锂电池化成分容设备的并行校准工装的制作方法

1.本发明涉及开关电源检测及校准技术领域，具体为一种锂电池化成分容设备的并行校准工装。


背景技术：

2.随着新能源和储能行业的发展，具有电压高、重量轻、体积小、寿命长、安全性好、无污染、自放电率低及宽范围工作温度等诸多优点的锂电池受到广泛的运用；在锂电池的制造过程中，需要完成化成分容工序，即，在锂电池组装完成后，需要使用一定的电压和电流对锂电池进行一定时间的充电，并经过放电和放置的步骤，使锂电池内部发生一系列化学反应，从而激活锂电池的电芯，使锂电池的性能达到标准。
3.在化成分容工序中，锂电池的充放电过程复杂，不稳定的电流和电压将会直接影响锂电池的输出电压、容量以及循环寿命等性能，因此，在化成分容设备需要保持较高的电流精度和电压精度；然而，在化成分容设备的运行过程中，由于受外界干扰和自身电子元件老化的影响，其电流精度和电压精度可能会出现下降，因此需要定期对化成分容设备进行校准，以消除或减少化成分容设备输出的电流和电压偏差，使其电流精度和电压精度保持在较高的水平。
4.现有技术中，化成分容设备的校准方法包括非工装校准和工装校准；其中，非工装校准是选用与化成分容设备参数相匹配的分流器和水泥电阻，以实现化成分容设备的单通道校准，当一个通道校准完毕后，需要手动切换分流器和水泥电阻至下一通道，具有接线繁琐和费时费力的缺点，且频繁的上电与断电操作对化成分容设备也有一定的损耗，且在校准过程中，大量的连接线路外露，存在一定的安全隐患；工装校准是指将分流器和水泥电阻进行封装，并连接化成分容设备的所有通道，通过主控发出的控制信号，控制各个继电器状态变化，实现通道的切换。无论是采用非工装校准，还是采用工装校准，均仅能实现单通道校准，需要依次对化成分容设备的各个通道进行校准，其费时费力，效率较低。
5.此外，在校准的过程中，需要对化成分容设备的输出通道进行电学物理量检测和计量，例如分别检测和计量化成分容设备的输出通道之充电电流、充电电压以及放电电流，然而，对于充电电流、充电电压以及放电电流等不同的电学物理量，在检测和计量的过程中需要依赖不同的检测电路，手动切换检测电路显然效率较低且容易发生误接。
6.综上所述，如何提供一种能够自动切换检测通道和检测模式的锂电池化成分容设备校准工装，成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种锂电池化成分容设备的并行校准工装，能够实现化成分容设备的并行多通道校准，且能够自动切换充电电流、充电电压以及放电电流的检测模式。
8.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种锂电池化成分容设备的并行校
准工装，包括主控模块、通道切换模块、检测模式切换模块以及电物理量检测模块；所述主控模块分别与所述通道切换模块、所述检测模式切换模块以及所述电物理量检测模块信号连接；所述通道切换模块能够在所述主控模块给定的控制信号下，将所述锂电池化成分容设备的各路输出通道切入或切出至所述检测模式切换模块；所述检测模式切换模块能够在所述主控模块给定的控制信号下，切换为充电电流检测模式、充电电压检测模式以及放电电流检测模式中的一种，并接入所述电物理量检测模块；所述电物理量检测模块能够将其所检测到的电物理量传送至所述主控模块和/或上位机。
9.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
10.本发明的锂电池化成分容设备并行校准工装，通过电物理量检测模块能够实现对化成分容设备之输出通道的并行检测；通过通道切换模块能够实现对锂电池化成分容设备之输出通道的并行切换，从而实现化成分容设备的多输出通道并行检测及校准，能够有效提高化成分容设备在校准时的工作效率；通过检测模式切换模块，能够切换不同的电路回路，从而实现充电电流检测模式、充电电压检测模式以及放电电流检测模式的切换；其结构简单紧凑，有效地提高了锂电池化成分容设备在进行校准时的自动化程度，节省了时间和人力成本，无需人工接线，从而降低了错误率。
附图说明
11.图1为本发明中的主控模块的电路原理图。
12.图2为本发明中的通道切换模块的电路原理图。
13.图3为本发明中的电物理量检测模块的电路原理图。
14.图4为本发明的电路原理图。
15.图5为本发明在充电电流检测模式时的电路状态图。
16.图6为本发明在充电电压检测模式时的电路状态图。
