電池隔離取樣多通道並聯恆流充放電電路及化成分容檢測設備的製作方法
2023-09-20 22:46:25
專利名稱：電池隔離取樣多通道並聯恆流充放電電路及化成分容檢測設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子檢測技術領域，尤其涉及的是一種電池隔離取樣多通道並聯 恆流充放電電路及包括該電路的一種化成分容檢測設備。
背景技術：
鋰電池是一種新型的化學電源，因其具有能量密度大、工作電壓高、壽命長。環保 的特點，廣泛應用於各種行動裝置中。隨著製造鋰電池技術的進步，鋰電池容量(C = mAh) 越來越大。對鋰電池的化成、分容和檢測設備的恆流充放電的額定電流值也要求越來越高。 化成、分容和檢測設備是鋰電池製造過程中重要設備。在現有的技術中，鋰電池的化成、分容和檢測設備是採用一個完全獨立的恆 流-穩壓電源對應於電池進行恆流充放電。若需要對不同容量的鋰電池進行恆流充放電， 就需要不同額定電流值的化成、分容設備。例現有的額定電流值5A的設備對IOAh或更大 容量的鋰電池，因其額定電流值不夠，不能進行有效的化成、分容和檢測。同理，額定電流值 IOA的設備對3Ah、5Ah的鋰電池，因其額定電流值過高，電流解析度下降，不能進行精確的 化成、分容和檢測。因此，對不同容量鋰電池的化成、分容和檢測設備必須重新設計、生產並 與鋰電池容量之相適應的配套化成、分容和檢測設備，以提高鋰電池的化成、分容和檢測的 精度。由此而造成設備需要重新設計、製作周期長、成本高昂的結果，浪費大量資源。特別 是針對高容量鋰電池的化成分容設備的設計更加困難，製造周期更長，成本更加昂貴，相對 的設備充放電電流精度反而下降。因此，現有技術還有待於改進。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種電池隔離取樣多通道並聯恆流充放電電路及包 括該電路的一種化成分容檢測設備。旨在解決現有的化成分容檢測設備的恆流充放電模塊 不能對不同容量的電池進行有效、精確的化成、分容和檢測工作的缺點。本實用新型的技術方案如下一種電池隔離取樣多通道並聯恆流充放電電路，其中，包括至少一恆流充放電控 制單元和至少一隔離電流取樣，每個恆流充放電控制單元和一個隔離電流取樣組成一個通 道；所有恆流充放電控制單元的雙向輸入輸出端並聯連接在電池的正極上；所有隔離電流 取樣的第一端並聯連接在電池的負極上，所有隔離電流取樣的第二端並聯連接電源地；每 個隔離電流取樣的取樣端連接對應的恆流充放電控制單元。所述的電池隔離取樣多通道並聯恆流充放電電路，其中，所述隔離電流取樣包括 第一取樣電阻電阻、第一二極體和第二二極體，其中第一二極體和第二二極體反向並聯連 接，且一端連接電池的負極，另一端連接第一電流取樣電阻的一端；所述第一電流取樣電阻 的另一端連接電源地；第一電流取樣電阻的取樣端接入恆流充放電控制單元的反饋輸入端。[0008]所述的電池隔離取樣多通道並聯恆流充放電電路，其中，所述隔離電流取樣包括 第一電流取樣電阻、第一二極體和第二二極體，其中第一二極體和第二二極體反向並聯連 接，且一端連接電源地，另一端連接第一電流取樣電阻的一端，所述第一電流取樣電阻的另 一端連接電池的負極；第一電流取樣電阻的取樣端接入恆流充放電控制單元的反饋輸入端。一種化成分容檢測設備，其中，所述設備中包括上述任意一項所述的電池隔離取 樣多通道並聯恆流充放電電路。本實用新型的有益效果本實用新型通過在電池上並聯多通道恆流充放電電路， 且各通道即可獨立對電池進行恆流充放電工作又可多通道並聯同時對電池進行充放電工 作的電路。解決了不同容量的電池需要使用不同的化成分容檢測設備，造成大量資源浪費 的缺點。
