一种电池烘干工艺痕量水汽浓度实时在线监测装置

技术领域

本发明属于气体浓度检测技术领域，具体涉及一种电池烘干工艺痕量水汽浓度实时在线监测装置。

背景技术

在新能源汽车产业中，动力电池是整车重要组成部分，其对新能源汽车的安全性、续航和使用寿命等方面有很大影响。而在电池电芯生产工序中，电芯内部水分含量对锂电池性能的影响则是最为显著的，锂电池内部的电芯含水量通常也可以被描述为痕量水，因为它只是非常少量的水分，通常只占电芯重量的百万分之一；目前，对电芯干燥后，其含水量是否达到要求主要通过国际公认准确度最高的卡尔费休水分测定法对电芯样品进行抽样检测，由于该方法基于样品中水分与试剂的化学反应，需要对电芯样品进行拆取和加热蒸发水分，故耗时较长不利于生产效率的提高，为此，我们提出了一种电池烘干工艺痕量水汽浓度实时在线监测装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池烘干工艺痕量水汽浓度实时在线监测装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电池烘干工艺痕量水汽浓度实时在线监测装置，包括信号发生器，所述信号发生器的输出端连接有激光器和锁相放大器，所述锁相放大器的输出端连接有微处理器，所述微处理器的输出端连接有计算机，所述激光器连接有气体吸收池，所述气体吸收池连接有光电探测器，所述光电探测器的输出端连接有前置放大器，所述前置放大器的输出端与锁相放大器输入端连接。

方案中需要说明的是，所述气体吸收池的入射端口前的入射光路上和出射端口的出射光路上均设置有准直器。

进一步值得说明的是，所述气体吸收池通过光纤与激光器和光电探测器连接。

更进一步需要说明的是，所述气体吸收池的入射激光波长具体设置为nm。

作为一种优选的实施方式，所述气体吸收池设置为光程为m的长光程吸收池。

作为一种优选的实施方式，所述激光器具体设置为可调谐半导体激光器，所述光电探测器具体设置为光子型光电探测器。

与现有技术相比，本发明提供的电池烘干工艺痕量水汽浓度实时在线监测装置，至少包括如下有益效果：

(1)实现了对痕量水汽浓度的实时在线监测，并为电芯水含量合格判定提供依据，帮助电池生产线优化电芯干燥时间，保证电池质量的同时提高干燥效率，减少能耗。

附图说明

图1为本发明的电池烘干工艺痕量水汽浓度实时在线监测系统架构示意图；

图2为本发明的真空干燥箱箱体水汽含量变化曲线示意图；

图中：1、信号发生器；2、激光器；3、气体吸收池；4、光电探测器；5、前置放大器；6、锁相放大器；7、微处理器；8、计算机；9、光纤。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的描述。

为了使得本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的保护范围。实施例中的条件可以根据具体条件做进一步的调整，在本发明的构思前提下对本发明的方法简单改进都属于本发明要求保护的范围。

请参阅图1-2，本发明提供一种电池烘干工艺痕量水汽浓度实时在线监测装置，包括信号发生器，信号发生器1的输出端连接有激光器2和锁相放大器6，锁相放大器6的输出端连接有微处理器7，微处理器7的输出端连接有计算机8，激光器2连接有气体吸收池3，气体吸收池3连接有光电探测器4，光电探测器4的输出端连接有前置放大器5，前置放大器5的输出端与锁相放大器6输入端连接；具体工作时，将入射激光调整为1392nm波长的入射激光；将调整后的入射激光通过准直器10准直；准直后的入射激光被气体吸收室12内的水蒸气吸收并转化为出射激光；将出射激光转化为电信号，并对电信号进行放大；对放大后的电信号进行滤波，微弱信号提取及二次谐波检测，完成二次谐波的采集与提取；对二次谐波进行A/D转换，反演出气体浓度。

方案中需要说明的是，气体吸收池3包括准直器、反射镜、气体吸收室和固定底座；根据反射镜的参数，进行反射镜支架和固定底座的尺寸和距离设置，然后，为了方便调试光路和做光路耦合，在反射镜支架底部设有螺孔用于微调反射镜的角度，最后，为了降低光强在镜面多次反射后的损耗，镜面材料选择平均反射率大于98％的镀金膜，来提高镜面反射率。

进一步值得说明的是，气体吸收池3的入射端口前的入射光路上和出射端口的出射光路上均设置有准直器，气体吸收池3通过光纤9与激光器2和光电探测器4连接，气体吸收池3的入射激光波长具体设置为1392nm，气体吸收池3设置为光程为15m的长光程吸收池，激光器2具体设置为可调谐半导体激光器(DFB)，光电探测器4具体设置为光子型InGaAs光电探测器，信号发生器型号为AD9833；微处理器型号为GD32F305RCT6。

如图2所示，图中黑色曲线为采集的二次谐波原始数据，其干扰主要来源于箱体真空泵瞬时的开闭导致压强的瞬时变化，从而使得数据出现瞬时的波动，但会恢复到原值。红色曲线为对原始峰值数据进行降噪滤波处理后的曲线。四组数据整体趋势是从大到小逐渐下降，数值越小表征水分含量越低，故箱体内的水汽随着电芯烘烤时间的越长，水汽含量也越少。在烘烤结束压强稳定阶段，传感器二次谐波峰值输出较稳定，该稳定值表示最终箱体内的水汽含量值。图2.中四组测试最终稳定电压值分别为1153.1mv、1293.57mv、1303.79mv、1423.6mv，将四组箱体内的电池抽检，利用卡尔费休水分测定仪测量含水量分别为278ppm、307ppm、312ppm、410ppm。由数据对比可知，四组传感器的输出数据与卡尔费休水分测定仪数据具有一一对应关系，故传感器测量箱体内电芯挥发出的水汽含量可用于表征电芯内部的剩余水含量。

由于不同批次的电芯材料水含量并不相同，而真空干燥箱由于没有实时检测设备，其干燥逻辑将全部电芯干燥时间长度设定为固定值，该逻辑会导致部分电芯过度干燥或者干燥不足，造成设备能耗增加，降低生产效率。使用实时水汽检测传感器可较好的解决上述问题。如图2.(a)所示，该组电芯的在固定烘烤时间结束前，传感器输出数据曲线幅值较低且不再呈下降趋势，故可提前对该组电芯的水汽含量进行保压测量，避免干燥时间过长。如图2.(b)、2.(c)所示，两组电芯长时间烘烤过程中，传感器输出的数据曲线整体依然呈下降趋势，且幅值较大。由卡尔费休水分测定仪数据可知在干燥时间结束后，该组电芯水含量在300ppm以上，根据电芯水含量要求，该组电芯需要继续烘烤直至达到要求。图2.(d)该组电芯烘烤时间为其它组的一半，水汽含量最终测定为410ppm，故需要对该组电芯持续烘烤。因此，真空干燥箱可结合水汽实时检测设备输出数据进行烘烤逻辑优化。更多组数据如表1.所示：

表1.水汽实时监测设备最终输出值与抽检电池含水量

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义，本发明中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件，“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，还可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。