废旧锂电池梯次利用检测仪制造技术

本实用新型专利技术针对退役锂电池梯次利用问题，设计一种废旧锂电池梯次利用检测仪，用于准确检测评估退役锂电池的各项重要参数和健康状态。装置硬件结构由以下几部分构成：MCU中央微处理器、LDO稳压器、电源系统、DC‑DC降压器、PWM驱动电路、MOS管直流转换器、采样电路、ADC、DAC、运放隔离差分放大器、恒流负载、按键及显示电路。基于本装置设计的硬件结构，能有效降低虚电压、虚电阻影响，提高检测精度，使得评价结果更客观、真实、全面。进而有效促进废旧锂电池梯次利用产业链的健康良性发展。

Gradient Utilization Detector for Waste Lithium Batteries

Aiming at the problem of cascade utilization of decommissioned lithium batteries, the utility model designs a cascade utilization detector for used lithium batteries, which can accurately detect and evaluate the important parameters and health status of decommissioned lithium batteries. The hardware structure of the device consists of the following parts: MCU central microprocessor, LDO regulator, power supply system, DC DC buck, PWM drive circuit, MOS DC converter, sampling circuit, ADC, DAC, operational amplifier isolation differential amplifier, constant current load, key and display circuit. The hardware structure based on this device can effectively reduce the influence of virtual voltage and virtual resistance, improve the detection accuracy, and make the evaluation results more objective, real and comprehensive. Furthermore, it can effectively promote the healthy and benign development of the industrial chain of the cascade utilization of waste lithium batteries.

