JP7273794B2 - ソフトパックパワーバッテリーの放電エネルギー回収化成グレーディング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ソフトパックパワーバッテリーの放電エネルギー回収化成グレーディング装置に関し、リチウムイオン電池の製造の技術分野に属する。
ソフトパックパワーバッテリーは、リチウムイオン電池の一種であり、液状リチウムイオン電池と比較して、エネルギー密度が高く、より小型化、薄化、軽量化及び高安全性などの様々な利点を有する新型電池である。ソフトパックリチウムイオン電池の製造技術において、化成及びグレーディングは非常に重要な工程である。
化成は、電池の内部を電気的エネルギーで活性化させ、電池負極にＳＥＩ膜を形成することであり、高い品質の化成設備は、電池のより良好な充放電性能及びサイクル寿命を確実なものにする。グレーディングは、活性化された電池に対していくつかの全負荷の充放電サイクルを行うことであり、直流／交流内部抵抗、充放電電圧、定電流放電、定電圧放電、定電力放電曲線の試験を行い、グループ分けを行うことにより、同一電気パラメータを有する電池を直列／並列接続して使用し、電池を組み合わせた後のリービッヒの最小律による効果を減少させる。
従来のソフトパックパワーバッテリーの化成グレーディング工程において、多様な電池サイズ、片側タブ及び両側タブ電池の生産に対応することができず、量産の生産効率が低いなどの欠点を克服するため、本発明は、操作が容易で、安全性が高く、同時に多様な電池サイズに対応することができるソフトパックパワーバッテリーの放電エネルギー回収化成グレーディング装置を提供する。
本発明に係る前記ソフトパックパワーバッテリーの放電エネルギー回収化成グレーディング装置は、以下の特徴を有する。フレームと、フレームに配置された条件変更可能な充放電電源ボックスと、ソフトパックパワーバッテリーの正負電極タブをクランプするための電池化成グレーディングクランプ駆動機構と、ソフトパックパワーバッテリーを置くための電池トレイと、電池化成グレーディングクランプ駆動機構の動作を制御する駆動機構操作アセンブリと、安全保護センサアセンブリと、電池化成グレーディング制御機構とを含み、
前記条件変更可能な充放電電源ボックス、前記電池化成グレーディングクランプ駆動機構、前記電池トレイ、前記駆動機構操作アセンブリ、及び前記安全保護センサアセンブリは、いずれも前記電池化成グレーディング制御機構と信号接続され、
前記充放電電源ボックスの送電端子は、前記電池化成グレーディングクランプ駆動機構の送電端子と電気的に接続されている。
前記充放電電源ボックスは、電源筐体と、電子回路と、少なくとも一つの駆動力基板と、ＤＳＰ制御ボードと、補助動作電源と、ＡＣとＤＣの間での双方向に電流を流す機能及び変換機能を有するインバータ電源と、安全保護制御アセンブリと、通信インターフェースボードとを含み、
前記電子回路、前記駆動力基板、前記ＤＳＰ制御ボード、前記補助動作電源、前記インバータ電源はいずれも前記電源筐体の中に配置されており、前記電子回路、前記駆動力基板、及び前記補助動作電源はそれぞれ前記ＤＳＰ制御ボードと接続されており、前記ＤＳＰ制御ボードは、前記通信インターフェースボードを介して前記電池化成グレーディング制御機構と双方向に信号接続されている。
前記駆動力基板の信号送信端子は、前記インバータ電源の信号送信ポートと信号接続されている。
前記電子回路は、単一のリチウムイオン電池の充放電を行うために電流を双方向に流すことができるＤＣ／ＤＣ電源と、安全保護基準抵抗と、精確に制御される充放電定電流制御ループと、充放電定電圧制御ループと、主基準及び微調整基準となる二段基準合成回路とを含む。
前記駆動力基板は、多重ＰＷＭＤＣ／ＤＣ制御モジュールと、ＭＯＳパワーチューブ及びラジエータと、ＤＣ／ＤＣコンバータと、コンデンサと、インダクタと、駆動力基板放熱ファンとを含み、前記多重ＰＷＭＤＣ／ＤＣ制御モジュールは、それぞれ前記ＭＯＳパワーチューブ及びラジエータ、前記ヒートシンク、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、前記コンデンサ、前記インダクタ、前記駆動力基板放熱ファンと信号接続されている。
前記インバータ電源の接続ポートは、それぞれグリッド、多重ＰＷＭＤＣ／ＤＣ制御モジュールの入力端子と電気的に接続されており、前記グリッドの電流を交流から直流へ変換して電池を充電するため、または電池の放電電流を交流へ変換してグリッドにフィードバックするために用いられる。つまり、電池が充電される際、駆動力基板回路はインバータ電源から電流ＡＣ／ＤＣを取得する。そして、電池が放電する際、駆動力基板回路がインバータ電源から電流ＤＣ／ＡＣを放出する。このようにエネルギー回収機能を有する放電回路が形成されている。
前記インバータ電源は、ハウジングと、電源入出力配線ベースと、プログラム制御状態ボタン及び作動状態表示ランプと、ＤＳＰチップ基板と、ＩＧＢＴ主電力モジュール、ＩＧＢＴ管電力管アセンブリと、電源制御回路アセンブリと、フィルタインダクタとを含む。前記電源入出力配線ベース、前記プログラム制御状態ボタン及び作動状態表示ランプは、いずれも前記ハウジングの操作エリアの表面に嵌合されており、前記ＤＳＰチップ基板、前記ＩＧＢＴ主電力モジュール、前記ＩＧＢＴ管電力管アセンブリ、前記電源制御回路アセンブリ及び前記フィルタインダクタは、前記ハウジングの内部に配置されている。前記ＤＳＰチップ基板の対応する信号送信ポートは、それぞれ前記プログラム制御ボタン、前記ＩＧＢＴ主電力モジュール、前記ＩＧＢＴ管電力管アセンブリ、前記電源制御回路アセンブリ及び前記フィルタインダクタと電気的に接続されている。前記ＤＳＰチップ基板の電源入出力端子は、前記電源入出力配線ベースを介して前記グリッドと電気的に接続されており、前記ＤＳＰチップ基板の信号入出力端子は前記多重ＰＷＭＤＣ／ＤＣ制御モジュールの入力端子と電気的に接続されている。
