一种电池化成分容设备中位机控制系统及分容设备的制作方法

本发明涉及电池分容技术领域，具体而言，涉及一种电池化成分容设备中位机控制系统及分容设备。

背景技术：

随着智能手机、电动汽车、新能源发电和储能等产业的快速发展，锂电池的市场需求逐年扩大，呈现快速增长的态势，基于此，对于锂电池的生产制造效率和精度要求越来越高，同时，对行业相关新能源电源装备也提出了更高的要求。

锂电池生产制造出来后，都需要经过两个过程：化成和分容。化成过程将电池电化学性能激活，使其具备储存电能的能力，分容则是通过对电池进行充放电操作，测量计算出电池的实际容量等参数，评定电池容量和性能的过程。锂电池的化成、分容、检测、充放电测试以及废旧锂电池的回收利用等环节，均离不开电池化成分容设备。

目前，在电池化成分容设备中，对下位机的电池进行充放电化成分容时，电池的状态信息以及中位机控制系统对下位机的控制情况会随着化成分容的不同阶段进行变化，现有的市场上的中位机控制系统仅能实现上位机与下位机之间的相互通信，而无法将各类信息进行实时显示，以对电池的状态进行合理的监测，在这种情况下，当电池或系统出现异常时，可能无法进行及时处理。

技术实现要素：

本发明解决的问题是如何通过中位机控制系统对电池的运行状态进行监测，以能够及时发现电池的异常信息，或根据电池的状态合理的对充放电化成分容进行控制。

为解决上述问题，本发明提供一种电池化成分容设备中位机控制系统，包括：数据处理模块、can通信接口、以太网通信接口、rs232接口和ad转换电路，所述can通信接口、所述以太网通信接口、所述rs232接口和所述ad转换电路均与所述数据处理模块电连接；

所述rs232接口，用于电连接触摸屏，以传送通过所述触摸屏设定的运行指令至所述数据处理模块，和传送由所述数据处理模块发送的系统信息至所述触摸屏；

所述以太网通信接口，用于电连接上位机，以传送由所述上位机发送的下位机控制指令至所述数据处理模块，和传送由数据处理模块发送的下位机数据和转发的所述运行指令至所述上位机；

所述can通信接口，用于电连接下位机，以传送由所述数据处理模块解析并发送的所述下位机控制指令至所述下位机；

ad转换电路，用于获取所述下位机的状态信号，并将所述状态信号转换为所述下位机数据以发送至所述数据处理模块。

本技术方案中，通过以太网通信接口，以连接上位机和数据处理模块，通过上位机发送的下位机控制指令，对下位机进行运行控制，同时设置ad转换电路，用以获取下位机的状态信号，并将状态信号转换为下位机数据，以通过rs232接口发送至触摸屏，通过触摸屏实时显示电池的状态信息，以在电池运行异常时，能够及时发现电池的异常信息，或根据电池的状态合理的对充放电化成分容进行控制。

进一步地，还包括：

看门狗检测电路，电连接至所述数据处理模块，用于监测所述数据处理模块的异常信息，以根据所述异常信息生成报警指令。

进一步地，还包括：

数据存储器接口，电连接至所述数据处理模块，用于电连接数据存储器，以传送所述数据存储器中的固件升级数据至所述数据处理模块，或传送所述数据处理模块中的中位机控制系统故障数据至所述数据存储器。

进一步地，还包括：

ram存储器，电连接至所述数据处理模块，用于缓存所述下位机控制指令中的工步运行数据。

进一步地，还包括：

flash存储器，电连接至所述数据处理模块，用于当所述中位机控制系统断电时，自动保存所述中位机控制系统的通道状态数据、所述工步运行数据和所述运行指令中的中位机控制系统预设参数，以及当所述中位机控制系统通电时，自动传送所述工步运行数据、所述通道状态数据、所述中位机控制系统预设参数至所述数据处理模块。

进一步地，所述flash存储器包括nandflash存储器和spiflash存储器；

所述nandflash存储器，用于当所述中位机控制系统断电时，自动保存所述通道状态数据和所述工步运行数据，以及当所述中位机控制系统通电时，自动传送所述工步运行数据和所述通道状态数据至所述数据处理模块；

