一種基于動態(tài)優(yōu)化的回流式全自動電池配組方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于動態(tài)優(yōu)化的回流式全自動電池配組方法及系統(tǒng)，屬于電池檢 測、分選、配組優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 動力電池通常需要成組使用，由于生產(chǎn)工藝水平的限制，即使是同批次的產(chǎn)品，單 節(jié)電池之間也會存在一些性能上的差異，在成組使用過程中經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)其中有一節(jié)電池性 能落后，而使整組電池性能（如容量）明顯下降，而且這種現(xiàn)象會隨著使用次數(shù)（時間）的 增多而越來越明顯，不能滿足續(xù)行里程要求，從而使整組電池報廢或更換。這種現(xiàn)象稱為性 能不一致造成的性能（容量）衰減現(xiàn)象。這種現(xiàn)象會加大用戶的使用成本；造成電池制造 廠家的高退貨率，也會使整個生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品形象受到影響；因此其對整個電動車產(chǎn)業(yè)的 健康穩(wěn)定發(fā)展有著重大影響。相反，一組電池中每節(jié)電池間的一致性較好，則會使這個電池 組的使用壽命明顯提高。因此越來越多的整車生產(chǎn)廠家和電池制造廠家均認識到電池檢測 配組的重要性和必要性。先后都將電池檢測配組作為至關(guān)重要的質(zhì)量控制步驟。動力電池 要求檢測配組供應(yīng)已成為電動自行車用電池或其他動力電池的特點。目前通常的電池檢測 配組方法是在電池制造好后，先檢測電池的電壓、電阻、容量等性能參數(shù)或性能曲線，然后 根據(jù)其中的某些或某個性能參數(shù)或性能曲線，進行計算、比較和分析、通過分組和篩選把性 能接近（在某一個誤差范圍內(nèi)）的若干節(jié)電池配為一組，使電池組具有良好的一致性。
[0003] 如當(dāng)前電動自行車用電池的檢測配組方法是：先把所要進行檢測配組的電池先充 電至飽和，然后在同一路電池中進行串聯(lián)（如18節(jié)或16節(jié)）恒流放電，當(dāng)放電接近末期 (一般為單節(jié)電池平均電壓等于10. 8伏特）時，用設(shè)備同時自動測量記錄或人工依次測量 記錄每節(jié)電池的電壓，最后把電壓值偏差在一定范圍內(nèi)的進行配組，這種方式一直在被電 池生產(chǎn)企業(yè)和電池使用單位沿用，存在過程復(fù)雜耗時、無法實現(xiàn)流水線檢測配組、配組效率 及配組質(zhì)量不高等缺點。
[0004] 為此設(shè)計出一種基于動態(tài)優(yōu)化的回流式全自動電池配組方法及系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用 動態(tài)配組方法，總是能根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)進行實時配組選擇，提高了配組的質(zhì)量；同時采用電 池回流方法實現(xiàn)電池的多次配組選擇，提高了配組成功率，此外采用多目標(biāo)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模 型，通過設(shè)置不同的出口傳送帶配一組電池所需的電池數(shù)量、優(yōu)先級及不同性能參數(shù)及其 權(quán)重系數(shù)等，可實現(xiàn)不同數(shù)量要求的、多個性能參數(shù)約束的、多目標(biāo)優(yōu)化的電池配組，提高 該電池配組流水線的柔性和靈活性，因此其應(yīng)用前景非常廣泛。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決現(xiàn)有配組方法配組效率低，質(zhì)量不高等問題，本發(fā)明提供了一種基于動態(tài) 優(yōu)化的回流式全自動電池配組方法及系統(tǒng)，采用了以下技術(shù)方案：
