ES3021245T3 - Series formation system - Google Patents

Abstract

La presente solicitud se refiere al campo técnico de la fabricación de baterías secundarias, y en particular a un sistema de formación en serie. El sistema de formación en serie comprende un módulo de fuente de alimentación y al menos dos módulos de formación. El módulo de fuente de alimentación está conectado en serie a los dos módulos de formación. El módulo de fuente de alimentación suministra energía a los dos módulos de formación. Cada módulo de formación comprende un circuito de control de formación y una celda de batería. El circuito de control de formación está conectado eléctricamente a la celda de batería y controla la magnitud del voltaje aplicado a la celda mediante el módulo de fuente de alimentación y/o la magnitud de la corriente que fluye a través de ella, de modo que la celda conmuta entre un modo de carga de corriente constante y un modo de carga de voltaje constante. Se solucionan los problemas de la técnica anterior, como la baja eficiencia de formación, el coste excesivo y la baja calidad de la formación, mejorando considerablemente la eficiencia de formación, reduciendo el coste y mejorando la calidad del producto. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de formación en serie

CAMPO DE DIVULGACIÓN

La aplicación hace referencia a tecnologías de fabricación de baterías secundarias y, más en particular, a un sistema de formación en serie.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA RELACIONADA

Cuando se forman las baterías, se pueden conectar múltiples baterías en serie. Mediante la conexión de múltiples baterías en serie y la formación al mismo tiempo, se pueden ahorrar de manera efectiva una serie de cables y las pérdidas de energía provocadas por los cables. Cuando se carga la batería hasta un valor de tensión especificado con una corriente constante, esta necesita conmutar a un modo de carga de tensión constante.

No obstante, debido a la fluctuación entre baterías individuales conectadas en serie, los tiempos para alcanzar el valor de tensión especificado durante la carga de corriente constante varían. Para los dispositivos de formación en serie existentes, en primer lugar se colocan múltiples baterías conectadas en serie en un dispositivo de carga de corriente constante para una carga de corriente constante. Cuando algunas de las múltiples baterías conectadas en serie alcanzan el valor de tensión especificado, las baterías que alcanzan el valor de tensión especificado se transfieren a un dispositivo de carga de tensión constante para una carga de tensión constante. En el método de formación mencionado anteriormente, se requieren varios dispositivos para soportar la finalización de un proceso de formación, la eficiencia de formación es baja y se ve afectada la calidad de la batería después de la formación.

El documento CN 110400988 A divulga el preámbulo de la reivindicación 1. El documento CN 109524731 A divulga un circuito de formación en serie que tiene una fuente de corriente constante y fuentes de tensión constante.

COMPENDIO

Basándose en esto, es necesario proporcionar un sistema de formación en serie para los problemas técnicos anteriores.

La invención proporciona un sistema de formación en serie de acuerdo con la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se definen desarrollos adicionales de la invención. Cualesquiera realizaciones y ejemplos de la descripción que no se encuentren dentro del alcance de las reivindicaciones no forman parte de la invención y se proporcionan únicamente con fines ilustrativos.

Durante el proceso de formación, la celda de batería en los dos o más módulos de formación con el valor de tensión inferior al valor de tensión preestablecido está en el modo de carga de corriente constante y la celda de batería con el valor de tensión superior o igual al valor de tensión preestablecido está en el modo de carga de tensión constante. Esto soluciona el problema de la técnica anterior, la formación requiere soportar varios dispositivos, y la batería necesita ser transferida entre varios dispositivos, lo que da como resultado una baja eficiencia de formación y afecta a la calidad de la batería después de la formación. También logra el efecto técnico de la conmutación directa entre la carga de corriente constante y la carga de tensión constante con un dispositivo, y mientras algunas baterías se cargan a corriente constante, algunas baterías se cargan a tensión constante, lo que mejora en gran medida la eficiencia de la formación, reduce los costes y mejora la calidad del producto.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema de formación en serie en una realización.

La figura 2 es un diagrama esquemático de un sistema de formación en serie en otra realización.

La figura 3 es un diagrama esquemático de un sistema de formación en serie en otra realización más.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE REALIZACIONES

Para hacer más evidentes la finalidad, las soluciones técnicas y las ventajas de esta solicitud, la solicitud se describirá adicionalmente con detalle a continuación junto con las figuras y realizaciones anexas. Se debe sobreentender que las realizaciones específicas descritas en la presente solo se utilizan para explicar la solicitud y no se utilizan para limitar esta solicitud.

Además, los términos "primero" y "segundo" se utilizan únicamente con fines descriptivos y no se puede sobreentender que indican o implican la importancia relativa o que indican implícitamente el número de características técnicas indicadas. Por lo tanto, las características definidas con "primero" y "segundo" pueden incluir de manera explícita o implícita al menos una característica. En la descripción de la invención, "múltiple" significa al menos dos, tal como dos, tres, etc., a menos que por el contrario se proporcione una limitación claramente especificada.

En un proceso de producción y fabricación de baterías secundarias, se requiere un proceso de formación después de fabricar una batería, de modo que un material activo en la batería se transforme en un material con un efecto electroquímico normal por medio de una primera carga y se forme una película de pasivación eficaz o una película de interfaz de electrolito sólido en un electrodo (principalmente un electrodo negativo). Para formar una película uniforme de interfaz de electrolito sólido sobre una superficie de un material de electrodo negativo, en primer lugar es necesario en general poner la batería en un dispositivo de carga de corriente constante para una carga de corriente constante. Cuando un valor de tensión de la batería alcanza un valor de tensión preestablecido, la batería se transfiere a un dispositivo de carga de tensión constante para una carga de tensión constante con el fin de completar la formación de la batería. Para este método de formación, la batería se transfiere entre el dispositivo de carga de corriente constante y el dispositivo de carga de tensión constante, lo que requiere que varios dispositivos trabajen juntos y el coste de los dispositivos es alto. Además, la transferencia de la batería de un sitio a otro requiere mucho tiempo y también provoca con facilidad daños a la batería, lo que afecta en gran medida a la calidad y la eficiencia de producción de la batería.

Para ello, haga referencia a la figura 1. En una realización de la solicitud, se proporciona un sistema de formación en serie para la formación de baterías. El sistema de formación en serie incluye: un módulo de alimentación 100 y al menos dos módulos de formación.

