大容量锂电池化成检测系统硬件设计与实现

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随着移动电子设备的快速发展以及不可再生能源的短缺,具有高能量密度、可多次无记忆循环充电的大容量锂电池得到了广泛的应用。电池化成作为电池生产中的关键工序直接影响到电池的质量并影响到电池的生产成本。因此,化成检测设备好坏直接制约着电池产业的发展。目前国内化成检测设备的性能还存在一些不足,在设备稳定性、精度、集中管理控制以及功耗方面还需要改进,并且电池测试的参数不够全面,价格也相对国外较高。化成设备的设计和效率问题造成在化成过程中的大量能量的浪费,尤其是大容量锂电池在化成过程中浪费更加可观。因此急需一种新型的化成检测设备来满足国内的需求。根据市场需求本文设计并开发了一种新型的大容量锂电池化成检测系统。根据系统设计要求,整个系统采用三层分布式分布式控制结构,即上位机、中位机和下位机三部分组成,分别为PC机、ARM控制器和STM32底层控制器。上位机与中位机采用以太网实现对设备的远程控制,中位机作为现场控制器采用CAN通讯将命令传输给底层,并接收检测的数据。系统实现了对锂离子电池化成的集中控制管理并可以检测电池的相关参数,包括电流、电压、温度、内阻等参数,最后根据采集的数据判断电池是否合格并对其进行分选。该系统的底层硬件设计是将化成和检测的功能合二为一,便于集中控制和管理。本文主要介绍了大容量锂电池化成检测系统硬件设计,主要包括锂电池充放电电路的设计和检测子系统的设计并最终完成系统的调试。对锂电池的充放电分为充电和放电两个模块。采用TL494作为PWM控制器实现对电路中半桥DCDC变换器的控制,利用脉冲的调控实现对电池的恒流恒压充电或者恒流放电。为了达到对锂电池更精确的充放电,根据反馈的电流电压值并运用闭环控制来调整输出。在化成过程中,为提高能量利用率,利用直流母线将电池释放的能量进行转移利用,同时将电网和电池的能量交换以达到能量循环。通过该设计能够大大减少了能源的损耗。为了设备的安全性,整个系统具有安全性设计,具有过流过压保护,并实时监测设备环境温度以防止危险的发生。设备环境温度的检测采用温度传感器DS18B20可方便简单的实现。由于锂电池内部结构及电化学特性的特殊性,使得内阻不易精确测量,研究国内外现状后本文采用交流注入法能够较精确的完成内阻的测量。在完成各部分硬件设计后,进行系统的硬件测试。经试验证明该系统采集的电池相关参数精确度高,对电池的化成精确稳定,易于操作管理,并且整个系统运行稳定、可靠、操作方便。
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