基于Petri网的C公司锂电池生产系统优化研究
这是一篇关于锂电池,Petri网,平衡优化,缓存区配置,Flexsim仿真的论文, 主要内容为近年来,全球能源危机及环境污染问题日益突出,新能源汽车领域的发展受到了国家的高度重视,政府对新能源领域出台了相关的补贴政策,使得新能源汽车的产销量迎来了爆发式的增加。受益于此,动力电池的市场规模也在不断扩大,动力电池的装机量不断上涨,各大动力电池厂商都在扩产以抢占市场份额。动力电池作为新能源汽车的核心零部件,其生产成本占据整车成本的40%-60%,并且随着近两年新能源补贴的退坡,上游锂矿等原材料价格上涨,动力电池厂商的利润率在不断下滑。因此降低动力电池的制造成本是动力电池厂商提升其利润率的途径之一。本文选取C公司锂电池生产系统为研究对象,借助Petri网的图示化功能,提出了能够对该生产系统的静态节拍及动态节拍进行改善的优化方案。本文首先对C公司锂电池生产系统四个工段的生产流程进行介绍,分析出需要优化的工段。使用Petri网的图示化功能对待优化工段进行建模,并通过关联矩阵验证Petri网模型的有效性,其次分析两个优化工段存在的实际问题。针对优化工段存在的平衡率较低的问题,构建了设备调度模型,并根据调度模型提出了排产方案,使该工段阴阳极车间的生产线平衡率得到了提升。针对模组装配工段生产设备故障造成的动态节拍失衡,提出缓存区容量配置的研究方案。该方案首先基于两级串行生产线的Petri网模型对生产线的可用度进行分析,并结合缓存区的安全缓存量的计算提出了缓存区的容量配置方案,其次通过引入抑制弧简化两级串行生产线的Petri网模型,建立了配置缓存区的Petri网模型,很好地展示了工序设备、库所资源、缓存区之间的内在联系。最后将Petri网模型映射到Flexsim仿真软件中,然后建立了仿真模型并设置参数,仿真模型的运行结果很好地展示了优化后的模型在产能以及设备利用率上的提升效果,验证了优化方案的有效性。本篇论文共有图44幅,表46个,参考文献58篇。
基于空气耦合超声波的锂电池检测系统设计与实现
这是一篇关于超声检测,空气耦合,锂电池,超声成像的论文, 主要内容为由于传统石化能源对环境造成的危害巨大,世界各国都在寻找新型能源来解决这一问题。作为新能源汽车的一种,电动汽车在公共交通领域受到越来越多市民的青睐。作为电动汽车的核心部件,锂电池具有高比容量、高工作电压和高循环稳定性的特点。但是,由于锂电池的组成部件多,生产工艺复杂,在生产和使用过程中都会有爆炸可能。为了对锂电池的安全性能进行评价,本文搭建了一套针对锂电池的空耦超声检测系统。该系统的构建原理为超声C扫描技术,系统主要由超声发射接收系统、三维运动控制系统和超声波数据采集和存储系统组成。本文从硬件和软件两个方面介绍了子系统的构建流程,硬件系统中,采用了高增益的超声放大器、高精度的运动控制平台、高速采集系统。软件系统中,通过上位机软件对硬件系统各子系统进行控制,通过改进的小波变换去噪对波形噪声进行过滤,提升信号分辨率,通过图像自适应算法保证图像比例。使用上述自研的系统对各种规格的锂电池极耳和锂电池进行扫描,通过得到各部分清晰明显的伪色彩成像图,可以验证该硬软件系统的可行性。并且通过对锂电池扫描的数据和成像进行分析,可以得到不同类型的缺陷在锂电池上的具体位置,实现了对锂电池的快速超声C扫描缺陷检测。
锂电池储能监测系统的研究与实现
这是一篇关于储能系统,Java,锂电池,电池荷电状态的论文, 主要内容为近年来，随着电力需求的增加，电力系统的规模日益扩大，电网的复杂度也越来越大，用户逐渐看重供电的可靠性，并且开始追求电能质量。同时，国家大力发展智能电网、可再生能源、分布式能源使得对储能技术的需求日益加大，人们开始重视对大容量储能技术的研究。储能系统研发成果的应用市场很广，从个人家庭储能系统到大容量储能电站实现，都是大容量储能系统的应用范围；而且无论在解决城市用电紧张、电网调峰压力巨大的问题，还是解决清洁能源发电的大规模并网问题，还是在电动汽车机充电设施快速发展的应用，储能的技术优势都使之具有不可代替的作用。因此，建立一个健全的锂电池储能监测系统是十分必要的。 本系统基于Java开发，先简述了JAVA EE的体系结构和轻量级Spring、Struts和Hibernate开发框架，然后对系统中使用到的锂电池荷电状态（SOC）的估算技术以及CAN总线技术进行相关介绍。在此基础上，提出了锂电池储能监测系统的总体架构，包括系统开发方案的选择，软件平台和硬件平台的选择，并且设计了系统的功能和数据库表。本文主要对系统中的锂电池SOC模块、通信模块以及用户界面进行了详细设计和实现。 在完成软件开发的基础上，深入研究了锂电池SOC估算的技术，通过对各种估算电池SOC的算法的研究，提出了一种估算锂电池SOC的改进算法，经过仿真分析、实验室验证，以及在锂电池储能监测系统中得到应用，证明该算法可行，并且精度较其他算法有所提高。
