一种电池化成分容及检测系统的制作方法

本发明涉及电池生产制造技术领域，更具体地说，尤其是涉及用于结合电力储能及能量互换原理完成动力电池的化成分容以及评估检测的一种电池化成分容及检测系统。

背景技术：

电池生产制造技术包括前端的极片的制作、中端电芯的制作、后端的激活检测电池组装等工序，电池的化成、分容及检测均属于电池生产后端制造技术，需要利用电能完成电池充放电的过程，其：化成是通过电能把电池内部进行激活，分容是对已激活过的电池进行满负荷的充放电循环过程，检测需要对出厂的成品，包括梯次利用的动力电池进一步充放电循环过程。

目前动力电池生产企业在化成、分容及检测系统方面主要分能耗型和回馈型两种，能耗型使用电阻转化成热量耗掉，这部分能量不仅没有利用上，而且还会使环境空间温度急剧上升而增加了降温设备的投入，耗电量也随之上升。回馈型通常采用的技术为充电过程利用交流电提供能量来源，放电过程则是通过将直流逆变成交流回馈至电网的方式节约大约40％左右的能量，但是回馈型需要依赖电网政策，节约的能源得不到很好的利用；另外，在生产过程中难免会遇到交流失电、事故跳闸等故障，因为电池生产的充放电能量需求很大，在电池分容检测过程中的交流事故一般不会造成大的影响，事故恢复后接续原来的工步运行即可，而在化成阶段如果出现交流事故势必会影响sei膜的形成，使生产出来的电池内阻、循环寿命、日历寿命都会受到影响，严重的话可能会产生一批废品。

鉴于上述的缺点，现有技术人员在这样的类似领域在研究开发。

技术实现要素：

针对现有技术的上述缺陷和问题，本发明所要解决的技术问题是：提供一种电池化成分容及检测系统，采用电力储能技术，结合以双向dc/dc模块为核心技术，实现锂电池和锂电池之间，完成高效节能的能量互换的电池化成分容及检测系统。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电池化成分容及检测系统，包括厂区负荷、应急负荷及事故照明、储能单元、电池化成分容检测单元、中位机控制单元、上位机控制系统；

所述储能单元包括：交流输入开关、直流输出开关、电池开关、双向ac/dc变换器、储能蓄电池组、dc母线i；

电池化成分容检测单元包括：i级双向dc/dc变换器、dc母线ii、ii级双向dc/dc变换器、电池；

中位机控制单元包括至少一只中位机控制装置；

所述储能单元交流输入开关输入端连接交流电网，储能单元交流输入开关输出端连接厂区负荷和至少一组双向ac/dc变换器，双向ac/dc变换器正向输出端分别通过直流输出开关连接电池开关、dc母线i、应急负荷及事故照明，电池开关接储能蓄电池组，所述dc母线i至少连接一只i级双向dc/dc变换器的正向输入端，i级双向dc/dc变换器正向输出端至少连接两只ii级双向dc/dc变换器，每只ii级双向dc/dc变换器通过dc母线ii连接一组待测的电池；

所述电池化成分容检测单元通过can总线连接至中位机控制单元，中位机控制单元通过以太网连接至上位机控制系统，接收上位机控制系统的指令。

上述技术方案中，所述一组双向ac/dc变换器包括至少一只以上的双向ac/dc变换器通过并联方式连接。

上述技术方案中，所述一组双向ac/dc变换器包括至少一组待测的电池通过并联方式连接。

上述技术方案中，所述中位机控制单元包括至少一台中位机控制装置组成，每台中位机控制装置通过can网与至少一只及以上的ii级双向dc/dc变换器连接并实现命令下发以及信息采集。

上述技术方案中，所述上位机控制系统为可以运行在任何计算机上操作系统的，针对电池化成分容及检测功能而开发的应用软件，每台上位机通过以太网与中位机控制单元连接并实现命令下发以及信息采集，同时兼有数据、状态等信息显示、存储、计算、分析等功能。

本发明采用电力储能技术结合双向dc/dc变换器为核心技术，设计成锂电池和锂电池之间能量互换的系统集成方案，完成锂电池化成、分容及检测所需要的充放电过程，该系统不仅绿色环保、节约能源85％以上，而且还可以利用储能单元实现电能峰谷电价的削峰填谷策略，真正做到既节约电能又节约生产费用的日常投入，同时设有储能蓄电池组，有一定的备电时间，交流失电在一段时间内不会对生产造成任何影响，进一步降低废品率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为发明的结构示意图。

其中：厂区负荷1、应急负荷及事故照明2、待测的电池3、交流输入开关31、直流输出开关32、电池开关33、双向ac/dc变换器34、储能蓄电池组35、dc母线i36、电池化成分容检测单元5、i级双向dc/dc变换器41、dc母线ii42、ii级双向dc/dc变换器43、电池44、中位机控制单元5、上位机控制系统6。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明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作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。

