高效节能动力锂电池测试及化成系统

随着电池工业的迅速发展，国内外紧要的电池厂家都投入大量资金和研发人员在原有小容量电池基础上开发大容量高能量密度动力型电池。锂电池由于工作电压高、体积小、质量轻、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长等特点，广泛使用于电动车汽车能源系统、航空航天电源系统、太阳能光伏电源系统等设备中。蓄电池的测试及化成作为电池加工、使用过程中的关键工序关系到电池的品质和质量，并笔直影响电池的加工成本和使用寿命。

一、系统结构

系统的整体结构如图1所示。

整个系统紧要由四部分组成：整流柜、贮能电池包、化成模块(双向DC/DC)、聚集式计算机控制系统组成。

①整流柜

紧要用于贮能电池包的初充和日常的补充充电。

②贮能电池包

用于平衡各化成单元之间充/放电过程对400V直流母线造成的冲击(类似于水池的用途)可由成本较低的或不同型号的电池包成。

③化成模块(双向DC/DC)

在电池单元充电时以单元取直流母线电源用于充电。放电时DC/DC换能器将单体电池的能量转换成高于400V的能量，通过母线给贮能电池包充电。DC/DC单元为最新型的高频高效模块，效率为94~96%，可节省放电过程造成的电能损失节能约90~93%。

④聚集式计算机控制系统

pC1至pCN用于各化成/测试工作的操作控制及数据采集。pC0是主控机(可以是几台)用于对整个加工车间的管理，对各工作之间的工况转换实施模糊控制，保证整个加工流程顺畅，并作数据解决的保存、备案。

1.工作说明：

单只电池充电时由电网供应能量，经整流柜和化成模块(双向DC/DC)为电池进行恒流充电;放电时将电池的能量经化成模块(双向DC/DC)对贮能电池包进行放电

系统更紧要的优点在于多只电池同时进行化成，其中部分电池充电，部分电池放电。为此设计了一条直流母线，用于连接整流柜和多个化成模块(双向DC/DC)。这样能量就可以通过直流母线在不同电池单体之间流动，戒备每个放电模块单独设计回馈能量的电路，可提高整个设备的效率，同时降低设备成本。此外，在控制系统的控制下，采用能量平衡的控制策略，通过控制不同充放电模块的工作时间，尽可能使充电能量等于放电能量，大部分能量只在直流母线和单体电池之间流动不经过电网，整流柜从电网转化的能量和贮能电池包贮存的能量来平衡充放电的能量差，可进一步提高效率。

直流母线的电压选定为400V，紧要目的高电压直流母线设计关于化成模块(双向DC/DC)同时并联在直流母线上很紧要，直流母线电压越高线路损耗越小，但也不宜太高，否则会带来选择电力电子器件的困难和双向DC/DC压比或降压比太大的问题。

聚集式计算机控制系统设计紧要是针对电池化成工艺要求，在电池化成过程中要利用少量人员监控大量的化成电池，为提高效率和降低劳动强度非得采用聚集式的管理和监控。在电池化成中电池充电或放电电量数据非常关键，是鉴别电池好坏和电池分组筛选的根据，非得通过计算机系统建立数据库来存储这些数据。

控制系统和化成模块(双向DC/DC)以及整流柜之间采用CAN通信网络。目前，CAN网络得到广泛的使用。

二、整流柜设计

采用主流的LLC谐振软开关整流器电路，充电效率大于96%。输入总谐波畸变小于5%。整流柜的用途是补充电池化成过程中的电量损耗。当放电能量大于充电能量时，母线电压会升高，母线会对贮能电池包进行充电。当充电能量大于放电能量时，母线电压会降低，整流器吸收电网能量以维持母线电压稳定。其拓扑结构如图2所示。

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