车用蓄电池范文

车用蓄电池范文（精选7篇）

车用蓄电池 第1篇

铅酸蓄电池由于其工作电压平稳,使用温度范围大,电流范围宽广,充电次数较多;加上铅与硫酸资源丰富,价格较低,目前仍以其优越的性价比,在各种二次化学电池的生产量和应用范围上保持领先地位。但普通铅酸蓄电池也存在一些不足之处:充放电过程中容易失去水,排放出酸雾腐蚀环境,自行放电,荷电保持能力差,容量小,如果使用、维护不当,其容量和寿命将大大降低。因此,世界各国都在争相研究性能更优越的汽车启动用蓄电池,随着铅酸蓄电池材料与制造技术的不断发展,出现了一些新型蓄电池。

2 干荷电铅酸蓄电池

干荷电铅酸蓄电池是指正负极板具有干荷电性能的蓄电池。其荷电性能是指极板在干燥状态下,能保存在制作过程中所获得电荷的能力。它是按实际需要生产的一种蓄电池。其极板采用特殊的生产配方和制造工艺,组装后严格密封。极板具备充足电的条件,蓄电池容器内完全是干的,使用前只要把符合规定的电解液注入蓄电池内,半小时后即可使用,一般不需要进行初充电。目前,干荷电铅酸蓄电池多数作为特殊场合启动用蓄电池。

3 免维护铅酸蓄电池

免维护铅酸蓄电池又称MF蓄电池,是指蓄电池在其合理的使用寿命期内,不需频繁添加蒸馏水,电极腐蚀轻或没有腐蚀,蓄电池自放电小,在货架上或在车辆上都不需要进行补充充电等维护措施。在现代汽车上,广泛采用免维护蓄电池,它故障少、寿命长、启动性好,受到用户的欢迎。有些轿车上的免维护蓄电池内部还装有温度补偿型密度计,蓄电池盖顶部有检查指示器,实际是单格内装的液面计,可随时指示蓄电池存放电状态和电解液液面高低,以不同状态(颜色)显示蓄电池放电程度,可作为判断其放电技术状态的依据。

4 密封式铅酸蓄电池

普通蓄电池采用铅锑合金作板栅材料,正极板板栅中的锑在充电过程中溶解在电解液中,并逐渐沉积到负极活性物质的表面。锑的转移促进了氢的析出,负极板板栅中含锑也加速负极板的自放电,增加析氢量。因此,要减少氢的产生,必须改变常规用铅锑合金,改用低锑合金或无锑合金制造极板板栅。在圆柱形的密封式铅酸蓄电池(SLA)中使用高纯铅,在矩形SLA中采用低锑多元合金或铅钙合金。

5 阀控铅酸蓄电池

阀控铅酸蓄电池是普通铅酸蓄电池的改进,正、负极板栅用铅(Pb)钙(Ca)锡(Sn)合金铸成,可以减少氢气析出。在板栅合金中加入少量的锡和将板栅用较薄平板来制造,可以提高阀控铅酸蓄电池的能量。阀控铅酸蓄电池的比能量可达到22.5~44Wh/kg,比功率达到200W/kg,使用寿命达到600次以上,并可实现快速充电。

6 阀控式密封铅酸蓄电池

阀控式密封铅酸蓄电池(VRLA)的问世,克服了酸液和酸雾易于外溢的弊病,使它能与电子设备放在一起使用。

VRLA电池在结构、材料上作了重要的改进,正极板采用铅钙合金或铅镉合金、低锑合金,负极板采用铅钙合金,隔板采用超细玻纤隔板,并使用紧装配和贫液设计工艺技术,整个电池反应密封在塑料电池壳内,出气孔上加上单向的安全阀。这种电池结构,在规定充电电压下进行充电时,正极析出的氧(O2),可通过隔板通道传送到负极板表面,还原为水(H2O)。这是VRLA电池特有的内部氧循环反应机理,这种充电过程,电解液中的水几乎不损失,使电池在使用过程中达到不需加水的目的。

7 胶体铅酸蓄电池

一般铅酸蓄电池中的电解质为硫酸水溶液,而胶体电解质铅酸蓄电池中的电解质,是用净化的硅酸溶液与硫酸水溶液配制而成。两者的主要区别在于电解液,当硅酸溶液和硫酸水溶液混合后,凝结成稠厚的胶状物质,所以这种蓄电池就被称为胶体电解质铅蓄电池。

近年来,采用胶体电解质,有助于汽车启动用蓄电池的密闭化。目前汽车蓄电池,包括密闭式蓄电池,一律采用涂膏式极板。如果要延长蓄电池的使用寿命,在密闭式蓄电池中开发管式极板,将非用胶体电解质不可。

8 其他新型蓄电池

(1)水平式铅酸蓄电池。水平式蓄电池的极板是外面用高强度玻璃纤维包扎的铅丝编织的网状织布做成基体,在网状织布基体上涂敷铅和二氧化铅,构成“双层格网板”,作为水平式蓄电池的负极和正极。

车用蓄电池常见故障分析与检修 第2篇

蓄电池常见故障部位及其分析见表1。

蓄电池常见故障与排除方法见表2。

车用电池模型研究 第3篇

电池是一种将化学能转化为电能的装置。目前汽车主要使用的电池有铅蓄电池、镍镉蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子电池和燃料电池等。电池系统的性能优劣直接关系到汽车运行状态。然而电池结构、工作特性复杂,要了解电池的SOC、SOH、工作参数曲线等信息,须基于电池模型的建立。

