基于電池綜合特性的自動(dòng)分選系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)

林小薇,賴雄周

摘 要:多節(jié)鋰離子電池串并成組使用非常廣泛,電池組的性能取決于各節(jié)電池特性的一致性,但生產(chǎn)中要達(dá)到電池特性一致比較困難,因此需要對電池特性匹配分選。目前,電池生產(chǎn)廠家主要采用人工分選方式,效率低且質(zhì)量難以保證。提出一種根據(jù)電池綜合特性(充電曲線、放電曲線、內(nèi)阻、容量、自放電率等)進(jìn)行自動(dòng)分選的配組方法,基于該方法可提高電池的分選效率和配組質(zhì)量。

關(guān)鍵詞:鋰電池;配組;分選;電池曲線

中圖分類號(hào):TM911文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2009)19-187-02

Design and Development for Auto Selected System Based on Battery Synthetical Features

LIN Xiaowei,LAI Xiongzhou

(Guangdong Electronic Technology Research Institute,Guangzhou,510630,China)

Abstract:Lithium battery group is widely used.The features of Lithium battery group based on each battery.It is difficult for the same features of every battery in production,so batteries should be selected to divide into groups according to their features.At present,manufacturers of Lithium battery adopt manual select method.The efficiency is very low and the quality of divided battery group is not good.A method of auto selected and divided battery group is proposed.The method based on battery synthetical features,such as charge curve,discharge curve,inter-resistance,capacity,self-discharge and so on.This method may improve efficiency of selected battery and quality of divided battery group.

Keywords:Lithium battery;divided group;select;battery curve

目前國內(nèi)鋰電池行業(yè)主要以手工方式挑選電池并配組,工人對電池進(jìn)行編號(hào)并人工記錄電池化成、分容、內(nèi)阻、自放電數(shù)據(jù),再分檢配組。由于人工配組工作強(qiáng)度大、出錯(cuò)概率高,現(xiàn)有分選模式制約了電池組的性能。

本文描述的自動(dòng)分選系統(tǒng)可對鋰電池的性能曲線(充電曲線、放電曲線、容量曲線、動(dòng)/靜態(tài)內(nèi)阻曲線、自放電曲線)進(jìn)行配組及自動(dòng)分選,大幅度提高電池的分選效率和配組質(zhì)量。

1 工作原理

基于電池綜合特性的自動(dòng)分選系統(tǒng)由檢測設(shè)備、分選設(shè)備及電池托盤組成,其中檢測設(shè)備又包括電池化成設(shè)備、分容設(shè)備、內(nèi)阻測量設(shè)備及自放電率測量設(shè)備,檢測設(shè)備和分選設(shè)備均包含條形碼掃描槍并通過以太網(wǎng)互接;電池托盤用于存放電池,每個(gè)托盤具有惟一編號(hào)的條形碼,電池注液后工人將電池放入托盤,化成、分容、內(nèi)阻、自放電測量時(shí)以托盤為單位,測量數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到PC機(jī)。當(dāng)需要分選電池時(shí),工人將電池托盤放到分選設(shè)備上,分選設(shè)備根據(jù)托盤條碼查找每個(gè)電池的性能曲線并進(jìn)行擬合配組,再根據(jù)擬合結(jié)果將符合條件的電池挑選出來。

本系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

如圖1所示,本系統(tǒng)由電池分選儀、電池分容儀、電池化成儀、電池內(nèi)阻測試儀、電池自放電率測試儀及與上述設(shè)備相連的計(jì)算機(jī)組成,電池分選儀、電池分容儀、電池化成儀、電池內(nèi)阻測試儀、電池自放電率測試儀均由控制電路、IC卡讀寫器及夾具組成,裝有電池的托盤可直接放置進(jìn)上述儀器中。