圖1是本實用新型提供的多通道並聯恆流充放電電路結構框圖；圖2是本實用新型中實施例一提供的多通道並聯恆流充放電電路單通道工作原 理圖；圖3是本實用新型中實施例一提供的多通道並聯恆流充放電電路多通道並聯工 作原理圖；圖4是本實用新型中實施例二提供的包括另一種隔離電流取樣的多通道並聯恆 流充放電電路單通道工作原理圖；圖5是本實用新型中實施例二提供的包括另一種隔離電流取樣的多通道並聯恆 流充放電電路多通道並聯工作原理圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚、明確，以下參照附圖並舉實施 例對本實用新型進一步詳細說明。本實用新型針對電流取樣電路與電池連接的方法以及電流取樣電路的結構進行 創新的改進，以達到多通道並聯對電池進行恆流充放電的目的。參見圖1，多通道並聯恆流充放電電路包括至少一個恆流充放電控制單元、至 少一個隔離電流取樣、電池。其結構特點恆流充放電控制單元Al、恆流充放電控制單元 A2、……、恆流充放電控制單元An的雙向輸入輸出端al、a2、……an連接在一起，並與電 池BAT的正極連接。隔離電流取樣Cl、隔離電流取樣C2、……、隔離電流取樣Cn的第一 端連接在一起，並連接至電池BAT的負極。隔離電流取樣Cl、隔離電流取樣C2、……、隔 離電流取樣Cn的第二端端連接在一起，並與電源地連接。隔離電流取樣Cl、隔離電流取樣 C2、……隔離電流取樣Cn的反饋端分別連接至恆流充放電控制單元A1、A2、……、An。其 中η為恆流充放電控制單元和隔離電流取樣數量，η = 1 ⑴。隔離電流取樣Cn包括電流取樣電阻1 、二極體Dna和二極體Dnb，二極體Dna和 二極體Dnb反向並聯連接。由於隔離電流取樣Cn沒有明確的輸入端和輸出端，由此產生的 兩種隔離電流取樣電路的情況都可實現本實用新型闡述的功能。[0020]參照圖2，本實用新型實施例一提供的基於第一種隔離電流取樣的多通道並聯恆 流充放電電路單通道工作原理如下單通道包括一個恆流充放電控制單元和一個隔離電流取樣。恆流充放電控制單元 包括恆流充放電控制、第一場效應管Qla和第二場效應管Qlb，其中第一場效應管Qla的漏 極連接電源的正極+V，其柵極連接恆流充放電控制，其源極連接第二場效應管Qlb的漏極； 所述第二場效應管Qlb的柵極連接恆流充放電控制，源極連接電源地；第二場效應管Qlb的 漏極連接電池的正極。所述隔離電流取樣包括第一電流取樣電阻R1、第一二極體Dla和第 二二極體Dlb，其中第一二極體Dla和第二二極體Dlb反向並聯連接，且一端連接電池BAT， 另一端連接第一電流取樣電阻Rl ；第一電流取樣電阻Rl的另一端連接電源地。第一電流 取樣電阻Rl的兩端接入恆流充放電控制。1、單通道恆流充電電池BAT充電時，通過恆流充放電控制使得第一場效應管Qla 導通，第二場效應管Qlb截止。電源的正極+V通過第一場效應管Qla對電池BAT充電。充 電電流Icl經過第一二極體Dla和第一電流取樣電阻Rl流向電源地。充電電流Icl通過 第一電流取樣電阻Rl時產生一反饋電壓Vfl，Vfl = Vfcl-Vfdl = Icl*Rl。Vfl反饋到恆 流充放電控制單元Al中，通過恆流充放電控制使得充電電流Icl恆定。2、單通道恆流放電電池BAT放電時，通過恆流充放電控制使得第二場效應管Qlb 導通，第一場效應管Qla截止，放電電流Idl從電池BAT的正極流出，經過第二場效應管 Qlb，第一電流取樣電阻R1，第二二極體Dlb回到電池BAT的負極。放電電流Idl通過第一 電流取樣電阻Rl時也產生一反饋電壓Vfl，Vfl = Vfcl-Vfdl = Idl*Rl。