基于PCI-9111HR數(shù)據(jù)采集卡的鋰電池外殼抗壓檢測應(yīng)用

　　背景

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，鋰電池應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)需求巨大。由于環(huán)保壓力和政策激勵的多重驅(qū)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(fā)的自燃、爆炸事故比比皆是。比如震驚業(yè)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(shè)備廠家必須建立高效的鋰電池自動檢測系統(tǒng)，須借助工控機(jī)、PCI-9111HR數(shù)據(jù)采集卡、機(jī)器視覺及工業(yè)相機(jī)等設(shè)備，提高外觀檢測深度和效率。

　　不良品在制程中流動，會導(dǎo)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(xiàn)在線檢測;二是人工檢測主觀性大，人員易疲勞;三是品質(zhì)管理難，人工操作中易造成其他不良內(nèi)容。

　　方案概述

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

　　主要硬件要求

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

　　2)壓力執(zhí)行器：壓力執(zhí)行器應(yīng)包含驅(qū)動電源，當(dāng)其控制端施加0～10VDC 的模擬控制電壓時，可等比例向外部產(chǎn)生0～1000g 的驅(qū)動壓力;

　　3) 壓力傳感器：其作用在于，實時檢測施加在產(chǎn)品的壓力，并等比轉(zhuǎn)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(chǎn)品厚度方向的變形值，并等比轉(zhuǎn)化為電壓信號，反饋至計算機(jī)系統(tǒng);

　　5)PCI-9111HR數(shù)據(jù)采集卡：對壓力傳感器以及電渦流傳感器輸出的測試量進(jìn)行A/D 采集，并對壓力執(zhí)行器的輸出壓力進(jìn)行D/A 控制;

　　6) 工控機(jī)：要基于 PC 架構(gòu)，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(tǒng)工作流程

　　1、硬件系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下所示。

鋰電池外殼壓力檢驗

　　2、壓力執(zhí)行器輸出標(biāo)準(zhǔn)測試壓力的控制方法

　　考慮到整個系統(tǒng)工作時的安全性、可靠性、穩(wěn)定性以及測試的準(zhǔn)確性，壓力執(zhí)行器在向產(chǎn)品釋放壓力時，需要將漸續(xù)進(jìn)行，即：施加壓力的大小需由0 逐漸增加，并進(jìn)而達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值(500g)，而并非瞬時施加500g 的外力。因此，為保證壓力標(biāo)準(zhǔn)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(zhí)行器進(jìn)行正確而恰當(dāng)?shù)目刂啤?/p>

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

　　第一，選擇合適的PID(比例、積分、微分)參數(shù)，壓力傳感器的施加壓力值從0 達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，其響應(yīng)速度可為幾十ms，并且根據(jù)需要，通過改變參數(shù)，將這一過程的時間延長至幾秒，幾十秒……PID 參數(shù)對于控制輸出的標(biāo)準(zhǔn)壓力具備很好的響應(yīng)速度、穩(wěn)定性和無偏差性;其次，通過PID 控制方法，完全可以使壓力執(zhí)行器的壓力輸出值不會超調(diào)，即：不會出現(xiàn)壓力高于標(biāo)準(zhǔn)值對產(chǎn)品產(chǎn)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(dá)到較高的精度。就本系統(tǒng)而言，因PCI-9111HR 卡A/D 分辨率高達(dá)16 位，D/A 分辨率高達(dá)12 位，壓力控制精度可達(dá)到100mg 以內(nèi);最后，結(jié)合PCI-9111HR 高精度多功能采集卡，PID 控制方法在當(dāng)今各種通用的編程語言中都是易于實現(xiàn)和掌握的。

鋰電池檢測流程