CN108278890B - 一种在线水分测量方法、测量装置及测量系统 - Google Patents
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Abstract
一种在线水分测量方法、测量装置及测量系统，用于在线判断被烘烤电池的干燥程度，该测量方法包括：计算烘箱内的真空度变化率；以及利用所述真空度变化率计算被烘烤电池的水分值。该测量装置包括用于计算烘箱内的真空度变化率的第一模块；以及用于利用所述真空度变化率计算被烘烤电池的水分值的第二模块。该测量系统包括设置于烘箱的真空度测量装置、设置于烘箱的温度测量装置、以及上述在线水分测量装置，所述在线水分测量装置分别与所述真空度测量装置和所述温度测量装置连接。本发明利用烘箱内的实时的环境参数来计算电池的水分值，电池烘烤一致性好，不破坏电池，而且能够极大地提高生产效率和降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及电池制造领域，更具体地说是一种能够在电池烘烤处理中判断电池干燥程度的在线水分测量方法、在线水分测量装置及在线水分测量系统。
背景技术
锂电池烘烤干燥是目前动力电池必不可少的关键工序，其烘烤干燥的程度和一致性，直接影响锂电池的性能品质。特别是动力电池PACK时，对锂电池的一致性要求很高。但一直以来，锂电池的烘烤都是采用时间控制法，在确定烘箱功能的前提下，通过规定烘箱烘烤时间来完成锂电池的烘烤。但这种烘烤模式存在显著的缺陷，主要表现在：①不同季节不同批次的锂电池初期水分往往不同，甚至有很大差别，初始水分少的就容易烘干，初始水分多的烘烤时间就会长一些，按同样的烘烤时间要么有的烘烤时间过长，要么有的烘烤不够。在锂电池批量自动化烘烤过程中，不可能每一箱电芯都去抽检，而且即使抽检了，也不一定能代表这一箱电芯都烘烤到位了。要想确保都能烘烤到位，只能尽量延长电芯的烘烤时间，从而影响烘烤的产能和极大浪费能源；②不同烤箱内的电芯烘烤一致性无法保证；③定期抽检电芯干燥情况必须要破坏电池，用专用的水分测量仪进行水分测量，这就需要一定的时间，可能会影响正常的生产节拍。因此这种检验方式检验成本很高。急需寻找一种新的方法和手段替代。
发明内容
本发明的目的是提供一种在线水分测量方法、测量装置及测量系统，以解决采用时间控制法控制电池烘烤存在的上述技术缺陷中的至少一种。
本发明中所述电池泛指电池和超级电容。
本发明的发明构思如下：利用电池干燥过程水蒸发的特性，通过对烘箱内电池(电芯)的温度、真空度和水蒸发的速率等参数组合，整合成一套简单实用的模糊算法，实现电池在真空干燥过程中的在线水分判断。在上述构思下，本发明提供的具体技术方案如下：
一种在线水分测量方法，用于在线判断被烘烤电池的干燥程度，所述在线水分测量方法包括：步骤S1、计算烘箱内的真空度变化率；以及步骤S2、利用所述真空度变化率计算被烘烤电池的水分值。
在一些方案中，所述步骤S1包括：步骤S1-1、获取烘箱内的第一真空度；步骤S1-2、间隔一段时间Δt再次获取烘箱内的第二真空度；以及步骤S1-3、利用所述第二真空度和所述第一真空度计算真空度变化率。
在另一些方案中，所述步骤S1包括：步骤S1-1、计算烘箱内达到第一真空度的第一时间；步骤S1-2、计算烘箱内达到第二真空度的第二时间；以及步骤S1-3、利用所述第一真空度、所述第二真空度、所述第一时间和所述第二时间计算真空度变化率。
在上述的在线水分测量方法中，优选地，所述步骤S1还包括：步骤S1-4、将步骤S1-3获得的所述真空度变化率与设定数值比较，当所述真空度变化率等于或接近所述设定数值时执行所述步骤S2否则循环执行所述步骤S1-1至所述步骤S1-3；所述设定数值满足以下条件：在所述设定数值下所述水分值和所述真空度变化率的函数关系为线性关系或接近线性关系。
