电池化成分容基准生成、数据回检设备的制作方法

1.本实用新型涉及电池生产技术领域，尤其涉及一种电池化成分容基准生成、数据回检设备。


背景技术：

2.在锂电池电芯生产过程中，需要利用化成分容设备对锂电池电芯进行化成分容处理。化成是指通过一定的充放电方式将其内部正负极物质激活，改善锂电池的充放电性能及自放电、储存等综合性能的过程。分容是指对已经激活的电池进行充放电，并根据电芯容量的大小进行分类。作为化成分容检测设备，尤其分容设备往往需要很高的控制和采集精度，行业普遍要求不低于万分之五的电流电压精度，同时为了提升生产效率，一台设备往往一次化成分容电池多达400通道。为了满足控制精度，目前行业对于输出控制为每个通道设计16位的数模转换器作为充放电控制器的电压电流基准，对于终端采集，采用每个通道有效位数大于16位的模数转换器。这不仅需要增加回检所需的设备，而且高精度的数模转换器和模数转换器价格都比较昂贵，这使得整个电池化成分容基准生成及数据回检的成本很高，不利于扩大生产。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本实用新型提出了一种低成本电池化成分容基准生成及数据回检方法，采用一台公共的一级12位数模转换器和电池通道独立的10位低精度二级数模转换器相结合的方式提供控制基准，同时采用一台高精度16位模数转换器采集电压电流数据，不同的电池通道采用模拟开关控制切换的方式，有效减少回检设备数量、大大降低了设备的电气成本。
4.本实用新型所述的一种电池化成分容基准生成、数据回检设备，其特征在于：包括基本电路和采集电路，所述基本电路包括一级数模转换器、二级数模转换器、第一电阻、第二电阻和运算放大器，每个通道对应一个二级数模转换器，且一级数模转换器与运算放大器的反相输入端电连接，二级数模转换器与运算放大器的正相输入端电连接，运算放大器的输出端与充放电控制器的电压输入端电连接，运算放大器的输出端输出的控制基准电压作为充放电控制器的基准电压；所述采集电路包括模数转换器、多通道模拟开关以及mcu处理器，模数转换器为多通道模数转换器，电池通道分成多组，每组电池通道对应一套多通道模拟开关，且每组的各个电池通道通过一套多通道模拟开关与模数转换器的相应的通道检测端口电连接，模数转换器的信号输出端通过spi总线与mcu处理器的信号输入端电连接。
5.优选的，所述一级数模转换器为12位的一级数模转换器；所述二级数模转换器为10位的数模转换器。
6.优选的，所述模数转换器均为8通道的16位模数转换器，所述模拟开关为8通道模拟开关。
7.本实用新型所述的电池化成分容基准生成及数据回检方法，其特征在于，包括以
下步骤：
8.步骤1利用基本电路建立高精度电池化成分容的输出基准，包括电流基准和电压基准，其中控制基准电压的计算公式为：
9.v＝α*v1-β*v2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)；
10.v为运算放大器的控制基准电压；v1为一级数模转换器的实际输出电压；v2为二级数模转换器实际电压输出值；α为一级数模转换器的放大倍数；β为二级数模转换器放大倍数；
11.步骤2通过线性校准补偿算法建立校准模型，并利用校准时刻的发送值、实际测量值、采集值计算获得校准模型中的k、b其中k值为线性校准补偿的比例系数，b为直流偏置，实现各个电池通道的独立校准，为了进一步提高精度，将一级数模转换器的量化误差补偿到二级数模转换器中，以消除器件漂移或温度漂移带来的误差，其校准模型的公式为：
12.v＝k(v1 v
m-v2) b
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)；
13.v1＝v vmꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0014][0015]
式中，v系统校准后实际输出的值，即期望得到的值；v1为一级数模转换器的实际输出电压；v2为二级数模转换器的实际电压输出值；vm为二级数模转换器输出的中值，用于实现电压的正负偏置校准；k为无量纲，比例系数，其他单位为mv；
[0016]
步骤3、采集各个电池通道的电池数据，并将电池数据传输至mcu处理器进行数值运算，其中采集各个电池通道的电池数据按照以下流程进行：
