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锂离子电池卷绕机嵌入式控制系统的设计与实现

杨镇首  
【摘要】:锂离子电池由于具有体积小、质量轻、能量密度大、工作电压高、使用寿命长和无环境污染等优点,使其成为了应用范围最为广泛的二次电池,同时作为最主要的移动电器能源起着越来越重要的位置。锂离子电池卷绕机一一作为锂离子电池生产中的一个关键设备,决定着锂离子电池的高质、高效生产。 目前国内高质量的卷绕机主要还是从国外引入,其成本昂贵且技术支持等方面也得不到保障,很难满足市场的需求。而国内电池设备供应商提供的电池卷绕机一般都是仿国外的制造技术,采用以PLC作为主控制器的控制方案来设计的。此控制方案一方面存在着执行周期过长和数据处理能力较低等缺点,导致对外部输入和控制响应不够及时和对隔膜的恒张力控制效果不理想,从而严重影响锂离子电池的生产质量和效率。另一方面存在着价格较高而直接导致了整个设备的成本提升,并且保密性较差容易被复制修改。 本文通过对整个锂离子电池卷绕机系统的研究,提出基于微控制器的嵌入式控制系统开发方案。从卷绕机控制要求和实际工业生产角度出发,整个嵌入式控制系统由主控制模块、卷绕控制从模块和I/O扩展从模块组成。详细介绍了主从模块间通信的实现方法、上下位机通信的实现方法和卷绕时隔膜张力控制的实现方法。在硬件上,设计出具体的硬件电路并对其工作原理进行详细分析。系统采用STM32系列微控制器作为各模块的主控制器,软件编程采用C语言编写,在RVMDK开发平台上实现程序的编辑、编译、在线调试和下载。此外,系统设计中还充分考虑在硬件和软件方面的各种抗干扰措施以增强系统的抗干扰能力。最后,介绍整个嵌入式控制系统的调试方法及系统实现。 以微控制器为主控制器的嵌入式控制系统方案来实现电池卷绕机控制系统,实现了卷绕机的控制功能以及卷绕过程中隔膜张力的控制,设备性能稳定可靠且大大降低了电池卷绕机的生产成本,同时具有较好的保密性和技术知识产权,有利于我国锂电池行业的发展需要,降低生产成本,扩大生产规模,增强国际竞争能力。


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