前記ＤＳＰチップ基板の信号表示出力端子は、前記作動状態表示ランプと電気的に接続され、前記インバータ電源の作動状態を表示するために用いられる。
前記電池化成グレーディングクランプ駆動機構は、平面アルミニウム板と、平面アルミニウム板に配置され、リチウムイオン電池の正負電極タブを挟持するためのタブ治具と、電池トレイをロック位置に締め付けるための電池トレイ締め付けシリンダ部品と、電池タブとタブ治具とを接触接続させるためのタブ治具プレスシリンダ部品と、電池トレイを支持するための電池トレイ支持マウントと、タブ治具を電池タブ位置に移動させるためのタブ治具プレス部品の水平移動シリンダ部品と、導線束部品と、前記電池化成グレーディング制御機構に接続された空圧制御部品とを含んでいる。
前記平面アルミニウム板は水平に配置されており、且つ前記平面アルミニウム板に２組の水平移動シリンダ部品が対称に配置されており、２組の前記水平移動シリンダ部品の可動端が対向または逆方向に移動するように保持され、各前記水平移動シリンダ部品の可動端に、タブ治具プレスシリンダ部品が配置されており、タブ治具プレスシリンダ部品の可動端の移動方向は、水平移動シリンダ部品の可動端の移動方向に対して垂直である。
タブ治具プレスシリンダ部品の電池トレイマウントに対向する側にいずれもタブ治具が取付けられており、タブ治具が、タブ治具プレスシリンダ部品の軸方向に沿って収縮又は延伸可能であり、電池タブをタブ治具に接触接続させるとともに、両者をしっかりと押さえつける。
前記電池トレイ支持マウントは、２組のタブ治具の間にある平面アルミニウム板に配置されており、前記電池トレイ支持マウントに電池トレイ締め付けシリンダ部品が配置されている。
前記タブ治具、前記電池トレイ締め付けシリンダ部品、前記タブ治具プレスシリンダ部品、前記タブ治具プレス部品の前記水平移動シリンダ部品、前記導線束部品は、それぞれ前記空圧制御部品の信号出力端子と信号接続されており、前記空圧制御部品の信号入力端子は、前記電池化成グレーディング制御機構の対応する信号出力端子と信号接続されていることにより、前記空圧制御部品が、前記タブ治具、前記電池トレイ締め付けシリンダ部品、前記タブ治具プレスシリンダ部品、前記タブ治具プレス部品の前記水平移動シリンダ部品、及び前記導線束部品に対する制御を実現する。
前記導線束部品は、前記充放電電源ボックスの駆動力基板と電気的に接続されている。
前記電池トレイは、ベースと、フレームと、トレイ内ライニングとを含み、前記フレームの底部と前記ベースとが固定されていることにより、前記フレームと前記ベースとが、ソフトパックリチウム電池を収容するためのキャビティを囲んでいる。前記フレームの対向する２つの側面には、ソフトパックリチウム電池のタブを突出させるための開口が設けられている。
ベース表面には、トレイ内ライニングが敷設されている。トレイ内ライニング表面には、複数のソフトパックパワーバッテリーを載置するための、ソフトパックパワーバッテリーの形状、大きさと一致する載置部が設けられている。ソフトパックパワーバッテリーが、載置部に垂直に置かれ、且つソフトパックパワーバッテリーのタブを左右に突出させた後、電池化成グレーディング駆動機構のタブ治具と協働するように保持される。
前記電池トレイベースには、ソフトパックパワーバッテリーに対するフロー管理を行うためのＩＤ番号が表示されている。
前記安全保護センサは、電池化成グレーディングクランプ駆動機構の頂部に取付けられた煙警報センサと、電池トレイの進入状態を検出し、且つ電池トレイが正しい位置に置かれた後に電池トレイ締め付けシリンダ部品の作動を指示するレーザ受発光式位置センサと、電池トレイの周辺の電池温度を検出するための温度センサとを含む。
前記煙警報センサの信号出力端子、前記温度センサの信号出力端子及び前記レーザ受発光式位置センサの信号出力端子は、それぞれ前記電池化成グレーディング制御機構の対応する信号出力端子と信号接続されている。
電池トレイは、物流搭載機構によって化成グレーディング設備に送り込まれる。化成グレーディング設備は、自動的にトレイが入ったかどうかを検出し、トレイが入ったことを確認した後、トレイ位置決め機構を起動する。位置確認が完了した後、左右クランプ機構が中央に接近して電池を近づけ、クランプ機構が特定の位置までに至り、治具が自動的に電池タブをしっかりとクランプする。タブをクランプしたことを確認したら、自動的に充放電プロセスを開始し、この過程において、各ステップの動作に対してセンサにより位置を確認する。プロセスが完了した後、物流搭載機により自動的に次のステーションに送り込まれる。
治具クランプ機構の電池トレイマウントに対向する側にいずれも上下２層のタブ治具が取付けられている。タブ治具は、片側タブ電池及び両側タブ電池に同時に対応するために用いられる。
前記電池トレイのトレイ内ライニングの表面には、ソフトパックパワーバッテリーを載置するための、ソフトパックパワーバッテリーの形状と大きさと一致している複数の載置部が設けられている。トレイ内ライニングを交換することにより、２０個、２５個、３６個、４８個、６４個等に載置する電池の数量を変更することができる。ソフトパックパワーバッテリーは、載置部に垂直に載置され、タブが突出し、クランプ駆動機構のタブ治具と連携して作用する。電池トレイの材質は、難燃性材料である金型によって成型された積み重ね可能な回転箱であり、電池のタブは、トレイ左右の中立位置に突出して電池化成グレーディングクランプ駆動機構のタブ治具と協働して作用する。
電池の充電電流、放電電流、充電最高電圧、放電終止電圧、及び充放電時間は、いずれも電池化成グレーディング制御機構によってインバータ電源を制御する。
全体制御器により制御される前記電池化成グレーディング制御機構は、リチウムイオン電池化成グレーディング条件を設定して、充放電電源ボックス内のＤＳＰ制御ボードに送信し、ＤＳＰ制御ボードにより電池の充放電に、時間、電圧、電流のプロセス条件で制限を行うとともに、各電池の電圧と電流信号を収集し、信号データを電池化成グレーディング制御機構にアップロードする。
