手機(jī)、筆記本電腦等使用鋰聚合物電池時(shí)，怎樣防止過充電？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-05 17:11
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手機(jī)、筆記本電腦等使用鋰聚合物電池時(shí)，為了防止過充電，經(jīng)常是用機(jī)器監(jiān)視電池充電狀況，它的功能是一旦發(fā)現(xiàn)異常，立即停止充電。因此，使用這類機(jī)器充電的鋰聚合物電池不會(huì)發(fā)生過充電情況。模型汽車等用的鋰聚合物電池從其使用環(huán)境要求更輕便化，因此，在電池上并未安裝具備上述功能的基板，而是安裝在充電器上。模型汽車等用的鋰聚合物電池根據(jù)電池的構(gòu)成有各種容量( 單位時(shí)間可使用的電流量，單位:mAh) 、充放電容許量( 單位:CmA，C) 等不同產(chǎn)品，因此或者改變與之相應(yīng)的充電器設(shè)定，或者使用各種電池的專用充電器。否則，充電器附帶的功能不發(fā)揮作用，有時(shí)難免發(fā)生過充電情況。
另外，注意充電時(shí)周邊沒有可燃物，放入不燃性專用袋中，同時(shí)整個(gè)充電過程中經(jīng)常查看，預(yù)防電池是否發(fā)熱"膨脹等異常情況#如果忽略了這些使用上應(yīng)注意的問題進(jìn)行充電的話，就會(huì)過充電并著火。
( 1) 將鋰聚合物電池設(shè)定為鎳鉻電池( 鎳氫充電池) 充電時(shí)。當(dāng)鎳鎘電池充電完成時(shí)，會(huì)發(fā)生特有的電壓變化。電池檢測出這種變化，即停止充電。而鋰 聚合物電池沒有這方面功能，因此容易過充電。
(2) 當(dāng)構(gòu)成鋰聚合物電池的各電池電壓失衡，并且充電時(shí)設(shè)定的不合適時(shí)。鋰聚合物電池是將幾個(gè)電池排列組合在一起，因長年使用或使用條件不同，各電池電壓平衡有時(shí)產(chǎn)生差異。為了改善這種狀態(tài)，準(zhǔn)備能夠觀測各電池的充電狀況，并分別表示每個(gè)電池充電完成的充電器，我們將這種充電方法叫做平衡充電，當(dāng)給各電池電壓產(chǎn)生了差異的鋰聚合物電池充電時(shí)，如果未做平衡充電，排列的電池將作為一個(gè)整體被觀測，即便整體電壓正常，其中的單個(gè)電池也會(huì)出現(xiàn)過充電情況。
(3) 設(shè)定不對的情況下充電時(shí)。充電的鋰聚合物電池?cái)?shù)及充電方法"電壓"電流不正確時(shí)將出現(xiàn)過充電情況。
目前，純電動(dòng)客車動(dòng)力電池的安裝方式通常采用多個(gè)并聯(lián)的電池模塊安裝在電池箱內(nèi)，然后將多個(gè)電池箱固定在客車電池艙內(nèi)，電池箱之間通過箱外的正、負(fù)極串聯(lián)。由于純電動(dòng)客車使用的動(dòng)力電池有相當(dāng)一部分充電方式采用直充式，也就是將車輛上所有的電池模塊串聯(lián)在一起充電[11]，同時(shí)由于同一輛車中的不同電池模塊在容量和內(nèi)阻等方面都存在差別。因此，隨著充放電次數(shù)的增加，不同電池模塊在電壓、SOC 等方面的不均衡性會(huì)越來越明顯[9]，導(dǎo)致有些電池模塊會(huì)充不滿且放不盡，而有些電池模塊則會(huì)造成過充或者過放。
某款純電動(dòng)城市客車有9 個(gè)電池箱，每個(gè)電池箱由20 個(gè)電池模塊串聯(lián)，每個(gè)電池模塊是由32 個(gè)12.5 Ah/3.2V 的磷酸鐵鋰單體電池并聯(lián)而成。因此，每個(gè)電池模塊的額定容量為400 Ah，標(biāo)稱電壓為3.2 V；整車電池總額定容量400 Ah，標(biāo)稱電壓為576 V。交流異步電機(jī)的額定功率為100 kW，額定電壓為576 V，最低使用電壓為450 V，最高使用電壓為700 V。
