CN206925025U - 一种采用三阶段法的锌银电池分选设备 - Google Patents
一种采用三阶段法的锌银电池分选设备 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型为社会提供一种采用三阶段法的锌银电池分选设备，由控制模块（1）、电源模块（2）、通讯模块（3）、显示模块（4）、存储模块（5）、监测模块（6）、以及聚类分析模块（7）构成。该装置通过对待测单体电池进行三阶段测试，分别为容量测试、内阻测试以及聚类分析，其中，聚类分析时所提取的特征点为两个充电平台间过渡时期电压尖峰处的坐标。每一个阶段的测试都去除与该组电池中大多数单体电池差异较大的待测单体电池，保留测试目标一致性较强的待测单体电池并进行分选。本实用新型充分结合电池外部特征与内部特性，提高电池组的整体性能，从而延长使用寿命。
Description
技术领域：
本实用新型涉及锌银电池分选的技术领域，应用于锌银电池的分选配组。
背景技术：
由于锌银电池具有可靠的安全性，它经常被用于航天设备和潜海设备的主要能量源，但是限于单体电池的容量、电压、能量有限等原因，必须通过串并联成组之后，才能达到供能应用的电压等级、能量等级和功率等级的要求。成组电池的数量与单体电池的规格、供能应用需求直接相关。但是由于电池单体之间的一致性差异导致电池成组之后的整体性能受制于性能最差的单体电池，尤其是使用寿命更是明显低于电池单体的使用寿命，这种情况使锌银电池的供能应用大打折扣，既限制了电池性能的发挥，又提高了电池应用设备的故障率。针对这种情况，出现了电池分选装置，即在电池成组之前，通过技术手段从众多电池中筛选出一致性接近的单体电池，排除差异较大的电池单体，降低“木桶效应”的不良影响，通过分选装置筛选电池后进行配组，提高电池组的整体性能并延长使用寿命。
然而，目前传统的分选装置大多是以单体电池的容量、电压、内阻等外特性参数为指标进行筛选，但是以这些外特性参数为指标筛选出的单体电池往往是只能保证这些指标的一致性，无法反映出电池内部特征的一致性。不同锌银电池间的电压平台差异很小，很难进行区分，在这种情况下，常规的分选装置也就失去了意义。
对于锌银电池，充放电过程是分阶段进行的。充电阶段，出现了两个电压平台期分别为1.65V和1.95V，对应着电池正极氧化的两个阶段，在两个平台期的过渡阶段出现了电压尖峰，这是由于电极周围的高阻抗的Ag2O造成的。电压尖峰的上升阶段对应着高阻抗的Ag2O的完全形成，电压尖峰的下降阶段对应着低阻抗的AgO开始形成。
本实用新型充分结合电池外部特征与内部特性，通过三个阶段对电池进行分选，分选出的电池比常规分选装置分选出的电池一致性更好，从而提高电池组的整体性能，延长使用寿命。
发明内容：
本实用新型的目的是：提供一种采用三阶段法的锌银电池分选设备，通过对待测单体电池进行三阶段测试，分别为容量测试、内阻测试以及聚类分析，其中，聚类分析时所提取的特征点为两个充电平台间过度阶段电压尖峰处的坐标。每一个阶段的测试都去除与该组电池中大多数单体电池差异较大的待测单体电池，保留测试目标一致性较强的待测单体电池并进行分选。
本实用新型由控制模块（1）、电源模块（2）、通讯模块（3）、显示模块（4）、存储模块（5）、监测模块（6）以及聚类分析模块（7）构成。
本实用新型的工作原理框图如图1所示，工作流程图如图2所示，对若干数量需要分选的待测电池，上位机将控制指令1由通讯模块传送到控制器中，使电源分别对一定数量的锌银电池A1,A2,…An进行标准充放电，其中，充电电流为I1，充电截止电压为V1，充电与放电之间的静置时间为t1，放电电流为I2，放电截止电压为V2，监测模块记录n个锌银电池的放电容量，保留放电容量满足大于或等于Q1小于或等于Q2的锌银电池单体，完成第一次筛选；其中，n为大于10的正整数，Q1和Q2均为正数，且Q1＜Q2；上位机将控制指2令由通讯模块传送到控制器中，使电源对所有完成第一次筛选的锌银电池单体分别进行直流内阻测试，在100%SOC状态下以电流I3进行放电，在100%～0%SOC的范围内，每放出10%SOC，静置t2时间，然后施加一个幅值为I4、时间为t3的放电脉冲，放电脉冲结束后，静置t4时间，然后继续以电流I3进行放电10%SOC，重复以上步骤，直至电池电量达到0%SOC，测量并由监测模块记录电池内阻，保留直流内阻值满足大于或等于R1小于或等于R2的锌银电池单体，完成第二次筛选；R1、R2均为正数，且R1＜R2；上位机将控制指令3由通讯模块传送到控制器中，使聚类模块提取每个锌银电池的充电时间与充电电压变化曲线两段电压变化范围小于m的曲线之间过度时间段内电压上升尖峰处的坐标，并利用所述的电压尖峰处的坐标作为特征点进行聚类分析，对完成第二次筛选的电池进行聚类分组，实现对锌银动力电池分选，形成第三阶系，其中m为0.1V。