所述spiflash存储器，用于当所述中位机控制系统断电时，自动保存所述中位机控制系统预设参数，以及当所述中位机控制系统通电时，自动传送所述中位机控制系统预设参数至所述数据处理模块。

进一步地，还包括epo开关模块和信号指示灯，所述epo开关模块和所述信号指示灯均与所述数据处理模块电连接；

所述指示灯，用于当所述中位机控制系统异常时，发出光照信号；

所述epo开关模块用于根据所述光照信号，通过光耦输入输出隔离，断开所述中位机控制系统的供电。

进一步地，所述运行指令包括中位机控制系统预设参数，所述中位机控制系统预设参数包括：在所述中位机控制系统电连接所述下位机时，所述下位机与所述中位机控制系统连接通道的上下限参数，所述上下限参数包括电压上限、电压下限、电流上限、电流下限、功率上限、功率下限、温度上限和温度下限中的至少一项。

进一步地，所述状态信号包括所述下位机的实时电压信号、实时电流信号以及实时温度信号。

另外本发明提供一种电池化成分容设备，包括上述所述的电池化成分容设备中位机控制系统。

本发明的电池化成分容设备与上述电池化成分容设备中位机控制系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

图1为本发明实施例所述的电池化成分容设备中位机控制系统的原理框图；

图2为本发明实施例所述实施例所述的电池化成分容设备中位机控制系统的系统框图；

图3为本发明实施例所述的数据处理模块与以太网接口的连接框图；

图4为本发明实施例所述的电池化成分容设备结构框图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

同时，要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

参照图1和2所示，本发明提出了一种电池化成分容设备中位机控制系统，包括：数据处理模块、can通信接口、以太网通信接口、rs232接口和ad转换电路，所述can通信接口、所述以太网通信接口、所述rs232接口和所述ad转换电路均与所述数据处理模块电连接；其中：

本发明实施例中，数据处理模块可为stm32处理器，以实现逻辑判断与控制、系统各项数据采集与通信，充放电化成分容的工步运行与管理、系统出现异常时的故障指令的生成，以及异常信息的导出，其型号可采用st公司stm32f429，为arm32bitcortex-m4cpu，主频180mhz，片上集成256kbsram和1mbflash。

数据处理模块电连接辅源电路，通过辅源电路对中位机控制系统的各个模块、接口进行电源供应，本实施例中，辅源电路可采用ti公司电流模式pwm控制器uc2845，包含误差放大器、pwm比较器、pwm锁存器、振荡器、内部基准电源和欠压锁定单元，能够提供±12v、5v和3.3v直流电源的连接，辅源电路采用定制多路变压器隔离，输入和多路输出彼此互相隔离，大大提高中位机控制系统的抗干扰能力。

所述rs232接口，用于电连接触摸屏，以传送通过所述触摸屏设定的运行指令至所述数据处理模块，和传送由所述数据处理模块发送的系统信息至所述触摸屏，触摸屏可为人机界面触摸屏，以实现数据通信和命令的收发，通过rs232接口，使数据处理模块与触摸屏连接，在操作人员设定系统的运行指令后，能够合理对中位机控制系统进行控制，同时，在检测到中位机控制系统的状态信息，如异常信息，或中位机控制系统检测到下位机的充电信息或异常信息等时，能够进行实时的显示，以合理的对电池化成分容进行控制，对异常进行预警。

所述运行指令包括中位机控制系统预设参数，所述中位机控制系统预设参数包括：在所述中位机控制系统电连接所述下位机时，所述下位机与所述中位机控制系统连接通道的上下限参数，所述上下限参数包括电压上限、电压下限、电流上限、电流下限、功率上限、功率下限、温度上限和温度下限中的至少一项，在本发明实施例中，依据该上下限参数，在中位机控制系统对下位机进行充放电化成分容时，依据对每个通道设置的上下限参数，能够对下位机进行保护，确保在对下位机中电池进行充放电化成分容时，相关的参数能够维持在上下限的范围内，以防止电池过充或过放。

其中，中位机控制系统预设参数还可包括设备型号、高级设置密码、本机号和网口ip地址等，用于进行中位机控制系统的合理控制以及建立网络通信。

所述以太网通信接口，用于电连接上位机，以传送由所述上位机发送的下位机控制指令至所述数据处理模块，和传送由数据处理模块发送的下位机数据和转发的所述运行指令至所述上位机，通过以太网通信接口，连接实现中位机控制系统与上位机的后台管理软件的数据通信。

