动力电池化成工艺智能调度追溯系统及方法

本发明涉及动力电池技术领域，尤其涉及一种动力电池化成工艺智能调度追溯系统及方法。

背景技术：

动力锂电池生产制造过程可分为正负极片制作、电芯组装、电芯激活检测和电池封装四个工序段。其中，电芯激活检测包括电芯化成、分容检测等。化成分容是电芯一致性、良品率等各项指标能否达到要求的关键性检测工序，是电池封装前的最后一道防线。

一方面，从目前企业生产状况来看，化成分容这一环节仍以人工搬运、人工上下柜、人工分拣以及半自动化化成设备为主，且在生产上无法实现单支电池在化成工艺的生产追溯，极大限制了电池设备整线自动化、数字化、智能化的进程，同时增加了企业人力成本、降低了生产效率以及给电池的性能增加了不可控因素。

另一方面，受动力电池生产工艺的制约，单体电芯在制造出来后的内阻、电压、容量、电流等参数一致性不高。因此，在工艺上就采用化成分容设备通过充放电过程来提高一致性，但在化成分容过程中常常伴随着设备老化、精度低、故障、人为主观因素等问题，导致化成分容设备误判或分容精度不高，不仅增加重复检测工作量，同时还可能为后续使用带来隐患。

技术实现要素：

本发明目的在于公开一种动力电池化成工艺智能调度追溯系统及方法，以实现生产过程中的调度智能性和产品追溯的便捷性。

为达上述目的，本发明公开动力电池化成工艺智能调度追溯系统，包括：

打码装盘机，用于根据编码规则自动将电池码打印在电池表面，并依托机械手自动装入电池容器托盘；

所述电池容器托盘，设置有可重复读写的rfid芯片和矩阵式单元格，各所述单元格用于盛装电池并设有与化成柜进行充放电配合的卡槽结构；

中心服务器，用于设置所述电池容器托盘内各单元格的编码规则，并将各电池码与相对应单元格的编码信息及托盘rfid信息关联并记录在系统中，然后指令抓取型agv将所述电池容器托盘嵌入所述化成柜的对应位置中；

所述化成柜的各卡槽结构中设有用于读取所述电池容器托盘rfid芯片信息的读写器，相应的读写器将读取的rfid芯片信息上传关联的边缘计算服务器和所述中心服务器；

所述中心服务器还用于当所述电池容器托盘放置完成后，发送启动指令给所述边缘计算服务器，由所述边缘计算服务器根据初始化的生产工艺控制化成柜进行正常充放电过程，并将各电池的充放电数据记录在系统溯源的关联信息中；所述关联信息还包括各电池码与相对应托盘rfid信息、托盘内相对应单元格的编码信息及化成柜的点位信息；

所述系统还包括：

与所述中心服务器建立通信连接的分拣装置，用于通过扫描传送带传送的电池容器托盘的rfid芯片信息，然后根据读取的rfid芯片信息获取由所述边缘计算服务器根据充放电数据得出的化成分容结果，并根据该化成分容结果按照容量段分拣电池。

