称重传感器在锂电池正极材料生产中应用

徐伟 张小芳

摘 要：随着我国社会经济不断发展，对节能环保要求越来越高，新能源发展越来越快，而锂电池则为新能源产业中非常重要的一个产品。正极材料是锂电池非常重要的材料，决定了锂电池性能与成本，因此，加快高性能正极材料生产技术和工艺流程研发，显得至关重要。而在此一系列生产工艺中，精确称重计量和均匀配料是必要条件，称重传感器在此生产中得到广泛应用。

关键词：称重传感器;锂电池;应用

1 前 言

随着经济全球化的进程和新能源需求的不断高涨，锂电池的发展越来越快，特别成为绿色环保的新能源电动汽车和其他电动交通工具中非常重要的配件，国家市场对锂电池需求开始成井喷态势。正极材料是锂电池的核心关键材料，经过原料输送、配料混合、电窑高温煅烧、分级粉磨、包覆整形、最终成品、定量称重包装。而在此一系列生产工艺中，精确称重计量和均匀配料是必要条件。

2 称重传感器概述

称重传感器是将重量物理信号转化为可测量电信号输出的装置，选用传感器应先考虑传感器所处实际工作环境，这点对正确选用称重传感器非常重要。

称重传感器按转化方法分为光电式、液压式、电磁式、电阻式、电容式等，目前应用最多是电阻式。

电阻式称重传感器，核心部件是电阻应变片，电阻应变片粘贴在弹性体上，弹性体在外力作用下产生弹性变形，从而电阻应变片同时变形。电阻应变片变形后，应变电阻变化引起电桥不平衡，从而输出模拟量电压信号，就把在弹性体弹性范围内的外力转换为可变的电信号。

通常电阻式称重传感器有柱式、剪切梁式、S型等形式。锂电池正极材料称重料仓和称重机械装置都不是很大，因此采用最多的是剪切梁式。

3 称重传感器在锂电池正极材料生产中应用

3.1 称重传感器选用

每台称所用的传感器数量往往与称重料仓形状有关。比如圆形料仓一般选用3只称重传感器，三点形成一个平面。如果矩形或者大型料仓，那么有可能会使用4只称重传感器。由于盛装锂电池正极材是方形匣钵，匣钵固定在水平机械支架上，所以选用2个梅特勒-托利多紧凑型系列梁式传感器，单点式，安装方便，一左一右，水平安装。

3.2 称重传感器安装

称重传感器安装正确与否，对称重传感器的精度和寿命产生重要影响。由于使用2个传感器，一左一右，就要求底座安装面尽量保持一个水平面，平面倾斜度不超过3°，这样保证每个传感器所承受的力量基本一致，这样得到的数据才准确。

传感器底座安装面尽可能平整和清洁，没有任何油污或者胶膜，否则会对称重传感器造成影响。

3.3 称重传感器应用

传统称重控制方式采用称重传感器+PLC控制模式，称重传感器输出电信号接入PLC模拟量输入模块，PLC把采集模拟量转换为数字量，从而对称重的监控、修改和控制。但是由于PLC采集模拟量可能受到微弱的干扰，对称重精度造成影响，所以锂电池正极材料称重设备中采用了称重传感器+西门子称重模塊WP231+西门子PLC  S7-1200，既提高了集成度，又提高精度与响应速度，从而保证锂电池正极材料在多批量，大量化生产中的总体性能不会有太大差异。

3.3.1 称重模块 WP231简介

WP231是一款非常灵活的称重模块，可以单独作为称重仪表使用，也可以集成在S7-1200 PLC里。充分利用了现在自动化所有功能，如集成通信、操作监控、编程诊断以及TIA Portal中的组态工具。

3.3.2 称重模块WP231在锂电池正极材料系统中硬件搭建

2个梅特勒-托利多传感器接到专用的接线盒，如果一台称多个传感器组成，当载荷位于称上不同位置时，可能造成称重仪表不一致，形成角差，接线盒中相应传感器可以调整角差。再由接线盒连接至称重模块WP231，称重模块WP231与PLC CPU通过内部总线相连，避免了信号干扰。S7-1200 CPU 通过Profinet总线与TP1200 HMI通信。

3.3.3 称重模块WP231调试步骤

（1）正确连接称重模块24V电源及称重传感器电缆，确保称重模块LC灯不亮。

（2）调用程序FB231功能块，它是称重模块与S7-1200之间通讯接口。通过触摸屏HMI按钮设定， 称重模块参数上载，即将称重模块参数读取到调试软件SIWATOOL或者PLC的数据块中。

（3） 在HMI上找到要修改的参数，比如标定砝码重量、小数点个数、称量范围等，并进行修改。

（4） 修改完毕后，通过触摸屏HMI按钮设将参数下载到称重模块中。

（5） 保证秤体为空，然后进行零点标定，此时HMI显示重量为零。

（6） 将砝码放在空秤上，然后执行砝码标定，此时HMI显示砝码重量。

在锂电池正极材料加料过程中，可以在HMI上设定所需加料的额定称重量，以及粗加与精加的重量设定值，通过PLC程序控制对电动机多段速调节，当匣钵里的料达到额定设置值后，停止加料，从而不仅满足了生产的速度，而且达到了称重精度。

4 结 语

总之，伴随着高速增长新能源汽车市场发展，锂电池需求不断增加，锂电池正极材料加工生产要求越来越高，同时设备生产工艺，自动化程度也不断提升，而加料称重是锂电池正极材料生产工艺中非常重要的一个环节，称重传感器在此得到了很好应用，不仅满足了工艺精度，也满足生产速度，为批量生产提供可靠保障。

参考文献

[1] Siemens AG 称重模块SIWAREX WP231如何集成在S7-1200系统中应用。

[2] Siemens AG 电子称重模块SIWAREX WP231。