17.图7为本发明在放电电流检测模式时的电路状态图。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.本实施例提供一种锂电池化成分容设备的并行校准工装，用于对锂电池化成分容设备的各输出通道进行并行的充电电流、充电电压以及放电电流检测，以便校准锂电池化成分容设备的各输出通道。
20.本实施例的锂电池化成分容设备的并行校准工装，包括主控模块、通道切换模块、检测模式切换模块以及电物理量检测模块；主控模块分别与通道切换模块、检测模式切换模块以及电物理量检测模块信号连接；通道切换模块能够在主控模块给定的控制信号下，将锂电池化成分容设备的各路输出通道切入或切出至检测模式切换模块；检测模式切换模块能够在主控模块给定的控制信号下，切换为充电电流检测模式、充电电压检测模式以及放电电流检测模式中的一种，并接入电物理量检测模块；电物理量检测模块能够将其所检
测到的电物理量传送至主控模块和/或上位机。
21.其中，主控模块搭载在一块印刷电路板(pcb)上，通道切换模块则搭载在另一块印刷电路板(pcb)上，且该两块印刷电路板通过排线连接。
22.请参阅图1，具体地，主控模块包括主控u1、多路开关u26、若干的d型触发器ua以及若干的驱动芯片ub；其中，主控u1为单片机或嵌入式芯片等mcu，其至少具有通用输入/输出引脚，本实施例中，主控u1是型号为gd32f450zg的嵌入式芯片，其基于cortex-m4核心；本实施例中，多路开关u26具体是型号为cd4051的单端8通道多路开关，通过其通道选择引脚a、b、c输入的三位二进制信号，能够实现其输出通道引脚x0-x7的通道选择功能，且其inh引脚为使能引脚；本实施例中，d型触发器ua的型号为cd4042，其能够将数据暂存，并依据时钟信号的触发，将信号输入端d0-d3的数据传输至信号输出端q0-q3；本实施例中，驱动芯片ub的型号为uln2003a，其能够为信号增加驱动能力，即，将信号输入端in1-in7所输入的信号之功率提高后，由信号输出端rel1-rel7输出。
23.主控u1的通用输入/输出引脚分别与多路开关u26的使能引脚和通道选择引脚连接；且进一步地，主控u1的通用输入/输出引脚分别经过光耦合器(op3a、op3b、op3c以及op3d)后，与多路开关u26的使能引脚和通道选择引脚连接。
24.主控u1的通用输入/输出引脚还分别与d型触发器ua的信号输入端连接，且进一步地，主控u1的通用输入/输出引脚分别经过光耦合器(以op1a、op1b、op1c以及op1d为例)后，与d型触发器ua的信号输入端连接；多路开关u26输出通道引脚分别与各个d型触发器ua的时钟信号输入引脚连接，且各个d型触发器ua的极性引脚均被赋予高电平。
25.d型触发器ua的各个信号输出端由驱动芯片ub提高功率后，作为主控模块的控制信号输出端，并分别与通道切换模块和检测模式切换模块的控制信号输入端连接。
26.本实施例中，d型触发器ua设置有14个，驱动芯片ub则设置有7个；主控u1的通用输入/输出引脚均与各个d型触发器ua的信号输入端连接，多路开关u26的每个输出通道引脚均与两个d型触发器ua的时钟信号输入引脚连接，以同时控制两个d型触发器ua的输出；每两个d型触发器ua的信号输出端对应于一个驱动芯片ub的信号输入端。
27.进一步地，主控模块的控制信号输出端处设有用于防止电流回流的二极管。
28.请参阅图2，具体地，通道切换模块对应于化成分容设备的输出通道数量设置有若干的通道切换器，且通道切换器以行列的形式组成阵列；所有的通道切换器之信号端均与主控模块信号连接，使通道切换器能够在主控模块给定的控制信号下切换通断状态，以接通或切断其输入端与输出端之间的通路，且，所有的通道切换器之输入端分别与锂电池化成分容设备的一路输出通道连接；电物理量检测模块包括与通道切换器之行数相同的检测通道，检测模式切换模块的设置数量与检测通道的数量相同；位于同一行的通道切换器，其输出端同时接入一个检测模式切换模块，进而接入电物理量检测模块的一路检测通道。
29.进一步地，通道切换模块对应于化成分容设备的输出通道之正负极，分别设置有正极通道切换子模块与负极通道切换子模块；正极通道切换子模块中的通道切换器之输入端分别与化成分容设备的一路输出通道之正极连接，负极通道切换子模块中的通道切换器之输入端分别与化成分容设备的一路输出通道之负极连接；正极通道切换子模块与负极通道切换子模块中，位置对应的两个通道切换器之信号端同时与主控模块信号连接并接受主控模块的同一路控制信号。
30.具体地，锂电池化成分容设备的各输出通道均为接线铜柱，通道切换器之输入端与该接线铜柱连接，从而实现通道切换器与化成分容设备之输出通道的连接。
