一種電解液自動真空加注裝置的製作方法
2023-05-04 06:42:41 1
本發明屬於電解液加注技術領域，涉及一種電解液自動真空加注裝置。
背景技術：
隨著電子產品的迅速發展，電池在生活中的作用越來越大。但是很多大型廠家生產電池工作效率低下，雖然進入了電子時代，數控時代，計算機時代，但是很多產品生產過程中還是沿用以前手工為主方式生產。傳統的電池生產都是依靠人工加注電解液，生產效率低，而且精度低，不能實時掌握加注電解液的容量及液位。生產出的電池產品可能遠遠達不到國際市場要求。因此需要一種電池電解液自動加注設備，可以自動實現電解液真空加注，完全實現自動化，精確化，能夠在加工過程中隨時自動控制電池組內加注的電解液的液位，同時能夠對剩餘電解液進行實時監測報警，提高了工業生產效率，降低了生產成本。
技術實現要素：
本發明提供一種電解液自動真空加注裝置，該裝置採用穩定可靠的二維數控平臺實現加注頭的運動定位，可以根據電池組的尺寸信息，自動完成精度小於0.5ml的電解液加注；該裝置的計算機系統觸控螢幕，可以輸入電池組尺寸參數和單體電池待加注電解液容量等信息，採用計算機實現各個加注口的位置計算。
本發明採取的技術方案為：
一種電解液自動真空加注裝置，包括機架主體、豎梁、數控平臺、真空加注頭、數控計算機系統觸控螢幕、電解液料鬥、電池安裝卡具。
豎梁底端與機架主體垂直相連，電池安裝卡具安裝在機架主體頂端，待加注電池安裝在電池安裝卡具上，豎梁頂端連接數控計算機系統觸控螢幕，數控平臺一端連接真空加注頭，數控平臺另一端連接電解液料鬥。數控平臺：用於帶動真空加注頭在二維平面內的高精度定位，輸入定位坐標即可實現加真空加注頭的精確定位。
所述電解液料鬥中安裝有高精度液體計量控制裝置，所述高精度液體計量控制裝置包括非接觸液傳感器、量杯、控制閥門；量杯通過設置有控制閥門的管道連接電解液料鬥，量杯中設置非接觸液傳感器。電解液料鬥上部通過設置有氣壓傳感器的管路連接負壓空氣泵。所述非接觸液傳感器、控制閥門、氣壓傳感器、負壓空氣泵均連接工業計算機系統，工業計算機系統連接數控平臺，工業計算機系統用於實現：真空加注頭4，上、下運動控制；高精度液體計量、控制；加注抽氣協調控制；氣動裝置安全穩壓裝置控制。
所述真空加注頭連接微型防爆低噪聲氣動控制裝置，實現加注頭的上、下運動控制，加注過程採用空氣正壓，實現將量杯中的液體加注入待加注電池中。
所述機架主體採用309不鏽鋼材料製作而成，所述機架主體底部安裝有滑輪，可實現移動生產加注。
所述數控平臺由縱軸導軌，橫軸導軌，二維數控臺、數據線接口組成；縱軸導軌，用於實現真空加注頭縱向移動；橫軸導軌，用於實現真空加注頭橫向移動；數據線接口，用於實現二維數控臺和計算機系統之間的通訊。
本發明一種電解液自動真空加注裝置，技術效果如下：
1：機架床身採用309不鏽鋼材料製作，厚度為2mm，具有防爆防噪功能。所述設備底部還安裝有滑輪，可實現移動生產加注。
2：度數控平臺主要實現帶動加注頭在二維平面內的高精度定位，只需要輸入定位坐標即可實現加注頭的精確定位。本發明中採用的是防爆高精度二維數控平臺，定位精度優於0.1mm，使用過程中通過數控計算機輸入坐標數據給該平臺即可完成操作；
3:高精度數控平臺主要由縱軸導軌，真空加注頭，橫軸導軌，二維數控臺以及數據線接口組成。所述縱軸導軌主要實現加注頭縱向移動，所述橫軸導軌主要實現加注頭橫向移動，所述數據線接口主要實現二維數控平臺和計算機系統之間的通訊。所述二維高精度數控平臺可以帶動真空加注頭或者電池組來實現電池組內的各個單體電池電解液的加注，但是如果使用電池組的運動來實現時，由於電池組尺寸體積較大，因此需要較大的運動空間，並且如果電池組重量較大時需要用到液壓裝置才能帶到，液壓裝置尺寸較大，有油汙等缺點，因此本設備採用通過控制加注頭的二維運動和上下運動實現電解液自動加注。