优选地，所述打码装盘机包括：电池上料机械手、电池传送带、喷码装置、控制系统、rfid读写器、装盘机械手、码垛机器人以及其他辅助设备。

优选地，所述化成柜的充放电数据包括化成柜点位信息、充放电电压、充放电电流、充放电电阻、充放电电容以及时间戳等全部时序数据。

优选地，所述电池容器托盘rfid标签里存储的信息包括电池批次号、型号、主材、容量段。

优选地，所述边缘计算服务器还用于采用基于数据驱动的设备故障诊断算法以及构建简化的电池机理模型，实现化成柜以及电池异常诊断。

优选地，所述中心服务器还用于根据所述边缘计算服务器所控化成柜负载情况，动态排产化成柜生产任务，并根据生产任务、agv的状态、化成柜负载情况规划agv最优路径。

为达上述目的，本发明还公开一种动力电池化成工艺智能调度追溯方法，包括：

步骤s1、在电池容器托盘部署可重复读写的rfid芯片和矩阵式单元格，各所述单元格用于盛装电池并设有与化成柜进行充放电配合的卡槽结构；

步骤s2、由中心服务器设置所述电池容器托盘内各单元格的编码规则(如：后续实施例中的固定式的电池容器托盘各单元格的编码规则，a1-j10)，以打码装盘机根据编码规则(该编码规则与前述单元格的编码规则是不同概念，作为一种可选方式，可由中心服务器是根据电池编码规则动态分配单支电池的编码规则，电池的编码规则可以携带前述的单元格的编码规则，可以直接携带，也可以通过特定算法进行数据转换等)自动将电池码打印在电池表面，并依托机械手自动装入电池容器托盘；同时，所述中心服务器将各电池码与相对应单元格的编码信息及托盘rfid信息关联并记录在系统中，然后指令抓取型agv将所述电池容器托盘嵌入所述化成柜的对应位置中；

步骤s3、以所述化成柜的各卡槽结构中设置用于读取所述电池容器托盘rfid芯片信息的读写器将读取的rfid芯片信息上传关联的边缘计算服务器和所述中心服务器；

步骤s4、当所述电池容器托盘放置完成后，所述中心服务器发送启动指令给所述边缘计算服务器，由所述边缘计算服务器根据初始化的生产工艺控制化成柜进行正常充放电过程，并将各电池的充放电数据记录在系统溯源的关联信息中；所述关联信息还包括各电池码与相对应托盘rfid信息、托盘内相对应单元格的编码信息及化成柜的点位信息；

步骤s5、以与所述中心服务器建立通信连接的分拣装置通过扫描传送带传送的电池容器托盘的rfid芯片信息，然后根据读取的rfid芯片信息获取由所述边缘计算服务器根据充放电数据得出的化成分容结果，并根据该化成分容结果按照容量段分拣电池。

优选地，所述打码装盘机根据编码规则自动将电池码打印在电池表面包括：

打码装盘机的操作人员利用扫描枪按照批次扫描将要打码装盘的电池，扫描获得电池批次信息通过所述打码装盘机的控制系统，控制系统通过传递电池批次信息到所述中心服务器，中心服务器接收到批次信息后，根据预先设定好的编码规则动态生成电池编码，并将生成的编码下发到控制系统中，同时触发所述打码装盘机开始工作，打码装盘机默认情况下按照所述容器托盘的最大容量控制机械手进行装盘，装盘完成后控制系统读取托盘rfid的id信息并将其与装盘电池编码关联，控制系统将关联完成后的信息上传至所述中心服务器中。

优选地，本发明方法还包括：

所述中心服务器根据实时监控边缘计算服务器所控化成柜负载情况，动态排产化成柜生产任务，并根据生产任务、agv的状态、化成柜负载情况规划agv最优路径，并驱动相应agv进行物料搬运，最后将电池容器托盘固定到相应化成柜卡槽中。

进一步地，本发明方法还包括：

所述边缘计算服务器采用基于数据驱动的设备故障诊断算法以及构建简化的电池机理模型，实现化成柜以及电池异常诊断。

本发明具有以下有益效果：

本发明基于可重复读写的rfid芯片信息将电池码与化成工艺过程中的运转流程和充放电数据进行强关联，在实现生产过程智能性调度(包括码垛、抓取和分拣等)的同时也便于用于根据电池码便捷地进行产品追溯；并确保了生产过程的控制精度。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例的动力电池化成工艺智能调度追溯系统架构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

如图1所示，本实施例的动力电池化成工艺智能调度追溯系统主要包括电池容器托盘(又简称为“容器托盘”或“电池托盘”，后续不做赘述)、全自动打码装盘机、抓取型agv、化成控制柜、边缘计算服务器、分拣装置、中心服务器。

电池容器托盘可采用外壳由硬质塑料合成的截面为方形的立体结构，内部划分成10*10的矩阵式单元格，每个单元格用于放置一块单体电池，且格子内部含有卡槽结构，用于固定单体电池。可选地，本实施例在电池容器托盘的侧面的表面贴敷低频rfid标签，用于电池容器托盘信息识别。可选地，每个容器托盘两侧设有导轨槽，以便将电池容器托盘通过导轨方式固定在化成柜上。

