CN106199446A - 电池充放电自动测试*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池充放电自动测试***，包括立体料架、自动立体输送机及测试装置，立体料架上设于多个用于放置被测电池的托盘；自动立体输送机用以自动插取托盘及其上的电池；测试装置用以对各电池进行充集中放电测试。通过采用多个电池充电过程、放电过程集中同时进行，使得某些电池放电给另一些电池充电，从而使充放电过程自平衡，降低电量损耗，理论上实现了充放电测试过程的电量零消耗，能够减少电量消耗90％以上；并且被测电池与电网通过隔离，不受电网波动影响，大大提高电量利用率，降低成本；另外，还采用了自动立体输送机，减少了操作人员需求，提高了生产效率和设备利用率，减少了设备投资成本。

Description

电池充放电自动测试***

技术领域

本发明属于电池充放电测试技术、具体涉及一种电池充放电自动测试***。

背景技术

电池作为储能元件，是许多产品的动力来源。尤其是新能源汽车的动力电池，其性能直接关系整车的性能和安全。

在电池生产过程中，充放电测试是一个关键工序，该工序需要至少一次完整的充电、放电过程，在充放电过程中完成电池的电容量、电压内阻、各种工况模拟等电池性能检测；完成电池模组BMS的电压/温度量测准确度检测等内容。通过这些数据对电池进行标定和判断电池的性能是否达标。

目前行业内采用的是一组电池对应一套充放电测试***的形式，一组电池充放电测试完成后再测试下一组。但是，电池完成一个完整的充放电检测时间长，尤其是新能源汽车的动力电池需要将近4-16小时，而且电池的物流周转是人工完成的。在工厂高产能的情况下，需要充放电测试设备数量多。充放电测试设备对电池的充电是自电网取电，交流变直流变压后对电池充电；电池放电有两种方法，一种是电池中的直流电直接放掉，目前普遍采用这个方法；另一种是直流变交流变压给另一个电网(如办公用电网)，但会对电网造成影响，一般是不允许的，而且电量利用率低。放电这个过程中在电池生产中存在大量的电量浪费。

综上所述，目前行业内，电池的充放电测试存在测试不便、耗电量大、电能浪费等诸多问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电池充放电自动测试***，能够提高电量利用率，减少耗电量，降低成本，并能够实现自动冲放电测试。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种电池充放电自动测试***，包括立体料架、自动立体输送机及测试装置，立体料架上设于多个用于放置被测电池的托盘；自动立体输送机用以自动插取托盘及其上的电池；测试装置用以对各电池进行充集中放电测试，包括一套隔离电路、一套工控机、两套以上的充放电测试岛，其中：

充放电测试岛之间通过交流电路相并联，每套充放电测试岛包括一套交流电变压变流电路、两路以上的直流电变压变流电路、一套通讯控制电路，两路以上的直流电变压变流电路相并联，并与交流电变压变流电路相连，用以交流电变直流电或直流电变交流电，进行直流电路的电量补入或输出；每个直流电变压变流电路还通过电源线与其对应的被测电池相连，用以电池的充放电；通讯控制电路通过数据线分别与交流电变压变流电路、直流电变压变流电路及电池相连；

隔离电路连接于充放电测试岛与交流电网之间，用以隔离交流电网，并进行交流电路的电量补入；

工控机通过数据线与每个通讯控制电路相连，用以完成逻辑循环、电量计算、测试数据分析及相应控制。

所述充放电测试岛的数量、直流电变压变流电路的数量与被测电池的数量相匹配。

所述立体料架上设有OK出口、NG出口、未测试进口、测试工位和储料工位。

所述测试装置还包括检测开关，用以检测被测电池与充放电测试岛之间的连接。

所述立体料架呈两排设置，每排的横向和纵向上设有多个用以放置托盘的测试工位。

所述立体料架两排之间设有供自动立体输送机沿立体料架移动的轨道。

所述充放电测试岛分别设于立体料架的两外侧。

采用本发明的电池充放电自动测试***，具有以下几个优点：

1、电池充电过程、放电过程相结合，理论上实现了充放电测试过程的电量零消耗，能够减少电量消耗90％以上；

2、采用多个电池充电过程、放电过程集中同时进行，某些电池放电给另一些电池充电，充放电过程自平衡，降低电量损耗；

3、能够做到同一充放电测试岛内的直流电路的电量平衡，N个充放电测试岛之间的交流电路的电量平衡；

4、被测电池与电网通过隔离，不受电网波动影响。

5、提高电量利用率，降低成本。

6、充放电测试位置采用立体料架多层处理，占用空间少，节约占地面积；

7、电池物流移动采用自动立体输送机自动完成，减少了操作人员需求，提高了生产效率和设备利用率，减少了设备投资成本；

8、对于充放电测试开始、充电完成截至、放电完成截至，***采用多重条件判断，提升了过程安全性，提高了测试可靠性；

9、实现了电池充放电测试过程的数据信息存储追溯功能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式本发明进行详细说明：

