CN201839041U - 电池隔离取样多通道并联恒流充放电电路及化成分容检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了电池隔离取样多通道并联恒流充放电电路及化成分容检测设备，其包括：至少一恒流充放电控制单元和至少一隔离电流取样，每个恒流充放电控制单元和一个隔离电流取样组成一个通道；所有恒流充放电控制单元的双向输入输出端并联连接在电池的正极上；所有隔离电流取样的第一端并联连接在电池的负极上，所有隔离电流取样的第二端并联连接电源地；每个隔离电流取样的取样端连接对应的恒流充放电控制单元。采用本实用新型可解决了不同容量的电池需要使用不同的化成分容检测设备，造成大量资源浪费的缺点。

Description

电池隔离取样多通道并联恒流充放电电路及化成分容检测设备

技术领域

本实用新型涉及电子检测技术领域，尤其涉及的是一种电池隔离取样多通道并联恒流充放电电路及包括该电路的一种化成分容检测设备。

背景技术

锂电池是一种新型的化学电源，因其具有能量密度大、工作电压高、寿命长。环保的特点，广泛应用于各种移动设备中。随着制造锂电池技术的进步，锂电池容量(C＝mAh)越来越大。对锂电池的化成、分容和检测设备的恒流充放电的额定电流值也要求越来越高。化成、分容和检测设备是锂电池制造过程中重要设备。

在现有的技术中，锂电池的化成、分容和检测设备是采用一个完全独立的恒流-稳压电源对应于电池进行恒流充放电。若需要对不同容量的锂电池进行恒流充放电，就需要不同额定电流值的化成、分容设备。例：现有的额定电流值5A的设备对10Ah或更大容量的锂电池，因其额定电流值不够，不能进行有效的化成、分容和检测。同理，额定电流值10A的设备对3Ah、5Ah的锂电池，因其额定电流值过高，电流分辨率下降，不能进行精确的化成、分容和检测。因此，对不同容量锂电池的化成、分容和检测设备必须重新设计、生产并与锂电池容量之相适应的配套化成、分容和检测设备，以提高锂电池的化成、分容和检测的精度。由此而造成设备需要重新设计、制作周期长、成本高昂的结果，浪费大量资源。特别是针对高容量锂电池的化成分容设备的设计更加困难，制造周期更长，成本更加昂贵，相对的设备充放电电流精度反而下降。因此，现有技术还有待于改进。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电池隔离取样多通道并联恒流充放电电路及包括该电路的一种化成分容检测设备。旨在解决现有的化成分容检测设备的恒流充放电模块不能对不同容量的电池进行有效、精确的化成、分容和检测工作的缺点。

本实用新型的技术方案如下：

一种电池隔离取样多通道并联恒流充放电电路，其中，包括：至少一恒流充放电控制单元和至少一隔离电流取样，每个恒流充放电控制单元和一个隔离电流取样组成一个通道；所有恒流充放电控制单元的双向输入输出端并联连接在电池的正极上；所有隔离电流取样的第一端并联连接在电池的负极上，所有隔离电流取样的第二端并联连接电源地；每个隔离电流取样的取样端连接对应的恒流充放电控制单元。

所述的电池隔离取样多通道并联恒流充放电电路，其中，所述隔离电流取样包括第一取样电阻电阻、第一二极管和第二二极管，其中第一二极管和第二二极管反向并联连接，且一端连接电池的负极，另一端连接第一电流取样电阻的一端；所述第一电流取样电阻的另一端连接电源地；第一电流取样电阻的取样端接入恒流充放电控制单元的反馈输入端。

所述的电池隔离取样多通道并联恒流充放电电路，其中，所述隔离电流取样包括第一电流取样电阻、第一二极管和第二二极管，其中第一二极管和第二二极管反向并联连接，且一端连接电源地，另一端连接第一电流取样电阻的一端，所述第一电流取样电阻的另一端连接电池的负极；第一电流取样电阻的取样端接入恒流充放电控制单元的反馈输入端。

一种化成分容检测设备，其中，所述设备中包括上述任意一项所述的电池隔离取样多通道并联恒流充放电电路。

本实用新型的有益效果：本实用新型通过在电池上并联多通道恒流充放电电路，且各通道即可独立对电池进行恒流充放电工作又可多通道并联同时对电池进行充放电工作的电路。解决了不同容量的电池需要使用不同的化成分容检测设备，造成大量资源浪费的缺点。

附图说明

图1是本实用新型提供的多通道并联恒流充放电电路结构框图；

图2是本实用新型中实施例一提供的多通道并联恒流充放电电路单通道工作原理图；

图3是本实用新型中实施例一提供的多通道并联恒流充放电电路多通道并联工作原理图；

图4是本实用新型中实施例二提供的包括另一种隔离电流取样的多通道并联恒流充放电电路单通道工作原理图；

图5是本实用新型中实施例二提供的包括另一种隔离电流取样的多通道并联恒流充放电电路多通道并联工作原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。