防止電池過充或過放電路設(shè)計(jì)采用在每個(gè)箱內(nèi)第10、11 電池模塊之間串聯(lián)一個(gè)EV200 繼電器，其額定電流為200 A，控制電流為100 mA。將20 個(gè)電池模塊等分成兩部分，每部分10 個(gè)電池模塊都是直接串聯(lián)在一起的，同時(shí)在每一個(gè)電池箱的正、負(fù)極間串聯(lián)一個(gè)EV200繼電器。在正常充、放電時(shí)，串聯(lián)在電池模塊間的繼電器閉合，串聯(lián)在電池箱正、負(fù)極間的繼電器斷開，保證該箱電池模塊能夠正常充、放電。在充電時(shí)，當(dāng)某一箱電池模塊充電到最高電壓時(shí)，該電池箱串聯(lián)在電池模塊間的繼電器斷開，同時(shí)串聯(lián)在電池箱正、負(fù)極間的繼電器閉合。
該箱電池組就停止充電，并且保證了其它電池箱的電池模塊正常充電；當(dāng)最后一箱電池充滿電時(shí)，充電機(jī)自動(dòng)關(guān)閉。在放電時(shí)，當(dāng)某一箱電池模塊降到最低電壓時(shí)，該箱串聯(lián)在電池模塊間的繼電器斷開，同時(shí)串聯(lián)在箱體正、負(fù)極間的繼電器閉合，該箱電池會(huì)停止放電。此時(shí)電機(jī)就會(huì)限制功率并有相關(guān)報(bào)警措施，提醒駕駛員就近充電維護(hù)電池。因此，可以避免發(fā)生兩個(gè)或兩個(gè)以上電池箱的模塊間繼電器同時(shí)斷開的情況，不會(huì)出現(xiàn)電壓降得太低而使電機(jī)不能正常工作。圖1 為整車電池箱電路連接原理圖；圖2 為電池箱內(nèi)電池模塊以及繼電器連接原理圖。
摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展，鋰電池成為人們生活中不可或缺的日常用品，它廣泛地應(yīng)用于各種領(lǐng)域之中。在鋰電池極片分選方面，大多數(shù)鋰電池生產(chǎn)廠家利用電子天平手動(dòng)對其進(jìn)行稱重分選，人工稱重分選具有工作量大、人力勞動(dòng)成本大、生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)，而且不能較好地保證分選精度，人工稱重分選已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)商的需要。為此，我們有必要研制出具有高精度，使用方便、工作可靠及自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)的高速稱重分選機(jī)。
關(guān)鍵詞：鋰電池極片分選 自動(dòng)化 浮力稱重
我國鋰電池生產(chǎn)數(shù)量日益提高，在國際國內(nèi)市場所占比例逐漸增大，這一切與我國大規(guī)模生產(chǎn)鋰電池的生產(chǎn)工藝的提高及生產(chǎn)技術(shù)的逐步深化有著密切的關(guān)系。但是，在鋰電池極片稱重分選方面大多數(shù)鋰電池生產(chǎn)廠家利用電子天平手動(dòng)對其進(jìn)行稱重分選，工作量相當(dāng)大，生產(chǎn)效率降低，而且不能較好的保證分選精度。因此，針對鋰離子電池制片工藝中的正負(fù)極片稱重分選方式進(jìn)行研究，探索具有高精度，使用方便，工作可靠及自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)的稱重分選方式，將提升理電池廠家的生產(chǎn)效率，大幅增加廠家的市場份額。
一、國內(nèi)外分選機(jī)研究現(xiàn)狀
國外公司在分選機(jī)研究方面，起步早，技術(shù)領(lǐng)先，市場占有額大。在食品加工、化學(xué)、礦產(chǎn)及農(nóng)業(yè)綜合等產(chǎn)業(yè)，都有廣泛采用各種分選設(shè)備。
在美國，ESM公司和Sortex公司在分選機(jī)研究方面處于領(lǐng)先地位。它們分別于20世紀(jì)30年代和40年代開始致力于分選技術(shù)的研究，并且一直進(jìn)行技術(shù)革新，與時(shí)俱進(jìn)。
在日本，分選機(jī)研究領(lǐng)先的主要是安西制作所和佐竹公司。安西制作所成立于1966年，發(fā)展相當(dāng)迅速，在1970年，便成功研制出日本第一臺(tái)電子色彩分選機(jī)，在技術(shù)上獲得一大突破，這臺(tái)分選機(jī)在中國已經(jīng)被廣泛使用了十幾年；目前，中國各地均有企業(yè)采用安西研制的各類分選機(jī)，總量達(dá)到了近百套，以湖北南金建米業(yè)和中國藍(lán)天股份為例，它們是我國兩家較大的農(nóng)業(yè)上市公司，目前采用的都是安西的色選設(shè)備；2002年4月，安西又迎來了一次新的技術(shù)革新，成功開發(fā)出了AU，它是世界首創(chuàng)的專用于分選粘度小麥的分選機(jī)；佐竹公司生產(chǎn)的分選設(shè)備主要用于農(nóng)產(chǎn)品加工行業(yè)，采用線陣CCD浮力稱重傳感器對分選物料進(jìn)行識別，這種浮力稱重傳感器有較高分辨率，能檢測出細(xì)小病斑異色粒、微黃及雜質(zhì)等，使分選機(jī)性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)的同類分選機(jī)。
