电池化成电路、处理设备以及化成设备的制作方法

本实用新型实施例涉及电路技术领域，特别涉及一种电池化成电路、处理设备以及化成设备。

背景技术：

锂电池作为新一代的绿色高效能源，具有能量密度高、循环寿命长、重量轻无记忆效应、自放电小等优点，已经广泛应用于电动汽车产业和数码电子产品中。而在锂电池的生产过程中，锂电池的化成是其中必不可少的一个工序，对锂电池的性能起到了至关重要的作用。锂电池的化成是指对刚生产出来的锂电池第一次充放电的过程，起到激活电池的作用，化成完成后才能开始正常的充放电。

技术实现要素：

本实用新型实施方式的目的在于提供一种电池化成电路、处理设备以及化成设备，单个电池化成电路便能够对串联的n个电池单体进行化成，减少了电源模块、功率线、采样线等，降低了硬件成本，功率线、并且采样线等连接线的减少，减小了安装调试难度与工作量，提升了串联回路中的电压，够减小线材的损耗，从而提升了电池化成电路的能量转换效率。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种电池化成电路，包括：第一转换电路和n个第二转换电路，n为大于或等于1的整数；第一转换电路用于将接收到的交流电信号转换为直流电信号；串联连接的n个电池单体的正极连接于第一转换电路的第一端，负极连接于第一转换电路的第二端，每个第二转换电路与每个电池单体并联连接；每个第二转换电路的第一端与第一转换电路的第一端连接。

本实用新型的实施方式还提供了一种处理设备，包括上述的电池化成电路。

本实用新型的实施方式还提供了一种化成设备，包括交流电源、上述的处理设备与串联连接的n个电池单体。

本实用新型实施方式相对于现有技术而言，提供一种电池化成电路，电池化成电路包括第一转换电路与n个第二转换电路，串联连接的n个电池单体的正极连接于第一转换电路的第一端，负极连接于第一转换电路的第二端，每个第二转换电路与每个电池单体并联连接；每个第二转换电路的第一端与第一转换电路的第一端连接，即单个电池化成电路便能够对串联的n个电池单体进行化成，减少了电源模块、功率线、采样线等，降低了硬件成本，功率线、并且采样线等连接线的减少，减小了安装调试难度与工作量，提升了串联回路中的电压，够减小线材的损耗，从而提升了电池化成电路的能量转换效率。

另外，每个第二转换电路包括第一开关模块与第二开关模块。本实施方式提供了第二转换电路的一种具体实现方式。

另外，第一开关模块的第一端连接于第一转换电路的第一端，第一开关模块的第二端连接于第二开关模块的第一端，第一开关模块与第二开关模块的连接处连接于对应的电池单体的一端，第二开关模块的第二端连接于对应的电池单体的另一端，第二开关模块的第二端还连接于第一转换电路的第二端。

另外，电池化成电路还包括n个第一二极管，第一二极管与第二转换电路一一对应，第一二极管的负极连接于第一转换电路的第一端，第一二极管的正极连接于对应的第二转换电路的第一端。本实施方式中，在第一转换电路与各第二转换电路之间加入了第一二极管，第二二极管作为防反二极管，能够在第一转换电路通过第二转换电路收集电能时，避免电能从第一转换电路回流到第二转换电路。

另外，每个第二转换电路还包括电感，电感连接在第一开关模块的第二端与电池单体的第一端之间。本实施方式中，在第二转换电路中加入了电感，从而可以通过各第二转换电路中的电感控制输入到对应的电池单体中的电流。

另外，每个第二转换电路还包括第二二极管和第三二极管；第二二极管的负极连接于第一开关模块的第一端，第二二极管的正极连接于第一开关模块的第二端；第三二极管的负极连接于第二开关模块的第一端，第三二极管的正极连接于第二开关模块的第二端。本实施例中，在第一开关模块关断时，使得对应的电池单体通过第二二极管进行放电，在第二开关模块关断时，通过第三二极管使充电串联回路保持续流。

另外，每个第二转换电路还包括第一电容和第二电容；第一电容的两端分别连接于第一开关模块的第一端与第二开关模块的第二端；第二电容的并联在对应的电池单体的两端。本实施方式中，在第二转换电路中加入了第一电容与第二电容，能够维持对应的电池单体两端的电压的稳定，并进行滤波。

