专利名称：用于方形锂离子二次电池预充电的控制装置及控制方法
技术领域：
本发明涉及用于锂离子电池生产中的电子测量和控制装置及控制方法，特别涉及一种用于方形锂离子二次电池预充电的控制装置及控制方法。
背景技术：
目前，在锂离子电池，特别是方型锂离子电池制作过程中，目前普遍采用开口预化成工艺，其作用是通过小电流恒流充电至一定电压的方式在电池负极表面形成SEI膜，SEI膜形成过程中产生的气体通过排气孔排出。SEI膜的主要作用是作为保护层防止电解液与负极发生反应，并且还可提供良好的离子迁移的通道。所以为了有效地形成SEI膜并排除化成过程中所产生的气体，独立的预化成过程是非常必要的。通用的预化成过程的设备基本上是沿用化成老化过程的设备，具备非常多的功能，如数控连续式电压电流调节、编程式多步骤充电流程、完整的充放电系统和过压检测保护、过流欠流保护、充电超容保护等安全保护功能，以及电池自检，断电保护、恢复，微机数据存储和处理等辅助功能，这就导致了预化成过程成本非常高。而实际上比如手机电池的容量90％以上的比例都集中在700mAh到1000mAh，并且当今锂电制造商生产电池的90％集中到这一范围，考虑到效率和实际应用，完全可以使用只具有恒流90mA功能的预化成设备。当然如果我们生产的型号容量主要集中在2000mA范围的可以采用只具有恒流200mA功能的预化成设备。因为电流在0.01C到0.3C之间都可以形成很好的SEI膜，满足电池各项性能的需求。因此，进一步的设计优化预化成装置，实现装置结构的简化和实施方法的优化，达到优良的预化成功能，是该领域科技人员进行科研开发的又一新的课题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种结构简单、操作简便，设计合理、性能可靠，且成本低的用于方形锂离子二次电池预充电的控制装置及控制方法。
为实现上述目的本发明所采用的技术方案是一种用于方形锂离子二次电池预充电的控制装置，其特征在于该装置包括交流电源、可调式计时器、开关、稳压变压器电源及与之相连的一个以上的充电器组成。
所述各充电器并联连接于稳压变压器电源输出端，各充电器输出端分别与预充电电池连接。
所述充电器包括三极管Q1、二极管D1、D2、电阻R4、R5组成恒流电路，控制恒流输出及可控硅T为核心的抵压差恒压电路；电阻R8和R9组成分压电路，可控硅T和电阻R2组成取样放大电路；三极管Q1与其连接的电阻R4、R5组成限流保护电路；三极管Q2为调整管；即由两只二极管D1、D2和电阻R2、R3，与电阻R7构成在三极管Q2的基极上和发射极上的恒压电路，使三极管Q2的集电极产生一个恒流，其电流可由电阻R1调整，当电池正负极反接时，电阻R2上的电压反相，即可触发可控硅T导通，有电流流过电阻R4、R5，三极管Q1导通，使三极管Q2截止，起到反充保护作用；稳压过程为当输出电压降低时，a点电位降低，经可控硅T内部放大，使b点电压增高，经三极管Q2调整后，c点电位升高；反之，当输出电压增高时，a点电位升高，b点电位降低，经三极管Q2调整后，c点电位降低，从而使输出电压稳定；电路中的电容C1、 C2为滤波电容。
一种用于方形锂离子二次电池预充电的控制方法，其特征在于实施步骤如下(1)采用高吸收性滤纸将已注液并陈化完毕的电池注液孔盖住，然后将电池依次卡在上述的预充电控制装置的夹具上；(2)将所有电池定位卡好后，启动电源，采用0.01C～0.3C的电流恒流，恒流源控制范围10～500mA，采用恒压电路的控制电压为3.2～4.0V，进行各电池单节独立预化成充电，设定可调节计时器的调节范围是30min～150min；(3)待设定时间结束后，可调节计时器自动关闭电源完成预化成过程；(4)充电结束后，将电池的排气孔用钢球真空密封并用机械压入及化学胶固化的方法永久封住；(5)按照常规进行继续化成，制成方形锂离子二次电池。