[0017]
(a)将n个电池通道分成多组；
[0018]
(b)利用采集电路中的模数转换器采集第一组中各个电池通道的电池数据；
[0019]
(c)通过采集电路中的多通道模拟开关切换到下一组的各个电池通道，依次轮流完成所有电池通道的数据采集；
[0020]
(d)mcu处理器通过spi总线读取模数转换器采集到的电池电压电流数值。
[0021]
优选的，步骤3中的模数转换器为8通道的16位模数转换器。
[0022]
本实用新型的有益效果是：通过采用一台12位的一级数模转换器和一个10位的二级数模转换器实现了高精度电池化成分容基准的建立，同时通过软件线性校准补偿算法实现了电池通道的独立校准，对于电池采样回检通过多通道模拟开关切换的方式实现电池数据采集。此方案硬件简单，成本低廉，批量应用于单台设备通道数较多的场合，在满足客户功能性能需求同时，可以极大降低成本。
附图说明
[0023]
图1是本实用新型的基本电路的示意图。
[0024]
图2是本实用新型的采样电路的示意图。
具体实施方式
[0025]
以下结合附图对本实用新型实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型实施例，并不用于限制本实
用新型实施例。
[0026]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0027]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0028]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0029]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0030]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0031]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0032]
下面将参考附图并结合示例性实施例来详细说明本实用新型。
[0033]
如图1、2所示，本实用新型所述的一种电池化成分容基准生成及数据回检设备，包括基本电路和采集电路，所述基本电路包括一级数模转换器dac1、二级数模转换器dac2、第一电阻r1、第二电阻r2和运算放大器u1，每个通道对应一个二级数模转换器dac2，且一级数模转换器dac1的输出端与运算放大器u1的反相输入端6之间串联有第一电阻r1，第二电阻r2并联在运算放大器u1的反相输入端6与输出端7之间；二级数模转换器dac2与运算放大器u1的正相输入端5电连接，运算放大器u1的输出端与充放电控制器的电压输入端电连接；所述采集电路包括模数转换器adc、多通道模拟开关2以及mcu处理器4，模数转换器adc为多通道模数转换器，n个电池通道分成多组，每组电池通道对应一套多通道模拟开关2，且每组的
各个电池通道通过一套多通道模拟开关2与模数转换器adc的相应的通道检测端口电连接，模数转换器adc的信号输出端通过spi总线3与mcu处理器4的信号输入端电连接。
[0034]
本实用新型所述的电池化成分容基准生成及数据回检方法，包括以下步骤：
[0035]
步骤1利用基本电路建立高精度电池化成分容的输出基准，包括电流基准和电压基准；
[0036]
所述基本电路包括一个12位的一级数模转换器dac1、数个10位的二级数模转换器dac2、第一电阻r1、第二电阻r2以及运算放大器u1，每个通道对应一个二级数模转换器，且一级数模转换器dac1的输出端与运算放大器u1的反相输入端6之间串联有第一电阻r1，第二电阻r2并联在运算放大器u1的反相输入端6与输出端7之间；二级数模转换器dac2与运算放大器u1的正相输入端5电连接，运算放大器u1的输出端7输出的控制基准电压作为充放电控制器的基准电压v，其中控制基准电压v的计算公式为：
[0037]
v＝α*v1-β*v2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)；
[0038]
v为运算放大器的控制基准电压；v1为一级数模转换器的实际输出电压；v2为二级数模转换器实际电压输出值；α为一级数模转换器的放大倍数；β为二级数模转换器放大倍数；