可选地，本实施例将立体电池容器托盘的水平截面按照行由字母a-j列由数字1-10对每个单元格进行编号，即每个电池容器托盘的单元格编号从a1-j10，共计100个。

本实施例中，一方面，电池容器托盘用于放置打码后的电池；另一方面，电池容器托盘通过导轨固定到化成柜上，用于对放置其中的电池充放电。配套地，化成柜也设有电池容器托盘相配套的卡槽结构，并可对每个单元格内单体电池的充放电进行单独控制和数据记录。

全自动打码装盘机是由电池上料机械手、电池传送带、喷码装置、控制系统(喷码、关联数据等)、rfid读写器、装盘机械手、码垛机器人等组成。能够实现电池自动上料、自动传送、自动喷码、自动装盘、自动码垛，同时能够将喷码信息与托盘的id以及电池在托盘中的位置(对应托盘a1-j10编号)信息关联，并将关联信息上传至所述中心服务器中存储。

在具体的实现过程中，可以是：

操作工人需要将待喷码电池放置到全自动打码装盘机的上料位置，由全自动打码装盘机的控制系统控制上料机械手上料，上料后的电池通过传送装置进入喷码装置区域，控制系统根据所述中心服务器下发的喷码规则以十个为一组执行喷码操作，并以二维码(或其他类型便于用于基于移动app识别以调取溯源数据的条码或标签)的形式呈现在电池表面，每组喷码完成后，控制系统控制后端机械手将喷码后的电池按照a1-a10，b1-b10的顺序装入电池容器托盘，同时控制系统获取容器托盘id编码并与装入电池的位置编码(a1...j10)以及对应的喷码关联，每装完一个托盘控制系统会将关联信息上传至所述中心服务器，也可手动执行上传操作，最后控制系统控制末端机器人对装好的电池托盘进行码垛。

抓取型agv配置为包含控制系统、机械臂、末端多功能抓手、视觉检测模块、激光引导装置、电池模块，能够接受所述中心服务下发的调度指令，并根据调度指令搬运码垛好的电池；能够根据规划的地图采用激光引导方式运动；能够自动依托末端机械抓手将容器托盘放置到指定的化成柜卡槽中，并通过视觉模块检查以确保抓取与安放到位、准确；能够自动识别电量并自动充电。

可选地，抓取型agv初始化时处于等待区域，当接收到所述中心服务器的调度指令后，根据调度指令类型执行两方面的任务：第一，根据调度指令将码垛的电池搬运至指定的化成柜，并将电池容器托盘依次放置到化成柜卡槽中，在放置过程中采用视觉模块进行确认放置无误；第二，根据调度指令将化成完成的电池执行下柜操作，首先agv接收调度指令到指定的化成柜，待到位置后边缘计算服务器发送下柜指令给agv，agv接收边缘计算服务器指令后，执行下柜，并将下柜的电池容器托盘放置到分拣装置的传送带中，供后续分拣。

可选地，本实施例化成控制柜配置为电源控制模块，充放电模块、rfid读写器模块、数据通信模块。能够接受边缘计算服务器下发的控制指令，并根据控制指令控制充放电过程，同时将充放电过程中的数据与边缘计算服务器进行实时交互，实现数据的关联记录；进一步地，在化成过程中，两者基于状态监测信息进行交互及分析以实现针对异常点位关闭充放电通道。

本实施例中，边缘计算服务器配置为一台装有化成柜控制程序的电脑，能够接受所述中心服务器的控制指令，例如工艺规范、启动化成、结束化成等，能够控制化成柜充放电过程，并实时收集充放电过程中的电压、电流、内阻、温度、湿度、功率等时序数据，并针对时序数据通过边缘模型进行数据的清洗、处理，然后采用人工智能算法(包括但不限于二分类算法、多分类算法、回归算法、聚类算法、异常检测等)实现化成柜状态的实时分析、状态预警以及电池的异常诊断等；能够实现充放电过程数据与对应电池的关联；同时能够将化成过程数据在化成完成后上传至所述中心服务器。

