基于能量模块工况老化过程的VES虚拟电库的制作方法

基于能量模块工况老化过程的ves虚拟电库
技术领域
1.本实用新型属于锂离子电池制造技术领域，涉及一种基于能量模块工况老化过程的ves虚拟电库。


背景技术：

2.目前国内外锂离子电池制造工艺复杂冗长且高度同质化，造成了巨大的人力、物力、财力以及能源浪费。若以年产1gwh锂离子电池计算生产过程中，电能消耗约4500万kwh，生产成本高企不下。在传统锂离子电池制造工艺中，电池最后的老化工序一般是在离散状态带电静置7天甚至更长时间观察，然后再分组pack。在老化工序中资源浪费巨大且非常不利于低碳经济发展。因此在电池的老化工序过程中建立ves虚拟电库对电池进行储能控制对于本领域具有重要意义。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的，是要提供一种基于能量模块工况老化过程的ves虚拟电库，实现了锂离子电池制造过程中的高效率、低能耗、低成本，并推动了低碳经济发展。
4.本实用新型为实现上述目的，所采用的技术方案如下：
5.一种基于能量模块工况老化过程的ves虚拟电库，它包括nce能量模块、用于与nce能量模块插接或脱离的ipb迭代插接仓，用于运输nce能量模块的码垛输送机、设置于所述码垛输送机两侧的eip嵌装平台和vec虚拟电库控制箱；所述nce能量模块上设有第一正、负极航空插头和第一can通讯航空插头；
6.所述码垛输送机包括相平行设置的上水平导轨、下水平导轨、在上水平导轨和下水平导轨上行走的纵向支撑杆，以及在纵向支撑杆上上下行走的asm自动码垛机械手；
7.所述eip嵌装平台为钢架结构，钢架结构上部用于列阵式嵌装ipb迭代插接仓，钢架结构下部用于列阵式嵌装vec虚拟电库控制箱；
8.每个所述ipb迭代插接仓内均设有用于水平放置nce能量模块的底座，与nce能量模块上的第一正、负极航空插头直接插接或脱离的第二正、负极航空插头，与第一can通讯航空插头直接插接或脱离的第二can通讯航空插头；
9.所述vec虚拟电库控制箱内包括plc控制器和用于接收plc控制器的工作指令对nce能量模块进行模拟工况充放电储能及电力调峰的虚拟电库控制电路，虚拟电库控制电路与ipb迭代插接仓的第二正、负极航空插头电连接，plc控制器与ipb迭代插接仓的第二can通讯航空插头、虚拟电库控制电路、asm自动码垛机械手电连接；
10.所述nce能量模块为锂电池制造过程中静置老化工序的在制品。
11.作为限定，所述eip嵌装平台下部列阵式嵌装的每个vec虚拟电库控制箱中的虚拟电库控制电路分别与对应列的ipb迭代插接仓中的nce能量模块电连接。
12.作为第二种限定，所述asm自动码垛机械手上安装有ccd工业成像自动定位系统。
13.作为第三种限定，所述eip嵌装平台通过紧固件安装并固定在水泥地预埋件上。
14.作为第四种限定，所述虚拟电库控制电路包括变压器、ac市电隔离器、ac局域电容补偿器、ac局域电网、ac局域电网隔离器、pcs双向储能变流器、ac局域交流用电器隔离器、pwm全功率开关、dc直流母线；
15.所述ac市电隔离器的一端与变压器的低压侧连接，另一端与ac局域电网连接；变压器的高压侧与市高压电网连接；ac局域电容补偿器与ac局域电网连接；ac局域交流用电器隔离器的一端与ac局域电网连接，另一端与交流用电器连接；
16.所述ac局域电网隔离器的一端与ac局域电网连接，另一端分别与若干个pcs双向储能变流器的一端连接，每个所述pcs双向储能变流器的另一端与pwm全功率开关的一端、ipb迭代插接仓组的第二正、负极航空插头的负极连接，ipb迭代插接仓组的第二正、负极航空插头的正极与pwm全功率开关的一端连接；所述nce能量模块组的负极、pwm全功率开关的另一端均通过dc直流母线为直流用电器提供输电力；
17.所述ipb迭代插接仓组由至少一个ipb迭代插接仓串联组成；plc控制器的输出端与ac局域电网连接；
18.所述pwm全功率开关为脉宽调制器，用于在nce能量模块组按工艺要求迭代时实现无负载安全切换。