4:計算機系統採用工業計算機系統，主要實現二維高精度數控平臺，加注頭上下運動控制，高精度液體計量和控制，加注抽氣協調控制以及氣動裝置安全穩壓裝置控制。
5:加注頭運動控制和加注實現裝置採用氣到控制，由於加注頭質量小，所使用的氣動功率比較小，本發明中採用微型防爆低噪聲氣動控制裝置實現加注頭的上下運動控制，加注過程採用空氣正壓實現將量杯中的液體加注入電池組中。
6:電解液料鬥中安裝有高精度液體計量控制裝置，由於直接對電解液的高精度動態計量難度較大，而且電解液是一種腐蝕性液體，本發明中採用非接觸時液位檢測可以實現高精度液位檢測代替高精度流量監測。本發明採用帶反饋的流量液位控制系統，只要精確控制量的液體液位，就可以控制量杯中的電解液的體積。本設備採用精度為0.1mm的非接觸液傳感器，直徑為60mm的量杯和耐強鹼腐蝕的控制閥門。
7:採用反饋控制系統的原因是由於電解液料鬥隨著加注過程其液位是下降的，因此管道流速也在變化，因此不能夠直接通過時間控制來判定流出的體積。本設備利用流體的重力實現電解液料鬥到量杯的定量加料，而省去了液泵。因為現有市場很難找到耐強鹼腐蝕而又不會在磨損的過程中有雜質汙染電解液的液泵。為了在電解液流動控制過程中徹底摒棄閥門和液泵，本設備採用氣體壓力來實現流體的流動控制。
8：採用氣體壓力實現流體的流動控制原理如下：1)採用負壓空氣泵對電解液料鬥內上部分空氣壓力的控制可以實現流體的流動和停止；2)高精度壓力傳感器和負壓空氣泵的可以實現料鬥上半部空氣壓力精確控制；3)如果需要加注電解液到量杯，則使降低料鬥上部空氣負壓，增加流量時可以逐步減少負壓直到負壓為零，此時流量最大；4)在量杯中液位快到設計的液位時，可逐步增加負壓，從而減少流量直到流體停止流動；5)對液位的檢測控制和為負壓的檢測控制構成了一個典型的閉環控制系統，採用閉環液位控制算法可以精確的控制量杯的液位，從而精確得到電解液的體積；6)本設備對負壓要求很低，採用一個功率很小的真空泵即可完成；7)通過精確的壓力控制可以控制電解液向量杯流動的流速，從而實現精密的液位控制，也就實現了電解液精確的體積控制；8)最高和最低液位警戒線是設備自動液位檢測實現，如果液體越過了警戒液位，則會報警解決之後報警自動消除；9)工作人員可以自行設定報警線的位置。
附圖說明
圖1是本發明的整體結構圖。
圖2是本發明工業計算機系統控制子結構圖。
圖3是本發明的二維高精度數控平臺結構圖。
圖4是本發明的氣壓裝置液體加注原理圖。
圖5是本發明的利用氣體壓力流體流動控制原理圖。
圖6是本發明的利用氣體壓力流體流動控制狀態圖。
圖7是閉環控制結構圖。
圖8是水箱液位控制系統圖。
具體實施方式
如圖1所示，一種電解液自動真空加注裝置，包括機架主體1、豎梁2、數控平臺3、真空加注頭4、數控計算機系統觸控螢幕5、電解液料鬥6、電池安裝卡具7。豎梁2底端與機架主體1垂直相連，電池安裝卡具7安裝在機架主體1頂端，待加注電池8安裝在電池安裝卡具7上，豎梁2頂端連接數控計算機系統觸控螢幕5，數控平臺3一端連接真空加注頭4，數控平臺3另一端連接電解液料鬥6。數控平臺3用於帶動真空加注頭4在二維平面內的高精度定位，輸入定位坐標即可實現加真空加注頭4的精確定位。
