多通道充放电电源设备校正系统的制作方法

技术领域：

本实用新型涉及锂离子电池生产制造技术领域，具体涉及多通道充放电电源设备校正系统。

背景技术：
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电池的生产制造过程中，因工艺需要，需要对电池进行多个环节的充电和放电，电池的各项参数指标将在充电和放电过程中体现出差异化，进而可以对电池的优良进行品类分选和工艺鉴别，电池的充电和放电就是通过电源设备进行的，电源设备作为电池的充电和放电主要设备，需要实现电池的恒压、恒流的充电和放电的各个环节的操作，其设备精度高，并且对电池生产制造至关重要。所以需要在使用的过程中确保其运行稳定并符合一定的参数范围，所以电池充放电的电源设备需要根据生产周期进行校正，以保证电源设备对电池充放电的准确性。

然而针对于电池的生产和测试环节，电池本身并非单一进行充电和放电，往往生产过程中，是众多电池放在托盘中，进行生产、测试、流转等操作，所以目前各类电池生产中，托盘承载了少则数个或数十个电池，多则数百个的电池，因此与之匹配的充放电电源设备也都是多通道的设备，所以针对于这种多通道的电源设备，也需要对其进行全面的校正，对于传统的校正方式往往是人工逐一进行电源设备的通道校正，工作效率底下，并且校正容易引入二次误差。

技术实现要素：
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本实用新型提供一种采用自动化的矩阵扫描方式实现电源多通道的校正，可以自动化的实现多工序的校正。具体技术方案如下：

多通道充放电电源设备校正系统，包括：上位机，主控单元，与主控单元相连的电源转换单元，与电源转换单元相连的正极矩阵通道单元、负极矩阵通道单元，电源转换单元输入输出的电压、电流测量仪器；

所述主控单元与上位机、多通道充放电电源设备、电压测量仪器、电流测量仪器之间分别有通讯接口，主控单元与正极矩阵通道单元、负极矩阵通道单元之间分别有控制接口；

所述电源转换单元与主控单元、正极矩阵通道单元、负极矩阵通道单元之间分别有电源接口；

所述电压、电流测量仪器的精度高于多通道充放电电源设备自身电压、电流的测量精度；

所述正极矩阵通道单元、负极矩阵通道单元均设计为m*n的通道电路，并通过接触片实现模拟电池正、负极的排列，将电源转换单元、主控单元、相关逻辑电路、仪器仪表安排在正、负极矩阵通道单元之间，将其设计为一个标准m*n个电池托盘的尺寸规格，放置在电池充放电电源设备上，通过上位机指令对相应的电源多通道进行校正计量；

所述电源转换单元负责系统的供电和电池各项参数的模拟，可实现充电小电压的校正标定、充电大电压的校正标定、充电大电流的校正标定、放电大电流的校正标定四种模拟的任意一种模式切换；主控单元实现仪器的控制、测量逻辑的实现、上位机通信和被校正的电源设备的通信，电压、电流测量仪器实现电压电流数据的准确测量，正极矩阵通道单元和负极矩阵通道单元负责实现正、负极不同电源通道的切换。

在上述系统上实现的多通道充放电电源设备校正方法，包括如下过程：

步骤1：上位机向电池充放电用的电源设备和主控单元下发工作指令，所述指令限于充电小电压的校正标定、充电大电压的校正标定、充电大电流的校正标定、放电大电流的校正标定四种指令的任何之一；

步骤2：主控单元控制相对应的通道打开，并通过电源转换单元提供指令要求模式的模拟；

步骤3：电流经过内部的电压、电流测量仪器的测量后，记录所测数值，然后与电池充放电用的电源设备监控的电压、电流数据进行比对；

步骤4：对于数据之间差值进行计算后，如果校正误差在指定范围内，则校正通过；如果校正差值不满足精度要求，电池充放电用的电源设备进行校正插补；然后返回步骤1再次进行标定测试；

步骤5：再次进行两轮上述测试测量后，如果校正误差在指定范围内，则校正通过；如果仍然校正差值较大，则反馈此项校正标定失败，此通道校正标定测试存在异常；

步骤6：对其它通道，循环步骤1-步骤5；直至完成整个托盘的所有电池通道特定过程校正标定。

优选方案一，所述主控单元包括：主控单元电路、通信接口电路、逻辑关系电路；其中主控单元电路作为整个系统的核心，控制整个校正工装的工作，通信接口电路作为与外界信息交互的接口，主要包含以太网通信模块、rs485通信模块、usb通信模块和can通信模块，以太网通信接口用于与仪器仪表通信，rs485通信模块用于与上位机和充放电电源箱通信，usb通信模块用于系统调试和数据存储，can通信模块为备用预留通信。

