一种锂电池快速分选设备及分选方法与流程

1.本发明涉及锂电池分选装置技术领域，具体涉及一种锂电池快速分选设备及分选方法，主要适用于方形锂电池的分选。


背景技术：

2.锂电池在进行组装前需要根据电池电压、内阻及容量等参数对其进行分选排挡，从而获得一致性较好的锂电池，同时将参数不合格的锂电池筛选出来，以保证电池成品的质量。一般电池电压和内阻参数可以通过电压内阻测试仪直接测量获取，而电池电容需要在分容房对电池进行完全充放电才能测量获取，该过程存在耗时较长、能源消耗较多的问题。例如授权公告号为cn210207727u公开的中国实用新型专利“一种锂电池分选设备”以及公布号为cn108686981a公开的中国发明专利申请“锂电池分选机”。
3.另一方面，目前锂电池的分选大多采用人工分选方式，具体是人工使用电子仪器设备对锂电池测量从而得到其内阻值和电压，之后再人工观测测得的数据并将相同内阻值和电压的锂电池人工分选出来。这种利用人工测量、人工分选的模式存在着分选精度差和易出差错的问题，且分选工人在长时间劳作后容易出现疲劳情况，导致分选效率低。因此，有必要提出一种能够快速获取电池电容的锂电池快速分选设备及分选方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种锂电池快速分选设备及分选方法，该分选设备及分选方法解决了现有技术中不能快速获取电池电容的技术问题。
5.为达到上述技术目的，本发明的第一方面提供一种锂电池快速分选设备，包括输送单元、测试单元、分选单元以及控制单元。
6.所述输送单元用于接收并传送锂电池，包括进料皮带输送机、测试皮带输送机、出料皮带输送机和多个收料皮带输送机，所述进料皮带输送机、测试皮带输送机和出料皮带输送机按锂电池的传输方向依次设置，多个所述收料皮带输送机并排设置于所述出料皮带输送机的下方。
7.所述测试单元包括设置于所述测试皮带输送机上的阻抗谱仪和电压内阻测试仪，用于采集从其下方经过的锂电池的实时特征参数。
8.所述分选单元设置于所述出料皮带输送机上，用于将同一档的锂电池转移至对应的所述收料皮带输送机上。
9.所述控制单元分别与所述输送单元、测试单元和分选单元电连接，所述控制单元中预存有构建好的用以预测锂电池电容值的容量预测模型。
10.进一步地，所述分选设备还包括转运单元，所述转运单元包括第一移载机构和第二移载机构，所述第一移载机构设置于所述进料皮带输送机上，用于将扫码后的锂电池转移至所述测试皮带输送机上；所述第二移载机构设置于所述测试皮带输送机上，用于将检测后的锂电池转移至所述出料皮带输送机上。
11.进一步地，所述转运单元还包括设置于所述第一移载机构上料端一侧的扫码枪，用于对来料锂电池扫码以获取该锂电池的外形尺寸。
12.进一步地，所述第一移载机构包括龙门支架、第一线性电机、连接板、第二线性电机和抓取组件，所述龙门支架横跨于所述进料皮带输送机的前段上方，所述第一线性电机设置在所述龙门支架顶部的一侧面，所述扫码枪设置于所述龙门支架顶部的另一侧面，所述连接板、第二线性电机和所述抓取组件依次连接在所述第一线性电机上。
13.进一步地，所述抓取组件包括安装板、两块调整板及驱动件，所述安装板与所述第二线性电机的滑块连接，两块所述调整板分别连接在所述安装板的两侧，且两个所述调整板之间通过转轴连接，所述转轴与所述驱动件连接，以实现两块所述调整板相对或相背运动。
14.进一步地，所述第二移载机构与所述第一移载机构的结构相同。
15.本发明的第二方面提供一种锂电池分选方法，所述分选方法是通过本发明第一方面提供的分选设备完成的，具体包括：
16.依次通过所述输送单元的进料皮带输送机、测试皮带输送机、出料皮带输送机和收料皮带输送机进行锂电池的自动传送；
17.当锂电池在所述测试皮带输送机上传输时，通过所述阻抗谱仪和电压内阻测试仪采集锂电池的实时特征参数；