31.以本实施例为例，化成分容设备设置有400条输出通道，依极性区分后，分别为ch1+～ch400+和ch1-～ch400-；相应地，通道切换器对应于正极通道切换子模块和负极通道切换子模块，设置有400组共计800个，且每组通道切换器形成20行20列的阵列，分别为row1～row20和col1～col20；相应地，电物理量检测模块包括20条检测通道，区分正负极后，分别为c1+～c20+和c1-～c20-。
32.具体地，通道切换器为继电器。
33.进一步具体地，通道切换器的信号端引出高电平信号引脚(本实施例为引脚1)和低电平信号引脚(本实施例为引脚8)；高电平信号引脚接收高电平且低电平信号引脚接收低电平时，通道切换器为连通状态，此时，输入端与输出端之间的通路被接通，本实施例中，通道切换器的高电平信号引脚接收高电平且低电平信号引脚接收低电平时，通道切换器的常闭点打开，常开点闭合，从而实现输入端与输出端的连通；否则，通道切换器为断开状态，此时，输入端与输出端之间的通路被切断。
34.具体地，主控模块的控制信号输出端包括与通道切换器之行数相同的行控制信号输出端row_n，以及，与通道切换器之列数相同的列控制信号输出端col_n；位于同一行的通道切换器，有：其高电平信号引脚同时与主控模块的一个行控制信号输出端row_n连接；位于同一列的通道切换器，有：其低电平信号引脚同时与主控模块的一个列控制信号输出端col_n连接；对于同一列的通道切换器，主控模块通过列控制信号输出端col_n向其低电平信号引脚输入低电平后，该列中的各个通道切换器能够依据行控制信号输出端row_n的高电平而进入连通状态，或者，依据行控制信号输出端row_n的低电平而进入断开状态。
35.请参阅图4，检测模式切换模块包括充电电流检测回路、充电电压检测回路、放电电流检测回路以及继电器d33。
36.充电电流检测回路的两端分别为输入端口i+和输入端口i-，输入端口i+和输入端口i-与锂电池化成分容设备的至少一路输出通道连接，实际上，输入端口i+和输入端口i-可以直接与锂电池化成分容设备的一路输出通道连接，也可以经过通道切换模块后，与锂电池化成分容设备的多路输出通道连接；沿充电电流检测回路依次设有分流器和继电器d31，分流器的两端分别引出fli+端与fli-端，具体是，继电器d31的公共端(引脚3和引脚6)与分流器连接，常开端(引脚4和引脚5)与输入端口i-连接，常闭端(引脚2和引脚7)悬空。
37.充电电压检测回路包括电阻r和继电器d34；具体地，电阻为水泥电阻，电阻的阻值为20ω；继电器d34的动作部包括第一动作部d34b和第二动作部d34c，电阻r的两端分别引出v+端和v-端；继电器d34的第一动作部d34b有：其公共端(引脚3)与充电电流检测回路的输入端口i-连接，其常开端(引脚4)与电阻r的一端连接，其常闭端(引脚2)悬空；继电器d34的第二动作部d34c有：其公共端(引脚6)与充电电流检测回路的输入端口i+连接，其常开端(引脚5)与电阻r的另一端连接，其常闭端(引脚7)悬空。
38.放电电流检测回路包括补电电源输入端口power+、补电电源输入端口power-以及继电器d32，继电器d32与充电电流检测回路的继电器d31配合，使补电电源输入端口power+和补电电源输入端口power-被接入充电电流检测回路，或者，使补电电源输入端口power+和补电电源输入端口power-从充电电流检测回路中切出；具体来说，放电电流检测回路中，
补电电源输入端口power-与充电电流检测回路的输入端口i-连接；继电器d32有：其公共端(引脚3和引脚6)与充电电流检测回路的分流器连接，其常开端(引脚4和引脚5)与补电电源输入端口power+连接，其常闭端(引脚2和引脚7)悬空。
39.继电器d33有：其公共端与电物理量检测模块连接，其常开端与v+端和v-端连接，其常闭端与fli+端和fli-端连接。
40.具体地，继电器d33的动作部包括第一动作部d33b和第二动作部d33c；继电器d33的第一动作部d33b有：其公共端(引脚3)与电物理量检测模块的端口v连接，其常开端(引脚4)与v+端连接，其常闭端(引脚2)与fli+端连接；继电器d33的第二动作部d33c有：其公共端(引脚6)与电物理量检测模块的端口com连接，其常开端(引脚5)与v-端连接，其常闭端(引脚7)与fli-端连接。
41.继电器d31、继电器d32、继电器d33以及继电器d34均能够在主控模块给定的控制信号下，切换至常开状态或者常闭状态，从而，实现充电电流检测模式、充电电压检测模式以及放电电流检测模式的切换。