電池化成グレーディング制御機構の専用制御ソフトウェアは、受信したデータを分析して保存して、リチウムイオン電池化成グレーディングデータベースを作成する。
これらのデータは、電池性能を判定する根拠となり、一台の電池化成グレーディング制御機構は、複数の電池のデータを同時に処理することができる。
前記安全保護センサアセンブリは、電池化成グレーディングクランプ駆動機構の頂部上方に取付けられた煙警報センサと、電池トレイの進入状態を検出し、且つ電池トレイが正しい位置に置かれた後に電池トレイ締め付けシリンダ部品の作動を指示するレーザ受発光式位置センサと、電池トレイ内の電池温度を検出するための温度センサとを含む。
前記煙警報センサ、前記レーザ受発光式位置センサ及び前記温度センサは、それぞれグレーディングクランプ駆動機構頂部のフレームに配置されている。
また、各トレイは、２つの煙警報センサ、レーザ受発光式位置センサ及び温度センサに対応しており、且つレーザ受発光式位置センサは、同一の水平線に対向配置され、両者は互いに関連する。
異常信号の伝送を介して、異常作動の際に設備の作業を停止し、警報、断電を行う機能を実現することができる。
前記レーザ受発光式位置センサは、電池トレイの進入状態を検出するための状態センサと、トレイ位置確認センサと、機構クランプ位置に至るセンサと、治具クランプセンサとを含む。
化成グレーディング制御専用ソフトウェアの所定の通信インターフェースは、電池化成グレーディング制御機構において伝送を行い、システムはマスタースレーブ式作動であり、分散制御ネットシステムに適合する。
化成グレーディングソフトウェアは、時間制限、電圧制限、電流制限の各工程過程の終了条件を備え、終了条件を、定電流充電、定電圧充電、定電流放電、スリープの４種類の属性から選択することができる。
充放電電流は、１０Ａ～１５０Ａの間に設定されてもよい。充放電電圧は、０．５Ｖ～５Ｖの間に設定されてもよく、各工程の時間を設定することができ、必要な電池化成グレーディングプロセスごとに動的曲線をリアルタイムに描画することができる。電圧／時間曲線、電流／時間曲線、容量／時間曲線、エネルギー／時間曲線、且つデータ一覧の形式を含むことができ、これにより、グレーディング機能が実現される。
本発明の有益な効果は以下の通りである。
この設備は、ソフトパックリチウム電池の化成とグレーディングの２つの工程を同一機械内で行い、化成またはグレーディング工程を専門で独自に行ってもよい。複数の電池サイズに対応することができ、片側タブ及び両側タブ電池の生産に対応することができ、設備の種類を簡素化するとともに、多層積み重ねることを対応することにより、スタッカの電池トレイの投入に適応して、自動化生産効率を向上させることができ、設備のメンテナンス性がよく、互換性が高く、放電エネルギー回収機能を有することにより、エネルギーの節約ができ、設備全体の発熱量を削減することができる。
本発明に係るソフトパックパワーバッテリー化成グレーディング設備の構造全体の前後の概略図のその１である。 本発明に係るソフトパックパワーバッテリー化成グレーディング設備の構造全体の前後の概略図のその２である。 本発明に係るソフトパックパワーバッテリー化成グレーディング設備の構造全体の左右の概略図のその１である。 本発明に係るソフトパックパワーバッテリー化成グレーディング設備の構造全体の左右の概略図のその２である。 本発明に係るソフトパックパワーバッテリー化成グレーディング設備の構造全体の上下の概略図のその１である。 本発明に係るソフトパックパワーバッテリー化成グレーディング設備の構造全体の上下の概略図のその２である。 本発明に係る条件変更可能な充放電電源ボックスの外部の構造概略図である。 本発明に係る条件変更可能な充放電電源ボックスの内部の構造概略図である。 本発明に係る条件変更可能な充放電電源ボックスの駆動力基板の構造概略図である。 本発明に係る条件変更可能な充放電電源ボックスのＤＳＰ制御ボードの構造概略図である。 本発明に係る条件変更可能な充放電電源ボックスの放熱ファンの構造概略図である。 本発明に係る電池トレイクランプ駆動機構の構造概略図である。 本発明に係る電池トレイクランプ駆動機構の両層タブ治具の構造概略図である。 本発明に係る片側タブ電池トレイの構造概略図である。 本発明に係る両側タブ電池トレイの構造概略図である。 本発明に係るインバータ電源の内部構造概略図である。 本発明に係るインバータ電源の外部構造概略図である。 本発明に係る安全保護センサの概略図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明を更に説明する。
参考図
（実施例１）
本発明に係るソフトパックパワーバッテリーの放電エネルギー回収化成グレーディング装置は、フレーム１と、フレームに配置された条件変更可能な充放電電源ボックス２と、ソフトパックパワーバッテリーの正負電極タブをクランプするための電池化成グレーディングクランプ駆動機構３と、ソフトパックパワーバッテリーを置くための電池トレイ４と、電池化成グレーディングクランプ駆動機構の動作を制御する駆動機構操作アセンブリと、安全保護センサアセンブリ６と、電池化成グレーディング制御機構とを含む。条件変更可能な充放電電源ボックス２、電池化成グレーディングクランプ駆動機構３、電池トレイ４、駆動機構操作アセンブリ、及び安全保護センサアセンブリ６は、いずれも前記電池化成グレーディング制御機構と信号接続されている。
充放電電源ボックス２の送電端子は、電池化成グレーディングクランプ駆動機構３の送電端子と電気的に接続されている。
充放電電源ボックス２は、電源筐体２１と、電子回路と、少なくとも一つの駆動力基板２３と、ＤＳＰ制御ボード２２と、補助動作電源２６と、ＡＣとＤＣの間での双方向に電流を流す機能及び変換機能を有するインバータ電源２４と、通信インターフェースボード２５とを含む。電子回路、駆動力基板２３、ＤＳＰ制御ボード２２、補助動作電源２６及びインバータ電源２４は、いずれも電源筐体２１内に配置されている。
電子回路、駆動力基板２３、補助動作電源２６はそれぞれＤＳＰ制御ボード２２と接続されている。