【技术实现步骤摘要】
废旧锂电池梯次利用检测仪
本技术属于电子设备
，具体涉及一种废旧锂电池梯次利用检测仪。
技术介绍
近年来，随着新能源发电的兴起，手机电脑等电子产品的普及以及电动汽车等行业的快速发展，使得具有优良储能以及供电作用的锂电池被广泛应用，而它在人们的日常生活和生产中扮演着越来越重要的角色。截至2017年底，市场上新能源汽车的保有量已经超过160万辆。根据权威机构预测,到2020年时,国内磷酸铁锂、三元等动力电池的报废量将会达到17万吨左右。报废量达32.2Gwh。大批量动力电池不断退役，为电力储能的成本化带来机遇，动力电池从电动汽车上退役下来后仍有80％的剩余容量，可应用于对电池性能要求较低的场合，即进入电池储能梯级利用阶段。典型的储能梯级场合如低速电动车领域；在电网储能方面，可以削峰填谷，减小用电峰谷差，减轻电网供需矛盾；作为备用电源，提高供电可靠性；与可再生能源发电结合，提高可再生能源发电的可控性等。研究动力电池的梯次利用技术，对于推动电力行业的健康绿色发展、储能系统的推广应用以及节能环保具有重要的社会意义和巨大的经济效益。国家已经陆续出台了一系列梯次利用行业标准(GB/T34015-2017《车用动力电池回收利用余能检测》)以推动其加快发展，国家电网公司等能源中外企业也是投入大量资金在该领域展开立项研究(《面向电网企业的退役动力电池梯次利用辅助决策关键技术研究及软件开发》)。自2018年起，国内首批进入市场的汽车动力电池开始迎来“报废潮”。数据显示，2018年动力电池报废回收将达6.39万吨，同比增长129.99％；到2020年回收量将达24.76万吨，按照80％的容量衰减以及60％的梯次利用筛选率，到2020年累计梯次利用动力电池约为29.69GWh，按照0.62元/Wh的梯次利用电池价格估算，2020年动力电池梯次利用的市场规模约为77.69亿元。而在整个回收产业链中，对电池性能及健康状态参数的准确评估极其重要，以作为后续梯次利用的重要评判依据。作为百亿级规模回收市场中至关重要的一环，退役电池的性能评级分类关乎产业链的健康良性发展，具有巨大的发展前景和经济效益。然而当前市面上还没有出现一款用于锂电池废旧回收及梯次利用的检测评价装置，本技术旨在填补该领域的空白。
技术实现思路
本技术的目的在于，针对退役锂电池梯次利用问题，设计一种废旧锂电池梯次利用检测仪，用于准确检测评估退役锂电池的各项重要参数和健康状态，具体技术方案如下。一种废旧锂电池梯次利用检测仪，其特征在于，装置硬件结构由以下几部分构成：MCU中央微处理器、LDO稳压器、电源系统、DC-DC降压器、PWM驱动电路、MOS管直流转换器、采样电路、ADC、DAC、运放隔离差分放大器、恒流负载、按键及显示电路。所述装置硬件连接关系及工作原理为：电流采样电路通过16位高精度ADC将采样电流值传给MCU；待测电压值经由运放隔离差分放大器传输给18位高精度ADC再传给MCU；MCU对采集的数据分析处理运算，将生成的控制命令经由PWMDAC将数字量转化为模拟量，经过运算放大器放大后，驱动功率MOS管开闭；功率MOS管一端连接待测电池，另一端连接恒流负载；电源系统中，19V直流电源直接给运放隔离差分放大器供电，并通过DC-DC为运放放大器和液晶屏供电，并通过LDO为MCU和ADC供电；通过按键模块设置初始参数并由液晶屏显示测试数据。本技术的有益效果是：基于以上设计的硬件结构，可以使电池以恒流放电，有效降低锂电池虚电压、虚电阻影响，提高检测精度，使得评价结果更客观、真实、全面。附图说明图1为本技术装置硬件构架框图。图2为内阻测量流程图。图3为恒流负载电路结构图。具体实施方式下面结合附图对本技术进一步详细说明。整个硬件构架框图如图1所示。装置具体操作流程为：以微控制器作为控制核心，由按键设置初始放电电流，控制器通过DA转换器将读入的放电电流值生成控制信号输出给PWM驱动电路，控制功率MOS管开断，结合恒流负载，实现电池恒流放电。同时，控制器通过ADC转换器采集锂电池的各项试验参数，并对采集的数据进行处理，经过MCU一系列分析判断，得到锂电池的性能指标及健康状况，由液晶屏显示检测结果。MCU中央微处理器采用TI公司的F28M35系列芯片，该款处理器特点是内部同时镶嵌两枚芯片，分别用于数据运算和通信，这样可以实现编程和控制的无线化，无需再配置单独的通信模块。有效减少了装置体积。LDO采用TI的TPS78001，且当MODE引脚设置为高，降压稳压器工作在强制PWM模式。当MODE引脚置低，降压稳压器工作在PWM模式下。当负载电流低于预定的阈值时，稳压器工作在省电模式。并且本装置设置了由LDO为控制电路提供保护的功能，当控制板发生短路等故障时，出现过电流或是过电压，此时LDO保护启动，断开供电开关，有效保护芯片不被烧毁。测量电池内阻的流程如图2。首先要关闭恒流负载，使电池空载，然后测得空载电压。接下来时接通恒流负载，设定放电电流值为2A，再次测定电压值，则内阻值为两次测得电压差值的平均值。运放隔离差分放大器具有电气隔离的作用，使得输出端可以不受输入端电路电流波动和谐波的干扰，保证输出结果更准确。恒流负载电路结构如图3所示。其工作原理为：R4至R7为输出端大功率采样电阻，受热情况下其阻值改变不大。在下面的公式中用R8表示R4-R7的并联电阻值。设定Utest作为锂电池接入端的测试点端电压，Uda的值是控制芯片控制的输出数值，经R1和R3串联分压，集成运放OP07同向输入端设为Up，因此采样电阻R8的端电压U0可以表示为：U0＝Up＝Uda*R3/(R1+R3)。则输出电流I为：I＝U0/R8，I即为检测仪初始设定的电流值。当I增加时，R8采样电阻两端的电压，即集成运放OP07的反相输入端电压Un也随之增大，从而使集成运放0P07输出端电压Utest随之降低，即MOS管栅极电压值降低，导致场效应管Q1导通量减少，进而R8端分压减小，引入的负反馈最终使Up和Un相等，维持动态平衡。所以，R8上的压降恒定，进而流过采样电阻的电流恒定。同理，当Utest减小时，R8压降降低，Q1导通量增大，R8上压降也随之增大，最终达到Up＝Un，从而达到恒流负载输出电流I达到动态平衡的目的。在装置精确检测出U和I后，再利用“U-SOC”关系确定电池剩余容量SOCU，将得到的各项状态参量送入预存在MCU中的“锂电池多参数协调评估模型”中进行评级。最终会得到“优、良、合格、报废”四种可能。并通过显示屏显示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种废旧锂电池梯次利用检测仪，其特征在于，装置硬件结构由以下几部分构成：MCU中央微处理器、LDO稳压器、电源系统、DC‑DC降压器、PWM驱动电路、MOS管直流转换器、采样电路、ADC、DAC、运放隔离差分放大器、恒流负载、按键及显示电路。

【技术特征摘要】
1.一种废旧锂电池梯次利用检测仪，其特征在于，装置硬件结构由以下几部分构成：MCU中央微处理器、LDO稳压器、电源系统、DC-DC降压器、PWM驱动电路、MOS管直流转换器、采样电路、ADC、DAC、运放隔离差分放大器、恒流负载、按键及显示电路。2.根据权利要求1所述的一种废旧锂电池梯次利用检测仪，其特征在于，所述装置硬件连接关系及工作原理为：电流采样电路通过16位高精度ADC将采样电流值传给MCU；待测电压值经...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昊霖，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：新型
国别省市：北京,11