淺談一種新型鋰電池極片自動稱重分選機的研究

【摘 要】隨著社會的發展，鋰電池成為人們生活中不可或缺的日常用品，它廣泛的應用于各種領域之中。在鋰電池極片分選方面，大多數鋰電池生產廠家利用電子天平手動對其進行稱重分選，人工稱重分選具有工作量大，人力勞動成本大，生產效率低等缺點，而且不能較好的保證分選精度，人工稱重分選已經不能滿足生產商的需要。為此我們有必要研制出具有高精度，使用方便工作可靠及自動化程度高等特點的稱重分選機。

【關鍵詞】鋰電池極片分選；自動化；浮力稱重

0.引言

我國鋰電池生產數量日益提高，在國際國內市場所占比例逐漸增大，這一切與我國大規模生產鋰電池的生產工藝的提高及生產技術的逐步深化有著密切的關系。但是，在鋰電池極片稱重分選方面大多數鋰電池生產廠家利用電子天平手動對其進行稱重分選，工作量相當大，生產效率降低，而且不能較好的保證分選精度，因此針對鋰離子電池制片工藝中的正負極片稱重分選方式進行研究，探索具有高精度，使用方便，工作可靠及自動化程度高等特點的稱重分選方式，將提升理電池廠家的生產效率，大幅增加廠家的市場份額。

1.國內外分選機研究現狀

國外公司在分選機研究方面，起步早，技術領先，市場占有額大。在食品加工、化學、礦產及農業綜合等產業，都有廣泛采用各種分選設備。

在美國，ESM公司和Sortex公司在分選機研究方面處于領先地位。它們分別于20世紀30年代和40年代開始致力于分選技術的研究，并且一直進行技術革新，與時俱進。

在日本，分選機研究領先的主要是安西制作所和佐竹公司。安西制作所成立于1966年，發展相當迅速，在1970年，便成功研制出日本第一臺電子色彩分選機，在技術上獲得一大突破，這臺分選機在中國已經被廣泛使用了十幾年；目前，中國各地均有企業采用安西研制的各類分選機，總量達到了近百套，以湖北南金建米業和中國藍天股份為例，它們是我國兩家較大的農業上市公司，目前采用的都是安西的色選設備。

國內公司在分選機研究方面，起步晚，技術落后，目前成型的產品較少，主要是借鑒國外先進技術，根據生產需求進行改進。如：合肥安科光電和核工業理化工程研究院均有自主研發了分選設備，雖然都較好的實現了分選功能，但是相比國外分選機，各項性能指標仍存在一定差距，所以研制的大多數極片分選系統都還停留在低級水平，各項性能指標仍有待提升。

2.基于浮力稱重原理的分選機系統組成

系統結構分析。

本文設計的鋰電池極片自動稱重分選機系統主要包括機械系統和測控系統兩部分，需要完成對浮力稱重傳感信號的采集、數據處理、結果的顯示和存儲等功能，以及實現上下料及分選動作的自動控制。其中，測控系統分為稱重系統及工作過程控制系統兩部分，稱重系統完成稱重及數據處理工作，工作過程控制系統通過PLC實現對各工位機械動作的控制系統結構圖如圖1所示。

圖1 分選機系統結構圖

2.1機械系統

機械結構部分主要包括上料機構、稱重機構和下料分組機構三個部分。上料機構負責將振動料斗供給的電池極片料運送至稱重工位，進行高精度浮力稱重，并通過傳感器檢測電池極片的位置，通過PLC控制振動料斗及步進電機的運行。

稱重工位負責完成對電池極片的稱重，并將稱重完的電池極片運送至下料工位，主要包括稱重裝置、氣動運送裝置及防震裝置。下料及分組機構負責對稱重完畢的電池極片進行分選，將相應重量的電池極片送至相應組別，漏稱重及漏分組的電池極片送至漏料料盒。主要包括傳送裝置及分組裝置。

2.2稱重系統

稱重系統部分主要包括對浮力稱重信號的采集、數據處理、結果的顯示和存儲等。浮力稱重信號通過串行通信傳送至工控機，工控機是整個檢測系統的核心，它基于LabVIEW的虛擬儀器平臺，接收串口送來的信號，并通過編寫相應程序來執行數據的處理、計算和邏輯判斷，顯示及存儲處理結果等功能。

浮力稱量原理是一種全新的稱重傳感技術概念，它是本項目的技術核心。如圖2所示：

傳感器原理圖

當高精度浮力稱重傳感器的稱重浮子在承受被測力（G）后將下沉位移，反作用于稱重浮子的浮力（F）將隨著其所排開的稱重液體的體積的增加而隨之增大。因為被測力（G）與浮力（F）是處于同一垂直軸線上的方向相反的兩個矢量，所以當F=G時，稱重浮子將處于平衡狀態。稱重浮子由原始的平衡狀態，至因承受被測力（G）而位移后的平衡狀態，產生了一定量的位移值。該位移值與被測力值成正比關系，從而將被測力值轉換為與其呈線性關系的位移值。

2.3工作過程控制系統

工作過程控制通過可編程邏輯控制器PLC實現。PLC通過內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數及算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制生產過程，是工業控制的核心部分。

采用可編程邏輯控制器PLC的優點： 工作過程中具有系統構成靈活，擴展容易、使用方便，能適應各種惡劣的運行環境，抗干擾能力強，可靠性強等突出特點，所以本裝置采用PLC為控制器，通過PLC控制的極片自動稱重分選系統，提高了極片生產線的自動化程度和效率，降低了成品的次品率。

在本課題研究中，工作過程控制系統主要是指PLC控制工控機采樣、振動料斗及直線送料器、上下料步進電機、氣動送料裝置及分組裝置動作。

3.結論

（1）上下料機構能夠實現平穩可靠送料，定位準確；稱重機構能對極片實現自動稱重；分組機構能將電池極片分為9組，分選效率高，成本低，有較好的市場前景。

（2）測控系統的設計是基于虛擬儀器技術，使用LabvIEw開發程序基于差動測量原理，能有效克服零漂現象，稱重精度高，并給出了適應自動生產線現場操作與調試、結果顯示、故障報警等友好的人（下轉第188頁）