[0006] 一種基于動態(tài)優(yōu)化的回流式全自動電池配組系統(tǒng)，包括電池性能檢測裝置，輸送 裝置及主控機；
[0007] 所述輸送裝置包括輸入傳送帶、環(huán)形傳送帶、輸出傳送帶、擋板、推入氣缸、推出氣 缸、出口氣缸、傳感器、出口傳送帶；所述輸入傳送帶與環(huán)形傳送帶的一邊相互平行并連接， 環(huán)形傳送帶與輸出傳送帶相互垂直并連接，輸出傳送帶與出口傳送帶相互垂直并連接；所 述輸入傳送帶末端設(shè)置擋板、推入氣缸和光電門；所述環(huán)形傳送帶與輸出傳送帶相連接的 地方設(shè)置推出氣缸和光電門，推出氣缸旁邊設(shè)置傳感器；所述推出氣缸和推入氣缸之間的 距離為環(huán)形傳送帶上兩相鄰電池間的間距；所述輸出傳送帶與出口傳送帶相連接的地方設(shè) 置出口氣缸和光電門。
[0008] 所述電池性能檢測裝置安裝在輸入傳送帶上；
[0009] 進一步的，基于所述系統(tǒng)的電池配組優(yōu)化方法包括以下步驟：
[0010] (1)電池輸入與配組優(yōu)化計算：當(dāng)輸入氣缸對應(yīng)的環(huán)形傳送帶上的電池空缺時， 輸入氣缸把經(jīng)過性能檢測的電池推入到環(huán)形傳送帶上；同時主控機使用電池配組優(yōu)化數(shù)學(xué) 模型根據(jù)最新的系統(tǒng)狀態(tài)重新進行配組優(yōu)化計算，刷新環(huán)形傳送帶上的所有電池的配組標(biāo) 記。
[0011] (2)電池推出：當(dāng)有電池到達推出氣缸時，如果電池是不合格的、或在環(huán)形傳送帶 上運行圈數(shù)已達到上限值的或已被分配標(biāo)記有第1至第m-2個出口傳送帶編號的，那么推 出氣缸工作把該電池推入到輸出傳送帶上；否則，刷新該電池在環(huán)形傳送帶上的運行圈數(shù)。
[0012] (3)電池配組輸出：當(dāng)電池進入到輸出傳送帶后，電池經(jīng)過出口氣缸時，主控機會 根據(jù)其是不合格的、或是在環(huán)形傳送帶上運行圈數(shù)已達到上限值、或是已被分配標(biāo)記有第1 至第m-2個出口傳送帶編號的等不同情況，控制出口氣缸工作把電池推入到相應(yīng)的出口傳 送帶上，當(dāng)?shù)?至第m-2個出口傳送帶中電池的數(shù)量到達配組數(shù)量要求時把電池配組清空。
[0013] 所述電池配組優(yōu)化數(shù)學(xué)模型如下：
[0014] (1)參數(shù)與決策變量：
[0015] i :環(huán)形傳送帶上的電池的編號，從推入氣缸對應(yīng)的電池位置開始沿順時針方向依 次為：1，…，η ;
[0016] j :出口傳送帶的編號，1，…，m;根據(jù)需要把出口傳送帶中最后兩個分別設(shè)置為電 池在環(huán)形傳送帶上運行圈數(shù)已達到上限值（如20圈）后仍沒有配組成功的電池出口通道 和不合格電池出口通道；
[0017] k :電池性能參數(shù)編號，1，…，1 ;
[0018] Qj:已進入第j個出口傳送帶的等待配組的電池數(shù)量，j = 1，…，m-2 ;
[0019] 0j:第j個出口傳送帶一組電池所需的電池數(shù)量，j = l，一，m-2(通常
）；
[0020] [亡，:第k個電池參數(shù)的合格區(qū)間；
[0021] vik:環(huán)形傳送帶上第i個電池的第k個參數(shù)值；
[0022] xij:決策變量，0或1，1表示第i個電池配到第j個出口傳送帶，j = 1，…，m-2 ;
[0023] f :已進入第j個出口傳送帶的第r個電池的第k個參數(shù)值，j = 1，···，m-2;
[0024] Pj:第j個出口傳送帶的優(yōu)先因子，j = 1，…，m-2 ;
[0025] :第k個參數(shù)值的權(quán)重系數(shù)
[0026] δ j:第j個出口傳送帶配出的電池組的性能一致性差異限值，j = 1，一,!11-2 ;
[0027] (2)目標(biāo)函數(shù)：
[0028]
(1)
[0029] (3)約束條件：
[0030]