参照图3，其中stm32f429处理器自带以太网模块，以太网通信接口可为rj45网络接口，stm32f429处理器的以太网模块，包括带专用dma控制器的mac802.3(介质访问控制)控制器，支持简化介质独立接口(rmii)，并自带一个smi接口，通过一组配置寄存器，用户可以为mac控制器和dma控制器选择所需模式和功能。rmii接口包含7个数据和控制信号，分别是ref_clk、txd1、txd0、tx_en、rxd1、rxd0、crs_dv。其中ref_clk为时钟信号；txd[1:0]为数据发送信号；tx_en为数据发送使能信号；rxd[1:0]为数据接收信号；crs_dv为载波检测信号。smi(站管理接口)接口通过1条时钟信号(mdc)和1条数据线(mdio)访问phy芯片，通过phy芯片实现以太网模块与以太网通信接口的连接，实现数据的传输，以此发送控制数据或接收状态信息。

所述can通信接口，用于电连接下位机，以传送由所述数据处理模块解析并发送的所述下位机控制指令至所述下位机；通过can通信接口，以通过can总线连接数据处理模块和下位机，其中在数据处理模块接收到下位机控制指令后，对下位机控制指令进行解析后发送给下位机，以对下位机的运行进行控制，其中，下位机控制指令可包括设置的工步运行数据，其中工步运行数据可为在上位机的后台管理软件中设置的工步文件，在工步文件中设定相应的工步，令中位机控制系统控制中位机控制系统与下位机连接的各个通道以该工步运行。

ad转换电路，用于获取所述下位机的状态信号，并将所述状态信号转换为所述下位机数据以发送至所述数据处理模块，本实施例中，状态信号可包括所述下位机的实时电压信号、实时电流信号以及实时温度信号，以在将实时电压信号、实时电流信号以及实时温度信号转换为下位机数据时，能够实时获取下位机中电池充放电化成分容的状态信息，本实施例中ad转换电路可采用spi接口ad转换器，如高精度低功耗16位模数转换器ads1118，其内部集成可编程增益放大器(pga)、电压基准、振荡器和高精度温度传感器，可实现最高860次/秒的数据转换速率，支持4路单端输入或2路差分输入，通过分时选通控制，实现24路电压信号采集、1路电流信号采集以及4路温度信号采集，通过对下位机数据的获取，并通过rs232接口传输至触摸屏进行显示，以能够实时掌握下位机充放电化成分容状态。

其中，在电池进行充放电化成分容时，依据控制指令中的工步运行数据，基于中位机控制系统的数据处理模块处理后，发送至下位机，下位机根据工步运行数据中设定的工步，开始电池的充放电化成分容，其中工步中可设定一次充放电化成分容中的恒流充电时间、恒流放电时间、恒流充电电流、恒流放电电流，并设定充放电化成分容的循环次数，其中在每次充放电化成分容中，恒流充电与恒流放电中间隔电池的搁置过程。

本实施例中，在恒流充电时，可设置恒流充电时间和恒流放电时间均为2min，搁置时间为30s，恒流充电电流为6a，恒流放电电流为5a，并进行多次循环的充放电化成分容。

在本发明实施例中，在设定所述运行指令时，包括设定有中位机控制系统预设参数，所述中位机控制系统预设参数包括：在所述中位机控制系统电连接所述下位机时，所述下位机与所述中位机控制系统连接通道的上下限参数，所述上下限参数包括电压上限、电压下限、电流上限、电流下限、功率上限、功率下限、温度上限和温度下限中的至少一项，在充放电化成分容的过程中，通过ad转换电路实时获取所述下位机的状态信号，状态信号包括所述下位机的实时电压信号、实时电流信号以及实时温度信号，通过ad转换电路，转换为下位机数据中电池在充放电化成分容的实时电压数据、实时电流数据、实时温度数据，并能够将下位机数据用于与对应的上下限参数进行对比，其中，电池在充放电化成分容时的实时功率数据即为实时电压数据与实施电流数据的乘积。

