基于锂电池涂布设备关键参数的质量预警方法及系统与流程

本发明涉及锂电池生产领域，具体涉及基于锂电池涂布设备关键参数的质量预警方法及系统。

背景技术：

1、涂布在锂电池生产过程中处于前段工序，如果相关的涂布质量控制不当，返工会造成原材料的浪费，不合格的涂布卷流入下游，会对批次质量产生较大影响，因此，涂布质量对电芯质量影响十分显著，比如面密度过大或导致电芯超重，涂布不均可能会导致容量异常等。如何对锂电池生产过程中涂布质量进行预警控制显得尤为必要。

2、锂电池涂布工艺涉及的关键参数繁多，诸如，环境温度、环境湿度、空气洁净度、磁通量、烘箱温度、单面面密度、双面面密度、涂布宽度、边缘留白宽度、对称错位、剥离强度、极片水分等，每一项控制参数超过规格限制都会导致不合格产品的产生，流式生产过程中，对于加工参数异常提前发出预警，方便现场人员及时捕捉问题，减少不合格产品的产生。

3、公布号为cn115701851a的现有发明专利申请文献《一种软包锂离子电池厚度预测方法》，该方法包括以下步骤：创建粒子滤波器并建立软包锂离子电池的厚度模型；设置软包锂离子电池的预测起点的充放电循环次数，计算出厚度模型的模型参数，从而确认软包锂离子电池的充放电循环次数与包锂离子电池的满电厚度之间的关系；通过厚度模型预测软包锂离子电池的满电厚度，记录软包锂离子电池的充放电循环次数并将其作为软包锂离子电池的使用寿命。前述现有质量控制方法采取离线分析、训练，无法对生产加工过程中的流式数据实时分析。过程质量控制图离线绘制，预警信息不及时，容易导致不合格的产品流入下游工序，导致产品质量问题放大。以及公布号为cn115876589a的现有发明专利申请文献《一种锂电池极片柔韧性的简便评估方法》，该方法包括如下步骤：(1)将正极活性材料、导电剂、粘结剂与溶剂匀浆分散成均匀稳定的正极浆料；(2)按照双面面密度340～400g/m2的载量将正极浆料涂布在箔材的表面；(3)使用小型辊压机辊压，得到一定厚度的成品电极膜片；(4)按照常规a5纸尺寸规格，裁切出四方界面平整的电极膜片a1、a2、a3、a4平整地放置于平滑玻璃板上，使用塞规对电极膜片a1、a2、a3、a4进行间隙测厚δh1、ah2、δh3、ah4，并在辊压方向上记录15个数据，使用minitab软件绘制箱线图。前述现有技术无法自定义配置质量判异规则，minitab等质量管理工具无法结合现有的质量判异规则自定义动态校验规则进行质量预警控制。因此，需要一种简单、快速、有效的质量预警方法，实时监测生产加工过程参数，提升涂布质量。

4、综上，现有技术存在预警信息实时性差、质量异常判据无法自定义的技术问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有技术中预警信息实时性差、质量异常判据无法自定义的技术问题。

2、本发明是采用以下技术方案解决上述技术问题的：基于锂电池涂布设备关键参数的质量预警方法包括：

3、s1、确认涂布工序控制参数；

4、s2、采集关键控制参数的过程数据，传输过程数据至高性能存储单元；

5、s3、根据过程数据，获取不同的控制参数配置情况，从不少于2个spc过程质量预警模型中，选取适用预警模型；

6、s4、针对适用预警模型，选择相应预警判据；

7、s5、对过程数据中的涂布工序控制状态数据进行预处理校验，以得到控制参数校验数据；

8、s6、利用flink大数据计算框架，根据对应预警判据对控制参数校验数据进行窗口计算，以得到关键参数实时预警信息；

9、s7、分析处理关键参数实时预警信息，以得到涂布工序控制数据，据以控制涂布工序关键控制参数处于适用范围。

10、本发明针对生产加工过程中的海量数据，采集后进行预处理，充分利用集群资源，使用大数据计算框架进行实时计算预警。使用简单有效的质量控制方法对涂布工序进行质量预警，提升涂布质量。本发明针对spc过程质量控制理论，配合用户自定义判异规则，对涂布工序的关键控制参数进行质量预警，有利于尽早发现并预警涂布工序异常。

11、本发明使用flink大数据计算框架对涂布生产过程进行实时预警，其中预警模型可配置，预警规则可配置，按照时间窗口触发计算，覆盖范围广，预警信息实时、准确。

12、在更具体的技术方案中，步骤s1中，确认涂布工序关键控制参数的方法包括：专家打分法、历史问题统计分析等方法确认关键参数。

13、在更具体的技术方案中，步骤s2中的过程数据采集方法包括：设备自动上报、iot平台。

14、在更具体的技术方案中，步骤s3中，spc过程质量预警模型包括：均值-极差控制图、均值-标准差控制图、单值-移动极差控制图、合格率图、直方图以及推移图。

15、本发明方法充分利用spc过程质量控制理论以及大数据实时计算框架等，并结合锂电池生产过程中的涂布工序进行质量预警控制，本发明方法具有简单有效，可操作性强的优点，有利于改善涂布工序质量，便于推广应用。