ＤＳＰ制御ボード２２は、通信インターフェースボード２５を介して電池化成グレーディング制御機構と双方向接続されている。
駆動力基板２３の信号送信端子は、インバータ電源２４の信号送信ポートと信号接続されている。
前記電子回路は、単一のリチウムイオン電池の充放電を行うために電流を双方向に流すことができるＤＣ／ＤＣ電源と、安全保護基準抵抗と、精確に制御される充放電定電流制御ループと、充放電定電圧制御ループと、主基準及び微調整基準となる二段基準合成回路とを含む。
駆動力基板２３は、多重ＰＷＭＤＣ／ＤＣ制御モジュール２３１と、ＭＯＳパワーチューブ及びラジエータ２３２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３３と、コンデンサ２３４と、インダクタ２３５と、駆動力基板放熱ファン２３６とを含む。多重ＰＷＭＤＣ／ＤＣ制御モジュール２３１は、それぞれＭＯＳパワーチューブ及びラジエータ２３２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３３と、コンデンサ２３４と、インダクタ２３５と、駆動力基板放熱ファン２３６と信号接続されている。
インバータ電源２４の接続ポートは、それぞれグリッド、多重ＰＷＭＤＣ／ＤＣ制御モジュール２３１の入力端子と電気的に接続されており、グリッドの電流を交流から直流へ変換して電池を充電するため、または電池の放電電流を交流へ変換してグリッドにフィードバックするために用いられる。つまり、電池が充電される際、駆動力基板回路はインバータ電源から電流ＡＣ／ＤＣを取得する。電池が放電する際、駆動力基板回路がインバータ電源から電流ＤＣ／ＡＣを放出する。このようにエネルギー回収機能を有する放電回路が形成されている。
インバータ電源２４は、ハウジング２４１と、電源入出力配線ベース２４２と、プログラム制御状態ボタン２４３及び作動状態表示ランプ２４４と、ＤＳＰチップ基板２４６と、ＩＧＢＴ主電力モジュール２４７、ＩＧＢＴ管電力管アセンブリ２４８と、電源制御回路アセンブリ２４９と、フィルタインダクタ２４５とを含む。
電源入出力配線ベース２４２、プログラム制御状態ボタン２４３、及び作動状態表示ランプ２４４は、いずれもハウジング２４１の操作エリアの表面に嵌合されている。ＤＳＰチップ基板２４６、ＩＧＢＴ主電力モジュール２４７、ＩＧＢＴ管電力管アセンブリ２４８、電源制御回路アセンブリ２４９及びフィルタインダクタ２４５は、ハウジング２４１の内部に配置されている。
ＤＳＰチップ基板２４６の対応する信号送信ポートは、それぞれプログラム制御ボタン２４３、ＩＧＢＴ主電力モジュール２４７、ＩＧＢＴ管電力管アセンブリ２４８、電源制御回路アセンブリ２４９及びフィルタインダクタ２４５と電気的に接続されている。
ＤＳＰチップ基板２４６の電源入出力端子は、電源入出力配線ベース２４２を介してグリッドと電気的に接続されている。ＤＳＰチップ基板２４６の信号入出力端子は多重ＰＷＭＤＣ／ＤＣ制御モジュール２３１の入力端子と電気的に接続されている。
ＤＳＰチップ基板２４６の信号表示出力端子は、作動状態表示ランプ２４４と電気的に接続され、インバータ電源の作動状態を表示するために用いられる。
電池化成グレーディングクランプ駆動機構３は、平面アルミニウム板３１と、平面アルミニウム板に配置され、リチウムイオン電池の正負電極タブを挟持するためのタブ治具３８と、電池トレイをロック位置に締め付けるための電池トレイ締め付けシリンダ部品３２と、電池タブとタブ治具とを接触接続させるためのタブ治具プレスシリンダ部品３３と、電池トレイを支持するための電池トレイ支持マウント３４と、タブ治具を電池タブ位置に移動させるためのタブ治具プレス部品の水平移動シリンダ部品３５と、導線束部品３６と、前記電池化成グレーディング制御機構に接続された空圧制御部品３７とを含む。
平面アルミニウム板３１は水平に配置されており、且つ平面アルミニウム板３１に２組の水平移動シリンダ部品３５が対称に配置されており、２組の水平移動シリンダ部品の可動端子が対向または逆方向に移動することを保証している。各水平移動シリンダ部品３５の可動端子に、タブ治具プレスシリンダ部品が配置されている。タブ治具プレスシリンダ部品３３の可動端子の移動方向は、水平移動シリンダ部品の可動端子の移動方向に垂直である。
タブ治具プレスシリンダ部品３３の電池トレイマウントに対向する側には、いずれもタブ治具が取付けられている。タブ治具３８は、タブ治具プレスシリンダ部品の軸方向に沿って収縮又は延伸可能であり、電池タブをタブ治具に接触接続させるとともに、両者をしっかりと押さえつける、
２組のタブ治具の間にある平面アルミニウム板３１には、電池トレイ支持マウント３４が配置されている。電池トレイ支持マウント３４には、電池トレイ締め付けシリンダ部品３２が配置されている。
タブ治具３８、電池トレイ締め付けシリンダ部品３２、タブ治具プレスシリンダ部品３３、タブ治具プレス部品の水平移動シリンダ部品３５、導線束部品３６は、それぞれ前記空圧制御部品３７の信号出力端子と信号接続されている。空圧制御部品３７の信号入力端子が、前記電池化成グレーディング制御機構の対応する信号出力端子と信号接続されることにより、空圧制御部品が、タブ治具３８、電池トレイ締め付けシリンダ部品３２、タブ治具プレスシリンダ部品３３、タブ治具プレス部品の水平移動シリンダ部品３５、及び導線束部品３６に対する制御を実現している。
前記導線束部品は、前記充放電電源ボックスの駆動力基板と電気的に接続されている。
電池トレイ４は、ベース４１と、フレーム４５と、トレイ内ライニング４２とを含む。フレーム４５の底部とベース４１とが固定されることにより、フレーム４５とベース４１とが、ソフトパックリチウム電池を収容するためのキャビティを囲んでいる。
