CN113839130A - 锂电池储存蓄能装置及充放电操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电器设备技术领域，特别涉及一种锂电池储存蓄能装置及充放电操作方法。本发明采用的技术方案是：包括柜体外壳、存储单元、蓄能单元和运动单元；所述柜体外壳为中空双层柜式结构，柜体正面设有钢化玻璃门，柜体两侧上端设有通风口，柜体背面中部设有电子屏幕和操作面板，下部设有电网接口和充电口；所述存储单元包括托盘、托盘支架、风机和烟雾报警器，所述蓄能单元包括单片机、双向逆变器、充电器、电压采集器，所述运动单元包括底座和滑轮，成对的滑轮设置在底座下方，底座上方支撑固定整个柜体外壳。本发明能够连通电网，进行波谷充电，波峰向电网供电的操作，缓解社会用电压力；充电后，电池组也可作为其他用户提供电源。
Description
技术领域
本发明涉及电器设备技术领域，特别涉及一种锂电池储存蓄能装置及充放电操作方法。
背景技术
锂电池相比铅酸蓄电池和其他传统电池，拥有电容量大、污染小、安全系数高，循环使用寿命长等优异性能，现已批量应用于各种小家电的电源供电，如计算机、通讯设备、消费类电子产品等，适应了社会互联网信息时代的发展进程。并且大容量的锂电池也已成功研发试用于电动汽车、航空、储能等领域。锂电池的发展和广泛应用，能有效缓解社会能源和环保方面的压力，意义重大。
锂电池的工艺流程可分为正极拉浆、负极拉浆、正极片、负极片、钢壳装配、注液、检测、包装等。在后半段工艺流程中，利用化成和分容工艺来保持锂电池电芯的一致性。目前，锂电池的化成、分容分别由自动化系统完成。锂电池的化成、分容完成后，还需要对其进行性能测试并筛选分类，合格电池放置28天后再进行性能测试，合格后出厂使用。在此放置期间，锂电池资源属于完全闲置状态。
目前，由不同材料制作的锂电池使用寿命为完全充放电500~2000次不等，随着技术进步，锂电池寿命会更长，如不进行完全充放电，那么每次充放电对锂电池寿命的影响会很小。因此，本发明提供了一种设备，将放置期间的锂电池集中分类储存并连通电网，通过波谷充电，波峰放电的操作方式，有效利用闲置电池资源，并缓解社会供电压力，同时在充放电过程采集并分析性能数据，对锂电池的稳定性做进一步筛选。
发明内容
针对上述提到的问题，本发明提供了一种锂电池储存蓄能装置及充放电操作方法，实现电力高峰低谷阶段的电网富余电力存储。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
锂电池储存蓄能装置，包括柜体外壳、存储单元、蓄能单元和运动单元；
所述柜体外壳为中空双层柜式结构，柜体正面设有钢化玻璃门，柜体正面左侧垂直设置电源插口a，柜体两侧上端设有通风口，柜体背面中部设有电子屏幕和操作面板，下部设有电网接口和充电口；
所述存储单元包括托盘、托盘支架、风机和烟雾报警器，所述托盘支架为中空的方形框，托盘支架与蓄能单元的气缸连接，可上下垂直缓慢移动，托盘支架上设有与托盘底座大小吻合的凹陷槽，用于放置托盘，托盘内均布电池，所述风机位于背面下部，连通柜体内外，所述烟雾报警器位于存储单元顶部，多个存储单元层叠放置在柜体外壳内部；
所述蓄能单元包括单片机、双向逆变器、充电器、电压采集器，单片机与柜体外壁上的电子屏幕和操作面板连接，所述双向逆变器另连接柜体上的电网接口和电源插口a，所述充电器连接柜体上的充电口和电源插口a，所述电压采集器分别与每个托盘电路并联，蓄能单元处于柜体外壳下的下部；
所述运动单元包括底座和滑轮，成对的滑轮设置在底座下方，底座上方支撑固定整个柜体外壳。
作为优选，所述托盘分为顶盘、中间盘和底盘，每个托盘上电池均并联，电池并联后通过电极、电源线、电源插口a和b与充放电装置连接，
作为优选，顶盘包括上承载面板和在上承载面板底面的顶盘单电极帽，上承载面板厚度0.5cm；
所述中间托盘包括中间承载面板和固定在中承载面板四个角上方的上限位支撑杆，承载面板上表面均匀分布中间圆形固定凹槽，中间圆形固定凹槽内中间位置设置单电极，承载面板下表面与单电极位置对应设置中间单电极帽；