2、电池模型

包括外电压、温度和工作电流等在内的参数是电池可以实时测量的外部特性参数。其中,电池工作电流主要受负载等外部条件控制和影响;电池温度与环境温度、工作电流、通风量和热管理等情况密切相关;电池的外电压包括开路电压、电流内阻上的欧姆压降和极化阻抗上的极化电压。通过建立电池模型,可以明确电池外部电气特性和内部状态的定量关系,进而根据电池的电压、电流、温度等外部变量计算出电池的内部状态。目前对电池研究的主要模型有电化学模型、等效电路模和神经网络模型三类。

2.1 简化电化学模型

简化电化学模型是基于电化学理论,采用数学方法描述电池内部的反应过程。

Peukert模型是Peukert方程基础上建立的。Peukert于1898年提出铅酸蓄电池的容量C或放电时间t与放电电流I之间关系式:Int=k或C=KI(1-n),式中n为与蓄电池结构有关的常数,n=1.15-1.42;K (与蓄电池中活性物质的量有关)为常数。Peukert方程表明,放电电流越大,蓄电池容量越小(但不适用于放电电流很小的情况)。

Shepherd模型是于1965年由C.M.谢菲尔德(Shepherd)提出的蓄电池端电压估算方程,即U=Es+Ae-(1-SOC)-C(1-SOC)-Ki(SOC)I-RiI,式中,Ae-(1-SOC)项用于校正初期放电时电压的剧烈下降;Es项代表蓄电池放电初始电压;C(1-SOC)是考虑空载电压随放电程度变化所引入的表达式;Ki (SOC) I用于表示电极板通道引起的压降;RiI项表示欧姆电压损失。Shepherd电池模型基于低电流状况下的恒电流放电研究,但是在电动汽车上,电池通常放电深度都比较低。

Unnewehr模型是简化了Shepherd的方程,即Et=E0-Ri*I-Ki*f,更适合在电动汽车使用。针对模型的开路电压或者空载电池端电压简化——Eoc=Eo-Ki*f;Unnewehr模型定义了描述内阻的函数——R=Ro-KR*f。其中,Ro为电池100%电量状态下的内阻;KR为常数(实验总结)。Nernst模型:能斯特方程是用以定量描述离子浓度比与电极电势的定量关系。对于任一电池反应:aA+bB=cC+dD,存在方程:,其中,为标准电动势,R为气体常数8.31441J/K*mol,T为温度,n为电极反应中的电子转移数,F为法拉第常量96.487KJ/V*mol。

Gregory L.plett组合模型是2002年美国科罗拉多大学的Gregory L.plett建立了以下的简化电化学模型,性能明显优于其他电化学模型。其中UL表示电池端电压;R1为电池内阻;I为电池电流;SOC为电池的核电荷状态;Ki为常数(i是1到4之间的整数);E0为开路电压。这种模型不适合恒流充放电的情况使用(简化电化学模型比较简单,模型参数少,用变电流工况辨识出来的模型参数对恒电流工况适应性很差),而动态工况输入下的模型误差却很小。

2.2 等效电路模型

等效电路模型本质上是电路网络,其电路元件由电阻、电容、恒压源等组成的典型的等效电路模型包括Rint模型、Thevenin等效电路模型、PNGV模型和RC模型。

Rint模型是由美国爱达荷国家实验室(INNEEL)设计的,用理想电压源描述电池的开路电压。Thevenin等效电路模型在Rint模型的基础上增加了一个电容和电阻。当电池有载荷时,其端电压的变化会体现出突变性和渐变性的双重特征;突变性是内阻表现出的特性,渐变性是极化电容表现的特性。PNGV模型是2001年《PNGV电池实验手册》中的标准性能电池的模型,同时也是2003年《FreedomCAR电池实验手册》中的标准性能电池的模型。它是对Thevein等效电路模型的提升,在原来的基础上增加电容,这样就可以更加准确的描述开路电压随负载电流的时间累积而产生的变化。RC模型利用大电容来模拟电池的储能特性,虽然和PNGV模型同是理论推导公式,但是RC模型更能够反映电池在动态工况下的性能。

2.3 神经网络模型

电池是一个高度非线性系统,而神经网络具有非线性、多输入多输出、泛化能力强的优点,这使得神经网络电池模型十分适合模拟电池的外特性。

2.3.1 基于BP神经网络的电池模型

BP网络是一种按误差逆传播算法训练的多层前馈网络。电流输入的BP神经网络模型是典型的三层BP网络,由输入层、输出层和隐含层组成。张万兴在分析动力电池特性的基础上,对某型号磷酸铁锂电池组进行电池组在不同放电倍率下放电、不同SOC下放电和循环工况下放电等试验,采用BP神经网络预测方法,建立了预测电池剩余容量的BP神经网络模型,再用cruise软件对BP神经网络电池模型在某款电动汽车上进行续驶里程仿真,通过与实际值比较,符合设计误差要求。

2.3.2 基于径向基函数神经网络电池模型

径向基函数网络(RBF网络)具有可逼近任意的非线性函数的特性、良好的泛化能力,和很快的学习收敛速度,可以用来分析比较复杂的系统。米林等人研究径向基函数神经网络方法实现对电动汽车动力电池SOC估计,对实验结果进行了分析和总结。实验结果表明:电池SOC估计模型可以通过蓄电池的工作电压、工作电流和表面温度参数来估计蓄电池的荷电状态实时值,采用径向基函数神经网络方法可以大大提高SOC值的精度。

2.3.3 基于PED的神经网络的电池模型

PID神经网络是是一种采用反向学习算法且能以任意精度逼近任意连续变化量动态的前向神经网络,它在神经网络的基本拓扑结构上发展起来的,不同之处是隐含层中融入PID控制规律。胡春华等人通过建立PID神经网络模型,将PID神经网络算法用于磷酸铁锂电池的SOC估算中,通过反向算法学习和训练SOC估算模型,采用前向和反向算法。对电池SOC容量进行估算,最后结果最大相对误差的绝对值处于较理想区间,精度较高。