另外，主要從事分選技術(shù)研究的企業(yè)還有瑞士的布勒公司及美國和英國的一些糧油加工設(shè)備公司，這些企業(yè)的分選機(jī)產(chǎn)品遍布世界各地，代表著世界先進(jìn)水平。
國內(nèi)公司在分選機(jī)研究方面，起步晚，技術(shù)落后，目前成型的產(chǎn)品較少，主要是借鑒國外先進(jìn)技術(shù)，根據(jù)生產(chǎn)需求進(jìn)行改進(jìn)，所以研制的大多數(shù)極片分選系統(tǒng)都還停留在低級水平，各項(xiàng)性能指標(biāo)仍有待提升。如合肥安科光電和核工業(yè)理化工程研究院均有自主研發(fā)了分選設(shè)備，雖然都較好的實(shí)現(xiàn)了分選功能，但是相比國外分選機(jī)，各項(xiàng)性能指標(biāo)仍存在一定差距，尤其為了提高分選機(jī)的分選速度，一些電池自動(dòng)分選設(shè)備采用矩陣式排列機(jī)械手、多并聯(lián)機(jī)械手以及多工位、多托盤同步進(jìn)行分選的強(qiáng)化措施，但是最快速度只能達(dá)到60～90個(gè)/min，這也只是一個(gè)最佳的理論速度。由于這種設(shè)備造價(jià)很高，所以限制了在電池行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化推廣。
二、高速電池自動(dòng)分選機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
提高分選機(jī)分選速度的關(guān)鍵問題，在于增加機(jī)械手的數(shù)量。但是，由于機(jī)械手昂貴，對于目前的機(jī)械手分選設(shè)備是可望而不可及的。我們在設(shè)計(jì)電池自動(dòng)分選機(jī)首次采用廉價(jià)的吸盤式電磁鐵代替機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)了一款制造成本低，分選速度快，性能穩(wěn)定可靠，操作方便實(shí)用的新型電池自動(dòng)分選機(jī)。采用吸盤式的電池自動(dòng)分選機(jī)在結(jié)構(gòu)上分為電池分選區(qū)域、托盤進(jìn)料區(qū)域和電池收集區(qū)域，由384個(gè)吸盤式電磁鐵（其價(jià)格相當(dāng)于一只機(jī)械手的成本）組成4個(gè)8×12矩陣，位置對應(yīng)4個(gè)電池周轉(zhuǎn)托盤中的每一只電池，由此構(gòu)成一個(gè)電池分選區(qū)域；4個(gè)預(yù)分類的電池周轉(zhuǎn)托盤放在分選區(qū)域下方的托盤進(jìn)料區(qū)域的動(dòng)板上，汽缸推動(dòng)動(dòng)板可以將4個(gè)電池周轉(zhuǎn)托盤同時(shí)在電池分選區(qū)域和托盤進(jìn)料區(qū)域垂直上下移動(dòng)；在電池分選區(qū)域的一側(cè)有一個(gè)電池收集區(qū)域，一個(gè)收集托盤可以在電池收集區(qū)域和電池分選區(qū)域作水平運(yùn)動(dòng)。
采用吸盤式電磁鐵的電池自動(dòng)分選機(jī)的工作步驟如下：
步驟1：汽缸將電池周轉(zhuǎn)托盤由托盤進(jìn)料區(qū)域頂起直至電池分選區(qū)域，預(yù)分類電池的電池帽接觸到吸盤式電磁鐵表面。
步驟2：計(jì)算機(jī)根據(jù)電池的檢測結(jié)果和特定的分類方法，控制電池上方的吸盤式電磁鐵保持通電狀態(tài)或者斷電狀態(tài)，通電的吸盤式電磁鐵產(chǎn)生的磁場將該當(dāng)前類電池牢牢吸住。