所述電解液料鬥6中安裝有高精度液體計量控制裝置，所述高精度液體計量控制裝置包括非接觸液傳感器9、量杯10、控制閥門。量杯10通過設置有控制閥門的管道連接電解液料鬥6，量杯10中設置非接觸液傳感器9。電解液料鬥6上部通過設置有氣壓傳感器11的管路連接負壓空氣泵12。所述非接觸液傳感器9、控制閥門、氣壓傳感器11、負壓空氣泵12均連接工業計算機系統，工業計算機系統控制子結構圖如圖2所示，工業計算機系統連接數控平臺3，工業計算機系統用於實現：真空加注頭4，上、下運動控制；高精度液體計量、控制；加注抽氣協調控制；氣動裝置安全穩壓裝置控制。
所述真空加注頭4連接微型防爆低噪聲氣動控制裝置，本發明中選擇8am1型號的活塞式氣動馬達，實現加注頭的上、下運動控制，加注過程採用空氣正壓，實現將量杯10中的液體加注入待加注電池8中。
採用309不鏽鋼材料製作而成，所述機架主體1底部安裝有滑輪，可實現移動生產加注。二維高精度數控平臺結構圖如圖3所示，所述數控平臺3由縱軸導軌3.1，橫軸導軌3.2，二維數控臺3.3、數據線接口3.4組成；縱軸導軌3.1，用於實現真空加注頭4縱向移動；橫軸導軌3.2，用於實現真空加注頭4橫向移動；數據線接口3.4，用於實現二維數控臺3.3和計算機系統之間的通訊。二維高精度數控平臺可以帶動真空加注頭或者電池組來實現電池組內的各個單體電池電解液的加注，但是如果使用電池組的運動來實現時，由於電池組尺寸體積較大，因此需要較大的運動空間，並且如果電池組重量較大時需要用到液壓裝置才能帶到，液壓裝置尺寸較大，有油汙等缺點，因此本設備採用通過控制加注頭的二維運動和上下運動實現電解液自動加注。
本發明一種電解液自動真空加注設備，其氣壓裝置液體加注原理圖如圖4所示。圖(a)中為電解液料鬥對量杯加注電解液過程，當在量杯中的液位到達設計的液位時，流體停止流動；在圖(b)，通過氣壓裝置增加量杯上方的空氣正壓，活塞向下移動，實現將量杯中液體加注入電池中；圖(c)，當量杯內液體加注到電池中之後，逐步減少正壓，活塞向上移動；圖(d)，直到正壓減少為極小值，當活塞移動到頂部，系統準備進入電解液料鬥對量杯加注過程，進入循環。
本發明一種電解液自動真空加注設備，其利用氣體壓力流體流動控制原理如圖5、6所示。因為電解液具有強腐蝕性，一般閥門和液泵無法對其流動進行控制，而且腐蝕帶來的雜質會汙染了電解質，採用負壓空氣泵12實現對流體的流動控制。
圖(a)中為通過負壓空氣泵實現電解液料鬥對精確量杯加注過程；圖(b)中，當系統發出加注量杯指令時，通過負壓空氣泵增加電解液料鬥上方的負壓，電解液料鬥中的電解液通過管道流入到量杯中；圖(c)中，通過負壓空氣泵繼續增大電解液料鬥上方的負壓，電解液料鬥繼續電解液注入到量杯中並且直到設定的液位；圖(d)中，當量杯中電解液加注到設定的液位時，通過負壓空氣泵減少負壓，電解液料鬥停止向量杯加注電解液。
一種電解液自動真空加注方法，採用微型防爆低噪聲氣動控制裝置實現真空加注頭4的上、下運動控制，加注過程採用空氣正壓，實現將量杯10中的液體加注入待加注電池8中。利用流體的重力實現，電解液料鬥6到量杯10的定量加料，採用氣體壓力來實現流體的流動控制。
一種電解液自動真空加注方法，
1)、採用負壓空氣泵12對電解液料鬥6內上部分空氣壓力的控制，實現流體的流動和停止；
2)、採用氣壓傳感器11和負壓空氣泵12，實現電解液料鬥6上半部空氣壓力精確控制；如果需要加注電解液到量杯10，則使降低電解液料鬥6上部空氣負壓，增加流量
時可以逐步減少負壓直到負壓為零，此時流量最大；
在量杯10中液位快到設計的液位時，可逐步增加負壓，從而減少流量直到流體停止流動；
3)、對液位的檢測控制和為負壓的檢測控制構成了一個典型的閉環控制系統，採用閉液位控制算法，精確的控制量杯10的液位，從而精確得到電解液的體積；通過精確的壓力控制可以控制電解液向量杯10流動的流速，從而實現精密的液位控制，也就實現了電解液精確的體積控制。
