如何解决串联低压放电难题

摘要

对于智能装备企业而言，以创新为主导，以高科技、高效率、低能耗、数字化等优势赋能动力电池提效降本，也将同步丰盈自身可持续、高质量发展底色。

“新质生产力”概念在重要会议及政府报告中频现，成为中国经济发展新热词。在新能源领域培育新质生产力的过程，也成为推进科技创新、利好新兴产业的市场新动力。

宁德时代董事长曾毓群在两会建言中指出，有创新的高质量发展的生产力才能称为新质生产力，新质生产力引领的一定是高质量发展的生产力。

另一层面，国家发改委制定《推动大规模设备更新和消费品以旧换新行动方案》，引导“以旧换新”的行动步伐。以设备更新为例，随着高质量发展深入推进，设备更新需求会不断扩大，预计将释放5万亿量级的巨大市场。

智能装备是新能源产业的制造基础与效率、品质跃升的支点，新质生产力的提出以及大规模设备更新推动，都将给有技术实力、创新活力的装备企业带来发展红利。

尤其是动力电池产业链历经过去几年高速增长后，逐渐进入竞争激烈的常态化周期，对于智能装备企业而言，以创新为主导，以高科技、高效率、低能耗、数字化等优势赋能动力电池提效降本，也将同步丰盈自身可持续、高质量发展底色。

在电池中后段装备领域素有“价值黑马”之称的铂纳特斯，专注于向电池企业提供一流的注液、化成分容等核心工序设备及中后段整线解决方案。

在注液机领域，铂纳特斯率先推出钟罩式等压注液机解决方案，凭借高速度、高精度、高稳定性等优异性能迅速引领市场，钟罩式等压注液机出货量目前高居行业榜首。（延伸阅读：“大电芯”时代，等压钟罩式注液设备市场“跃进”）

在化成分容领域，铂纳特斯同样剑指行业痛点。2018年公司攻克了化成分容电源关键技术，成功提升串联式电源的投产稳定性，大幅降低能源损耗及用电成本，成为彼时国内少数能自主提供串、并联电源的企业之一。

公司自主研发的智能串联模组，采用集成旁路板控制，实现恒流恒压充电，实现主动平衡功能，具有集成度高、安装简单、容易维护、发热量MOS≦70℃等特点。且产品已成功获得国际专利。

同时，公司的负压化成系统针对注液防腐开发，自主研发的负压控制真空定量阀，一举打破了SMC、费斯托等负压控制比例阀的垄断局面。在保证高倍率工作效率的同时，负压精度可达≤1Kpa，也为电池企业大幅节约成本。

可以看到，以技术创新为基石，以“卡脖子”技术方向为突破口，铂纳特斯正在电池智能装备激战中不断把握市场变化需求，持续提升市场份额，这也为新时期电池制造升级提供新质生产力夯实基础。

率先量产800V超高压串联解决方案

众所周知，锂电池在化成分容工序需要频繁充放电，由此成为锂电池生产环节中最耗电的环节，整厂电耗占比约30%-40%。提升化成分容设备精度、提高充放电效率、降低能耗等也成为化成分容设备新工艺、新技术的发展方向。

其中，串联化成分容技术凭借明显的节能增效优势，成为行业重要技术发展方向。高工产业研究院（GGII）调研数据显示，目前串联化成市场渗透率超30%，且在新建产线中，串联化成的渗透率已经超过并联化成。

串联化成分容技术优势在于，串联电路可保证电流一致性，提高电芯一致性；通过串联还可以对前段设备工艺的电化学数据进行还原，为前段工艺的闭环提供可追溯的数据。最为关键的是，相比并联电源，串联化成可提高充放电效率，大幅降低用电成本。

随着电池产能不断提高，解决化成分容设备能耗问题也变得迫在眉睫。在传统产线技改趋势下，化成分容设备更新也更具意义。

高工锂电获悉，铂纳特斯目前化成分容板块出货以高压串联技术方案为主，同时公司成功量产800V超高压串联电源方案，满足动力电池800V超高压应用场景需求。由于技术门槛高，目前行业内普遍做到400V-600V之间，突破800V超高压串联化成分容设备的企业仍在少数，而铂纳特斯正是其中之一。