图1是本发明的电池充放电自动测试***的结构示意图；

图2是本发明的电池充放电自动测试***的俯视图；

图3是本发明的测试装置的原理框图。

图4本发明实现充放电平衡的原理图。

图5本发明的测试***中电池的物流逻辑、充放电逻辑图。

具体实施方式

本发明的电池充放电自动测试***如图1-图2所示，其主要包括立体料架1、自动立体输送机2及测试装置，立体料架1上设于多个用于放置被测电池3的托盘4；自动立体输送机2用以自动插取托盘4及其上的电池3，以实现电池3的放取转换；测试装置用以对各电池3进行充集中放电测试。

其中，所述立体料架1呈两排设置，每排的横向和纵向上设有多个用以放置托盘4的测试工位，所述立体料架1两排之间设有供自动立体输送机2沿立体料架1移动的轨道5。

测试装置如图3-图4所示，包括一套隔离电路、一套工控机、两套以上的充放电测试岛，其中：

充放电测试岛5分别设于立体料架1的两外侧(见图2)，充放电测试岛之间通过交流电路相并联，每套充放电测试岛包括一套交流电变压变流电路、两路以上的直流电变压变流电路、一套通讯控制电路，两路以上的直流电变压变流电路相并联，并与交流电变压变流电路相连，用以交流电变直流电或直流电变交流电，进行直流电路的电量补入或输出；每个直流电变压变流电路还通过电源线与其对应的被测电池相连，用以电池的充放电；通讯控制电路通过数据线分别与交流电变压变流电路、直流电变压变流电路及电池相连；隔离电路连接于充放电测试岛与交流电网之间，用以隔离交流电网，并进行交流电路的电量补入；工控机通过数据线与每个通讯控制电路相连，用以完成逻辑循环、电量计算、测试数据分析及相应控制，还可包括自动计算各个充放电测试岛的补入电量、输出电量，定义电池充电测试、放电测试先后顺序，定义充放电测试岛的补入电量、输出电量的先后顺序等等。

所述充放电测试岛的数量、直流电变压变流电路的数量与被测电池的数量相匹配(或由电池的产量所决定)。电池与充放电测试岛的连线有人工接拆线和设备自动插接两种，由电池的结构决定。

请结合图3所示，该测试装置的电路连接是电网→隔离电路→交流电变压变流电路→直流电变压变流电路→被测电池，电池与电网是隔离的，不受电网波动影响。

该测试***实现平衡充放电的原理说明：

以一种市场上量产的新能源汽车动力电池为例，电池在充放电前，自带0.5C的电量(C:电池容量)，电池的充放电过程如下：

过程a：0.5C充电→1C放电→0.5C充电；

过程b：0.5C放电→1C充电→0.5C放电。

两种过程都是一个完整的充放电过程，起始状态电池0.5C电量，终止状态电池0.5C电量。

请结合图4中所示，第一充放电测试岛内连接了n个电池，第一电池的起始状态是0.5C充电，那在同于一个时间节点下，第二电池的起始状态是0.5C放电，就是第二电池放电给第一电池充电，电量流向就是第二电池→第二直流电变压变流电路→第一直流电变压变流电路→第一电池。

在某个时间节点内，如第一充放电测试岛内，通过直流电变压变流电路，n个电池同时进行充电或放电，只要直流电路上的总放电量与总充电电量相等，就实现了这n个电池的电量相互自平衡，不需要交流电变压变流电路进行电量补入。

实际上，若某直流电路存在电量损耗，通过交流电变压变流电路对直流电路进行电量补入，抵偿这部分损耗。

而且，若电池的起始电量互相之间不一致，电池的充放电速度互相之间不一致，电池充电完成、放电完成的时间节点不一致，造成电池相互之间不能做到在任一时间节点内电量自平衡，则由工控机计算直流电路上的总放电电量、总充电电量，控制交流电变压变流电路进行电量补入或电量输出，平衡直流电路上的电量。

