单体动力电池在线检测系统的制作方法

本发明涉及锂离子电池制造工艺。进一步涉及单体动力电池在线检测系统。

背景技术：

由于具有高比能量(功率)密度、寿命长和使用安全性高等特点，锂离子电池成为了电动汽车的最主要动力源。锂离子动力电池满足续航时间长、寿命优异和安全可靠三个基本要求，电动车才能市场化。而锂离子电池的一致性问题直接或间接的影响着这三个基本问题，成为所有电池应用技术中最基本的课题之一，成功解决这个问题一方面可以增加电池成组的寿命，另外一方面有效的减少电池不一致带来的过充、过放等安全问题的发生。

由于单体动力电池并不能满足实际应用中所需要的高功率和高容量的要求，因此较好的办法是将多个电池进行组合，形成电池组。虽然电池组中进行组合的多个电池经过产线分选阈值的设定性能参数很接近，但是由于诸多的因素的影响也仍然会存在一些差异，并且在后续的循环使用中，这些差异会逐渐放大，从而导致电池组失效。因此把性能非常接近的电池，专门分类是非常有必要的，这样组合成电池组的性能才可以达到最佳。这样对于提高电池组的整体性能会有很明显的效果，而且还可以减少不必要材料的浪费，甚至可以减轻对环境污染。为了提高电池组的整体性功能，就得缩小单体电池之间存在的差异性，也就是将是单体电池的不一致性尽可能的降低。

目前，基于成本和良率考虑大多数电池厂线使用反应电池性能的"显性"指标对电池进行分选，如容量，acr和ocv。加强对电池生产线上单体电池性能测试系统的研究，可以很大程度地提高单体电池的一致性。电池生产线上单体电池性能测试系统能够对单体电池进行内阻、开路电压性能参数的值进行实时获取，同时，调用产线软件的充放电曲线参数，保存测试参数，对电池进行全面的分析。特别是，在线测试电池性能参数的特有的功能，使在线测试方法有别与市面上普遍所采用的离线测试法，能够更快、更准确地获得相应的各个单体电池内阻、开路电压的值，从而更加精确地判断单体电池的使用等级，实现对应单体电池分类。单体动力电池性能检测系统是电池生产的一道必要工序，对电池各项性能指标数据进行的采集处理，确定电池分选策略，进而决策电池分类，以此满足保证用户需求。受原材料性能、电极材料的结构、生产工艺等多种因素的影响和制约，单体动力电池检测系统的开发尤为重要。

电池组pack要求电池具有高度的一致性(容量、内阻、电压、放电曲线、寿命)。目前，评价锂离子动力电池一致性的标准主要有容量、内阻和开路电压。常见的分选方法是采集锂离子单体电池容量、开路电压及满电态时电池的内阻作为基础数据，对电池进行分档和配组。但电池经过这种小电流工艺分容筛选后，配组的电池在使用过程中仍然会出现很多开路电压偏低、电性能差异性愈来愈明显，从而导致成组模块甚至整个电池包由于个别单体电池的异常而失效。因此动力池成组之前，必须对单体电池进行筛选，去除差异性大的单体，选择一致，好的电池组。电池内阻和开路电压是关键参数，在线监测非常必要。

电池内阻：在电池工作时，流过电池内部电流受到的阻力称为电池内阻。包括欧姆内阻和极化内阻。在电池放电工作时，电压会随着电池内阻的增大而降低，并且放电时长也会相应地缩短。电池原材料、制造过程工艺、电池结构组成是影响电池内阻的主要因素。内阻是评价单体电池性能的关键因素。

开路电压和工作电压：开路电压指的是处于非工作状态的电池的正电极和负电极的电压，即，当没有电流流动时电池的正电极端子和负电极端子之间的电位差。检测电池的开路电压是确定电池充电状态的一种重要手段。当电流在工作条件下流动时，电池正极和负极之间的电位差称为工作电压，也称为端电压。在电池放电操作状态下，当电流在电池内部流动时，必须克服由于电池内阻引起的压降，所以工作电压低于开路电压。

技术实现要素：

本发明提出一种对电池内阻、开路电压的单体动力电池在线检测系统。具体技术方案如下：

单体动力电池在线检测系统，包括：上位机pc、与上位机pc连接的plc，单独与plc连接的光电传感器、顶升气缸、阻挡气缸、移送滑台气缸、动力滚筒电机、触摸屏、扫码枪，单独与上位机pc连接的内阻测试仪(12)、开路电压测试仪(13)。所述上位机pc为电池生产线现场操作人员提供丰富的显示，还要完成对测试仪采集的数据进行分析处理；所述plc从上位机pc接收到命令后，执行从上位机pc分配的任务。