本发明的有益效果是本发明的装置结构简单、设计合理，采用了固定的电子线路代替了通用的单片机程控电路，通过输出电流的固定化减少了由于电流调节而引起的电流波动，即该控制方法特点在于在充电电流(恒流充电)的一定的条件下，通过控制充电时间完成预化成过程；在大幅度降低成本的基础上，提高了电流输出的准确性，调节控制精度高，且节能高效；另一特点是便于操作和控制，预化成过程仅由可调节电子计时器进行控制，这样既方便操作，又可充分满足充电容量的控制需求。采用该装置及控制方法使得电池生产成本大幅降低，且应用广泛。
图1是本发明整体结构连接示意图；图2是本发明充电器电路原理图。
图中1交流电源，2可调式计时器，3开关，4稳压变压器电源，5充电器，6电池。
具体实施例方式
以下结合附图和较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式
、结构、特征详述如下如图1所示，一种方形锂离子二次电池预充电装置，其特征在于该装置包括交流电源1、可调式计时器2、开关3、稳压变压器电源4及与之相连的一个以上的充电器5组成，各充电器5输出端分别连接预充电电池6。
如图2所示，充电器6包括三极管Q1采用型号8550、二极管D1、D2采用型号1N4728、电阻R4、R5采用型号101等组成恒流电路，控制40mA的恒流输出，及型号为TL431的可控硅T为核心的抵压差3.8V恒压电路；电阻R8和R9组成分压电路，可控硅T采用型号TL431和电阻R2组成取样放大电路；三极管Q1与其连接的电阻R4、R5组成限流保护电路；三极管Q2采用型号B772做调整管。
即由两只二极管D1、D2和电阻R2、R3，与电阻R7构成在三极管Q2的基极上和发射极上的恒压电路，使三极管Q2的集电极产生一个恒流，其电流可由电阻R1调整，既使输出对地短路时其输出电流I＝(1.4V-0.7V)/18＝40mA，该电流也是对电池的充电电流。电阻R7可采用821，电阻R1可采用18R0。当电池正负极反接时，电阻R2上的电压反相，即可触发可控硅T导通，有电流流过电阻R4、R5，三极管Q1导通，使三极管Q2截止，起到反充保护作用。稳压过程为当输出电压降低时，a点电位降低，经可控硅T内部放大，使b点电压增高，经三极管Q2调整后，c点电位升高。反之，当输出电压增高时，a点电位升高，b点电位降低，经三极管Q2调整后，c点电位降低，从而使输出电压稳定。其中的电容C1、C2起到滤波作用。
通过改进原有预化成装置的设计结构及电路控制，由固定电流输出的恒流源电路与环路恒压电路所构成。其结构简单，且可满足精度控制，可以达到大幅度节省预化成成本及节省操作流程的目的。
所述可调式计时器2采用可在0～1000min范围调节并具有自动切断功能的电子计时器。
220V交流电源1的市电通过可调式计时器2控制的开关3与稳压变压器电源4，即经过稳压变压器电源4后输出为6V的恒压直流电，再通过充电器5实现恒流40mA输出，而充电器5的恒压3.8V电路则作为保护电路，防止电池6过充。
可调式计时器2可采用型号为TE1503的电子计时器，稳压变压器电源4可采用的型号为STD-20。通过可调式计时器2控制电池6的预充电容量。
化成操作时，首先将待充电的电池与充电器输出端连接，待所有的电池连接完毕后，启动可调式计时器，按工艺设定时间，开始充电，待充电结束后，可调式计时器即报警并自动切断电源开关。本发明的预化成装置特点在于省略了通用化成系统的放电电路，安全保护电路以及计算机程序控制部分；并且由于恒流部分的电流调节控制改为固定电路的恒流输出，这样的设计可以提高恒定电流的控制精度。
实施例1对于方型043048(容量为800mAh)已注液并陈化完毕的电池，采用高吸收性滤纸将已注液并陈化完毕的电池注液孔盖住，然后将电池依次卡在本发明所述的预充电控制装置的夹具上，将所有的电池定位卡好并与充电器输出端连接完毕后，启动电源，按不同型号产品的工艺要求设定可调节计时器，如设定充电时间为60min，进行预化成充电，充电电流为80mA，待设定时间结束后，可调节计时器自动关闭电源，完成预化成过程。充电结束后，将电池的排气孔用钢球真空密封并用机械压入及化学胶固化的方法永久封住；然后进行继续化成，制成成品电池。