优选方案二，所述电源转换单元包括：

ac/dc变换模块，将220伏的交流电转换为24伏的直流电，输出端分为三路，分别是第一路输出端、第二路输出端、第三路输出端；

与第一路输出端相连的dc/dc变换系统供电模块，可输出5伏的电压，为主控单元电路提供电源；

与第二路输出端相连的dc/dc变换通道逻辑供电模块，将24伏的直流电转换为12伏的直流电，输出端与矩阵通道逻辑接口相连，主要用于驱动功率mos管的开启；

与第三路输出端相连的dc/dc变换模拟电池放电模块，将24伏的直流电转换为5伏的直流电，输出端与矩阵通道电源接口相连；模拟电池系统进行放电，用于将电源提供给电池充放电的电源设备，其额定输出电压为5v，额定输出电流要求必须不小于6a。

优选方案三，所述正极矩阵通道单元为top顶层电路板，通过驱动功率mos管实现正极的导通和关闭；所述负极矩阵通道单元为bot底层电路板，通过驱动功率mos管实现负极的导通和关闭；正、负极的导通是同步进行。

本实用新型相对于现有技术的的特点：

(一)本实用新型可实现自动化的校正计量工作，其设计上采用模拟整个托盘电池，根据电池种类的不同，设计为不同种类的电池托盘形式，可以很好的适应工厂生产自动化流水线，在自动化流水线进行流转、测试、堆垛等各项工作，所以结合工厂的自动化装置，可以实现很好的自动化水平，极大的方便电池充放电设备的测试、校正工作。

(二)本实用新型可实现多通道校正计量工作，其设计上采用矩阵复用的方式，例如采用16*16的行列控制方式，可实现256个不同通道的校正计量工作。所以采用此种方式可以大大提高工作效率，实现多通道校正工作，并且可以大大节约测试时间和测试成本。

(三)本实用新型根据各个电池标准或电池种类要求，可实现多种电源校正工艺，例如电池工艺的预充、电池工艺的化成和分容。其具体的实现上可以完成大电流的恒流充电测试校正，大电流的恒流放电测试校正，各个阶段标准充电电压的测试校正等。

附图说明：

图1是本实用新型多通道充放电电源设备校正系统的结构示意图。

图2是本实用新型电源转换单元结构示意图。

图3是本实用新型实施例中控制单元结构示意图。

图4本实用新型实施例中装置正、负极矩阵通道单元矩阵接触点结构示意图。

图5是本实用新型实施例中装置正、负极矩阵通道单元结构示意图。

图6是图5的电路原理图；其中正极矩阵单元设计为top顶层电路板，其负极矩阵单元设计为bot底层电路板，仅仅是代表正、负极的相关极点不同而已；其工作原理是，通过驱动功率mos管实现正、负极的导通和关闭；同一电池通道，正、负极的导通是同步进行，即同一电池通道进行同时控制。

图7是本实用新型实施例中正、负极矩阵单元和主控单元逻辑控制接口电路；正、负极矩阵单元的接口是一致的，不同的仅仅是接入到控制单元不同的接口处，所以仅仅说明其中之一，其主要包含16组x轴控制，16组y轴控制，12v门电路驱动电源power2和主电源通道用的电源power3接口；其中x和y的控制，正好形成矩阵的控制设计，16路x控制电路，16路y控制电路，实现16*16的256路电池通道的控制，例如当想控制第一通道时，需要将x1使能，其他x控制均失能，将y1使能，其他y控制均使能，这样就可以实现第一通道的单一控制，其他通道以此类似。

图8是本实用新型实施例中主控单元一侧的接口示意图；其中top接口用于接正极矩阵单元，bot接口用于接负极矩阵单元，x接口用于接矩阵单元的x控制，y接口用于接矩阵单元的y控制，因对于一个通道的控制需要正负极通道进行联动才能实现，所以top接口的x控制和bot接口的x控制接入在一起，top接口的y控制和bot接口的y控制接入在一起，以完成整个校正装置系统的256个通道的控制；其中12v门电路驱动电源power2的top接口和bot接口相接入在一起，即正、负极，以下说明中top代表工装模拟电池正极，bot代表工装模拟电池负极；top接口的top-power3用于主电源通道的正极，bot-power3用于主电源通道的负极，这里将其接入power-negative,接入控制单元的测量接口。

