CN218691735U - 一种锂电池化成分容装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型旨在提供一种成本低、能够实现能量双向流动以及有利于提升系统效率的锂电池化成分容装置。本实用新型包括依次连接的AC‑DC双向电源、桥接板、上位机以及功率板，所述功率板包括依次连接的第一MCU、模拟前端数字控制器以及DC‑DC模块,所述DC‑DC模块的电压端与电池产品的正负极连接，所述AC‑DC双向电源的交流端接入外部三相电网，所述AC‑DC双向电源模块的直流端接入所述DC‑DC模块的直流母线，所述桥接板接入若干所述功率板。本实用新型应用于电池制造的技术领域。

Description

一种锂电池化成分容装置

技术领域

本实用新型应用于电池制造的技术领域,特别涉及一种锂电池化成分容装置。

背景技术

锂电池生产过程中，化成和分容的工序必不可少，由于锂电池在装配完成时是没有电的，必须充电激活。首次充电就被称为“化成”，用于激活电池体内的活性材料。而化成也叫活化，化成是一个非常复杂的过程，同时也是影响电池性能很重要的一道工序，因为在电池首次充电的过程中，不可避免的要在碳负极与电解液的相界面上形成覆盖在碳电极表面的钝化薄层，称之为固体电解质界面膜或SEI膜。分容是电池经过化成后也来到最后一步工序，分容则是对电池进行充电放电，检测分容充满时的放电容量， 来确定电池的容量。只有测试的容量满足或大于设计的容量，锂电池是合格的，而小于设计容量的电池不能算是合格的电池,这个通过容量测试筛选出合格电池的过程叫分容。

化成分容装置通过对锂电池反复充电、放电和搁置等工步实现电池化成或分容工作。充电将电网电能转换成电池的化学能，而放电是将电池的化学能转换成电能，放电的电能如果不能循环回馈至电网或者循环利用给其他电池充电，那么不仅造成能源浪费而且还会提高生产成本。现有的化成分容装置的通道集成度低，整个设备占用的空间更大，重量更重。现有设备通道扩展能力差，不能满足客户更多通道需求。虽然能够满足电池化成、分容工序，但是能量往往会以发热的形式损失掉，不仅造成能源的浪费，而且还要提供更多的额外能量对大功率发热器件或者负载进行散热处理，对于生产中不但没有降低成本，反而投入更高的成本。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种成本低、能够实现能量双向流动以及有利于提升系统效率的锂电池化成分容装置。

本实用新型所采用的技术方案是：本实用新型包括依次连接的AC-DC双向电源、桥接板、上位机以及功率板，所述功率板包括依次连接的第一MCU、模拟前端数字控制器以及DC-DC模块,所述DC-DC模块的电压端与电池产品的正负极连接，所述AC-DC双向电源的交流端接入外部三相电网，所述AC-DC双向电源的直流端接入所述DC-DC模块的直流母线，所述桥接板接入若干所述功率板。

由上述方案可见，所述锂电池化成分容装置采用所述AC-DC双向电源实现电池化成分容的中能量双向流动，将电池放电能量回馈至电网，极大地减少了发热设备，将能量高效可循环使用，提升系统效率；所述DC-DC模块能够进行高效率的降压、升压电路分别实现充电或者放电工序，实现能量的双向流动；所述锂电池化成分容装置可以进行通道数量扩展，由于使用CAN总线技术，不需要改变电路设计只需要增加功率板的数量，然后对结构简单调整就可以完成通道扩展；大功率能量控制方向和通信控制方向分明且互不干扰。各个电池通道按照相同的设计可以实现复制，电池通道可以按照需求进行灵活增减，被测电池可以按照装置最大通道数量实现并行测试极大的提升测试效率。

一个优选方案是，所述锂电池化成分容装置还包括中位机，所述中位机包括第二MCU、网络接口以及第一CAN收发器以及IO控制模块，所述第二MCU经所述第一CAN收发器与所述AC-DC双向电源、所述功率板连接，所述第二MCU经所述IO控制模块与外部散热风扇、外部指示灯连接，所述第二MCU依次经所述网络接口、外部交换机、所述上位机连接。

