基于電池綜合特性的自動分選系統設計開發

林小薇,賴雄周

摘 要:多節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電池特性的一致性,但生產中要達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,電池生產廠家主要采用人工分選方式,效率低且質量難以保證。提出一種根據電池綜合特性(充電曲線、放電曲線、內阻、容量、自放電率等)進行自動分選的配組方法,基于該方法可提高電池的分選效率和配組質量。

關鍵詞:鋰電池;配組;分選;電池曲線

中圖分類號:TM911文獻標識碼:A

文章編號: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

目前國內鋰電池行業主要以手工方式挑選電池并配組,工人對電池進行編號并人工記錄電池化成、分容、內阻、自放電數據,再分檢配組。由于人工配組工作強度大、出錯概率高,現有分選模式制約了電池組的性能。

本文描述的自動分選系統可對鋰電池的性能曲線(充電曲線、放電曲線、容量曲線、動/靜態內阻曲線、自放電曲線)進行配組及自動分選,大幅度提高電池的分選效率和配組質量。

1 工作原理

基于電池綜合特性的自動分選系統由檢測設備、分選設備及電池托盤組成,其中檢測設備又包括電池化成設備、分容設備、內阻測量設備及自放電率測量設備,檢測設備和分選設備均包含條形碼掃描槍并通過以太網互接;電池托盤用于存放電池,每個托盤具有惟一編號的條形碼,電池注液后工人將電池放入托盤,化成、分容、內阻、自放電測量時以托盤為單位,測量數據通過網絡發送到PC機。當需要分選電池時,工人將電池托盤放到分選設備上,分選設備根據托盤條碼查找每個電池的性能曲線并進行擬合配組,再根據擬合結果將符合條件的電池挑選出來。

本系統的總體結構如圖1所示。

圖1 系統總體結構圖

如圖1所示,本系統由電池分選儀、電池分容儀、電池化成儀、電池內阻測試儀、電池自放電率測試儀及與上述設備相連的計算機組成,電池分選儀、電池分容儀、電池化成儀、電池內阻測試儀、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上述儀器中。

電池生產出來后,工人將電池裝入托盤,將托盤插入電池化成儀進行化成,測量數據通過通訊線傳輸到和設備相連的計算機。化成后,將托盤插入電池分容儀進行分容,測量數據通過通訊線傳輸到和設備相連的計算機。分容后,再將托盤插入電池內阻測試儀進行內阻測量,并將測量結果存儲到和設備相連的計算機;內阻測試完畢后,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,并將測量結果存儲到和設備相連的計算機。

上述操作執行完成后,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、內阻、自放電的測量數據均已存儲到計算機,計算機可根據電池容量曲線、內阻及自放電率挑選性能相近的電池,從而實現電池的配組。

2 實現方案

2.1 電池托盤

電池托盤采用如圖2所示的實現方式,其特征為:在托盤上有一個以上與電池形狀相對應的電池卡位,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,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 測試設備

測試設備參看圖3,當托盤放入測試設備后,可移動夾具的安裝塊1在汽缸3的作用下向下移動,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,測試設備通過夾具6可測量電池的電壓、電流及內阻。

圖3 測試設備

2.3 分選設備

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

圖4 分選設備

2.4 測試電路

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

2.5 電池配組

本系統采用曲線擬合的方式對電池配組:電池廠家預先設置標準的電池曲線,同時設置不同曲線段允許的偏差,自動分選系統將電池的實際曲線和預先設置的標準曲線進行分段對比,若整個曲線均位于偏差范圍內,則此類電池可配組使用。

3 結 語

目前國內電池生產廠商和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,隨著手機市場的飽和及Pack電池市場規模的逐步擴大,基于人工的配組方式越來越不能滿足實際需要,而本系統可大幅度提高配組分選的自動化程度,降低工廠的運營成本。

另一方面,目前國內電池制造商主要以容量為依據進行配組,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,電池組的性能會迅速惡化。本項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,能增強國內電池廠商的價格優勢。

本文作者創新點:提出一種以電池綜合特性曲線作為配組分選依據的電池自動分選系統,基于該系統既可提高電池配組的效率,又可提高電池配組的質量。

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