步驟3：汽缸將電池周轉(zhuǎn)托盤落回到托盤進(jìn)料區(qū)域，此時(shí)，當(dāng)前類分選電池仍然牢牢吸在吸盤式電磁鐵上，其他預(yù)分類電池仍然留在電池周轉(zhuǎn)托盤里面，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)前分類電池從其他預(yù)分類電池中間分離出來的目的。
步驟4：電池收集盤從電池收集區(qū)域水平移動(dòng)至分選區(qū)域（吸盤式電磁鐵下方），到位以后，通電的吸盤式電磁鐵全部斷電，當(dāng)前分類電池全部落在電池收集盤上，并且被移出電池分選區(qū)域至電池收集區(qū)域進(jìn)行裝箱。
重復(fù)以上步驟分選下一類電池，直至所有電池分類分選結(jié)束。
三、結(jié)束語
采用吸盤式電磁鐵的電池自動(dòng)分選機(jī)，不需要價(jià)格昂貴的機(jī)械手和復(fù)雜的伺服控制系統(tǒng)，采用低廉的吸盤式電磁鐵和簡單的直線運(yùn)動(dòng)元件實(shí)現(xiàn)了電池快速分選，生產(chǎn)效率很高、性能十分穩(wěn)定可靠。
采用吸盤式電磁鐵的電池自動(dòng)分選機(jī)在整個(gè)分選過程全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，待分類的電池周轉(zhuǎn)托盤從設(shè)備的政左側(cè)推入，從右側(cè)流出后進(jìn)行下一輪周轉(zhuǎn)；電池分選出來在電池收集區(qū)域進(jìn)行快速裝箱；特別值得一提的是，該設(shè)備在更換電池型號時(shí)非常簡單，只是需要調(diào)整吸盤式電磁鐵的高度，其余不需要進(jìn)行任何調(diào)整。整個(gè)生產(chǎn)過程、調(diào)試和維修十分方便快捷，體現(xiàn)了人性化的設(shè)計(jì)理念。
采用吸盤式電磁鐵的電池自動(dòng)分選機(jī)，從根本上解決了人為誤操作導(dǎo)致電池錯(cuò)誤分類的現(xiàn)象發(fā)生，從而有效地保證了電池組的產(chǎn)品質(zhì)量和使用壽命。它的普及推廣，將有利于促進(jìn)大電池大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進(jìn)程。
蓄電池包括鉛酸電池、鋰電池與全釩液流電池。鉛酸電池已有100 多年的歷史，以其價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定得到廣泛應(yīng)用。但鉛酸電池循環(huán)壽命很低，一般為300-600 次；而且在電池制造、使用和回收過程中鉛對環(huán)境的污染已不能為現(xiàn)代社會(huì)所接受。全釩液流電池是一種新型儲(chǔ)能電池，其功率取決于電池單體面積、電堆層數(shù)和串并聯(lián)數(shù)，而容量取決于電解液容積，適于大容量儲(chǔ)能，而且?guī)缀鯚o自放電，循環(huán)壽命長。全釩液流電池成本非常昂貴，其轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性還有待提高，而且全釩液流電池需要泵進(jìn)行流體控制，增加了成本[2]。鋰電池單體電壓高，工作溫度范圍寬，比能量與效率高，自放電率低，通過采用保護(hù)與均衡電路可提高安全性和壽命。因此綜合各種電池的優(yōu)劣，鋰電池由于產(chǎn)業(yè)鏈相對成熟，安全可靠以及環(huán)境友好，成為儲(chǔ)能電站的首選。
了適用于多種負(fù)載就必須進(jìn)行串并聯(lián)組合；由于各單體電池之間存在差異性，導(dǎo)致電池組的性能呈下滑趨勢，如使用壽命比單體使用時(shí)明顯減少等。所以完善的BMS 系統(tǒng)不僅包括保護(hù)技術(shù)，還應(yīng)針對具體應(yīng)用制定合理的均衡方案，使得各鋰電單體的差異在合理范圍內(nèi)波動(dòng)，保證電池組安全高效的工作[3]。荷電狀態(tài)（SOC）可以準(zhǔn)確的表征電池剩余電量，合理的SOC 估計(jì)是預(yù)測電池工作時(shí)間，避免過沖過放的前提，是BMS 必備的功能；由于電池模型的復(fù)雜性，SOC 估計(jì)是十分復(fù)雜的，常用的方法有其合理性，但是也都存在很大缺陷。溫度也是影響鋰電工作效能的重要因素，溫度對電池的放電容量、內(nèi)阻、開路電壓都有很大的影響；尤其低溫時(shí)放電容量甚至可以跌至常溫時(shí)的一半左右。因此完善的BMS 系統(tǒng)還應(yīng)具備智能溫控功能以拓展應(yīng)用環(huán)境[5]。除此之外一個(gè)完整的BMS 系統(tǒng)還應(yīng)包括參數(shù)顯示、數(shù)據(jù)通信、故障報(bào)警等附屬功能