本实用新型针对电流取样电路与电池连接的方法以及电流取样电路的结构进行创新的改进，以达到多通道并联对电池进行恒流充放电的目的。

参见图1，多通道并联恒流充放电电路包括：至少一个恒流充放电控制单元、至少一个隔离电流取样、电池。其结构特点：恒流充放电控制单元A1、恒流充放电控制单元A2、……、恒流充放电控制单元An的双向输入输出端a1、a2、……an连接在一起，并与电池BAT的正极连接。隔离电流取样C1、隔离电流取样C2、……、隔离电流取样Cn的第一端连接在一起，并连接至电池BAT的负极。隔离电流取样C1、隔离电流取样C2、……、隔离电流取样Cn的第二端端连接在一起，并与电源地连接。隔离电流取样C1、隔离电流取样C2、……隔离电流取样Cn的反馈端分别连接至恒流充放电控制单元A1、A2、……、An。其中n为恒流充放电控制单元和隔离电流取样数量，n＝1～∞。

隔离电流取样Cn包括电流取样电阻Rn、二极管Dna和二极管Dnb，二极管Dna和二极管Dnb反向并联连接。由于隔离电流取样Cn没有明确的输入端和输出端，由此产生的两种隔离电流取样电路的情况都可实现本实用新型阐述的功能。

参照图2，本实用新型实施例一提供的基于第一种隔离电流取样的多通道并联恒流充放电电路单通道工作原理如下：

单通道包括一个恒流充放电控制单元和一个隔离电流取样。恒流充放电控制单元包括恒流充放电控制、第一场效应管Q1a和第二场效应管Q1b，其中第一场效应管Q1a的漏极连接电源的正极+V，其栅极连接恒流充放电控制，其源极连接第二场效应管Q1b的漏极；所述第二场效应管Q1b的栅极连接恒流充放电控制，源极连接电源地；第二场效应管Q1b的漏极连接电池的正极。所述隔离电流取样包括第一电流取样电阻R1、第一二极管D1a和第二二极管D1b，其中第一二极管D1a和第二二极管D1b反向并联连接，且一端连接电池BAT，另一端连接第一电流取样电阻R1；第一电流取样电阻R1的另一端连接电源地。第一电流取样电阻R1的两端接入恒流充放电控制。

1、单通道恒流充电：电池BAT充电时，通过恒流充放电控制使得第一场效应管Q1a导通，第二场效应管Q1b截止。电源的正极+V通过第一场效应管Q1a对电池BAT充电。充电电流Ic1经过第一二极管D1a和第一电流取样电阻R1流向电源地。充电电流Ic1通过第一电流取样电阻R1时产生一反馈电压Vf1，Vf1＝Vfc1-Vfd1＝Ic1*R1。Vf1反馈到恒流充放电控制单元A1中，通过恒流充放电控制使得充电电流Ic1恒定。

2、单通道恒流放电：电池BAT放电时，通过恒流充放电控制使得第二场效应管Q1b导通，第一场效应管Q1a截止，放电电流Id1从电池BAT的正极流出，经过第二场效应管Q1b，第一电流取样电阻R1，第二二极管D1b回到电池BAT的负极。放电电流Id1通过第一电流取样电阻R1时也产生一反馈电压Vf1，Vf1＝Vfc1-Vfd1＝Id1*R1。Vf1反馈到恒流充放电控制单元A1中，通过恒流充放电控制使得放电电流Id1恒定。

当多通道共同对电池并联工作时(以两个通道为例)，其工作电路图如图3所示，每一个单通道都并联连接在电池的正负极上。参照单通道工作原理，多通道工作原理为：

1、双通道恒流充电：电池BAT充电时，恒流充放电控制单元A1对电池BAT充电，经过a1的电流为Ic1，恒流充放电控制单元A2对电池BAT充电，经过a2的电流为Ic2。电池BAT的充电电流为Ic＝Ic1+Ic2。其中b1和b2为同电位，而且电位大于c1、c2的电位，使得第一二极管D1a和第三二极管D2a导通，第二二极管D1b和第四二极管D2b反偏截止，所以c1点和c2点相互隔离。设经过第一二极管D1a，第一电流取样电阻R1流向电源地的充电电流为Ic1’，经过第三二极管D2a，第二电流取样电阻R2流向电源地的充电电流为Ic2’。Ic1’通过R1时产生一反馈电压Vf1，反馈到恒流充放电控制单元A1的恒流充放电控制中，通过恒流充放电控制使得充电电流Ic1＝Ic1’恒定。充电电流Ic2’通过R2时产生一反馈电压Vf2，反馈到恒流充放电控制单元A2的恒流充放电控制中，通过恒流充放电控制使得充电电流Ic2＝Ic2’恒定。达到了两个独立通道并联对电池充电的电流Ic＝Ic1+Ic2。

