專利名稱：用于方形鋰離子二次電池預(yù)充電的控制裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于鋰離子電池生產(chǎn)中的電子測量和控制裝置及控制方法，特別涉及一種用于方形鋰離子二次電池預(yù)充電的控制裝置及控制方法。
背景技術(shù)：
目前，在鋰離子電池，特別是方型鋰離子電池制作過程中，目前普遍采用開口預(yù)化成工藝，其作用是通過小電流恒流充電至一定電壓的方式在電池負(fù)極表面形成SEI膜，SEI膜形成過程中產(chǎn)生的氣體通過排氣孔排出。SEI膜的主要作用是作為保護(hù)層防止電解液與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)，并且還可提供良好的離子遷移的通道。所以為了有效地形成SEI膜并排除化成過程中所產(chǎn)生的氣體，獨(dú)立的預(yù)化成過程是非常必要的。通用的預(yù)化成過程的設(shè)備基本上是沿用化成老化過程的設(shè)備，具備非常多的功能，如數(shù)控連續(xù)式電壓電流調(diào)節(jié)、編程式多步驟充電流程、完整的充放電系統(tǒng)和過壓檢測保護(hù)、過流欠流保護(hù)、充電超容保護(hù)等安全保護(hù)功能，以及電池自檢，斷電保護(hù)、恢復(fù)，微機(jī)數(shù)據(jù)存儲和處理等輔助功能，這就導(dǎo)致了預(yù)化成過程成本非常高。而實(shí)際上比如手機(jī)電池的容量90％以上的比例都集中在700mAh到1000mAh，并且當(dāng)今鋰電制造商生產(chǎn)電池的90％集中到這一范圍，考慮到效率和實(shí)際應(yīng)用，完全可以使用只具有恒流90mA功能的預(yù)化成設(shè)備。當(dāng)然如果我們生產(chǎn)的型號容量主要集中在2000mA范圍的可以采用只具有恒流200mA功能的預(yù)化成設(shè)備。因?yàn)殡娏髟?.01C到0.3C之間都可以形成很好的SEI膜，滿足電池各項(xiàng)性能的需求。因此，進(jìn)一步的設(shè)計(jì)優(yōu)化預(yù)化成裝置，實(shí)現(xiàn)裝置結(jié)構(gòu)的簡化和實(shí)施方法的優(yōu)化，達(dá)到優(yōu)良的預(yù)化成功能，是該領(lǐng)域科技人員進(jìn)行科研開發(fā)的又一新的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便，設(shè)計(jì)合理、性能可靠，且成本低的用于方形鋰離子二次電池預(yù)充電的控制裝置及控制方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種用于方形鋰離子二次電池預(yù)充電的控制裝置，其特征在于該裝置包括交流電源、可調(diào)式計(jì)時(shí)器、開關(guān)、穩(wěn)壓變壓器電源及與之相連的一個(gè)以上的充電器組成。
所述各充電器并聯(lián)連接于穩(wěn)壓變壓器電源輸出端，各充電器輸出端分別與預(yù)充電電池連接。
所述充電器包括三極管Q1、二極管D1、D2、電阻R4、R5組成恒流電路，控制恒流輸出及可控硅T為核心的抵壓差恒壓電路；電阻R8和R9組成分壓電路，可控硅T和電阻R2組成取樣放大電路；三極管Q1與其連接的電阻R4、R5組成限流保護(hù)電路；三極管Q2為調(diào)整管；即由兩只二極管D1、D2和電阻R2、R3，與電阻R7構(gòu)成在三極管Q2的基極上和發(fā)射極上的恒壓電路，使三極管Q2的集電極產(chǎn)生一個(gè)恒流，其電流可由電阻R1調(diào)整，當(dāng)電池正負(fù)極反接時(shí)，電阻R2上的電壓反相，即可觸發(fā)可控硅T導(dǎo)通，有電流流過電阻R4、R5，三極管Q1導(dǎo)通，使三極管Q2截止，起到反充保護(hù)作用；穩(wěn)壓過程為當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，a點(diǎn)電位降低，經(jīng)可控硅T內(nèi)部放大，使b點(diǎn)電壓增高，經(jīng)三極管Q2調(diào)整后，c點(diǎn)電位升高；反之，當(dāng)輸出電壓增高時(shí)，a點(diǎn)電位升高，b點(diǎn)電位降低，經(jīng)三極管Q2調(diào)整后，c點(diǎn)電位降低，從而使輸出電壓穩(wěn)定；電路中的電容C1、 C2為濾波電容。