另外，注意充電時(shí)周邊沒有可燃物，放入不燃性專用袋中，同時(shí)整個(gè)充電過程中經(jīng)常查看，預(yù)防電池是否發(fā)熱"膨脹等異常情況#如果忽略了這些使用上應(yīng)注意的問題進(jìn)行充電的話，就會(huì)過充電并著火。
( 1) 將鋰聚合物電池設(shè)定為鎳鉻電池( 鎳氫充電池) 充電時(shí)。當(dāng)鎳鎘電池充電完成時(shí)，會(huì)發(fā)生特有的電壓變化。電池檢測出這種變化，即停止充電。而鋰 聚合物電池沒有這方面功能，因此容易過充電。
(2) 當(dāng)構(gòu)成鋰聚合物電池的各電池電壓失衡，并且充電時(shí)設(shè)定的不合適時(shí)。鋰聚合物電池是將幾個(gè)電池排列組合在一起，因長年使用或使用條件不同，各電池電壓平衡有時(shí)產(chǎn)生差異。為了改善這種狀態(tài)，準(zhǔn)備能夠觀測各電池的充電狀況，并分別表示每個(gè)電池充電完成的充電器，我們將這種充電方法叫做平衡充電，當(dāng)給各電池電壓產(chǎn)生了差異的鋰聚合物電池充電時(shí)，如果未做平衡充電，排列的電池將作為一個(gè)整體被觀測，即便整體電壓正常，其中的單個(gè)電池也會(huì)出現(xiàn)過充電情況。
(3) 設(shè)定不對的情況下充電時(shí)。充電的鋰聚合物電池?cái)?shù)及充電方法"電壓"電流不正確時(shí)將出現(xiàn)過充電情況。
目前，純電動(dòng)客車動(dòng)力電池的安裝方式通常采用多個(gè)并聯(lián)的電池模塊安裝在電池箱內(nèi)，然后將多個(gè)電池箱固定在客車電池艙內(nèi)，電池箱之間通過箱外的正、負(fù)極串聯(lián)。由于純電動(dòng)客車使用的動(dòng)力電池有相當(dāng)一部分充電方式采用直充式，也就是將車輛上所有的電池模塊串聯(lián)在一起充電[11]，同時(shí)由于同一輛車中的不同電池模塊在容量和內(nèi)阻等方面都存在差別。因此，隨著充放電次數(shù)的增加，不同電池模塊在電壓、SOC 等方面的不均衡性會(huì)越來越明顯[9]，導(dǎo)致有些電池模塊會(huì)充不滿且放不盡，而有些電池模塊則會(huì)造成過充或者過放。
某款純電動(dòng)城市客車有9 個(gè)電池箱，每個(gè)電池箱由20 個(gè)電池模塊串聯(lián)，每個(gè)電池模塊是由32 個(gè)12.5 Ah/3.2V 的磷酸鐵鋰單體電池并聯(lián)而成。因此，每個(gè)電池模塊的額定容量為400 Ah，標(biāo)稱電壓為3.2 V；整車電池總額定容量400 Ah，標(biāo)稱電壓為576 V。交流異步電機(jī)的額定功率為100 kW，額定電壓為576 V，最低使用電壓為450 V，最高使用電壓為700 V。
防止電池過充或過放電路設(shè)計(jì)采用在每個(gè)箱內(nèi)第10、11 電池模塊之間串聯(lián)一個(gè)EV200 繼電器，其額定電流為200 A，控制電流為100 mA。將20 個(gè)電池模塊等分成兩部分，每部分10 個(gè)電池模塊都是直接串聯(lián)在一起的，同時(shí)在每一個(gè)電池箱的正、負(fù)極間串聯(lián)一個(gè)EV200繼電器。在正常充、放電時(shí)，串聯(lián)在電池模塊間的繼電器閉合，串聯(lián)在電池箱正、負(fù)極間的繼電器斷開，保證該箱電池模塊能夠正常充、放電。在充電時(shí)，當(dāng)某一箱電池模塊充電到最高電壓時(shí)，該電池箱串聯(lián)在電池模塊間的繼電器斷開，同時(shí)串聯(lián)在電池箱正、負(fù)極間的繼電器閉合。
該箱電池組就停止充電，并且保證了其它電池箱的電池模塊正常充電；當(dāng)最后一箱電池充滿電時(shí)，充電機(jī)自動(dòng)關(guān)閉。在放電時(shí)，當(dāng)某一箱電池模塊降到最低電壓時(shí)，該箱串聯(lián)在電池模塊間的繼電器斷開，同時(shí)串聯(lián)在箱體正、負(fù)極間的繼電器閉合，該箱電池會(huì)停止放電。此時(shí)電機(jī)就會(huì)限制功率并有相關(guān)報(bào)警措施，提醒駕駛員就近充電維護(hù)電池。因此，可以避免發(fā)生兩個(gè)或兩個(gè)以上電池箱的模塊間繼電器同時(shí)斷開的情況，不會(huì)出現(xiàn)電壓降得太低而使電機(jī)不能正常工作。圖1 為整車電池箱電路連接原理圖；圖2 為電池箱內(nèi)電池模塊以及繼電器連接原理圖。
摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展，鋰電池成為人們生活中不可或缺的日常用品，它廣泛地應(yīng)用于各種領(lǐng)域之中。在鋰電池極片分選方面，大多數(shù)鋰電池生產(chǎn)廠家利用電子天平手動(dòng)對其進(jìn)行稱重分選，人工稱重分選具有工作量大、人力勞動(dòng)成本大、生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)，而且不能較好地保證分選精度，人工稱重分選已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)商的需要。為此，我們有必要研制出具有高精度，使用方便、工作可靠及自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)的高速稱重分選機(jī)。
關(guān)鍵詞：鋰電池極片分選 自動(dòng)化 浮力稱重
我國鋰電池生產(chǎn)數(shù)量日益提高，在國際國內(nèi)市場所占比例逐漸增大，這一切與我國大規(guī)模生產(chǎn)鋰電池的生產(chǎn)工藝的提高及生產(chǎn)技術(shù)的逐步深化有著密切的關(guān)系。但是，在鋰電池極片稱重分選方面大多數(shù)鋰電池生產(chǎn)廠家利用電子天平手動(dòng)對其進(jìn)行稱重分選，工作量相當(dāng)大，生產(chǎn)效率降低，而且不能較好的保證分選精度。因此，針對鋰離子電池制片工藝中的正負(fù)極片稱重分選方式進(jìn)行研究，探索具有高精度，使用方便，工作可靠及自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)的稱重分選方式，將提升理電池廠家的生產(chǎn)效率，大幅增加廠家的市場份額。
一、國內(nèi)外分選機(jī)研究現(xiàn)狀
國外公司在分選機(jī)研究方面，起步早，技術(shù)領(lǐng)先，市場占有額大。在食品加工、化學(xué)、礦產(chǎn)及農(nóng)業(yè)綜合等產(chǎn)業(yè)，都有廣泛采用各種分選設(shè)備。
在美國，ESM公司和Sortex公司在分選機(jī)研究方面處于領(lǐng)先地位。它們分別于20世紀(jì)30年代和40年代開始致力于分選技術(shù)的研究，并且一直進(jìn)行技術(shù)革新，與時(shí)俱進(jìn)。
在日本，分選機(jī)研究領(lǐng)先的主要是安西制作所和佐竹公司。安西制作所成立于1966年，發(fā)展相當(dāng)迅速，在1970年，便成功研制出日本第一臺(tái)電子色彩分選機(jī)，在技術(shù)上獲得一大突破，這臺(tái)分選機(jī)在中國已經(jīng)被廣泛使用了十幾年；目前，中國各地均有企業(yè)采用安西研制的各類分選機(jī)，總量達(dá)到了近百套，以湖北南金建米業(yè)和中國藍(lán)天股份為例，它們是我國兩家較大的農(nóng)業(yè)上市公司，目前采用的都是安西的色選設(shè)備；2002年4月，安西又迎來了一次新的技術(shù)革新，成功開發(fā)出了AU，它是世界首創(chuàng)的專用于分選粘度小麥的分選機(jī)；佐竹公司生產(chǎn)的分選設(shè)備主要用于農(nóng)產(chǎn)品加工行業(yè)，采用線陣CCD浮力稱重傳感器對分選物料進(jìn)行識別，這種浮力稱重傳感器有較高分辨率，能檢測出細(xì)小病斑異色粒、微黃及雜質(zhì)等，使分選機(jī)性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)的同類分選機(jī)。
另外，主要從事分選技術(shù)研究的企業(yè)還有瑞士的布勒公司及美國和英國的一些糧油加工設(shè)備公司，這些企業(yè)的分選機(jī)產(chǎn)品遍布世界各地，代表著世界先進(jìn)水平。