所述閉液位控制算法，用於實現液位數據檢測和液位預測，所述液位控制系統基本功能是設置液位高度後，通過控制變送器，自動調節液位高度到設置值；如果自動調節出現錯誤時，切換到手動進行調節和診斷；通過實時曲線去分析系統的穩態誤差、超調量、調整時間等動態性能指標，
閉液位控制算法主要實現液位數據檢測和液位預測，所述液位控制系統基本功能是設置液位高度後，通過控制變送器，自動調節液位高度到設置值。如果自動調節出現錯誤時，可以切換到手動進行調節和診斷。可以通過實時曲線去分析系統的穩態誤差、超調量、調整時間等動態性能指標。本發明所述的發明系統有四個基本環節組成，即被控對象、測量變送裝置、控制器和執行器。閉環控制結構如圖7所示。可以根據閉環控制系統設計出水箱液位控制系統，設計的水箱液位控制系統如圖8所示。
在本發明中的液位控制系統，單迴路調節系統一般是一個調節對象上用一個調節器來保持一個參數的恆定，而調節器只接受一個測量信號，其輸出也只控制一個執行機構。計算機控制與傳統的模擬量控制不同，它是採用一種採樣控制，只能根據採樣時刻的偏差值進行計算控制。不能像模擬量控制那樣連續輸出控制量進行聯繫控制。因此，對模擬量控制中的積分項和微分項必須進行離散化處理。根據數位訊號處理相關知識可知，離散化處理：離散採樣時間kt對應著連續時間(其中k為採樣序號，t為採樣周期)，用求和的形式代替積分，以增量的形式代替微分，可進行近似變換得到：
式中，k為採樣序號，k＝0,1,2,3，......；uk為第k次採樣時刻的輸入偏差值；ek-1為第k-1次採樣時刻的輸入偏差值；k1＝kpt/t1；kd位微分常數；kd＝kptd/t；u0為控制常量。當採樣周期t足夠小，上述計算結果可以達到足夠精確，離散控制過程可以近似看成為連續控制過程。上述過程採用了全部控制量，因此被稱為全量式或位置式pid控制算法。因為是全量輸出，所以每次輸出結果均與過去狀態有關，計算式對ek進行累加，工作量大且控制器輸出的uk對應的執行機構的實際位置，在控制器出現故障時，如果輸出發生大幅度變化，會引起執行機構的大幅度變化，可能造成嚴重的生產事故。增量式pid是指數字控制器的輸出只是控制量的增量△uk，當執行器需要的控制量是增量而不是位置時，可以使用增量式pid算法進行控制。由(1)式可得控制器在第k-1個採樣時刻的輸出值為：
由兩式相減並進行整理，可得到增量式pid控制算法公式為：
式中，
上式中，△uk還可以寫成下面的形式：
式中，△ek＝ek-ek-1；i＝ek-2ek-1+ek-2＝△ek-△ek-2；i＝t/ti；d＝td/t
有上式可以看出，如果計算機控制系統採用恆定的採樣周期t，一旦確定了a、b、c，只要使用前後三次測量的偏差值即可，就可以求出控制增量，與位置式算法相比，計算量小很多。
一種電解液自動真空加注方法，包括以下步驟：
1)、打開自動檢測裝置電源，從觸控螢幕上顯示自檢結果，自檢成功後進入下一步，若自檢不成功，則根據自檢出錯信息進行檢修；
2)、如果電解液料鬥剩餘報警時，則需要加入電解液，設備則會自動解除報警；
3)、手動裝載待加注電池組；
4)、選擇待加注電池組的尺寸參數信息：電池型號，外形尺寸，單體電池尺寸及排列；如果是沿用上一次加注電池的信息，則編號自動加「1」，其餘選擇默認值即可。
5)、啟動加注過程；
6)加注完畢後，設備系統自動保存加注電池組的各項信息：電池組信息、加注起始和結束時間；可以通過觸控螢幕查閱。如果要繼續加注下一個電池組，則返回2)，否則可以選擇待機和關機。