一種用于方形鋰離子二次電池預(yù)充電的控制方法，其特征在于實(shí)施步驟如下(1)采用高吸收性濾紙將已注液并陳化完畢的電池注液孔蓋住，然后將電池依次卡在上述的預(yù)充電控制裝置的夾具上；(2)將所有電池定位卡好后，啟動電源，采用0.01C～0.3C的電流恒流，恒流源控制范圍10～500mA，采用恒壓電路的控制電壓為3.2～4.0V，進(jìn)行各電池單節(jié)獨(dú)立預(yù)化成充電，設(shè)定可調(diào)節(jié)計(jì)時(shí)器的調(diào)節(jié)范圍是30min～150min；(3)待設(shè)定時(shí)間結(jié)束后，可調(diào)節(jié)計(jì)時(shí)器自動關(guān)閉電源完成預(yù)化成過程；(4)充電結(jié)束后，將電池的排氣孔用鋼球真空密封并用機(jī)械壓入及化學(xué)膠固化的方法永久封??；(5)按照常規(guī)進(jìn)行繼續(xù)化成，制成方形鋰離子二次電池。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理，采用了固定的電子線路代替了通用的單片機(jī)程控電路，通過輸出電流的固定化減少了由于電流調(diào)節(jié)而引起的電流波動，即該控制方法特點(diǎn)在于在充電電流(恒流充電)的一定的條件下，通過控制充電時(shí)間完成預(yù)化成過程；在大幅度降低成本的基礎(chǔ)上，提高了電流輸出的準(zhǔn)確性，調(diào)節(jié)控制精度高，且節(jié)能高效；另一特點(diǎn)是便于操作和控制，預(yù)化成過程僅由可調(diào)節(jié)電子計(jì)時(shí)器進(jìn)行控制，這樣既方便操作，又可充分滿足充電容量的控制需求。采用該裝置及控制方法使得電池生產(chǎn)成本大幅降低，且應(yīng)用廣泛。


圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)連接示意圖；圖2是本發(fā)明充電器電路原理圖。
圖中1交流電源，2可調(diào)式計(jì)時(shí)器，3開關(guān)，4穩(wěn)壓變壓器電源，5充電器，6電池。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征詳述如下如圖1所示，一種方形鋰離子二次電池預(yù)充電裝置，其特征在于該裝置包括交流電源1、可調(diào)式計(jì)時(shí)器2、開關(guān)3、穩(wěn)壓變壓器電源4及與之相連的一個(gè)以上的充電器5組成，各充電器5輸出端分別連接預(yù)充電電池6。
如圖2所示，充電器6包括三極管Q1采用型號8550、二極管D1、D2采用型號1N4728、電阻R4、R5采用型號101等組成恒流電路，控制40mA的恒流輸出，及型號為TL431的可控硅T為核心的抵壓差3.8V恒壓電路；電阻R8和R9組成分壓電路，可控硅T采用型號TL431和電阻R2組成取樣放大電路；三極管Q1與其連接的電阻R4、R5組成限流保護(hù)電路；三極管Q2采用型號B772做調(diào)整管。
即由兩只二極管D1、D2和電阻R2、R3，與電阻R7構(gòu)成在三極管Q2的基極上和發(fā)射極上的恒壓電路，使三極管Q2的集電極產(chǎn)生一個(gè)恒流，其電流可由電阻R1調(diào)整，既使輸出對地短路時(shí)其輸出電流I＝(1.4V-0.7V)/18＝40mA，該電流也是對電池的充電電流。電阻R7可采用821，電阻R1可采用18R0。當(dāng)電池正負(fù)極反接時(shí)，電阻R2上的電壓反相，即可觸發(fā)可控硅T導(dǎo)通，有電流流過電阻R4、R5，三極管Q1導(dǎo)通，使三極管Q2截止，起到反充保護(hù)作用。穩(wěn)壓過程為當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，a點(diǎn)電位降低，經(jīng)可控硅T內(nèi)部放大，使b點(diǎn)電壓增高，經(jīng)三極管Q2調(diào)整后，c點(diǎn)電位升高。反之，當(dāng)輸出電壓增高時(shí)，a點(diǎn)電位升高，b點(diǎn)電位降低，經(jīng)三極管Q2調(diào)整后，c點(diǎn)電位降低，從而使輸出電壓穩(wěn)定。其中的電容C1、C2起到濾波作用。
