CN109241615A - 一种在真空干燥过程中实时除水量的计算模型 - Google Patents

一种在真空干燥过程中实时除水量的计算模型 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在真空干燥过程中实时除水量的计算模型，具体步骤如下：在烘箱密封性良好且真空度较高的情况下，炉内实时压力P，气体实时平均温度T，干燥炉门打开时，根据温湿度传感器数据和公式3、4、5、计算出空气中水浓度a：公式3(水汽状态方程)：其中：e为实际水汽压，单位hPa，T为华氏度；公式4(饱和水汽压经验公式)：本发明所述的一种在真空干燥过程中实时除水量的计算模型，能够计算锂电池在真空干燥过程中的实时总除水量，从而大概估算出电池的干燥程度，经过设备多次验证，知道原始水分后，累计出来的出水量数量级合理，所计算出来的水分与实测误差在±50ppm以内，带来更好的使用前景。

Description

一种在真空干燥过程中实时除水量的计算模型
技术领域
本发明涉及真空干燥领域，特别涉及一种在真空干燥过程中实时除水量的计算模型。
背景技术
锂电池在真空干燥后的水分含量将直接影响电池的质量。如果知道某特定材料型号锂电池的原始水分，再知道干燥过程中除了多少水，并假设电池干燥度较为一致，那么就能大概算出电池实时含水量。在真空干燥过程中，以往具体除了多少水没法知道的。本计算模型能大概算出实时除水量。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种在真空干燥过程中实时除水量的计算模型，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种在真空干燥过程中实时除水量的计算模型，具体步骤如下：
(1)在烘箱密封性良好且真空度较高的情况下，炉内实时压力P，气体实时平均温度T，干燥炉门打开时，根据温湿度传感器数据和公式3、4、5、计算出空气中水浓度a：
公式3(水汽状态方程)：其中：e为实际水汽压，单位hPa，T为华氏度；
公式4(饱和水汽压经验公式)：
公式5：相对湿度＝e/E；
(2)电池入炉关门后，以空气摩尔质量29g/mol,根据公式1和公式2计算炉内的气体质量m：
公式1：m＝nM＝V/Vm*M，其中：n为物质的摩尔量，Vm为气体摩尔体积，M为气体摩尔质量；
公式2(理想气体状态方程)：气体物质的量：n＝pv/RT，其中：
p为理想气体压强；
V为理想气体体积；
n为理想气体中气体物质的量，单位为mol；
R为理想气体常数，当温度较高，压力趋于0Pa时,R＝8.314472m3·Pa·mol-1·K-1；
(3)从常压抽至P1(建议10000Pa以下，越低越准确)，第t1分钟后开始计算，根据炉内状态选择计算方式：
A.开始抽真空：
记录抽真空用时t2，可计算预估除水量，停止抽真空；
B.开始充氮气：
根据P、T和a计算充入氮后的水占比，新氮气占比，旧空气占比，计算出摩尔质量mol，停止充氮气；
C.开始不抽真空且不充氮气：
a.根据开始那一刻气体属性和泄漏率，及T，计算预升压P1。计算前一段时间水蒸发速率v2；
b.根据P、P1、T，及公式1和公式2计算本次除水量，水浓度a，水蒸发速率v1；
b1.根据v1，v2，计算抽真空时的预估水蒸发速度v3。根据v3、t2计算出抽真空时的大概除水量，根据公式6计算大概水浓度a和摩尔质量，累计除水量至M；
公式6：抽真空结束后水浓度a≈p0+t(v-v0)(1-p0)(1-p0)(P1-P2)/(P1+P2)，
其中p0为抽真空前的浓度，
t为抽真空时间，
v为水蒸发升压速率，
V0泄露升压速率，
P1为抽真空前的压力，
P2为抽真空后的压力；
b2.开始抽真空或充氮气，累计除水量至M。
优选的，所述步骤(2)中炉内混合气体中有氧气，氮气，水蒸气等，其它稀少的气体如二氧化碳、惰性气体对摩尔质量大小的影响较小，可忽略不计，稳定的炉内除了自然泄露以外，只有真空阀、氮气阀和水分蒸发会影响炉内混合气体的组成，通过公式1根据各自比例计算可大概计算出混合气体的摩尔质量；如果炉内气体组成不变，随着温度的变化，气体的压力也随之变化，这可以根据公式2计算。