电池管理系统测试平台的设计和实现
这是一篇关于锂电池,荷电状态,电池管理系统,虚拟仪器的论文, 主要内容为随着电动汽车的迅速发展,对动力电池的健康及使用寿命提出了越来越高的要求。电池管理系统(Battery Management System)作为连接车载电池和电动汽车以及与用户的重要纽带,成为研制、开发的重要环节之一。它检测并管理电动汽车动力电池的运行全过程,包括电池充放电过程监测、电池荷电状态估计SOC (State of Charge)、电池温度检测、单体电池间均衡、电池故障诊断几个方面。 针对当前电流积分法电流测量误差经过长期积累影响SOC估计精度,而智能算法一般采用离线估计的现状,本系统以锂离子动力电池为监控对象,设计并搭建了电池管理系统测试平台。 搭建了以NI公司的USB-6363数据采集卡为核心的硬件平台,包括状态监测单元、充放电单元、上位机控制单元。并与虚拟仪器技术相结合,上位软件采用LabVIEW完成以下功能：用户管理,电池状态实时监测(采集电池的电流、电压、温度),数据实时报表显示,数据存储以及历史数据查询功能,故障实时报警及报警报表打印,并能够控制均衡输出信号,为电池的充放电策略的制定及有效使用提供依据。在此基础上,对当前国内外常用的SOC估计算法进行介绍,着重对电流积分法和卡尔曼滤波算法在此平台上进行测试、比较,并详述了卡尔曼滤波算法的建模及应用过程。最后利用电池管理系统对系统功能进行了初步验证。 完成了系统的软硬件设计、调试过程,能够在动力锂离子电池上进行实验和测试,为进一步工作打下了基础。
锂电池二次注液静置输送线设计与仿真
这是一篇关于锂电池,静置输送线,堆垛机,结构设计,响应面优化,仿真分析的论文, 主要内容为随着高性能动力锂电池内部化学物质的增多,所需的电解液更多且吸收更加困难,一次注液的方式已经不能满足高性能动力锂电池生产工艺的要求,因此,为了提高注液质量,一些锂电池生产厂家面临着生产线改造的问题。“注液-静置-注液”的方式作为一种简单有效促进电解液吸收和提高注液质量的方式,是各锂电池生产企业的一个优质选择,而且多次注液的工艺流程基本一致,在生产线改造时将两条一次注液线首尾相连,只需解决中间过程锂电池自动缓存静置的问题,即可将一次注液线改造成能够进行多次注液的生产线,相比于重新建造新的注液生产线,在原有基础上对生产线进行改造更具有现实意义。在对某锂电池生产企业的一次注液车间实地考察后,利用原车间中两条一次注液生产线之间的可用空间,本文基于工序化系统的自动化仓库设计了一条锂电池二次注液静置输送线,用以解决两条一次注液线之间锂电池自动缓存静置的问题,由此实现原一次注液生产线到“注液-静置-注液”的生产线的改造。本文首先根据企业的相关要求及车间的考察数据提出了两种可行的改造方案进行对比分析,并选择较为优质的方案作为总体设计方案;然后根据总体方案对各设备进行选择、设计与布局,并对其中的核心输送设备堆垛机进行分析与优化;之后搭建了输送线的仿真系统验证输送线能否实现两台一次注液机之间的自动化连线;最后提出了输送线总控制系统的设计方案。主要内容包括:(1)总体方案设计。通过查阅文献、实地勘测、工艺分析,提出输送线式和立体库式两种可行方案并进行对比,最终选择立体库式作为输送线的总体设计方案。(2)各子构件设备设计与选型。基于货物的特点与工艺流程,设计了货架与托盘、分拣系统、堆垛机和拔销机构,并按照相关要求对堆垛机各结构进行了分析与校核。(3)堆垛机有限元分析和结构优化。通过ANSYS对堆垛机进行了静力学分析,结果表明机架结构和货叉结构应力、应变均在允许范围内,利用ANSYS DX模块对机架结构进行轻量化设计,得到了较为满意的结果。(4)输送线仿真系统搭建。利用接口文件将输送线模型导入到Plant Simulation软件中,并通过参数设置和编写调度程序完成了仿真系统的搭建并对输送线进行仿真分析,仿真结果表明输送线在正常运行情况下能够实现两台一次注液机之间的自动化连线。(5)输送线总控制系统设计。提出了锂电池二次注液静置输送线总控制系统的设计方案,分析了输送线的工作过程,完成了堆垛机位置与速度控制方案的设计及控制系统硬件和堆垛机电机选型。
