CN111370790A - 一种圆柱形锂离子电池化成分容设备 - Google Patents

一种圆柱形锂离子电池化成分容设备 Download PDF

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CN111370790A CN202010137616.9A CN202010137616A CN111370790A CN 111370790 A CN111370790 A CN 111370790A CN 202010137616 A CN202010137616 A CN 202010137616A CN 111370790 A CN111370790 A CN 111370790A
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曹政
桑宏宇
彭强
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Abstract

一种圆柱形锂离子电池化成分容设备，包括：机架，从上到下设有若干层加工工位，用于对圆柱形锂离子电池进行化成分容；电池充放电夹装单元，设置于机架加工工位内，包括框体、上针板机构、下针板机构和充放电机构；所述充放电机构安装于上针板机构的顶部；电池固定单元，包括电池支撑板和电池托盘，所述电池支撑板安装在上针板机构、下针板机构之间的框体上；散热装置，设置于电池充放电夹装单元顶部，并且散热装置的通风口对准电池托盘；以及控制器，实现控制器对电池充放电夹装机构以及散热装置的控制。本发明的有益效果是：可完成化成和分容两个工序，其恒温充放电、提高充放电效率、缩小空间占比和安全功能可有效提高电池品质和系统的安全性。

Description

一种圆柱形锂离子电池化成分容设备
技术领域
本发明涉及一种圆柱形锂离子电池化成分容设备。
背景技术
圆柱形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，测试直流内阻、充放电电压、恒流放电、恒压放电、恒功率放电特性，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
本发明的目的针对现有圆柱形锂离子电池化成分容工序中频发的因温度影响电池品质，锂电池充放电循环过程的总热效应表现为放热现象，发热量和热生成率均与充放电倍率成线性关系，随着倍率的增大而增大。如因电池在充放电过程中发热导致托盘内部温度差异大严重影响电池容量测试准确性，提出了一种安全有效的恒温型圆柱形锂离子电池化成分容设备。
本发明的目的针对现有圆柱形锂离子电池化成分容设备因线损影响的充放电效率，驱动箱与运动机构组合占用比较大的空间。提出驱动板与针板相结合实现无导线连接缩小设备整体所占空间提高了充放电效率。
本发明所述的一种圆柱形锂离子电池化成分容设备，其特征在于，包括：
机架，从上到下设有若干层加工工位，用于对圆柱形锂离子电池进行化成分容；
电池充放电夹装单元，设置于机架的加工工位内，包括框体、上针板机构、下针板机构和充放电机构，其中上针板机构、下针板机构分别安装于框体的上、下部，且二者之间留有用于放置电池托盘的空间，上针板机构的探针和下针板机构的探针均面向电池托盘，用于与圆柱形锂离子电池的正负极接触连接；所述充放电机构安装于上针板机构的顶部，并且所述充放电机构的信号连接端分别与上针板机构、下针板机构的信号连接端信号连接，用于对夹在上针板机构、下针板机构的圆柱形锂离子电池进出充放电；
电池固定单元，包括电池支撑板和电池托盘，所述电池支撑板安装在上针板机构、下针板机构之间的框体上，所述电池托盘安装在电池支撑板上，并且电池托盘上设有若干个用于卡住圆柱形锂离子电池的格挡，且格挡底部设有可供下针板机构的下探针穿过的插孔，用于实现格挡内的圆柱形锂离子电池底部的电极与下针板机构接触连接；