基于此，在电池充放电化成分容时，若存在一下位机数据的的数值不符合与其对应的上下限参数的数值，则可判定电池充放电化成分容出现异常，如实时电压数据小于电压下限或大于电压上限、实时电流数据小于电流下限或大于电流上限、实时温度数据小于温度下限或大于温度上限、实时电流数据与实时电压数据的乘积小于功率下限或大于功率上限时，均能表明此时电池充放电化成分容出现异常，可能会导致电池的过充或过放，损坏电池，基于此，中位机控制系统可生成相应的异常指令进行异常提醒，以尽快进行处理。

其中，上下限参数的设置可根据实际情况具体设置，在此不做限定。

本实施例中，对于下位机数据，经由ad转换电路生成并发送至数据处理模块，数据处理模块通过rs232接口发送给触摸屏，以能够根据触摸屏实时显示下位机的实时状态以及显示下位机的实时状态与设定的上下限参数的对比情况，以可以根据该实时状态或对比情况对可能出现的异常进行提前预估，以尽可能防止电池充放电化成异常，从而防止电池受损。

在本发明的一个可选的实施例中，数据处理模块电连接有rs485接口，该接口可采用sn75176芯片，作为备用接口，在具有本实施例中中位机控制系统的电池化成分容设备需要配对相应的客户配套设备实现数据通信和命令收发时，进行备用连接。

在本发明的一个可选的实施例中，还包括：

看门狗检测电路，电连接至所述数据处理模块，用于监测所述数据处理模块的异常信息，以根据所述异常信息生成报警指令。

本实施例中，看门狗监测电路可采用ad公司adm706电压监测芯片，可对数据处理器进行实时监测，在发现异常情况时能够进行中位机控制系统的复位或电源欠压报警。

在本发明的一个可选的实时例中，还包括：

数据存储器接口，电连接至所述数据处理模块，用于电连接数据存储器，以传送所述数据存储器中的固件升级数据至所述数据处理模块，或传送所述数据处理模块中的中位机控制系统故障数据至所述数据存储器。

本实施例中，数据存储器接口可为sd卡接口、usb接口中的一种或两种，通过外界sd卡或u盘等移动存储设备，能够通过数据处理模块将中位机控制系统的异常信息或故障等数据进行记录和导出，同时，在中位机控制系统需要进行固件更新或代码在线升级时，可以通过在sd卡或u盘等移动存储设备，将固件或代码进行储存，以与数据处理模块进行连接，以此进行中位机控制系统的升级或更新。

在本发明的一个可选的实施例中，还包括：

ram存储器，电连接至所述数据处理模块，用于缓存所述下位机控制指令中的工步运行数据。

在上述实施例中，通过上位机发送下位机控制指令，并依据控制指令中的工步运行数据，基于中位机控制系统的数据处理模块处理后，发送至下位机，下位机根据工步运行数据中设定的工步，开始电池的充放电化成分容，而对于中位机控制系统的数据处理模块，其通常也具有一定的ram空间，如本发明实施例中，采用stm32f429型号的数据处理模块时，其集成256kbsram，而在中位机控制系统连接多个下位机时，需要控制多个通道的运行，即同时进行多个电池充放电化成分容的管理，各个通道之间的运行管理相互独立，互不影响，当通道的管理越多时，需要的内存空间就会成倍增长，而导致数据处理模块自带的较小的内存不够使用，基于此，本实施例中，还包括ram存储器，其可为外置的sdram存储器，以进行sram扩展，以使得中位机控制系统能够控制更多的下位机充放电化成分容，方便中位机控制系统对下位机进行管理。

本实施例中，外置的sdram存储器型号为winbond公司w9825g6kh，容量大小为32mb，具有容量大和价格便宜等特点。stm32f429处理器通过fmc接口可直接驱动sdram存储器，外置sdram存储器拓展系统内存空间，弥补片上sram空间(256kb)不足。

在本发明的一个可选的实施例中，还包括：

flash存储器，电连接至所述数据处理模块，用于当所述中位机控制系统断电时，自动保存所述中位机控制系统的通道状态数据、所述工步运行数据和所述运行指令中的中位机控制系统预设参数，以及当所述中位机控制系统通电时，自动传送所述工步运行数据、所述通道状态数据、所述中位机控制系统预设参数至所述数据处理模块。