18.将所述实时特征参数导入所述容量预测模型内计算得到锂电池的电容预测值；
19.根据所述电容预测值通过所述分选单元对锂电池进行分选归档。
20.进一步地，所述容量预测模型为训练后完备的预测模型，具体包括：
21.获取若干锂电池在不同soc值下的电化学阻抗谱，根据所述电化学阻抗谱得到特征参数，对所述特征参数进行筛选，得到筛选后的特征参数；
22.构建容量预测模型，根据所述筛选后的特征参数对所述容量预测模型进行训练，得到训练完备的预测模型。
23.进一步地，根据所述电化学阻抗谱得到特征参数，包括利用所述电化学阻抗谱获取若干锂电池在不同频率下对应的实部值、虚部值及开路电压作为特征参数；
24.对所述特征参数进行筛选，包括利用相关系数计算公式计算所述特征参数和对应的锂电池soc值的相关性值，若所述相关性值的绝对值小于设定阈值，则对所述特征参数进行剔除。
25.进一步地，所述构建容量预测模型，包括构建支持向量机回归预测估计模型；
26.根据所述筛选后的特征参数对所述容量预测模型进行训练，包括以所述筛选后的特征参数作为输入值输入，以对应的退役电池soc值作为输出值输出对所述估计模型进行训练。
27.与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
28.本发明提供的一种锂电池快速分选设备及分选方法，通过将阻抗谱仪采集的实时特征参数导入控制器中预存的容量预测模型内计算能够快速得到锂电池的电容预测值，根据该电容预测值可对锂电池进行快速分选，与现有在分容房对电池进行完全充放电获取电容的方法相比，获取电容的时间缩短了很多，且无需消耗能量。
附图说明
29.图1是本发明所述锂电池快速分选设备整体结构的侧面视图；
30.图2是本发明所述锂电池快速分选方法的流程示意图。
31.图中附图标记具体如下：
32.100-输送单元，110-进料皮带输送机，120-测试皮带输送机，130-出料皮带输送机，140-收料皮带输送机；
33.200-测试单元，210-阻抗谱仪，220-电压内阻测试仪，221-立板，222-第三线性电机，223-第四线性电机，224-移动块；
34.300-分选单元；
35.400-转运单元，410-第一移载机构，411-龙门支架，412-第一线性电机，413-连接板，414-第二线性电机，415-抓取组件，4151-安装板，4152-调整板，420-第二移载机构，430-扫码枪；
36.500-锂电池。
具体实施方式
37.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
38.本发明的第一方面，提供一种锂电池快速分选设备，适用于方形锂电池，其结构如图1所示，包括有输送单元100、测试单元200、分选单元300以及控制单元。
39.所述输送单元100用于接收并传送锂电池500，包括进料皮带输送机110、测试皮带输送机120、出料皮带输送机130和多个收料皮带输送机140，所述进料皮带输送机110、测试皮带输送机120和出料皮带输送机130按锂电池500的传输方向依次设置，多个所述收料皮带输送机140并排设置于所述出料皮带输送机130的下方。
40.所述测试单元200包括设置于所述测试皮带输送机120上的阻抗谱仪210和电压内阻测试仪220，用于采集从其下方经过的锂电池500的实时特征参数。
41.所述分选单元300设置于所述出料皮带输送机130上，用于将同一档的锂电池500转移至对应的所述收料皮带输送机140上。
42.所述控制单元分别与所述输送单元100、测试单元200和分选单元300电连接，所述控制单元中预存有构建好的用以预测锂电池电容值的容量预测模型。如此设置，通过将阻抗谱仪210采集的实时特征参数导入所述容量预测模型中进行计算即可快速得到锂电池500的电容预测值，分选单元300再根据该电容预测值快速地对锂电池500进行分选，将同一类的锂电池500放置对应的收料皮带机140上进行归档。本发明的该技术方案与现有在分容房获取电容的方法相比，缩短了电容值获取的时间，无需消耗任何能源。