[0039]
步骤2通过线性校准补偿算法建立校准模型，并利用校准时刻的发送值、实际测量值、采集值计算获得校准模型中的k、b其中k值为线性校准补偿的比例系数，b为直流偏置，实现各个电池通道的独立校准，为了进一步提高精度，将一级数模转换器的量化误差补偿到二级数模转换器中，以消除器件漂移或温度漂移带来的误差，其校准模型的公式为：
[0040]
v＝k(v1 v
m-v2) b
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)；
[0041]
v1＝v vmꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0042][0043]
式中，v为运算放大器的输出控制基准电压，即运算放大器的实际电压输出值；v1为一级数模转换器的实际输出电压；v2为二级数模转换器的实际电压输出值；vm为二级数模转换器输出的中值，用于实现电压的正负偏置校准；k、b为无量纲，比例系数，其他单位为mv；
[0044]
步骤3、采集各个电池通道的电池数据，并将电池数据传输至mcu处理器进行数值运算，其中采集各个电池通道的电池数据按照以下流程进行：
[0045]
(a)将n个电池通道分成多组；
[0046]
(b)利用采集电路中的模数转换器adc采集第一组中各个电池通道的电池数据；
[0047]
(c)通过采集电路中的多通道模拟开关2切换到下一组的各个电池通道，依次轮流完成所有电池通道的数据采集，再重复重头开始；
[0048]
(d)mcu处理器3通过spi总线4读取模数转换器采集到的电池数值。
[0049]
在本实用新型的一些实施例中，步骤3中的模数转换器为8通道的16位模数转换器。
[0050]
如图1所述的基本电路，图中r2和r1为一级dac和二级dac控制比例电阻，可以通过对改变r1和r2电阻比值调整一级数模转换器dac1和二级数模转换器dac2的配置来实现基准建立精度要求。系数过大会影响总体的输出精度，系数太小会影响系统的校正范围，以电
压输出为例，一级数模转换器dac1的放大倍数为α＝201/200，二级数模转换器dac2的放大倍数为β＝1/200，即r1为300k，r2为1.5k。根据公式(1)可知，运算放大器的输出端输出的控制基准电压v’＝201/200*v1-1/200*v2。从公式可以看出，单通道独立的10位二级数模转换器dac2的实际电压输出值v2结合1/200的比例缩小可以理论上实现16位基准电压v’的控制要求，并且电压v’和电流公式是一样的，只需要将电压变换成对应的电流即可，这里不进行详述。
[0051]
在本实用新型的一些实施例中，所述一级数模转换器为12位的一级数模转换器；所述二级数模转换器为10位的数模转换器。
[0052]
在本实用新型的一些实施例中，所述模数转换器均为8通道的16位模数转换器，所述模拟开关为8通道模拟开关。
[0053]
本实用新型中控制基准电压v’分配为两部分：一级数模转换器dac1输出的实际输出电压v1和二级数模转换器dac2输出的实际输出电压v2，其中一级数模转换器dac1为一台设备公共共用，二级数模转换器dac2为每个电池通道独立配置。
[0054]
由于v1为整台设备的一级数模转换器dac1的实际输出电压，其值总是希望得到为实际输出值v，再加上中值偏置vm，因此，一级数模转换器dac1的实际电压输出值为v1＝v vm值偏置v，故可以得到二级数模转换器dac2的实际电压输出值为由于一级数模转换器dac1的10位精度较大，会带入较大的量化误差，因此需要将一级dac的量化误差补偿到二级数模转换器dac2中。
[0055]
每个电池通道需要采集电压值和电流值，一台设备需要采集模拟量至少为2*n(n为电池通道个数)，为了减少模数转换器adc的数量，本实用新型采用单台设备一个8通道的16位模数转换器，即将电池通道分为多组，每组电池通道连接一套多通道模拟开关，这样模数转换器一次采样完成4个电池通道的电池数据，然后通过控制软件控制相应的多通道模拟开关切换到下一组的4个电池通道，依次轮流完成所有电池通道数据采集，再重复重头开始。mcu处理器通过spi总线读取adc数模转换器采集到的值。
[0056]
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。