2.3.4 基于Elman神经网络的电池模型

Elman网络具有与多层前向网络相似的多层结构,可以看作是一个具有局部记忆单元和局部反馈连接的前向神经网络,它是由J.L.Elman提出来的。韩丽等人基于Elman神经网络方法电池劣化程度预测建立模型;其次通过遗传算法对预测模型中的初始权值和阈值进行优化;然后根据浅度放电的测量数据进行劣化程度的预测;最后通过和实测数据的对比,该模型对电池劣化程度预测准确度较高。

2.3.5 基于小波神经网络电池模型

小波神经用络是基于小波变换而构成的神经网络模型,即用非线性小波基取代通常的神经元非线性激励函数,而小波变换具有时频局部特性和变焦特性。付主木等基于先进小波神经网络建立电池SOC预测模型,通过数学方法推导证明了小波神经网络的收敛性,并利用大量混合动力汽车动力电池在行驶过程中充放电的运行参数对神经网络进行网络训练,使得模型仿真结果精度有效提高。

3、总结

简化电化学模型的优点是简单易用,缺点是对其他影响电池性能的因素考虑不足,限制了模型在电动汽车中的广泛应用。等效电路模型对于电池的各种工作状态有较好的适用性,并且可以推导模型的状态空间方程,便于分析和应用。神经网络非线性、多输入多输出、泛化能力强的特点很适用于精确描述电池模型,尤其以误差反向传播神经网络(BP神经网络)理论最为完备;虽然具有比前两类电池更为复杂,但是在智能技术不断发展和人类社会对电动汽车电池技术要求越来越来高的大背景下越来越具有发展价值。

参考文献

[1]赵航,史广奎.混合动力电动汽车技术[M].北京:机械工业出版社,2012.

[2]张万兴.电动汽车动力电池剩余电量和续航里程预测研究[D].硕士学位论文,合肥:合肥工业大学,2012.04:29-42.

[3]米林,赵孟娜,秦甲磊,吴旋.基于径向基函数神经网络的电动汽车动力电池SOC模型[J].重庆理工大学学报(自然科学版),2011.25(10):11~15.

[4]胡春花,何仁,王润才,俞剑波.基于:PID神经网络的车用锂电池SOC估算[J].汽车技术.2012,10:3643.

[5]韩丽,戴广剑,李宁.基于GA.Elman神经网络的电池劣化程度预测研究[J].电源技术,2013.2:249-250,309.

车用铅蓄电池在使用中的故障及处理 第4篇

一、极板的硬化、钝化和收缩

1.极板的硬化。

启动用铅蓄电池在使用过程中, 由于负极板活性物质的孔率逐渐降低, 造成电解液难以渗透到活性物质内部, 使电池容量降低, 负极板趋于硬化。正常的负极板在放电终期与镉电极之电位差为-0.05～0.15 V, 而硬化的负极板显示正电压值。

(1) 负极板硬化的原因。

负极板干藏于空气中时间过久和电池长时间小电流放电, 都可引起负极板的硬化;极板制造质量低劣也是负极板硬化的一个主要原因。

(2) 负极板硬化的排除方法。

使用中遇到负极板硬化严重时, 虽然可采用反极充电进行补救, 但是效果不怎么明显。因此, 极板硬化严重者需更换新极板。

2.负极板的钝化和收缩。

负极板的收缩会造成活性物质的真实表面积大大减小, 严重时造成极板活性物质开裂, 使电池的放电容量降低, 甚至不能使用。负极板的钝化主要使负极板上的活性物质不能充分利用, 而降低了启动用铅蓄电池的放电容量。

(1) 负极板钝化和收缩的原因。

由于负极铅膏配方不合适, 使极板质量低劣。所以, 防止负极板钝化和收缩的主要措施, 是在负极铅膏的配方中加入添加剂 (膨胀剂) 。

(2) 负极板活性物质收缩的消除方法。

用补充充电规范电流值的一半作过充电可消除负极板硬化。但这种方法只适于负极板硬化不严重的。对于负极板硬化严重的, 要拆开蓄电池, 更换萎缩极板, 然后重新加注电解液, 按初充电规范对蓄电池进行充电。

二、铅蓄电池正极板的腐蚀

1.正极板腐蚀的主要原因

正极板 (主要是板栅) 容易腐蚀的主要原因。由于蓄电池在充电时, 正极板板栅的铅处于热力学不稳定状态, 它有力图转化为氧化程度更高的化合物二氧化铅 (PbO2) 的趋向, 使板栅继续受到腐蚀一直到腐烂。另外, 当电解液中含有对板栅有腐蚀作用的酸类或其他有机物盐类时, 都会加速板栅的腐蚀, 这些有害的酸类和盐类可能来自硫酸或蒸馏水。在充放电循环中, 正极板活性物质活动能力强, 正极板板栅容易腐烂。为了提高正极板板栅的抗腐性能, 多在浇铸板栅的铅锑合金中添加结晶变型剂, 来改善正极板板栅氧化膜的保护性能, 以增强其抗腐蚀性。

2.正极板腐蚀特征

蓄电池容量明显下降。极板上的活性物质失去应有的牢固性, 特别是正极板活性物质容易脱落。有的腐蚀纯属板栅腐蚀, 这种腐蚀是在工艺制造中形成的, 如新极板装入蓄电池前严重受潮, 板栅筋条已有腐蚀, 装入蓄电池后, 为期不长即出现全部溃烂。

