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              基于PCI-9111HR數據采集卡的鋰電池外殼抗壓檢測應用

                背景

                隨著我國經濟和科學技術的高速發展,鋰電池應用的產業需求巨大。由于環保壓力和政策激勵的多重驅動,鋰電池占電池界的半壁江山。然而,由于電池安全問題引發的自燃、爆炸事故比比皆是。比如震驚業界的三星電池爆炸事件,以及電池外殼變形擠壓引起的蔚來汽車自燃事件,給鋰離子電池的安全問題再次敲響了警鐘。在這樣的背景下,鋰電池廠家或鋰電池檢測設備廠家必須建立高效的鋰電池自動檢測系統,須借助工控機、PCI-9111HR數據采集卡、機器視覺及工業相機等設備,提高外觀檢測深度和效率。

                不良品在制程中流動,會導致浪費個工序的人力、材料、物力、時間等成本,鋰電池外殼的抗壓后,其厚度變形量超過允許值,會涉及到鋰電池安全隱患。之前檢測方法存在問題:一是檢測速度慢,無法實現在線檢測;二是人工檢測主觀性大,人員易疲勞;三是品質管理難,人工操作中易造成其他不良內容。


                方案概述

                抗壓強度是鋰電池封裝外殼最重要的質量指標。其測試方法與評估標準為:對待檢測的鋰電外殼施加一定的壓力(如采用壓力執行器對外殼產品施加500g壓力),同時運用電渦流位移傳感測試產品厚度方向的變形量,當厚度變形量ΔL 超過允許值的時候,則認為產品是NG 的。否則,該產品為OK 品。


                主要硬件要求

                1)測試平臺:對鋰電池外殼產品進行抗壓測試的工作臺;

                2)壓力執行器:壓力執行器應包含驅動電源,當其控制端施加0~10VDC 的模擬控制電壓時,可等比例向外部產生0~1000g 的驅動壓力;

                3) 壓力傳感器:其作用在于,實時檢測施加在產品的壓力,并等比轉化為0~10VDC 的電信號,以供壓力值反饋之用;

                4)電渦流位移傳感器:檢測產品厚度方向的變形值,并等比轉化為電壓信號,反饋至計算機系統;

                5)PCI-9111HR數據采集卡:對壓力傳感器以及電渦流傳感器輸出的測試量進行A/D 采集,并對壓力執行器的輸出壓力進行D/A 控制;

                6) 工控機:要基于 PC 架構,自帶有串口,i5以上配置,支持二維碼和條形碼掃描的掃描槍跟 PC 相連。


                系統工作流程

                1、硬件系統的拓撲結構如下所示。

              鋰電池外殼壓力檢驗

                2、壓力執行器輸出標準測試壓力的控制方法

                考慮到整個系統工作時的安全性、可靠性、穩定性以及測試的準確性,壓力執行器在向產品釋放壓力時,需要將漸續進行,即:施加壓力的大小需由0 逐漸增加,并進而達到標準值(500g),而并非瞬時施加500g 的外力。因此,為保證壓力標準值的正確性和精度,同時又滿足過程的快速性,需要對壓力執行器進行正確而恰當的控制。

                鑒于系統中具備壓力傳感器這里反饋裝置,對壓力執行器的控制,本方案采用工業上較為常用PID 閉環反饋的控制方法。PID 控制因其算法簡單易實現,性能好和可靠性高被廣泛應用于工業過程控制。

                第一,選擇合適的PID(比例、積分、微分)參數,壓力傳感器的施加壓力值從0 達到標準值,其響應速度可為幾十ms,并且根據需要,通過改變參數,將這一過程的時間延長至幾秒,幾十秒……PID 參數對于控制輸出的標準壓力具備很好的響應速度、穩定性和無偏差性;其次,通過PID 控制方法,完全可以使壓力執行器的壓力輸出值不會超調,即:不會出現壓力高于標準值對產品產生破壞的情況;第三,配合ADLINK PCI-9111HR 高精度多功能采集卡,PID 算法可達到較高的精度。就本系統而言,因PCI-9111HR 卡A/D 分辨率高達16 位,D/A 分辨率高達12 位,壓力控制精度可達到100mg 以內;最后,結合PCI-9111HR 高精度多功能采集卡,PID 控制方法在當今各種通用的編程語言中都是易于實現和掌握的。

              鋰電池檢測流程


                PCI-9111HR參數

                PCI-9111HR是16 通道、100 kS/s 高性價比的多功能數據采集卡,其特點在于模擬輸入的靈活配置。每個A/D 輸入通道都引入了RC濾波器來衰減或過濾輸入信號。PCI-9111HR 為雙極性輸入提供了5種可編程輸入范圍的模擬輸入。


                效益

                ? PCI-9111HR 采集卡分辨率較高,且具備16 通道。完全滿足對本系統中壓力傳感器數據以及電渦流微位移傳感器數據的高速、高精密采集;配合合適的算法,完全實現了系統的快速的、高精度控制和測試

                ? PCI-9111HR 采集卡具備D/A 輸出功能,可同時實現對壓力執行器的控制輸出

                ? PCI-9111HR 采集卡同時具備多路數字IO,這在一臺自動化測試系統中是不可或缺的。對檢測結果的輸出,對其它電氣設備的控制,以及與其它設備的通訊,一張卡均可實現,真正做到了“All in one”


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