底盘包括下承载面板和固定在下承载面板四个角的下限位支撑杆，下承载面板上表面均匀分布下部圆形固定凹槽，下部底盘圆形固定凹槽中间位置设置单电极。
进一步的优选，顶盘包括上承载面板和在上承载面板底面的顶盘双电极帽，上承载面板厚度0.5cm；
所述中间托盘包括中间承载面板和固定在承载面板四个角的上限位支撑杆，中间承载面板上表面均匀分布的方形固定凹槽，中间承载面板下表面设置处于中间位置的中间双电极帽，双电极帽与方形固定凹槽中心位置一一对应，且双电极帽连线与方形固定凹槽边平行；
底盘包括下承载面板和固定在下承载面板四个角的下限位支撑杆，下承载面板上表面均匀分布方形固定凹槽，下承载面板厚度2~3cm。
作为优选，所述下部圆形固定凹槽深均为0.5cm，其中圆形固定凹槽内壁对应两侧设有可伸缩弧形固定装置。
作为优选，方形固定凹槽深均为0.5cm，方形固定凹槽四面设有可伸缩直面固定装置。
作为优选，所述柜体外壳和存储单元的材质维氏硬度≥250，材质为绝缘材料或表面涂有绝缘涂层的金属材料，所述上限位支撑杆或下限位支撑杆材质要求维氏硬度≥280，上限位支撑杆或下限位支撑杆高度可调节，高度范围4~15cm，所述滑轮为直径5~7cm的钢球，维氏硬度≥280。
进一步的优选，托盘的所有承载面板面对柜门边面的左侧设有电源插口b；所有固定在托盘的中间承载面板下表面的电极帽为可上下伸缩的弹性帽，电极帽通过单片机与安全联锁装置建立安全联锁，当烟雾报警器报警或出现短路情况时，由单片机发出信号，电极帽自动收缩，断开与电池电极的连接。
作为优选，蓄能单元还包括气缸、安全联锁装置和动力装置，所述单片机内设有控制系统，所述安全联锁装置通过单片机连接烟雾报警器，所述动力装置连接气缸和运动单元底座上的滑轮，所述运动单元的所述滑轮经伸缩架与气缸连接，通过上下伸缩，选择移动或固定柜体。
锂电池储存蓄能装置的充放电操作方法，包括以下步骤：
1) 将化成分容后锂电池，筛选出的同一型号集中并选择合适托盘，将电池固定在托盘中，根据托盘中电池实际高度设置限位支撑杆高度，限位支撑杆高度低于电池实际高度0.1~0.5mm；
2) 检查电机帽弹起是否正常，然后依次将底盘、中间盘和顶盘放入托盘支架上并依次下压固定，通过电源线连接电源插口a和b，通过操作面板对托盘内电池位置进行编号，并设置电池采集参数和安全联锁参数；
3) 连通电网，通过逆变器在供电波谷期为电池充电并开启风机散热，在波峰期间反向为电网供电，也可通过充电口为其他化成分容设备提供工作电源，同时通过单片机进行数据采集和稳定性分析；
4) 如突发冒烟情况，设备的安全联锁自动启动，设备停止运转，如出现短路情况，由单片机发出指令，控制短路相关电池的电极帽脱离电池电极，人工进一步进行安全检查并维修。
本发明有益效果为：
本发明提供了一种锂电池储存蓄能装置和使用方法，通过对化成分容后进入闲置期28天的锂电池在储存的基础上，连通电网，进行波谷充电，波峰向电网供电的操作，缓解社会用电压力；充电后，电池组也可作为其他用户提供电源；在上述充放电操作的同时，收集并分析锂电池的性能数据，为锂电池的稳定性做进一步筛选提供可靠依据。
附图说明
图1为本发明设备外观结构示意图。
图2为本发明设备内层结构示意图。
图3为顶盘两种结构示意图
图4为中间盘其中两种结构示意图
图5为底盘其中两种结构示意图
图6为凹槽固定器结构示意图
图7为可伸缩弧形固定装置示意图
图8为可伸缩直面固定装置示意图
图9为本发明设备电路图。
附图标记：
图1中：1、柜体外壳，101、钢化玻璃门，102、通风口，103、电子屏幕，104、操作面板，105、电网接口，106、充电口，107、电源插口a，2、存储单元，3、蓄能单元，4、运动单元。
图2中：201、托盘，201b、电源插口b，2011、顶盘，2012、中间盘，2013、底盘，202、托盘支架，203、风机，204、烟雾报警器，301、单片机，302、双向逆变器，303、充电器，304、电压采集器，305、气缸，306、安全联锁装置，307、动力装置，401、底座，402、滑轮。