43.在一些实施例中，所述分选设备还包括转运单元400，所述转运单元400包括第一移载机构410和第二移载机构420，所述第一移载机构410设置于所述进料皮带输送机110上，用于将扫码后的锂电池500转移至所述测试皮带输送机120上；所述第二移载机构420设置于所述测试皮带输送机120上，用于将检测后的锂电池500转移至所述出料皮带输送机130上。
44.在一些实施例中，所述转运单元400还包括设置于所述第一移载机构410上料端一侧的扫码枪430，用于对来料锂电池500扫码以获取该锂电池500的外形尺寸。
45.在一些实施例中，所述第一移载机构400包括龙门支架411、第一线性电机412、连接板413、第二线性电机414和抓取组件415，所述龙门支架411横跨于所述进料皮带输送机110的前段上方，所述第一线性电机412设置在所述龙门支架411顶部的一侧面，所述扫码枪430设置于所述龙门支架411顶部的另一侧面，所述连接板413、第二线性电机414和所述抓取组件415依次连接在所述第一线性电机412上。如此，抓取组件415在第二线性电机414的带动发生上下移动，并且在第一线性电机412的带动下发生左右移动，实现抓取组件415在x轴和y轴方向的运动，用于调整位置以便于抓取锂电池500。
46.在一些实施例中，所述抓取组件415包括安装板4151、两块调整板4152及驱动件，所述安装板4151与所述第二线性电机414的滑块连接，两块所述调整板4152分别连接在所述安装板4151的两侧，且两个所述调整板4152之间通过转轴连接，所述转轴与所述驱动件连接。如此，当转轴在驱动元件的带动下发生转动时，可带动两个调整板4152发生相对或相背运动，实现对锂电池500的抓取和松开动作。
47.可选的，两个所述调整板4152的相对面分别设置有橡胶垫块，用于在夹取锂电池时有效保护锂电池。
48.具体的，所述第二移载机构420与所述第一移载机构410的结构相同。
49.在一些实施例中，电压内阻测试仪220包括竖直安装在所述测试皮带输送机120一侧的立板221，所述立板221上安装有第三线性电机222，所述第三线性电机222的滑块上安装有第四线性电机223，所述第四线性电机223的滑块上安装有两个移动块224，两个所述移动块224的下方分别固定有测试探针，则测试探针能够在两个移动块224的带动下相对或相背移动，用于调整测试探针的位置，使其与锂电池的正负极柱对准，而测试探针的上下位置是通过第三线性电机222来调整的。
50.在一些实施例中，所述进料皮带输送机110、测试皮带输送机120、出料皮带输送机130以及每个所述收料皮带输送机140的皮带两侧均设置有侧边挡板，以防止锂电池从皮带上滑落。
51.在一些实施例中，所述单选单元300为分选机械手。
52.另外，在第一移载机构410、第二移载机构420、阻抗谱仪210、电压内阻测试仪220以及分选机械手附近分别设置有传感器，所述传感器与所述控制器电连接，用于感应到锂电池来料，将信号传递给控制器以控制上述各机构开始工作。
53.本发明的第二方面，提供一种锂电池快速分选方法，该分选方法是基于本发明第一方面提供的分选设备完成的，如图2所示，具体包括以下步骤：
54.s1，依次通过所述输送单元100的进料皮带输送机110、测试皮带输送机120、出料皮带输送机130和收料皮带输送机140进行锂电池500的自动传送；
55.s2，当锂电池500在所述测试皮带输送机120上传输时，通过所述阻抗谱仪210和电压内阻测试仪220采集锂电池500的实时特征参数；