可选地：在本实施例中，边缘计算服务器首先接收来自所述中心服务器的生产指令，指令包括生产工艺规则、过程参数等，在电池上柜完成后，所述中心服务器下发启动指令给边缘计算服务器，边缘计算服务器启动化成分容过程，与此同时，实时收集化成过程中的电压、电流、功率、温湿度、内阻等时序数据，针对收集的时序数据利用电池故障诊断模型、异常检测模型、过压过流模型等实现过程的监控、预警与边缘实时决策，并将决策结果反馈给控制柜，实现闭环优化。在化成结束后，边缘计算服务器执行分容操作，并将分容结果与化成过程数据以及关联的电池信息一同上传至所述中心服务器。

本实施例中，分拣装置配置为包括传送带、控制系统、分拣机械手、rfid读写器以及不少于两套的机械手，能够实现电池容器托盘的传输以及电池托盘信息的识读，并能够根据化成分容信息精确定位到容器托盘中的每支电池，能够利用分选装置的机械手将电池精确取出并放置到指定容量段容器托盘中，最后将分容完成的托盘进行码垛归整。

例如：在本实施例中，抓取型agv将下柜电池容器托盘放置到分拣装置的传送带上，传送带将其带入到分拣设备处，首先分拣设备读取托盘标签，并通过控制系统从中心服务器中获取化成分容信息，控制系统根据获取的化成分容信息，控制机械手按照容量段进行分拣，分拣的电池按照容量段放置到容器托盘中，并将新放置的容器托盘标签id与被放置的电池进行关联，每完成一个托盘后将关联信息上传至中心服务器。

本实施例中，可选地，中心服务器配置为由多台服务器组成的计算机集群以及存储中心，对“全自动打码装盘机”、“抓取型agv”、“边缘计算服务器”、“分拣装置”实现实时管控，能够接收喷码电池与容器托盘以及电池在容器托盘位置的关联信息，通过此信息能够明确查找每支电池所在容器托盘中的位置；另外，能够根据全自动打码装盘机的生产任务、当前节拍、agv的任务状态以及化成柜的生产任务、节拍，采用等待时间最短原则，利用不限于dijkstra算法、蚁群算法、基于时间窗的动态调度算法等，或这些算法的组合，实现agv的智能调度，并实时收集agv运行的状态数据，包括电压、电流、电量、功率、温湿度等，利用收集到的数据对agv进行实时监控与寿命状态预测；同时，能够接受agv实时反馈的任务完成情况。此外，中心服务器能够接受来自边缘计算服务器收集的单支电芯的化成分容数据，用于后续分拣、追溯与分析。最后，中心服务器能够反馈化成分容数据给分拣装备，同时能够接受分拣装备分拣后电池放置的信息。

例如：中心服务器首先根据生产任务生成对应电池编码，并将编码下发至全自动打码装盘机并启动喷码作业，作业过程中将喷码装盘后的电池信息与关联的托盘及位置信息上传至中心服务器；与此同时，中心服务器根据全自动打码装盘机完成的电池、化成作业任务、agv任务完成状态等生成智能调度指令，并控制对应agv进行电池搬运和上柜操作；此后，中心服务控制边缘计算服务器按照生产工艺进行化成分容，完成后中心服务器收集化成分容过程数据，同时调度agv进行下柜操作；最后，中心服务器根据分拣装置请求，将当前容器托盘的化成分容信息返回给分拣装置控制系统，控制系统根据化成分容信息控制机械手进行分拣操作，并将分拣结果按照容量段放入指定的容器托盘，同时记录新容器托盘与放入电池码、所在容器托盘位置信息并做关联，最后将关联信息上传至中心服务器。