[0035] 其中，（1)為目標(biāo)函數(shù)，最小化組內(nèi)電池加權(quán)平均性能差異；（2)表示一個電池只 能配到一個出口傳送帶；（3)表示必須為第1至第m-2個出口傳送帶配滿電池；（4)表示不 合格電池不能被分配到第1至第m-2個出口傳送帶；（5)表示第1至第m-2個出口傳送帶 內(nèi)電池第k個參數(shù)值的均值；(6)表示第1至第m-2個出口傳送帶內(nèi)電池間的平均性能差 異不能超過其限值SP
[0036] 本發(fā)明對比已有技術(shù)具有以下優(yōu)點：
[0037] 1.采用自動化流水線的檢測配組方法，減少人工配組工作量，節(jié)約人工成本，提高 配組效率。
[0038] 2.采用動態(tài)配組方法，總是能根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)進行實時動態(tài)配組優(yōu)化選擇，提高 配組質(zhì)量。
[0039] 3.采用回流方法可實現(xiàn)對電池的多次配組選擇，提高配組成功率，另外設(shè)置了不 合電池出口傳送帶和在規(guī)定時間內(nèi)沒有配組成功的合格電池出口傳送帶，確保不合格電池 能及時離開流水線，同時也防止了很難配組成功的電池長時間滯留在流水線上的情況，從 而進一步提高了流水線的配組效率和質(zhì)量。
[0040] 4.通過設(shè)置不同的(^_可以實現(xiàn)混配，即在同一條流水線上同時可以配不同數(shù)量要 求的電池組（例如可同時配3個一組的和4個一組的），可實現(xiàn)多組電池的同時配組優(yōu)化。
[0041] 5.通過設(shè)置電池性能參數(shù)數(shù)量1，可實現(xiàn)考慮多個性能參數(shù)約束的電池配組優(yōu) 化；并可以通過設(shè)置不同的權(quán)重值系數(shù)％體現(xiàn)各參數(shù)的重要程度。
[0042] 6.通過設(shè)置出口傳送帶的優(yōu)先因子Pj，在滿足電池一致性要求的基礎(chǔ)上，可實現(xiàn) 控制不同出口的電池組質(zhì)量，一般情況下Pj越大，對應(yīng)的出口傳送帶配出的電池性能一致 性越好。
【附圖說明】
[0043] 圖1是本發(fā)明整體機構(gòu)的示意圖。
【具體實施方式】
[0044] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明：
[0045] 參見附圖1所示，一種基于動態(tài)優(yōu)化的回流式全自動電池配組系統(tǒng)，包括電池性 能檢測裝置3,輸送裝置及主控機。
[0046] 輸送裝置主要由輸入傳送帶2、環(huán)形傳送帶7、輸出傳送帶8及出口傳送帶11組 成，其中輸入傳送帶2與環(huán)形傳送帶7的一邊相互平行并連接，環(huán)形傳送帶7與輸出傳送帶 8相互垂直并連接，輸出傳送帶8與出口傳送帶11相互垂直并連接。
[0047] 在輸入傳送帶上安裝電池性能檢測裝置，用于檢測電池性能參數(shù)。
[0048] 在輸入傳送帶2末端設(shè)置擋板4,其作用是使輸入傳送帶2末端具有一定的緩存功 能，此外在輸入傳送帶2末端設(shè)置推入氣缸5和光電門，光電門與擋板配合作用確保推入氣 缸5工作時不會為空行程。
[0049] 在環(huán)形傳送帶7與輸出傳送帶8相連接的地方設(shè)置推出氣缸6和光電門，推出氣 缸6和光電門配合工作，把環(huán)形傳送帶7上的電池推入到輸出傳送帶8上，其中推出氣缸6 和推入氣缸5之間的距離為環(huán)形傳送帶7上兩相鄰電池間的間距；此外在推出氣缸6旁邊 設(shè)置傳感器10,用以檢測環(huán)形傳送帶7上電池的運行圈數(shù)。
[0050] 在輸出傳送帶8與出口傳送帶11相連接的地方設(shè)置出口氣缸9和光電門，出口氣 缸9和光電門配合工作，把輸出傳送帶8上的電池推入到出口傳送帶11上。
[0051] 進一步的，基于所述系統(tǒng)的電池配組優(yōu)化方法包括以下步驟：
[0052] (1)電池輸入與配組優(yōu)化計算：當(dāng)輸入氣缸對應(yīng)的環(huán)形傳送帶上的電池空缺時， 輸入氣缸把經(jīng)過性能檢測的電池推入到環(huán)形傳送帶上；同時主控機使用電池配組