2、双通道恒流放电：电池BAT放电时，放电电流Id从BAT正极流出，分成二路，一路经过a1的放电电流Id1流经第二场效应管Q1b，第一电流取样电阻R1，第二二极管D1b回到电池BAT负极，另一路经过a2的放电电流Id2流经第四场效应管Q2b，第二电流取样电阻R2，第四二极管D2b回到电池BAT的负极。c1电位大于b1，c2电位大于b2，则第二二极管D1b和第四二极管D2b导通，第一二极管D1a和第三二极管D2a反偏截止，c1和c2相互隔离。设经过第一电流取样电阻R1的放电电流Id1’产生一个反馈电压Vf1。Vf1反馈到恒流充放电控制单元A1的恒流充放电控制中，通过恒流充放电控制使得放电电流Id1＝Id1’恒定。经过第二电流取样电阻R2的放电电流Id2’产生一个反馈电压Vf2。Vf2反馈到恒流充放电控制单元A2的恒流充放电控制中，通过恒流充放电控制使得放电电流Id2＝Id2’恒定。达到了两个独立通道并联对电池放电的电流Id＝Id1+Id2。

综上所述，双通道可以实现对电池并联工作的目的。当通道数量添加到n个，n个通道并联为电池工作时：

电池的充电电流为每个通道的充电电流相加，即

$\mathrm{Ic}=\mathrm{Ic}1+\mathrm{Ic}2+...+\mathrm{Icn}=\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Icn};$

电池的放电电流为每个通道的放电电流相加，即

$\mathrm{Id}=\mathrm{Id}1+\mathrm{Id}2+...+\mathrm{Idn}=\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Idn}.$

也就是说，无论是对电池进行放电还是充电工作，由于每个通道的电流保持恒定，因此总的充放电电流恒定，说明各个通道之间的相互隔离，互不干扰。因为各通道之间隔离，互不干扰，所以各通道的电流值可单独调节，提高了恒流充放电总电流的分辨率，也就提高了总电流精度。

参照图4，本实用新型实施例一提供基于第二种隔离电流取样的多通道并联恒流充放电电路，所述第二种隔离电流取样包括第一电流取样电阻R1、第一二极管D1a和第二二极管D1b，其中第一二极管D1a和第二二极管D1b反向并联连接，且一端连接电源地，另一端连接第一电流取样电阻R1；第一电流取样电阻R1的另一端连接电池的负极。第一电流取样电阻R1的两端接入恒流充放电控制。

其单通道工作原理如下：

1、单通道恒流充电：电池BAT充电时，通过恒流充放电控制使得第一场效应管Q1a导通，第二场效应管Q1b截止，电源+V通过第一场效应管Q1a对电池BAT充电。充电电流Ic1经过第一电流取样电阻R1，第一二极管D1a流向电源地。充电电流Ic1通过第一电流取样电阻R1时产生一反馈电压Vf1，Vf1＝Vfc1-Vfd1＝Ic1*R1。Vf1反馈到恒流充放电控制单元A1中，通过恒流充放电控制使得充电电流Ic1恒定。

2、单通道恒流放电：电池BAT放电时，通过恒流充放电控制使得第二场效应管Q1b导通，第一场效应管Q1a截止，放电电流Id1从电池BAT的正极流出，经过第二场效应管Q1b，第二二极管D1b，第一电流取样电阻R1回到电池BAT的负极。放电电流Id1通过第一电流取样电阻R1时也产生一反馈电压Vf1，Vf1＝Vfc1-Vfd1＝Id1*R1。Vf1反馈到恒流充放电控制单元A1中，通过恒流充放电控制使得放电电流Id1恒定。

如附图5，基于第二种隔离电流取样的多通道并联恒流充放电电路，在双通道共同对电池并联工作时，参照单通道工作原理，双通道工作原理为：

1、双通道恒流充电：电池BAT充电时，恒流充放电控制单元A1对电池BAT充电，经过a1点的电流为Ic1，恒流充放电控制单元A2对电池BAT充电，经过a2点的电流为Ic2。电池BAT的充电电流为Ic＝Ic1+Ic2。d1电位大于b1、d2电位大于b2，第一二极管D1a和第三二极管D2a导通，第二二极管D1b和第四二极管D2b反偏截止，所以d1和d2相互隔离。设经过第一电流取样电阻R1，第一二极管D1a流向电源地的充电电流为Ic1’，经过第二电流取样电阻R2，第三二极管D2a流向电源地的充电电流为Ic2’。Ic1’通过第一电流取样电阻R1时产生一反馈电压Vf1，反馈到恒流充放电控制单元A1中，通过恒流充放电控制使得充电电流Ic1＝Ic1’恒定。充电电流Ic2’通过第二电流取样电阻R2时产生一反馈电压Vf2，反馈到恒流充放电控制A2中，通过恒流充放电控制使得充电电流Ic2＝Ic2’恒定。达到了两个独立通道并联对电池充电的电流Ic＝Ic1+Ic2。