56.s3，将所述实时特征参数导入所述容量预测模型内计算得到锂电池500的电容预测值；
57.s4，根据所述电容预测值通过所述分选单元300对锂电池500进行分选归档。
58.具体的，所述容量预测模型为训练后完备的预测模型，具体包括：
59.s31，获取若干锂电池在不同soc值下的电化学阻抗谱，根据所述电化学阻抗谱得到特征参数，对所述特征参数进行筛选，得到筛选后的特征参数；
60.s32，构建容量预测模型，根据所述筛选后的特征参数对所述容量预测模型进行训练，得到训练完备的预测模型。
61.可选的，获取若干锂电池在不同soc值下的电化学阻抗谱，根据所述电化学阻抗谱得到特征参数的步骤包括在0.05c～1c下将锂电池调整至不同soc(δsoc＝5％)下，静置足够长的时间得到电池开路电压u，用阻抗谱测试仪在温度为(25
±
2)℃，频率为0.05～100khz的条件下设置不同的频率点数对电池进行交流阻抗测试，得到电化学阻抗谱。
62.具体的，根据所述电化学阻抗谱得到特征参数，包括：
63.利用所述电化学阻抗谱获取若干锂电池在不同频率下对应的实部值、虚部值及开路电压作为特征参数。
64.对所述特征参数进行筛选，包括：
65.利用相关系数计算公式计算所述特征参数和对应的锂电池soc值的相关性值，若所述相关性值的绝对值小于设定阈值，则对所述特征参数进行剔除。
66.需要说明的是，设定阈值的设定根据具体情况设定，一般设定为95％。
67.在一个具体的实施例中，所述相关系数计算公式为：
[0068][0069]
其中，x为特征参数，y为对应的锂电池soc值，ρ
x,y
为相关性值。
[0070]
具体的，所述构建容量预测模型，包括构建支持向量机回归预测估计模型。
[0071]
可选的，创建svm回归预测估计模型，所述svm的损失函数度量如下所示：
[0072][0073]
其中，ε为常量，ω为权重，b为偏差，φ(xi)为从输入空间到某个特征空间的映射,对于某一样本点(xi,yi),如果|y
i-ω
·
φ(xi)-b|≤ε,则完全没有损失，如果|y
i-ω
·
φ(xi)-b|》ε，则对应的损失为|y
i-ω
·
φ(xi)-b|-ε。
[0074]
进一步地，根据所述筛选后的特征参数对所述容量预测模型进行训练，包括：
[0075]
以所述筛选后的特征参数作为输入值输入，以对应的退役电池soc值作为输出值输出对所述估计模型进行训练。
[0076]
进一步地，步骤s3中将所述实时特征参数导入所述容量预测模型内计算得到锂电池500的电容预测值；包括：
[0077]
利用所述实时特征参数和所述容量预测模型得到初始soc预测值，对所述初始soc预测值进行反归一化处理得到所述锂电池的soc预测值。
[0078]
需要说明的是，利用训练完备的预测模型进行锂电池的电容值预测，能够保证锂电池电容预测的准确性。
[0079]
综上，本发明提供的一种锂电池快速分选设备及分选方法，通过阻抗谱仪210采集的实时特征参数和在控制器中预存的容量预测模型能够快速得到锂电池的电容预测值，并
根据该电容预测值对锂电池进行分选，与现有在分容房对电池进行完全充放电获取电容的方法相比，获取电容的时间缩短了很多，且无需消耗能量；同时通过进料皮带输送机110、测试皮带输送机120、出料皮带输送机130和多条收料皮带输送机140实现了锂电池500从上料到收料的自动传输过程，并且在该过程中同步设置扫码枪430、第一移载机构410、第二移载机构420、阻抗谱仪210、电压内阻测试仪220以及分选机械手，在自动传输的过程中同时完成了扫码、自动测量及自动分选的工作，以此完成了锂电池的自动分选，与现有人工分选相比，提高了分选效率和分选准确率。
[0080]
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。