优选的，所述步骤(3)中如果气体的实际压力上升量P1大于因温度升高t引起的升压P2和泄露引起的升压P3之和，那么P1-(P2+P3)的压力可看作全是锂电池蒸发出来的水分，根据公式2可累计除水摩尔量，再根据公式1计算出除去的水的质量。
优选的，所述步骤(3)中在真空阀和氮气阀打开时和打开后一小段时间，由于温度传感器不可避免的滞后以及抽真空和充氮气的速度无可预知，因此计算时上可通过这小段时间前后的蒸发速率等效补偿。
优选的，所述步骤(3)中抽真空停止后水浓度可根据蒸发量计算，水蒸发速度比泄露速度快时，抽真空结束时水浓度要高于不抽真空时的浓度，可根据自拟合出的经验公式6大概计算出抽真空后的水浓度。
优选的，所述步骤(1)的前提是：提前知道烘箱泄漏率，有快速反应气体温度的温度传感器，有高可信度的真空变送器，抽真空速度较快。
本发明具有如下有益效果：计算锂电池在真空干燥过程中的实时总除水量，从而大概估算出电池的干燥程度，经过设备多次验证，知道原始水分后，累计出来的出水量数量级合理，所计算出来的水分与实测误差在±50ppm以内。
附图说明
图1为本发明一种在真空干燥过程中实时除水量的计算模型的自动干燥时除水量计算步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1所示，一种在真空干燥过程中实时除水量的计算模型，具体步骤如下：
(1)在烘箱密封性良好且真空度较高的情况下，炉内实时压力P，气体实时平均温度T，干燥炉门打开时，根据温湿度传感器数据和公式3、4、5、计算出空气中水浓度a：
公式3(水汽状态方程)：其中：e为实际水汽压，单位hPa，T为华氏度；
公式4(饱和水汽压经验公式)：
公式5：相对湿度＝e/E；
前提是：提前知道烘箱泄漏率，有快速反应气体温度的温度传感器，有高可信度的真空变送器，抽真空速度较快。
(2)电池入炉关门后，以空气摩尔质量29g/mol,根据公式1和公式2计算炉内的气体质量m：
公式1：m＝nM＝V/Vm*M，其中：n为物质的摩尔量，Vm为气体摩尔体积，M为气体摩尔质量；
公式2(理想气体状态方程)：气体物质的量：n＝pv/RT，其中：
p为理想气体压强；
V为理想气体体积；
n为理想气体中气体物质的量，单位为mol；
R为理想气体常数，当温度较高，压力趋于0Pa时,R＝8.314472m3·Pa·mol-1·K-1；
炉内混合气体中有氧气，氮气，水蒸气等，其它稀少的气体如二氧化碳、惰性气体对摩尔质量大小的影响较小，可忽略不计，稳定的炉内除了自然泄露以外，只有真空阀、氮气阀和水分蒸发会影响炉内混合气体的组成，通过公式1根据各自比例计算可大概计算出混合气体的摩尔质量；如果炉内气体组成不变，随着温度的变化，气体的压力也随之变化，这可以根据公式2计算。
(3)从常压抽至P1(建议10000Pa以下，越低越准确)，如果气体的实际压力上升量P1大于因温度升高t引起的升压P2和泄露引起的升压P3之和，那么P1-(P2+P3)的压力可看作全是锂电池蒸发出来的水分，根据公式2可累计除水摩尔量，再根据公式1计算出除去的水的质量，第t1分钟后开始计算，根据炉内状态选择计算方式：
A.开始抽真空：
记录抽真空用时t2，可计算预估除水量，停止抽真空；
B.开始充氮气：
根据P、T和a计算充入氮后的水占比，新氮气占比，旧空气占比，计算出摩尔质量mol，停止充氮气；
C.开始不抽真空且不充氮气：
a.根据开始那一刻气体属性和泄漏率，及T，计算预升压P1。计算前一段时间水蒸发速率v2；
b.根据P、P1、T，及公式1和公式2计算本次除水量，水浓度a，水蒸发速率v1；
b1.根据v1，v2，计算抽真空时的预估水蒸发速度v3。根据v3、t2计算出抽真空时的大概除水量，根据公式6计算大概水浓度a和摩尔质量，累计除水量至M；
公式6：抽真空结束后水浓度a≈p0+t(v-v0)(1-p0)(1-p0)(P1-P2)/(P1+P2)，
其中p0为抽真空前的浓度，
t为抽真空时间，
v为水蒸发升压速率，
V0泄露升压速率，
P1为抽真空前的压力，
P2为抽真空后的压力；
b2.开始抽真空或充氮气，累计除水量至M。
在真空阀和氮气阀打开时和打开后一小段时间，由于温度传感器不可避免的滞后以及抽真空和充氮气的速度无可预知，因此计算时上可通过这小段时间前后的蒸发速率等效补偿。
抽真空停止后水浓度可根据蒸发量计算，水蒸发速度比泄露速度快时，抽真空结束时水浓度要高于不抽真空时的浓度，可根据自拟合出的经验公式6大概计算出抽真空后的水浓度。
