[發明專利]一種基于鈷酸鋰配料系統的生產狀態預測方法

有效

• 申請號: 201711370981.9
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN108549332B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 陳寧;田爽;桂衛華;李旭;吳昌寶;戴佳陽;李彬艷;謝濱
• 申請（專利權）人: 中南大學;湖南杉杉新能源有限公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 吝秀梅

一種基于鈷酸鋰配料系統的生產狀態預測方法，先建立鈷酸鋰配料系統健康狀態評價指標，再用基于雙重加權的核主成分回歸最小二乘支持向量機算法對配料系統健康指數進行預測：首先，提取輸入變量的非線性特征，根據貢獻率由大到小選取主成分；其次，對數據集進行處理，并確定輸入向量與輸出向量之間的相關關系；最后進行建模預測，并分別為訓練樣本及輸入樣本進行局部加權，對模型參數尋優。本發明采用是定義的健康指數，建模過程通過輸入、輸出樣本間相關關系及輸入樣本與查詢樣本間距離分別建立一次及二次加權矩陣，在樣本輸入模型前進行一次加權，在建模過程對模型估計誤差采用二次加權，減少了生產數據錯誤或遺漏給預測算法帶來的影響。

技術領域

本發明屬于鈷酸鋰配料系統生產的控制系統，特別涉及一種基于鈷酸鋰配料系統的生產狀態預測方法。

背景技術

鋰離子電池具有比能量高、循環性能好等優點，已廣泛應用于智能手機、電動汽車等多個領域，成為當今應用最廣泛和最具發展前景的電池之一。鋰離子電池正極材料作為新型能源材料的一種，占鋰離子電池總成本的30％～40％，且直接決定了電池的工作電壓、壽命、容量、安全性和成本，是構成鋰離子電池的重要材料。現如今，我國正極材料的市場份額已占據全球份額的46％，但供應中超過一半是中等及以下品質的正極材料，高端產品占有率較低，企業出貨量不足10％。究其原因，是正極材料制備生產流程長、工藝復雜、監控手段不足，導致目前國內正極材料制備過程中存在能耗高、資源浪費大和產品質量不穩定等問題。尤其是其中的配料系統，配料是鋰電池正極材料生產的首要環節，原料配比的精確性對鋰電池質量和性能有至關重要的影響。一直以來，配料系統都存在設備分散和數據孤立的特點，導致用戶難以及時發現和處理生產異常。因此，配料系統生產狀態的好壞將直接決定后續生產所得的產品性能及雜質含量。尋找針對鋰電池正極材料配料系統的故障自排查技術和生產狀態預測方法，可以幫助縮短生產周期，提高生產效率及產品質量。

因此，有必要提出一種方法對鈷酸鋰配料系統的健康狀態進行評價及預測分析。

發明內容

本發明所解決的問題是，針對配料系統偶發性故障難以提前檢查和及時檢修的問題，提出基于健康指數的評價體系，通過統一指標對系統狀態衡量并提前預測和報警。

本發明所提供的技術方案如下：

一種基于鈷酸鋰配料系統的生產狀態預測方法，包括如下兩個步驟：

步驟1：鈷酸鋰配料系統健康狀態評價。

配料系統為一個從上至下的順序生產過程，依次為開袋站、計量站(碳酸鋰計量站和四氧化三鈷計量站)、制粒站和裝缽站。首先通過吊運機將原料調運到開袋站，原料開包后，將其下入緩存料倉。而后通過兩臺稱重機對碳酸鋰及四氧化三鈷配料。以逐漸減少加料的方式控制下料的重量，最終達到準確稱量的原料，該稱量過程需持續五至六分鐘。制粒站為一臺高速混合攪拌機，在攪拌槳和切刀的作用下通過攪拌機高速旋轉使兩種原料混合均勻，最后混勻的原料通過裝缽機裝入閘缽，完成配料過程。

鈷酸鋰配料系統的主要特點是各個設備相互獨立，且按順序生產。為了能對系統生產狀態進行有效評價，根據配料系統的工藝流程及各個環節之間的關系建立層次結構模型，如圖1。其中，第一層是配料系統，第二層是系統中擁有不同功能的五個環節，第三層是每個環節下監測數據的不同種報警分類。建立層次結構模型有兩個原因，一是由于系統的結構所致，二是希望通過由下而上的層次結構，由監測數據來判斷各環節設備的健康狀況，再通過各個環節預測整個系統的健康狀態。

為表示配料系統五個環節的設備運行狀況，提出各環節健康指數的定義：絕對誤差與最大允許誤差的比值，當其值大于1時則進行歸一化處理。環節健康指數的大小能夠體現出實際重量與目標重量之間的關系，數值越小則相差越小，數值越大則相差越遠；當比值達到1時，說明其已經超過了最大允許的誤差范圍，此時會產生設備三級警報。各環節健康指數的表達式如式(1)所示。