本发明的有益效果是：

实现了对电池内阻、开路电压的单体动力电池在线检测；具有电池条码扫描追溯功能，可以实时了解电池信息；提高了系统的易用性，有利于对电池性能的分析。

附图说明：

图1是本发明系统结构图。图中，内阻测试仪用来采集内阻参数；开路电压测试仪用来采集开路电压参数；光电传感器用来检测电池托盘位置信号；气缸：阻挡气缸固定电池托盘，顶升气缸将电池顶升到测量位置；电机作为动力来源驱动动力滚筒；触摸屏通过和plc交互，接收现场反馈回来的信息并进行操作指令驱动和协调相应执行器的执行；扫码枪：获取相应托盘信息以及托盘中的电池的绑定信息；上位机pc对测试仪器采集到的数据进行处理；plc来实现与上位机pc的交互，进而得到决策方案，驱动相应执行机构动作。

图2是实施例中ocv测试运行流程图。

图3是实施例中plc运行流程图。

图4是实施例中现场设备图。图中，图中光电检测传感器用来检测电池托盘是否达到指定位置；阻挡气缸用来固定托盘；动力滚筒用来传送电池托盘。

图5是图4的主视图。

图6是图5中a位置局部放大图。

具体实施方式：

实施例：

单体动力电池在线检测系统，包括：上位机pc、与上位机pc连接的plc，单独与plc连接的光电传感器、顶升气缸、阻挡气缸、移送滑台气缸、动力滚筒电机、触摸屏、扫码枪，单独与上位机pc连接的内阻测试仪(12)、开路电压测试仪(13)。所述上位机pc为电池生产线现场操作人员提供丰富的显示，还要完成对测试仪采集的数据进行分析处理；所述plc从上位机pc接收到命令后，执行从上位机pc分配的任务。

该系统采用hioki日置测试仪进行内阻数据采集，安捷伦测试仪34980a进行ocv数据采集，实现高精度测量。bt3562在进行的电压测量中，最小分辨率可达10μv精度可达0.01％，保证了在系统要求的精度范围内测得的数据准确可靠。

电池内部状态可能会在很短时间内发生改变，如果检测系统滞后，不能及时采集到数据，进而无法保证该数据是否能够反映电池的性能，所以要确保检测系统实时性能。

plc通过三菱q13udeh作为主要的控制器，通过网线与上位机pc连接，来实现与上位机pc的交互，进而得到决策方案，驱动相应执行机构动作；通过串口与扫码枪通讯，获取相应托盘信息以及托盘中的电池的绑定信息；通过i/o口接收光电传感器信号，驱动气缸，电机等执行器；通过网口与触摸屏进行交互来获取产线实况，也可通过触摸屏对具体控制点进行控制；通过人机交互界面操作面板来接收现场反馈回来的信息并进行操作指令驱动和协调相应执行器的执行。

选用三菱gs触摸屏来作操作界面，方便使用者进行一些常规操作，此外，它还可以能实现状态的实时监控记录及故障诊断等功能，操作方便、直观、快捷；操作面板采用dc24v带灯按钮，分别用来实现上电、断电、启动、急停及复位功能；由气缸配合电池托盘等器件组成系统的执行机构，实现相应的驱动指令；由hioki日置bt3562和安捷伦34980a测试仪完成测试系统电池性能参数数据采集；该检测系统的传感器由气缸磁性开关及光电传感器组成，检测并反馈电池托盘的位置。

为了更好地实现系统功能，需要对plc控制单元i/o口分配，也有利于对整个控制时序的安排和相关程序的编写。首先对现场的控制对象进行合理规划，根据系统的框架图以及设计方案，可以明确知道该系统的控制对象有以下9类，分别是：按钮信号、气缸信号、传感器信号、测试仪信号、传送带信号、继电器信号、指示灯信号。通过对现场产线设备的分析，该检测系统共有16个输入点，9个输出点。