19.作为第五种限定，所述ac市电隔离器包括第一隔离开关、第一双向计量表、第一接触器、第一断路器，第一隔离开关与变压器连接，第一断路器与ac局域电网连接。
20.作为第六种限定，所述ac局域电网隔离器包括第二隔离开关、第二双向计量表、第二接触器、第二断路器，第二隔离开关与ac局域电网连接，第二断路器分别与若干个pcs双向储能变流器的一端连接。
21.作为第七种限定，所述ac局域交流用电器隔离器包括第三隔离开关、第三双向计量表、第三接触器、第三断路器，第三隔离开关与ac局域电网连接，第三断路器与交流用电器连接。
22.作为第八种限定，所述ac局域电网采用ac380三相四线制。
23.本实用新型由于采用了上述的技术方案，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：
24.（1）相对于传统情况下，nce能量模块，即锂电池制造过程中静置老化工序的在制品充电后只是在离散状态静置观察其电压、电量变化，本实用新型所提供的基于能量模块工况老化过程的ves虚拟电库，将nce能量模块通过ipb迭代插接仓快速插拔串并联模拟工况条件充放电储能，通过电能存储、电力调峰的充放电工况控制，极大地节省了仓储面积和储能电库投资；
25.（2）本实用新型将nce能量模块通过ipb迭代插接仓迭代串并联，通过vec虚拟电库控制箱控制nce能量模块用于充放电储能，可以利用高压电网即交流市电的电谷电节省电费平衡电力；
26.（3）本实用新型的虚拟电库控制电路既实现了nce能量模块以迭代方式安全插入或退出ipb迭代插接仓，避免电流失控造成的安全事故，又提高了效率、降低了能耗、减少了投资、降低了成本，且安全可靠；
27.（4）本实用新型适合大规模工业生产和推广应用。
28.本实用新型属于锂离子电池制造技术领域，用于对锂离子电池制造老化工序过程
的在制品创建储能电库节能减排。
附图说明
29.图1所示为本实用新型实施例的结构示意图；
30.图2所示为本实用新型实施例的侧视图；
31.图3所示为本实用新型实施例控制电路的电路原理图。
32.图中：1、eip嵌装平台；2、ipb迭代插接仓；3、nce能量模块；4、asm自动码垛机械手；5、vec虚拟电库控制箱；6、上水平导轨；7、下水平导轨；8、纵向支撑杆；9、ac市电隔离器；10、ac局域电容补偿器；11、ac局域电网；12、ac局域电网隔离器；13、pcs双向储能变流器；14、ac局域交流用电器隔离器；15、pwm全功率开关；16、dc直流母线；17、变压器。
具体实施方式
33.为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。
34.实施例 一种基于能量模块工况老化过程的ves虚拟电库
35.如图1及图2所示，本实施例包括nce能量模块（no cell energy module）3、用于与nce能量模块3插接或脱离的ipb迭代插接仓（iterative plug box）2，用于运输nce能量模块3的码垛输送机、设置于码垛输送机两侧的eip嵌装平台（embedded installation platform）1和vec虚拟电库控制箱（virtual electric storage control box）5；其中，nce能量模块3上设有第一正、负极航空插头和第一can通讯航空插头，nce能量模块3为锂电池制造过程中静置老化工序的在制品，本实施例中nce能量模块3为锂电池；eip嵌装平台1通过采用螺栓安装并固定在水泥地预埋件上。
36.码垛输送机包括相平行设置的上水平导轨6、下水平导轨7、在上水平导轨6和下水平导轨7上行走的纵向支撑杆8，以及在纵向支撑杆8上上下行走的asm自动码垛机械手（automatic stacking manipulator）4，纵向支撑杆8为框架结构。asm自动码垛机械手4上安装有ccd工业成像自动定位系统。其中，通过上水平导轨6、下水平导轨7、纵向支撑杆8，asm自动码垛机械手4可前后、左右、上下、360
°
