基于PCI-9111HR数据采集卡的锂电池外壳抗压检测应用

　　背景

　　随着我国经济和科学技术的高速发展，锂电池应用的产业需求巨大。由于环保压力和政策激励的多重驱动，锂电池占电池界的半壁江山。然而,由于电池安全问题引发的自燃、爆炸事故比比皆是。比如震惊业界的三星电池爆炸事件，以及电池外壳变形挤压引起的蔚来汽车自燃事件，给锂离子电池的安全问题再次敲响了警钟。在这样的背景下，锂电池厂家或锂电池检测设备厂家必须建立高效的锂电池自动检测系统，须借助工控机、PCI-9111HR数据采集卡、机器视觉及工业相机等设备，提高外观检测深度和效率。

　　不良品在制程中流动，会导致浪费个工序的人力、材料、物力、时间等成本，锂电池外壳的抗压后，其厚度变形量超过允许值，会涉及到锂电池安全隐患。之前检测方法存在问题：一是检测速度慢，无法实现在线检测;二是人工检测主观性大，人员易疲劳;三是品质管理难，人工操作中易造成其他不良内容。

　　方案概述

　　抗压强度是锂电池封装外壳最重要的质量指标。其测试方法与评估标准为：对待检测的锂电外壳施加一定的压力(如采用压力执行器对外壳产品施加500g压力)，同时运用电涡流位移传感测试产品厚度方向的变形量，当厚度变形量ΔL 超过允许值的时候，则认为产品是NG 的。否则，该产品为OK 品。

　　主要硬件要求

　　1)测试平台：对锂电池外壳产品进行抗压测试的工作台;

　　2)压力执行器：压力执行器应包含驱动电源，当其控制端施加0～10VDC 的模拟控制电压时，可等比例向外部产生0～1000g 的驱动压力;

　　3) 压力传感器：其作用在于，实时检测施加在产品的压力，并等比转化为0～10VDC 的电信号，以供压力值反馈之用;

　　4)电涡流位移传感器：检测产品厚度方向的变形值，并等比转化为电压信号，反馈至计算机系统;

　　5)PCI-9111HR数据采集卡：对压力传感器以及电涡流传感器输出的测试量进行A/D 采集，并对压力执行器的输出压力进行D/A 控制;

　　6) 工控机：要基于 PC 架构，自带有串口，i5以上配置，支持二维码和条形码扫描的扫描枪跟 PC 相连。

　　系统工作流程

　　1、硬件系统的拓扑结构如下所示。

锂电池外壳压力检验

　　2、压力执行器输出标准测试压力的控制方法

　　考虑到整个系统工作时的安全性、可靠性、稳定性以及测试的准确性，压力执行器在向产品释放压力时，需要将渐续进行，即：施加压力的大小需由0 逐渐增加，并进而达到标准值(500g)，而并非瞬时施加500g 的外力。因此，为保证压力标准值的正确性和精度，同时又满足过程的快速性，需要对压力执行器进行正确而恰当的控制。

　　鉴于系统中具备压力传感器这里反馈装置，对压力执行器的控制，本方案采用工业上较为常用PID 闭环反馈的控制方法。PID 控制因其算法简单易实现，性能好和可靠性高被广泛应用于工业过程控制。

　　第一，选择合适的PID(比例、积分、微分)参数，压力传感器的施加压力值从0 达到标准值，其响应速度可为几十ms，并且根据需要，通过改变参数，将这一过程的时间延长至几秒，几十秒……PID 参数对于控制输出的标准压力具备很好的响应速度、稳定性和无偏差性;其次，通过PID 控制方法，完全可以使压力执行器的压力输出值不会超调，即：不会出现压力高于标准值对产品产生破坏的情况;第三，配合ADLINK PCI-9111HR 高精度多功能采集卡，PID 算法可达到较高的精度。就本系统而言，因PCI-9111HR 卡A/D 分辨率高达16 位，D/A 分辨率高达12 位，压力控制精度可达到100mg 以内;最后，结合PCI-9111HR 高精度多功能采集卡，PID 控制方法在当今各种通用的编程语言中都是易于实现和掌握的。

锂电池检测流程