根据图1所示，作为实施例所示的一种电池化成分容及检测系统，本技术方案在于对于系统结构硬件或模块的阐述，包括厂区负荷、应急负荷及事故照明、储能单元、电池化成分容检测单元、中位机控制单元、上位机控制系统；

所述储能单元包括：交流输入开关、直流输出开关、电池开关、双向ac/dc变换器，即双向ac220v/dc220v变换器、储能蓄电池组、dc母线i；

电池化成分容检测单元包括：i级双向dc/dc变换器，即双向dc220v/dc12v变换器、dc母线ii、ii级双向dc/dc变换器即双向dc12v/dc5v变换器、电池；

中位机控制单元包括至少一台中位机控制装置组成，每台中位机控制装置通过can网与至少一只及以上的ii级双向dc/dc变换器连接并实现命令下发以及信息采集。

上位机控制系统为可以运行在任何计算机上操作系统的，针对电池化成分容及检测功能而开发的应用软件，每台上位机通过以太网与中位机控制单元连接并实现命令下发以及信息采集，信息采集为接收所有中位机返回的数据包，解析并获取中位机位置信息；同时兼有对所有采集的信息数据，如运行数据进行记录、计算、整理、存储、分析，对所处理的对象按照规则分类，筛选。

命令包括针对单电池的充电、放电、搁置等工序状态的控制以及具体充电或放电的电压电流等模拟控制。对于电池化成、分容或检测的工步流程，属于现有技术，本领域技术人员和编程人员依据标准文件实现编制控制软件，实现上位机控制系统控制所有工序运行完成。

所述储能单元交流输入开关输入端连接交流电网，储能单元交流输入开关输出端连接厂区负荷和一组或若干或至少两只并联连接双向ac/dc变换器，一组双向ac/dc变换器指至少两只双向ac/dc变换器并联连接组成，双向ac/dc变换器正向输出端分别通过直流输出开关连接电池开关、dc母线i、应急负荷及事故照明，电池开关接储能蓄电池组，所述dc母线i至少连接若干或至少两只通过并联连接的i级双向dc/dc变换器的正向输入端，i级双向dc/dc变换器正向输出端至少连接若干或至少两只并联连接的ii级双向dc/dc变换器，每只ii级双向dc/dc变换器通过dc母线ii连接一组或者一只待测的电池；每只ii级双向dc/dc变换器就相当于是一台下位机，与中位机控制单元连接。

所述电池化成分容检测单元通过can总线或其他通讯总线连接至中位机控制单元，中位机控制单元通过以太网连接至上位机控制系统，接收上位机控制系统的指令。

本发明的系统运行策略：

1、交流工作正常时，储能蓄电池完成削峰填谷，节省峰谷电价产生的电价费用；同时储能蓄电池组起到蓄水池的作用，随时吸收或补充电池化成分容及检测过程中电池间能量互换产生的能量不均衡。

2、电池处于化成、分容、检测的生产过程中的充放电过程，定义：充满的电池称为“1”状态，一部分亏电的电池称为“0”状态。

先把一部分电池充满为“1”状态，“0”状态电池和“1”状态的电池数量通常分别占系统电池总数的一半，“1”状态电池通过自身放电同时给“0”状态电池充电，直至“0”状态电池充满电变成“1”状态，“1”状态电池放光电变成“0”状态，经过若干充放电的能量互换循环，以达到化成、分容、检测的目的，因为电池间能量互换损耗很小，所以储能蓄电池组起到补充少量的能量的作用，储能蓄电池组大部分能量处于备电状态。

3、由于各种交流事故，产生交流失电时，储能蓄电池组能够起到备用电源的作用，通过随时吸收或补充电池化成分容及检测过程中电池间能量互换产生的能量不均衡，可以通过双向ac/dc变换器继续给厂区负荷供电，同时给应急负荷和事故照明供电保证电池生产的不间断可靠运行和厂区的应急及事故照明。

实施例1：目的在于实现削峰填谷：

为节约电费，通过峰谷电价的差值实现节约电费的目的，一般的峰谷电价将24个小时平均分为三个阶段，设置为电价谷值段、电价平值段、电价峰值段，在电价谷值段，电网为供电侧，储能蓄电池组储能；在电价平值段，电网为供电侧，储能蓄电池组备电状态；在电价峰值段，储能蓄电池组通过放电为所有负荷供电。

实施步骤如下：

第一步，电价谷值段，电网向厂区负荷供电，通过交流输入开关为双向ac/dc变换器提供电源，双向ac/dc变换器通过直流输出开关、电池开关向储能蓄电池组充电，同时通过直流输出开关、dc母线i为电池化成分容及检测单元供电；