通過改進(jìn)原有預(yù)化成裝置的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及電路控制，由固定電流輸出的恒流源電路與環(huán)路恒壓電路所構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)簡單，且可滿足精度控制，可以達(dá)到大幅度節(jié)省預(yù)化成成本及節(jié)省操作流程的目的。
所述可調(diào)式計(jì)時(shí)器2采用可在0～1000min范圍調(diào)節(jié)并具有自動切斷功能的電子計(jì)時(shí)器。
220V交流電源1的市電通過可調(diào)式計(jì)時(shí)器2控制的開關(guān)3與穩(wěn)壓變壓器電源4，即經(jīng)過穩(wěn)壓變壓器電源4后輸出為6V的恒壓直流電，再通過充電器5實(shí)現(xiàn)恒流40mA輸出，而充電器5的恒壓3.8V電路則作為保護(hù)電路，防止電池6過充。
可調(diào)式計(jì)時(shí)器2可采用型號為TE1503的電子計(jì)時(shí)器，穩(wěn)壓變壓器電源4可采用的型號為STD-20。通過可調(diào)式計(jì)時(shí)器2控制電池6的預(yù)充電容量。
化成操作時(shí)，首先將待充電的電池與充電器輸出端連接，待所有的電池連接完畢后，啟動可調(diào)式計(jì)時(shí)器，按工藝設(shè)定時(shí)間，開始充電，待充電結(jié)束后，可調(diào)式計(jì)時(shí)器即報(bào)警并自動切斷電源開關(guān)。本發(fā)明的預(yù)化成裝置特點(diǎn)在于省略了通用化成系統(tǒng)的放電電路，安全保護(hù)電路以及計(jì)算機(jī)程序控制部分；并且由于恒流部分的電流調(diào)節(jié)控制改為固定電路的恒流輸出，這樣的設(shè)計(jì)可以提高恒定電流的控制精度。
實(shí)施例1對于方型043048(容量為800mAh)已注液并陳化完畢的電池，采用高吸收性濾紙將已注液并陳化完畢的電池注液孔蓋住，然后將電池依次卡在本發(fā)明所述的預(yù)充電控制裝置的夾具上，將所有的電池定位卡好并與充電器輸出端連接完畢后，啟動電源，按不同型號產(chǎn)品的工藝要求設(shè)定可調(diào)節(jié)計(jì)時(shí)器，如設(shè)定充電時(shí)間為60min，進(jìn)行預(yù)化成充電，充電電流為80mA，待設(shè)定時(shí)間結(jié)束后，可調(diào)節(jié)計(jì)時(shí)器自動關(guān)閉電源，完成預(yù)化成過程。充電結(jié)束后，將電池的排氣孔用鋼球真空密封并用機(jī)械壓入及化學(xué)膠固化的方法永久封??；然后進(jìn)行繼續(xù)化成，制成成品電池。
實(shí)施例2對于方型053048(容量為910mAh)已注液并陳化完畢的電池，采用高吸收性濾紙將已注液并陳化完畢的電池注液孔蓋住，然后將電池依次卡在本發(fā)明所述的預(yù)充電控制裝置的夾具上，將所有的電池定位卡好并與充電器輸出端連接完畢后，啟動電源，按不同型號產(chǎn)品的工藝要求設(shè)定可調(diào)節(jié)計(jì)時(shí)器，如設(shè)定充電時(shí)間為70min，進(jìn)行預(yù)化成充電，充電電流為80mA，待設(shè)定時(shí)間結(jié)束后，可調(diào)節(jié)計(jì)時(shí)器自動關(guān)閉電源完成預(yù)化成過程。充電結(jié)束后，將電池的排氣孔用鋼球真空密封并用機(jī)械壓入及化學(xué)膠固化的方法永久封住；然后進(jìn)行繼續(xù)化成，制成成品電池。
