一种二次电池分容化成方法及节能分容化成装置

摘要

本发明目的是提供一种二次电池化成、分容时的充放电过程中的节能装置，该装置在对二次电池化成、分容过程中，在对被充电的二次电池充电时采用需要放电的二次电池作为充电电源。该装置包括设置被化成的二次电池的电池盒，电池盒上设置有正极接线柱和负极接线柱；第一放电电池盒的负极接线柱与第二放电电池盒的正极接线柱连接，第一放电电池盒的正极接线柱与充电电池盒的正极接线柱连接，第二放电电池盒负极接线柱与充电电池盒的负极接线柱连接。本发明由于在二次电池分容、化成过程中将需要放电的二次电池成为需要充电的二次电池的充电电源，节省了大量的能量，本产品结构非常简单，可以大规模的应用于电池出厂化成。

说明书

技术领域

本发明涉及二次电池生产制造领域，特别涉及一种对二次电池进行出 厂化成、分容时的充放电过程的节能方法及装置。

背景技术

二次电池(Rechargeable battery)：又称为充电电池，是指在电池 放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。利用化学反 应的可逆性，可以组建成一个新电池，即当一个化学反应转化为电能之后， 还可以用电能使化学体系修复，然后再利用化学反应转化为电能，所以叫 二次电池也称次世代电池。

在所有二次电池生产制造过程中，当灌液封装好后，对二次电池要进 行多次充放电，以便激活电池，该过程在业内称化成。在化成后进行容量 筛选的对电池进行多次充放电的过程简称分容。

传统的二次电池化成、分容设备，在化成和分容过程中，电池的充放 电过程大体是：先用一个稳定的电压对所有没有电能的二次电池进行充电， 当充电进行到二次电池的安全点是(电池所允许的最大的安全电压、流的 范围值)。又对充满电能的电池进行放电，放空电池的电能，当放到安全点 时，又开始下一个充和放循环，一般一个电池会进行最少四次循环。

在这些充放循环的放电环节中，为了放空电池存储的电能，传统的方 案是把电能消耗掉一般是采用接电阻消耗；或者在电池的正负端串一个可 控的开关器件，使电池的电能从正极流向负极，从而消耗掉，现时大规模 应用的方案是，在电池的正负间串一个可控的MOS器件，使电池从正极流 向负极的电能是可控的消耗。这种方法中，将电池内的电能放电时浪费很 多电能。

电池标称容量的含义：因为单只电池一般能量较小，所以大多单只电 池多用“毫安时”为单位，其意义是，该电池在标称电流下进行放电，持 续工作放电一个小时时间，就是该电池的容量。举例，一只标称1200毫安 时的电池，那么这只电池在对外输出1200毫安的情况下，能持续工作一个 小时。

现在社会上大量使用的锂离子电池，电压一般在3.6V-4.0V，容量一 般在1200-1500毫安时，能量P与电流I、电压U的关系由以下公式确定： P＝U*I.以现在大量使用的锂离子电池按最低标准换算成功率。P＝ 3.6V*1.2A＝4.32W(瓦)。我们现在使用的电功率电位有“度”“KWH”， 它们的对应关系是“1度电＝1KWH”，也就是说一个功率1000瓦的用 电设备，在一个小时内消耗的电能，就是一度电，用数学公式表示是：1000W *1小时。

现在我们假设一只电池的总能量是4W(瓦)，化成和分容之前处于空能 量状态(实际上也是如此)。一个大规模二次电池生产厂家一天的产量是 10万只，那么这10万只电池，一起化成(必须化成)或分容，其总的充 电规模(一小时)是：

4W×10万只×1小时＝400，000W(瓦)时＝400千瓦小时＝400 度(电)；

10万只电池在一个充放循环中每小时消耗的400度电，都是充电环节 中向电池充入的基本相同的电流(在目前充入环节，不考虑线损和电池充 入损耗)。那么，这样规模的化成，应用传统型化成设备，也就是每小时我 们都要向电网索取400度电，白白消耗掉。

发明内容

本发明是针对于目前对二次电池进行成化过程中浪费电能的不足，设 计一种二次电池分容化成方法并提供一种节能的分容化成装置。

本发明为实现其技术目的所采用的技术方案是：一种二次电池化成方 法，对二次电池灌液封装好后，进行多次充放电；二次电池化成过程中， 在对待充电的二次电池充电时采用需要放电的二次电池作为充电电源。