國內(nèi)公司在分選機(jī)研究方面，起步晚，技術(shù)落后，目前成型的產(chǎn)品較少，主要是借鑒國外先進(jìn)技術(shù)，根據(jù)生產(chǎn)需求進(jìn)行改進(jìn)，所以研制的大多數(shù)極片分選系統(tǒng)都還停留在低級水平，各項(xiàng)性能指標(biāo)仍有待提升。如合肥安科光電和核工業(yè)理化工程研究院均有自主研發(fā)了分選設(shè)備，雖然都較好的實(shí)現(xiàn)了分選功能，但是相比國外分選機(jī)，各項(xiàng)性能指標(biāo)仍存在一定差距，尤其為了提高分選機(jī)的分選速度，一些電池自動(dòng)分選設(shè)備采用矩陣式排列機(jī)械手、多并聯(lián)機(jī)械手以及多工位、多托盤同步進(jìn)行分選的強(qiáng)化措施，但是最快速度只能達(dá)到60～90個(gè)/min，這也只是一個(gè)最佳的理論速度。由于這種設(shè)備造價(jià)很高，所以限制了在電池行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化推廣。
二、高速電池自動(dòng)分選機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
提高分選機(jī)分選速度的關(guān)鍵問題，在于增加機(jī)械手的數(shù)量。但是，由于機(jī)械手昂貴，對于目前的機(jī)械手分選設(shè)備是可望而不可及的。我們在設(shè)計(jì)電池自動(dòng)分選機(jī)首次采用廉價(jià)的吸盤式電磁鐵代替機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)了一款制造成本低，分選速度快，性能穩(wěn)定可靠，操作方便實(shí)用的新型電池自動(dòng)分選機(jī)。采用吸盤式的電池自動(dòng)分選機(jī)在結(jié)構(gòu)上分為電池分選區(qū)域、托盤進(jìn)料區(qū)域和電池收集區(qū)域，由384個(gè)吸盤式電磁鐵（其價(jià)格相當(dāng)于一只機(jī)械手的成本）組成4個(gè)8×12矩陣，位置對應(yīng)4個(gè)電池周轉(zhuǎn)托盤中的每一只電池，由此構(gòu)成一個(gè)電池分選區(qū)域；4個(gè)預(yù)分類的電池周轉(zhuǎn)托盤放在分選區(qū)域下方的托盤進(jìn)料區(qū)域的動(dòng)板上，汽缸推動(dòng)動(dòng)板可以將4個(gè)電池周轉(zhuǎn)托盤同時(shí)在電池分選區(qū)域和托盤進(jìn)料區(qū)域垂直上下移動(dòng)；在電池分選區(qū)域的一側(cè)有一個(gè)電池收集區(qū)域，一個(gè)收集托盤可以在電池收集區(qū)域和電池分選區(qū)域作水平運(yùn)動(dòng)。
采用吸盤式電磁鐵的電池自動(dòng)分選機(jī)的工作步驟如下：
步驟1：汽缸將電池周轉(zhuǎn)托盤由托盤進(jìn)料區(qū)域頂起直至電池分選區(qū)域，預(yù)分類電池的電池帽接觸到吸盤式電磁鐵表面。
步驟2：計(jì)算機(jī)根據(jù)電池的檢測結(jié)果和特定的分類方法，控制電池上方的吸盤式電磁鐵保持通電狀態(tài)或者斷電狀態(tài)，通電的吸盤式電磁鐵產(chǎn)生的磁場將該當(dāng)前類電池牢牢吸住。
步驟3：汽缸將電池周轉(zhuǎn)托盤落回到托盤進(jìn)料區(qū)域，此時(shí)，當(dāng)前類分選電池仍然牢牢吸在吸盤式電磁鐵上，其他預(yù)分類電池仍然留在電池周轉(zhuǎn)托盤里面，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)前分類電池從其他預(yù)分類電池中間分離出來的目的。
步驟4：電池收集盤從電池收集區(qū)域水平移動(dòng)至分選區(qū)域（吸盤式電磁鐵下方），到位以后，通電的吸盤式電磁鐵全部斷電，當(dāng)前分類電池全部落在電池收集盤上，并且被移出電池分選區(qū)域至電池收集區(qū)域進(jìn)行裝箱。
重復(fù)以上步驟分選下一類電池，直至所有電池分類分選結(jié)束。
三、結(jié)束語
采用吸盤式電磁鐵的電池自動(dòng)分選機(jī)，不需要價(jià)格昂貴的機(jī)械手和復(fù)雜的伺服控制系統(tǒng)，采用低廉的吸盤式電磁鐵和簡單的直線運(yùn)動(dòng)元件實(shí)現(xiàn)了電池快速分選，生產(chǎn)效率很高、性能十分穩(wěn)定可靠。