3.正极板板栅腐蚀和变形的消除方法

应尽量避免低温、大电流放电。因为放电条件对正极板活性物质的脱落有较大影响。如果电解液中含有杂质一定要予以更换。一定要按照规定配制电解液的密度。对于正常损坏的正极板板栅, 要拆开蓄电池, 更换极板群, 再按蓄电池初充电规范进行充电。

4.正极板板栅腐蚀和变形的预防和补救措施

为提高正极板板栅的抗腐性能, 在浇铸板栅的铅锑合金中添加结晶变型剂 (效果较好的结晶变型剂有:银、砷、钙等) , 来改善正极板板栅氧化膜的保护性能, 或对板栅采用热处理的方法, 使板栅内外成分均匀, 结晶细致, 同样可达到抗腐蚀、抗变形的效果。

对于腐蚀较轻的铅蓄电池, 在电解液中如果有杂质, 应该更换符合规定的电解液, 清除沉淀物, 彻底清洗极板、隔板、电池槽, 重新装好, 经过充电即可使用。遇到腐蚀较重的铅蓄电池, 如果是电解液比重过高, 可用蒸馏水把电解液比重调到规定标准。注意不要过量充电, 一般仍可继续应用。如果在电池的寿命到中期以后, 发现正极板板栅腐蚀, 一般不要拆修, 只要能勉强使用, 就要尽量维持使用, 直到寿命终止, 再更换新极板。如果发现铅蓄电池的腐蚀严重, 如板栅已断裂, 活性物质呈块粒状脱落, 则无法补救, 需要更换新极板, 经初充电 (干荷电极板不需初充电) 后, 即可使用。

三、新蓄电池在加入电解液前应注意的事项

车用蓄电池 第5篇

随着汽车用蓄电池制造行业的迅猛发展,传统生产工艺模式的局限性日益突出,已严重制约行业发展。采用先进的生产方式和手段,减少人力,降低劳动强度、改善工作环境、提高工作效率,实现车用铅酸蓄电池生产制造工艺环节物流的高度自动化(包括原材料的存储、极板的转运、半成品和成品单个电池的自动输送、分拣、拆码垛、立体化货架密集存储),已成为铅酸蓄电池行业快速发展的迫切需要和必然趋势,将推动自动化物流系统在电池制造行业的全面应用,从而实现传统电池生产工艺的变革。

一、项目概述

风帆股份有限公司自动化物流系统项目为新建电池生产线的一个重要环节,主要解决电池生产线半成品电池的输送、流转和存储。可实现半成品铅酸蓄电池的自动输送、机器人自动堆码、自动化立体仓库存储和机器人自动拆垛。系统具有电池输送自动化、仓储管理数字化、存储单元立体化和信息传输网络化的特点。

自动化物流系统主要技术性能指标,见表1。

二、规划设计

1. 存储单元的设计

自动化物流系统电池承载单元采用1200×1000(mm)标准托盘,托盘上带有条码作为信息载体。每个托盘上最多堆码3层电池,每堆码1层电池,需加垫1个垫板,以保证每层电池表面平整。电池堆码完成后,顶层电池加防尘垫板。实托盘额定承载1000kg,每托盘平均堆码电池约60只,如图2。

2. 自动化物流系统的主要构成

自动化物流系统主要包括:转轨堆垛机系统、穿梭车系统、机器人码垛系统、机器人拆垛系统、出入库输送系统、高层货架、电控和计算机管理系统等,系统的结构示意图和三维示意图,如图3、图4。

转轨堆垛机系统:采用自动转轨堆垛机设计,正常情况下,每台堆垛机只在相对固定的巷道作业,当需要去其他巷道作业时,系统自动完成堆垛机换轨机构切换,并调度堆垛机至相应巷道作业。在需要时,每台堆垛机都可以到达任何一个巷道作业,以确保蓄电池的出入库功能。

穿梭车系统:采用U形轨道一轨双车穿梭车系统设计,两台穿梭车的工作区域相对固定、动态调整,无固定工作界限。穿梭车系统将出入库单元连在一起,当某一台穿梭车发生故障时,另一台穿梭车可完成系统的出入库作业。穿梭车设有条码读写器,可对出入库物资信息进行读取和校验,确保物资信息无误。

机器人码垛系统:选用先进成熟的关节机器人,机械手实现同时兼顾22种外形尺寸、3种类别电池的自动收集、堆码,每堆码一层电池,机器人自动加垫垫板,以保证码垛垛形整齐平整。每台机器人对应2个码垛工位,1个垫板抓取工位。

机器人拆垛系统:选用先进成熟的关节机器人,机械手实现同时兼顾22种外形尺寸、3种类别电池的自动拆垛、分发,每拆取一层电池,机器人自动抓取垫板,进行垫板堆码回收。每台机器人对应2个拆垛工位,一个垫板收集工位。

机器人夹具:夹具设计采用两组吸盘,并选用蓄电池专用吸盘,是专门针对蓄电池拆、码垛开发的专用夹具。两组吸盘的使用可适应不同规格尺寸的蓄电池或垫板,每次同时抓取1～3个电池或1张垫板。夹具可根据不同的长宽尺寸蓄电池调整不同的中心距,采用整体海绵吸盘和节流阀技术,保证每个吸盘均能建立起足够的真空度,满足码、拆电池和垫板的不同要求。

出入库输送系统:主要包括链式输送机、辊道输送机、托盘码分机、摆动输送机、带式输送机、外形检查站等设备,设备上带有用于检测物料位置状态和设备运行状态的检测器件以及其它附属装置。实现托盘和电池的自动输送、缓存、收集、分发、准确定位等功能。在接近灌酸区域的酸性环境内的相关输送设备,其支架和辊筒等都选用不锈钢材料。

高层货架:采用独立的组合式横梁货架,主要由货架片、载货横梁和加强支撑杆件等组成,运输及安装方便,其货位高度在必要时可进行调整。有足够的强度和刚度及整体稳定性,并满足相应的抗震烈度要求。