进一步的，上述的一种二次电池化成方法中：包括以下步骤：

步骤1、采用向电网索取能量的充电器分别向没有电能第一二次电池 和第二二次电池充电至满容量；

步骤2、将满容量的第一二次电池和第二二次电池串连组成电源向第 三二次电池充电至满容量和向第四二次电池充电；至第一二次电池和第二 二次电池放空；

步骤3、采用向电网索取能量的充电器继续向第四二次电池充电至满 容量；并记录第四二次电池充满容量的充电次数，当第四二次电池充电次 数没有达到化成要求的充放电次数时，转向步骤4，否则转向步骤6；

步骤4、将满容量的第三二次电池和第四二次电池串连组成电源向第 一二次电池充电至满容量和向第二二次电池充电；至第三二次电池和第四 二次电池放空；并记录第四二次电池放电次数，当第四二次电池放电次数 没有达到化成要求的充放电次数时，转向步骤5，否则转向步骤6；

步骤5、采用向电网索取能量的充电器继续向第二二次电池充电至满 容量；转向步骤2；

步骤6、用其它两个没有电能的二次电池取代第一二次电池和第二二 次电池；转向步骤4；

步骤7、用其它两个没有电能的二次电池取代第三二次电池和第四二 次电池；转向步骤5。

本发明的节能化成装置的技术方案有两种，其中第一种节能分容、化 成装置的技术方案是：包括设置被化成的二次电池的电池盒，所述的电池 盒上设置有与放置在其内的二次电池的正、负极电连接的正极接线柱和负 极接线柱；所述的电池盒包括其内放置充满电能的二次电池的放电电池盒 和其内放置没有电能的二次电池的充电电池盒；所述的放电电池盒至少包 括第一放电电池盒和第二放电电池盒；第一放电电池盒的负极接线柱与第 二放电电池盒的正极接线柱连接，第一放电电池盒的正极接线柱与充电电 池盒的正极接线柱连接，第二放电电池盒负极接线柱与充电电池盒的负极 接线柱连接。

进一步的，上述的二次电池化成方法的节能化成装置中：在所述的充 电电池盒的正极接线柱和负极接线柱之间还设置有利用电网向二次电池充 电的充电器。

进一步的，上述的二次电池化成方法的节能化成装置中：在所述的放 电电池盒上设置有对二次电池放电进行检测并显示二次电池放电完毕的放 电检测装置。

进一步的，上述的二次电池化成方法的节能化成装置中：在所述的充 电电池盒上设置有对二次电池充电进行检测并显示二次电池充电完毕的充 电检测装置。

本发明提供的第二种节能分容、化成装置的技术方案是：该节能分容、 化成装置，包括待分容、成化的第一二次电池、第二二次电池、第三二次 电池和第四二次电池；为第一二次电池、第二二次电池进行充电的市电充 电器，还包括微处理器、电池容量检测装置和转换继电器装置；

所述的电池容量检测装置设置在所述的第一二次电池、第二二次电池、 第三二次电池和第四二次电池的电极上，其信号输出端接所述的微处理器；

所述的转换继电器装置分别设置在所述的第一二次电池、第二二次电 池、第三二次电池和第四二次电池的电极之间的连接导线上，其控制端在 所述的处理器控制下，实现充满了电的第一二次电池和第二二次电池串连 并分别向空容量的第三二次电池和第四二次电池充电，或者实现充满了电 的第三二次电池和第四二次电池串连并分别向空容量的第一二次电池和第 二二次电池充电。

进一步的，上述的二次电池节能分容、化成装置中：所述的转换继电 器装置包括动、静触点分别设置在所述的第一二次电池、第二二次电池、 第三二次电池和第四二次电池的电极之间的连接导线上的继电器和控制继 电器吸合的控制电路，所述的控制电路包括设置在所述的继电器的线圈上， 在所述的处理器控制下实现继电器动、静触点的吸合与分开。

进一步的，上述的二次电池节能分容、化成装置中：所述的控制电路 包括继电器工作电源、二极管、三极管和第一电阻、第二分压电阻；

所述的继电器工作电源分别与所述的继电器线圈的第一接线柱和二极 管的阴极相连；

所述的二极管的阳极分别与所述的继电器线圈的第二接线柱和三极管 的集电极相连；

三极管的发射极接地；

所述的第一分压电阻和第二分压电阻串连，第一分压电阻的另一端接 所述的微处理器的控制信号输出端，第二分压电阻的另一端接地，第一分 压电阻和第二分压电阻的连接处接所述的三极管的基极。