電池生產(chǎn)出來后,工人將電池裝入托盤,將托盤插入電池化成儀進(jìn)行化成,測量數(shù)據(jù)通過通訊線傳輸?shù)胶驮O(shè)備相連的計(jì)算機(jī)?；珊?將托盤插入電池分容儀進(jìn)行分容,測量數(shù)據(jù)通過通訊線傳輸?shù)胶驮O(shè)備相連的計(jì)算機(jī)。分容后,再將托盤插入電池內(nèi)阻測試儀進(jìn)行內(nèi)阻測量,并將測量結(jié)果存儲(chǔ)到和設(shè)備相連的計(jì)算機(jī);內(nèi)阻測試完畢后,工人將電池托盤插入自放電率測試儀測量電池的自放電率,并將測量結(jié)果存儲(chǔ)到和設(shè)備相連的計(jì)算機(jī)。

上述操作執(zhí)行完成后,工人再將電池托盤插入電池分選儀,按下分選按鈕,由于電池化成、分容、內(nèi)阻、自放電的測量數(shù)據(jù)均已存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)可根據(jù)電池容量曲線、內(nèi)阻及自放電率挑選性能相近的電池,從而實(shí)現(xiàn)電池的配組。

2 實(shí)現(xiàn)方案

2.1 電池托盤

電池托盤采用如圖2所示的實(shí)現(xiàn)方式,其特征為:在托盤上有一個(gè)以上與電池形狀相對應(yīng)的電池卡位,電池卡位底部有通孔,通孔的位置和電池電極的位置相對應(yīng),測量夾具可通過下面的通孔接觸電池的電極。

圖2 電池及拖盤

2.2 測試設(shè)備

測試設(shè)備參看圖3,當(dāng)托盤放入測試設(shè)備后,可移動(dòng)夾具的安裝塊1在汽缸3的作用下向下移動(dòng),壓迫托盤,托盤下移擠壓彈簧4,可使上下測量夾具6壓緊電池,測試設(shè)備通過夾具6可測量電池的電壓、電流及內(nèi)阻。

圖3 測試設(shè)備

2.3 分選設(shè)備

分選設(shè)備參看圖4,當(dāng)電池托盤放置到分選設(shè)備上后,汽缸1在電磁閥2的控制下可將頂桿3頂起,頂桿3上頂時(shí)可將電池頂出電池托盤。

圖4 分選設(shè)備

2.4 測試電路

本系統(tǒng)的測試電路由ARM7 CPU板和前端板組成,CPU板控制測量工步并采集測量數(shù)據(jù),前端板根據(jù)用途不同分別測量電池電流、電壓、內(nèi)阻,其核心部件為高精度A/D轉(zhuǎn)換器及D/A轉(zhuǎn)換器,其中A/D轉(zhuǎn)換器采用AD7712,D/A采用DAC8532,可保證測量的精度。

2.5 電池配組

本系統(tǒng)采用曲線擬合的方式對電池配組:電池廠家預(yù)先設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)的電池曲線,同時(shí)設(shè)置不同曲線段允許的偏差,自動(dòng)分選系統(tǒng)將電池的實(shí)際曲線和預(yù)先設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行分段對比,若整個(gè)曲線均位于偏差范圍內(nèi),則此類電池可配組使用。

3 結(jié) 語

目前國內(nèi)電池生產(chǎn)廠商和Pack廠商對電池的分選主要以人工為主,由于人工分選工作量大且容易出錯(cuò),隨著手機(jī)市場的飽和及Pack電池市場規(guī)模的逐步擴(kuò)大,基于人工的配組方式越來越不能滿足實(shí)際需要,而本系統(tǒng)可大幅度提高配組分選的自動(dòng)化程度,降低工廠的運(yùn)營成本。

另一方面,目前國內(nèi)電池制造商主要以容量為依據(jù)進(jìn)行配組,但相同容量電池的充放電特性未必相同,如果將曲線差異較大但容量相同的電池配組使用,電池組的性能會(huì)迅速惡化。本項(xiàng)目的提出的針對曲線擬合的配組方案可大幅度降低單體電池離散性對電池組性能的影響,能增強(qiáng)國內(nèi)電池廠商的價(jià)格優(yōu)勢。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn):提出一種以電池綜合特性曲線作為配組分選依據(jù)的電池自動(dòng)分選系統(tǒng),基于該系統(tǒng)既可提高電池配組的效率,又可提高電池配組的質(zhì)量。

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