42.进一步地，继电器d31、继电器d32、继电器d33以及继电器d34的引脚1共用一路高电平控制信号；继电器d31的引脚8从主控模块处接收一路低电平控制信号，继电器d32的引脚8从主控模块处接收另一路低电平控制信号，继电器d33和继电器d34的引脚8从主控模块处接收又一路低电平控制信号，使得继电器d33和继电器d34必须同时进入常开点闭合状态或者常开点打开状态。
43.请参阅图3，具体地，电物理量检测模块包括数字万用表，以及，与数字万用表连接的并行检测通道扩展子模块，该数字万用表的型号为dmm6500；并行检测通道扩展子模块的并行输入端即为电物理量检测模块的检测通道，数字万用表实际是通过逐个扫描的方式，依次测量并行检测通道扩展子模块中的各个并行输入端的电压和电流；电物理量检测模块的每条检测通道前，均设置有检测模式切换模块
44.本实施例的锂电池化成分容设备并行校准工装，在使用时：
45.主控u1的通用输入/输出引脚之输出信号经光耦合器后，到达多路开关u26的使能引脚和通道选择引脚，当该使能引脚为低电平时，可以依据通道选择引脚的电平状态选择多路开关u26的输出通道引脚x0-x7；多路开关u26的输出电平可以同时控制14个d型触发器ua的工作状态，d型触发器ua的信号输入端由低电平变化为高电平时，受上升沿触发，d型触发器ua将信号输入端d0-d3的数据传输至信号输出端q0-q3；各个d型触发器ua的信号输出端之输出信号由驱动芯片ub提高功率后，分别作为主控模块的行控制信号输出端row_n之输出信号、列控制信号输出端col_n之输出信号，以及，对检测模式切换模块的控制信号；
46.主控模块通过列控制信号输出端col_n向一列的通道切换器之低电平信号引脚输入低电平后，再通过行控制信号输出端row_n向该列的通道切换器之高电平信号引脚输入高电平，此时，该列的通道切换器被全部接通，使该列通道切换器所对应的化成分容设备的输出通道，能够与电物理量检测模块的各路检测通道所对应的检测模式切换模块连通；
47.请参阅图5，以充电电流检测模式运行时：继电器d31为常开点闭合状态，继电器d32、继电器d33以及继电器d34均为常开点打开状态，使电流依次经过充电电流检测回路的输入端口i+、分流器、继电器d31以及输入端口i-，电物理量检测模块读取分流器两端的电压。
48.请参阅图6，以充电电压检测模式运行时：继电器d33和继电器d34均为常开点闭合状态，继电器d31和继电器d32均为常开点打开状态，使电流依次经过充电电流检测回路的输入端口i+、充电电压检测回路的第二动作部d34c、电阻r、第一动作部d34b，以及，充电电流检测回路的输入端口i-，电物理量检测模块读取电阻r两端的电压。
49.请参阅图7，以放电电流检测模式运行时：继电器d32为常开点闭合状态，继电器d31、继电器d33以及继电器d34均为常开点打开状态，使电流依次经过充电电流检测回路的输入端口i-、放电电流检测回路的补电电源输入端口power-、补电电源输入端口power+、继电器d32，以及，充电电流检测回路的分流器和输入端口i+，电物理量检测模块读取分流器两端的电压。
50.电物理量检测模块的数字万用表通过逐个扫描的方式，依次测量并行检测通道扩展子模块中的各个并行输入端的电压和电流，从外部来看，电物理量检测模块同时通过所有的检测通道，对被接通的锂电池化成分容设备的各输出通道进行并行的电压和电流检测，以便为化成分容设备的校准提供参考；
51.一列通道切换器所对应的化成分容设备的输出通道被检测并校正完毕后，主控模块通过列控制信号输出端col_n向下一列的通道切换器之低电平信号引脚输入低电平后，再通过行控制信号输出端row_n向该列的通道切换器之高电平信号引脚输入高电平，以便将该列的通道切换器全部接通，使该列通道切换器所对应的锂电池化成分容设备的输出通道，能够以充电电流检测模式、充电电压检测模式以及放电电流检测模式，与电物理量检测模块的各路检测通道连通，从而进入下一列的检测及校正过程。
52.本实施例的锂电池化成分容设备并行校准工装，通过电物理量检测模块能够实现对化成分容设备之输出通道的并行检测；通过通道切换模块能够实现对锂电池化成分容设备之输出通道的并行切换，从而实现化成分容设备的多输出通道并行检测及校准，能够有效提高化成分容设备在校准时的工作效率；通过检测模式切换模块，能够切换不同的电路回路，从而实现充电电流检测模式、充电电压检测模式以及放电电流检测模式的切换；其结构简单紧凑，有效地提高了锂电池化成分容设备在进行校准时的自动化程度，节省了时间和人力成本，无需人工接线，从而降低了错误率。
53.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。