锂电池化成设备的研发Word文档下载推荐.docx
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3）电动轮技术。
目前大部分重型矿用自卸汽车）电动轮亦称轮内电动机（In-WheelMotor所采用的电动轮是直流电动机，而第二代纯电动汽车所采用的是交流传动系统。
交流传动系统中的永磁式三相同步伺服交流电动机紧凑地收藏其工作原理如下：
而轮毂支撑于转向节上，电动机的转子通过转子托架与车轮轮毂相联，于车轮内，转向轮毂、轮胎随同电动机的转子一同旋转；
而电动机的定子则通过定子托板、节连接于车身上。
1.2.3锂离子电池原理
一个锂离子电池主要由正极、负极、电解液及隔膜组成，外加正负极引线，安全阀，PTC（正温度控制端子），电池壳等。
虽然锂离子电池种类繁多，但其工作原理大致相同。
充电时，锂离子从正极材料中脱嵌，经过隔膜和电解液，嵌入到负极材料中，放电以相反过程进行。
再充电，又重复上述过程。
以典型液态锂离子作为例子，当以石墨作负极材料，以LiCoO作正极材料时，其充放电的2原理为：
放电6C+LiCoO2—→Li-xCoO2+LixC6；
；
Li-xCoO2+LixC6←—6C+LiCoO2充电
+3+4+，此C被氧化为CLi充电时，中发生脱嵌，释放出一个电子，从LiCoO2+经过隔膜与电解液流到负极石墨表面，然后插入到石墨结构中，石墨结Li时，+从，放电时过程则相反，Li碳层间化合物CLi—构同时获得一个电子，形成锂6x石墨结构脱插，嵌入到正极LiCoO中。
2．
锂电池充放电示意图1-2图
锂电池组成1.2.4
氧化钴锰酸锂（LiMn2O4）、⑴正极：
锂电池的正极组成材料为氧化物，
等。
磷酸铁锂（LiFePO4）镍酸锂、氧化镍锂（LiNiO2）、锂（钴酸锂LiCoO2）
。
（碳素）⑵负极：
锂电池的负极组成材料最主要是石墨型化碳材料
导电剂：
乙炔黑。
⑶粘接剂：
聚四氟乙烯。
⑷
和固态电解）锂电池的电解质主要有两种，电解质：
液态电解质（碳酸脂⑸
。
质（聚合物）此隔膜的优点是离子交换能力强，锂电池用隔膜是聚烯微孔隔膜，⑹隔膜：
保液能力好，强度高，抗氧化性能好。
铝壳或塑壳。
⑺
1.2.5锂离子电池生产工艺流程
1.2.6锂离子电池的化成
组装好的锂离子电池首先进行化成。
化成工艺：
以0.1C恒流（40mA/g）充电到3.6V，再以0.2C恒流充电到4.2V，最后以4.2V恒压充电2小时。
静置10min，以0.2C恒流放电至2.5V～3.0V终止，充电同前。
1.2.7锂离子电池的优点
1）超长寿命，铅酸电池具有长寿命，它的循环的寿命在300次左右，能达到的最高也就500次，而磷酸铁锂电池，循环的寿命可以达到2000次以上，标准充电（5小时率）使用，也可以达到近2000次。
同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维护维护又半年”，最多也就1—1.5年时间，而磷酸铁的锂电池在同样的条件下，将达到７~８年可以说是终身制。
综上所述，性价比是铅酸电池的5倍以上。
2）使用安全，磷酸铁锂电池能够充分地解决钴酸锂和锰酸锂所产生的安全隐患问题，锰酸锂和钴酸锂在剧烈的碰撞下会爆炸，这对于消费者的生命财产构成威胁，而磷酸铁锂经过了严谨的安全测试，它即使在最恶劣的交通事故下也不会爆炸，是最特色的锂电池。
3）可大电流2C快速的充放电，在于专用的充电器下，1.5C充电40min内就可以让电池充满，起动电源可达2C，然而铅酸电池现如今没有该性能。
4）耐高温，磷酸铁锂电最高温能够达到350℃—500℃然而锰酸锂和钴酸锂的温度只能达到200℃左右。
5）大容量，它生产的磷酸铁锂电池的续行里程能够达到同等质量的铅酸电池的3—4倍，她得优点能够让电动自行车处在适中重量的前提下，只需要充一次电就能跑100多公里，基本充一次电能，上班族能够使用一周的时间。
然而铅酸电池来装备的电动自行车在整车重量不超标的条件下，其电池容量最大为12Ah（铅酸电池重量此时已达13公斤，而同内容的磷酸铁锂离子电池的重量只有5公斤），充一次电最多能够行驶50km左右。
