银杉蓄电池锂电池生产所用串联电源充放电设备
摘要：本文针对锂电池生产所使用的串联电源充放电设备予以研究，借助对设备特点展开分析，从而得出串联电源充放电设备市场占有率逐步提升的缘由。其次，将其与传统的并电源充放电设备进行对照，主要从技术特点、实现难度、能耗等层面来剖析串联电源充放电设备的优势与欠缺。
关键词：锂电池；新能源；串联电源；充放电设备；节能减排
技术背景
锂离子电池具备高能量的特性，其体积较小，重量较轻，比能量颇高，安全性良好，设计也较为灵活，有着多种优点，故而被广泛应用于新能源汽车以及移动数目类产品当中。
在锂离子电池的生产进程里，化成工序属于极为关键的工序当中的一个，化成指的是针对刚制造好的软包装锂离子电池开展首次小电流充电，于化成进程中，电池会形成SEI膜，而这个SEI膜会对电池成品的内阻、容量、最大放电电流等多项参数造成影响，并且SEI膜的形成是一种不可逆转的状态，也就是只在首次充电状态下产生，一旦稳定成型之后基本上无法再次出现更改。依据串联恒流的定律，能够确保在串联回路里，全部电芯的电流一致性优良，如此一来，所生成的SEI膜性质也会较为相近，进而能够提升产出电芯的性能一致性。
因此近几年，串联充放电设备也开始逐渐提高市场占有率。
技术资料
制造锂电池时所运用的充放电设备，于二十一世纪初叶之际渐渐发展完备。在行业起始阶段，运用并置电源居多，以此对电芯予以充放电操作。如此一来，各个电芯回路彼此独立，不存在相互干扰的情况，就算在某个电芯生产进程中出现NG状况，亦不会对设备上其他电池的生产造成影响，仅仅会令该NG电芯的生产暂停，从而确保了生产效率。所以，并联电源箱成为了市场的主流，备受锂电池生产厂家的喜爱，像LG化学、三星、CATL等国内外耳熟能详的厂商。
不拘是我们所运用的电动汽车，亦或是储能基站等乃至其它大型电动设备，皆是许许多多独立的电芯，去构建成一个模组，又或者一个 PACK 包之类，以此种大单元形态依序开展正常的运转。然而这便对单元里的电芯一致性提出极强期望，缘由在于通常这般的单元具备木桶效应。
比如说呀，把一百个一百五十安时的电芯去组合构成一个电池包，在历经一年使用之后应当能够确保有着一百四十五安时的容量。要是在这个电池包当中，有一个电芯的质量略微差些，在使用一年之后其容量比其他电芯小了大概百分之十，仅仅剩下一百三十五安时。倘若依旧依照一百四十安时的标准来进行充放电操作，极有可能致使这个质量欠佳的电芯出现过充电的情况，进而引发内部短路、燃烧之类的事故；又或者导致过放电，极大地缩短电芯包的使用期限。所以说组成电芯包的电池的一致性是相当重要的。
这样的电芯一致性需求存在着，于是诸多新设备出现了，新的工艺要求也随之产生了，串联电源充放电设备就这样渐渐兴起了。
串联电源箱，源于串联回路电流全然相同，进而能够保证设备上同一批次的电芯所流过的电流也是相同的，就这样一批次产出的电芯，能确保在化成与分容工序里具备达成完全相同的充放电条件，进而提高下线电芯的一致性，这不失为提升电芯模组及 PACK 包性能的有效方式，能极大降低过充、过放的潜在隐患 。
串联电源箱历经了多批次的更新换代，最初的串联电源怎么着呢，是从正极开始出发，电芯首尾依次相连从而形成回路，最终回到电源负端，若是存在其中一个电芯损坏或者属于NG的状况，就会致使整条回路中断，进而影响生产效率，反过来要是电芯出现了诸如短路、过充等之类的问题，主电源没办法知晓单个电芯的状况，没办法及时关闭主电源，容易引发严重事故。
在历经了一系列的发展进程之后，当下的串联充放电设备，其主要包含两个部分，一部分是主电源，另一部分是旁路组件 。