实施例2对于方型053048(容量为910mAh)已注液并陈化完毕的电池，采用高吸收性滤纸将已注液并陈化完毕的电池注液孔盖住，然后将电池依次卡在本发明所述的预充电控制装置的夹具上，将所有的电池定位卡好并与充电器输出端连接完毕后，启动电源，按不同型号产品的工艺要求设定可调节计时器，如设定充电时间为70min，进行预化成充电，充电电流为80mA，待设定时间结束后，可调节计时器自动关闭电源完成预化成过程。充电结束后，将电池的排气孔用钢球真空密封并用机械压入及化学胶固化的方法永久封住；然后进行继续化成，制成成品电池。
上述参照实施例对该用于方形锂离子二次电池预充电的控制装置及控制方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用于方形锂离子二次电池预充电的控制装置，其特征在于该装置包括交流电源、可调式计时器、开关、稳压变压器电源及与之相连的一个以上的充电器组成。
2.根据权利要求1所述的用于方形锂离子二次电池预充电的控制装置，其特征在于所述各充电器并联连接于稳压变压器电源输出端，各充电器输出端分别与预充电电池连接。
3.根据权利要求1或2所述的用于方形锂离子二次电池预充电的控制装置，其特征在于所述充电器包括三极管Q1、二极管D1、D2、电阻R4、R5组成恒流电路，控制恒流输出及可控硅T为核心的抵压差恒压电路；电阻R8和R9组成分压电路，可控硅T和电阻R2组成取样放大电路；三极管Q1与其连接的电阻R4、R5组成限流保护电路；三极管Q2为调整管；即由两只二极管D1、D2和电阻R2、R3，与电阻R7构成在三极管Q2的基极上和发射极上的恒压电路，使三极管Q2的集电极产生一个恒流，其电流可由电阻R1调整，当电池正负极反接时，电阻R2上的电压反相，即可触发可控硅T导通，有电流流过电阻R4、R5，三极管Q1导通，使三极管Q2截止，起到反充保护作用；稳压过程为当输出电压降低时，a点电位降低，经可控硅T内部放大，使b点电压增高，经三极管Q2调整后，c点电位升高；反之，当输出电压增高时，a点电位升高，b点电位降低，经三极管Q2调整后，c点电位降低，从而使输出电压稳定；电路中的电容C1、C2为滤波电容。
4.一种用于方形锂离子二次电池预充电的控制方法，其特征在于实施步骤如下(1)采用高吸收性滤纸将已注液并陈化完毕的电池注液孔盖住，然后将电池依次卡在上述的预充电控制装置的夹具上；(2)将所有电池定位卡好后，启动电源，采用0.01C～0.3C的电流恒流，恒流源控制范围10～500mA，采用恒压电路的控制电压为3.2～4.0V，进行各电池单节独立预化成充电，设定可调节计时器的调节范围是30min～150min；(3)待设定时间结束后，可调节计时器自动关闭电源完成预化成过程；(4)充电结束后，将电池的排气孔用钢球真空密封并用机械压入及化学胶固化的方法永久封住；(5)按照常规进行继续化成，制成方形锂离子二次电池。
全文摘要
本发明涉及一种用于方形锂离子二次电池预充电的控制装置及控制方法，该装置包括交流电源、可调式计时器、开关、稳压变压器电源及与之相连的一个以上的充电器组成。所述各充电器并联连接于稳压变压器电源输出端，各充电器输出端分别与预充电电池连接进行预充电。该装置及控制方法采用了固定的电子线路代替了通用的单片机程控电路，通过输出电流的固定化减少了由于电流调节而引起的电流波动，在大幅度降低成本的基础上，提高了电流输出的准确性，从而有效提高恒定电流的控制精度。另一特点为便于操作和控制，预化成过程仅由电子计时器进行控制，这样既方便操作，又可充分满足充电容量的控制需求。
文档编号H02J7/02GK1937350SQ20061001570
公开日2007年3月28日 申请日期2006年9月19日 优先权日2006年9月19日
发明者王念举, 王玉来, 吉跃华, 李洪贺, 王红霞 申请人:天津力神电池股份有限公司