废旧锂电池分拣夹持装置的设计与研究
这是一篇关于锂电池,结构设计,动力学分析,模态分析,优化分析,疲劳寿命的论文, 主要内容为废旧锂电池如果处理不当,会对环境造成严重不可逆的污染,但如果对其进行科学合理的回收利用,就能最大化地节约与利用资源,而回收的重点与难点在于回收前的分拣。如果人体直接接触电解液会造成皮肤烧伤和呼吸道刺激等危害。双手同时接触电池的正负极,则可能会被电灼伤。针对这一问题提出了一种分拣夹持装置,代替人工进行分拣。本课题主要从设计与优化两方面进行研究。在结构设计、静力学等理论分析的基础上,确定机械手的结构强度、疲劳寿命等,进而完成机械手的整体设计。论文根据分拣夹持装置的工作环境要求,针对18650型废旧锂电池的分拣研究,研究的内容主要为:首先通过调研分析现存分选装置的优势与不足,了解废旧锂电池分选的工作环境、工作方式及工作要求。根据分拣夹持装置工作的环境情况及夹取物的状态,选择合适的材料,通过驱动方式对比选择电驱动。进一步完成分拣装置的工作流程规划确定。根据工作流程确定主要部件的结构并通过实际对比确定齿轮齿条传动方式,进而确定分拣装置整体设计及工作原理。然后在确定整机结构的条件下,对装置的工作过程进行分析研究,并对夹取速度进行研究。运用Adams对模型进行运动学分析,验证装置的夹取行程是否满足要求。并运用软件进行动力学分析研究不同夹取速度下手指碰撞电池的最大应力,在保证工作强度刚度满足的情况下提高夹取效率。进一步研究稳定夹取时接触力的大小,验证舵机的型号是否满足使用。紧接着利用Workbench对齿轮齿条、手指及手指连接座进行静力学分析,验证重要零部件的强度刚度的安全性。分析装置自由状态下及工作状态下的振动,根据前6阶固有频率和振型,得到低频振动频率,为避免发生一些低频共振提供数据支撑。有限元分析中手指及导轨连接座都存在较大的设计冗余,针对手指和导轨连接座进行拓扑优化的轻量化设计,通过优化,得出一组重量轻、强度刚度满足工作条件的解,并根据实际情况确定结构的尺寸。最后对设计完成的装置进行疲劳寿命分析,研究装置的安全性及耐久性。分析寿命满足使用要求。进一步对分拣夹持装置进行样机的制作,搭建简单的实验平台,对装置进行抓取实验,实验表明该装置可以稳定抓取废旧锂电池。运用软件仿真分析可以优化装置性能,提高装置的安全性,缩短设计开发周期,降低开发成本。分拣装置结构的紧凑性及低成本,相比较现存的装置具有一定的优势,且可根据分拣的数量及分拣的等级要求,调节装置的数量,使分选细致准确。装置行程的可调节性,装置整体外部尺寸129mm,抓取最大行程有82mm。行程的可调性可针对多种物品的抓取。装置的安全性,具有断电自锁功能。装置具有速度可控、可重复使用及易操作等特点。装置速度的可控性,研究速度与最大应力的关系,保证最优速度的选择。装置可重复使用,采用了耐用材料制造夹持装置,并设计了可拆卸的夹具,方便更换和维护。分拣装置优势在于整机结构紧凑,工作空间小,代替人工进行废旧锂电池的分拣,降低人身财产安全的损坏。
纯电动汽车锂电池SOH估算方法研究
这是一篇关于锂电池,健康状态,双向长短期循环神经网络,注意力机制的论文, 主要内容为近年来在国家政策的推动下,纯电动汽车在社会上的保有量不断提高。锂电池作为纯电动汽车的动力单元,其健康状态(State of Health,SOH)是反映纯电动汽车安全性和稳定性的重要指标之一。纯电动汽车锂电池在使用过程中,环境多变、工况复杂,使得SOH影响因素多、线性差,易导致动力电池管理系统显示SOH值与实际值偏差较大,不能及时的对电池组进行维护或更换,给电动汽车的行车安全造成隐患。为此,本课题以数据驱动思想为指导,对纯电动汽车锂电池SOH估算方法展开研究。主要研究内容如下:(1)锂电池相关特性的研究。以钴酸锂电池为例对其内部结构、基本原理、电化学反应进行了分析。