在本实施例中，对于中位机控制系统的数据处理模块，其通常也具有一定的flash空间，如本发明实施例中，采用stm32f429型号的数据处理模块时，其集成1mbflash，而在中位机控制系统连接多个下位机时，控制多个通道的运行时，如果通道数目过多，中位机控制系统出现异常而突然断电时，此时中位机控制系统需要将正在充放电的各个下位机的工步运行数据进行保存，比如当前下位机运行到工步的第几步、当前工步运行了多长时间，以及对各个通道的通道状态数据进行保存，如通道当前的状态(充电、放电、搁置、暂停、停止、报警等)、逻辑控制变量等数据，当下次中位机控制系统通电时，立刻恢复到此缓存状态，即自动传送保存的工步运行数据、通道状态数据等至数据处理模块，这样电池工步(即充放电工艺)可以从上次断电时刻继续运行，而不是重新开始充放电化成分容，以此保证这一批下位机中电池的化成分容操作的连贯性，不影响电池性能。

同时，基于中位机控制系统对下位机的对应控制，在中位机控制系统运行时，需要设置中位机控制系统预设参数，即中位机控制系统的本地设置参数，在进行多通道的充放电化成分容时，相应的本地设置参数也会相应较多，基于此，设置flash存储器，也能够对中位机控制系统预设参数进行断电保存，以及通电恢复。

在本发明的一个可选的实施例中，所述flash存储器包括nandflash存储器和spiflash存储器；

所述nandflash存储器，用于当所述中位机控制系统断电时，自动保存所述通道状态数据和所述工步运行数据，以及当所述中位机控制系统通电时，自动传送所述工步运行数据和所述通道状态数据至所述数据处理模块；

所述spiflash存储器，用于当所述中位机控制系统断电时，自动保存所述中位机控制系统预设参数，以及当所述中位机控制系统通电时，自动传送所述中位机控制系统预设参数至所述数据处理模块。

在本实施例中，数据处理模块可通过设置扩展接口直接外接nandflash存储器和spiflash存储器。

nandflash存储器可为micron公司mt29f4g08，容量大小为512mb，外置的nandflash存储器拓展中位机控制系统的存储空间，弥补数据处理模块片上flash空间不足，用于多通道条件下的工步运行数据和通道状态数据的断电保存和通电自恢复。

spiflash存储器可为winbond公司w25q16，容量大小为2mb，通过四线制spi接口与数据处理模块连接，可方便的实现数据读写，以用于中位机控制系统预设参数，即中位机控制系统的本地设置参数进行快速断电保存以及通电后的自恢复。

其中，仅设置nandflash存储器，也可实现spiflash存储器的功能，即，在断电时，将中位机控制系统预设参数设置保存于nandflash存储器中，而设置spiflash存储器，基于spiflash存储器实时性好的特点，中位机控制系统预设参数在中位机控制系统运行时需要经常存入或读出，如果通过nandflash存储器进行该参数的存入或读出，可能会增加内存开销。

本发明的一个可选的实施例中，还包括epo(emergencypoweroff)开关模块和信号指示灯，所述epo开关模块和所述信号指示灯均与所述数据处理模块电连接；

所述指示灯，用于当所述中位机控制系统异常时，发出光照信号；

所述epo开关模块用于根据所述光照信号，通过光耦输入输出隔离，断开所述中位机控制系统的供电。

在本实施例中，数据处理模块可通过连接通用io接口以连接指示灯和epo开关模块，在中位机控制系统异常时，通过指示灯发出光照信号，同时epo开关模块接收到光照信号后，通过光耦输入输出隔离，实现开关量信号的隔离输入输出以及电平转换，实现中位机控制系统的急停，即断开所述中位机控制系统的供电。

通用io接口可还包括其它io接口进行扩展，以进行其它io信号的输出。

本发明另一实施例的一种电池化成分容设备，包括如上述所述的电池化成分容设备中位机控制系统。

参照图4所示，电池化成分容设备中位机控制系统通过以太网连接上位机，通过rs232协议连接触摸屏，以及通过can总线连接多个下位机的dsp处理器，其中通过双向acdc电源对触摸屏、电池化成分容设备中位机控制系统以及各个下位机的dsp处理器电连接，具体的，双向acdc电源连接电池化成分容设备中位机控制系统的辅源电路，以进行供电，所述电池化成分容设备可以参照根据本发明上述实施例中具体描述的内容实现，并具有与根据本发明上述实施例的电池化成分容设备中位机控制系统类似的有益效果，在此不再赘述。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。