6）无记忆效应，充电池在补充完的的情况下，容量会低于额定容量，这叫记忆效应。
而像镍氢、镍镉电池存在记忆性，磷酸铁锂离子电池无此现象，电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电。
7）体积很小、重量很轻，相同规格容量的磷酸铁锂离子电池的大小是铅酸电。
1/3，质量是铅酸电池的2/3池大小的．
1.2.8锂离子电池的缺点
1）电池成本较高。
主要表现在LiCoO2的价格高（Co的资源较小），电解质体系提纯比较困难。
2）不能过大的电流放电。
由于有了机电解质体系等等的原因，电池的内阻相对于其他一类的电池较大。
因此要求比较小的放电的电流密度，一般放电电流在0.5C以下，只能用于中小型电流的用电器使用。
3）保护线路的控制。
A、过充保护：
电池过度充能将会破坏掉正极结构从而影响到了它的寿命和性能；
而与此同时过度的充电使得电解液分解，它的内部压力过高会导致漏液等等的问题；
因此必须要在4.1V-4.2V的恒压下再充电；
B、过放保护：
过度放会使活性物质的恢复很困难，因此也要有线路保护的控制。
总体方案设计2
2.1任务要求及参数极具有极耳间距调整、据现有的锂电池化成工艺要求，设计一种化成设备，主要零件的力完成该化成设备的机械结构设计、片或极板夹紧以及充放电功能，分析、完成该设备三维建模及仿真。
锂电池为例，以1865018650这几个数字，代表外表尺寸：
18指电池直径18.0mm
指电池高度65065.0mm2.2升降机构方案
升降机构方案一：
丝杠传动如下图所示，采用步进电机和丝杠带动电极工作台升降。
此方案的优点是升降工作台升降速度可调，升降高度可以通控制步进电机转的圈数来调节，升降距离可以很长。
缺点是结构相对较复杂，生产成本较高。
方案一：
升降台采用丝杠传动图2-1
升降机构方案二：
采用气压传动如下图所示，方案二采用的是气压传动来控制升降台升降，该传动方案的优点是结构简单，反应敏捷，以便于集中的供气和中距离的输送，使用很安全，没有爆炸和电击的危险，具有过载保护能力；
缺点是：
（1）由于空气的可压缩性大，气压传动系统所带来的速度稳定性很差，给系统的速度还有位置控制的精度带来了很大的影响。
）气压传动的噪声很大，尤其是排气的时侯，需要加一个消音器。
2（
图2-2方案二：
升降台采用气缸传动
在本机械中，所要求升降台提升高度不高，如果采用丝杠传动，会使结构相对较复杂，如采用气压传动，会使结构更简单，因此，升降机构采用气压传动。
2.3进料机构方案
进料机构方案一：
齿轮齿条传动
如下图所示，方案一采用的是齿轮齿条传动来控制送料台送料，承载力大，传动精度较高，可达0.1mm，可无限长度对接延续，传动速度可以很高，可达>
2m/s，缺点：
若加工安装精度差，传动噪音大，磨损大。
齿轮齿条传动方案图2-3
进料机构方案二：
气压传动该传动进料机构方案二采用的是气压传动来控制进料台工作，如下图所示，为了以便于集中的供气和平均距离的输送，方案的优点是结构简单，反应敏捷，使用的安全，没有爆炸和电击的危险，有了过载保卫能力；
缺点是：
（1）因为空气能够被极大的压缩，气压传动系统它的速度的稳定性不高，给系统带来的速度以及位置控制精度带来了较大的影响。
（2）气压传动系统会有很大的噪音，尤其是在排气的时候，需要加一个消音器。
图2-4进料机构方案二：
送料机构传动方案
综上所述，为能够集中供气和中距离的传输，为了使用安全，没有爆炸和电击的危险，有过载保护能力；
进料机构和升降机构一样，统一采用气压传动。
2.4总体方案拟定
根据以上升降机构和进料机构的设计，最后拟定传动方案如下图所示：
由气缸带动进料机构左右运动，气杆伸出，可以往电池模板里放入锂电池，
模板底部弹片与电池负极接通，气杆缩进，电池模板与正电极模板对齐。
由气缸带动升降台作上下运动，升降台上升，正电极与池正极脱开，升降台下降，正电极与电池正极接合，接通电源便可开始对锂电池化成。
图2-5总体方案
3气压传动设计
气压传动系统图3.1
该系统由左右移动的进料气缸、升降气缸、组成。
气源出来的气体经过二联件处理后进入到汇流板。
通过相应的电磁换向阀进入气动执行元件，分别驱动气缸1的左右移动、气缸2的上升下降运动.