El módulo de alimentación 100 está conectado en serie con los dos o más módulos de formación y cada módulo de formación está conectado en serie. El módulo de alimentación 100 se utiliza para suministrar energía a cada módulo de formación. En una realización, el módulo de alimentación 100 es una fuente de corriente constante y la corriente fluye desde un extremo de salida de corriente del módulo de alimentación 100, pasa a través de diversos módulos de formación conectados en serie sucesivamente y alcanza un extremo de entrada de corriente del módulo de alimentación 100. Debido a que el módulo de alimentación 100 es una fuente de corriente constante y cada módulo de formación está conectado en serie con el módulo de alimentación 100, la corriente que fluye hacia cada módulo de formación es igual y su magnitud se mantiene invariable. Además, la salida de corriente constante del módulo de alimentación 100 se puede ajustar de acuerdo con los requisitos de formación reales de producción, lo cual no está limitado en esta solicitud. Además, se proporcionan al menos dos módulos de formación para realizar la formación de múltiples baterías al mismo tiempo con el fin de mejorar la eficiencia de producción.

Cada módulo de formación incluye: un circuito de control de formación 300 y una celda de batería 200. El circuito de control de formación 300 está conectado eléctricamente con la celda de batería 200. El circuito de control de formación 300 está configurado para controlar una tensión aplicada por el módulo de alimentación 100 a la celda de batería 200 o para controlar el flujo de una corriente proporcionada por el módulo de alimentación 100 a través de la celda de batería 200, de modo que se pueda conmutar la celda de batería 200 entre un modo de carga de corriente constante y un modo de carga de tensión constante. Asimismo, la salida de corriente y/o tensión del módulo de alimentación 100 se introduce en la celda de batería 200 después que se ajuste mediante el circuito de control de formación 300. Cuando la celda de batería 200 está en el modo de carga de corriente constante, la celda de batería 200 está en un estado de carga de corriente constante. La corriente de carga que pasa a través de la celda de batería 200 es constante y cambia la tensión de carga entre dos extremos de la celda de batería 200. Cuando la celda de batería 200 está en el modo de carga de tensión constante, la tensión de carga aplicada entre los dos extremos de la celda de batería 200 es constante y cambia la corriente de carga que pasa a través de la celda de batería 200.

En una realización, cuando el módulo de alimentación 100 es una fuente de corriente constante, la salida de corriente constante del módulo de alimentación 100 se ajusta mediante el circuito de control de formación 300 y posteriormente fluye hacia la celda de batería 200. Cuando el circuito de control de formación 300 controla la corriente que fluye hacia la celda de batería 200 para que sea constante, la celda de batería 200 está en el estado de carga de corriente constante. Cuando el circuito de control de formación 300 controla el cambio de la corriente que sale de la celda de batería 200, de modo que la tensión entre los dos extremos de la celda de batería 200 sea constante, la celda de batería 200 está en un estado de carga de tensión constante.

En un proceso de formación de baterías, en cada módulo de formación, la celda de batería 200 con un valor de tensión inferior a un valor de tensión preestablecido está en el modo de carga de corriente constante y la celda de batería 200 con un valor de tensión superior o igual al valor de tensión preestablecido está en el modo de carga de tensión constante. En concreto, cuando el módulo de alimentación 100 es la fuente de corriente constante, el valor de tensión de la celda de batería 200 se monitoriza en tiempo real durante el proceso de formación de la batería, y para la celda de batería 200 con el valor de tensión inferior al valor de tensión preestablecido, el circuito de control de formación 300 controla la corriente que fluye a través de ella para que sea constante con el fin de hacerlo en el modo de carga de corriente constante y para la celda de batería 200 con el valor de tensión superior o igual al valor de tensión preestablecido, el circuito de control de formación 300 ajusta el cambio de la corriente que fluye a través de ella con el fin de hacerlo en el modo de carga de tensión constante. Se puede establecer una magnitud del valor de tensión preestablecido de acuerdo con los requisitos de producción reales, lo cual no está limitado en esta solicitud.

Asimismo, debido a que un valor de tensión de la celda de batería 200 antes de la formación es muy pequeño, inevitablemente será menor que el valor de tensión preestablecido mencionado anteriormente. Por lo tanto, durante el proceso de formación, un valor de tensión inicial de la celda de batería 200 en cada módulo de formación es inferior al valor de tensión preestablecido. Es decir, durante el proceso de formación, el circuito de control de formación 300 en cada módulo de formación controla la corriente que fluye a través de la celda de batería 200 para que sea constante, de modo que la celda de batería 200 en cada módulo de formación esté en primer lugar en el modo de carga de corriente constante para la carga, como cada módulo de formación está conectado en serie con el módulo de alimentación 100, la corriente que pasa a través de cada celda de batería 200 es igual y se mantiene constante.

Durante un proceso de carga de corriente constante, el valor de tensión de cada celda de batería 200 continúa aumentando. En un proceso de producción real, debido a la fluctuación entre las celdas de batería, hay diferencias de los valores de tensión iniciales de las celdas de batería 200 y diferencias de las velocidades de aumento de tensión durante el proceso de carga de corriente constante. Esto hace que los tiempos para que las celdas de batería 200 alcancen el valor de tensión preestablecido sean desiguales, es decir, algunas celdas de batería 200 entre estas celdas de batería 200 alcanzan el valor de tensión preestablecido con antelación y los valores de tensión de las celdas de batería 200 restantes siguen siendo inferiores al valor de tensión preestablecido. En este caso, el circuito de control de formación 300 conmuta directamente la celda de batería 200 con el valor de tensión superior o igual al valor de tensión preestablecido del modo de carga de corriente constante al modo de carga de tensión constante. En concreto, cuando el módulo de alimentación 100 es una fuente de corriente constante, el circuito de control de formación 300 ajusta la corriente que fluye a través de la celda de batería 200 con la tensión superior o igual al valor de tensión preestablecido, de modo que esta conmute directamente del modo de carga de corriente constante al modo de carga de tensión constante. Las celdas de batería 200 restantes, con los valores de tensión inferiores al valor de tensión preestablecido, aún se cargan en el modo de carga de corriente constante.