本发明由于在二次电池化成过程中将需要放电的二次电池成为需要 充电的二次电池的充电电源，节省了大量的能量，本产品结构非常简单， 可以大规模的应用于电池出厂化成。

以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。

附图说明

图1为本发明流程图。

图2为本发明实施例1原理框图。

图3为本发明实施例2原理框图。

图4为本发明实施例2中的继电器控制原理图。

具体实施方式

实施例1，如图2所示，本实施例装置非常简单就是采用了三个电池 盒，如图2所示，在所有电池盒上设置有与放置在其内的二次电池的正、 负极电连接的正极接线柱和负极接线柱；电池盒有两种分别是放电电池盒 和充电电池盒3，放电电池盒包括第一放电电池盒1和第二放电电池盒2， 利用导线4将第一放电电池盒1的负极接线柱与第二放电电池盒2的正极 接线柱连接，并用同样的导线4将第一放电电池盒1正极接线柱与充电电 池盒3的正极接线柱连接，第二放电电池盒2负极接线柱与充电电池盒3 负极接线柱连接。在充电电池盒3上有根据充电检测电路的结果显示的指 示灯，当指示灯亮时表示充电充满了，在第一放电电池盒1和第二放电电 池盒2都安装有根据放电检测电路结果的指示灯，当指示灯亮时表示放电 完毕。本实施例的产品使用也非常简单，采用本可以同时对4个单体的二 次电池进行化成。为方便见，将4个单体二次电池称为电池一、电池二和 电池三、电池四。流程图如图1所示：

步骤1、首先依次分别将电池一和电池二放入到充电电池盒中，采用 向电网索取能量的充电器分别向电池一和电池二充电至满容量；

步骤2、将充满电的电池一和电池二放入到第一放电电池盒1和第二 放电电池盒2中，并将电池三放入到充电电池盒3中，在充电电池盒3指 示充满电时，将电池四代替电池三，继续给电池四充电，直到第一放电电 池盒1和第二放电电池盒2指示灯亮时，表示，电池一和电池二放电完毕。 此时，由于损耗等，电池四还没有充满电。

步骤3、采用向电网索取能量的充电器继续向充电电池盒3内的电池 四充电。

步骤4、将电池三个电池四分别放入到第一放电电池盒1和第二放电 电池盒2中，将电池一放入到充电电池盒3中；重复上面步骤2和3。

直到每个电池充、放电三到四次再换其它的电池。充放电次数是根据 化成分容的需要确定的。

在采用本实施例的方法进行二次电池分容、化成的过程中，还可以将 分容、化成完成后，将所有的二次电池内的电能都利用。

实施例2，如图3所示，本实施例的装置是一种利用检测装置将电池 容量信息检测到以后告诉处理器，然后由处理器根据二次电池的容量信息 判断什么电池需要充电、什么电池需要放电，控制转换继电器装置中，设 置在四个电池的各电极之间的继电器吸盒或者分开，如图3所示，是一种 可以同时对两组各4个二次电池进行分容、化成的装置，根据需要可以有 更多组的电池通过本装置同时进行分容、化成，只要装置转换继电器装置， 由于控制逻辑比较简单，因此，一个微处理器MCU可以完成对很多个转换 继电器装置中的继电器控制，本实施例中，使用MCU对两组各4个二次电 池进行分容、化成，该装置无需记录充电次数，只需MCU判断电池是否充 满或者放空。如图3所示，当电网电源把电池1和电池4充满，那么MCU 控制继电器串联电池1和电池4，向电池2和电池3分别充电(充电的通 道也是控制继电器连接完成)，当电池1和电池4放空，切断电池1和电池 4的串联方式，再切断和电池2、电池3的连接通道。等待电网电源充满(因 为有损耗，所以电池2和电池3不能完全充满)电池2和电池3后，用继 电器把电池2和电池3串联，再用继电器接通电池1和电池4连接通道， 分别充电，直到电池2和电池3放电放空后，再断开电池2电池3串联方 式，然后串联电池1电池4，重复以上步骤。

本实施例的产品对转换继电器装置中的每个继电器都采用MCU的控制 信号控制继电器的吸合和分开，如图4所示为控制电路原理图，在继电器 RELAY的线圈的第一个接线柱上加入继电器的工作电源KVCC，同时将KVCC 引入到二极管D的阴极，二极管的阳极接继电器RELAY的线圈的另一个接 线柱，同时，接三极管Q的集电极，三极管Q的发射极接地，由MCU发过 来的控制信号JCM通过一对分压电池R1和R2接地，R1和R2之间接三极 管Q的基极。