Vfl反饋到恆流 充放電控制單元Al中，通過恆流充放電控制使得放電電流Idl恆定。當多通道共同對電池並聯工作時(以兩個通道為例)，其工作電路圖如圖3所示， 每一個單通道都並聯連接在電池的正負極上。參照單通道工作原理，多通道工作原理為1、雙通道恆流充電電池BAT充電時，恆流充放電控制單元Al對電池BAT充電，經 過al的電流為Icl，恆流充放電控制單元A2對電池BAT充電，經過a2的電流為Ic2。電池 BAT的充電電流為Ic = Icl+Ic2。其中bl和1^2為同電位，而且電位大於cl、c2的電位，使 得第一二極體Dla和第三二極體Dh導通，第二二極體Dlb和第四二極體D2b反偏截止，所 以cl點和c2點相互隔離。設經過第一二極體Dla，第一電流取樣電阻Rl流向電源地的充 電電流為Icl』，經過第三二極體D2a，第二電流取樣電阻R2流向電源地的充電電流為Ic2』。 Icl』通過Rl時產生一反饋電壓Vf 1，反饋到恆流充放電控制單元Al的恆流充放電控制中， 通過恆流充放電控制使得充電電流Icl = Icl'恆定。充電電流Ic2』通過R2時產生一反 饋電壓Vf2，反饋到恆流充放電控制單元A2的恆流充放電控制中，通過恆流充放電控制使 得充電電流Ic2 = Ic2』恆定。達到了兩個獨立通道並聯對電池充電的電流Ic = Icl+Ic2。2、雙通道恆流放電電池BAT放電時，放電電流Id從BAT正極流出，分成二路，一 路經過al的放電電流Idl流經第二場效應管Qlb，第一電流取樣電阻R1，第二二極體Dlb 回到電池BAT負極，另一路經過a2的放電電流Id2流經第四場效應管Q2b，第二電流取樣 電阻R2，第四二極體D2b回到電池BAT的負極。cl電位大於bl，c2電位大於1^2，則第二二 極管Dlb和第四二極體D2b導通，第一二極體Dla和第三二極體D2a反偏截止，cl和c2相 互隔離。設經過第一電流取樣電阻Rl的放電電流Idl』產生一個反饋電壓Vfl。Vfl反饋 到恆流充放電控制單元Al的恆流充放電控制中，通過恆流充放電控制使得放電電流Idl =Idl』恆定。經過第二電流取樣電阻R2的放電電流Id2』產生一個反饋電壓Vf2。Vf2反饋 到恆流充放電控制單元A2的恆流充放電控制中，通過恆流充放電控制使得放電電流Id2 = Id2』恆定。達到了兩個獨立通道並聯對電池放電的電流Id = Idl+Id2。綜上所述，雙通道可以實現對電池並聯工作的目的。當通道數量添加到η個，η個 通道並聯為電池工作時電池的充電電流為每個通道的充電電流相加，即OOIc = Icl +Ic2 + ... +Icn = ^/cw；n=\電池的放電電流為每個通道的放電電流相加，即『OOId = Idl + Id2 + ... + Idn =[她。^=I也就是說，無論是對電池進行放電還是充電工作，由於每個通道的電流保持恆定， 因此總的充放電電流恆定，說明各個通道之間的相互隔離，互不幹擾。因為各通道之間隔 離，互不幹擾，所以各通道的電流值可單獨調節，提高了恆流充放電總電流的解析度，也就 提高了總電流精度。參照圖4，本實用新型實施例一提供基於第二種隔離電流取樣的多通道並聯恆流 充放電電路，所述第二種隔離電流取樣包括第一電流取樣電阻R1、第一二極體Dla和第 二二極體Dlb，其中第一二極體Dla和第二二極體Dlb反向並聯連接，且一端連接電源地，另 一端連接第一電流取樣電阻Rl ；第一電流取樣電阻Rl的另一端連接電池的負極。第一電 流取樣電阻Rl的兩端接入恆流充放電控制。