采用吸盤式電磁鐵的電池自動(dòng)分選機(jī)在整個(gè)分選過程全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，待分類的電池周轉(zhuǎn)托盤從設(shè)備的政左側(cè)推入，從右側(cè)流出后進(jìn)行下一輪周轉(zhuǎn)；電池分選出來在電池收集區(qū)域進(jìn)行快速裝箱；特別值得一提的是，該設(shè)備在更換電池型號時(shí)非常簡單，只是需要調(diào)整吸盤式電磁鐵的高度，其余不需要進(jìn)行任何調(diào)整。整個(gè)生產(chǎn)過程、調(diào)試和維修十分方便快捷，體現(xiàn)了人性化的設(shè)計(jì)理念。
采用吸盤式電磁鐵的電池自動(dòng)分選機(jī)，從根本上解決了人為誤操作導(dǎo)致電池錯(cuò)誤分類的現(xiàn)象發(fā)生，從而有效地保證了電池組的產(chǎn)品質(zhì)量和使用壽命。它的普及推廣，將有利于促進(jìn)大電池大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進(jìn)程。
儲(chǔ)能技術(shù)的的種類和優(yōu)勢
目前已有的儲(chǔ)能技術(shù)包括抽水、飛輪等物理儲(chǔ)能，超級電容等電磁儲(chǔ)能以及電化學(xué)原理的蓄電池儲(chǔ)能?？紤]到放電時(shí)間、成本等因素，蓄電池成為光伏電站儲(chǔ)能的首選[1]。目前已有的蓄電池包括鉛酸電池、鋰電池與全釩液流電池。鉛酸電池已有100 多年的歷史，以其價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定得到廣泛應(yīng)用。但鉛酸電池循環(huán)壽命很低，一般為300-600 次；而且在電池制造、使用和回收過程中鉛對環(huán)境的污染已不能為現(xiàn)代社會(huì)所接受。全釩液流電池是一種新型儲(chǔ)能電池，其功率取決于電池單體面積、電堆層數(shù)和串并聯(lián)數(shù)，而容量取決于電解液容積，適于大容量儲(chǔ)能，而且?guī)缀鯚o自放電，循環(huán)壽命長。全釩液流電池成本非常昂貴，其轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性還有待提高，而且全釩液流電池需要泵進(jìn)行流體控制，增加了成本[2]。鋰電池單體電壓高，工作溫度范圍寬，比能量與效率高，自放電率低，通過采用保護(hù)與均衡電路可提高安全性和壽命。因此綜合各種電池的優(yōu)劣，鋰電池由于產(chǎn)業(yè)鏈相對成熟，安全可靠以及環(huán)境友好，成為儲(chǔ)能電站的首選。
鋰電儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)
鋰電管理系統(tǒng)（BMS）是鋰電工作所必須的。首先鋰電池由于嚴(yán)禁過充過放電，所以必須配備保護(hù)設(shè)備以確保所有電芯的安全。另一方面由于單體鋰電池的標(biāo)稱電壓只有3.2-3.7V，為了適用于多種負(fù)載就必須進(jìn)行串并聯(lián)組合；由于各單體電池之間存在差異性，導(dǎo)致電池組的性能呈下滑趨勢，如使用壽命比單體使用時(shí)明顯減少等。所以完善的BMS 系統(tǒng)不僅包括保護(hù)技術(shù)，還應(yīng)針對具體應(yīng)用制定合理的均衡方案，使得各鋰電單體的差異在合理范圍內(nèi)波動(dòng)，保證電池組安全高效的工作[3]。荷電狀態(tài)（SOC）可以準(zhǔn)確的表征電池剩余電量，合理的SOC 估計(jì)是預(yù)測電池工作時(shí)間，避免過沖過放的前提，是BMS 必備的功能；由于電池模型的復(fù)雜性，SOC 估計(jì)是十分復(fù)雜的，常用的方法有其合理性，但是也都存在很大缺陷。溫度也是影響鋰電工作效能的重要因素，溫度對電池的放電容量、內(nèi)阻、開路電壓都有很大的影響；尤其低溫時(shí)放電容量甚至可以跌至常溫時(shí)的一半左右。因此完善的BMS 系統(tǒng)還應(yīng)具備智能溫控功能以拓展應(yīng)用環(huán)境[5]。除此之外一個(gè)完整的BMS 系統(tǒng)還應(yīng)包括參數(shù)顯示、數(shù)據(jù)通信、故障報(bào)警等附屬功能