散热装置，设置于电池充放电夹装单元顶部，并且散热装置的通风口对准电池托盘，用于对电池托盘内部电池散热；
以及控制器，所述电池充放电夹装机构的控制端、散热装置的控制端分别与所述控制器的信号传输端口信号连接，实现控制器对电池充放电夹装机构以及散热装置的控制。
所述框体包括上基板、下基板以及固定杆，所述上基板、下基板平行相对安装在机架对应加工工位的上、下内表面，二者之间连接固定杆。
所述上针板机构包括上针板以及上针板升降机构，所述下针板机构包括下针板和下针板升降机构，所述充放电机构包括系统辅助电源和用于实现AC-DC双向流动和变换能力的逆变电源，所述上针板升降机构、下针板升降机构分别安装于上基板、所述下基板相对的两端面上，并保持上针板升降机构的运动端与下针板升降机构的运动端相向或反向运动；所述上针板、下针板分别安装于上针板升降机构的升降部和下针板升降机构的升降部，并保持上针板的探针、下针板的探针均面向电池固定单元；所述上针板、下针板结构相同，包括电子线路、控制单元板和驱动功率板，所述的电子线路、驱动功率板、探针以及充放电机构的系统辅助电源分别与所述的控制单元板连接，所述的控制单元板通过接口通讯板与控制器信号双向连接；所述驱动功率板的信号传输端与所述充放电机构的逆变器电源的信号传输端口信号连接。
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、充放电恒压控制环以及主基准与微调基准两级基准合成电路。
所述驱动功率板包括多路程控DC/DC单元、电压电流监视和保护单元和恒流恒压控制线路，所述的多路程控DC/DC单元分别与所述的恒流恒压控制线路和电压电流监视和保护单元信号连接；所述的逆变器电源的连接端口分别与电网、多路程控DC/DC单元的输入端电连接，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，即电池充电时驱动功率板回路向逆变器电源索取电流AC/DC；电池放电时驱动功率板回路向逆变器电源释放电流DC/AC，形成放电回路能量回收的功能。
电池托盘支撑板设置在上基板和下基板之间的固定杆上；所述上针板与所述下针板水平相对设置在电池托盘支撑板的上、下两侧，并保持上针板的探针、下针板的探针相对，且所述上针板与所述上针板升降机构的运动端固接，下针板与所述下针板升降机构的运动端固接，实现上针板、下针板在上针板升降机构、下针板升降机构的带动下相向或反向运动，以夹紧或放松置于两针板之间的圆柱形锂电子电池的正负极；所述上针板的探针、下针板的探针通过连接导线束与所述驱动功率板输出端连接，用于对圆柱形锂电子电池进行充放电；所述上针板升降机构的控制端、所述下针板升降机构的控制端分别与所述控制器的相应的信号输出端电连接。
所述散热装置是由上针板散热腔体、下针板散热腔体和风道组成；所述上针板散热腔体安装在上针板上，上针板散热腔体内外圈分布多个风机，且风机的进风口对准整个托盘，上针板散热腔体出风口与风道连通，用于对准托盘抽风以对托盘内的电池进行降温；所述下针板散热腔体的内外圈分布多个风机，且风机的出风口对准整个托盘，通过下针板往上吹风及托盘外侧通风；上针板、下针板上分别分布了若干用于通风的进出风孔，使得外部恒温风源通过探针板的进出风孔导入到电池托盘内，排出电池发热产生的热量进入所述风道，使电池始终保持的恒温环境下进行工作。
所述电池充放电夹装机构上还设有烟雾和温度传感器、灭火喷淋装置，所述烟雾和温度传感器的信号输出端与所述控制器的信号输入端信号连接；所述灭火喷淋装置包括灭火喷淋管、控制阀和喷淋头，所述灭火喷淋管设置在加工工位上，灭火喷淋管的进水口与外部灭火剂源相连通，灭火喷淋管的出水口配装用于向加工工位上的电子托盘进行灭火的喷淋头；所述控制阀设置在喷淋管上，并且控制端的控制端与所述控制器的相应信号输出端电连接。