本发明具有如下有益效果：计算锂电池在真空干燥过程中的实时总除水量，从而大概估算出电池的干燥程度，经过设备多次验证，知道原始水分后，累计出来的出水量数量级合理，所计算出来的水分与实测误差在±50ppm以内。实际使用可空跑自动干燥程序几次，得到计算背景和算法误差。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种在真空干燥过程中实时除水量的计算模型，其特征在于：具体步骤如下：
(1)在烘箱密封性良好且真空度较高的情况下，炉内实时压力P，气体实时平均温度T，干燥炉门打开时，根据温湿度传感器数据和公式3、4、5、计算出空气中水浓度a：
公式3(水汽状态方程)：其中：e为实际水汽压，单位hPa，T为华氏度；
公式4(饱和水汽压经验公式)：
公式5：相对湿度＝e/E；
(2)电池入炉关门后，以空气摩尔质量29g/mol,根据公式1和公式2计算炉内的气体质量m：
公式1：m＝nM＝V/Vm*M，其中：n为物质的摩尔量，Vm为气体摩尔体积，M为气体摩尔质量；
公式2(理想气体状态方程)：气体物质的量：n＝pv/RT，其中：
p为理想气体压强；
V为理想气体体积；
n为理想气体中气体物质的量，单位为mol；
R为理想气体常数，当温度较高，压力趋于0Pa时,R＝8.314472m3·Pa·mol-1·K-1；
(3)从常压抽至P1(建议10000Pa以下，越低越准确)，第t1分钟后开始计算，根据炉内状态选择计算方式：
A.开始抽真空：
记录抽真空用时t2，可计算预估除水量，停止抽真空；
B.开始充氮气：
根据P、T和a计算充入氮后的水占比，新氮气占比，旧空气占比，计算出摩尔质量mol，停止充氮气；
C.开始不抽真空且不充氮气：
a.根据开始那一刻气体属性和泄漏率，及T，计算预升压P1。计算前一段时间水蒸发速率v2；
b.根据P、P1、T，及公式1和公式2计算本次除水量，水浓度a，水蒸发速率v1；
b1.根据v1，v2，计算抽真空时的预估水蒸发速度v3。根据v3、
t2计算出抽真空时的大概除水量，根据公式6计算大概水浓度a和摩尔质量，累计除水量至M；
公式6：抽真空结束后水浓度a≈p0+t(v-v0)(1-p0)(1-p0)(P1-P2)/(P1+P2)，
其中p0为抽真空前的浓度，
t为抽真空时间，
v为水蒸发升压速率，
V0泄露升压速率，
P1为抽真空前的压力，
P2为抽真空后的压力；
b2.开始抽真空或充氮气，累计除水量至M。
2.根据权利要求1所述的一种在真空干燥过程中实时除水量的计算模型，其特征在于：所述步骤(2)中炉内混合气体中有氧气，氮气，水蒸气等，其它稀少的气体如二氧化碳、惰性气体对摩尔质量大小的影响较小，可忽略不计，稳定的炉内除了自然泄露以外，只有真空阀、氮气阀和水分蒸发会影响炉内混合气体的组成，通过公式1根据各自比例计算可大概计算出混合气体的摩尔质量；如果炉内气体组成不变，随着温度的变化，气体的压力也随之变化，这可以根据公式2计算。
3.根据权利要求1所述的一种在真空干燥过程中实时除水量的计算模型，其特征在于：所述步骤(3)中如果气体的实际压力上升量P1大于因温度升高t引起的升压P2和泄露引起的升压P3之和，那么P1-(P2+P3)的压力可看作全是锂电池蒸发出来的水分，根据公式2可累计除水摩尔量，再根据公式1计算出除去的水的质量。
4.根据权利要求1所述的一种在真空干燥过程中实时除水量的计算模型，其特征在于：所述步骤(3)中在真空阀和氮气阀打开时和打开后一小段时间，由于温度传感器不可避免的滞后以及抽真空和充氮气的速度无可预知，因此计算时上可通过这小段时间前后的蒸发速率等效补偿。
5.根据权利要求1所述的一种在真空干燥过程中实时除水量的计算模型，其特征在于：所述步骤(3)中抽真空停止后水浓度可根据蒸发量计算，水蒸发速度比泄露速度快时，抽真空结束时水浓度要高于不抽真空时的浓度，可根据自拟合出的经验公式6大概计算出抽真空后的水浓度。
6.根据权利要求1所述的一种在真空干燥过程中实时除水量的计算模型，其特征在于：所述步骤(1)的前提是：提前知道烘箱泄漏率，有快速反应气体温度的温度传感器，有高可信度的真空变送器，抽真空速度较快。
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