本实施例与实施例1的工作机理都是：在八个基本类似的(为方便描述， 所以把电池标号，实际中可以是任意电池)电池放到位，然后使八个电池都 处于空的状态(无电能)，就开始循环。

步骤一：

是用向电网索取能量的“恒压电源”(电压恒定的电源)向没有电能的 单独的二次电池一、四和电池五、八充电(充电电路和充电控制电路，因 不属本发明内容，没有附出)，当充到安全点时，关掉会向电网索取能量的 恒压源(也可以不关，但恒压电源要小于串接的电池电压)。

步骤二：

MCU发出指令，电池一的负极通过连接装置连接到电池四的正极，使电 池一和电池四串接，再把电池一的正极与电池二的正极连接，使串接的电 池一、四向单的电池二充电。因电池一和电池四串接，其电压会远大于电 池二，所以电池一、四的电能可以向空(没有电能)的电池二充电。

步骤三：

当电池二充到安全点时，MCU发出指令，断开电池一正极与电池二正极 的连接装置，接通电池一正极和电池三正极的连接装置，使串接的电池一 和电池四继续向电池三充电，充到90％多时，如果此时因为充电线损，电池 一、四的能量不能充满电池三，那么可以打开“恒压电源”，补充线损耗的 微弱能量，使电池三充到安全电压。

步骤四：

MCU检测判断后，断开电池一正极和电池三正极的连接装置，断开电 池一的负极和电池四正极的连接装置；这一个过程中，电池二、三从空到 充满后，实际上是电池一、四是把(通过恒压电源)从电网索取的能量转 移到了电池二、三里面，而在能量转移的过程中，电池一、四相当于对电 池二、三放电，过程完成后，电池一、四处于空(无电能)的状态。

步骤五：

接通电池二的负极和电池三的正极的连接装置，使电池二和电池三串 接，接通电池二正极和电池一正极的连接装置，把从电池一、四转移过来 的电能再转移到电池一中。

步骤六：

当电池一充安全点时，MCU断开电池二的正极和电池一的正极的连接装 置，接通电池二的正极和电池四的正极的连接装置，继续把电池一、四转 移过来的电能充到电池四中，如果此时因线损，串接的电池二、三不能完 全充满电池四，可以打开向电网索取能量的“恒压电源”，向电池四提供微 弱的能量，使电池四完全充满。

然后又回到步骤二，可以循环任意次。电池五、六、七、八的连接和 充放步骤和电池一、二、三、四一样，不再赘述。

本发明产生的有益效果：

根据上面的二次电池充放过程的描述。电池一、四经过了电网向其充 电，然后断开电网，向电池二、三放电，尔后电池二、三又向其充电的， 充、放、充的三个过程；而电池二、三经过了电池一、四对其的充，然后 对电池一、四的放电，即充、放的二个过程。

在上面的五个过程中，共有三次充电的过程，如果在传统的化成设备 上，这三次充电的过程，充放设备会向电网索取三次充的能量，然后白白 消耗掉，假设再有更多的充的过程，那么还会有更多的向电网索取补充的 能量的过程。但本发明只会向电网索取一次充的能量，即使之后还有更多 的充电过程，也不会更多的向电网索取充电的能量过程(但会有向电网索 取线损和电池充电损耗的补充，能量非常微弱，1％不到)，之后的过程只是 把第一次得到的能量在各个电池间的搬移，损耗只有线损和充电损耗，1％ 都不到，极其节能。

现在以上面假设日产10万只电池的规模，进行化成，分别以两个小时 的化成时间(四个充放循环，每个循环持续时间为30分钟)，对传统型化成 设备和本发明方案的节能设备进行对比.

传统型化成设备：

因为有四个充电过程(每个30分钟)，每次充电功率为(假设)4W，那 么两个充电过程，会向电网索取能量为：

4W×10万只×2小时＝800,000W/小时＝800度

本发明方案的节能设备：

虽然电池有四个充电过程，但本发明方案的设备只用向电网索取一次 的能量就够了，那么本发明向电网索取的能量为：

4W×10万只×0.5小时＝200,000W/小时＝200度

再加上10％(实际损耗不足1％，取10％是为了计算方便)的线损和充电损耗

200度×0.1＝20度

200+20＝220

节省比率(四个充放循环)

(1-220÷800)×％＝72.5％

节省资金(以一度电一元计算)：

(800-220)×1＝580元

在基本的四个循环中，本发明比传统型节电72.5％，节省资金580元/次 /2小时。如果还有更多的循环次数，那么节能更多，甚至可达90％以上。节 省的资金也更多，为社会和企业节省(创造)了大量财富。