另外，化成设备还包括控制器；控制器连接于每个第二转换电路，用于检测各电池单体两端的电压，并根据检测到的电压控制第二转换电路。本实施例中，控制器仅通过一级处理便可以得到各电池单体两端的电压，提升了响应速度，进而提升了电池单体充放电的精度。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本实用新型第一实施方式的电池化成电路的示意图；

图2是根据本实用新型第一实施方式的电池化成电路的示意图，其中电池化成电路还包括第一二极管；

图3是根据本实用新型第一实施方式的电池化成电路应用于化成设备的示意图；

图4是根据本实用新型第二实施方式的第二转换电路的电路结构示意图；

图5是根据本实用新型第二实施方式的电池化成电路应的的示意图；

图6是图4中的第二转换电路的等效电路图；

图7是基于图6中第二转换电路的等效电路图得到的电池化成电路的示意图；

图8是根据本实用新型第四实施方式的化成设备的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有的化成设备中每个电芯都需要一个充放电回路单独控制，需要大量的电源模块、功率线、采样线去控制充放电回路，硬件成本较高；另外，大量的功率线、采样线也大幅增加了安装调试的难度与工作量。基于此，发明人提出了本实用新型的技术方案。

本实用新型的第一实施方式涉及一种电池化成电路，应用于处理设备，能够对串联的n个电池单体进行化成，电池单体可以为锂电池。请参考图1，电池化成电路包括：第一转换电路1与n个第二转换电路2，n为大于或等于1的整数，串联连接的n个电池单体3的正极连接于第一转换电路1的第一端，负极连接于第一转换电路1的第二端，每个第二转换电路2与每个电池单体3并联连接；每个第二转换电路2的第一端与第一转换电路1的第一端连接。其中，第二转换电路2的数量可以根据电池充放电位置的规格来决定，例如目前常用的8、16电池充放电规格，则可以相应的设置8、16个第二转换电路。

本实施例中，n个电池单体3的正负极依次连接，第一电池单体3的正极连接于第一转换电路1的第一端，最后一个电池单体3的负极连接于第一转换电路1的第二端，第二转换电路2与电池单体3一一对应，每个第二转换电路3并联于对应的电池单体3。

本实施例中，第一转换电路1用于将接收到的交流电信号转换为直流电信号，第一转换电路1例如为ac-dc电源转换器，其连接于交流电源(图中未示出)，能够将交流电转换成直流电，例如将380v的交流电转换为40v的直流电。

在化成的充电阶段，第一转换电路1将接收到的交流电信号转换为直流电信号输入到串联的n个电池单体3中，从而能够利用该直流电信号为各电池单体3充电；在化成的放电阶段，当任一电池单体3两端的电压大于预设的电压阈值时，可以判定电池单体3充电完成，利用与该电池单体3并联连接的第二转换电路2来控制其放电，并将放电的电能输入到第一转换电路1中，实现了电能的回收利用，直至该电池单体3的完成化成。

在一个例子中，请参考图2，电池化成电路还包括n个第一二极管d1，第一二极管d1与第二转换电路2一一对应，第一二极管d1的负极连接于第一转换电路1的第一端，第一二极管d1的正极连接于对应的第二转换电路2的第一端，第一二极管d1能够起到防反作用，在将各电池单体3中的电能进行回收利用时，能够避免电能从第一转换电路1回流到第二转换电路2。

本实施例中，请参图3，电池化成电路(以图2中的电池化成电路为例)应用在化成设备中时，可以利用化成设备的控制器4来控制电池化成电路。

控制器4分别连接于各第二转换电路2，用于检测各电池单体3两端的电压，并根据检测到的电压控制第二转换电路2。

本实施例中，控制器4用于在检测到任一电池单体3两端的电压大于预设的电压阈值时，判定该电池单体3充电结束，控制任一电池单体3对应的第二转换电路2对电池单体3放电，将该电池单体3的电能回收到第一转换电路1中。其中，控制器4可以通过并联在电池单体3两端的电压表来读取各电池单体3两端的电压，从而控制器4在获取各电池单体3两端的电压时，仅需通过一层处理，响应速度快，精度可达±1mv。

在对电池单体3进行化成时，各电池单体3两端的电压小于预设的电压阈值，第一转换电路1将接收到的交流电信号转换为直流电信号输入到串联的n个电池单体3中，利用该直流电信号为各电池单体3充电，控制器4对各电池单体3两端的电压进行检测，在检测任一电池单体3两端的电压大于预设的电压阈值时，控制与该电池单体3对应的第二转化电路对该电池单体3进行放电，从而完成该电池单体3的化成。