本实用新型的优点是：既通过电池的容量和内阻进行分选配组，又通过对电池进行聚类分析，从电池的电化学内部特性对电池进行分选配组。分选出的电池一致性好，分选成本造价低。
附图说明：
图1是本发明的原理框图；
图2是本发明的工作流程图；
图3是本发明中单体电池充放电时的电压、电流曲线，其中，虚线为电流，实线为电压；
图4是本发明中单体电池测量内阻时的电压、电流曲线，其中，虚线为电流，实线为电压；
具体实施方式1：
一种基于容量增量法的锂离子电池分选装置，它包括控制模块（1）、电源模块（2）、通讯模块（3）、显示模块（4）、存储模块（5）、监测模块（6）以及聚类分析模块（7）。本实用新型既通过电池的容量和内阻进行分选配组，又以单体电池充电过程中两个充电平台间过度阶段电压最高点的坐标作为特征点，利用模糊C均值算法对待测单体电池进行聚类分析，根据聚类结果，对电池单体分选配组。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：控制器1采用型号为ATmega256的单片机来实现。
电源模块2采用DHM901来实现，对待测电池提供充放电电流。
通讯模块3采用USBCAN II模块用来传输上位机给的指令，同时通过控制器1将监测模块6采集到的数据传送到控制器1，再由控制器1传输给显示模块4。
显示模块4采用台式机来实现，显示采集到的数据，并将数据以曲线的形式显示出来。
存储模块5采用CFM100来实现，存储监测模块6采集到的数据。
监测模块6采用智能电池监测芯片DS2431来实现，可以实时监测电池的电流值、电压值以及充放电容量。
聚类分析模块7采用ATmega128来实现，以两个充电平台间过度阶段中电压最高点的坐标作为特征点进行聚类。
实施例是采用ATmega256单片机实现电池分选的装置，以DHM901为核心的电源模块通电后，上位机将控制指令通过CAN总线传输发送到ATmega256中，使电源分别对额定容量为70Ah的锌银电池A1,A2,…A10进行标准充放电，其中，充电电流为5A，充电截止电压为2.05V，充电与放电之间的静置时间为1小时，放电电流为9A，放电截止电压为1.0V，，监测模块记录n个锌银电池的放电容量，保留放电容量满足大于或等于70Ah小于或等于74Ah的锌银电池单体，完成第一次筛选；例如A10，实际容量相近的待测单体电池分为一组，形成第一阶系；上位机将控制指2令由通讯模块传送到控制器中，使电源分别对第一阶系中的锌银电池A1,A2,…A9在100%SOC状态下以电流9A进行放电，在100%～0%SOC的范围内，每放出10%SOC，静置1小时，然后施加一个幅值为45A、时间为10s的放电脉冲，放电脉冲结束后，静置5分钟，然后继续以电流9A进行放电10%SOC，重复以上步骤，直至电池电量达到0%SOC，测量并由监测模块记录电池内阻，保留直流内阻值满足大于或等于5mΩ小于或等于8mΩ的锌银电池单体，完成第二次筛选,例如A9，第一阶系内单体电池直流内阻相近的分为一组，形成第二阶系；上位机将控制指令3由通讯模块传送到控制器中，使聚类模块以两个充电平台间过度阶段最高点的坐标作为特征点，利用模糊C均值算法对第二阶系各组内的待测单体电池A1,A2,…A8进行分组，根据聚类结果，形成第三阶系，从而实现对电池进行分选配组。
Claims (8)
1.一种采用三阶段法的锌银电池分选设备，其特征在于，它以控制模块（1）为中心，分别与电源模块（2）、通讯模块（3）、显示模块（4）、存储模块（5）、监测模块（6）以及聚类分析模块（7）相连接。
2.根据权利要求1所述一种采用三阶段法的锌银电池分选设备，其特征在于，控制模块（1）采用型号为ATmega256的单片机来实现。
3.根据权利要求1所述一种采用三阶段法的锌银电池分选设备，其特征在于，电源模块（2）采用DHM901来实现，对待测电池提供充放电电流。
4.根据权利要求1所述一种采用三阶段法的锌银电池分选设备，其特征在于，通讯模块（3）采用CAN总线传输来实现，用来传输上位机给的指令，同时可以将监测模块（6）采集到的数据传送到控制模块（1），再由控制模块（1）传输给显示模块（4）。
5.根据权利要求1所述一种采用三阶段法的锌银电池分选设备，其特征在于，显示模块（4）采用台式机来实现，显示采集到的数据，并将数据以曲线的形式显示出来。
6.根据权利要求1所述一种采用三阶段法的锌银电池分选设备，其特征在于，存储模块（5）采用CFM100来实现，存储监测模块（6）采集到的数据。
7.根据权利要求1所述一种采用三阶段法的锌银电池分选设备，其特征在于，监测模块（6）采用智能电池监测芯片DS2431来实现，可以实时监测电池的电流值、电压值以及充放电容量。
8.根据权利要求1所述一种采用三阶段法的锌银电池分选设备，其特征在于，聚类分析模块（7）采用ATmega128来实现，以两个充电平台间过度阶段电压尖峰处的坐标作为特征点并进行聚类。
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