Con el sistema de formación en serie anterior es posible formar simultáneamente múltiples celdas de batería 200 al mismo tiempo, lo que mejora la eficiencia de la formación. Además, durante el proceso de formación, todas las celdas de batería 200 están en primer lugar en el modo de carga de corriente constante, de modo que continúe el aumento del valor de tensión de cada celda de batería 200. Posteriormente, las celdas de batería 200 con el valor de tensión superior o igual al valor de tensión preestablecido se conmutan directamente del modo de carga de corriente constante al modo de carga de tensión constante para lograr un efecto técnico de carga de algunas de las celdas de batería 200 en un sistema de formación en serie con corriente constante mientras se cargan algunas de las celdas de batería 200 con una tensión constante. No hay necesidad de transferir las celdas de batería de un sitio a otro entre el dispositivo de carga de corriente constante y el dispositivo de carga de tensión constante, y solo se necesita un dispositivo para realizar una carga de corriente constante y una carga de tensión constante en la celda de batería 200, lo que ahorra el coste de los dispositivos y de la ocupación de espacio. Además, como se elimina la transferencia entre el dispositivo de carga de corriente constante y el dispositivo de carga de tensión constante, se ahorra tiempo y se mejora la eficiencia de producción, al tiempo que se evitan arañazos en las superficies de la celda de batería 200 durante el proceso de transferencia, lo que mejora de este modo la calidad del producto.

Además, con el sistema de formación en serie anterior, durante el proceso de formación, las celdas de batería 200 con el valor de tensión superior o igual al valor de tensión preestablecido se conmutan directamente del modo de carga de corriente constante al modo de carga de tensión constante. No hay necesidad de esperar a que todas las celdas de batería 200 alcancen el valor de tensión preestablecido antes de realizar una carga de tensión constante en todas, lo que mejora la eficiencia de formación, evita el desaprovechamiento de energía eléctrica provocado por la sobrecarga, ahorra recursos y reduce el coste. Por otra parte, una conexión fluida entre el modo de carga de corriente constante y el modo de carga de tensión constante hace que la película de interfaz de electrolito sólida generada durante la formación de la celda de batería 200 sea más densa y las propiedades electroquímicas de la celda de batería 200 son más estables. En comparación con la carga de tensión constante en un intervalo posterior a la carga de corriente constante, se mejora enormemente la calidad del producto de la celda de batería 200.

Además, cuando la celda de batería 200 alcanza el valor de tensión preestablecido, una carga de corriente constante que continúa sin conmutar al modo de carga de tensión constante para la carga, provocará con facilidad que la celda de batería 200 se polarice en exceso, lo que afecta de este modo a la calidad del producto de la celda de batería 200. Y los tiempos para que cada celda de batería 200 alcance el valor de tensión preestablecido son desiguales, esperar que todas las celdas de batería alcancen el valor de tensión preestablecido antes de realizar una carga de tensión constante aún provocan duraciones desiguales de carga de corriente constante excesiva para cada celda de batería 200, lo que no solo afecta a la calidad del producto de las celdas de batería 200, sino que también hace que la calidad de las celdas de batería 200 formadas en el mismo lote en el sistema de formación en serie sea desigual, lo que no favorece la uniformidad de los productos. Por lo tanto, cada celda de batería 200 en el sistema de formación en serie se puede conmutar a un modo de carga de tensión constante inmediatamente después de alcanzar el valor de tensión preestablecido, lo cual no solo garantiza la calidad de formación de cada celda de batería 200, sino que también garantiza la uniformidad de las múltiples celdas de batería 200, de modo que las celdas de batería 200 después de la formación sean todas productos de alta calidad con propiedades electroquímicas extremadamente similares.

Cabe destacar que el sistema de formación en serie proporcionado en la solicitud puede reducir la pérdida de línea en comparación con un dispositivo de formación no en serie. Además, debido a que la corriente que pasa a través de cada celda de batería 200 conectada en serie debe ser igual, también se puede mejorar la uniformidad de cada celda de batería 200 después de completar la formación.

Cada módulo de formación incluye: un extremo de entrada de energía y un extremo de salida de energía. Cuando los múltiples módulos de formación están conectados en serie, en la dirección de conexión en serie, un extremo de entrada de energía del módulo de formación posterior está conectado eléctricamente con un extremo de salida de energía del módulo de formación anterior. Y en una dirección de conexión en serie, un extremo de entrada de energía de un primer módulo de formación está conectado eléctricamente con un electrodo positivo del módulo de alimentación 100, y un extremo de salida de energía de un último módulo de formación está conectado con un electrodo negativo del módulo de alimentación 100. En concreto, tal como se muestra en la figura 1, cuando el módulo de alimentación 100 es una fuente de corriente constante, la corriente fluye desde el electrodo positivo del módulo de alimentación 100, fluye hacia el primer módulo de formación a través del extremo de entrada de energía del primer módulo de formación en la dirección de conexión en serie, a continuación sale por el extremo de salida de energía del primer módulo de formación, a continuación fluye hacia un segundo módulo de formación a través del extremo de entrada de energía del segundo módulo de formación, posteriormente sale por el extremo de salida de energía del segundo módulo de formación y así sucesivamente, hasta que pasa a través de un extremo de entrada de energía del último módulo de formación en la dirección de conexión en serie hacia el último módulo de formación y, posteriormente, la corriente sale por el extremo de salida de energía del último módulo de formación y regresa al electrodo negativo del módulo de alimentación 100, lo que forma, por tanto, un circuito en serie. En el circuito de serie, las corrientes que pasan a través de varios módulos de formación tienen la misma magnitud. Opcionalmente, la corriente entra por el extremo de entrada de energía, pasa a través del circuito de control de formación 300 y la celda de batería 200 en el módulo de formación sucesivamente y sale por el extremo de salida de energía. Cabe destacar que la dirección de conexión en serie va desde el electrodo positivo del módulo de alimentación 100, a través de cada uno de los módulos de formación sucesivamente, y de vuelta al electrodo negativo del módulo de alimentación 100. El electrodo positivo del módulo de alimentación 100 puede ser el extremo de salida de energía del módulo de alimentación 100 y el electrodo negativo puede ser el extremo de entrada de energía del módulo de alimentación 100, lo cual no está limitado en esta solicitud.