所述下探针与下基板之间的固定杆上设有限位块，用于限制上针板的接触位置以及下探针的接触位置以与夹在其中的圆柱形锂离子电池的正负极。
所述电池托盘包括底座和外框，所述外框底部与底座固接，二者围成用于放置圆柱形锂离子电池的容腔，且底座上设有若干用于垂直放置圆柱形锂离子电池的电池槽，并且每个电池槽上对应设置一个可供下针板的探针贯穿的定位孔；所述底座或外框上设有托盘ID号码。
电池托盘采用阻燃材质，注塑成型，每次可装载400节电池，电池在电池托盘中为直立放置形式，在转运中保护电池本体不受损伤。这种托盘形式充分利用圆柱形锂离子电池的外形高度高，直径小的特点，最大效率的利用了平面空间，节省了生产和储存的占地，同时，在生产流转中，以电池托盘为载体，也大大提高流转的效率和安全性。
工作时，由自动搬运装置(如堆垛机)将电池托盘放置在电池托盘支撑板的指定位置上，探针板升降机构将上针板下降至限定位置，下针板上升至限定位置，使上下探针的接触面和电池正负电极紧密接触，并达到设定压缩行程，通过连接导线束通电进行工作，与此同时，循环风板将外部恒温风源通过探针板的通风结构导入到电池托盘内，排出电池发热产生的热量，使电池始终保持的恒温环境下进行工作。当发生电池起火时，烟雾和温度传感器将报警，并自动启动灭火喷淋措施。
本发明的有益效果是：该设备可完成圆柱锂离子电池的化成和分容两个工序，其恒温充放电、提高充放电效率、缩小空间占比和安全功能可有效提高电池品质和系统的安全性。
附图说明
图1a是本发明的主视图。
图1b是本发明的左侧视图。
图1c是本发明的右侧视图。
图1d是本发明的俯视图。
图2a是本发明的主视图。
图2b是本发明的侧视图。
图2c是本发明的俯视图。
图2d是本发明的多路程控DC/DC单元结构示意图。
图3a是本发明的散热装置主视图。
图3b是本发明的散热装置安装位置示意图。
图4a是本发明的结构图。
图4b是本发明的主视图。
图4c是本发明的侧视图。
图4d是本发明的前视图。
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本发明所述的一种圆柱形锂离子电池化成分容设备包括：
机架1，从上到下设有若干层加工工位，用于对圆柱形锂离子电池5进行化成分容；
电池充放电夹装单元2，设置于机架的加工工位内，包括框体21、上针板机构22、下针板机构23和充放电机构24，其中上针板机构22、下针板机构23分别安装于框体21的上、下部，且二者之间留有用于放置电池托盘的空间，上针板机构22的探针和下针板机构23的探针均面向电池托盘42，用于与圆柱形锂离子电池的正负极接触连接；所述充放电机构24安装于上针板机构22的顶部，并且所述充放电机构24的信号连接端分别与上针板机构22、下针板机构23的信号连接端信号连接，用于对夹在上针板机构22、下针板机构的圆柱形锂离子电池进出充放电；
电池固定单元4，包括电池支撑板41和电池托盘42，所述电池支撑板41安装在上针板机构22、下针板机构23之间的框体21上，所述电池托盘42安装在电池支撑板41上，并且电池托盘42上设有若干个用于卡住圆柱形锂离子电池5的格挡，且格挡底部设有可供下针板机构的下探针穿过的插孔，用于实现格挡内的圆柱形锂离子电池底部的电极与下针板机构接触连接；
散热装置3，设置于电池充放电夹装单元顶部，并且散热装置的通风口对准电池托盘，用于对电池托盘内部电池散热；
以及控制器，所述电池充放电夹装机构的控制端、散热装置的控制端分别与所述控制器的信号传输端口信号连接，实现控制器对电池充放电夹装机构以及散热装置的控制。
所述框体21包括上基板211、下基板212以及固定杆213，所述上基板211、下基板212平行相对安装在机架1对应加工工位的上、下内表面，二者之间连接固定杆213。