图3中：2011a、上承载面板，2011b、顶盘单电极帽，2011c、顶盘双电极帽。
图4中：2012a、中间承载面板，2012b、上限位支撑杆，2012c、中间圆形固定凹槽，2012d、中间单电极帽，2012e、中间方形固定凹槽，2012f、双电极帽。
图5中：2013a、下承载面板，2013b、下限位支撑杆，2013c、下圆形固定凹槽，2013d、下方形固定凹槽。
图6中：E、可伸缩弧形固定装置，F、可伸缩直面固定装置。
具体实施方式
下面对本发明的具体内容进行进一步的说明：
本发明锂电池储存蓄能装置，硬件结构如图1所示，包括柜体外壳1、存储单元2、蓄能单元3和运动单元4。
具体的，所述柜体外壳为中空双层柜式结构，柜体正面设有钢化玻璃门101，柜体正面左侧垂直设置电源插口a107，柜体两侧上端设有通风口102，柜体背面中部设有电子屏幕103和操作面板104，下部设有电网接口105和充电口106。
具体的，存储单元包括托盘201、托盘支架202、风机203和烟雾报警器204，所述托盘支架为中空的方形框，托盘支架与蓄能单元的气缸连接，可上下垂直缓慢移动，托盘支架上设有与托盘底座大小吻合的凹陷槽，用于放置托盘，托盘内均布电池，所述风机位于背面下部，连通柜体内外，所述烟雾报警器位于存储单元顶部，多个存储单元层叠放置在柜体外壳内部。
具体的，所述蓄能单元包括单片机301、双向逆变器302、充电器303、电压采集器304，单片机301与柜体外壁上的电子屏幕103和操作面板104连接，所述双向逆变器另连接柜体上的电网接口105和电源插口a107，所述充电器连接柜体上的充电口106和电源插口a107，所述电压采集器分别与每个托盘电路并联，蓄能单元处于柜体外壳下的下部。
具体的，所述运动单元包括底座401和滑轮402，成对的滑轮402设置在底座401下方，底座上方支撑固定整个柜体外壳。
柜体外壳和存储单元的材质维氏硬度≥250，材质为绝缘材料或表面涂有绝缘涂层的金属材料，所述上限位支撑杆或下限位支撑杆材质要求维氏硬度≥280，上限位支撑杆或下限位支撑杆高度可调节，高度范围4~15cm，所述滑轮为直径5~7cm的钢球，维氏硬度≥280。
蓄能单元还包括气缸305、安全联锁装置306和动力装置307，所述单片机内设有控制系统，所述安全联锁装置通过单片机连接烟雾报警器，所述动力装置连接气缸和运动单元底座上的滑轮，所述运动单元的所述滑轮经伸缩架与气缸连接，通过上下伸缩，选择移动或固定柜体。
一种托盘的实施例，
托盘分为顶盘2011、中间盘2012和底盘2013，每个托盘上电池均并联，电池并联后通过电极、电源线、电源插口a和b与充放电装置连接，
顶盘包括上承载面板2011a和在上承载面板底面的顶盘单电极帽2011b，上承载面板厚度0.5cm；
所述中间托盘包括中间承载面板2012a和固定在中承载面板四个角上方的上限位支撑杆2012b，承载面板上表面均匀分布中间圆形固定凹槽2012c，中间圆形固定凹槽2012c内中间位置设置单电极，承载面板下表面与单电极位置对应设置中间单电极帽2012d；
底盘包括下承载面板2013a和固定在下承载面板四个角的下限位支撑杆2013b，下承载面板上表面均匀分布下圆形固定凹槽2013c，下底盘圆形固定凹槽2013c中间位置设置单电极。
下部圆形固定凹槽2013c深均为0.5cm，其中圆形固定凹槽2013c内壁对应两侧设有可伸缩弧形固定装置E。
另一种托盘的实施例，顶盘包括上承载面板2011a和在上承载面板底面的顶盘双电极帽2011c，上承载面板厚度0.5cm；
所述中间托盘包括中间承载面板2012a和固定在承载面板四个角的上限位支撑杆2012b，中间承载面板上表面均匀分布的中间方形固定凹槽2012e，中间承载面板下表面设置处于中间位置的中间双电极帽2012f，双电极帽2012f与中间方形固定凹槽2012e中心位置一一对应，且双电极帽连线与方形固定凹槽2012e边平行；