电控系统:主要完成物流系统的控制任务,向上联接计算机系统。此外还提供内容丰富、形象生动的人机界面、安全保护措施和多种操作模式,进行设备的操作和维护。

计算机管理系统:调度核心和信息存储处理中心,运行于计算机网络系统与数据库环境之上,上联企业信息管理系统,下联工业实时控制系统。以集成技术为核心,实现物流指令快速、准确的执行及物流信息的收集、处理、传送和存储,并做出正确的决策以协调各业务环节,保障各种物料推确调度、及时输送,实现对物流信息的收集、存储、分析、统计、管理一体化,进而实现企业物料高效有序的流动和科学管理以满足企业物流自动化的需要,为上层信息管理系统提供所需的物流信息。

3. 主要流程设计

(1)机器人自动码盘入库

空托盘组出库后,经穿梭车自动输送到空托盘组拆分工位,托盘拆分机将空托盘组拆成单个的空托盘,空托盘经输送线送到机器人的自动码垛工位。装配完成后的电池,经输送线送至机器人抓取工位。垫板实托盘经堆垛机搬运出库后,由穿梭车和输送机送至相应的机器人抓取垫板工位。

码垛机器人自动将电池堆码到码垛工位的托盘上,每堆码一层电池,机器人自动抓取一个垫板,垫到电池层上,以保证每层电池表面平整,再堆码下一层电池,每个托盘上最多堆码3层电池。电池堆码完成后,由机器人根据顶层电池数量和位置判断是否加防尘垫板。堆码完成后的实托盘,经输送机送给穿梭车,进行托盘条码扫描,托盘条码扫描无误的,系统自动将托盘条码信息和托盘上电池信息绑定,再由穿梭车将实托盘送至堆垛机取货站台。堆垛机叉取实托盘,送至相应的货架货格存储。

如果托盘条码扫描出错,则穿梭车自动将实托盘送至出库站台,系统发出声光报警提示进行人工处理,人工处理完成后,重新入库。承载垫板的实托盘拆垛完成后产生的空托盘,则优先供机器人自动堆码电池入库使用。入库流程,如图5。

(2)机器人自动拆盘出库

根据生产需要,上位计算机系统下达出库任务,堆垛机将相应的实托盘搬运至堆垛机出库站台,再由穿梭车和输送机将实托盘送至机器人的拆垛工位。穿梭车上带有条码识别器,可以对出库物资信息进行校验,如果校验出错,则系统发出声光报警,提示人工处理。

机器人自动将实托盘上的电池逐一拆分,放到放料工位,经输送机送至相应的电池灌酸线上灌酸。机器人将拆下来的垫板自动堆码到托盘上,堆码成整盘后,优先供入库机器人自动组盘使用,多余的则入库存放。机器人拆垛产生的空托盘,优先供垫板堆码使用,多余的则由空托盘堆码机堆码成组,供入库自动码盘使用或者入库存放。

灌酸线附近设有计算机终端,操作人员可以根据生产实际需要,申请或者变更相应灌酸电池的型号规格和数量。如果出库的电池过多,灌酸线没有用完,则机器人拆垛工位处的输送机反转,将剩余的电池余料返库。如果出现灌酸设备故障等应急情况,已拆分在线的电池则由人工回收,并通过叉车搬运至入库站台入库存放。出库流程,如图6。

三、主要技术特点和难点

1. 技术特点

(1)工艺布局流畅、简洁,立库一侧为装配线,另一侧为灌酸线,物流工艺采用自动转轨堆垛机和U形穿梭车设计,物流路线顺畅,系统功能完善,在每个细节充分体现人性化设计以及快捷操作,使物流路线最短,物流响应时间最快,最大程度提高系统的运行效率。

(2)所采用的电池输送线+机器人自动码垛+实托盘穿梭车搬运+转轨堆垛机存取+机器人自动拆垛等的方案设计,运用先进成熟的物流设备、存储设备和技术手段,自动化程度高,设备稳定可靠。

(3)在线码垛,整个系统中电池装配完成后,经输送线输送至机器人码垛工位,托盘采用不落地的方式由穿梭车和输送机搬运输送,使用机器人对电池进行码垛,并加垫垫板,代替人工作业。并实现对空托盘组的自动分发。

(4)小面积、大存量,采用横梁式货架及转轨堆垛机立体存储,存储量达10万个电池以上,远远高于地面存储量。

(5)在线拆垛,当灌酸侧需要供料时,系统调度堆垛机搬运实托盘出库,使用机器人对电池实托盘进行拆垛,系统自动进行垫板和空托盘收集。

(6)实现托盘条码自动扫描和出库物资确认,穿梭车上设置条码识别器,分别对入库电池信息进行绑定,和出库电池信息进行确认,确保电池信息准确可靠。

(7)机器人机械手满足多种电池的通用要求,一种机械手可以实现对本项目所有种类电池的拆码垛要求,电池更换生产品种后,无需更换机械手。机械手还具有实现对垫板的搬运、码放功能。

(8)实现对单个最小电池尺寸长度为195mm辊道输送机输送,并在机器人抓取前,进行预处理,实现一次可以抓取1～3个电池。

(9)实现灌酸侧电池输送设备,耐酸性环境,抗腐蚀设计。

2. 设计难点

由于风帆车用起动铅酸蓄电池外形规格尺寸多样化,相对外形尺寸小、重量大,主要有3个系列,22种外形尺寸,近一百种型号规格,单个电池长约195～407mm、宽约136～210mm、高约175～232mm,装配完成后不灌酸重约20公斤。而且电池上表面不平整,输送、搬运过程中不允许电池倒立或者倾斜。在堆码电池时,电池间还要加垫垫板,以确保垛形稳定不倒塌。另外,灌酸区为酸性环境,因此自动化物流系统设计要求单个电池自动输、机器人自动拆码垛有很好的兼容性和互换性,并且要求机械设备抗酸抗腐蚀,这对整个物流系统设计带来不小难度。电池外壳多为黑色或者白色外壳,黑色电池外壳上条码读取难度大,为电池自动化输送分拣带来一定难度。