所述上针板机构22包括上针板221以及上针板升降机构222，所述下针板机构23包括下针板231和下针板升降机构232，所述充放电机构24包括系统辅助电源241和用于实现AC-DC双向流动和变换能力的逆变电源242，所述上针板升降机构222、下针板升降机构232分别安装于上基板211、所述下基板212相对的两端面上，并保持上针板升降机构222的运动端与下针板升降机构232的运动端相向或反向运动；所述上针板221、下针板231分别安装于上针板升降机构222的升降部和下针板升降机构232的升降部，并保持上针板221的探针、下针板231的探针均面向电池固定单元3；所述上针板221、下针板231结构相同，包括电子线路、控制单元板和驱动功率板25，所述的电子线路、驱动功率板25、探针以及充放电机构的系统辅助电源分别与所述的控制单元板连接，所述的控制单元板通过接口通讯板与控制器信号双向连接；所述驱动功率板的信号传输端与所述充放电机构的逆变器电源的信号传输端口信号连接。
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、充放电恒压控制环以及主基准与微调基准两级基准合成电路。所述的可双方向流动电流的DC/DC电源与驱动功率板25连接，所述的安全保护基准电阻与充放电恒流控制环连接、所述的充放电恒流控制环与主基准和微调基准合成电路连接；所述的充放电恒压控制环与主基准和微调基准合成电路连接；所述的主基准与微调基准连接合成电路。
所述驱动功率板包括多路程控DC/DC单元251、电压电流监视和保护单元和恒流恒压控制线路，所述的多路程控DC/DC单元分别与所述的恒流恒压控制线路和电压电流监视和保护单元信号连接；所述的逆变器电源的连接端口分别与电网、多路程控DC/DC单元的输入端电连接，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，即电池充电时驱动功率板回路向逆变器电源索取电流AC/DC；电池放电时驱动功率板回路向逆变器电源释放电流DC/AC，形成放电回路能量回收的功能。
电池托盘支撑板41设置在上基板211和下基板212之间的固定杆213上；所述上针板221与所述下针板231水平相对设置在电池托盘支撑板41的上、下两侧，并保持上针板221的探针、下针板231的探针相对，且所述上针板221与所述上针板升降机构222的运动端固接，下针板231与所述下针板升降机构232的运动端固接，实现上针板221、下针板231在上针板升降机构222、下针板升降机构232的带动下相向或反向运动，以夹紧或放松置于两针板之间的圆柱形锂电子电池5的正负极；所述上针板221的探针、下针板231的探针通过连接导线束与所述驱动功率板25输出端连接，用于对圆柱形锂电子电池5进行充放电；所述上针板升降机构222的控制端、所述下针板升降机构232的控制端分别与所述控制器的相应的信号输出端电连接。
所述散热装置3是由上针板散热腔体31、下针板散热腔体32和风道33组成；所述上针板散热腔体31安装在上针板221上，上针板散热腔体31内外圈分布多个风机，且风机的进风口对准整个托盘，上针板散热腔体31出风口与风道连通，用于对准托盘抽风以对托盘内的电池进行降温；所述下针板散热腔体32的内外圈分布多个风机，且风机的出风口对准整个托盘，通过下针板231往上吹风及托盘外侧通风；上针板221、下针板231上分别分布了若干用于通风的进出风孔，使得外部恒温风源通过探针板的进出风孔导入到电池托盘42内，排出电池发热产生的热量进入所述风道，使电池始终保持的恒温环境下进行工作。
所述电池充放电夹装机构2上还设有烟雾和温度传感器、灭火喷淋装置，所述烟雾和温度传感器的信号输出端与所述控制器的信号输入端信号连接；所述灭火喷淋装置包括灭火喷淋管、控制阀和喷淋头，所述灭火喷淋管设置在加工工位上，灭火喷淋管的进水口与外部灭火剂源相连通，灭火喷淋管的出水口配装用于向加工工位上的电子托盘进行灭火的喷淋头；所述控制阀设置在喷淋管上，并且控制端的控制端与所述控制器的相应信号输出端电连接。