16、在更具体的技术方案中，均值-极差控制图中，利用下述逻辑计算子组样本均值组间均值样本极差ri以及极差均值

17、

18、

19、ri＝max{xi}-min{xi}；

20、

21、利用下述逻辑计算均值图的控制上限ucl、中心线cl以及控制下限lcl：

22、

23、

24、

25、利用下述逻辑计算极差r图的控制上限ucl、中心线cl以及控制下限lcl：

26、

27、

28、

29、式中，d4、d3、a2是随着样本容量变化的常数，n为组内样本量，m为抽样组数。

30、本发明采用spc计量型控制图中的均值极差图控制对象包括：长度、重量、强度、厚度、时间等计量值，均值极差图适用范围之广、灵敏度高。

31、在更具体的技术方案中，均值-标准差控制图中，利用下述逻辑，计算子组样本均值组间均值子组标准偏差si、标准差均值标准偏差σ：

32、

33、

34、

35、

36、

37、利用下述逻辑，计算均值控制图的上限ucl、中心线cl、下限lcl：

38、

39、

40、

41、利用下述逻辑，计算标准差s控制图的上限ucls、中心线cls以及下限lcls：

42、

43、

44、

45、式中，b4、b3、a3是随着样本容量变化的常数。

46、在更具体的技术方案中，单值-移动极差控制图中，利用下述逻辑，计算极差均值控制上限uclx、中心线cl、控制下限lclx、移动极差mri、移动极差均值移动极差控制上限uclmr、移动极差中心线cl、移动极差控制下限：

47、

48、

49、

50、

51、mri＝|xi-xi-1|；

52、

53、

54、

55、

56、式中，d4、d3、e2是用来对计算移动极差进行分组。

57、本发明在在测量费用很大，以及在任何时刻点的输出性质较一致等特定情况下，应用spc控制图中的单值移动极差控制图(x-mr)来进行过程监控，保证了特定场景下测量操作的精度。

58、在更具体的技术方案中，步骤s3包括：

59、s31、数据收集预置数目的涂布工序控制数据样本；

60、s32、求去涂布工序控制数据样本的样本极大值、样本极小值以及样本极差；

61、s33、确定涂布工序控制数据样本的组数及组距；

62、s34、确定涂布工序控制数据样本的小组边界；

63、s35、按照预置统计频率，根据样本极大值、样本极小值、样本极差、组数、组距以及小组边界绘制直方图。

64、在更具体的技术方案中，步骤s33中，利用下述逻辑确定组数及组距：

65、k＝1+3.322*lqg(n)

66、式中，n代表样本数量，k是分组数量。

67、在更具体的技术方案中，基于锂电池涂布设备关键参数的质量预警系统包括：

68、参数确定模块，用以确认涂布工序控制参数；

69、过程数据采集存储模块，用以采集关键控制参数的过程数据，传输过程数据至高性能存储单元，过程数据采集存储模块与参数确定模块连接；

70、模型选择模块，用以根据过程数据，获取不同的控制参数配置情况，据以从不少于2个spc过程质量预警模型中，选取适用预警模型，模型选择模块与过程数据采集存储模块连接；

71、预警规则选择模块，用以针对适用预警模型，选择对应预警判据，预警规则选择模块与模型选择模块连接；

72、控制状态数据校验模块，用以对过程数据中的涂布工序控制状态数据进行预处理校验，以得到控制参数校验数据，控制状态数据校验模块与过程数据采集存储模块连接；

73、实时预警信息求取模块，用以利用flink大数据计算框架，根据对应预警判据对控制参数校验数据进行窗口计算，以得到关键参数实时预警信息，实时预警信息求取模块与控制状态数据校验模块及预警规则选择模块连接；

74、工序控制模块，用以分析处理关键参数实时预警信息，以得到涂布工序控制数据，据以控制涂布工序关键控制参数处于适用范围，工序控制模块与实时预警信息求取模块连接。

75、本发明相比现有技术具有以下优点：本发明针对生产加工过程中的海量数据，采集后进行预处理，充分利用集群资源，使用大数据计算框架进行实时计算预警。使用简单有效的质量控制方法对涂布工序进行质量预警，提升涂布质量。本发明针对spc过程质量控制理论，配合用户自定义判异规则，对涂布工序的关键控制参数进行质量预警，有利于尽早发现并预警涂布工序异常。

76、本发明使用flink大数据计算框架对涂布生产过程进行实时预警，其中预警模型可配置，预警规则可配置，按照时间窗口触发计算，覆盖范围广，预警信息实时、准确。

77、本发明方法充分利用spc过程质量控制理论以及大数据实时计算框架等，并结合锂电池生产过程中的涂布工序进行质量预警控制，本发明方法具有简单有效，可操作性强的优点，有利于改善涂布工序质量，便于推广应用。

78、本发明采用spc计量型控制图中的均值极差图控制对象包括：长度、重量、强度、厚度、时间等计量值，均值极差图适用范围之广、灵敏度高。

79、本发明在在测量费用很大，以及在任何时刻点的输出性质较一致等特定情况下，应用spc控制图中的单值移动极差控制图(x-mr)来进行过程监控，保证了特定场景下测量操作的精度。

80、本发明解决了现有技术中存在的预警信息实时性差、质量异常判据无法自定义的技术问题。