据了解，相比并联和400V系统，铂纳特斯800V串联系统可提供更多电池串联数，极大降低线路成本；相比并联电源，充放电效率提高20%，用电成本大幅下降；调试检修维护工作减少50%以上，产线利用率大幅提高；更全面、更智能识别电芯微小缺陷，提高系统安全。

同时，铂纳特斯自主研发的800V串联电源更容易保障化成分容效果，提高电芯一致性，采用多串、高串技术提高充放电效率，节电节能效果显著。对每个单体投切回路的控制实现单体电芯充放电时不断流平稳切出，对工作的电芯不受影响。

迈过超高压串联技术“三座大山”

由于功率越大，意味着控制难度更难，出现异常、安全风险系数也越大。

超高压串联技术的核心瓶颈在于：1、串联低压放电问题，包括解决电压平衡、电流限制、放电效率以及安全性等方面技术。2、电流响应时间控制，电流响应时间是一个反映元件或设备性能的重要参数，需要根据具体的应用场景和电路要求来选择合适的元件或设备。3、电流切换无冲击，关键在于确保切换过程中的电流变化平稳，避免产生过大的冲击电流。

目前，铂纳特斯已经成功越过超高压串联技术的“三座大山”。

在解决串联低压放电难题时，铂纳特斯的思路是：

1、优化电路设计：通过精确计算每个放电元件的电压需求和承受能力，设计合理的串联电路，确保电压分布的平衡和稳定。

2、选用高质量放电元件：选择具有稳定性能、高耐压、低损耗的放电元件，以提高放电效果和效率。

3、采用恒流电源：使用恒流电源可以确保放电过程中电流的稳定性，避免因电流波动导致的放电不均匀或元件损坏。

4、加强安全防护措施：在放电过程中，采取必要的安全防护措施，如设置隔离开关、安装防护罩等，确保操作人员的安全。

5、实时监测与调整：通过实时监测放电过程中的电压、电流等参数，及时调整放电条件，确保放电过程的稳定性和安全性。

针对电流响应时间控制与电流切换无冲击的难点，铂纳特斯的解决措施是：

1、精确控制切换时序：通过精确控制电源切换的时序，减小切换过程中的电流冲击。对于具有不同惯性负载的设备，根据其特性设定适当的延时，以避开电磁过渡过程，避免冲击电流的产生。

2、采用软启动技术：软启动技术可以通过逐步增加电压或电流的方式，使设备平稳启动，减小启动时的电流冲击。这种技术通常应用于电动机等大功率设备，可以有效延长设备寿命，降低维护成本。

3、使用相位搜索和同步切换：对于需要精确相位匹配的设备，如部分水泵等小惯性负载，采用相位搜索技术，确保在接通电源的瞬间，电源电压与设备定子电动势处于同相位状态或接近同相位状态，从而避免冲击电流。

4、选用合适的电气元件：选用具有快速响应和稳定性能的电气元件，如高性能的断路器、接触器和继电器等，以提高切换过程的稳定性和可靠性，降低冲击电流的产生。

5、优化电路设计：通过优化电路设计，如采用并联电容、电感等元件，可以减小电路中的阻抗变化，降低切换过程中的电压和电流波动，从而实现无冲击切换。

值得一提的是，铂纳特斯在进入化成分容领域之初，电源开发就前瞻性采用了DSP数字化方案，相比于传统线性电源具有高精度、高稳定性、可编程等性能优势，为持续匹配锂电池工厂的数字化、智能化转型升级积累深厚经验。

同时，公司也在持续完善产品的数字化性能，如在MES功能的基础上，实现设备全生命周期管理，运用大数据分析，提前预知风险，并可通过手机终端发送，提前预警防范处理，实现“预兆保全”。

综上所述，技术领先的化成分容段设备，叠加市场强大的注液段设备，铂纳特斯正在不断强化产品矩阵优势，打通核心业务应用场景，以技术实力强悍的中后段一体化解决方案，向国际高端科技装备的目标加速迈进。

审核编辑：黄飞