其單通道工作原理如下1、單通道恆流充電電池BAT充電時，通過恆流充放電控制使得第一場效應管Qla 導通，第二場效應管Qlb截止，電源+V通過第一場效應管Qla對電池BAT充電。充電電流 Icl經過第一電流取樣電阻R1，第一二極體Dla流向電源地。充電電流Icl通過第一電流 取樣電阻Rl時產生一反饋電壓Vfl，Vfl = Vfcl-Vfdl = Icl*Rl。Vfl反饋到恆流充放電 控制單元Al中，通過恆流充放電控制使得充電電流Icl恆定。2、單通道恆流放電電池BAT放電時，通過恆流充放電控制使得第二場效應管Qlb 導通，第一場效應管Qla截止，放電電流Idl從電池BAT的正極流出，經過第二場效應管 Qlb，第二二極體Dlb，第一電流取樣電阻Rl回到電池BAT的負極。放電電流Idl通過第一 電流取樣電阻Rl時也產生一反饋電壓Vfl，Vfl = Vfcl-Vfdl = Idl*Rl。Vfl反饋到恆流 充放電控制單元Al中，通過恆流充放電控制使得放電電流Idl恆定。如附圖5，基於第二種隔離電流取樣的多通道並聯恆流充放電電路，在雙通道共同 對電池並聯工作時，參照單通道工作原理，雙通道工作原理為1、雙通道恆流充電電池BAT充電時，恆流充放電控制單元Al對電池BAT充電，經 過al點的電流為Icl，恆流充放電控制單元A2對電池BAT充電，經過a2點的電流為Ic2。 電池BAT的充電電流為Ic = Icl+Ic2。dl電位大於bl、d2電位大於b2，第一二極體Dla 和第三二極體Dh導通，第二二極體Dlb和第四二極體D^反偏截止，所以dl和d2相互隔 離。設經過第一電流取樣電阻R1，第一二極體Dla流向電源地的充電電流為Icl』，經過第 二電流取樣電阻R2，第三二極體Dh流向電源地的充電電流為Ic2』。Icl』通過第一電流取樣電阻Rl時產生一反饋電壓Vfl，反饋到恆流充放電控制單元Al中，通過恆流充放電控制 使得充電電流Icl = Icl'恆定。充電電流Ic2』通過第二電流取樣電阻R2時產生一反饋 電壓Vf2，反饋到恆流充放電控制A2中，通過恆流充放電控制使得充電電流Ic2 = Ic2'恆 定。達到了兩個獨立通道並聯對電池充電的電流Ic = Icl+Ic2。2、雙通道恆流放電電池BAT放電時，放電電流Id從電池BAT正極流出，分成二 路，一路經過al的放電電流Idl流經第二場效應管Qlb，第二二極體Dlb，第一電流取樣電 阻Rl回到電池BAT負極，另一路經過a2的放電電流Id2流經第四場效應管Q2b，第四二極 管D2b，第二電流取樣電阻R2回到電池BAT負極。放電電流Id= Idl+Id2。bl電位大於 dl、b2電位大於d2，第二二極體Dlb和第四二極體D2b導通，第一二極體Dla和第三二極 管Dh反偏截止，所以dl和d2相互隔離。設經過第一電流取樣電阻Rl的放電電流Idl， 產生一個反饋電壓Vfl。Vfl反饋到恆流充放電控制單元Al中，通過恆流充放電控制使得 放電電流Idl = Idl'恆定。經過第二電流取樣電阻R2的放電電流Id2』產生一個反饋電 壓Vf2。Vf2反饋到恆流充放電控制單元A2中，通過恆流充放電控制使得放電電流Id2 = Id2』恆定。達到了兩個獨立通道並聯對電池放電的電流Id = Idl+Id2。綜上所述，雙通道可以實現對電池並聯工作的目的。當通道數量添加到η個，η個 通道並聯為電池工作時電池的充電電流為每個通道的充電電流相加，即OOIc = Ic 1+ Ic2+...+Icn = ^jIcn.n=\電池的放電電流為每個通道的放電電流相加，即QOId = Idl+Idl+· · · + Idn 二 工 Idn on=l也就是說，無論是對電池進行放電還是充電工作，由於每個通道的電流保持恆定， 因此總的充放電電流恆定，說明各個通道之間的相互隔離，互不幹擾。