四、项目建设情况

该项目在前期方案设计时通过与客户反复不断沟通与交流,充分了解相关生产工艺流程和客户实际需求,不断对自动化物流系统方案设计进行改进和提高,对设备和整体设计不断完善、日益成熟。最终所采用的电池输送线+机器人自动码垛+实托盘穿梭车搬运+转轨堆垛机存取+机器人自动拆垛等的方案设计,运用先进成熟的物流设备和技术,自动化程度高,设备稳定可靠。整个物流系统设计在先进性、扩充性、实用性、可靠性、经济性、安全性、高效性、灵活性等方面,属行业内的前瞻性设计,开创全新的工艺理念,改变了传统的生产模式,提高了铅酸蓄电池自动化生产水平。

到目前为止,该系统已经投入运行近两年,性能稳定可靠,技术先进实用,各项指标达到了预期要求,促进了车用起动铅酸蓄电池生产工艺的技术进步,取得了较好的经济效益和社会效益。自动化物流系统的良好应用,解决了以往生产过程中工作环境差、人员劳动强度大、生产效率低的问题。

五、未来发展方向

通过对车用起动铅酸蓄电池生产工艺自动化物流系统的研究和应用,归纳出有共性、有特征、有规律的内容,总结工艺模式,理顺工艺流程,最终可实现电池生产整个过程,从原材料到成品的生产全过程物流自动化。针对电池生产制造,研究单个电池生产车间整个电池生产工艺过程,从原材料开始到半成品、成品之间的物料周转过程,以及整个工业园区物流规划和工艺路线。

实现电池生产过程中,各生产环节之间物流自动衔接、周转、暂存、供应。实现多种规格外形尺寸电池的自动输送、分拣、拆码垛、立体化货架密集存储。最终以实现电池制造生产工艺的全自动化,包括原材料的存储、极板的转运、半成品和成品单个电池的自动输送、分拣、拆码垛、立体化货架密集存储等,实现传统电池生产工艺的变革,推动电池行业的自动化发展,降低劳动强度、改善工作环境、提高工作效率等,对推动自动化物流系统在蓄电池制造行业的全面推广应用,起到良好的示范作用。

摘要：本文以已实施的风帆股份有限公司自动化物流系统项目为例,简要概述了项目情况,由设计难点分析和基本存储单元入手,介绍了自动化物流系统的主要构成、工艺流程及设备配置,对车用铅酸蓄电池的生产自动化物流系统未来发展进行总结与展望。

车用蓄电池 第6篇

1 蓄电池状态检测与显示系统组成

蓄电池状态检测与显示系统是由多个电池单体检测模块组成的,利用总线技术实现数据的传输,通过CANUSB智能CAN接口卡将传输的数据在PC机上显示出来。电池单体检测模块以内嵌CAN控制器的AVR型单片机AT90CAN128为核心,外围电路主要由电压采集电路、温度采集电路、风扇控制电路以及CAN通信驱动电路等几部分组成,如图1所示。系统依靠核心器件AT90CAN128完成A/D转换和数据处理功能,利用总线通信技术实现数据的传输与显示。

2 系统的硬件设计

2.1 电池单体电压采集电路设计

在车载环境下,电池单体电压是进行电池管理的主要依据参数之一,因此电池单体电压的采集电路是电池状态检测模块电路的核心部分,这里通过一种带有模拟开关的压控恒流源电路加以实现[3],其原理如图2所示。该电路利用差动放大电路对共模信号的抑制作用实现长串电池组电池单体电压的测量,把被检测的电压差(即单体电池端电压)转换成电流的形式长距离传输而不受外界干扰,且传输精度高,适合于不同电压级别的微机接口电路。这里尤其要指出的是多个电池串联引起的共地干扰问题,在采集电压时,每一组采集电路都共用电路板上的模拟地,即图2中的US-端点全部与地相连,若不加场效应管,被采集串联电池组间的电压差就会在整个前项采集电路内形成不流经运算放大器的回路。若假设电池单体检测模块要采集n块电池单体电压值,那么在上述循环回路内势必有电流i产生,并且总的流向为从采集电路1输入正端流入,从采集电路n的输入负端流出,也就是说会使电路1中的恒电流I,因正向叠加而变大,电路n中的恒电流因反向叠加而变小,中间各电路也相应受不同程度影响。运用具有低导通内阻的N沟道增强型场效应管做模拟开关后,通过单片机I/O口来调节场效应管的栅-源极电压UGS值,进而控制漏-源极间的导通或关断,通过合理控制场效应管的关断,就能保证任一时刻只有一组电路参与工作,从而从根本上避免了多个电池串联引起的共地干扰问题。

图3所示为电池单体检测模块中电压采集部分的结构原理图,其中a1～a8为电池单体电压采集电路的输出端,ADC0～ADC7为单片机AT90CAN128上对应的A/D转换接口,PB0～PB7分别控制场效应管的导通与关断以保证任一时刻只有一组电路参与工作,TXCAN、RXCAN和STB分别为CAN总线通信的相关引脚。不难看出,模块就是将八组单体电压采集电路置于同一块电路板上设计而成的,再经过A/D转换和CAN串行总线通信即可完成数据采集、处理和传输。由此根据串联电池组中的电池数量采用一个或多个电压检测模块就实现了对其中每块电池单体电压的测量。