第二步，电价平值段，电网向厂区负荷供电，同时通过交流输入开关、双向ac/dc变换器、直流输出开关、dc母线i为电池化成分容及检测单元供电，储能蓄电池组备电状态；

第三步，电价峰值段，断开交流输入开关，由储能蓄电池组通过电池开关、dc母线i、直流输出开关、双向ac/dc变换器向厂区负荷供电，同时通过电池开关、dc母线i为电池化成分容及检测单元供电。

实施例2，目的在于实现能量互换：

电池化成、分容及检测过程采用智能协调控制，通过调节各充放电模块的工作时间、工作模式，尽可能使各充放电模块的充电总能量等于放电总能量，遵循能量平衡的控制策略，使绝大部分电能只在直流母线和被测电池之间流动，只有系统内电能不均衡时，才需要从储能蓄电池组补充，或者暂时存放在储能蓄电池组中。

实施步骤如下：

第一步，在上位机控制系统中，按照能量平衡的控制策略匹配与之对应的工艺流程，选择科学合理的化成、分容及检测的工艺流程，定义：1#工艺，即含有如下工步：搁置、充电、搁置、放电、搁置，然后重复以上循环充放电若干次；0#工艺，尽量利用1#工艺放电的时间使0#工艺充电，1#工艺充电的时间使0#工艺放电，将电池生产过程中的充放电能量在dc母线ii系统内循环使用；

第二步，按照dc母线ii下的待测电池数量，将待测电池平均分成两组电池，电池1组、电池0组，所有电池1组执行1#工艺流程，所有电池0组执行0#工艺流程。

在上位机控制系统启动执行命令，该命令通过以太网、中位机控制装置、can网将命令下发至ii级双向dc/dc变换器，ii级双向dc/dc变换器按命令要求运行；

第三步，由于充电、放电的方式无法保证完成一致，两级双向dc/dc变换器也有能量损耗，系统内会有少许能量波动，系统运行过程中，多余的能量通过dc母线i、i级双向dc/dc变换器、dc母线ii存储到储能蓄电池组中，不足的能量由储能蓄电池组通过dc母线ii、双向dc/dc变换器i级双向dc/dc变换器、dc母线i提供。

第四步，系统运行过程中，待电能完成互换后，遵照工艺流程再重复进行下一次能量互换，使电能通过ii级双向dc/dc变换器、dc母线ii、ii级双向dc/dc变换器，在两组被测电池间循环流动，直至完成化成检测。

能量互换型和能耗型的区别在于，电池放电的能量是再利用还是直接由电阻消耗掉。能量互换型是电池放电时通过ii级双向dc/dc变换器、dc母线ii回收后给需要充电的电池充电，因此，节约的电能应该考虑ii级双向dc/dc变换器的效率(一般在90％以上)、线损及其他损耗，所以能量互换型应节能85％以上。

实施例3，目的在于实现应急与备电：

在生产过程中遇到交流失电、事故跳闸等故障，储能蓄电池组作为备用电源通过双向ac/dc变换器给厂区负荷、应急负荷、事故照明等供电，并同时补充电池生产能量互换过程中能量的消耗，保证电池生产过程化成、分容及检测的不间断运行。

实施步骤如下：

第一步，在生产过程中遇到交流失电、事故跳闸等故障；

第二步，储能蓄电池组通过电池开关、dc母线i、直流输出开关、双向ac/dc变换器逆变成交流给厂区负荷供电，电池组电压下降到保护值，切除所有负荷；

第三步，与第二步同时，储能蓄电池发挥应急电源的作用，通过电池开关给应急负荷供电，比如厂区监控、消防等，同时启动事故应急照明，避免不必要的损失和事故发生；

第四步，与第二步、第三步同时，储能蓄电池组仍通过dc母线i、i级双向dc/dc变换器、dc母线ii发挥吸收或补充生产过程中能量的不均衡，使电池生产顺利进行；

第五步，如果交流事故时间很长，蓄电池组容量低于50％时，切断所有厂区负荷，确保化成工艺流程的完成；

第六步，交流故障恢复后，应急负荷、事故照明停止工作，交流为主要供电电源，为厂区负荷、双向ac/dc变换器供电，双向ac/dc变换器给储能蓄电池充电，进入正常工作状态。

对于本系统所可能涉及的控制软件，并非本案技术方案所保护的重点，本专利着重在于对于整个系统架构的设计，保护其个模块的组成连接关系，涉及的控制软件，依据本专利所阐述的上位机的控制系统所具备的功能，本领域的技术人员和软件开发人员很容易完成其控制系统的开发，因此在本案专利中不再赘述该部分内容。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。