实施例2

与上述系统相对应地，本实施例公开一种动力电池化成工艺智能调度追溯方法。该方法包括以下步骤：

(1)喷码控制系统关联每组电池喷码信息分别与装入电池容器托盘的位置信息(a1-j10)以及装入的电池容器托盘id。

(2)将步骤(1)阶段的关联信息上传至中心服务器并存储。

(3)在化成分容开始阶段，边缘计算服务器控制程序通过rfid读写器读取每个卡槽中的电池容器托盘id，并将化成分容过程中的时序数据与对应容器托盘中的每个位置(a1-j10)关联，以文件的形式存储在本地，待化成分容结束后上传至中心服务器。

(4)在分拣阶段，分拣控制系统通过rfid读写器识别传送带传送的容器托盘id，并以此向中心服务器获取化成分容信息，从而控制机械手按照容量段分选，并将分选的电池编码与新放入的容器托盘位置信息(a1-j10)及id关联，从而实现分容后每支电池的去向追踪。

在本实例中，所述喷码阶段关联信息包括：每支电池编码、容器托盘id、电池所在容器托盘的位置(a1-j10)、操作机台、操作时间、所述订单、所述工单、批次号等。

更具体的步骤可以参考下述过程：

步骤10：所述全自动打码装盘机的操作人员，利用扫描枪按照批次扫描将要打码装盘的电池，扫描获得电池批次信息通过所述全自动打码装盘机的控制系统，控制系统通过传递电池批次信息到所述中心服务器，中心服务器接收到批次信息后，根据预先设定好的编码规则动态生成电池编码，并将生成的编码下发到控制系统中，同时触发所述全自动打码装盘机开始工作。

步骤20：所述全自动打码装盘机默认情况下按照所述容器托盘的最大容量控制机械手进行装盘，装盘完成后控制系统读取托盘rfid的id信息并将其与装盘电池编码关联，控制系统将关联完成后的信息上传至所述中心服务器中。

步骤30：所述中心服务器根据实时监控边缘计算站所控化成柜负载情况，动态排产化成柜生产任务，并根据生产任务、agv的状态、化成柜负载情况等规划agv最优路径，并驱动相应agv进行物料搬运，最后将电池容器托盘固定到相应化成柜卡槽中。

步骤40：在完成装柜后，所述中心服务器下发化成指令到所述边缘计算站，边缘计算站首先通过rfid读写器读取上柜容器托盘信息，并将化成柜点位位置编码与相应容器托盘中的电池编码进行关联，存储到所述边缘计算站中。

步骤50：所述边缘计算站启动化成分容过程，同时实时采集化成分容过程中的电压、电流、容量、电阻等时序数据，并存储到本地。

步骤60：化成分容完成后，边缘计算站会根据所采集的时序数据分析进行容量化分，并将对应的容量信息也存储到边缘计算站中。

步骤70：化成分容结束后，所述边缘计算站将本次化成分容信息上传至所述中心服务器中，从而形成完整的生产追溯数据流。

可选地，所述步骤10具体包括：

步骤101：电池编码规则中至少应包含批次号、规格型号、流水号等字段信息。

步骤102：采用喷码再扫码的方式，将喷码异常的电池剔除，并采用后增补的方式替换剔除的电池，同时更新关联信息。

可选地，所述步骤20具体包括：

步骤201：在做关联时，容器托盘的标识id应与电池编码关联，同时也关联电池所在容器的位置。

步骤202：采用断点续传技术，实现数据的上传，保证数据完整性。

可选地，所述步骤30具体包括：

步骤301：采用基于时间窗的动态调度算法解决由于确定因素导致的相向问题以及路口冲突问题。

综上，本发明的主旨在于：

基于可重复读写的rfid芯片信息将电池码与化成工艺过程中的运转流程和充放电数据进行强关联，在实现生产过程智能性调度(包括码垛、抓取和分拣等)的同时也便于用于根据电池码便捷地进行产品追溯；并确保了生产过程的控制精度。至于各组成设备之间用于信息互通的具体交互步骤，本领域技术人员可基于现有的技术启示作出相应的变形，此种变形，皆属于本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。