当n个充放电测试岛同时需要输出电量或电量补入时，通过交流电变压变流电路进行调整，若第一充放电测试岛正在输出电量，则由工控机控制第n充放电测试岛进行电量补入，只要交流电路上的总输出电量与总补入电量相等，就实现了这n个充放电测试岛的电量相互自平衡，不需要通过隔离电路从电网进行电量补充。

若充放电测试岛需要输出电量大于充放电测试岛需要补入电量时，则由工控机控制正在输出电量的某充放电测试岛做出调整，暂停岛内的某个电池的放电过程，使交流电路上的总输出电量与总补入电量平衡。

若充放电测试岛需要补入电量大于充放电测试岛需要输出电量时，工控机就控制隔离电路开启，从电网取电，使交流电路上的总输出电量与总补入电量平衡。

另外，所述测试装置还包括检测开关，用以检测被测电池与充放电测试岛之间的连接。检测有信号，电路可以进行充放电；检测无信号，无论什么情况下，立即切断充放电电路，避免电路中的高电压大电流造成的安全隐患。

对于放在立体料架1上的未测试的电池，充放电测试岛自动检测检测电源线、数据线是否导通，再检测与电池BMS是否正常通讯，是否能对电池正常的充放电，两者都满足的条件下，充放电测试岛才会对电池进行充放电测试。

对于充电完成、放电完成的截至，设置了电压到达、电流到达、时间到达、BMS通讯到达多种条件，只有以上条件全部满足的情况下，才判断过程完成ok，充分保证了过程的安全性及电池的质量可靠性。

关于电池充放电测试工位的设置说明：

电池在充放电测试过程中有未测试、正在测试、测试完成OK、测试完成NG四种状态。与之相对应，立体料架1设有OK出口9、NG出口7、未测试进口8、测试工位、储料工位(见图2)。

立体料架1设置测试工位用于电池与充放电测试岛的对接。设置储料工位是为了测试工位、OK出口、NG出口、未测试进口不满足自动物流条件下时进行电池临时储存，最大化的提升***利用率。

对于未测试的电池，自动立体输送机2自动将电池从进口取走放到测试工位进行充放电测试或者放到储料工位进行临时储存；

对于测试OK的电池，自动立体输送机2自动将电池放到OK出口流出或者放到储料工位进行临时储存。

对于测试NG的电池，自动立体输送机2自动将电池放到NG出口流出或者放到储料工位进行临时储存；

对于返修后的NG电池，自动立体输送机2自动将其从NG出口取走放到测试工位上重新进行充放电测试或者放到储料工位进行临时储存。

对于储料工位上的电池，自动立体输送机2根据电池的状态(未测试、测试OK、测试NG)自动放到对应的位置

关于自动物流的实施说明：

由自动立体输送机2叉取托盘移载电池，进行立体料架1的OK出口、NG出口、未测试进口、测试工位、储料工位的位置切换，完成电池的物流自动化，配合充放电测试岛完成电池的未测试、正在测试、测试完成OK、测试完成NG四种状态切换。

