稱重傳感器在鋰電池正極材料生產中應用

徐偉 張小芳

摘 要：隨著我國社會經濟不斷發展，對節能環保要求越來越高，新能源發展越來越快，而鋰電池則為新能源產業中非常重要的一個產品。正極材料是鋰電池非常重要的材料，決定了鋰電池性能與成本，因此，加快高性能正極材料生產技術和工藝流程研發，顯得至關重要。而在此一系列生產工藝中，精確稱重計量和均勻配料是必要條件，稱重傳感器在此生產中得到廣泛應用。

關鍵詞：稱重傳感器;鋰電池;應用

1 前 言

隨著經濟全球化的進程和新能源需求的不斷高漲，鋰電池的發展越來越快，特別成為綠色環保的新能源電動汽車和其他電動交通工具中非常重要的配件，國家市場對鋰電池需求開始成井噴態勢。正極材料是鋰電池的核心關鍵材料，經過原料輸送、配料混合、電窯高溫煅燒、分級粉磨、包覆整形、最終成品、定量稱重包裝。而在此一系列生產工藝中，精確稱重計量和均勻配料是必要條件。

2 稱重傳感器概述

稱重傳感器是將重量物理信號轉化為可測量電信號輸出的裝置，選用傳感器應先考慮傳感器所處實際工作環境，這點對正確選用稱重傳感器非常重要。

稱重傳感器按轉化方法分為光電式、液壓式、電磁式、電阻式、電容式等，目前應用最多是電阻式。

電阻式稱重傳感器，核心部件是電阻應變片，電阻應變片粘貼在彈性體上，彈性體在外力作用下產生彈性變形，從而電阻應變片同時變形。電阻應變片變形后，應變電阻變化引起電橋不平衡，從而輸出模擬量電壓信號，就把在彈性體彈性范圍內的外力轉換為可變的電信號。

通常電阻式稱重傳感器有柱式、剪切梁式、S型等形式。鋰電池正極材料稱重料倉和稱重機械裝置都不是很大，因此采用最多的是剪切梁式。

3 稱重傳感器在鋰電池正極材料生產中應用

3.1 稱重傳感器選用

每臺稱所用的傳感器數量往往與稱重料倉形狀有關。比如圓形料倉一般選用3只稱重傳感器，三點形成一個平面。如果矩形或者大型料倉，那么有可能會使用4只稱重傳感器。由于盛裝鋰電池正極材是方形匣缽，匣缽固定在水平機械支架上，所以選用2個梅特勒-托利多緊湊型系列梁式傳感器，單點式，安裝方便，一左一右，水平安裝。

3.2 稱重傳感器安裝

稱重傳感器安裝正確與否，對稱重傳感器的精度和壽命產生重要影響。由于使用2個傳感器，一左一右，就要求底座安裝面盡量保持一個水平面，平面傾斜度不超過3°，這樣保證每個傳感器所承受的力量基本一致，這樣得到的數據才準確。

傳感器底座安裝面盡可能平整和清潔，沒有任何油污或者膠膜，否則會對稱重傳感器造成影響。

3.3 稱重傳感器應用

傳統稱重控制方式采用稱重傳感器+PLC控制模式，稱重傳感器輸出電信號接入PLC模擬量輸入模塊，PLC把采集模擬量轉換為數字量，從而對稱重的監控、修改和控制。但是由于PLC采集模擬量可能受到微弱的干擾，對稱重精度造成影響，所以鋰電池正極材料稱重設備中采用了稱重傳感器+西門子稱重模塊WP231+西門子PLC? S7-1200，既提高了集成度，又提高精度與響應速度，從而保證鋰電池正極材料在多批量，大量化生產中的總體性能不會有太大差異。

3.3.1 稱重模塊 WP231簡介

WP231是一款非常靈活的稱重模塊，可以單獨作為稱重儀表使用，也可以集成在S7-1200 PLC里。充分利用了現在自動化所有功能，如集成通信、操作監控、編程診斷以及TIA Portal中的組態工具。

3.3.2 稱重模塊WP231在鋰電池正極材料系統中硬件搭建

2個梅特勒-托利多傳感器接到專用的接線盒，如果一臺稱多個傳感器組成，當載荷位于稱上不同位置時，可能造成稱重儀表不一致，形成角差，接線盒中相應傳感器可以調整角差。再由接線盒連接至稱重模塊WP231，稱重模塊WP231與PLC CPU通過內部總線相連，避免了信號干擾。S7-1200 CPU 通過Profinet總線與TP1200 HMI通信。

3.3.3 稱重模塊WP231調試步驟

（1）正確連接稱重模塊24V電源及稱重傳感器電纜，確保稱重模塊LC燈不亮。

（2）調用程序FB231功能塊，它是稱重模塊與S7-1200之間通訊接口。通過觸摸屏HMI按鈕設定， 稱重模塊參數上載，即將稱重模塊參數讀取到調試軟件SIWATOOL或者PLC的數據塊中。

（3） 在HMI上找到要修改的參數，比如標定砝碼重量、小數點個數、稱量范圍等，并進行修改。

（4） 修改完畢后，通過觸摸屏HMI按鈕設將參數下載到稱重模塊中。

（5） 保證秤體為空，然后進行零點標定，此時HMI顯示重量為零。

（6） 將砝碼放在空秤上，然后執行砝碼標定，此時HMI顯示砝碼重量。

在鋰電池正極材料加料過程中，可以在HMI上設定所需加料的額定稱重量，以及粗加與精加的重量設定值，通過PLC程序控制對電動機多段速調節，當匣缽里的料達到額定設置值后，停止加料，從而不僅滿足了生產的速度，而且達到了稱重精度。

4 結 語

總之，伴隨著高速增長新能源汽車市場發展，鋰電池需求不斷增加，鋰電池正極材料加工生產要求越來越高，同時設備生產工藝，自動化程度也不斷提升，而加料稱重是鋰電池正極材料生產工藝中非常重要的一個環節，稱重傳感器在此得到了很好應用，不僅滿足了工藝精度，也滿足生產速度，為批量生產提供可靠保障。

參考文獻

[1] Siemens AG 稱重模塊SIWAREX WP231如何集成在S7-1200系統中應用。

[2] Siemens AG 電子稱重模塊SIWAREX WP231。