图9是本实用新型实施例中电源转换单元ac/dc变换模块的原理图；其主要功能是将交流电转换为24v直流电源，其需要的额定功率在100w以上。

图10是本实用新型实施例中门电路控制电源电路原理图；门电路控制电源主要用于驱动功率mos管的开启，其电源设计为直流12v。

图11是本实用新型实施例中矩阵通道电源电路原理图；主要用于校正工装模拟电池系统进行放电，用于将电源提供给电池充放电的电源设备，以18650电池进行举例，其额定输出电压为5v，额定输出电流要求必须不小于6a。

图12是本实用新型实施例中主控单元的vcc5v供电电源电路原理图；vcc5v用于给整个控制系统提供低压直流电源和为ttl器件提供电源。

图13是本实用新型实施例中主控单元的vcc3.3v供电电源电路原理图；vcc3.3v用于给整个控制系统控制器和为coms器件提供电源。

图14是本实用新型实施例中主控单元的vcc1.8v供电电源电路原理图；vcc1.8v用于给phy器件提供电源。

图15是本实用新型实施例中主控单元电路原理图；其中通信接口电路作为与外界信息交互的接口，主要包含多种电路通信接口，例如以太网通信接口用于与仪器仪表通信，rs485通信用于与上位机和充放电电源箱通信，usb通信用于系统调试和数据存储，can通信为备用预留通信。

图16是本实用新型实施例中主控单元以太网通信的phy功能原理图，其主要实现标准的tcp/ip以太网的通信，在本实用新型实施例中用于与仪器仪表进行数据通信。

图17是本实用新型实施例中主控单元以太网通信的phy的相应外围电路功能原理图；其中包括模式选择电路，用于控制phy以太网工作模式的选择，还有相应电源的隔离供电和滤波电路，还有标准的rj45以太网接口。

图18是本实用新型实施例中主控单元rs485通信的功能原理图；本实施例包含两路标准rs485通信，一路用于实现与上位机pc的通信，一路用于与充放电用的电源设备对接通信。

图19是本实用新型实施例中主控单元usb通信的功能原理图；主要用于外部的调试和数据的本地存储接口。

图20是本实用新型实施例中主控单元can通信的功能原理图；主要用于设备的备用通信接口，用于接入测试夹具或者其他扩展的外部设备。

图21是本实用新型实施例中io扩展功能原理图；其主要是通过io口的扩展，采用较少的io实现多路的控制，用于实现矩阵x和y的控制。

图22是本实用新型实施例中io转换功能原理图；io控制口的电平转换部分，因为控制逻辑之间的电平存在差异，因此需要通过缓冲器将电平进行双向的转换，即cmos向ttl的转换，并具有保护隔离的作用，将主控系统进行保护；其中，ioctl1-ioctl16用于实现top和bot(即正、负极)的矩阵x控制(正、负极联动，top和bot最终接入一起)。

图23是本实用新型实施例中io转换功能原理图；io控制口的电平转换部分，因为控制逻辑之间的电平存在差异，因此需要通过缓冲器将电平进行双向的转换，即cmos向ttl的转换，并具有保护隔离的作用，将主控系统进行保护；其中，ioctl17-ioctl32用于实现top和bot(即正、负极)的矩阵y控制，将接入y控制的逻辑门电路中，实现下一级的控制。

图24是本实用新型实施例中门开关控制功能原理图；主要是实现正负极矩阵中对于y进行有效逻辑的控制，实现回流路径的导通，其继电器功能切换部分主要实现的功能是，对于不同的功能关系，需要实现模拟电池的大电流的充电，大电流的放电、小电压充电和大电压充电的功能。

图25是本实用新型实施例中功能切换控制功能原理图；其中re1用于是设备对电池充电模拟还是对电池进行放电模拟的切换，re2用于是设备对模拟电池大电流充电还是大电流放电采用通道的切换，re3用于设备对模拟电池电流还是充电电压通道的切换。

图26是本实用新型实施例中采样电路的功能原理图；其中，采样1的电路用于模拟电源设备对电池大电流充电，在此处进行电流的采样并且采用负载设备对充电能源进行损耗；其中采样2的电路用于模拟电池大电流的放电过程，电源取自主dc/dc电源模块，此处进行电流采样，利用仪表测量确定模拟准确的放电电流。

