電池化成設(shè)備的大規(guī)模柔性化控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著日益繁多的新型電子產(chǎn)品的上市和各國電動(dòng)汽車開發(fā)力度的加大，各類電池的需求量越來越大，現(xiàn)有的單機(jī)電池化成工藝和設(shè)備已不能滿足電池生產(chǎn)需求。電池化成工藝設(shè)備的工藝策略，影響著電池的容量和使用壽命，而電池化成設(shè)備的規(guī)模，則直接影響著電池的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本。本文在傳統(tǒng)的單機(jī)化成工藝設(shè)備的基礎(chǔ)上，提出了大規(guī)模柔性化電池化成工藝設(shè)備的思想，并對(duì)設(shè)備開發(fā)過程中的控制技術(shù)進(jìn)行了研究。研究內(nèi)容包括：節(jié)能和精確的電池化成工藝策略、大規(guī)模化成工藝終端節(jié)

2、點(diǎn)同步方法和基于電池化成設(shè)備故障的柔性化設(shè)計(jì)方法等方面。
　　電池化成工藝的能量流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、信息流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和軟件平臺(tái)是電池化成工藝設(shè)備的研究基礎(chǔ)。本文首先對(duì)電池化成工藝設(shè)備能量模型進(jìn)行了研究，選用了既節(jié)能又不會(huì)造成上級(jí)電網(wǎng)污染的直流母線型能量流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，作為研究的平臺(tái)。其次，選用高速、方便、且符合控制系統(tǒng)發(fā)展方向的工業(yè)以太網(wǎng)控制技術(shù)，作為大規(guī)模分布式化成工藝設(shè)備的總線結(jié)構(gòu)，并利用層次化的信息流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化工藝終端節(jié)點(diǎn)的接入

3、。最后，利用多任務(wù)操作系統(tǒng)，在嵌入式平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)化成工藝設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化控制，達(dá)到設(shè)備柔性化的目的。
　　在直流母線型能量流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了電流環(huán)和電壓環(huán)的化成工藝策略，解決了電池化成工藝過程中高精度的能量注入問題。本文在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了化成蓄電池的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)了電流和電壓的傳遞函數(shù)，研究了電池化成工藝策略，保證了化成工藝過程中電壓電流的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和平滑切換。同時(shí)，在大規(guī)模電池化成工藝方案中，分析了基于電池產(chǎn)量

4、的單次化成和連續(xù)化成工藝的節(jié)拍控制策略，并提出了基于工人勞動(dòng)強(qiáng)度的連續(xù)化成節(jié)拍控制方法，實(shí)現(xiàn)了電池化成工藝過程中電能回饋和利用，避免了電能浪費(fèi)。
　　大規(guī)模電池化成工藝設(shè)備擁有成百上千個(gè)工藝終端節(jié)點(diǎn)，針對(duì)大規(guī)模終端節(jié)點(diǎn)的電池化成工藝數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}，本文在交換式工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)延遲時(shí)間分析的基礎(chǔ)上，計(jì)算了電池化成工藝終端節(jié)點(diǎn)數(shù)與采樣時(shí)間的關(guān)系，提出了基于滑動(dòng)時(shí)窗的終端節(jié)點(diǎn)同步時(shí)鐘偏差預(yù)測(cè)補(bǔ)償算法。該算法較傳統(tǒng)時(shí)鐘同步算法具有更高的同步

5、精度，并且通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了算法的同步精度驗(yàn)證，為大規(guī)模電池化成工藝終端節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘同步提供了理論依據(jù)。
　　為了使電池化成工藝設(shè)備更加智能化、柔性化和自動(dòng)化，本文提出了電池化成工藝設(shè)備的柔性設(shè)計(jì)方案，使電池化成工藝設(shè)備終端節(jié)點(diǎn)具有故障檢測(cè)能力、大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)重構(gòu)能力、設(shè)備擴(kuò)展能力和全自動(dòng)化控制能力。在終端節(jié)點(diǎn)的故障檢測(cè)方法上，提出了變周期心跳幀的檢測(cè)方法，并通過檢測(cè)性能參數(shù)對(duì)該算法在大規(guī)模終端節(jié)點(diǎn)上的檢測(cè)性能進(jìn)行了評(píng)判。針對(duì)大規(guī)模

6、終端節(jié)點(diǎn)故障發(fā)生時(shí)刻和修復(fù)后接入的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)重構(gòu)的問題，提出了基于目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)重構(gòu)方法，保證單次和連續(xù)化成工藝節(jié)拍控制策略條件下，大規(guī)模電池化成終端節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)電網(wǎng)取電性能。在異構(gòu)終端設(shè)備接入方法上，提出了協(xié)議轉(zhuǎn)換方法，實(shí)現(xiàn)了新型工業(yè)以太網(wǎng)電池化成工藝設(shè)備與企業(yè)原有的非以太網(wǎng)絡(luò)工藝設(shè)備的兼容和共存，避免企業(yè)對(duì)化成工藝設(shè)備的重復(fù)投資而造成的資源浪費(fèi)。在自動(dòng)化控制方法上，研究了一種直接數(shù)字合成的多電機(jī)同步算法，適應(yīng)設(shè)備的未來發(fā)