フレーム４５の対向する２つの側面には、ソフトパックリチウム電池４３のタブ４４が突出するための開口が設けられている。ベース４１の表面には、トレイ内ライニング４２が敷設されている。トレイ内ライニング４２の表面には、複数のソフトパックパワーバッテリーを載置するための、ソフトパックパワーバッテリーの形状、大きさと一致する載置部が設けられている。ソフトパックパワーバッテリー４３は、載置部に垂直に置かれ、且つソフトパックパワーバッテリーのタブを左右に突出させた後、電池化成グレーディング駆動機構のタブ治具と協働するように保持される。
電池トレイベース４１には、ソフトパックパワーバッテリーに対するフロー管理を行うためのＩＤ番号が表示されている。
安全保護センサアセンブリ６は、電池化成グレーディングクランプ駆動機構の頂部に取付けられた煙警報センサ６１と、電池トレイの進入状態を検出し、且つ電池トレイが正しい位置に置かれた後に電池トレイ締め付けシリンダ部品の作動を指示するレーザ受発光式位置センサ６２と、電池トレイの周辺の電池温度を検出するための温度センサ６３とを含んでいる。
前記煙警報センサ、レーザ受発光式位置センサ及び温度センサは、いずれもグレーディングクランプ駆動機構頂部のフレームに配置されている。前記煙警報センサの信号出力端子、温度センサの信号出力端子及び前記レーザ受発光式位置センサの信号出力端子は、それぞれ前記電池化成グレーディング制御機構の対応する信号出力端子と信号接続されている。
電池トレイは、物流搭載機構によって化成グレーディング設備に送り込まれる。化成グレーディング設備は、自動的にトレイが入ったかどうかを検出し、トレイが入ったことを確認した後、トレイ位置決め機構を起動する。位置確認が完了した後、左右クランプ機構が中央に接近して電池を近づけ、クランプ機構が特定の位置までに至り、治具が自動的に電池タブをしっかりとクランプする。タブをクランプしたことを確認したら、自動的に充放電プロセスを開始し、この過程において、各ステップの動作に対してセンサにより位置を確認する。プロセスが完了した後、物流搭載機により自動的に次のステーションに送り込まれる。治具クランプ機構の電池トレイマウントに対向する側にいずれも上下２層のタブ治具が取付けられている。タブ治具は、片側タブ電池及び両側タブ電池に同時に対応するために用いられる。
前記電池トレイのトレイ内ライニングの表面には、ソフトパックパワーバッテリーを載置するための、ソフトパックパワーバッテリーの形状と大きさと一致している複数の載置部が設けられている。トレイ内ライニングを交換することにより、２０個、２５個、３６個、４８個、６４個等に載置する電池の数量を変更することができる。ソフトパックパワーバッテリーは、載置部に垂直に載置され、タブが突出し、クランプ駆動機構のタブ治具と連携して作用する。
電池トレイ材質は、難燃性材料であり、電池トレイは金型によって成型された積み重ね可能な回転箱である。電池のタブは、トレイ左右の中立位置に突出して電池化成グレーディングクランプ駆動機構のタブ治具と協働して作用する。
電池の充電電流、放電電流、充電最高電圧、放電終止電圧、及び充放電時間は、いずれも電池化成グレーディング制御機構によってインバータ電源を制御する。
全体制御器により制御される前記電池化成グレーディング制御機構は、リチウムイオン電池化成グレーディング条件を設定し、充放電電源ボックス内のＤＳＰ制御ボードに送信し、ＤＳＰ制御ボードにより電池の充放電において、時間、電圧、電流のプロセス条件で制限を行うとともに、各電池の電圧と電流信号を収集し、信号データを電池化成グレーディング制御機構にアップロードし、電池化成グレーディング制御機構の専用制御ソフトウェアが受信したデータを分析して保存し、リチウムイオン電池化成グレーディングデータベースを作成する。
これらのデータは、電池性能を判定する根拠となり、一台の電池化成グレーディング制御機構は、複数の電池のデータを同時に処理することができる。
前記安全保護センサアセンブリは、電池化成グレーディングクランプ駆動機構の頂部上方に取付けられた煙警報センサと、電池トレイの進入状態を検出する状態センサと、トレイの位置確認センサと、機構クランプ位置に至るセンサと、治具クランプセンサと、電池トレイ内の電池温度を検出する温度センサとを含む。
異常信号の伝送を介して、異常作動の際に設備の作業を停止し、警報、断電を行う機能を実現することができる。
化成グレーディング制御専用ソフトウェアの所定の通信インターフェースは、電池化成グレーディング制御機構とワンチップマイクロコンピュータにおいて伝送を行う。システムはマスタースレーブ式作動であり、分散制御ネットシステムに適合する。
化成グレーディングソフトウェアは、時間制限、電圧制限、電流制限の各工程過程の終了条件を備え、終了条件を、定電流充電、定電圧充電、定電流放電、スリープの４種類の属性から選択することができる。
充放電電流は、１０Ａ～１５０Ａの間に設定されてもよい。充放電電圧は、０．５Ｖ～５Ｖの間に設定されてもよく、各工程の時間を設定することができ、必要な電池化成グレーディングプロセスごとに動的曲線をリアルタイムに描画することができる。電圧／時間曲線、電流／時間曲線、容量／時間曲線、エネルギー／時間曲線、且つデータ一覧の形式を含むことができ、これにより、グレーディング機能が実現される。
（実施例２）
図１～図６を参照されたい。ソフトパックパワーバッテリーの放電エネルギー回収化成グレーディング装置は、フレーム１と、条件変更可能な充放電電源ボックス２と、ソフトパックパワーバッテリーの正負電極タブをクランプするための電池化成グレーディングクランプ駆動機構３と、電池トレイ４と、駆動機構操作アセンブリと、安全保護センサアセンブリ６と、全体制御器内に配置された電池充放電グレーディング制御機構とを含んでいる。
条件変更可能な充放電電源ボックス２、電池化成グレーディングクランプ駆動機構３、電池トレイ４、駆動機構操作アセンブリ、及び安全保護センサアセンブリ６は、いずれも一つの電池充放電グレーディング機構に制御される。前記電池充放電グレーディング機構は、フレーム外の全体制御器に配置されている。
条件変更可能な充放電電源ボックス２は、電池化成グレーディングクランプ駆動機構３と電気的に接続されている。