Haciendo referencia a la figura 2, cada circuito de control de formación 300 incluye: un primer módulo de filtro 310, un módulo de limitación de corriente 320, un módulo de conmutación 330 y un segundo módulo de filtro 340. Cada módulo de formación incluye un extremo de entrada de energía A y un extremo de salida de energía B. Un extremo del primer módulo de filtro 310 está conectado eléctricamente con el extremo de entrada de energía A y otro extremo del primer módulo de filtro 310 está conectado eléctricamente con el extremo de salida de energía B. Un extremo del módulo de limitación de corriente 320 está conectado eléctricamente con el terminal de entrada de energía A, y otro extremo del módulo de limitación de corriente 320 está conectado eléctricamente con el módulo de conmutación 300. Un extremo del segundo módulo de filtro 340 está conectado eléctricamente con el módulo de conmutación 330 y otro extremo del segundo módulo de filtro 340 está conectado eléctricamente con el extremo de salida de energía B. Un extremo de la celda de batería 200 está conectado eléctricamente con el módulo de conmutación 330 y otro extremo de la celda de batería 200 está conectado eléctricamente con el extremo de salida de energía B. El módulo de conmutación 330 está conectado eléctricamente además con el extremo de salida de energía B. El módulo de conmutación 330 incluye al menos un primer estado y un segundo estado. Cuando el módulo de conmutación 330 está en el primer estado, la corriente fluye desde el extremo de entrada de energía A, a través del módulo de limitación de corriente 320, el módulo de conmutación 330 y el extremo de salida de energía B sucesivamente. Cuando el módulo de conmutación está en el segundo estado, la corriente fluye desde el extremo de entrada de energía A, a través del módulo de limitación de corriente 320, el módulo de conmutación 330, la celda de batería 200 y el extremo de salida de energía B sucesivamente. Cabe destacar que el módulo de conmutación 330 puede incluir otros estados para otros fines, lo cual no está limitado en esta solicitud.

En concreto, el circuito de control de formación 300 controla la tensión aplicada por el módulo de alimentación 100 a la celda de batería 200 o la corriente proporcionada por el módulo de alimentación 100 para que fluya a través de la celda de batería 200, de modo que la celda de batería 200 conmute entre el modo de carga de corriente constante y el modo de carga de tensión constante, lo cual se realiza principalmente mediante la conmutación del módulo de conmutación 330 entre el primer estado y el segundo estado. Cuando el módulo de conmutación 330 está continuamente en el segundo estado, el circuito de control de formación 300 controla que la celda de batería 200 esté en un modo de carga de corriente constante. Cuando el módulo de conmutación 330 conmuta repetidamente entre el primer estado y el segundo estado, el circuito de control de formación 300 controla que la celda de batería 200 esté en un modo de carga de tensión constante. Opcionalmente, el módulo de conmutación 330 puede incluir un conmutador unipolar de dos direcciones, un conmutador CMOS, un módulo de conmutación compuesto por múltiples conmutadores, etc., siempre que pueda conmutar la dirección de flujo de corriente. La solicitud no limita esto.

Tomando el módulo de alimentación 100 como una fuente de corriente constante a modo de ejemplo, cuando el módulo de conmutación 330 está continuamente en el segundo estado, la corriente fluye desde el extremo de entrada de energía A, a través del módulo de limitación de corriente 320, el módulo de conmutación 330, la celda de batería 200 y el extremo de salida de energía B sucesivamente, y la celda de batería 200 está en el modo de carga de corriente constante. Dicho de otro modo, durante el proceso de formación, en primer lugar, los módulos de conmutación 330 en el circuito de control de formación 300 de cada módulo de formación continúan estando en el segundo estado. Una corriente constante entra desde el extremo de entrada de energía A de cada módulo de formación y sale desde el extremo de salida de energía B. Cada celda de batería 200 está en el modo de carga de corriente constante, la corriente de carga de cada celda de batería 200 tiene la misma magnitud y continúa el aumento del valor de tensión de cada celda de batería 200. En este caso, el módulo de limitación de corriente 320, el primer módulo de filtro 310 y el segundo módulo de filtro 340 proporcionan principalmente la función de filtrado.

En el modo de carga de corriente constante, cuando el valor de tensión de la celda de batería 200 es superior o igual al valor de tensión preestablecido, el módulo de conmutación 330 comienza a conmutar repetidamente entre el primer estado y el segundo estado para ajustar la corriente que fluye a través de la celda de batería 200, lo que ajusta así el valor de la tensión de carga de la celda de batería 200, de modo que la celda de batería 200 esté en el modo de carga de tensión constante. En concreto, el estado del módulo de conmutación 330 cambia periódicamente con una frecuencia determinada y un tiempo cuando el módulo de conmutación 330 conmuta del primer estado al segundo estado se define como un periodo de cambio. En el modo de carga de tensión constante, el módulo de conmutación 330 ajusta la corriente que fluye a través de la celda de batería 200 mediante el control de un tiempo en el que el módulo de conmutación 330 está en el primer estado y en el segundo estado en un periodo, de manera que se ajusten las tensiones entre los dos extremos de la celda de batería 200, de modo que la celda de batería 200 esté en el modo de carga de tensión constante. Cabe destacar que se puede establecer una frecuencia de un cambio periódico del módulo de conmutación 330 de acuerdo con los requisitos de producción reales, lo cual no está limitado en esta solicitud.

Además, en el modo de carga de tensión constante, a medida que aumenta gradualmente el valor de tensión de la celda de batería 200, se hace más largo el tiempo que el módulo de conmutación 330 está en el primer estado en un periodo de cambio y se hace más corto el tiempo que el módulo de conmutación 330 está en el segundo estado. Esto provoca que disminuya gradualmente la corriente que fluye a través de la celda de batería 200, aunque en este proceso, la corriente que pasa a través del extremo de entrada de energía A y el extremo de salida de energía B del módulo de formación se mantiene sin cambios. Por lo tanto, en el sistema de formación en serie proporcionado por la solicitud, la conmutación de los modos de carga de la celda de batería 200 en un único módulo de formación no afectará a la corriente que fluye hacia los extremos de entrada de energía de otros módulos de formación, es decir, no afectará a los modos de carga de la celda de batería 200 en otros módulos de formación. Por lo tanto, el sistema de formación en serie proporcionado por la solicitud puede realizar la conmutación de la celda de batería 200 entre el modo de carga de corriente constante y el modo de carga de tensión constante, y también realizar la carga de algunas de las celdas de batería 200 con la corriente constante mientras se cargan algunas de las celdas de batería 200 con la tensión constante.