对于电池自动物流、充放电流程如下(参见附图2)：

(1)托盘、未测试的电池到达立体料架1进口；

(2)自动立体输送机2将托盘、未测试的电池从进口取走放到立体料架1上；

(3)握手测试，检测电源线、数据线是否导通，***与电池BMS是否正常通讯；

(4)充电测试，0.5C充电(或0.5C放电测试)，同时采集过程中的电压电流温度时间数据；

(5)放电测试，1C放电(或1C充电测试)，同时采集过程中的电压电流温度时间数据；

(6)充电测试，0.5C充电(或0.5C放电测试)，同时采集过程中的电压电流温度时间数据；

(7)握手松开(或者人工拆线)；

(8)自动立体输送机2将托盘4、测试完成的电池从立体料架1取走放到出口上；

(9)托盘、测试OK的电池从出口流出。

对于图5中的逻辑条件交叉的动作，为实现最大设备利用率，***定义先后顺序如下：

(1)进口有电池、测试工位空，自动立体输送机2从进口上取电池放到测试工位；

(2)进口有电池、测试工位有电池、储料工位空，自动立体输送机2从进口上取电池放到储料工位；

(3)OK出口空、测试工位有电池测试OK，自动立体输送机2从测试工位取电池放到OK出口；

(4)OK出口空、储料工位有测试OK的电池，自动立体输送机2从储料工位取电池放到OK出口；

(5)测试工位空，进口空，储料工位有未测试的电池，自动立体输送机2从储料工位取电池放到测试工位；

(6)储料工位空、OK出口有电池，测试工位有电池测试OK，自动立体输送机2从测试工位取电池放到储料工位。

(7)在以上第1-6项逻辑动作条件都不具备的条件下，自动立体输送机2处理测试NG的电池从测试工位取电池放到NG出口或储料工位、返修后的电池从NG出口到测试工位或储料工位。

(8)以上动作内容，在逻辑条件同时具备的情况下，动作请求的优先处理顺序是：进口、OK出口、测试工位、NG出口、储料工位。

关于充放电测试智能控制的实施说明：

充放电测试过程中，充放电测试岛实时判断电池⑤的充电状态、放电状态、物流状态，控制另一些电池的充电状态、放电状态、物流状态。自动计算岛内的补入电量、输出电量，定义自动立体输送机2将电池⑤放到立体料架1上的物流位置；同时分析测试工位电池物流信息，定义电池充放电测试先后顺序，实现过程的自动化、智能化，达到整个***最大产能、充放电过程的最小电量消耗。

充放电测试前，充放电测试岛自动读取电池的BMS信息，判断电池的型号，自动生成当前生产指令单中的型号、配方参数，并与数据库里的配方参数进行比对，分析优化过程参数，平衡生产计划，实现不同类型的电池在不同产能下的柔性生产。

充放电测试过程中，对电池的条码信息、物流状态信息和充放电测试过程数据进行绑定，实时记录和显示每个电池当前运行状态、当前生产型号、生产日期、生产数量、过程参数等信息，自动完成电池的生产过程统计、质量统计，实现电池充放电测试过程的数据信息存储追溯功能。

综上所述，本发明的测试***及方法，可广泛应用于钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂，三元锂、磷酸铁锂等材料的方型铝壳、软包、柱形等电池生产，解决高产能、多品种的电池生产中充放电测试工序的耗电量大程度低问题。

但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (7)

1.一种电池充放电自动测试***，其特征在于：包括立体料架、自动立体输送机及测试装置，立体料架上设于多个用于放置被测电池的托盘；自动立体输送机用以自动插取托盘及其上的电池；测试装置用以对各电池进行充集中放电测试，包括一套隔离电路、一套工控机、两套以上的充放电测试岛，其中：

充放电测试岛之间通过交流电路相并联，每套充放电测试岛包括一套交流电变压变流电路、两路以上的直流电变压变流电路、一套通讯控制电路，两路以上的直流电变压变流电路相并联，并与交流电变压变流电路相连，用以交流电变直流电或直流电变交流电，进行直流电路的电量补入或输出；每个直流电变压变流电路还通过电源线与其对应的被测电池相连，用以电池的充放电；通讯控制电路通过数据线分别与交流电变压变流电路、直流电变压变流电路及电池相连；

隔离电路连接于充放电测试岛与交流电网之间，用以隔离交流电网，并进行交流电路的电量补入；

工控机通过数据线与每个通讯控制电路相连，用以完成逻辑循环、电量计算、测试数据分析及相应控制。

2.根据权利要求1所述的电池充放电自动测试***，其特征在于：所述充放电测试岛的数量、直流电变压变流电路的数量与被测电池的数量相匹配。

3.根据权利要求1所述的电池充放电自动测试***，其特征在于：所述立体料架上设有OK出口、NG出口、未测试进口、测试工位和储料工位。

4.根据权利要求1所述的电池充放电自动测试***，其特征在于：所述测试装置还包括检测开关，用以检测被测电池与充放电测试岛之间的连接。

5.根据权利要求3所述的电池充放电自动测试***，其特征在于：所述立体料架呈两排设置，每排的横向和纵向上设有多个用以放置托盘的测试工位。

6.根据权利要求5所述的电池充放电自动测试***，其特征在于：所述立体料架两排之间设有供自动立体输送机沿立体料架移动的轨道。

7.根据权利要求5所述的电池充放电自动测试***，其特征在于：所述充放电测试岛分别设于立体料架的两外侧。