2.2 单线式温度采集与控制单元设计

电池单体检测模块中工作温度的采集通过单总线数字式温度传感器DS18B20加以实现。DS18B20是美国DALLAS半导体公司生产的高性能数字式温度传感器,能将温度感应电路、A/D转化电路、寄存器和接口电路集成在一个芯片中,从而实现直接数字化输出和测试,并且有精度高(通过简单的编程可实现9～12位的采集精度)、控制功能强、传输距离远、抗干扰能力强、微型化、微功耗和使用方便等特点[4]。温度采集电路如图4所示。

单片机的PA4口经过光耦、驱动器与DS18B20的I/O端(DQ)相连,通过PA4口串行发送相关的DS18B20控制命令,控制DS18B20完成温度的转换和输出;DS18B20串行输出的温度值再经驱动器、光耦由单片机的PA5口读入。

温度控制电路是单片机通过场效应管与风扇相连,当采集的温度高于设定的温度值上限时,单片机通过控制场效应管导通使风扇打开;当采集的温度低于设定的温度值下限时,单片机通过控制场效应管关断使风扇关闭。它的控制电路比较简单,这里不再给出。

2.3 CAN串行通信总线的硬件设计

图5为基于AT90CAN128单片机的CAN总线实现的硬件连接图。

从图中可以看出,电路主要由三部分组成:单片机AT90CAN128、高速光隔6N137和高速CAN总线收发器。单片机的PD4口通过光隔连接了CAN收发器,以控制收发器使能;单片机的TXCAN和RXCAN也分别通过光隔连接CAN收发器的TXD和RXD引脚,以进行数据交换。整个CAN通信接口电路就是把单片机的TIL电平经过光电隔离后,再经由CAN驱动器将其变为符合CAN接口标准的差分信号发送出去,并利用TJA1040内的接收器将总线上的差分信号转化为TTL电平信号,再经光电隔离后接收进来。

高速光隔6N137将微控制器与现场总线隔离,可以提高系统的抗干扰能力。CAN总线收发器采用了TJA1040,它与82C250芯片引脚完全兼容,是CAN控制器与物理传输媒体之间的物理连接子层接口。

3 系统的软件设计

系统的软件设计主要包括A/D转换、温度采集和CAN的发送程序,主程序流程如图6所示。从流程图中不难看出,主程序在系统初始化后就开启定时器中断,如无中断发生,则在循环体里执行电压采集及其相应的数据发送程序。一旦中断发生,则执行温度采集及其相应的数据发送程序,并判断温度值是否达到设定的温度值上限,若达到则开启风扇,否则关闭风扇。程序利用中断从时序上保证了各项任务的有序进行、互不影响,故较为实用。

3.1 CAN总线节点的软件设计

在电池单体检测模块中,CAN总线节点的软件设计主要包括CAN控制器的初始化和数据的发送程序。对内嵌于单片机AT90CAN128的CAN控制器,其初始化主要包括波特率参数设置、接收代码寄存器和接收屏蔽寄存器的设置以及使能允许寄存器的设置等,其主要程序清单如下:

这里尤其要指出的是,在AT90CAN128单片机中验收屏蔽寄存器的设计逻辑与其他CAN控制器验收屏蔽寄存器设计逻辑刚好相反。在AT90CAN128单片机内嵌的CAN控制器中,对所有验收屏蔽寄存器为1的位,仅当接收码寄存器和CAN信息帧对应位相对应的验收才能通过;而对所有验收屏蔽寄存器为0的位,接收码寄存器对应位的验收滤波功能被屏蔽[5]。

3.2 单线式多点温度采集的软件设计

温度传感器DS18B20遵循1-WIRE网络通信协议,该协议是分时定义的,有严格的时隙要求。单片机控制DS18B20完成温度转换必须经过3个步骤:初始化、ROM操作指令和存储器操作指令。控制过程为:启动DS18B20,采用默认的12位转换精度开始温度值转换,读出转换值。由于本系统多个DS18B20在一条总线上,为了识别不同的器件,本文采用先将DS18B20逐个与主机挂接,读出其序列号后,再将读出序列号的各个DS18B20挂在一条总线上与系统相连接。这样单片机的一个I/O口就可以控制多个DS18B20,节省了单片机内部资源。

4 试验设计与验证

为了验证电池单体检测模块的工作性能,采用直流稳压电源代替锂离子电池,通过改变直流稳压源电压值模拟锂离子电池电压变化情况。图7为以电池输入电压3.6V为基准、先逐渐增大电池输入电压后逐渐减小电池输入电压,电池单体检测模块所得到的电压值与理论值的误差曲线图,其误差均保持在0.02V范围内。因此,整体上能够满足设计和使用方面的要求。

通过试验验证,整个动力电池检测与显示系统表现出了良好的稳定性和精确性。其中,电池单体检测模块中电压采集部分采用带有模拟开关的压控恒流源电路,该电路将电压信号转换成电流信号,大大提高了抗干扰性能,使其能够满足电动车辆的使用要求。此外该检测模块具有结构简单、工作稳定、传输距离远等优点。利用内嵌于单片机内的CAN控制器,接口电路简单、可靠、并具有良好的工作稳定性。

摘要：为了更好地监测动力电池组状态参数,易于电池管理,设计了动力电池状态检测与显示系统。系统由多个电池单体检测模块组成,其核心是电池单体电压采集电路;系统利用总线通信技术实现数据的传输与显示。