Opcionalmente, haciendo referencia a la figura 2, el módulo de conmutación 330 incluye una primera unidad de conmutación 331 y una segunda unidad de conmutación 332. Un primer extremo de la primera unidad de conmutación 331 está conectado eléctricamente con el módulo de limitación de corriente y un segundo extremo de la primera unidad de conmutación 331 está conectado eléctricamente con el extremo de salida de energía. Un primer extremo de la segunda unidad de conmutación 332 está conectado eléctricamente con el módulo de limitación de corriente, un extremo de la celda de batería 200 está conectado eléctricamente con un segundo extremo de la segunda unidad de conmutación 332 y otro extremo de la celda de batería 200 está conectado eléctricamente con el extremo de salida de energía B. Cuando el módulo de conmutación 330 está en el primer estado, la primera unidad de conmutación 331 está activada, la segunda unidad de conmutación 332 está desactivada y la corriente fluye desde el extremo de entrada de energía A, a través del módulo de limitación de corriente 320, la primera unidad de conmutación 331 y el extremo de salida de energía B. Cuando el módulo de conmutación 330 está en el segundo estado, la segunda unidad de conmutación 332 está activada, la primera unidad de conmutación 331 está desactivada y la corriente fluye desde el extremo de entrada de energía A, a través del módulo de limitación de corriente 320, la segunda unidad de conmutación 332, la celda de batería 200 y el extremo de salida de energía B.

Haciendo referencia a la figura 3, en una realización de la solicitud, el módulo de limitación de corriente 320 incluye una bobina L1, el primer módulo de filtro 310 incluye un condensador C1, y el segundo módulo de filtro 340 incluye un condensador C2. La primera unidad de conmutación 331 y la segunda unidad de conmutación 332 incluyen un transistor semiconductor de óxido metálico (MOS). La corriente que fluye hacia el extremo de entrada de energía A se denota como I, la corriente que fluye a través de la primera unidad de conmutación 331 se denota como I1 y la corriente que fluye a través de la celda de batería 200 se denota como I2.

Durante el proceso de formación, en cada módulo de formación, se activa la segunda unidad de conmutación 332, se desactiva la primera unidad de conmutación 331 y la corriente que fluye a través de la celda de batería 200 es I2=I, donde I1=0 e I1+I2=I. En este caso, la celda de batería 200 está en el modo de carga de corriente constante y el primer módulo de filtro 310, el módulo de limitación de corriente 320 y el segundo módulo de filtro 340 funcionan como un filtro de CC.

Cuando el valor de tensión de la celda de batería 200 alcanza el valor de tensión preestablecido, la primera unidad de conmutación 331 y la segunda unidad de conmutación 332 se activan y desactivan de manera alternada con una frecuencia determinada, es decir, el módulo de conmutación 330 conmuta entre el primer estado y el segundo estado, de modo que la celda de batería 200 esté en el modo de carga de tensión constante. En este caso, el primer módulo de filtro 310, el módulo de limitación de corriente 320, la primera unidad de conmutación 331, la segunda unidad de conmutación 332 y el segundo módulo de filtro 340 forman un circuito de refuerzo. Mediante el control de las relaciones de trabajo de la primera unidad de conmutación 331 y la segunda unidad de conmutación 332, se puede controlar la corriente que fluye a través de la celda de batería 200, es decir, se pueden controlar las tensiones entre los dos extremos de la celda de batería 200, por lo que se realiza así una carga de tensión constante.

En concreto, en el modo de carga de tensión constante, cuando está desactivada la primera unidad de conmutación 331, la tensión a través del condensador C1 es igual a la tensión a través de la celda de batería 200 y la corriente que fluye a través de la bobina L1 es igual a la corriente I que fluye a través del extremo de entrada de energía A. Como la corriente que fluye a través de la bobina L1 no puede cambiar de manera repentina, la corriente que pasa a través de la bobina L1 aumentará gradualmente comenzando a partir de I una vez que la relación de trabajo de la primera unidad de conmutación 331 sea mayor de cero y se active la primera unidad de conmutación 331. En este caso, la corriente que fluye a través del extremo de entrada de energía A ya no puede cargar el condensador C1 e incluso una pequeña parte de la energía del condensador C1 también cargará la bobina L1 para mantener el aumento de corriente de la bobina L1. Por lo tanto, el valor de tensión a través del condensador C1 será inferior al valor de tensión de la celda de batería 200. En este caso, siempre que se controle la relación de trabajo de la primera unidad de conmutación 331 en el circuito de refuerzo, se puede controlar el valor de tensión a través del condensador C2, que es el valor de tensión a través de la celda de batería 200, para lograr la carga de tensión constante. A medida que aumenta gradualmente el valor de tensión de la celda de batería 200, se hace más grande la relación de trabajo de la primera unidad de conmutación 331 y se incrementa la corriente I1 correspondiente que fluye a través de la primera unidad de conmutación 331, y se hace menor la relación de trabajo de la segunda unidad de conmutación 332 y se reduce la corriente I2 correspondiente que fluye a través de la celda de batería 200. En este proceso, siempre se mantendrá I1+I2=I, de modo que en una estructura de carga en serie se pueda reducir gradualmente la corriente I2 que pasa a través de la celda de batería 200 y se pueda cargar la celda de batería 200 a una tensión constante mientras que la corriente que fluye hacia los extremos de entrada de energía de otros módulos de formación no se verá afectada. Es decir, el sistema de formación en serie proporcionado por la solicitud no solo puede conmutar la celda de batería 200 entre el modo de carga de corriente constante y el modo de carga de tensión constante, sino también realizar, sin desconectar el circuito, la carga de algunas celdas de batería 200 con una corriente constante y la carga de algunas de las celdas de batería 200 conmutadas del modo de carga de corriente constante al modo de carga de tensión constante. Además, la energía eléctrica proporcionada por el módulo de alimentación 100 se utiliza en su totalidad para la carga, lo que ahorra energía y es eficiente. Además, como la solicitud adopta una estructura de formación en serie, la conmutación entre una carga de corriente constante y una carga de tensión constante dentro de un único módulo de formación no afectará a la corriente que fluye hacia los extremos de entrada de energía de otros módulos de formación. Por lo tanto, en el sistema de formación en serie proporcionado por la solicitud, cuando se conmuta entre el modo de carga de corriente constante y el modo de carga de tensión constante, una velocidad de conmutación es rápida, y la corriente que fluye hacia el extremo de entrada de energía de cada módulo de formación no fluctúa, de este modo se evita el daño a la celda de batería 200 provocado por las fluctuaciones de corriente durante la conmutación entre la carga de corriente constante y la carga de tensión constante, y se mejora la calidad de la celda de batería 200 después de la formación.