旋转多自由度运动，通过ccd工业成像自动定位系统可以方便、准确、高效的将nce能量模块3插入或脱出ipb迭代插接仓2。本实施例中，asm自动码垛机械手4是可以根据指令实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置，码垛输送机包括上水平导轨6、下水平导轨7、纵向支撑杆8，可前后、左右、上下、360
°
旋转多自由度运动的asm自动码垛机械手4，为现有结构不在多做描述。
37.eip嵌装平台1是一个下端固定在在水泥地预埋件上的钢架结构，钢架结构上部用于列阵式嵌装ipb迭代插接仓2，钢架结构下部用于列阵式嵌装vec虚拟电库控制箱5。
38.本实施例中，设置于码垛输送机两侧的eip嵌装平台1中共列阵式嵌装160个ipb迭代插接仓2，每列八个共二十列，每个ipb迭代插接仓2均采用螺栓镶嵌式安装在eip嵌装平台1的上部，每个ipb迭代插接仓2内均设有用于水平放置nce能量模块3的底座，与nce能量模块3的第一正、负极航空插头插接或脱离第二正、负极航空插头和与nce能量模块3的第一can通讯航空插头插接或脱离的第二can通讯航空插头。其中，nce能量模块3可以通过asm自动码垛机械手4插入或脱出一个ipb迭代插接仓2。nce能量模块3通过和ipb迭代插接仓2的
插头快速插拔串并联模拟工况条件充放电储能。
39.每侧的eip嵌装平台1上列阵式嵌装十个vec虚拟电库控制箱5，每个vec虚拟电库控制箱5分别与对应列的ipb迭代插接仓2中的nce能量模块3电性连接。每个vec虚拟电库控制箱5内包括plc控制器和用于接收plc控制器工作指令的虚拟电库控制电路，其中，虚拟电库控制电路通过与ipb迭代插接仓2的第二正、负极航空插头电性连接连接实现与nce能量模块3电性连接，plc控制器与ipb迭代插接仓2的第二can通讯航空插头、虚拟电库控制电路、asm自动码垛机械手4电性连接。plc控制器与ipb迭代插接仓2的第二can通讯航空插头连接用于传输采集数据和控制指令。
40.如图3所示，本实施例中，虚拟电库控制电路包括变压器17、ac市电隔离器9、ac局域电容补偿器10、ac局域电网11、ac局域电网隔离器12、pcs双向储能变流器13、ac局域交流用电器隔离器14、pwm全功率开关15、dc直流母线16。其中变压器17为380v变压器。ac局域电网11采用ac380三相四线制。
41.ac市电隔离器9的一端与变压器17的低压侧连接，另一端与ac局域电网11连接，变压器17的高压侧与市高压电网即交流市电连接；ac局域电容补偿器10与ac局域电网11连接；ac局域交流用电器隔离器14的一端与ac局域电网11连接，另一端与交流用电器连接。ac局域电网隔离器12的一端与ac局域电网11连接，另一端与若干个pcs双向储能变流器13的一端连接，每个pcs双向储能变流器13的另一端与pwm全功率开关15的一端、ipb迭代插接仓组2的第二正、负极航空插头的负极连接，ipb迭代插接仓组的第二正、负极航空插头的正极与pwm全功率开关15的一端连接；ipb迭代插接仓组、pwm全功率开关15的另一端均通过dc直流母线16为直流用电器提供输电力。本实施例中，ipb迭代插接仓组由两个ipb迭代插接仓2串接组成；plc控制器的输出端与ac局域电网11连接。
42.本实施例中，ac市电隔离器9包括依次连接的第一隔离开关g1、第一双向计量表q1、第一接触器km1、第一断路器qf1，第一隔离开关与变压器17连接，第一q1断路器与ac局域电网11连接。plc控制器通过向ac市电隔离器9发送控制指令，控制ac市电隔离器9自动执行交流市电与ac局域电网11的隔离与连接、双向电量计量以及熔断保护。
43.ac局域电网隔离器12包括依次连接的第二隔离开关g2、第二双向计量表q2、第二接触器km2、第二断路器qf2，第二隔离开关与ac局域电网11连接，第二断路器分别与若干个pcs双向储能变流器13的一端连接。plc控制器通过向ac局域电网隔离器12发送控制指令，控制ac局域电网隔离器12自动连接执行与pcs双向储能变流器13的隔离与连接、双向电量计量以及熔断保护。