关键词：动力电池组,电池单体检测,总线通讯

参考文献

[1] 朱正.动力电池组分布式管理系统设计及实车试验[D].北京:北京理工大学,2006．

[2] 张彩萍,张承宁.电动车辆动力电池组电压采集电路设计[J].电气应用,2007,26(12) :91-93．

[3] 童诗白,华成英.模拟电子技术基础(第3版)[M].北京:高等教育出版社,2000．

[4] 高云红.数字温度传感器在多点温度测量系统中的应用[J].沈阳航空工业学院学报,2006,23(2) :61-63．

车用蓄电池 第7篇

但是,在实际应用推广中,阻碍其推广的因素除了其阻抗较高、材料一致性和价格等因素外,其温度性能也是重要原因。本研究从不同环境温度下电池的中值电压及放电曲线, 分析并考察了温度对LiFePO４电池放电中值电压的影响。

1实验部分

1.1实验仪器与对象

磷酸铁锂单体电池(3.2V/10Ah);动力电池测试系统(CDS5V-100A-CD型),深圳瑞能有限公司;电池恒温试验箱(SGDW-100型),上海一实仪器设备厂。

1.2实验标准

实验参照采用的标准:《含碱性或其他非酸性电解质的电池和电池组-便携式锂电池和电池组》、《锂电池性能检测设备大全》。

1.3实验步骤

(1)分别设置高低温箱内部环境温度为-40℃、-20℃、-10℃、0℃、25℃、40℃、55℃和60℃,相对湿度为40%。

(2)制定实验方案:本实验以25℃ 为温度测试的基准点, 先进行低温性能测试,从25℃ 开始至-40℃,分别以0℃、 -10℃、-20℃、-40℃ 作为考察点,温度的变化速率为1℃/min,在每个温度测试点下,将测试用电池分别搁置24h后再进行该温度点下的温度性能测试;然后进行电池的高温性能测试,为了消除低温测试所产生的影响,先将高低温实验箱的温度恢复到25℃,并用此温度测得的数据作为高温测试的基准点,随后进行电池高温性能的测试,从25℃ 开始至60℃,分别考察不同锂离子电池1C放电容量。

(3)制定充放电方法:充电方法为在20℃±5℃的条件下, 将电池以0.2C(2A)恒流充电至3.65V,改为恒压充电直至电流降到200mA,停止充电。放电方法为在设置的不同环境温度中静置1h,再以1C恒流放电直到电压下降到截止电压2V为止,计算放出的容量。

(4)当高低温箱稳定到所设置的温度条件时,将静置1d后标准电压为3.2V的单体锂离子电池放入实验箱中保温1h,使其达到热平衡。

(5)当电池放电至截止电压2.0V时,停止放电,分析并处理相关数据。

2结果与讨论

图1为磷酸铁锂电池在不同温度下的放电曲线。从图1可看出,磷酸铁锂电池在低温阶段,随着环境温度的下降,其放电容量逐渐减少,因为在低温条件下,电池电解液浓度变大,锂离子从负极材料中脱嵌下来的速度变慢,另外由于电池的内阻变大,导致放电容量曲线的下降,提前达到了锂离子动力电池的放电截止电压,所以放电容量下降,放电效率减少［２－３］。在0℃以上时,放电容量基本都能保持正常容量的93%以上,而在0℃及以下时,锂离子动力电池的放电容量下降速度随着温度的下降而加快。

放电中值电压是指在整个放电过程中,放电容量为电池额定容量的50%时的电压值。温度对磷酸铁锂电池放电中值电压的统计结果见表1。图2是对3个样品的不同考察点的1C放电中值电压的平均值作图。从表1和图2可得出,温度对磷酸铁锂动力电池的中值电压影响与温度对电池放电容量的影响相类似。在低温范围,电池的放电中值电压随着温度的降低而逐步降低的,且下降的速率呈逐步递增的趋势［４］,温度在0℃以上中值电压基本维持在3200mV以上,至-20℃降至2965mV,而-40℃相对-20℃,中值电压只有2466mV左右,其中值电压下降了近499mV。而在在高温阶段,除了温度在60℃时中值电压略微降低了一点,其余均比前一温度测试点有所增加,而且增加的幅度很微小,极差值仅有3246.7~ 3209.9=36.8mV。

在温度略高于常温(25℃)时,由于锂离子电池内部的材料活性增强,锂离子扩散速度变大,其放电容量增加。而在高温阶段,电池的容量变化不是很明显,容量变化最大值相对于基准也仅仅增加3% 左右。过了55℃ 后其容量曲线基本不变,60℃时容量与基准点持平,但是在温度较高的条件下,锂电池的电极材料物理特性将会发生不可逆的衰减,电极材料反应强度减弱,所以其放电容量下降,放电效率降低。从此点可以看出,应尽量避免电池在50℃以上环境中长期使用。锂离子电池的理想工作温度应该在20~50℃之间,以保证放电效率在80%以上,满足整车的动力性要求。从一些参考文献和技术手册可知,为保证电池本身的使用寿命,工作温度应该控制在20~50℃之间［５］。

3结论

磷酸铁锂动力电池作为混合动力汽车和电动汽车的能源系统,深受广大汽车厂商的青睐。其中,环境温度对磷酸铁锂电池中值电压和容量的影响很大,低温时中值电压和容量迅速衰减,高温时中值电压和容量迅速增大,但其变化速率小于低温时变化率。目前,越来越多研究院所不断研究如何进一步提高磷酸铁锂电池的性能。

摘要：磷酸铁锂动力电池作为混合动力汽车驱动系统的重要组成部分,对整车动力性、经济性和安全性有重大影响。从电池放电中值电压方面研究了高温和低温两个阶段温度对磷酸铁锂动力电池性能的影响。通过实验分析:低温对电池性能的影响较大,高温下电池性能变化不明显,温度50℃以上电池性能开始下降,为保证电池本身的使用寿命,工作温度应该控制在20~50℃之间。