plc控制程序主要由四个功能模块组成，分别是报警信息、信息交互、共通处理和ocv运行，四个模块协同工作，完成plc的所有控制功能。

报警信息模块：报警信息分为异常报警和警告报警两种情况，其中异常报警是指设备发生了严重故障，比如设备急停按钮被按下、检测托盘不到位、通讯异常等，异常警告的处理级别为最高级，报警方式为设备停线，蜂鸣器鸣响，报警指示灯闪烁；警告报警是指设备发生了异常，但是可暂时忽略，不影响设备运转的异常情况，例如ocv采集信号数值异常，警告报警的处理级别较低，报警方式为设备不停线，但是蜂鸣器鸣响，报警指示灯闪烁。报警发生后可以人工处理，方式是按下报警复位键，报警复位键可消除蜂鸣器鸣响声音，但是指示灯会依然闪烁，只有在引起报警的故障消除后，故障指示灯才会熄灭。所有报警信息都会记入异常履历，并采用继电器编号对报警来源进行编码，方便事后查找和追溯。

信息交互模块：信息交互模块完成plc和其它设备之间的数据和信号的传输，包括与ocv测试设备的通讯，主要交互测试启动和测试完成信号；与plc的交互，主要是物流线plc，主要进行托盘物流信息的交互；与电脑上位机pc的交互，主要进行托盘条码信息、ocv测试启动信号、ocv测试完成信号的交互；以及与各类传感器之间的交互。

共通处理：共通处理的主要作用是模块协同，可以使具有相同功能的设备同时动作，同时复位和启动，方便系统调试和复位，本机目前单机工作，预留该模块以方便后续扩展。

ocv运行：ocv运行模块是系统的主模块，系统的大部分功能都在此模块中实现。ocv运行模块又分为手动操作、原点回归、自动运转、输出回路和画面输出五个子模块。手动操作子模块主要完成根据手动命令执行相应操作的功能，包括运转准备、回原点、切换自动模式、运转、复位等。原点回归子模块执行各动作部件的原点回归功能，包括针板复位、滚筒复位、搬入搬出复位等。自动运转子模块是ocv运行模块的核心模块，主要执行ocv测试功能，运行流程如图2所示，以plc接收到拆盘入料请求开始，plc发送拆盘动作信号，控制物流线拆盘动作，之后由物流线搬运电机、入料滚筒和ocv入料机械手同时动作，完成托盘入料，托盘进入ocv工位，条码枪获取电池托盘条码信息，plc与上位机pc交互托盘到位信号与电池托盘条码信息后，plc控制托盘提升气缸动作并检测气缸到位传感器，确认检测针床与电池连接完成，发送针床连接成功信号，上位机pc控制检测仪器开始检测并采集数据，完成后上位机pc向plc发送检测完成信号，plc接收到检测完成信号之后，由气缸控制托盘下降，电池和针床断开连接，物流线搬运电机、出料滚筒和ocv出料机械手同时动作，完成托盘出料，plc发送叠盘动作信号，控制物流线叠盘动作，plc发出出料请求，ocv检测完成。

输出回路模块主要完成在plc程序运行过程中所有需要输出变量的输出动作，主要是所有外部点的输出，例如各种控制点、外部报警等等。

画面输出模块主要完成和触摸屏之间的信息交互，根据人机互动情况，输出触摸屏显示画面。

如图3所示，plc程序的运行流程，就是根据不同的功能需求，准确的激活上述四个模块中的相应功能，完成设备的运行。下面以系统上电为时间起点进行说明。

系统电源打开后plc首先上电，控制程序根据断电保护单元存储的上次断电时状态信息，继续进行该操作，然后需手动按下运转准备按钮，启动运转准备功能，具体表现为使正在执行的功能模块保留原状，其余模块和功能复位，之后需手动按下回原点按钮，确认除当前正在进行功能之外，其余功能和模块已经回到原点，然后继续按下切换自动模式按钮，启动自动模式，最后按下运转按钮，系统启动，进入自动运转模式。

自动模式下,系统进入第一次循环，若光电传感器检测到电池托盘到达指定位置，条码枪获取电池条码信息，同时将条码信息存入plc地址w6110-w6130，同时发送给上位机pc；由上位机pc判断该托盘是空托盘还是正常托盘，若托盘为空托盘，则搬送走；若为正常托盘，则进入下一流程；测试气缸动作，开始测试电池，同时上位机pc通过串口与测试仪通讯获取电池参数信息，将测得的数据存入数据库；接着开始判断测定结果是否正确，若测定结果不正确，则重新返回重新测定；直到判定数据正确进入下一流程；测试结束，自动运转子模块继续执行相应动作。