一个优选方案是，所述功率板还包括板对板连接器，所述桥接板经所述板对板连接器接入四张所述功率板，每张所述功率板集成有十六个通道，每个通道对应与电池产品连接。

一个优选方案是，所述锂电池化成分容装置还包括第二CAN收发器，所述第二CAN收发器的CAN_RX端口和CAN_TX端口分别与所述第一MCU对应的端口连接，所述第二CAN收发器的CAN_H端口、CAN_L端口分别与所述板对板连接器对应的端口连接。

一个优选方案是，所述第一MCU的SCK端口、MISO端口以及_MOSI端口分别与所述模拟前端数字控制器对应的端口连接，所述模拟前端数字控制器的ADBT1_PWM1_P端口、ADBT1_PWM1_N端口与所述DC-DC模块对应的端口连接，所述DC-DC模块的BAT1_P端口、BAT1_N端口与电池产品对应的端口连接。

一个优选方案是，所述第二MCU的CAN_RX端口、CAN_TX端口与所述第一CAN收发器对应的端口连接。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图；

图2是所述功率板的结构框图；

图3是所述中位机的结构框图；

图4是所述功率板的电路原理图；

图5是第一MCU的电路原理图；

图6是所述模拟前端数字控制器的电路原理图；

图7是所述DC-DC模块的电路原理图；

图8是所述第二MCU的电路原理图；

图9是所述第一CAN收发器的电路原理图。

具体实施方式

如图1至图9所示，在本实施例中，本实用新型包括依次连接的AC-DC双向电源1、桥接板2以及上位机3，所述锂电池化成分容装置还包括功率板4，所述功率板4包括依次连接的第一MCU5、模拟前端数字控制器6以及DC-DC模块7,所述DC-DC模块7的电压端与电池产品19的正负极连接，所述AC-DC双向电源1的交流端接入外部三相电网8，所述AC-DC双向电源1的直流端接入所述DC-DC模块7的直流母线，所述桥接板2接入若干所述功率板4。

所述AC-DC双向电源1在正向工作时是将三相380伏特交流电压转换成15伏特直流电压，即在电芯充电时将电网的交流电转换成直流电；所述AC-DC双向电源1在反向工作时是将母线直流电压转换成交流电压并实现将能量循环回馈至电网，即在电芯放电时将母线上的直流转换成交流，所述第一MCU5负责每张所述功率板所有通道在化成分容各个工步的电流电压信息采集，并通过CAN总线向所述上位机3上传数据。另一方面是执行从所述上位机3下发的工步配置，配置的模式主要有恒流充电、恒压充电、恒流放电、搁置和停止等。

在本实施例中，所述锂电池化成分容装置还包括中位机9，所述中位机9包括第二MCU10、网络接口11以及第一CAN收发器12以及IO控制模块13，所述第二MCU10经所述第一CAN收发器12与所述AC-DC双向电源1、所述功率板4连接，所述第二MCU10经所述IO控制模块13与外部散热风扇16、外部指示灯17连接，所述第二MCU10依次经所述网络接口11、外部交换机18、所述上位机3连接。

所述中位机9主要工作是软件任务划分、任务优先级分配、任务间的通信机制，所述中位机9通过所述第一CAN收发器12进行CAN通信，不仅接收来自各个所述功率板4上报的电池测试数据和状态信息，而且接收来自所述AC-DC双向电源1的状态数据，所述中位机9另一端通过网口从所述上位机3获取工步配置信息以及上传测试数据或者状态信息，所述中位机9还需要负责控制外部散热风扇16的启停，控制更新外部指示灯17状态。

在本实施例中，所述功率板4还包括板对板连接器14，所述桥接板2经所述板对板连接器14接入四张所述功率板4，每张所述功率板4集成有十六个通道，每个通道对应与电池产品19连接，所述桥接板2上均匀分布有与所述功率板4相连接的所述板对板连接器14，一张所述桥接板2可以接入四张所述功率板4，所述锂电池化成分容装置可以最大容纳八张所述桥接板2。所述桥接板2上的电路用于区分各个所述功率板4的身份信息，所述桥接板2将所述功率板4的can总线与中位机互联，以实现所述中位机9完成测试工步的下发以及测试数据输送。

在本实施例中，所述锂电池化成分容装置还包括第二CAN收发器15，所述第二CAN收发器15的CAN_RX端口和CAN_TX端口分别与所述第一MCU5对应的端口连接，所述第二CAN收发器15的CAN_H端口、CAN_L端口分别与所述板对板连接器14对应的端口连接。