底盘包括下承载面板2013a和固定在下承载面板四个角的下限位支撑杆2013b，下承载面板上表面均匀分布下方形固定凹槽2013d，下承载面板厚度2~3cm。
方形固定凹槽2012e深均为0.5cm，方形固定凹槽2012e四面设有可伸缩直面固定装置F。
托盘的所有承载面板面对柜门边面的左侧设有电源插口b201b；所有固定在托盘的中间承载面板下表面的电极帽为可上下伸缩的弹性帽，电极帽通过单片机与安全联锁装置建立安全联锁，当烟雾报警器报警或出现短路情况时，由单片机发出信号，电极帽自动收缩，断开与电池电极的连接。
以具体的实施例对本发明锂电池储存蓄能装置的充放电操作方法进行说明，将电池经化成分容，选择统一规格为26650圆形锂电池。设置托盘边长为60cm，内置15排、每排15个圆形固定凹槽，凹槽深0.5cm；托盘底部为单电极帽，底盘和中间盘共用10个，所存电池共计2250个。
具体操作按以下步骤进行：
步骤1：将化成分容后的锂电池，筛选出统一规格型号的26650圆形锂电池集中并放置到上述规格托盘中，先放底盘，后放中间盘，最后放顶盘，并设定限位支撑杆高度为5.9cm。
步骤2：检查电机帽能正常运作后，然后依次将底盘、中间盘和顶盘放入托盘支架上固定，然后依次下压，由限位支撑杆限定托盘间距，将连接柜体上的电源插口a和各个托盘上电源插口b连接，关闭柜门，通过操作面板对所有托盘的凹槽位置进行编号，并设置电池采集电压3.6v，安全充电电压上限4.2v，安全放电电压下限2.8v。
步骤3：连通电网，开启风机和烟雾警报器，在夜里22:00开始，通过双向逆变器向电池组充电，通过风机散热，8h后，停止充电，此时电池电压3.3v，通过电压采集器收集充电过程数据并反馈给单片机，与标准图进行对比；早上8:00，通过双向逆变器向电网输电，3h后，电池电压3.1v，停止输电，并进行数据收集和分析，下午14:00，通过充电口为化成分容设备提供工作电源，2h后，电池电压2.9v，停止供电，同样进行数据收集和反馈，通过大量数据的汇总，由单片机的分析程序对电池稳定性进一步作出筛选。
步骤4：若突发冒烟情况，设备的安全联锁自动启动，设备停止运转，并由烟雾警报器发出声光警报；如出现短路情况，由单片机发出指令，控制短路相关电池的电极帽脱离电池电极，人工进一步进行安全检查并维修。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种锂电池储存蓄能装置，其特征是，包括柜体外壳（1）、存储单元（2）、蓄能单元（3）和运动单元（4）；
所述柜体外壳为中空双层柜式结构，柜体正面设有钢化玻璃门（101），柜体正面左侧垂直设置电源插口a（107），柜体两侧上端设有通风口（102），柜体背面中部设有电子屏幕（103）和操作面板（104），下部设有电网接口（105）和充电口（106）；
所述存储单元包括托盘（201）、托盘支架（202）、风机（203）和烟雾报警器（204），所述托盘支架为中空的方形框，托盘支架与蓄能单元的气缸连接，可上下垂直缓慢移动，托盘支架上设有与托盘底座大小吻合的凹陷槽，用于放置托盘，托盘内均布电池，所述风机位于背面下部，连通柜体内外，所述烟雾报警器位于存储单元顶部，多个存储单元层叠放置在柜体外壳内部；
所述蓄能单元包括单片机（301）、双向逆变器（302）、充电器（303）、电压采集器（304），单片机（301）与柜体外壁上的电子屏幕（103）和操作面板（104）连接，所述双向逆变器另连接柜体上的电网接口（105）和电源插口a（107），所述充电器连接柜体上的充电口（106）和电源插口a（107），所述电压采集器分别与每个托盘电路并联，蓄能单元处于柜体外壳下的下部；
所述运动单元包括底座（401）和滑轮（402），成对的滑轮（402）设置在底座（401）下方，底座上方支撑固定整个柜体外壳。
2.根据权利要求1所述的锂电池储存蓄能装置，其特征是，所述托盘分为顶盘（2011）、中间盘（2012）和底盘（2013），每个托盘上电池均并联，电池并联后通过电极、电源线、电源插口a和b与充放电装置连接。