本实施方式相对于现有技术而言，提供一种电池化成电路，电池化成电路包括第一转换电路与n个第二转换电路，串联连接的n个电池单体的正极连接于第一转换电路的第一端，负极连接于第一转换电路的第二端，每个第二转换电路与每个电池单体并联连接；每个第二转换电路的第一端与第一转换电路的第一端连接，即单个电池化成电路便能够对串联的n个电池单体进行化成，减少了电源模块、功率线、采样线等，降低了硬件成本，功率线、并且采样线等连接线的减少，减小了安装调试难度与工作量，提升了串联回路中的电压，够减小线材的损耗，从而提升了电池化成电路的能量转换效率。

本实用新型的第二实施方式涉及一种电池化成电路，第二实施方式相对于第一实施方式来说，主要区别之处在于：提供了第二转换电路的一种具体结构。

本实施例中，请参考图4，第二转换电路2可以为双向dc-dc变换器，每个第二转换电路2至少包括第一开关模块v1与第二开关模块v2。

第一开关模块v1的第一端连接于第一转换电路1的第一端，第一开关模块v1的第二端连接于第二开关模块v2的第一端，第一开关模块v1与第二开关模块v2的连接处连接于对应的电池单体3的一端，第二开关模块v2的第二端连接于对应的电池单体3的另一端，第二开关模块v2的第二端还连接于第一转换电路2的第二端。

在一个例子中，每个第二转换电路2还包括电感l1，第一开开关模块v1通过电感l1连接于对应的电池单体3，即电感l1连接在第一开关模块v1的第一端与电池单体3之间，第一开关模块v1与第二开关模块v2的连接处连接于电感l1的第一端，电感l1的第二端连接于对应的电池单体3的一端，在第二转换电路2中增加电感l1，从而可以通过该电感l1控制串联回路中的电流。

在一个例子中，每个第二转换电路2还包括第二二极管d2和第三二极管d3，第二二极管d2的负极连接于第一开关模块v1的第一端，第二二极管d2的正极连接于第一开关模块v1的第二端，第二二极管d2能够在第一开关模块v1关断时，使得对应的电池单体3通过第二二极管d2进行放电。第三二极管d3的负极连接于第二开关模块v2的第一端，第三二极管d3的正极连接于第二开关模块v2的第二端，从而在第二开关模块v2关断时，通过第三二极管d3使充电回路保持续流。

在一个例子中，每个第二转换电路2还包括第一电容c1；第一电容c1的两端分别连接于第一开关模块v1的第一端与第二开关模块v2的第二端，第一电容c1能够维持第一转换电路1两端的电压的稳定，并进行滤波。

在一个例子中，每个第二转换电路2还包括第二电容c2；第二电容c2的并联在对应的电池单体3的两端，第二电容c2能够维持对应的电池单体3两端的电压的稳定，并进行滤波。

本实施例中，请参考图5，为图4中第二转换电路2应用的电池化成电路的电路图，其中第一转换电路1分别连接于各双向dc-dc变换器，各双向dc-dc变换器并联在对应的电池单体3的两端，同时，第一转换电路1的两个输出端还连接于串联的n个电池单体3中第一个电池单体3的正极与最后一个电池单体3的负极正极与负极。需要说明的是，图5中将dc-dc变换器中的第一开关模块v1、第二开关模块v2、第二二极管d2和第三二极管d3独立到双向dc-dc变换器以外，并不是用于限定双向dc-dc变换器不包括第一开关模块v1、第二开关模块v2、第二二极管d2和第三二极管d3。

以任一双向dc-dc变换器为例，其中第一开关模块v1的第一端形成了双向dc-dc变换器的正向输入端，第一开关模块v2的第二端连接于第二开关模块v2的第一端，第二开关模块v2的第二端形成了双向dc-dc变换器的负向输入端，第一开关模块v1与第二开关模块v2的连接处连接于电感l1的第一端，电感l1的第二端连接于电池单体3的正极，第二开关模块v2的第二端连接于电池单体3的负极，第二二极管d2的负极连接于第一开关模块v1的第一端，第二二极管d2的正极连接于第一开关模块v1的第二端，第三二极管d3的负极连接于第二开关模块v2的第一端，第三二极管d3的正极连接于第二开关模块v2的第二端，第一电容c1的两端分别连接于第一开关模块v1的第一端与第二开关模块v2的第二端，第二电容c2连接于电感l1的第二端与第二开关模块v2的第二端。