Además, el condensador C1 también desempeña un papel a la hora de eliminar un impacto instantáneo en la tensión de entrada. El impacto instantáneo proviene de la inductancia de la línea y de la conmutación de zonas muertas de otros módulos de formación. Evita la inestabilidad de la corriente de carga provocada por un salto de la tensión de entrada. El condensador C2 desempeña además un papel a la hora de eliminar el efecto sobre la fluctuación procedente de la inductancia de la línea de salida y la resistencia de contacto del lecho de agujas de la celda de batería 200.

Opcionalmente, haciendo referencia a la figura 2, en una realización de la solicitud, el módulo de formación incluye además un módulo de monitorización 360. El módulo de monitorización 360 está conectado eléctricamente con la celda de batería 200 y el módulo de monitorización 360 está configurado para detectar el valor de tensión de la celda de batería 200. El módulo de monitorización 360 está conectado eléctricamente además con el circuito de control de formación 300. El circuito de control de formación 300 controla la tensión aplicada por el módulo de alimentación 100 a la celda de batería 200 o controla la corriente proporcionada por el módulo de alimentación 100 para que fluya a través de la celda de batería 200 bajo el control del módulo de monitorización 360, de modo que la celda de batería 200 conmute entre el modo de carga de corriente constante y los modos de carga de tensión constante. En concreto, el módulo de monitorización 360 incluye un microordenador de un solo chip. El módulo de monitorización 360 está conectado con la celda de batería 200 y con el módulo de conmutación 330 respectivamente. El módulo de monitorización 360 controla el módulo de conmutación 330 para que conmute entre el primer estado y el segundo estado de acuerdo con el valor de tensión detectado de la celda de batería 200. Por ejemplo, el módulo de monitorización 360 puede enviar una señal de modulación y demodulación a la primera unidad de conmutación 331 y la segunda unidad de conmutación 332 para controlar la primera unidad de conmutación 331 y la segunda unidad de conmutación 332, con el fin de activar o desactivar, es decir, controlar la relación de trabajo de la primera unidad de conmutación 331 y la segunda unidad de conmutación 332.

Opcionalmente, haciendo referencia a la figura 3, el sistema de formación en serie también incluye un sistema de monitorización maestro 400. El sistema de monitorización maestro 400 se comunica con el módulo de monitorización 360 en cada módulo de formación. El sistema de monitorización maestro 400 está configurado para recibir parámetros realimentados desde el módulo de monitorización 360, procesar los parámetros y controlar el módulo de conmutación 330 a través del módulo de monitorización 360 de acuerdo con un resultado de procesamiento. Los parámetros realimentados por el módulo de monitorización 360 incluyen el valor de tensión de la celda de batería 200, la tensión aplicada a la celda de batería 200, una temperatura de la celda de batería 200, la corriente que fluye a través de la celda de batería 200, el estado del módulo de conmutación 330, etc., los cuales no están limitados en la solicitud. Además, el sistema de monitorización maestro 400 se puede proporcionar para monitorizar y controlar directamente los parámetros de cada módulo de formación sin el módulo de monitorización 360. Opcionalmente, el sistema de monitorización maestro 400 puede ser un ordenador principal, un ordenador, etc., lo cual no está limitado en las realizaciones de la solicitud.

Opcionalmente, el circuito de control de formación también incluye un módulo de conexión contra la inversión (no se muestra en las figuras), un extremo del módulo de conexión contra la inversión está conectado eléctricamente con la celda de batería 200 y otro extremo está conectado eléctricamente con el extremo de salida de energía. El módulo de conexión contra la inversión está configurado para impedir un cortocircuito provocado por una conexión inversa de las celdas de batería.

Cabe destacar que el módulo de alimentación 100 en una realización de la solicitud incluye, aunque sin carácter limitante, una fuente de corriente constante, siempre que pueda proporcionar una corriente constante para cada módulo de formación conectado en serie. La solicitud no limita esto.

Opcionalmente, en una realización de la solicitud, cuando la celda de batería 200 se carga en el modo de carga de tensión constante durante un periodo de tiempo y tras completar la formación, el módulo de conmutación 330 continúa manteniendo el primer estado, la celda de batería 200 se desconecta del circuito de carga y la corriente fluye desde el extremo de entrada de energía a través del módulo de limitación de corriente 320, el módulo de conmutación 330 y el extremo de salida de energía sucesivamente, y posteriormente fluye hacia el extremo de entrada de energía del siguiente módulo de formación en la dirección de conexión en serie. En concreto, la primera unidad de conmutación 331 se activa de manera continua, la segunda unidad de conmutación 332 se desactiva de manera continua y la corriente fluye desde el extremo de entrada de energía, a través del módulo de limitación de corriente 320, la primera unidad de conmutación 331 y el extremo de salida de energía sucesivamente, y posteriormente fluye hacia el siguiente módulo de formación en la dirección de conexión en serie, mientras la corriente sigue siendo igual a I. En este caso, la celda de batería 200 que ha completado la formación se puede extraer del sistema de formación en serie y entrar en un proceso posterior. Esto no solo impide la sobrecarga de la celda de batería 200, mejora la calidad de la celda de batería 200 e impide el desaprovechamiento de energía, sino que también mejora la productividad.

Opcionalmente, en una realización de la solicitud, el módulo de alimentación 100 puede estar conectado eléctricamente además con el módulo de monitorización maestro 400. El módulo de alimentación 100 está configurado para enviar energía eléctrica al módulo de formación bajo el control del módulo de monitorización maestro 400. Además, también se puede proporcionar un módulo de control especial para controlar el módulo de alimentación 100, con el fin de enviar energía eléctrica al módulo de formación, por ejemplo, para controlar el módulo de alimentación 100 con el fin de enviar una corriente constante al módulo de formación, lo cual no está limitado en la solicitud.