上述參照實(shí)施例對該用于方形鋰離子二次電池預(yù)充電的控制裝置及控制方法進(jìn)行的詳細(xì)描述，是說明性的而不是限定性的，因此在不脫離本發(fā)明總體構(gòu)思下的變化和修改，應(yīng)屬本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于方形鋰離子二次電池預(yù)充電的控制裝置，其特征在于該裝置包括交流電源、可調(diào)式計(jì)時(shí)器、開關(guān)、穩(wěn)壓變壓器電源及與之相連的一個(gè)以上的充電器組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于方形鋰離子二次電池預(yù)充電的控制裝置，其特征在于所述各充電器并聯(lián)連接于穩(wěn)壓變壓器電源輸出端，各充電器輸出端分別與預(yù)充電電池連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于方形鋰離子二次電池預(yù)充電的控制裝置，其特征在于所述充電器包括三極管Q1、二極管D1、D2、電阻R4、R5組成恒流電路，控制恒流輸出及可控硅T為核心的抵壓差恒壓電路；電阻R8和R9組成分壓電路，可控硅T和電阻R2組成取樣放大電路；三極管Q1與其連接的電阻R4、R5組成限流保護(hù)電路；三極管Q2為調(diào)整管；即由兩只二極管D1、D2和電阻R2、R3，與電阻R7構(gòu)成在三極管Q2的基極上和發(fā)射極上的恒壓電路，使三極管Q2的集電極產(chǎn)生一個(gè)恒流，其電流可由電阻R1調(diào)整，當(dāng)電池正負(fù)極反接時(shí)，電阻R2上的電壓反相，即可觸發(fā)可控硅T導(dǎo)通，有電流流過電阻R4、R5，三極管Q1導(dǎo)通，使三極管Q2截止，起到反充保護(hù)作用；穩(wěn)壓過程為當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，a點(diǎn)電位降低，經(jīng)可控硅T內(nèi)部放大，使b點(diǎn)電壓增高，經(jīng)三極管Q2調(diào)整后，c點(diǎn)電位升高；反之，當(dāng)輸出電壓增高時(shí)，a點(diǎn)電位升高，b點(diǎn)電位降低，經(jīng)三極管Q2調(diào)整后，c點(diǎn)電位降低，從而使輸出電壓穩(wěn)定；電路中的電容C1、C2為濾波電容。
4.一種用于方形鋰離子二次電池預(yù)充電的控制方法，其特征在于實(shí)施步驟如下(1)采用高吸收性濾紙將已注液并陳化完畢的電池注液孔蓋住，然后將電池依次卡在上述的預(yù)充電控制裝置的夾具上；(2)將所有電池定位卡好后，啟動電源，采用0.01C～0.3C的電流恒流，恒流源控制范圍10～500mA，采用恒壓電路的控制電壓為3.2～4.0V，進(jìn)行各電池單節(jié)獨(dú)立預(yù)化成充電，設(shè)定可調(diào)節(jié)計(jì)時(shí)器的調(diào)節(jié)范圍是30min～150min；(3)待設(shè)定時(shí)間結(jié)束后，可調(diào)節(jié)計(jì)時(shí)器自動關(guān)閉電源完成預(yù)化成過程；(4)充電結(jié)束后，將電池的排氣孔用鋼球真空密封并用機(jī)械壓入及化學(xué)膠固化的方法永久封?。?5)按照常規(guī)進(jìn)行繼續(xù)化成，制成方形鋰離子二次電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于方形鋰離子二次電池預(yù)充電的控制裝置及控制方法，該裝置包括交流電源、可調(diào)式計(jì)時(shí)器、開關(guān)、穩(wěn)壓變壓器電源及與之相連的一個(gè)以上的充電器組成。所述各充電器并聯(lián)連接于穩(wěn)壓變壓器電源輸出端，各充電器輸出端分別與預(yù)充電電池連接進(jìn)行預(yù)充電。該裝置及控制方法采用了固定的電子線路代替了通用的單片機(jī)程控電路，通過輸出電流的固定化減少了由于電流調(diào)節(jié)而引起的電流波動，在大幅度降低成本的基礎(chǔ)上，提高了電流輸出的準(zhǔn)確性，從而有效提高恒定電流的控制精度。另一特點(diǎn)為便于操作和控制，預(yù)化成過程僅由電子計(jì)時(shí)器進(jìn)行控制，這樣既方便操作，又可充分滿足充電容量的控制需求。
文檔編號H02J7/02GK1937350SQ20061001570
公開日2007年3月28日 申請日期2006年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月19日
發(fā)明者王念舉, 王玉來, 吉躍華, 李洪賀, 王紅霞 申請人:天津力神電池股份有限公司