因為各通道之間隔 離，互不幹擾，所以各通道的電流值可單獨調節，提高了恆流充放電總電流的解析度，也就 提高了總電流精度。本實用新型具有如下突出效果1、本實用新型可多個相似電路並聯對電池進行恆流充放電，因此多個通道可相互 配合使用，擴大了化成、分容和檢測設備的額定電流值，使化成、分容和檢測設備的多用途 性得以擴展。即適用於常規電池又可用於大容量的動力電池。具有經濟性高、工作效率高 的優點。2、本實用新型可用多個相似電路並聯對電池進行恆流充放電時，每個電路相互獨 立，互不幹擾，並聯後的工作精度保持為單個電路的工作精度，大大提高了鋰電池化成、分 容和檢測設備或充放電系統的精確度和可靠性。本實用新型適用於各種二次電池的化成、分容、檢測設備中。特別適合需要多規格 和大容量的鋰電池生產廠家之需要。本文提及的通道是鋰電池行業中的一種普遍說法，其含義為能為單個電池進行 恆流-恆壓充放電工作的控制單元。在本文中，通道是指，包含恆流充放電控制單元(An)、 隔離電流取樣(Cn)的一個獨立控制迴路。[0051] 應當理解的是，本實用新型的應用不限於上述的舉例，對本領域技術人員來說，可 以根據上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬於本實用新型所附權利要求 的保護範圍。
權利要求1.電池隔離取樣多通道並聯恆流充放電電路，其特徵在於，包括至少一恆流充放電 控制單元和至少一隔離電流取樣，每個恆流充放電控制單元和一個隔離電流取樣組成一個 通道；所有恆流充放電控制單元的雙向輸入輸出端並聯連接在電池的正極上；所有隔離電 流取樣的第一端並聯連接在電池的負極上，所有隔離電流取樣的第二端並聯連接電源地; 每個隔離電流取樣的取樣端連接對應的恆流充放電控制單元。
2.根據權利要求1所述的電池隔離取樣多通道並聯恆流充放電電路，其特徵在於，所 述隔離電流取樣包括第一取樣電阻電阻、第一二極體和第二二極體，其中第一二極體和第 二二極體反向並聯連接，且一端連接電池的負極，另一端連接第一電流取樣電阻的一端；所 述第一電流取樣電阻的另一端連接電源地；第一電流取樣電阻的取樣端接入恆流充放電控 制單元的反饋輸入端。
3.根據權利要求1所述的電池隔離取樣多通道並聯恆流充放電電路，其特徵在於，所 述隔離電流取樣包括第一電流取樣電阻、第一二極體和第二二極體，其中第一二極體和第 二二極體反向並聯連接，且一端連接電源地，另一端連接第一電流取樣電阻的一端，所述第 一電流取樣電阻的另一端連接電池的負極；第一電流取樣電阻的取樣端接入恆流充放電控 制單元的反饋輸入端。
4.一種化成分容檢測設備，其特徵在於，所述設備中包括權利要求1至3任意一項所述 的電池隔離取樣多通道並聯恆流充放電電路。
專利摘要本實用新型公開了電池隔離取樣多通道並聯恆流充放電電路及化成分容檢測設備，其包括至少一恆流充放電控制單元和至少一隔離電流取樣，每個恆流充放電控制單元和一個隔離電流取樣組成一個通道；所有恆流充放電控制單元的雙向輸入輸出端並聯連接在電池的正極上；所有隔離電流取樣的第一端並聯連接在電池的負極上，所有隔離電流取樣的第二端並聯連接電源地；每個隔離電流取樣的取樣端連接對應的恆流充放電控制單元。採用本實用新型可解決了不同容量的電池需要使用不同的化成分容檢測設備，造成大量資源浪費的缺點。
文檔編號H02J7/00GK201839041SQ201020595008
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月4日 優先權日2010年11月4日
發明者何大經, 何聰 申請人:何大經