En resumen, el sistema de formación en serie proporcionado por la solicitud puede realizar la formación simultánea de múltiples celdas de batería, lo cual mejora la eficiencia de la formación. Además, durante el proceso de formación, las celdas de batería se pueden conmutar entre la carga de corriente constante y la carga de tensión constante. No hay necesidad de transferir las celdas de batería de un sitio a otro entre el dispositivo de carga de corriente constante y el dispositivo de carga de tensión constante, y solo se necesita un dispositivo para realizar la carga de corriente constante y la carga de tensión constante en la celda de batería 200, lo que ahorra el coste de los dispositivos y del espacio ocupado. Como se elimina la transferencia entre el dispositivo de carga de corriente constante y el dispositivo de carga de tensión constante, se ahorra tiempo y se mejora la eficiencia de producción, al tiempo que también se evitan arañazos superficiales de la celda de batería 200 que resultan del proceso de transferencia, lo que mejora de este modo la calidad del producto.

Además, durante el proceso de formación, las celdas de batería, que se cargan con corriente constante a un mismo tiempo, con una tensión superior o igual al valor de tensión preestablecido, se conmutan directamente del modo de carga de corriente constante al modo de carga de tensión constante, mientras las celdas de batería restantes siguen en el modo de carga de corriente constante. No hay necesidad de esperar a que todas las celdas de batería 200 alcancen el valor de tensión preestablecido antes de realizar una carga de tensión constante en todas y no hay necesidad de desconectar el circuito de carga, todo el proceso es continuo y el proceso de carga es ininterrumpido, lo que mejora la eficiencia de formación, evita el desaprovechamiento de energía eléctrica provocado por la sobrecarga, ahorra recursos y reduce el coste. Por otra parte, una conexión fluida entre el modo de carga de corriente constante y el modo de carga de tensión constante hace que la película de interfaz de electrolito sólida generada durante la formación de la celda de batería 200 sea más densa y las propiedades electroquímicas de las celdas de batería son más estables. En comparación con la carga de tensión constante en un intervalo posterior a la carga de corriente constante, se mejora enormemente la calidad del producto de las celdas de batería.

Además, cuando la celda de batería alcanza el valor de tensión preestablecido, si se continúa con la carga de corriente constante sin conmutar al modo de carga de tensión constante para la carga, esto provocará con facilidad que la celda de batería se polarice en exceso, lo que afecta de este modo a la calidad del producto de la celda de batería. Y el tiempo para que cada celda de batería alcance el valor de tensión preestablecido es desigual, esperar que todas las celdas de batería alcancen el valor de tensión preestablecido antes de realizar una carga de tensión constante aún provocan duraciones desiguales de carga de corriente constante excesiva para cada celda de batería, lo que no solo afecta a la calidad del producto de las celdas de batería, sino que también hace que la calidad de las celdas de batería formadas en el mismo lote en el sistema de formación en serie sea desigual, lo que no favorece la uniformidad de los productos. Por lo tanto, cada celda de batería en el sistema de formación en serie se puede conmutar a un modo de carga de tensión constante inmediatamente después de alcanzar el valor de tensión preestablecido, lo cual no solo garantiza la calidad de formación de cada celda de batería, sino que también garantiza la uniformidad de las múltiples celdas de batería, de modo que las celdas de batería después de la formación sean todas productos de alta calidad con propiedades electroquímicas extremadamente similares, y de manera más conveniente de modo que formen un módulo de batería con múltiples celdas de batería para su utilización.

Las diversas características técnicas de las realizaciones anteriores se pueden combinar de manera arbitraria. Para hacer la descripción concisa, en las realizaciones anteriores no se describen todas las combinaciones posibles de las diversas características técnicas. No obstante, siempre que no haya contradicción en la combinación de estas características técnicas se debe considerar que se encuentra dentro del alcance descrito en la solicitud.

Las realizaciones anteriores solo describen varias implementaciones de la solicitud y las descripciones son más específicas y detalladas aunque, por tanto, no se pueden considerar como limitaciones del alcance de las patentes de invención. Cabe destacar que para aquellos con un conocimiento ordinario en la técnica, con la premisa de no alejarse del concepto de la solicitud, también se pueden realizar diversas modificaciones y mejoras, las cuales se encuentran dentro del alcance de protección de la solicitud. Por lo tanto, el alcance de protección de la solicitud estará sujeto a las reivindicaciones adjuntas.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de formación en serie configurado para la formación de baterías, el sistema de formación en serie comprende: un módulo de alimentación (100) y al menos dos módulos de formación,

en donde el módulo de alimentación (100) está conectado con los dos o más módulos de formación en serie, los dos o más módulos de formación están conectados entre sí en serie y el módulo de alimentación (100) está configurado para suministrar energía a los dos o más módulos de formación;

en donde cada uno de los módulos de formación comprende: un circuito de control de formación (300) y una celda de batería (200), un extremo de entrada de energía (A) y un extremo de salida de energía (B);

en donde el circuito de control de formación (300) comprende: un módulo de conmutación (330); caracterizado por que

el circuito de control de formación (300) comprende además: un primer módulo de filtro (310), un módulo de limitación de corriente (320) y un segundo módulo de filtro (340);

en donde un extremo del primer módulo de filtro (310) está conectado eléctricamente con el extremo de entrada de energía (A) y otro extremo del primer módulo de filtro (310) está conectado eléctricamente con el extremo de salida de energía (B);

en donde un extremo del módulo de limitación de corriente (320) está conectado eléctricamente con el extremo de entrada de energía (A) y otro extremo del módulo de limitación de corriente (320) está conectado eléctricamente con el módulo de conmutación (330);

en donde un extremo del segundo módulo de filtro (340) está conectado eléctricamente con el módulo de conmutación (330) y otro extremo del segundo módulo de filtro (340) está conectado eléctricamente con el extremo de salida de energía (B);

en donde un extremo de la celda de batería (200) está conectado eléctricamente con el módulo de conmutación (330) y otro extremo de la celda de batería (200) está conectado eléctricamente con el extremo de salida de energía (B); en donde el módulo de conmutación (330) está conectado eléctricamente con el extremo de salida de energía (B); en donde el circuito de control de formación (300) está configurado para controlar una tensión aplicada por el módulo de alimentación (100) a la celda de batería (200) o para controlar el flujo de una corriente proporcionada por el módulo de alimentación (100) a través de la celda de batería (200), de modo que la celda de batería (200) conmute entre un modo de carga de corriente constante y un modo de carga de tensión constante.