旁路组件会为每个电芯单独配置一个旁路模块，每个模块由单片机控制，会采集、监测每一个电芯充放电过程的实时数据，这些数据包括电池的电流、电压、温度等，还会实时向主电源部分通讯。若单个电芯完成充放电，或者发生异常被判定为NG，该旁路模块就会从电芯回路切换至与该电芯并联的另一条回路，将该电芯从充放电回路中“断开”，同时新切入的回路能保证主回路的完整性，确保其它电芯依然可以进行生产。
在另一边，主电源部分是由DSP处理器予以控制的，其功能更加强大，能够收集每个旁路模块所提供的实时数据，接着进行分析以及处理。与此同时，它还监测着整个回路的状况，像是回路电压、电流、阻抗等。要是发生异常，比如电芯内短致使过流、电芯壳体短路、电流波动等情况，处理器能够及时关闭主电源，从而避免发生更大的事故以及灾害。
主电源所在的处理装置，以及旁路组件那边的处理器，这两者之间存在着相互通讯，同时又彼此相互独立的情况，哪怕其中存在一套处理器出现了故障，进而致使其失效，然而另一套系统却依旧能够正常运行，从而发挥出系统保护所具备的作用，极大程度地增添了系统的可靠性，降低了事故发生的可能性 。
技术对比
同市场上占主流地位的并联电源充放电装置相比，串联电源充放电装置存在着长处，同时也存在着短处。我们能够从如下几个方向展开对比以及评估：
市场成熟度及设备规格：
并联电源充放电在锂电池批量制造领域已广泛应用将近20年，其规格，其技术，都已相当成熟。市场之上，从2至6安小电流的设备，到几百安的大电流充放电设备，存在多种档次的设备供以选择，电池制造厂家具备的选择余地大，供应商群体数量也多。
近几年，串联电源充放电设备逐渐完善，进而开始进入市场，其主要存在于大电流的动力电池以及大型电池制造产线。由于串联回路电压较高，致使信号干扰更为强烈，所以在研发难度方面，串联电源充放电设备存在一定的技术壁垒。这便造成能够制造串联电源充放电设备的制造商相对较少，并且整体设备平台大多集中于大电流40至150安的范围内。
设备参数精度：
由自身属性所决定的串联型电源，其电流具有一致性，这在电芯制造方面意义极为重要，能够提升电芯的一致性 。
当分别运用串联和并联方式达至同等精度之时，鉴于并联型的共模电压处于较低状态，发热源相对而言较为分散，EMI干扰比较小等诸多因素所致，所以，并联型的电源相对来讲比较易于实现，并且实现的成本比较低。
设备能耗及回馈电网质量：
就充放电效率而言，串联电源充放电设备较之并联电源充放电设备更高，它能够削减电芯生产厂家往后的能耗投入，并且还更为契合现代节能减排的理念。
存在主要因素有两点，其一，鉴于串联电路导线短，致使整体充放电回路阻抗小，进而总的导线损耗有所降低；其二，原因在于串联充放电设备的开关整流电压变比较小，并且开关频率工作于更为适宜的范围 。
对于回馈电网的电能功率因数和THD，两种设备基本一致。
设备安全性：
充放电回路里的并联充放电设备，是属于低压充放电的，故而并联型具备更好的安全性 。
然而，大部分串联电源已然超过了人体安全电压 40V 的输出范围，串联设备中的电芯旁路单元，在设备电芯夹具这方面，均需展开特殊设计，这不只是意在防范人身事故，同样也是为了防止有异物掉落致使电池壳体与设备机壳形成短路进而引发事故。
将成熟的并联电源充放电设备与之相比，串联电源充放电设备要走的路还很长，且有着极大的发展空间。在串联电源设备里，回路拥有电流的完全一致性，此特性于锂电池充放电生产的化成工序极为关键，能够提升生产电芯的一致性。与此同时，在节约能耗层面具备巨大优势，可削减电池生产厂商生产时的能耗成本投入，还契合现代节能减排理念。然而，在安全性、设备规格多样性方面仍需进一步提升，从而适应更多生产环境与市场需求。