3.1升降气缸设计
升降气缸运动参数升降行程mm35升降速度s/5mm）所要克服的重力1．
?
10=1780NG=170Kg
2）气缸的直径
本气缸主要带动升降板升降，气缸必须克服升降板的重力和活塞杆工作时的总阻力，其公式为:
2?
PD?
F?
F（3-1）
zt14式中:
-活塞杆上的推力，NF1NG，-升降板重力Ft-气缸工作时的总阻力，NFz-气缸工作压力，PaP?
的影响，则:
在设计中，必须考虑负载率2?
pD?
FF?
zt4由以上分析得气缸的直径:
4（F?
F）tz（3-2）?
D?
p
代入有关数据，可得
4?
（490?
1780））?
F4（Ftz?
所以:
D6?
10?
1pn）mm?
53.7（查有关手册圆整，得D?
63mm
由,可得活塞杆直径:
d?
（0.2?
0.3）D?
13?
18.9mm3Dd/?
0.0.2?
][）?
/（Fd/4校核，按公式圆整后，取活塞杆直径mm16d?
1
0.5?
]）（d?
4/F1[:
有．
]其中，[MPa?
1200.5?
:
则120]/?
[4?
1780）d?
16?
4.9满足实际设计要求。
3）缸筒壁厚的设计
缸筒直接承受压缩空气压力，必须有一定厚度。
一般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算:
]2[?
DP/（3-3）p?
-缸筒壁厚，mm式中:
-气缸内径，mmDP?
1.5P,Pa-实验压力，取Ppp?
]=6MPa材料为:
ZL3,[:
代入己知数据，则壁厚为?
][DP/2?
p56）?
1010/（2?
6?
65?
?
3.25（mm）D?
63?
5?
73（mm）?
，则缸筒外径为取mm?
513.2进料气缸设计
进料气缸运动参数伸缩行程mm1100伸缩速度s/200mm21m/s最大加速度1）所要克服的摩擦阻力
0.17=255Nf=150Kg10
气缸必须克服移动板和活塞杆工作时的总阻本气缸主要带动移动板伸缩，
力，其公式为:
f?
（3-4）
z14式中:
-活塞杆上的推力，N150?
150?
1F?
ma?
F11，N-升降板重力GFt-气缸工作时的总阻力，NFz-气缸工作压力，PaP?
F
zt14由以上分析得气缸的直径:
F）（3-5）1zt?
p代入有关数据，可得
（550?
255?
150））4（F?
tz1?
101?
pn）34.8（mm?
查有关手册圆整，得D?
50mm
15mm3..D?
02?
0/d
]?
d[）F/（4/校核，按公式圆整后，取活塞杆直径mm15d?
]）4F[1/?
d（有:
][其中，MPa120?
120]/?
150）255（550[4d?
则16?
3.18?
满足实际设计要求。
）缸筒壁厚的设计3缸筒直接承受压缩空气压力，必须有一定厚度。
][/2?
DP（3-6）p
-缸筒壁厚，mm式中:
1.5P,Pa-实验压力，取Ppp?
]=6MPa:
ZL3,[材料为代入己知数据，则壁厚为:
DP/p56）10?
61050?
/（2?
2.5（mm）D?
50?
60（mm）?
取，则缸筒外径为mm?
513.3升降气缸尺寸设计与校核
1）尺寸设计Dl=63mm气缸内径为气缸运行长度设计为，气缸运行速度，加速度=40mm,1?
t=0.1s,压强p=1MPa,则驱动力：
时间``2?
R?
Gp.（3-7）062?
1?
3.14?
0.063
12462（N）
2）尺寸校核
（1）测定上模板质量为170kg,则重力：
mg?
G．
170?
10）N?
1700（2，则惯性力：
）设计加速度
（2）/sa?
1（mma?
G1?
1?
170（N）（3）考虑活塞等的摩擦力，设定一摩擦系数，10.k?
G?
k.G1m?
0.1?
850?
85（N）G?
G=1955N总受力?
m1qG?
G0q所以设计尺寸符合实际使用要求。
3.4伸缩气缸尺寸设计与校核
）尺寸设计1Dl=50mm气缸内径为，气缸运行速度，加速气缸运行长度设计为=1100mm,1?
t=0.1s,压强度时间p=1MPa,则驱动力：
``2?
R.?
Gp（3-8）062?
0.05
7850（N）
）尺寸校核22）s5（?
m/a，则惯性力：
（）设计加速度1
G1．
1）N?
150（（3）考虑活塞等的摩擦力，设定一摩擦系数，1.?
0kGk?
.G1m?
150）15（N?
G=165N总受力?
mq1G?
滚珠丝杠的设计计算与选用纵向滚珠丝杠的设计与计算
）确定滚珠丝杠副的导程1Vmax?