在上述的在线水分测量方法中，优选地，所述步骤S1-1和所述步骤S1-2均在同一保压周期内执行。
在上述的在线水分测量方法中，优选地，所述时间Δt为1秒至120秒之间的一个数值。
在上述的在线水分测量方法中，优选地，所述第一真空度和所述第二真空度均不大于500Pa。
在上述的在线水分测量方法中，优选地，所述步骤S2包括用调整系数K对所述真空度变化率进行运算。
在上述的在线水分测量方法中，优选地，所述在线水分测量方法还包括根据参数选择所述调整系数K的步骤，所述参数包括由烘箱腔体大小、开始判断水分值时的烘箱内真空度、发热装置被设定的加热温度值、烘箱加热已消耗功率值、被烘烤电池的结构形态以及被烘烤电池总重量构成的参数池中的至少一种。
一种在线水分测量装置，用于在线判断被烘烤电池的干燥程度，所述在线水分测量装置包括：用于计算烘箱内的真空度变化率的第一模块；以及用于利用所述真空度变化率计算被烘烤电池的水分值的第二模块。
在一些方案中，所述第一模块包括：用于获取烘箱内的第一真空度的第一子模块；用于间隔一段时间Δt再次获取烘箱内的第二真空度的第二子模块；以及用于利用所述第二真空度和所述第一真空度计算真空度变化率的第三子模块。
在另一些方案中，所述第一模块包括：用于计算烘箱内达到第一真空度的第一时间的第一子模块；用于计算烘箱内达到第二真空度的第二时间的第二子模块；以及用于利用所述第一真空度、所述第二真空度、所述第一时间和所述第二时间计算真空度变化率的第三子模块。
在上述的在线水分测量装置中，优选地，所述第一模块还包括第四子模块，所述第四子模块用于将第三子模块获得的所述真空度变化率与设定数值比较，当所述真空度变化率等于或接近所述设定数值时传输给所述第二模块否则循环执行所述第一至第三子模块；所述设定数值满足以下条件：在所述设定数值下所述水分值和所述真空度变化率的函数关系为线性关系或接近线性关系。
在上述的在线水分测量装置中，优选地，所述第二模块包括用于用调整系数K对所述真空度变化率进行运算的子模块；所述在线水分测量装置还包括用于根据参数选择所述调整系数K的模块，所述参数包括由烘箱腔体大小、开始判断水分值时的烘箱内真空度、发热装置被设定的加热温度值、烘箱加热已消耗功率值、被烘烤电池的结构形态以及被烘烤电池总重量构成的参数池中的至少一种。
在上述的在线水分测量装置中，优选地，所述在线水分测量装置为基于可编程逻辑控制器的在线水分测量装置。
一种在线水分测量系统，用于在线判断被烘烤电池的干燥程度，所述在线水分测量系统包括：设置于烘箱的真空度测量装置；设置于烘箱的温度测量装置；以及在线水分测量装置，所述在线水分测量装置分别与所述真空度测量装置和所述温度测量装置连接，所述在线水分测量装置为上述任意一项所述的在线水分测量装置。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
由于利用烘箱内的实时的环境参数来计算电池的水分值，测量结果不受季节、被烘烤电池的生产批次等影响，电池烘烤一致性好。同时，由于不需要接触被烘烤电池，所以不会破坏电池，能够在烘烤过程中在线测量，不但不会影响生产，而且能够极大地提高生产效率和降低生产成本。
附图说明
图1为一实施例在线水分测量方法的流程图；
图2为一实施例在线水分测量装置的框图；
图3为一实施例在线水分测量装置中第一模块的框图；
图4为一实施例在线水分测量系统的框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图1中示出了一种用于在线判断被烘烤电池的干燥程度的在线水分测量方法。参照图1，本在线水分测量方法包括：
步骤S1、计算烘箱内的真空度变化率；
步骤S2、利用所述真空度变化率计算被烘烤电池的水分值。
