林小薇,赖雄周

摘 要:多节锂离子电池串并成组使用非常广泛,电池组的性能取决于各节电池特性的一致性,但生产中要达到电池特性一致比较困难,因此需要对电池特性匹配分选。目前,电池生产厂家主要采用人工分选方式,效率低且质量难以保证。提出一种根据电池综合特性(充电曲线、放电曲线、内阻、容量、自放电率等)进行自动分选的配组方法,基于该方法可提高电池的分选效率和配组质量。

关键词:锂电池;配组;分选;电池曲线

中图分类号:TM911文献标识码:A

文章编号: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

目前国内锂电池行业主要以手工方式挑选电池并配组,工人对电池进行编号并人工记录电池化成、分容、内阻、自放电数据,再分检配组。由于人工配组工作强度大、出错概率高,现有分选模式制约了电池组的性能。

本文描述的自动分选系统可对锂电池的性能曲线(充电曲线、放电曲线、容量曲线、动/静态内阻曲线、自放电曲线)进行配组及自动分选,大幅度提高电池的分选效率和配组质量。

1 工作原理

基于电池综合特性的自动分选系统由检测设备、分选设备及电池托盘组成,其中检测设备又包括电池化成设备、分容设备、内阻测量设备及自放电率测量设备,检测设备和分选设备均包含条形码扫描枪并通过以太网互接;电池托盘用于存放电池,每个托盘具有惟一编号的条形码,电池注液后工人将电池放入托盘,化成、分容、内阻、自放电测量时以托盘为单位,测量数据通过网络发送到PC机。当需要分选电池时,工人将电池托盘放到分选设备上,分选设备根据托盘条码查找每个电池的性能曲线并进行拟合配组,再根据拟合结果将符合条件的电池挑选出来。

本系统的总体结构如图1所示。

图1 系统总体结构图

如图1所示,本系统由电池分选仪、电池分容仪、电池化成仪、电池内阻测试仪、电池自放电率测试仪及与上述设备相连的计算机组成,电池分选仪、电池分容仪、电池化成仪、电池内阻测试仪、电池自放电率测试仪均由控制电路、IC卡读写器及夹具组成,装有电池的托盘可直接放置进上述仪器中。

电池生产出来后,工人将电池装入托盘,将托盘插入电池化成仪进行化成,测量数据通过通讯线传输到和设备相连的计算机。化成后,将托盘插入电池分容仪进行分容,测量数据通过通讯线传输到和设备相连的计算机。分容后,再将托盘插入电池内阻测试仪进行内阻测量,并将测量结果存储到和设备相连的计算机;内阻测试完毕后,工人将电池托盘插入自放电率测试仪测量电池的自放电率,并将测量结果存储到和设备相连的计算机。

上述操作执行完成后,工人再将电池托盘插入电池分选仪,按下分选按钮,由于电池化成、分容、内阻、自放电的测量数据均已存储到计算机,计算机可根据电池容量曲线、内阻及自放电率挑选性能相近的电池,从而实现电池的配组。

2 实现方案

2.1 电池托盘

电池托盘采用如图2所示的实现方式,其特征为:在托盘上有一个以上与电池形状相对应的电池卡位,电池卡位底部有通孔,通孔的位置和电池电极的位置相对应,测量夹具可通过下面的通孔接触电池的电极。

图2 电池及拖盘

2.2 测试设备

测试设备参看图3,当托盘放入测试设备后,可移动夹具的安装块1在汽缸3的作用下向下移动,压迫托盘,托盘下移挤压弹簧4,可使上下测量夹具6压紧电池,测试设备通过夹具6可测量电池的电压、电流及内阻。

图3 测试设备

2.3 分选设备

分选设备参看图4,当电池托盘放置到分选设备上后,汽缸1在电磁阀2的控制下可将顶杆3顶起,顶杆3上顶时可将电池顶出电池托盘。

图4 分选设备

2.4 测试电路

本系统的测试电路由ARM7 CPU板和前端板组成,CPU板控制测量工步并采集测量数据,前端板根据用途不同分别测量电池电流、电压、内阻,其核心部件为高精度A/D转换器及D/A转换器,其中A/D转换器采用AD7712,D/A采用DAC8532,可保证测量的精度。

2.5 电池配组

本系统采用曲线拟合的方式对电池配组:电池厂家预先设置标准的电池曲线,同时设置不同曲线段允许的偏差,自动分选系统将电池的实际曲线和预先设置的标准曲线进行分段对比,若整个曲线均位于偏差范围内,则此类电池可配组使用。

3 结 语

目前国内电池生产厂商和Pack厂商对电池的分选主要以人工为主,由于人工分选工作量大且容易出错,随着手机市场的饱和及Pack电池市场规模的逐步扩大,基于人工的配组方式越来越不能满足实际需要,而本系统可大幅度提高配组分选的自动化程度,降低工厂的运营成本。

另一方面,目前国内电池制造商主要以容量为依据进行配组,但相同容量电池的充放电特性未必相同,如果将曲线差异较大但容量相同的电池配组使用,电池组的性能会迅速恶化。本项目的提出的针对曲线拟合的配组方案可大幅度降低单体电池离散性对电池组性能的影响,能增强国内电池厂商的价格优势。

本文作者创新点:提出一种以电池综合特性曲线作为配组分选依据的电池自动分选系统,基于该系统既可提高电池配组的效率,又可提高电池配组的质量。

参考文献

[1]刘勇,王会英.一种锂离子电池的检测分选系统[J].农机化研究,2005(1):181-182.

[2]付江成,胡松利,王勇.电池自放电率检测分选系统的研究[J].现代电子技术,2006,29(8):158-159.

[3]王海英,徐倩.电池自动分选系统的设计[J].自动化技术与应用,2002(3):21-22.

[4]王海英,张军,李革臣,等.电池自动检测分选设备的开发与设计[J].哈尔滨理工大学学报,2000(5):4-5.

[5]张良安,梅江平,赵学满,等.二次组合电池多类别智能分选系统[J].制造业自动化,2006(8):15-16.

[6]陈恒军.基于多个Diamond机械手的电池分选系统研究与开发 [D].天津:天津大学,2006.

[7]郭卿,阎峰,马向国,等.基于网络与数据库技术的电池自动检测和分选系统[J].通信电源技术,2007(3):24-25.

[8]余进江,温远明,詹昆沅,等.基于网络平台的二次电池测试分选系统[J].电源技术,2007(6):31-32.

[9]武生玉,徐庆华,黄新明.一种锂电池检测分选系统中的数据通信[J].黄石高等专科学校学报,2004(1):20-21.

[10]满威.锂离子电池自动检测分选系统的开发设计[D].哈尔滨:哈尔滨理工大学,2003.