本实例中，请参考图6，为图4中的双向dc-dc变换器的等效电路图。请参考图7，第一转换电路1分别连接于各双向dc-dc变换器(以图6中的双向dc-dc变换器为例)的正向输入端与负向输入端，同时，第一转换电路1还连接于串联的n个电池单体3中第一个电池单体3的正极与最后一个电池单体3的负极。

电池化成电路中的各双向dc-dc变换器具有以下四种工作模式，下面以图7中的任一双向dc-dc变换器为例进行具体说明，仍然可以利用化成设备的控制器4来控制电池化成电路，此时控制器4连接于各第二转换电路2中的第一开关模块v1的控制端与第二开关模块v2的控制端(图中未示出)；第一开关模块v1与第二开关模块v2可以为开关三极管，用于接收控制器4输入的控制信号，关断或导通。

降压模式(buckmode)，为各电池单体3进行恒流充电，控制器4控制各第二转换电路2中第二开关模块v2的导通，各第一开关模块v1处于关断状态，第二二极管d2与第三二极管d3承受反向电压关断，从而形成了包括第一转换电路1与串联的n个电池单体3的串联回路，第一转换电路1输出的直流电信号为各电池单体3充电，同时为各第二转换电路2中的电感l1充电。

升压模式(boostmode)，控制各电池单体3进行放电，控制器4同时监控各电池单体3两端的电压，当监控到任一电池单体3两端的电压达到预设的电压阈值时，此时控制器4控制第二开关模块v2关断，并输出pwm信号来控制第一开关模块v1导通与关断，当第一开关模块v1导通时，电池单体3给对应的第二转换电路2中的电感l1充电，当第一开关模块v1时，电池单体3同时给对应的第二转换电路2中的电感l1以及第一转换电路1充电，从而可以将多余的能量回馈到第一转换电路1中，实现了电能的回收利用。

分流工作模式，为各电池单体3进行恒压充电，控制器4控制第二开关模块v2导通，并输出pwm信号来控制第一开关模块v1导通与关断，以实现电流的分流，第二二极管d2与第三二极管d3承受反向电压关断，直流电信号给各电池单体3充电，同时给电感l1充电。其中，可以设置第一开关模块v1在pwm信号高电平时导通、低电平时关断，或者在pwm信号高电平时关断、低电平时导通。

关机模式，此时各第二转换电路2中的第一开关模块v1与第二开关模块v2均保持关断状态，各第二转换电路2均停止工作，各电池单体3停止充放电。

本实施例中，在对各电池单体3进行化成时，控制器4可以通过控制各第二转换电路2，使得直流电压信号为对应的电池单体3进行恒流充电，并在电池单体3的电量达到一定值时，控制器4再通过控制各第二转换电路2，使得直流电压信号为对应的电池单体3进行恒压充电，直至电池单体3两端的电压达到预设的电压阈值，此时利用与该电池单体3对应的第二转换电路2，控制该电池单体3放电，从而实现了对各电池单体3的化成。

本实施方式相对于第一实施方式而言，提供了第二转换电路的一种具体结构。

本实用新型的第三实施方式涉及一种处理设备，该处理设备应用于化成设备，处理设备包括第一或第二实施例中的电池化成电路。

需要说明的是，本实施例中的处理设备还可以包括用于放置电池单体3的压床，压床中包括多个机械单元，每个机械单元中可以放置至少一单列模组，每个单列模组中可以放置多个电池单体3，第一转换电路1与第二转换电路2通过该机械单元与电池单体3电连接。

本实用新型的第四实施方式涉及一种化成设备，用于对电池单体进行化成，电池单体可以为锂电池，本实施例中，请参考图7，化成设备包括交流电源10、第三实施方式中的处理设备11以及串联连接的n个电池单体3，交流电源10放置在电源柜中。

本实例中，可以将该处理设备11与放置交流电源10的电源柜可以分离为两个空间，并且在这两个空间之间设置隔热板，隔热板例如为钢板，从而可以减小高温对处理设备11中电池化成电路的影响，在一定程度上避免了电池化成电路的老化与精度漂移等问题，同时不影响压床中温度的聚集，使得各电池单体3可以在高温环境中化成，保证了各电池单体3的品质。

在一个例子中，化成设备还包括控制器，请参考图3，控制器4连接于每个第二转换电路2，用于检测各电池单体3两端的电压，并根据检测到的电压控制第二转换电路2，具体控制方式请参考第一实施例与第二实施例，在此不再赘述。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。