动力电池测试分拣机器人.docx

动力电池测试分拣机器人 我国对电池行业的发展非常重视，国务院先后发布有关产业发展计划，对电池行业产业结构调整给予重点支持。目前，我国已成为锂电池最大生产国，随着未来电动汽车、智能电网以及新能源这三大着力发展的新兴产业发展，对电池产业会有更旺盛的需要。以电动汽车为例，根据国务院发布的节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020），预计到2020年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车市场保有量达到500万辆以上1 2。这对电池产业批量生产能力和电池的产品质量提出了很高的要求。由于单体电池通常无法满足电动汽车、仪器仪表等应用场合对电压、电流、容量以及功率等方面的要求，因此可充电电池的应用主要采用把多个电池串并联形成电池组的方法3。这就要求电池在成组时需要在特性上，如电压、电流、内阻、容量等参数有较好的一致性。如果成组电池一致性差，会导致电池组性能下降，寿命缩短，甚至起火爆炸4。因此，在电池生产过程中，经过化成工序后（对电池充电以激活其材料活性）还需要根据电池的相关参数进行分容，将电池精确地划分成不同档次，以便成组装配使用5。我国电池行业的快速发展，刺激了化成分容设备的研发和生产。如湖南大学、北京交通大学、武汉理工大学、厦门大学、华中科技大学等高校与企业合作研发了具有较高自动化程度的电池化成分容设备6-8，此外深圳新威尔电子有限公司、哈尔滨子木科技有限公司、广州擎天实业等企业也生产出相应产品并投放市场。还有一些国外的设备，如美国Arbin仪器公司，德国迪卡龙公司等已有产品进入中国市场9。这些新型的电池化成分容测试设备大大提高了电池生产质量，降低了电池充放电过程中的能源消耗，加快了我国电池行业的发展。但是这些测试设备在运行时需要人工将单只电池装入分容柜的电池夹头中，经一定时间的分容测试后，人工设定分容档次，根据测试设备的指示灯标识或屏幕提示信息，由人工逐个将同档次电池取下装盒并人工标识。电池搁置一定时间后，再重新测量电池电压、内阻等，进行二次分拣。在此过程中，不仅需要大量的人工来完成每只电池的装夹和分拣，还需要人工对电池的容量档次进行分类设置、分拣装盒、笔记标识等。当车间的电池型号、批次、档次等较多时，经常造成人为分容错误、标识不清等。当电池容量较大，分容时间较长时，还会造成工人的无效工作等待，造成人工的浪费。由于电池性能的特点，分容后的电池还需要人工进行电压、内阻等测试和分拣，此环节也会造成人为误判以及大量的人力和时间成本。显然，电池的自动分拣已成为电池生产中耗时费力的一道工序，成为电池高效自动化生产的短板，制约了电池生产向智能化方向的发展。美国Arbin公司已开发出电池自动化分拣设备，但投资巨大，不适应我国电池大规模生产的需求。天津大学采用并联机械手设计了电池分拣系统，但每次只能拾取单个电池，生产效率不高。物联网是指通过RFID（无线射频识别标签）识别、红外感应器、二维码扫描器等信息传感设备，按照制定的通信协议，把物品与互联网连接，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络体系10。物联网是继计算机技术和互联网之后，信息产业界的又一次大的发展和变革，也成为国内外的研究热点11。在这个网络中，物品能够在无需人为干预的情况下通过传感器网络彼此感知和识别，实现信息的互联和共享。目前物联网在有些行业的应用已处于实用阶段12。基于物联网的这些特点和可实现的功能，结合我国电池行业发展需求和企业实际生产现状，本项目采用物联网技术对电池生产车间的自动分拣控制系统展开研究。通过对人工分拣过程进行总结和分析，提出了电池测试分拣自动线的构想和体系结构。所设计的电池分拣自动线将经过标识的电池进行分容测试，测试数据通过网络传递给分拣机械手，分拣机器手利用电磁吸盘将同档次的电池批次取出，放置到输送带上，控制系统将输送带尾部对应档次的气动闸门打开，不同档次的电池被输送到各自的料斗，从而实现电池的自动分拣。在分容过程中所采集的电池数据通过网络被传送到上位机和数据服务器，经过处理后形成电池性能质量控制图，对电池生产过程进行提前干预，实现了电池自动分拣的物联通信、生产监视、数据管理、远程控制和质量分析。图1 电池自动分拣控制系统层次结构本项目的成功实施，将填补国内电池自动分拣设备的空白，彻底改变人工分拣所带来的弊端，消除电池制造的短板和瓶颈，使其能更好地与电池制造的其它自动化工序相匹配，从而提高整个行业的先进制造水平，这对我国的能源战略及节能环保也具有重要的现实意义。参考文献：1.刘彦龙. 中国锂电池产业发展分析J,电池世界,2012,9:34-362..节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）,中华人民共和国能源局。3.李凌云,任彬.我国锂离子电池产业现状及国内外应用情况J,电源技术,2013,137（5）:883-8854.Ohzuku T, Brodd R J. An overview of positive-electrode materials for advanced lithium-ion batterieJ. Power Sources, 2009,174(3):449-4565.林凯,韩阳,翁超.智能型锂离子电池化成检测系统的设计与实现J,机电技术,2013,6:100-1026.徐军,王禹,贾志超. 电动公交车锂电池远程监测系统设计与实现J, 北京工业大学学报,40(9):1327-13337.白栋材.电池化成分容系统上位机软件开发的设计与实现，武汉理工大学硕士论文, 20128. 蔡勇，锂离子电池电化学性能测试系统及其应用研究，湖南大学博士学位论文，20159. Tara E, Shahidinejad S, Filizadeh S, et al. Battery storage sizing in a retrofitted plug-in hybrid electric vehicleJ. Vehicular Technology, IEEE Transactions, 2010, 59(6):2786-279410.Kortuem G, Kawsar F, Fitton D, et at. Smart objects as building blocks for the internet of thingsJ. Internet Computing,IEEE,2010,14(1):44-5111.刘明周,马靖,赵志彪.物联网环境下的机械产品管控一体智能装配系统建模,计算机集成制造系统，21(