图27是本实用新型实施例中仪表接入功能原理图；其主要包含于主控单元的tcp/ip以太网通信，还有就是对于两路采样电流的采样电路的测量和对于小电压和大电压充电的测量。

具体实施方式：

实施例：

本实施例通过正、负极矩阵通道单元实现模拟托盘中多个电池，其内部实现通道逻辑的控制、数据采样、仪器测量和校准。其具体的实现方法是：正负极矩阵通道单元均设计为16*16的通道电路，并通过接触片实现模拟电池正负极的排列，将电源转换单元、控制单元和相关逻辑电路、仪器仪表安排在正负极矩阵通道单元之间，将其设计为一个标准256个电池(例如18650电池)托盘的尺寸规格，通过自动化装卸或堆垛设备将其放置在电池充放电电源系统下，通过上位机指令对相应的电源多通道进行校正计量。其校正计量的方式根据电池生产过程中的相关工艺要求确定，如下给出针对18650电池分容部分的电源多通道设备的校正流程，其中包括100mv充电小电压的校正标定，4500mv充电大电压的校正标定，5000ma的充电电流校正标定，5000mv的放电电流校正标定。其校正方法根据电池种类、工艺环节等实际需求，具有灵活的可操作性。

多通道充放电电源设备校正系统，包括：上位机，主控单元，与主控单元相连的电源转换单元，与电源转换单元相连的正极矩阵通道单元、负极矩阵通道单元，电源转换单元输入输出的电压、电流测量仪器；

所述主控单元与上位机、多通道充放电电源设备、电压测量仪器、电流测量仪器之间分别有通讯接口，主控单元与正极矩阵通道单元、负极矩阵通道单元之间分别有控制接口；

所述电源转换单元与主控单元、正极矩阵通道单元、负极矩阵通道单元之间分别有电源接口；

所述电压、电流测量仪器的精度高于多通道充放电电源设备自身电压、电流的测量精度；

所述正极矩阵通道单元、负极矩阵通道单元均设计为m*n的通道电路，并通过接触片实现模拟电池正、负极的排列，将电源转换单元、主控单元、相关逻辑电路、仪器仪表安排在正、负极矩阵通道单元之间，将其设计为一个标准16*16个电池托盘的尺寸规格，放置在电池充放电电源设备上，通过上位机指令对相应的电源多通道进行校正计量；

所述电源转换单元负责系统的供电和电池各项参数的模拟，可实现充电小电压的校正标定、充电大电压的校正标定、充电大电流的校正标定、放电大电流的校正标定四种模拟的任意一种模式切换；主控单元实现仪器的控制、测量逻辑的实现、上位机通信和被校正的电源设备的通信，电压、电流测量仪器实现电压电流数据的准确测量，正极矩阵通道单元和负极矩阵通道单元负责实现正、负极不同电源通道的切换。

要求数字电源进行供电，其供电包括vcc5v、vcc3.3v、vcc1.8v，其中vcc5v用于给整个控制系统提供低压直流电源和为ttl器件提供电源；

所述主控单元包括：主控单元电路、通信接口电路、逻辑关系电路；其中主控单元电路作为整个系统的核心，控制整个校正工装的工作，通信接口电路作为与外界信息交互的接口，主要包含以太网通信模块、rs485通信模块、usb通信模块和can通信模块，以太网通信接口用于与仪器仪表通信，rs485通信模块用于与上位机和充放电电源箱通信，usb通信模块用于系统调试和数据存储，can通信模块为备用预留通信；

所述电源转换单元包括：ac/dc变换模块，将220伏的交流电转换为24伏的直流电，输出端分为三路，分别是第一路输出端、第二路输出端、第三路输出端；与第一路输出端相连的dc/dc变换系统供电模块，可输出5伏的电压，为主控单元电路提供电源；与第二路输出端相连的dc/dc变换通道逻辑供电模块，将24伏的直流电转换为12伏的直流电，输出端与矩阵通道逻辑接口相连，主要用于驱动功率mos管的开启；与第三路输出端相连的dc/dc变换模拟电池放电模块，将24伏的直流电转换为5伏的直流电，输出端与矩阵通道电源接口相连；模拟电池系统进行放电，用于将电源提供给电池充放电的电源设备，其额定输出电压为5v，额定输出电流要求必须不小于6a；

