在我国新能源汽车快速发展的背景下，锂电池技术已经得到社会的广泛关注，其中正极材料作为锂电池的关键原材料，对电池性能有直接影响。为了可以更好地适应未来锂电池行业的发展需求，应打造正极材料自动化控制系统，这对于提升产量、保障锂电池性能有重要意义。
1.技术背景与技术方案
目前在锂电池生产中，镍钴锰正极材料较为常见，在该材料生产期间需要进行混料、烧结，并将烧结后粉料粉碎的加工过程。在传统工艺下，上述诸多生产步骤是分步进行的，无法支持自动化以及远程控制的要求。而随着无线控制以及PLC等技术的发展，相关学者提出了采用集中控制的方法，即将电缆将设备集中在一起，再由功能软件统一操控[1]。但是结合实际工况发现，正极材料的加工车间环境复杂，实现上述方案的操作难度高，尤其是现场布线更容易出现质量问题。
针对上述情况，本文提出了一种新的锂电池正极材料的自动化控制系统方案。该方法将烧结炉、粉碎机、混料装置、工控主机、控制面板、无线收发装置等整合在一起，能够实现锂电池正极材料自动化控制，并且工作人员也可以远程操控，满足正极材料加工的要求。其基本技术方案包括：
（1）无线传感器系统主要包括无线传感以及无线收发模块，采用zigbee接收单元及其无线传感器组件等，能够支持与温湿度传感器等现场信息采集模块的对接。（2）包括除磁装置以及第二传送带等，其中第二传送带的一端与粉碎机出料口对接，另一端与除磁装置进料口连接，两者均安装了无线收发模块单元。（3）在控制面板上设置传送带调速按钮、烧结炉温控调节按钮以及紧急停止按钮等。
在上述技术方案下，该系统在运行期间可以实时采集无线控制指令并调控生产参数；该技术方案在现场应用时不需要布线，施工难度小，并且对于不同的工况有着良好的适应性。该装置的基本架构如图1所示，控制系统结构101-混料装置；102-烧结炉；103-粉碎机；201-第一传送带；202-第二传送带；104-除磁装置。
在介绍的控制系统结构下，技术人员通过控制面板输出控制指令后，主控器完成数据处理并生成控制信号；控制信号在无线收发控制模块的作用下被保存在控制单元中，粉碎机、烧结炉、传送带等装置开始按照设定的数据参数运行；采集模块可以将装置运行的数据反馈至控制面板，工作人员根据异常运行数据选择远程调节，使该系统的生产过程完全符合质量标准；而针对系统运行明显异常情况应警惕安全风险，通过启动强制停止按钮等方式使设备暂停。
2.系统实现方案
2.1控制面板
在该系统中，控制面板可以采集用户发送的控制指令，提取其中关键数据后上传至工控主机上，用户可以采用远程操控的方法该系统的生产数据，必要时通过紧急暂停等功能关闭系统。
2.2无线传感器组
该系统用于采集锂电池正极材料自动化控制系统运行的相关资料，包括设备核心部件的温度以及烧结炉温度等，是控制自动化系统加工质量的重要组成部分。本文所介绍的无线传感系统中包含多个功能模块，包括温湿度传感器、热电偶等，其中温湿度传感器可以检测设备的温度，通常被设定在顶部位置；单独的温度传感器可以记录设备运行的数据，通常被设置在核心部件上。在本次系统设计中，温湿度传感器选择AM2311型高精度温湿度传感器装置，温度传感器使用了DS18B20型传感器的；在上述系统硬件的基础上增设zigbee无线模块，使系统装置具有支持无线通信的功能。
2.3无线收发模块
无线收发模块具有接收无线传感器组采集数据以及发送控制信号的功能，在本次设计中在充分考虑到不同无线收发模块技术优势的基础上，最终选择了zigbee无线收发模块，该模块具有收发距离长且信号稳定的优点，由致远电子提供，信号为ZM516x型。该无线收发模块通过串口或者USB接口等方法实现与工控主机之间的数据互联。
2.4工控主机模块
该模块能够根据控制面板的资料采集输入数据，系统经过数据处理后调控触发控制信号。同时在工控主机上连接了显示屏，通过显示屏可以显示与控制指令相关的操作指令。本次设计中工控主机模块选择了ARM架构的嵌入式主机模块，通过VGI接口与显示屏连接。这种技术方案的优势就是可以保障良好的数据处理效率，并维持显示屏的正常运行。
2.5第一传送带
该装置就可以在主控器发送运行控制信号之后，将料钵从混料装置所在的一端经过烧结炉传输到粉碎机所在的一端，整个装置运行过程均采用电机驱动方案，工控机发送控制指令操控设备的运行，包括停止、启动以及调速等，上述操作支持远程或者现场处理的技术要求。
2.6烧结炉
该装置可以经工控机做远程信号操控并加热，本系统中使用开放式烧结炉，经过第一传送带的控制使物料穿越烧结炉，粉料在烧结炉的作用下快速受热并完成烧结处理。该系统通过远程控制可以随时控制传送带的运行速度以及烧结温度等。
2.7粉碎机
该装置的功能是粉碎烧结后的物料，本系统设计中采用了德章机械SZP系列破碎振动筛粉机。
2.8第二传送带
将粉碎后的物料传送至除磁装置中。
2.9除磁装置
该装置的功能是清除粉料中的磁性金属，提升粉料的性能，在经过处理后可以有效清除粉料中的铁、钴等金属，正常的粉料可以通过。
3.系统技术优势分析
本文系统的设计充分满足锂电池正极材料自动化控制的性能要求，其优点主要表现为：（1）在烧结炉、传送带以及粉碎机等关键设施上增加无线控制收发单元，实现了设备远程无线控制的技术要求，因此在现场解决了传统技术方案中需要布线的问题，可以降低施工难度、减少施工周期[2]。（2）该系统设计中合理使用了无线传感器组模式，在无线传感器的支持下用户可以随时查阅设备运行的详细数据材料，根据烧结炉的温度挫折设备运行温度参数等控制系统运行过程，使原材料加工处理质量得到控制。（3）该系统所使用的zigbee无线通信技术，保证了系统的抗干扰以及远程信息传输能力。
（4）该系统创新性地使用除磁装置，有效解决了传统加工质量受到磁性金属的影响，可以提升加工质量，这是常规技术方案所不具备的。
结束语：本文所介绍的锂电池正极材料自动化控制系统技术方案科学有效，无论是正极材料的加工还是远程控制均易于实现，并且在该装置运行中，其加工质量精度更高，材料性能更理想，满足锂电池行业的发展要求，值得推广。