ソフトパックパワーバッテリーの放電エネルギー回収化成グレーディング装置内には、設備点検通路５が設けられている。設備点検通路５の上端がフレーム頂部に延在しており、下端がフレーム底部に延在し、点検作業員が登ってフレーム内の機構を点検するために用いられる。
条件変更可能な充放電電源ボックス２は、電源筐体２１と、電源筐体２１に配置された電子回路と、ＤＳＰ制御ボード２２と、駆動力基板２３と、補助動作電源２６と、電池充放電グレーディング機構の通信接続に用いられる通信インターフェースボード２５とを含んでいる。
前記電子回路、駆動力基板２３、補助動作電源２６及び通信インターフェースボード２５は、それぞれＤＳＰ制御ボード２２と接続されており、ＤＳＰ制御ボード２２は、通信インターフェースボード２５を介して電池充放電グレーディング機構と接続されている。
前記電子回路は、単一のリチウムイオン電池の充放電を行うために電流を双方向に流すことができるＤＣ／ＤＣ電源と、安全保護基準抵抗と、精確に制御される充放電定電流制御ループと、充放電定電圧制御ループと、主基準及び微調整基準となる二段基準合成回路とを含む。
駆動力基板２３は、多重ＰＷＭＤＣ／ＤＣ制御モジュール２３１と、ＭＯＳパワーチューブ及びラジエータ２３２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３３と、コンデンサ２３４と、インダクタ２３５と、駆動力基板放熱ファン２３６とを含む。多重ＰＷＭＤＣ／ＤＣ制御モジュール２３１は、それぞれＭＯＳパワーチューブ及びラジエータ２３２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３３と、コンデンサ２３４と、インダクタ２３５と、駆動力基板放熱ファン２３６とに接続されている。
インバータ電源２４は、グリッド、ＤＣ／ＤＣモジュールの入力端子と接続され、グリッドの電流を交流から直流に変換して、電池を充電し、または電池の放電電流を交流に変換してグリッドにフィードバックするために用いられる。
インバータ電源２４は、ハウジング２４１と、ハウジング外部に配置された電源入出力配線ベース２４２と、プログラム制御状態ボタン２４３と、作動状態表示ランプ２４４と、ハウジング２４１内部に配置されたＤＳＰチップ基板２４６と、ＩＧＢＴ主電力モジュール２４７と、ＩＧＢＴ電力管アセンブリ２４８と、電源制御回路アセンブリ２４９と、フィルタインダクタ２４５とを含む。前記ＤＳＰチップ基板は、それぞれ前記プログラム制御状態ボタン、前記ＩＧＢＴ主電力モジュール、ＩＧＢＴ電力管アセンブリ、電源制御回路アセンブリ及びフィルタインダクタと接続されている。
電池化成グレーディングクランプ駆動機構３は、底板３１と、底板３１に配置され、ソフトパックパワーバッテリーの正負電極タブを挟持するためのタブ治具３８と、電池タブとタブ治具とを接触接続させるためのタブ治具プレスシリンダ部品３３と、電池トレイを支持するための電池トレイ支持マウント３４と、タブ治具を電池タブの位置に移動させるためのタブ治具プレス部品の水平移動シリンダ部品３５と、導線束部品３６と、前記電池化成グレーディング制御機構に接続された空圧制御部品３７とを含んでいる。
タブ治具３８、タブ治具プレスシリンダ部品３３、水平移動シリンダ部品３５、及び導線束部品３６はいずれも空圧制御部品３７によって制御される。
導線束部品３６は、充放電電源ボックス２の駆動力基板２３と電気的に接続されている。
電源筐体２１に複数の駆動力基板２３が配置されており、各駆動力基板２３に、多重充放電電気回路が設けられ、充放電電気回路とインバータ電源２４とが接続されている。
電池が充電される際、駆動力基板２３の回路がインバータ電源２４から電流ＡＣ／ＤＣを取得する。
電池が放電する際、駆動力基板２３の回路がインバータ電源２４から電流ＤＣ／ＡＣを放出する。このようにエネルギー回収機能を有する放電回路が形成されている。
底板３１は、全体のクランプ駆動機構３の基準基礎部品であり、電池トレイ４は、電池トレイ支持マウント３４に置かれて位置決めされている。
タブ治具プレス部品３３は、水平移動シリンダ部品３５の作用により左右２つの治具プローブ部品が、それぞれ電池トレイ４の中心へ平行移動し、電池タブの正負極をタブ治具３８の中間に位置させ、タブ治具プレスシリンダ部品３３が動作した後、タブ治具３８がきつくプレスされる。このとき、接触インピーダンスが小さいほど良好である。
導線束部品３６と条件変更可能な充放電電源ボックス２とを接続することにより、充放電機能を実現することができる。
底板３１の両端のタブ治具プレスシリンダ部品３３の電池トレイマウント３４に対向する側に、いずれも上下２層のタブ治具３８が取付けられ、同時に片側タブ電池及び両側タブ電池に対応するために用いられる。
電池トレイ４は、ベース４１と、ベースに設けられたトレイ内ライニング４２とを含む。トレイ内ライニング４２の表面には、ソフトパックパワーバッテリー４３を載置するための、ソフトパックパワーバッテリー４３の形状と大きさと一致している複数の載置部が設けられている。トレイ内ライニングを交換することにより、それぞれ２０個、２５個、３６個、４８個、６４個等に載置する電池の数量を変更することができる。
ソフトパックパワーバッテリー４３は、載置部に垂直に載置され、タブ４４が突出し、クランプ駆動機構３のタブ治具３８と連携して作用する。電池トレイ４の材質は、難燃性材料であり、電池トレイ４は金型によって成型された積み重ね可能な回転箱である。電池のタブ４４は、トレイ４左右の中立位置に突出して電池化成グレーディングクランプ駆動機構のタブ治具と協働して作用する。
前記電池トレイベースは、ベースと、ベースに設けられたトレイ内ライニングと、ソフトパックパワーバッテリーに対するフロー管理を行うためのＩＤ番号とを含む。
電池の充電電流、放電電流、充電最高電圧、放電終止電圧、及び充放電時間については、いずれも全体制御器によってインバータ電源で制御される。