en donde, durante un proceso de formación, la celda de batería (200) en los dos o más módulos de formación con un valor de tensión inferior a un valor de tensión preestablecido está en el modo de carga de corriente constante y la celda de batería (200) con un valor de tensión superior o igual al valor de tensión preestablecido está en el modo de carga de tensión constante; y

en donde el módulo de conmutación (330) comprende al menos un primer estado y un segundo estado, en donde en el primer estado, una corriente está configurada para fluir desde el extremo de entrada de energía (A), a través del módulo de limitación de corriente (320), el módulo de conmutación (330) y el extremo de salida de energía (B) sucesivamente, y

en donde, en el segundo estado, una corriente está configurada para fluir desde el extremo de entrada de energía (A), a través del módulo de limitación de corriente (320), el módulo de conmutación (330), la celda de batería (200) y el extremo de salida de energía (B) sucesivamente.

2. El sistema de formación en serie de la reivindicación 1, caracterizado por que durante el proceso de formación, la celda de batería (200) de cada uno de los módulos de formación se carga en primer lugar en el modo de carga de corriente constante, y en el modo de carga de corriente constante, el circuito de control de formación (300) está configurado para conmutar directamente la celda de batería (200) con el valor de tensión superior o igual al valor de tensión preestablecido del modo de carga de corriente constante al modo de carga de tensión constante.

3. El sistema de formación en serie de la reivindicación 2, en donde

los dos o más módulos de formación

están conectados en serie y un extremo de entrada de energía (A) de un módulo de formación posterior está conectado eléctricamente con un extremo de salida de energía (B) de un módulo de formación anterior en una dirección de conexión en serie;

en donde, en la dirección de conexión en serie, un extremo de entrada de energía (A) de un primer módulo de los módulos de formación está conectado eléctricamente con un electrodo positivo del módulo de alimentación (100) y un extremo de salida de energía (B) de un último módulo de los módulos de formación está conectado eléctricamente con un electrodo negativo del módulo de alimentación (100).

4. El sistema de formación en serie de la reivindicación 3, caracterizado por que el circuito de control de formación (300) está configurado para controlar que la celda de batería (200) esté en el modo de carga de corriente constante cuando el módulo de conmutación (330) está continuamente en el segundo estado; y

en donde el circuito de control de formación (300) está configurado para controlar que la celda de batería (200) esté en el modo de carga de tensión constante cuando el módulo de conmutación (330) conmuta de manera repetida entre el primer estado y el segundo estado.

5. El sistema de formación en serie de la reivindicación 3, en donde

el módulo de conmutación (330)

comprende: una primera unidad de conmutación (331) y una segunda unidad de conmutación (332), en donde un primer extremo de la primera unidad de conmutación (331) está conectado eléctricamente con el módulo de limitación de corriente (320) y un segundo extremo de la primera unidad de conmutación (331) está conectado eléctricamente con el extremo de salida de energía (B);

en donde un primer extremo de la segunda unidad de conmutación (332) está conectado eléctricamente con el módulo de limitación de corriente (320), un extremo de la celda de batería (200) está conectado eléctricamente con un segundo extremo de la segunda unidad de conmutación (332) y otro extremo de la celda de batería (200) está conectado eléctricamente con el extremo de salida de energía (B);

en donde, en el primer estado, se activa la primera unidad de conmutación (331), se desactiva la segunda unidad de conmutación (332) y una corriente está configurada para fluir desde el extremo de entrada de energía (A), a través del módulo de limitación de corriente (320), la primera unidad de conmutación (331) y el extremo de salida de energía (B) sucesivamente; y

en donde en el segundo estado, se activa la segunda unidad de conmutación (332), se desactiva la primera unidad de conmutación (331) y una corriente está configurada para fluir desde el extremo de entrada de energía (A), a través del módulo de limitación de corriente (320), la segunda unidad de conmutación (332), la celda de batería (200) y el extremo de salida de energía (B) sucesivamente.

6. El sistema de formación en serie de la reivindicación 5, caracterizado por que el circuito de control de formación (300) está configurado para controlar que la celda de batería (200) esté en el modo de carga de corriente constante cuando la primera unidad de conmutación (331) está desactivada y la segunda unidad de conmutación (332) se mantenga activada; y

el circuito de control de formación (300) está configurado para controlar que la celda de batería (200) esté en el modo de carga de tensión constante cuando la primera unidad de conmutación (331) y la segunda unidad de conmutación (332) se activen de manera alternada.

7. El sistema de formación en serie de la reivindicación 6, caracterizado por que durante el proceso de formación, la segunda unidad de conmutación (332) en cada uno de los módulos de formación está activada y la primera unidad de conmutación (331) está desactivada, de modo que la celda de batería (200) en cada uno de los módulos de formación esté en primer lugar en un modo de carga de corriente constante,

en donde, en el modo de carga de corriente constante, la primera unidad de conmutación (331) y la segunda unidad de conmutación (332) en el módulo de formación correspondiente a la celda de batería (200) con el valor de tensión superior o igual al valor de tensión preestablecido se activan de manera alternada, de modo que la celda de batería (200) con el valor de tensión superior o igual al valor de tensión preestablecido conmute directamente del modo de carga de corriente constante al modo de carga de tensión constante.

8. El sistema de formación en serie de la reivindicación 1, en donde

el módulo de formación comprende

además: un módulo de monitorización (360),

en donde el módulo de monitorización (360) está conectado eléctricamente con la celda de batería (200) y el módulo de monitorización (360) está configurado para detectar el valor de tensión de la celda de batería 200; y

en donde el módulo de monitorización (360) está conectado eléctricamente además con el circuito de control de formación (300) y sometido al control del módulo de monitorización (360) el circuito de control de formación (300) está configurado para controlar la tensión aplicada por el módulo

de alimentación (100) a la celda de batería (200) o la corriente proporcionada por el módulo de alimentación (100) para que fluya a través de la celda de batería (200), de modo que la celda de batería (200) conmute entre el modo de carga de corriente constante y el modo de carga de tensión constante.

9. El sistema de formación en serie de la reivindicación 1, en donde el módulo de alimentación (100) comprende una fuente de corriente constante.