3.根据权利要求2所述的锂电池储存蓄能装置，其特征是，顶盘包括上承载面板（2011a）和在上承载面板底面的顶盘单电极帽（2011b），上承载面板厚度0.5cm；
所述中间托盘包括中间承载面板（2012a）和固定在中承载面板四个角上方的上限位支撑杆（2012b），承载面板上表面均匀分布中间圆形固定凹槽（2012c），中间圆形固定凹槽（2012c）内中间位置设置单电极，承载面板下表面与单电极位置对应设置中间单电极帽（2012d）；
底盘包括下承载面板（2013a）和固定在下承载面板四个角的下限位支撑杆（2013b），下承载面板上表面均匀分布下圆形固定凹槽（2013c），下底盘圆形固定凹槽（2013c）中间位置设置单电极。
4.根据权利要求2所述的锂电池储存蓄能装置，其特征是，顶盘包括上承载面板（2011a）和在上承载面板底面的顶盘双电极帽（2011c），上承载面板厚度0.5cm；
所述中间托盘包括中间承载面板（2012a）和固定在承载面板四个角的上限位支撑杆（2012b），中间承载面板上表面均匀分布的中间方形固定凹槽（2012e），中间承载面板下表面设置处于中间位置的中间双电极帽（2012f），双电极帽（2012f）与中间方形固定凹槽（2012e）中心位置一一对应，且双电极帽连线与方形固定凹槽（2012e）边平行；
底盘包括下承载面板（2013a）和固定在下承载面板四个角的下限位支撑杆（2013b），下承载面板上表面均匀分布下方形固定凹槽（2013d），下承载面板厚度2~3cm。
5.根据权利要求3所述的锂电池储存蓄能装置，其特征是，所述下部圆形固定凹槽（2013c）深均为0.5cm，其中圆形固定凹槽（2013c）内壁对应两侧设有可伸缩弧形固定装置（E）。
6.根据权利要求4所述的锂电池储存蓄能装置，其特征是，方形固定凹槽（2012e）深均为0.5cm，方形固定凹槽（2012e）四面设有可伸缩直面固定装置（F）。
7.根据权利要求2或3所述的锂电池储存蓄能装置，其特征是，所述柜体外壳和存储单元的材质维氏硬度≥250，材质为绝缘材料或表面涂有绝缘涂层的金属材料，所述上限位支撑杆或下限位支撑杆材质要求维氏硬度≥280，上限位支撑杆或下限位支撑杆高度可调节，高度范围4~15cm，所述滑轮为直径5~7cm的钢球，维氏硬度≥280。
8.根据权利要求3或4所述的锂电池储存蓄能装置，其特征是，托盘的所有承载面板面对柜门边面的左侧设有电源插口b（201b）；所有固定在托盘的中间承载面板下表面的电极帽为可上下伸缩的弹性帽，电极帽通过单片机与安全联锁装置建立安全联锁，当烟雾报警器报警或出现短路情况时，由单片机发出信号，电极帽自动收缩，断开与电池电极的连接。
9.根据权利要求1所述的锂电池储存蓄能装置，其特征是，蓄能单元还包括气缸（305）、安全联锁装置（306）和动力装置（307），所述单片机内设有控制系统，所述安全联锁装置通过单片机连接烟雾报警器，所述动力装置连接气缸和运动单元底座上的滑轮， 所述运动单元的所述滑轮经伸缩架与气缸连接，通过上下伸缩，选择移动或固定柜体。
10.根据权利要求1所述的锂电池储存蓄能装置的充放电操作方法，包括以下步骤：
1）将化成分容后锂电池，筛选出的同一型号集中并选择合适托盘，将电池固定在托盘中，根据托盘中电池实际高度设置限位支撑杆高度，限位支撑杆高度低于电池实际高度0.1~0.5mm；
2）检查电机帽弹起是否正常，然后依次将底盘、中间盘和顶盘放入托盘支架上并依次下压固定，通过电源线连接电源插口a和b，通过操作面板对托盘内电池位置进行编号，并设置电池采集参数和安全联锁参数；
3）连通电网，通过逆变器在供电波谷期为电池充电并开启风机散热，在波峰期间反向为电网供电，也可通过充电口为其他化成分容设备提供工作电源，同时通过单片机进行数据采集和稳定性分析；
4）如突发冒烟情况，设备的安全联锁自动启动，设备停止运转，如出现短路情况，由单片机发出指令，控制短路相关电池的电极帽脱离电池电极，人工进一步进行安全检查并维修。
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