一种锂电池多电源复合串联化成分容设备

技术领域

本发明涉及锂电池生产技术领域，尤其涉及一种锂电池多电源复合串联化成分容设备。

背景技术

在锂电池电芯生产过程中，需要利用化成设备对锂电池电芯进行化成处理。化成是指通过一定的充放电方式将其内部正负极物质激活，改善锂电池的充放电性能及自放电、储存等综合性能的过程。

现有技术中的化成设备通常使用并联电源电路提供恒流电源对锂电池电芯进行化成处理，处理时多个锂电池电芯与电源并联连接，这种化成设备只有在恒流电源精度高、同库位功率线规格一致、充放电时间一致时才能在化成时保证批量生产的锂电池电芯容量的一致性。

但由于现有的化成设备中的恒流电源每个输出通道存在不可避免的差异性，通道之间的电压与电流精度无法保证完全一致，通道之间的功率线也无法保证完全一致，而单纯依靠充放电时间统一控制无法满足批量化成时的锂电池电芯容量的一致性要求，需要不断进行改进。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种锂电池多电源复合串联化成分容设备，通过在化成设备主电源输出端串联设置具有独立旁路开关电路的锂电池化成旁路板，每个锂电池化成旁路板单独控制连接一个待化成的锂电池电芯，并且每个锂电池电芯再并联一个辅助电源模块，辅助电源模块能够提供独立的恒压充电电源，两个电源通过控制结合，能够更好的控制每个锂电池电芯化成时的电流和电压，确保电流和电压都更加均匀一致，从而能够大大提高化成后锂电池电芯容量一致性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种锂电池多电源复合串联化成分容设备，包括与化成控制系统控制相连的化成主电源模块和两个以上的锂电池化成旁路板，两个以上的所述锂电池化成旁路板串联在一起，串联后的旁路板两端再与所述化成主电源模块的两个输出端相连，每个所述锂电池化成旁路板单独控制连接一个待化成的锂电池电芯，所述锂电池化成旁路板中设有MCU主控单元、电池监测单元和旁路开关电路，所述MCU主控单元分别控制连接所述化成主电源模块、电池监测单元和旁路开关电路，所述电池监测单元用于监测锂电池电芯化成参数并将数据反馈给MCU主控单元，所述旁路开关电路与所述锂电池电芯两端并联用于在锂电池出现故障后接通旁路；每个所述锂电池电芯的两端还控制连接有辅助电源模块，所述辅助电源模块用于给每个所述锂电池电芯提供独立的恒压充电电源和单独的放电电路。

进一步的，所述旁路开关电路包括第一场效应晶体管Q1、第二场效应晶体管Q2和第三场效应晶体管Q3，所述第一场效应晶体管Q1、第二场效应晶体管Q2和第三场效应晶体管Q3分别与所述MCU主控单元控制连接，且所述第一场效应晶体管Q1、第二场效应晶体管Q2和所述锂电池电芯串联后再与第三场效应晶体管Q3并联，并联后的电路两端再分别与相邻的所述锂电池化成旁路板接口相连。

进一步的，所述辅助电源模块中设有AC-DC转换电路、DC-DC转换模块和切换控制电路，所述切换控制电路与所述MCU主控单元控制相连，所述切换控制电路用于接通或切断所述辅助电源模块与锂电池电芯的电路连接。

进一步的，所述DC-DC转换模块用于给所述锂电池电芯提供5V2A-5V20A的恒压充电电源。

进一步的，每个所述锂电池化成旁路板与所述化成主电源模块之间设有通讯控制电路。

进一步的，所述辅助电源模块与所述化成主电源模块之间设有通讯控制电路。

进一步的，八个所述锂电池化成旁路板串联成一组，每个所述化成主电源模块同时对八个待化成的锂电池电芯进行充放电处理。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明在化成主电源模块输出端串联设置具有独立旁路开关电路的锂电池化成旁路板，每个锂电池化成旁路板单独对一个待化成的锂电池电芯进行充放电，并且每个锂电池电芯再并联一个辅助电源模块，辅助电源模块能够给每个锂电池电芯提供独立恒压电源和单独放电；两个化成主电源模块与辅助电源模块通过控制结合，能够更好的控制每个锂电池电芯化成时的电流和电压，确保电流和电压更加均匀一致，从而能够大大提高化成后锂电池电芯容量一致性。