全体制御器だけによって制御される電池化成グレーディング制御機構は、リチウムイオン電池化成グレーディング条件を設定し、充放電電源ボックス内のＤＳＰ制御ボードに送信し、ＤＳＰ制御ボードにより電池の充放電において、時間、電圧、電流のプロセス条件で制限を行うとともに、各電池の電圧と電流信号を収集し、信号データを全体制御器にアップロードし、全体制御器の専用制御ソフトウェアが受信したデータを分析して保存し、リチウムイオン電池化成グレーディングデータベースを作成する。
これらのデータは、電池性能を判定する根拠となり、一つの全体制御器は、複数の電池のデータを同時に処理することができる。
前記安全保護センサは、電池化成グレーディングクランプ駆動機構の頂部上方に取付けられた煙警報センサ６１と、電池トレイの進入状態を検出し、且つ電池トレイが正しい位置に置かれた後に電池トレイ締め付けシリンダ部品の作動を指示するレーザ受発光式位置センサ６２と、電池トレイ内の電池温度を検出するための温度センサ６３とを含む。
異常信号の伝送を介して、異常作動の際に設備の作業を停止し、警報、断電を行う機能を実現することができる。
電池が過熱されて発煙して、火災が発生した場合、警報情報を伝送された後、ＤＳＰ制御ボード及び空圧制御部品が電池トレイ締め付け部品を緩めて、タブ治具プレスシリンダ部品を緩めてから、迅速に初期位置へ移動させて、電池トレイを出して安全処理を行い、レーザ受発光式位置センサが電池トレイが正しい位置に置かれたことを検出した後、電池トレイ締め付けシリンダ部品が動作することを指示する。
化成グレーディング制御専用ソフトウェアの所定の通信インターフェースは、全体制御器、ワンチップマイクロコンピュータにおいて伝送を行い、システムはマスタースレーブ式作動であり、分散制御ネットシステムに適合する。
化成グレーディングソフトウェアは、時間制限、電圧制限、電流制限の各工程過程の終了条件を備え、終了条件を、定電流充電、定電圧充電、定電流放電、スリープの４種類の属性から選択することができる。充放電電流は、１０Ａ～１５０Ａの間に設定されてもよい。充放電電圧は、０．５Ｖ～５Ｖの間に設定されてもよく、各工程の時間を設定することができ、必要な電池化成グレーディングプロセスごとに動的曲線をリアルタイムに描画することができる。
電圧／時間曲線、電流／時間曲線、容量／時間曲線、エネルギー／時間曲線、且つデータ一覧の形式を含むことができ、これにより、グレーディング機能が実現される。
本明細書の実施例に記載された内容は、発明構想の実現形式の列挙にすぎず、本発明の保護範囲は実施例に記載された具体的な形態に限定されるものではない。本発明の保護範囲は、当業者が本発明の構想に基づいて想到することができる同等技術をも含む。

Claims (4)

  1. フレームと、前記フレームに配置された条件変更可能な充放電電源ボックスと、ソフトパックパワーバッテリーの正負電極タブをクランプするための電池化成グレーディングクランプ駆動機構と、ソフトパックパワーバッテリーを置くための電池トレイと、前記電池化成グレーディングクランプ駆動機構の動作を制御する駆動機構操作アセンブリと、安全保護センサアセンブリと、電池化成グレーディング制御機構とを含み、前記条件変更可能な充放電電源ボックス、前記電池化成グレーディングクランプ駆動機構、前記電池トレイ、前記駆動機構操作アセンブリ、及び前記安全保護センサアセンブリは、いずれも前記電池化成グレーディング制御機構と信号接続され、前記充放電電源ボックスの送電端子は、前記電池化成グレーディングクランプ駆動機構の送電端子と電気的に接続されており、
    前記フレームの内部には、設備点検通路が設けられており、前記設備点検通路の上端が前記フレームの頂部に延在しており、前記設備点検通路の下端が前記フレームの底部に延在し、
    前記充放電電源ボックスは、電源筐体と、電子回路と、少なくとも一つの駆動力基板と、ＤＳＰ制御ボードと、補助動作電源と、ＡＣとＤＣの間での双方向に電流を流す機能及び変換機能を有するインバータ電源と、安全保護制御アセンブリと、通信インターフェースボードとを含み、
    前記電子回路、前記駆動力基板、前記ＤＳＰ制御ボード、前記補助動作電源、前記インバータ電源はいずれも前記電源筐体の中に配置されており、前記電子回路、前記駆動力基板、及び前記補助動作電源はそれぞれ前記ＤＳＰ制御ボードと接続されており、
    前記ＤＳＰ制御ボードは、通信インターフェースボードを介して前記電池化成グレーディング制御機構と双方向に信号接続され、前記駆動力基板の信号送信端子は、前記インバータ電源の信号伝送ポートと信号接続されており、
    前記電池化成グレーディングクランプ駆動機構は、平面アルミニウム板と、平面アルミニウム板に配置され、リチウムイオン電池の正負電極タブを挟持するためのタブ治具と、前記電池トレイをロック位置に締め付けるための電池トレイ締め付けシリンダ部品と、電池タブと前記タブ治具とを接触接続させるためのタブ治具プレスシリンダ部品と、前記電池トレイを支持するための電池トレイ支持マウントと、前記タブ治具を電池タブ位置に移動させるためのタブ治具プレス部品の水平移動シリンダ部品と、導線束部品と、前記電池化成グレーディング制御機構に接続された空圧制御部品とを含んでおり、
    前記平面アルミニウム板は水平に配置されており、且つ前記平面アルミニウム板に２組の水平移動シリンダ部品が対称に配置されており、２組の前記水平移動シリンダ部品の可動端が対向または逆方向に移動するように保持され、各前記水平移動シリンダ部品の可動端に、前記タブ治具プレスシリンダ部品が配置されており、前記タブ治具プレスシリンダ部品の可動端の移動方向は、前記水平移動シリンダ部品の可動端の移動方向に対して垂直であり、
    前記タブ治具プレスシリンダ部品の電池トレイマウントに対向する側にいずれも上下２層の前記タブ治具が取付けられており、前記上下２層のタブ治具は、片側タブ電池及び両側タブ電池に同時に対応するために用いられ、前記タブ治具プレスシリンダ部品の軸方向に沿って収縮又は延伸可能であり、電池タブを前記タブ治具に接触接続させるとともに、前記タブ治具が自動的に前記電池タブをしっかりとクランプし、