该在线水分测量方法的思想为：当电池在烘箱内被加热到电池厂家规定的温度后，按一定节奏打开真空阀抽真空，如开通抽一分钟，关闭保压两分钟等，过程中允许节奏变化。其中真空阀开通和关闭的时间可根据烘烤系统的具体情况设定。这种抽真空的方式可定义为：节拍抽。按节拍抽的方式，烘箱内的真空度数值会按节拍逐级变小，可以在每个节拍中抽真空结束瞬间，测出此时烘箱内的第一真空度P1，然后再测出保压Δt时间时的第二真空度P2。Δt的数值需固定。随着节拍不断进行，P1和P2都会越来越小。当P1和P2分别都稳定地小于一定的数值后，整箱的锂电池就能达到一个对应的干燥值。其中，P1的数值大小受真空阀连接的真空泵功率大小，真空箱体内被烘烤的锂电池重量和真空阀开通的时间影响，真空泵抽速越快，真空阀开通时间越长，真空箱体内被烘烤的电池重量越小，P1数值就越小；P2的数值大小受真空阀关闭保压的时间，真空箱体内被烘烤的锂电池的数量和重量以及当时被烘烤的锂电池内水分含量的多少影响。Δt固定值选择的时间越长，真空箱体内被烘烤的锂电池重量越大，被烘烤锂电池当时剩余水分湿度越高，则P2数值就越大。另外，电池内部的温度高低，会影响电池中水分的蒸发速度，烘烤温度越高，水分蒸发就越快，相同时间内最终剩余的水分就会越少。真空箱体自身的保压效果好坏也会影响P1和P2的数值。真空箱体保压效果越好，P1和P2的数值就越小。在此基础上，设计了电池在真空烘箱内烘烤的水分干燥值算法M＝K*ΔP^n，公式中，ΔP＝(P2-P1)/Δt，K为系统调整系数，主要受箱体的加热温度值、被烘烤电池的结构形态和总重量等参数影响。n为真空变化率调整系数，K值和n值都需要事先通过实际测试后确定。
作为一个实施例，计算烘箱内的真空度变化率的方法(即所述步骤S1)包括：
步骤S1-1、获取烘箱内的第一真空度P1；
步骤S1-2、间隔一段时间Δt再次获取烘箱内的第二真空度P2；以及
步骤S1-3、利用所述第二真空度P2和所述第一真空度P1计算真空度变化率ΔP。
由于水分值与真空度变化率的关系非线性关系。为了更准确地检测水分值，进一步所述计算烘箱内的真空度变化率的方法(即所述步骤S1)包括还包括步骤S1-4、将步骤S1-3获得的所述真空度变化率与设定数值比较，当所述真空度变化率等于或接近所述设定数值时执行所述步骤S2否则循环执行所述步骤S1-1至所述步骤S1-3；所述设定数值满足以下条件：在所述设定数值下所述水分值和所述真空度变化率的函数关系为线性关系或接近线性关系。为了减少影响因素和减少计算的复杂性，进一步所述步骤S1-1和所述步骤S1-2均在同一保压周期内执行。
上述时间Δt越大，测量数值将越准确，但计算模型将越复杂；反之，上述时间Δt越小，计算模型将越简单，但测量数值会有不太稳定。因此，Δt优选但不限于1秒至120秒之间的一个数值。
此外，真空度的数值将会影响测量准确性和测量速度，为此，一些实施例在不大于500Pa真空度环境下进行检测水分值，即所述第一真空度和所述第二真空度均不大于500Pa。但本发明并不限于在此真空度环境下进行检测。
作为一个实施例，利用所述真空度变化率计算被烘烤电池的水分值的方法(即所述步骤S2)包括用调整系数K对所述真空度变化率ΔP进行运算。但本发明并不限于此，应当理解，本领域技术人员在本发明启示下还可以对上述公式进行变形，这些均应包括在本发明的保护范围内。
进一步在线水分测量方法中还包括根据参数选择所述调整系数K的步骤，所述参数包括由烘箱腔体大小、开始判断水分值时的烘箱内真空度、发热装置被设定的加热温度值、烘箱加热已消耗功率值、被烘烤电池的结构形态以及被烘烤电池总重量构成的参数池中的至少一种。具体而言，电池密度(电池重量除以烘箱腔体内体积)越大，K值越小；开始判断水分值时的烘箱内真空度越大，K值越大，发热装置被设定的加热温度值越高或烘箱加热已消耗功率值越大，K值越小。所述被烘烤电池的结构形态包括但不限于方形、圆形和软包装形态。可以理解地，在有些实施例中，也可以不包括上述步骤，而在实际使用过程中，工作人员根据经验值直接输入相应的调整系数K。
作为另一个实施例，计算烘箱内的真空度变化率的方法(即所述步骤S1)包括：