P（3-9）
hn*imaxV：
工作台最高移动速度maxn：
电机最高转速；
max：
传动比I
（取一级减速齿轮）电机与丝杠间为齿轮连接式，i=4Wn，由上表查得=1500r/min
=4m/min1max?
P代入得0.67mmh?
P5mm查《现代机床设计手册》取h2）确定当量转速与当量载荷Vi?
n（3-10）
（1）各种切削方式下，丝杠转速
iph
vvv=0.6,由上表查的=0.8,=4=1,2P31h
n?
120，160，200代入得，800?
nn?
1342
（2）各种切削方式下，丝杠轴向载荷F?
p?
（w?
w?
p）/10zii12xi
Fpp：
垂向切削力：
丝杠轴向载荷，：
纵向切削力，ziixi
p（i=1,2,3,4）分别为由上表得2000N,1000N,500N,0Nxi
p（i=1,2,3,4）分别为1200N,500N,200N,0Nziww200N
＝＝800N，已知21F1000N620N，2200N，1150N，代入得（i=1,2,3,4）分别为i
当量转速（3）
ttttn*n***nn?
n得入/100+/100+代据/100+/100数4231314mm2?
n240r/minm当量载荷4（）
t*ntnttn***n333333414122*?
***+FFF=F+F（3-11）343m21*100n*100nn*100n*100mmmm
F带入数据得1057N＝m
3）初选滚珠丝杠副
由公式《现代机床设计手册》（3.7－24）知
6ff*f*f*c103khaat（3-12））L?
*（*
h60nFfwmm
查《现代机床设计手册》表（3.7－51）—表（3.7－54）
fffffL＝10000h=1.3，＝1，＝得＝1，0.53＝1，，hkhwat
c＝13589N=13.58KN代入数据可求得a确定允许的最小螺纹底径4）
（1）估算丝杠允许的最大轴向变形量?
（1/3—1/4①）重复定位精度m?
定位精度—②1/5）（1/4?
m?
：
最大轴向变形量mm?
已知重复定位精度10m?
25定位精度m?
6＝3＝①，②mmmm?
3＝取两种结果最小值mm
（2）估算最小螺纹底径丝杠要求预拉伸，取两端固定的支承形式
10*F*LF*L000.03910?
d（3-13）m2?
E?
**mm
d：
最小螺纹底径mmm2L＝（1.1—1.2）行程+（10—14）Ph?
WF静摩擦力=100?
W=0.2＝800N,已知行程950mm，01Fd=9.5mm＝，代入数据得L=1110mm160N,m205）确定滚珠丝杠副得规格代号
（5）选内循环浮动式法兰，直筒螺母型垫片预紧形式
cd在《现代机床设计手册》中选取相应规格的，，由计算出的）（6Phm2am
滚珠丝杠副FFZD4005-5
=5,=22000N>
=13589NccPhama6）确定滚珠丝杠副预紧力
1=FF
Pmax32200其中＝Fmax＝733NFP7）行程补偿值与拉伸力?
3C=11.8
（1）行程补偿值*10?
tlulL?
L?
2L式中＝uankL＝950查《现代机床设计手册》kLL＝（2—4，）＝15＝110anPh0c温差取2.5t?
C=32代入数据得m
（2）预拉伸力
t?
2F＝1.95dt2F＝4807N代入得t8）确定滚珠丝杠副支承用得轴承代号，规格
1）轴承所承受得最大轴向载荷（F2200＝7007＝4807＋maxB
（2）轴承类型
0c角接触推力球轴承60两端固定的支承形式，选背对背轴承内径）（71FdF，取d=＝30d略小于＝40，
BP2maxB3F2336N＝带入数据得BPF?
轴承预紧力：
预力负荷）（8BP（9）按《现代机床设计手册》选取轴承型号规格F＝当d30mm，预加负荷为：
BP轴承所以送7602030TVPF＝2900>
2336N，预加负荷为＝d30BP滚珠丝杠副工作图设计9）．
（1）丝杠螺纹长度L?
2L?
LesuL由表查得余程e
（2）两固定支承距离，丝杠LL1（3）行程起点离固定支承距离L0L＝1290，＝1350Ls1L301410，＝＝Le010）传动系统刚度
（1）丝杠抗压刚度1）丝杠最小抗压刚度2d22＝6.6*10*k
minsl1:
丝杠底径d2l：
固定支承距离1k?
782N/＝代入数据insmm2）丝杠最大抗压刚度
2d*l2126.6＝*10*k
maxs4l（l?
l）010?
9000N/代入数据得m）支承轴承组合刚度（21）一对预紧轴承的组合刚
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