    前記電池トレイ支持マウントは、２組の前記タブ治具の間にある前記平面アルミニウム板に配置されており、前記電池トレイ支持マウントに電池トレイ締め付けシリンダ部品が配置され、前記タブ治具、前記電池トレイ締め付けシリンダ部品、前記タブ治具プレスシリンダ部品、前記タブ治具プレス部品の水平移動シリンダ部品、導線束部品は、それぞれ前記空圧制御部品の信号出力端子と信号接続され、
    前記空圧制御部品の信号入力端子は、前記電池化成グレーディング制御機構の対応する信号出力端子と信号接続されており、前記空圧制御部品が、前記タブ治具、前記電池トレイ締め付けシリンダ部品、前記タブ治具プレスシリンダ部品、前記タブ治具プレス部品の水平移動シリンダ部品、及び前記導線束部品に対する制御を実現し、
    前記導線束部品は、前記充放電電源ボックスの前記駆動力基板と電気的に接続されており、
    前記電池トレイは、ベースと、フレームと、トレイ内ライニングとを含み、前記フレームの底部と前記ベースとが固定されていることにより、前記フレームと前記ベースとが、ソフトパックリチウム電池を収容するためのキャビティを囲んでおり、前記フレームの対向する２つの側面には、ソフトパックリチウム電池のタブを突出させるための開口が設けられており、
    前記ベースの表面には、前記トレイ内ライニングが敷設されており、前記トレイ内ライニングの表面には、複数のソフトパックパワーバッテリーを載置するための、ソフトパックパワーバッテリーの形状、大きさと一致する載置部が設けられ、ソフトパックパワーバッテリーが、前記載置部に垂直に置かれ、且つソフトパックパワーバッテリーのタブを左右両方もしくは左右一方の上下に突出させた後、前記電池化成グレーディングクランプ駆動機構の前記タブ治具と協働するように保持され、
    前記駆動力基板は、多重ＰＷＭＤＣ／ＤＣ制御モジュールと、ＭＯＳパワーチューブ及びラジエータと、ＤＣ／ＤＣコンバータと、コンデンサと、インダクタと、駆動力基板放熱ファンとを含み、
    前記多重ＰＷＭＤＣ／ＤＣ制御モジュールは、それぞれ前記ＭＯＳパワーチューブ及びラジエータと、ヒートシンクと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記コンデンサと、前記インダクタと、前記駆動力基板放熱ファンとに信号接続され、
    前記インバータ電源の接続ポートは、それぞれグリッド、多重ＰＷＭＤＣ／ＤＣ制御モジュールの入力端子と電気的に接続されており、グリッドの電流を交流から直流へ変換して電池を充電するため、または電池の放電電流を交流へ変換してグリッドにフィードバックするために用いられることによって、電池が充電される際、駆動力基板回路は前記インバータ電源から電流ＡＣ／ＤＣを取得し、電池が放電する際、前記駆動力基板回路は前記インバータ電源から電流ＤＣ／ＡＣを放出し、エネルギー回収機能を有する放電回路が形成されており、
    前記インバータ電源は、ハウジングと、電源入出力配線ベースと、プログラム制御状態ボタン及び作動状態表示ランプと、ＤＳＰチップ基板と、ＩＧＢＴ主電力モジュールと、ＩＧＢＴ管電力管アセンブリと、電源制御回路アセンブリと、フィルタインダクタとを含み、
    前記電源入出力配線ベース、前記プログラム制御状態ボタン、及び前記作動状態表示ランプは、いずれも前記ハウジングの操作エリアの表面に嵌合され、前記ＤＳＰチップ基板、前記ＩＧＢＴ主電力モジュール、前記ＩＧＢＴ管電力管アセンブリ、前記電源制御回路アセンブリ及び前記フィルタインダクタは、前記ハウジングの内部に配置され、
    前記ＤＳＰチップ基板の対応する信号送信ポートは、前記プログラム制御状態ボタン、前記ＩＧＢＴ主電力モジュール、前記ＩＧＢＴ管電力管アセンブリ、前記電源制御回路アセンブリ及び前記フィルタインダクタとそれぞれ電気的に接続され、
    前記ＤＳＰチップ基板の電源入出力端子は、前記電源入出力配線ベースを介してグリッドと電気的に接続されており、前記ＤＳＰチップ基板の信号入出力端子は前記多重ＰＷＭＤＣ／ＤＣ制御モジュールの入力端子と電気的に接続され、
    前記ＤＳＰチップ基板の信号表示出力端子は、前記作動状態表示ランプと電気的に接続され、前記インバータ電源の作動状態を表示するために用いられることを特徴とするソフトパックパワーバッテリーの放電エネルギー回収化成グレーディング装置。
  2. 前記電子回路は、単一のリチウムイオン電池の充放電を行うために電流を双方向に流すことができるＤＣ／ＤＣ電源と、安全保護基準抵抗と、精確に制御される充放電定電流制御ループと、充放電定電圧制御ループと、主基準及び微調整基準となる二段基準合成回路とを含むことを特徴とする請求項１に記載のソフトパックパワーバッテリーの放電エネルギー回収化成グレーディング装置。
  3. 前記電池トレイベースに、ソフトパックパワーバッテリーに対するフロー管理を行うためのＩＤ番号が表示されていることを特徴とする請求項１に記載のソフトパックパワーバッテリーの放電エネルギー回収化成グレーディング装置。
  4. 前記安全保護センサアセンブリは、前記電池化成グレーディングクランプ駆動機構の頂部に取付けられた煙警報センサと、前記電池トレイの進入状態を検出し、且つ前記電池トレイが正しい位置に置かれた後に前記電池トレイ締め付けシリンダ部品の作動を指示するレーザ受発光式位置センサと、前記電池トレイの周辺の電池温度を検出するための温度センサとを含み、前記煙警報センサ、前記レーザ受発光式位置センサ及び前記温度センサは、それぞれ前記グレーディングクランプ駆動機構頂部のフレームに配置され、
    前記煙警報センサの信号出力端子、前記温度センサの信号出力端子及び前記レーザ受発光式位置センサの信号出力端子は、それぞれ前記電池化成グレーディング制御機構の対応する信号出力端子と信号接続されていることを特徴とする請求項１に記載のソフトパックパワーバッテリーの放電エネルギー回収化成グレーディング装置。
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