[发明专利]一种串联构架的电池化成装置及其应用方法

说明书

本发明提供了一种串联构架的电池化成装置及其应用方法。该装置包括：模块化部分功率变换器、电池单体、电池化成管理系统和恒压源，模块化部分功率变换器、所述电池单体和所述电池化成管理系统互相之间电路连接，恒压源通过模块化部分功率变换器实现电池单体的充放电控制，电池管理系统监测电池单体的电压，根据单体电池的状态为模块化部分功率变换器下发充电、放电和停止命令。模块化部分功率变换器包括多个串并联混合连接的隔离型DC‑DC变换器子模块。电池单体包括多个串联连接的锂离子电池单体。本发明基于电池串联构架将电池化成装置的设计容量缩减至约为传统化成装置的1/3，降低了设计成本及运行损耗，提升了电池化成装置的电压等级和化成效率。

技术领域

本发明涉及电池化成技术领域，尤其涉及一种串联构架的电池化成装置及其应用方法。

背景技术

锂电池组装完毕后通过给电池一定的电流，使得锂电池正负极活性物质被激发，最后使电池具有放电能力的电化学过程。影响锂电池化成的因素有化成电流、SOC(state-of-charge，荷电状态)、老化时间及温度等，还需考虑电池材料体系和产能要求。因此，化成不仅是简单的充放电过程，而是综合衡量不同参数对电池性能的影响，需要采用仪器设备进行大量精准的数据测试并研究验证。

目前，现有技术中的电池化成装置为了保证锂电池的化成质量，将12V电压转为约2～4V左右的单体电池电压，对电池单体逐一化成。上述现有技术中的电池化成装置的缺点为：在化成过程中，变换器工作在满功率运行状态，变换器能量损耗大；化成装置电压等级低，降低了系统效率。

发明内容

本发明的实施例提供了一种串联构架的电池化成装置及其应用方法，以实现降低化成装置能量损耗，有效地提升电池化成装置的电压等级和化成效率。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种串联构架的电池化成装置，包括：

模块化部分功率变换器、电池单体、电池化成管理系统和恒压源，所述模块化部分功率变换器、所述电池单体和所述电池化成管理系统互相之间电路连接，所述恒压源在所述电池化成管理系统的控制下通过所述模块化部分功率变换器给所述电池单体进行供电；

所述恒压源通过所述模块化部分功率变换器实现所述电池单体的恒流充放电控制，所述电池管理系统监测所述电池单体的电压，根据单体电池的状态为所述模块化部分功率变换器下发充电、放电、启动和停止命令。

优选地，所述模块化部分功率变换器包括多个串并联混合连接的隔离型DC-DC变换器子模块，每个隔离型DC-DC变换器子模块包括预充电电路、主继电器、开关器件以及磁性元件。

优选地，所述多个串并联混合连接的隔离型DC-DC变换器子模块的具体连接方式为：所有隔离型DC-DC变换器子模块的输入端串联连接；所有DC-DC变换器子模块的输出端并联连接；所有DC-DC变换器子模块并联连接的输出端再串联至所有DC-DC变换器子模块的串联输入端的顶部。

优选地，所述电池单体包括多个串联连接的锂离子电池单体。

优选地，所述模块化部分功率变换器与串联电池单体的连接方式为：模块化功率变换器中的每个隔离型DC-DC变换器子模块的输入端连接一支电池单体，所有隔离型DC-DC变换器子模块的输出端并联在一起，输出端再串联至电压最高的一节电池之上，与串联电池共同构成直流母线，外接恒压源连入直流母线通过模块化功率变换器为串联电池单体充/放电。

优选地，所述电池化成管理系统控制模块化部分功率变换器中的各个隔离型DC-DC变换器子模块独立输出功率，实现串联电池单体的恒电流充放电，当某支电池单体充满电/放空电时，电池化成管理系统控制模块化部分功率变换器结束该支电池充电/放电。

根据本发明的另一个方面，提供了一种串联构架的电池化成装置的应用方法，包括：