步骤S1-1、计算烘箱内达到第一真空度的第一时间；
步骤S1-2、计算烘箱内达到第二真空度的第二时间；以及
步骤S1-3、利用所述第一真空度、所述第二真空度、所述第一时间和所述第二时间计算真空度变化率。
同理，第一真空度、第二真空度以及第二时间和第一时间的差值Δt受上述的各种因素影响，这里不再赘述。
图2示出了一种用于在线判断被烘烤电池的干燥程度的在线水分测量装置10。参照图2，本在线水分测量装置10包括：用于计算烘箱内的真空度变化率的第一模块11；以及用于利用所述真空度变化率计算被烘烤电池的水分值的第二模块12。
参照图3，在一个更具体的实施例中，所述第一模块11包括：用于获取烘箱内的第一真空度的第一子模块111；用于间隔一段时间Δt再次获取烘箱内的第二真空度的第二子模块112；以及用于利用所述第二真空度和所述第一真空度计算真空度变化率的第三子模块113。
在另一个更具体的实施例中，所述第一模块11包括：用于计算烘箱内达到第一真空度的第一时间的第一子模块；用于计算烘箱内达到第二真空度的第二时间的第二子模块；以及用于利用所述第一真空度、所述第二真空度、所述第一时间和所述第二时间计算真空度变化率的第三子模块。
进一步所述第一模块11还包括第四子模块114，所述第四子模块114用于将第三子模块113获得的所述真空度变化率与设定数值比较，当所述真空度变化率等于或接近所述设定数值时传输给所述第二模块12否则循环执行所述第一至第三子模块；所述设定数值满足以下条件：在所述设定数值下所述水分值和所述真空度变化率的函数关系为线性关系或接近线性关系。
进一步所述第二模块12包括用于用调整系数K对所述真空度变化率进行运算的子模块；所述在线水分测量装置还包括用于根据参数选择所述调整系数K的模块，所述参数包括由烘箱腔体大小、开始判断水分值时的烘箱内真空度、发热装置被设定的加热温度值、烘箱加热已消耗功率值、被烘烤电池的结构形态以及被烘烤电池总重量构成的参数池中的至少一种。
作为一种较佳实施例，所述在线水分测量装置为基于可编程逻辑控制器的在线水分测量装置。其中可编程逻辑控制器可以是一个独立的可编程逻辑控制器，也可以是和烘箱的控制系统共用的可编程逻辑控制器。
本领域技术人员应当理解，上述模块或子模块可以进一步地分拆成更多的子模块，或者也可以将上述的多个模块或子模块组合为一个模块，这些均应包括在本发明的保护范围内。
图4示出了一种用于在线判断被烘烤电池的干燥程度的在线水分测量系统100。参照图4，所述在线水分测量系统100包括：设置于烘箱的真空度测量装置20；设置于烘箱的温度测量装置30；以及在线水分测量装置10，所述在线水分测量装置10分别与所述真空度测量装置20和所述温度测量装置30连接，所述在线水分测量装置可以是上述任意一种在线水分测量装置。
上述通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，这些详细的说明仅仅限于帮助本领域技术人员理解本发明的内容，并不能理解为对本发明保护范围的限制。本领域技术人员在本发明构思下对上述方案进行的各种润饰、等效变换等均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (14)
1.一种在线水分测量方法，用于在线判断被烘烤电池的干燥程度，其特征在于，所述在线水分测量方法包括：
步骤S1、计算烘箱内的真空度变化率ΔP；
步骤S2、利用所述真空度变化率计算被烘烤电池的水分值，水分值M＝K*ΔP^n，其中，K为系统调整系数，n为真空变化率调整系数；
所述步骤S2包括用系统调整系数K对所述真空度变化率ΔP进行运算。
2.根据权利要求1所述的在线水分测量方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
步骤S1-1、获取烘箱内的第一真空度P1；