2、本发明锂电池化成旁路板中设置MCU主控单元、电池监测单元和旁路开关电路，通过MCU主控单元和电池监测单元检测控制锂电池电芯充放电电流，使其更加均匀一致；当某一个锂电池电芯化成过程中出现异常情况时，该锂电池化成旁路板中的MCU主控单元控制旁路开关电路导通，通过控制电路切断出现问题的锂电池电芯连接，从而不影响同一串联电路中其他待化成的锂电池电芯的化成处理。

3、本发明旁路开关电路中设置与MCU主控单元和锂电池电芯相连的第一场效应晶体管Q1、第二场效应晶体管Q2和第三场效应晶体管Q3，利用场效应晶体管精确控制化成时锂电池电芯的接通和切断，能够在恒流充电或恒流放电切换时抑制电流突变尖峰，切换控制平稳。

4、本发明辅助电源模块中设置AC-DC转换电路、DC-DC转换模块和切换控制电路，切换控制电路经过MCU主控单元控制连接，能够根据需要接通或切断辅助电源模块与锂电池电芯的电路连接，从而能够方便准确的给每个锂电池电芯补充提供独立恒压电源和单独放电，确保化成时电流和电压更加均匀一致。

附图说明

图1为本发明锂电池多电源复合串联化成分容设备的原理框图；

图2为本发明锂电池化成旁路板与辅助电源模块的电路原理示意图。

附图标记说明：

1、化成主电源模块；2、锂电池化成旁路板；3、锂电池电芯；4、辅助电源模块。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

参见图1-2所示，一种锂电池多电源复合串联化成分容设备，包括与化成控制系统控制相连的化成主电源模块1和两个以上的锂电池化成旁路板2，两个以上的所述锂电池化成旁路板2串联在一起，串联后的旁路板两端再与所述化成主电源模块1的两个输出端相连，每个所述锂电池化成旁路板2单独控制连接一个待化成的锂电池电芯3，所述锂电池化成旁路板2中设有MCU主控单元、电池监测单元和旁路开关电路，所述MCU主控单元分别控制连接所述化成主电源模块1、电池监测单元和旁路开关电路，所述电池监测单元用于监测锂电池电芯3化成参数并将数据反馈给MCU主控单元，化成参数包括电压、电流、温度等，所述旁路开关电路与所述锂电池电芯3两端并联用于在锂电池出现故障后接通旁路；每个所述锂电池电芯3的两端还控制连接有辅助电源模块4，所述辅助电源模块4用于给每个所述锂电池电芯3提供独立的恒压充电电源和单独的放电电路。

每个锂电池化成旁路板2中均设置一个MCU主控单元用于控制锂电池电芯3的接通和切断，不采用多个锂电池化成旁路板2共用一个MCU主控单元控制的结构，避免出现MCU主控单元损坏更换时需要对所有旁路板重新接线的问题，采用模块化结构安装接线和维护更换更加方便。

安装时化成主电源模块1与锂电池化成旁路板2、锂电池电芯3分开安装，可将化成主电源模块1设置在常温房，便于集成设置安装和管理，锂电池化成旁路板2和锂电池电芯3设置在高温房，通过锂电池化成旁路板2中的MCU主控单元、电池监测单元采集锂电池电芯3电压时，采样导线更短，能够大大提高样电压的精度。

所述旁路开关电路包括第一场效应晶体管Q1、第二场效应晶体管Q2和第三场效应晶体管Q3，所述第一场效应晶体管Q1、第二场效应晶体管Q2和第三场效应晶体管Q3分别与所述MCU主控单元控制连接，且所述第一场效应晶体管Q1、第二场效应晶体管Q2和所述锂电池电芯3串联后再与第三场效应晶体管Q3并联，并联后的电路两端再分别与相邻的所述锂电池化成旁路板2接口相连。第一场效应晶体管Q1、第二场效应晶体管Q2和第三场效应晶体管Q3均为N型场效应晶体管。