所述正极矩阵通道单元为top顶层电路板，通过驱动功率mos管实现正极的导通和关闭；所述负极矩阵通道单元为bot底层电路板，通过驱动功率mos管实现负极的导通和关闭；正、负极的导通是同步进行。

在上述系统上实现的多通道充放电电源设备充电小电压的校正标定方法，过程如下：

步骤101：上位机向电池充放电用的电源设备和主控单元下发“充电小电压的校正标定”指令；

步骤102：主控单元控制相对应的通道打开，并通过电源转换单元提供指令要求模式的模拟；

步骤103：经过内部的电压测量仪器的测量后，记录所测数值，然后与电池充放电用的电源设备监控的电压数据进行比对；

步骤104：对于数据之间差值进行计算后，如果校正误差在指定范围内，则校正通过；如果校正差值不满足精度范围内的要求，电池充放电用的电源设备进行校正插补；然后返回步骤1再次进行标定测试；

步骤105：再次进行两轮上述测试测量后，如果校正误差在指定范围内，则校正通过；如果仍然校正差值较大，则反馈此项校正标定失败，此通道校正标定测试存在异常；

步骤106：对其它通道，循环步骤1-步骤5；直至完成整个托盘的256个电池通道小电压充电过程校正标定。

在上述系统上实现的多通道充放电电源设备充电大电压的校正标定方法，过程如下：

步骤201：上位机向电池充放电用的电源设备和主控单元下发“充电大电压的校正标定”指令；

步骤202：主控单元控制相对应的通道打开，并通过电源转换单元提供指令要求模式的模拟；

步骤203：经过内部的电压测量仪器的测量后，记录所测数值，然后与电池充放电用的电源设备监控的电压数据进行比对；

步骤204：对于数据之间差值进行计算后，如果校正误差在指定范围内，则校正通过；如果校正差值不满足精度范围内的要求，电池充放电用的电源设备进行校正插补；然后返回步骤1再次进行标定测试；

步骤205：再次进行两轮上述测试测量后，如果校正误差在指定范围内，则校正通过；如果仍然校正差值较大，则反馈此项校正标定失败，此通道校正标定测试存在异常；

步骤206：对其它通道，循环步骤1-步骤5；直至完成整个托盘的256个电池通道大电压充电过程校正标定。

在上述系统上实现的多通道充放电电源设备充电大电流的校正标定方法，过程如下：

步骤301：上位机向电池充放电用的电源设备和主控单元下发“充电大电流的校正标定”指令；

步骤302：主控单元控制相对应的通道打开，并通过电源转换单元提供指令要求模式的模拟；

步骤303：经过内部的电流测量仪器的测量后，记录所测数值，然后与电池充放电用的电源设备监控的电流数据进行比对；

步骤304：对于数据之间差值进行计算后，如果校正误差在指定范围内，则校正通过；如果校正差值不满足精度范围内的要求，电池充放电用的电源设备进行校正插补；然后返回步骤1再次进行标定测试；

步骤305：再次进行两轮上述测试测量后，如果校正误差在指定范围内，则校正通过；如果仍然校正差值较大，则反馈此项校正标定失败，此通道校正标定测试存在异常；

步骤306：对其它通道，循环步骤1-步骤5；直至完成整个托盘的256个电池通道大电流充电过程的校正标定。

在上述系统上实现的多通道充放电电源设备放电大电流的校正标定方法，过程如下：

步骤401：上位机向电池充放电用的电源设备和主控单元下发“放电大电流的校正标定”指令；

步骤402：主控单元控制相对应的通道打开，并通过电源转换单元提供放电电流；

步骤403：经过内部的电流测量仪器的测量后，记录所测数值，然后与电池充放电用的电源设备监控的电流数据进行比对；

步骤404：对于数据之间差值进行计算后，如果校正误差在指定范围内，则校正通过；如果校正差值不满足精度范围内的要求，电池充放电用的电源设备进行校正插补；然后返回步骤1再次进行标定测试；

步骤405：再次进行两轮上述测试测量后，如果校正误差在指定范围内，则校正通过；如果仍然校正差值较大，则反馈此项校正标定失败，此通道校正标定测试存在异常；

步骤406：对其它通道，循环步骤1-步骤5；直至完成整个托盘的256个电池通道放电电流过程校正标定。