利用松下NCR18650B锂电池和实验室高精度充放电设备搭建一体化实验平台进行锂电池特性研究,分别对开路电压、容量、内阻进行测试。通过实验数据,分析锂电池SOH衰减的主要因素。(2)根据锂电池SOH衰减的相关因素确定特征因子。使用NASA锂电池老化数据集,绘制了不同老化状态下的特征曲线,定性分析与锂电池SOH之间的关系,分别提取了充电阶段等压升充电时间、等流降充电时间以及放电阶段的等压降放电时间、平均放电温度作为特征因子。为确定特征因子对电池SOH的关联程度,使用灰色关联分析法(Grey Relation Analysis,GRA)计算灰色关联系数,通过计算选择关联度系数大于0.6的特征因子。(3)设计一种双向长短期循环神经网络(Bi-directional Long Short-term Memory,Bi-LSTM)和改进注意力机制(Attention Mechanism,AM)相结合的锂电池SOH估算模型。针对模型特征因子存在结构复杂、维度过高、计算困难等问题,利用主成分分析法(Principal Component Analysis,PCA)进行数据预处理计算主成分。在估算模型的构建上,采用Bi-LSTM网络有效地解决了传统神经网络无法充分学习序列信息和易陷入梯度消失的问题。针对Bi-LSTM网络前向序列信息和后向序列信息的注意力权重不同,提出一种改进注意力机制单独对序列信息进行注意力权重分配,达到优化模型输出的效果。(4)锂电池SOH估算方法实验验证。利用主成分一、主成分二、主成分三作为模型的输入,锂电池SOH为输出,训练模型。将估算结果分别与BP模型、LSTM模型的估算结果进行了评价对比,结果表明本课题所提出方法估算结果最大误差不超过3.8%明显优于BP网络、LSTM网络,并且具有准确度高、计算快、鲁棒性强的优势。本课题通过对锂电池特性研究,分析了锂电池SOH主要衰减因素,提取了表征SOH的特征因子,并对特征因子进行了关联度分析和降维处理,提出了一种Bi-LSTM和改进注意力机制相结合的估算模型。通过与其他常见方法的估算结果对比,验证了该方法可有效地提高纯电动车锂电池SOH估算准确度。
融合加速量热和EIS的锂电池充放电产热测试系统研制
这是一篇关于锂电池,加速量热法,EIS,充放电产热的论文, 主要内容为锂电池凭借其优越的性能,广泛应用于消费电子、新能源汽车和储能电站等领域,但是其安全性一直是广受关注的话题。为了维持电池的安全稳定运行,电池充放电热行为的研究必不可少,是后续进行有效热管理的前提。因此,本文研制了一套融合加速量热和EIS的锂电池充放电产热测试系统,具体研究工作如下:首先,根据Bernardi产热公式,建立了锂电池充放电产热模型,针对传统方法无法同步测量锂电池充放电总产热、不可逆热和可逆热的缺陷,提出了融合加速量热和EIS的锂电池充放电产热测试系统的工作原理,设计了基于差示绝热追踪的锂电池比热容测试方法和基于EIS法的在线锂电池内阻测试方法。其次,基于系统功能需求开展总体方案设计,明确了绝热加速量热平台和EIS测试平台的设计任务,完成了基础研究平台的搭建,包括绝热加速量热平台炉体的设计、EIS测试平台数据采集模块的选型以及充放电测试仪的选型。再次,完成了绝热加速量热平台和EIS测试平台的软硬件设计。绝热加速量热平台的工作包括:硬件电路设计、单片机底层驱动、基于前馈补偿的PID温控算法以及上位机控制和分析软件设计;EIS测试平台的工作包括:激励信号发生和响应信号采集电路设计以及上位机信号分析软件设计。最后,完成了测试系统的性能和实用性测试。性能测试验证了比热容测试、总产热测试和交流阻抗测试的准确性,实验结果表明,比热容测试最大误差小于2%;总产热测试的相对误差为3.36%;EIS测试平台阻抗测试的最大相对误差为1.03%,相位测试的最大误差为1.35°。实用性测试完成了18650型NCM523、21700型NCM622和26700型磷酸铁锂电池充放电产热特性测试和分析,实验结果符合客观规律。综上,本文研制的锂电池充放电产热测试系统,具有较好的测试性能和实用性,可以实现锂电池充放电总产热、不可逆热和可逆热的同步测量,为研究锂电池充放电产热特性,建立合理的热管理系统提供了有效测量手段。
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