具体电路连接时，第三场效应晶体管Q3的漏极和源极分别连接所述锂电池化成旁路板2的输入端和输出端，第一场效应晶体管Q1、第二场效应晶体管Q2、第三场效应晶体管Q3的栅极均与MCU主控单元连接，第一场效应晶体管Q1与第二场效应晶体管Q2反向串联，且串联后第一场效应晶体管Q1与第二场效应晶体管Q2的漏极分别连接所述锂电池化成旁路板2的输入端和锂电池电芯3的正极，使第一场效应晶体管Q1、第二场效应晶体管Q2和锂电池电芯3串联后与第三场效应晶体管Q3并联，并联后的电路两端再分别与相邻的所述锂电池化成旁路板2的输入端和输出端相连。

当锂电池电芯3需要充电或需要将锂电池电芯3接通时，MCU主控单元控制第一场效应晶体管Q1及第二场效应晶体管Q2导通、控制第三场效应晶体管Q3断开，化成主电源模块1输入的电流依次经锂电池化成旁路板2输入端、第一场效应晶体管Q1、第二场效应晶体管Q2给锂电池电芯3充电。多个锂电池化成旁路板2串联时，锂电池化成旁路板2输出的电流依次从每个锂电池化成旁路板2输入端输入，给多个锂电池电芯3串联充电，保证串联的多个锂电池电芯3化成电流均匀稳定。

当锂电池电芯3充满电或需要将锂电池电芯3切断时，MCU主控单元控制第一场效应晶体管Q1及第二场效应晶体管Q2断开、控制第三场效应晶体管Q3导通，化成主电源模块1输出的电流从第三场效应晶体管Q3流过，将锂电池电芯3切出，且不影响其他锂电池电芯3的充电，实现一个化成主电源模块1供多个锂电池电芯3充电，通过控制电流大小能够保证串联的多个锂电池电芯3化成电流均匀稳定。

所述辅助电源模块4中设有AC-DC转换电路、DC-DC转换模块和切换控制电路，所述切换控制电路与所述MCU主控单元控制相连，通过MCU主控单元对辅助电源模块4进行控制，所述切换控制电路用于接通或切断所述辅助电源模块4与锂电池电芯3的电路连接；所述切换控制电路的结构参考旁路开关电路，切换控制电路中设置相应的晶体管等控制开关。

利用辅助电源模块4与化成主电源模块1相结合，在化成主电源模块1提供稳定恒流基础上，弥补串联时化成主电源模块1提供的电压可能不稳定的缺陷，再给锂电池电芯3补充提供稳定的恒定电压，确保能够提供稳定的恒压和恒流；或者根据需要，也能够控制辅助电源模块4单独给锂电池电芯3进行恒压充电和放电处理；不需要时辅助电源模块4能够切断连接；保证化成设备化成效果更加均衡稳定，并且使用灵活方便。

所述DC-DC转换模块用于给所述锂电池电芯3提供5V2A-5V20A的恒压充电电源。辅助电源模块4能够根据不同锂电池电芯3的规格提供不同的恒压源，确保化成时电压与电流更加均匀一致。

每个所述锂电池化成旁路板2与所述化成主电源模块1之间设有通讯控制电路。所述辅助电源模块4与所述化成主电源模块1之间设有通讯控制电路。

八个所述锂电池化成旁路板2串联成一组，每个所述化成主电源模块1同时对八个待化成的锂电池电芯3进行充放电处理。同理，也可以四个、十六个、三十二个等串联为一组，便于安装使用和集中管理。

本发明工作原理：根据需要将四个、八个、十六个或三十二个等数量的锂电池化成旁路板2串联设置在化成主电源模块1的输出端，每个锂电池化成旁路板2中独立连接一个待化成的锂电池电芯3进行化成处理，并且每个锂电池电芯3的两端还并联有能够给所述锂电池电芯3提供独立恒压源和单独放电的辅助电源模块4，从而保证串联在一起的锂电池电芯3两端的电压以及电芯中流过的电流比采用传统的并联式化成电路更加均匀一致。当某个待化成的锂电池电芯3出现异常情况时，锂电池化成旁路板2中的MCU主控单元控制旁路开关电路导通，通过控制电路切断出现问题的锂电池电芯连接，同一串联电路中其他待化成的锂电池电芯3能够不受影响，能够继续进行化成处理。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。