所述下针板231与下基板212之间的固定杆213上设有限位块，用于限制上针板的接触位置以及下探针的接触位置以与夹在其中的圆柱形锂离子电池的正负极。
所述电池托盘42包括底座421和外框422，所述外框422底部与底座422固接，二者围成用于放置圆柱形锂离子电池的容腔，且底座上设有若干用于垂直放置圆柱形锂离子电池的电池槽，并且每个电池槽上对应设置一个可供下针板的探针贯穿的定位孔；所述底座或外框上设有托盘ID号码423。
电池托盘采用阻燃材质，注塑成型，每次可装载400节电池，电池在电池托盘中为直立放置形式，在转运中保护电池本体不受损伤。这种托盘形式充分利用圆柱形锂离子电池的外形高度高，直径小的特点，最大效率的利用了平面空间，节省了生产和储存的占地，同时，在生产流转中，以电池托盘为载体，也大大提高流转的效率和安全性。
工作时，由自动搬运装置(如堆垛机)将电池托盘放置在电池托盘支撑板的指定位置上，探针板升降机构将上针板下降至限定位置，下针板上升至限定位置，使上下探针的接触面和电池正负电极紧密接触，并达到设定压缩行程，通过连接导线束通电进行工作，与此同时，循环风板将外部恒温风源通过探针板的通风结构导入到电池托盘内，排出电池发热产生的热量，使电池始终保持的恒温环境下进行工作。当发生电池起火时，烟雾和温度传感器将报警，并自动启动灭火喷淋措施。
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 (10)

1.一种圆柱形锂离子电池化成分容设备，其特征在于，包括：
机架，从上到下设有若干层加工工位，用于对圆柱形锂离子电池进行化成分容；
电池充放电夹装单元，设置于机架的加工工位内，包括框体、上针板机构、下针板机构和充放电机构，其中上针板机构、下针板机构分别安装于框体的上、下部，且二者之间留有用于放置电池托盘的空间，上针板机构的探针和下针板机构的探针均面向电池托盘，用于与圆柱形锂离子电池的正负极接触连接；所述充放电机构安装于上针板机构的顶部，并且所述充放电机构的信号连接端分别与上针板机构、下针板机构的信号连接端信号连接，用于对夹在上探针板机构、下针板机构的圆柱形锂离子电池进出充放电；
电池固定单元，包括电池支撑板和电池托盘，所述电池支撑板安装在上针板机构、下针板机构之间的框体上，所述电池托盘安装在电池支撑部上，并且电池托盘上设有若干个用于卡住圆柱形锂离子电池的格挡，且格挡底部设有可供下针板机构的下探针穿过的插孔，用于实现格挡内的圆柱形锂离子电池底部的电极与下针板机构接触连接；
散热装置，设置于电池充放电夹装单元顶部，并且散热装置的通风口对准电池托盘，用于对电池托盘内部电池散热；
以及控制器，所述电池充放电夹装机构的控制端、散热装置的控制端分别与所述控制器的信号传输端口信号连接，实现控制器对电池充放电夹装机构以及散热装置的控制。
2.如权利要求1所述的一种圆柱形锂离子电池化成分容设备，其特征在于：所述框体包括上基板、下基板以及固定杆，所述上基板、下基板平行相对安装在机架对应加工工位的上、下内表面，二者之间连接固定杆。
3.如权利要求2所述的一种圆柱形锂离子电池化成分容设备，其特征在于：所述上针板机构包括上针板以及上针板升降机构，所述下针板机构包括下针板和下针板升降机构，所述充放电机构包括系统辅助电源和用于实现AC-DC双向流动和变换能力的逆变电源，所述上针板升降机构、下针板升降机构分别安装于上基板、所述下基板相对的两端面上，并保持上针板升降机构的运动端与下针板升降机构的运动端相向或反向运动；所述上针板、下针板分别安装于上针板升降机构的升降部和下针板升降机构的升降部，并保持上针板的探针、下针板的探针均面向电池固定单元；所述上针板、下针板结构相同，包括电子线路、控制单元板和驱动功率板，所述的电子线路、驱动功率板、探针以及充放电机构的系统辅助电源分别与所述的控制单元板连接，所述的控制单元板通过接口通讯板与控制器信号双向连接；所述驱动功率板的信号传输端与所述充放电机构的逆变器电源的信号传输端口信号连接。
