所述风机运行机构的控制端与所述风机控制机构的信号输出端电连接，用于控制风机运行机构的运行；所述风机控制机构的信号输入端与所述控制装置的信号输出端电连接；
所述电源部包括N个用于向电池进行充放电操作的电源以及N个用于对电池进行充放电的通道，其中所述电源的供电端与驱动板的输电端电连接，每个电源对应一个通道，且2N个通道通过N个继电器并联成更改为N个通道，其中N为正整数；
所述控制装置包括控制器以及操作面板，所述控制器设置在充放电机箱体内，而所述操作面板嵌装在充放电机箱体的表面，并且所述的操作面板的信号传输端口与所述控制器的信号传输端口电连接，所述控制器的信号输入端与所述温度检测机构的信号输出端电连接，所述风机控制机构的信号输入端、托盘升降调节装置的控制端、所述探针位置调整装置的升降控制端以及驱动板的控制端分别与所述控制器的信号输出端电连接。
7.根据权利要求1所述的充放电机，其特征在于：所述托盘升降调节装置包括伺服电机、减速机、升降平台、位置传感器以及调整槽型开关，所述伺服电机、减速机安装在充放电区的底部，并且所述伺服电机的输出轴与所述减速机的输入端连接，所述减速机的输出端通过升降连接件与水平布置的升降平台相连，用于带动升降平台纵向升降；所述升降平台上设有若干个用于放置托盘的托盘放置位、用于对升降平台纵向进行限位的位置传感器以及用于实现电池高度兼容的调整槽型开关；所述位置传感器的信号输出端与所述控制器的信号输入端电连接、所述伺服电机的控制端以及调整槽型开关分别与所述的控制器的相应信号输出端电连接。
8.根据权利要求1所述的充放电机，其特征在于：所述探针位置调整装置包括多套用于驱动针板运动的步进电机、用于与电池其中一极耳接触的针板、多个用于调整针板相对位置的针板联动架、滑块以及导轨，所述步进电机安装在充放电箱体内壁，所述步进电机为双输出电机，且步进电机的第一输出端与正转丝杆螺母副中的正转丝杆的一端相连，正转丝杆螺母副中的第一螺母套接在丝杆螺接，并且第一螺母嵌装在一个针板联动架上，步进电机的第二输出端与反转丝杆螺母副中的反转丝杆的一端相连，反转丝杆螺母副中的第二螺母套接在丝杆螺接，并且第二螺母嵌装在另一个针板联动架上；所述针板联动架通过滑块与铺设在充放电区的上部的导轨滑动连接；所述针板联动架面向充放电区的端部设有若干块平行的针板，并保持针板上的探针对准充放电区的电池；与同一步进电机相连的两个针板联动架上的探针一一对应组合成对，形成一对用于与电池极耳接触的连接端；所述探针的连接端与驱动板的连接端电连接。
9.根据权利要求1所述的充放电机，其特征在于：所述充放电机箱体侧壁设有用于挡在充放电区进出托盘口处的自动升降门，所述自动升降门的控制端与所述控制器的信号输出端电连接，使得自动升降门只在托盘进出时打开，充放电时门关闭。
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