在本实施例中，所述第一MCU5的SCK端口、MISO端口以及_MOSI端口分别与所述模拟前端数字控制器6对应的端口连接，所述模拟前端数字控制器6的ADBT1_PWM1_P端口、ADBT1_PWM1_N端口与所述DC-DC模块7对应的端口连接，所述DC-DC模块7的BAT1_P端口、BAT1_N端口与电池产品19对应的端口连接，所述第一MCU5的芯片型号为APM32F103RET6，所述模拟前端数字控制器6的芯片型号为ADBT1002BSWZ。

在本实施例中，所述第二MCU10的CAN_RX端口、CAN_TX端口与所述第一CAN收发器12对应的端口连接，所述第二MCU10的芯片型号为STM32F407VET6，所述第一CAN收发器12的芯片型号为SN65HVD232DR。

在本实施例中，所述上位机3安装有用户操作的上位机软件，用户可以登陆软件界面设置以及修改化成或分容流程各个工步的各项参数，实时绘制电池的充放电数据及曲线图等，并能按照客户要求导出所需要的数据及曲线图，数据可导出支持EXCEL/TXT/CSV/JPG等格式的图表文件。

本实用新型的工作原理：

所述DC-DC模块的电压端与电池产品的正负极连接，所述AC-DC双向电源在正向工作时是将三相380伏特交流电压转换成15伏特直流电压，即在电芯充电时将电网的交流电转换成直流电；所述AC-DC双向电源在反向工作时是将母线直流电压转换成交流电压并实现将能量循环回馈至电网。

Claims (6)

1.一种锂电池化成分容装置，包括依次连接的AC-DC双向电源（1）、桥接板（2）以及上位机（3），其特征在于：所述锂电池化成分容装置还包括功率板（4），所述功率板（4）包括依次连接的第一MCU（5）、模拟前端数字控制器（6）以及DC-DC模块（7）,所述DC-DC模块（7）的电压端与电池产品（19）的正负极连接，所述AC-DC双向电源（1）的交流端接入外部三相电网（8），所述AC-DC双向电源（1）的直流端接入所述DC-DC模块（7）的直流母线，所述桥接板（2）接入若干所述功率板（4）。

2.根据权利要求1所述的一种锂电池化成分容装置，其特征在于：所述锂电池化成分容装置还包括中位机（9），所述中位机（9）包括第二MCU（10）、网络接口（11）以及第一CAN收发器（12）以及IO控制模块（13），所述第二MCU（10）经所述第一CAN收发器（12）与所述AC-DC双向电源（1）、所述功率板（4）连接，所述第二MCU（10）经所述IO控制模块（13）与外部散热风扇（16）、外部指示灯（17）连接，所述第二MCU（10）依次经所述网络接口（11）、外部交换机（18）、所述上位机（3）连接。

3.根据权利要求2所述的一种锂电池化成分容装置，其特征在于：所述功率板（4）还包括板对板连接器（14），所述桥接板（2）经所述板对板连接器（14）接入四张所述功率板（4），每张所述功率板（4）集成有十六个通道，每个通道对应与电池产品（19）连接。

4.根据权利要求3所述的一种锂电池化成分容装置，其特征在于：所述锂电池化成分容装置还包括第二CAN收发器（15），所述第二CAN收发器（15）的CAN_RX端口和CAN_TX端口分别与所述第一MCU（5）对应的端口连接，所述第二CAN收发器（15）的CAN_H端口、CAN_L端口分别与所述板对板连接器（14）对应的端口连接。

5.根据权利要求1所述的一种锂电池化成分容装置，其特征在于：所述第一MCU（5）的SCK端口、MISO端口以及_MOSI端口分别与所述模拟前端数字控制器（6）对应的端口连接，所述模拟前端数字控制器（6）的ADBT1_PWM1_P端口、ADBT1_PWM1_N端口与所述DC-DC模块（7）对应的端口连接，所述DC-DC模块（7）的BAT1_P端口、BAT1_N端口与电池产品（19）对应的端口连接。

6.根据权利要求2所述的一种锂电池化成分容装置，其特征在于：所述第二MCU（10）的CAN_RX端口、CAN_TX端口与所述第一CAN收发器（12）对应的端口连接。

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