4.如权利要求3所述的一种圆柱形锂离子电池化成分容设备，其特征在于：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、充放电恒压控制环以及主基准与微调基准两级基准合成电路。
5.如权利要求3所述的一种圆柱形锂离子电池化成分容设备，其特征在于：所述驱动功率板包括多路程控DC/DC单元、电压电流监视和保护单元和恒流恒压控制线路，所述的多路程控DC/DC单元分别与所述的恒流恒压控制线路和电压电流监视和保护单元信号连接；所述的逆变器电源的连接端口分别与电网、多路程控DC/DC单元的输入端电连接，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，即电池充电时驱动功率板回路向逆变器电源索取电流AC/DC；电池放电时驱动功率板回路向逆变器电源释放电流DC/AC，形成放电回路能量回收的功能。
6.如权利要求3所述的一种圆柱形锂离子电池化成分容设备，其特征在于：电池托盘支撑板设置在上基板和下基板之间的固定杆上；所述上针板与所述下针板水平相对设置在电池托盘支撑板的上、下两侧，并保持上针板的探针、下针板的探针相对，且所述上针板与所述上针板升降机构的运动端固接，下针板与所述下针板升降机构的运动端固接，实现上针板、下针板在上针板升降机构、下针板升降机构的带动下相向或反向运动，以夹紧或放松置于两针板之间的圆柱形锂电子电池的正负极；所述上针板的探针、下针板的探针通过连接导线束与所述驱动功率板输出端连接，用于对圆柱形锂电子电池进行充放电；所述上针板升降机构的控制端、所述下针板升降机构的控制端分别与所述控制器的相应的信号输出端电连接。
7.如权利要求1所述的一种圆柱形锂离子电池化成分容设备，其特征在于：所述散热装置是由上针板散热腔体、下针板散热腔体和风道组成；所述上针板散热腔体安装在上针板上，上针板散热腔体内外圈分布多个风机，且风机的进风口对准整个托盘，上针板散热腔体出风口与风道连通，用于对准托盘抽风以对托盘内的电池进行降温；所述下针板散热腔体的内外圈分布多个风机，且风机的出风口对准整个托盘，通过下针板往上吹风及托盘外侧通风；上探针板、下探针板上分别分布了若干用于通风的进出风孔，使得外部恒温风源通过探针板的进出风孔导入到电池托盘内，排出电池发热产生的热量进入所述风道，使电池始终保持的恒温环境下进行工作。
8.如权利要求1所述的一种圆柱形锂离子电池化成分容设备，其特征在于：所述电池充放电夹装机构上还设有烟雾和温度传感器、灭火喷淋装置，所述烟雾和温度传感器的信号输出端与所述控制器的信号输入端信号连接；所述灭火喷淋装置包括灭火喷淋管、控制阀和喷淋头，所述灭火喷淋管设置在加工工位上，灭火喷淋管的进水口与外部灭火剂源相连通，灭火喷淋管的出水口配装用于向加工工位上的电子托盘进行灭火的喷淋头；所述控制阀设置在喷淋管上，并且控制端的控制端与所述控制器的相应信号输出端电连接。
9.如权利要求7所述的一种圆柱形锂离子电池化成分容设备，其特征在于：所述下探针与下基板之间的固定杆上设有限位块，用于限制上探针板的接触位置以及下探针的接触位置以与夹在其中的圆柱形锂离子电池的正负极。
10.如权利要求1所述的一种圆柱形锂离子电池化成分容设备，其特征在于：所述电池托盘包括底座和外框，所述外框底部与底座固接，二者围成用于放置圆柱形锂离子电池的容腔，且底座上设有若干用于垂直放置圆柱形锂离子电池的电池槽，并且每个电池槽上对应设置一个可供下探针板的探针贯穿的定位孔；所述底座或外框上设有托盘ID号码。
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