步骤S1-2、间隔一段时间Δt再次获取烘箱内的第二真空度P2；以及
步骤S1-3、利用所述第二真空度P2和所述第一真空度P1计算真空度变化率ΔP，ΔP＝(P2-P1)/Δt。
3.根据权利要求1所述的在线水分测量方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
步骤S1-1、计算烘箱内达到第一真空度P1的第一时间；步骤S1-2、计算烘箱内达到第二真空度P2的第二时间；以及步骤S1-3、利用所述第一真空度P1、所述第二真空度P2、所述第一时间和所述第二时间计算真空度变化率ΔP。
4.根据权利要求2或3所述的在线水分测量方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：
步骤S1-4、将步骤S1-3获得的所述真空度变化率ΔP与设定数值比较，当所述真空度变化率ΔP等于或接近所述设定数值时执行所述步骤S2，否则循环执行所述步骤S1-1至所述步骤S1-3；
所述设定数值满足以下条件：在所述设定数值下所述水分值和所述真空度变化率的函数关系为线性关系或接近线性关系。
5.根据权利要求2或3所述的在线水分测量方法，其特征在于，所述步骤S1-1和所述步骤S1-2均在同一保压周期内执行。
6.根据权利要求2所述的在线水分测量方法，其特征在于，所述时间Δt为1秒至120秒之间的一个数值。
7.根据权利要求3所述的在线水分测量方法，其特征在于，所述第一真空度P1和所述第二真空度P2均不大于500Pa。
8.根据权利要求1所述的在线水分测量方法，其特征在于，所述在线水分测量方法还包括根据参数选择所述系统调整系数K的步骤，所述参数包括由烘箱腔体大小、开始判断水分值时的烘箱内真空度、发热装置被设定的加热温度值、烘箱加热已消耗功率值、被烘烤电池的结构形态以及被烘烤电池总重量构成的参数池中的至少一种。
9.一种在线水分测量装置，用于按照权利要求1所述的在线水分测量方法在线判断被烘烤电池的干燥程度，其特征在于，所述在线水分测量装置包括：
用于计算烘箱内的真空度变化率的第一模块；以及
用于利用所述真空度变化率计算被烘烤电池的水分值的第二模块。
10.根据权利要求9所述的在线水分测量装置，其特征在于，所述第一模块包括：
用于获取烘箱内的第一真空度的第一子模块；
用于间隔一段时间Δt再次获取烘箱内的第二真空度的第二子模块；以及
用于利用所述第二真空度和所述第一真空度计算真空度变化率的第三子模块。
11.根据权利要求9所述的在线水分测量装置，其特征在于，所述第一模块包括：
用于计算烘箱内达到第一真空度的第一时间的第一子模块；
用于计算烘箱内达到第二真空度的第二时间的第二子模块；以及
用于利用所述第一真空度、所述第二真空度、所述第一时间和所述第二时间计算真空度变化率的第三子模块。
12.根据权利要求10或11所述的在线水分测量装置，其特征在于，所述第一模块还包括：
第四子模块，所述第四子模块用于将第三子模块获得的所述真空度变化率与设定数值比较，当所述真空度变化率等于或接近所述设定数值时传输给所述第二模块否则循环执行所述第一至第三子模块；
所述设定数值满足以下条件：在所述设定数值下所述水分值和所述真空度变化率的函数关系为线性关系或接近线性关系。
13.根据权利要求9所述的在线水分测量装置，其特征在于，所述在线水分测量装置为基于可编程逻辑控制器的在线水分测量装置。
14.一种在线水分测量系统，用于在线判断被烘烤电池的干燥程度，其特征在于，所述在线水分测量系统包括：
设置于烘箱的真空度测量装置；
设置于烘箱的温度测量装置；以及
在线水分测量装置，分别与所述真空度测量装置和所述温度测量装置连接，所述在线水分测量装置为权利要求9至13中任意一项所述的在线水分测量装置。
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