44.ac局域交流用电器隔离器14包括依次连接的第三隔离开关g3、第三双向计量表q3、第三接触器km3、第三断路器qf3，第三隔离开关与ac局域电网11连接，第三断路器与交流用电器连接。plc控制器通过向ac局域交流用电器隔离器14发送控制指令，控制ac局域交流用电器隔离器14自动连接执行与交流用电器的隔离与连接、双向电量计量以及熔断保护。
45.本实施例中，ac局域电容补偿器10是标准产品元器件至少包括第四隔离开关g4、第四计量表q4、第四接触器km4、熔断器qf4、电容c、电感l。
46.本实施例的工作原理为：首先通过vec虚拟电库控制箱5内的plc控制器发送指令控制asm自动码垛机械手4从nce能量模块3高温老化工序取得工序在制品nce能量模块3，并
送至相应的ipb迭代插接仓2，nce能量模块3的第一正、负极航空插头、第一can通讯航空插头通过与ipb迭代插接仓2的第二正、负极航空插头以及第二can通讯航空插头进行快速插拔上线，通过虚拟电库控制电路完成老化工序后，plc控制器发送指令控制asm自动码垛机械手4将nce能量模块3从ipb迭代插接仓2中脱出下线送入下一工序，然后asm自动码垛机械手4再重新取得新的nce能量模块3并送至相应的ipb迭代插接仓2迭代上线。nce能量模块3通过第一正、负极航空插头以及第一can通讯航空插头与ipb迭代插接仓2快速插拔连接或脱离是一个迭代交替的过程。
47.在nce能量模块3通过第一正、负极航空插头以及第一can通讯航空插头与ipb迭代插接仓2快速插拔连接或脱离进行老化工序的过程中，虚拟电库控制电路根据plc控制器发送的指令对nce能量模块3进行模拟工况充放电储能及电力调峰。
48.其中，虚拟电库控制电路中，由于夜间电力较白天电力便宜，因此plc控制器控制虚拟电库控制电路在夜间对ipb迭代插接仓2中的nce能量模块3进行充电以降低能耗、降低成本。nce能量模块3进行充电时，ac市电隔离器9接受plc控制器的控制指令，与交流市电连接，交流市电通过380v变压器17将高压电源转换成所需要的低压电源，ac局域电网11通过ac局域电网隔离器12与pcs双向储能变流器13连接，每个pcs双向储能变流器13连接两个串联的ipb迭代插接仓2，ipb迭代插接仓2中的nce能量模块3通过pcs双向储能变流器13接受ac局域电网11电能充电储能。
49.在白天时，nce能量模块3中电量足够，在对nce能量模块3进行放电时，ac市电隔离器9接受plc控制器指令断开，ac局域电网隔离器12、ac局域交流用电器隔离器14接受plc控制器指令连接，ipb迭代插接仓2中的nce能量模块3通过pcs双向储能变流器13逆变回馈电能给ac局域电网11，并通过pwm全功率开关15全功率控制迭代插入或脱出ipb迭代插接仓2并防止电流冲击系统造成安全事故。ac局域交流用电器隔离器14通过与ac局域电网11连接为交流用电器供电。
50.此外，白天对nce能量模块3进行放电时，ac市电隔离器9、ac局域电网隔离器12、ac局域交流用电器隔离器14还可以接受plc控制器指令断开。此时，ipb迭代插接仓2中的nce能量模块3、pwm全功率开关15通过dc直流母线16为直流用电器提供输电力。
51.在虚拟电库控制电路控制ipb迭代插接仓2中的nce能量模块3进行充放电时，ac局域电容补偿器10接受plc控制器的控制指令，自动连接ac局域电网11执行电路无功补偿提高ac局域电网11效率降低损耗。
52.晚间时间和白天时间可以在plc控制器中具体设置。本实施例适用于新能源汽车及各种化学储能。
53.本实施例中，0.2gwh 能量模块制造厂采用基于能量模块工况老化过程的ves虚拟电库时，年产200v/100ah电能量模块0.2gwh，nce能量模块3储存或释放的电量为6mwh，较目前国内外锂离子电池制造的高端水平节约储能电库电池投资600万元人民币，每年节约电费108万元人民币（按峰谷电差价0.6元/kwh）。
54.需要说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在
本实用新型的保护范围之内。