2、双通道恒流放电：电池BAT放电时，放电电流Id从电池BAT正极流出，分成二路，一路经过a1的放电电流Id1流经第二场效应管Q1b，第二二极管D1b，第一电流取样电阻R1回到电池BAT负极，另一路经过a2的放电电流Id2流经第四场效应管Q2b，第四二极管D2b，第二电流取样电阻R2回到电池BAT负极。放电电流Id＝Id1+Id2。b1电位大于d1、b2电位大于d2，第二二极管D1b和第四二极管D2b导通，第一二极管D1a和第三二极管D2a反偏截止，所以d1和d2相互隔离。设经过第一电流取样电阻R1的放电电流Id1’产生一个反馈电压Vf1。Vf1反馈到恒流充放电控制单元A1中，通过恒流充放电控制使得放电电流Id1＝Id1’恒定。经过第二电流取样电阻R2的放电电流Id2’产生一个反馈电压Vf2。Vf2反馈到恒流充放电控制单元A2中，通过恒流充放电控制使得放电电流Id2＝Id2’恒定。达到了两个独立通道并联对电池放电的电流Id＝Id1+Id2。

综上所述，双通道可以实现对电池并联工作的目的。当通道数量添加到n个，n个通道并联为电池工作时：

电池的充电电流为每个通道的充电电流相加，即

$\mathrm{Ic}=\mathrm{Ic}1+\mathrm{Ic}2+...+\mathrm{Icn}=\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Icn};$

电池的放电电流为每个通道的放电电流相加，即

$\mathrm{Id}=\mathrm{Id}1+\mathrm{Id}2+...+\mathrm{Idn}=\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Idn}.$

也就是说，无论是对电池进行放电还是充电工作，由于每个通道的电流保持恒定，因此总的充放电电流恒定，说明各个通道之间的相互隔离，互不干扰。因为各通道之间隔离，互不干扰，所以各通道的电流值可单独调节，提高了恒流充放电总电流的分辨率，也就提高了总电流精度。

本实用新型具有如下突出效果：

1、本实用新型可多个相似电路并联对电池进行恒流充放电，因此多个通道可相互配合使用，扩大了化成、分容和检测设备的额定电流值，使化成、分容和检测设备的多用途性得以扩展。即适用于常规电池又可用于大容量的动力电池。具有经济性高、工作效率高的优点。

2、本实用新型可用多个相似电路并联对电池进行恒流充放电时，每个电路相互独立，互不干扰，并联后的工作精度保持为单个电路的工作精度，大大提高了锂电池化成、分容和检测设备或充放电系统的精确度和可靠性。

本实用新型适用于各种二次电池的化成、分容、检测设备中。特别适合需要多规格和大容量的锂电池生产厂家之需要。

本文提及的通道是锂电池行业中的一种普遍说法，其含义为：能为单个电池进行恒流-恒压充放电工作的控制单元。在本文中，通道是指，包含恒流充放电控制单元(An)、隔离电流取样(Cn)的一个独立控制回路。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.电池隔离取样多通道并联恒流充放电电路，其特征在于，包括：至少一恒流充放电控制单元和至少一隔离电流取样，每个恒流充放电控制单元和一个隔离电流取样组成一个通道；所有恒流充放电控制单元的双向输入输出端并联连接在电池的正极上；所有隔离电流取样的第一端并联连接在电池的负极上，所有隔离电流取样的第二端并联连接电源地；每个隔离电流取样的取样端连接对应的恒流充放电控制单元。

2.根据权利要求1所述的电池隔离取样多通道并联恒流充放电电路，其特征在于，所述隔离电流取样包括第一取样电阻电阻、第一二极管和第二二极管，其中第一二极管和第二二极管反向并联连接，且一端连接电池的负极，另一端连接第一电流取样电阻的一端；所述第一电流取样电阻的另一端连接电源地；第一电流取样电阻的取样端接入恒流充放电控制单元的反馈输入端。

3.根据权利要求1所述的电池隔离取样多通道并联恒流充放电电路，其特征在于，所述隔离电流取样包括第一电流取样电阻、第一二极管和第二二极管，其中第一二极管和第二二极管反向并联连接，且一端连接电源地，另一端连接第一电流取样电阻的一端，所述第一电流取样电阻的另一端连接电池的负极；第一电流取样电阻的取样端接入恒流充放电控制单元的反馈输入端。

4.一种化成分容检测设备，其特征在于，所述设备中包括权利要求1至3任意一项所述的电池隔离取样多通道并联恒流充放电电路。

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