一臺電池自動分選機(jī)，究竟要把哪些指標(biāo)分得清?在節(jié)拍、精度和一致性之間，如何做到既“分得準(zhǔn)”又“跑得快”?

一、為什么要分選：一致性、安全性與成本的平衡

電芯在化成與靜置之后，仍存在參數(shù)分散與個體差異。無論是消費電子的18650/21700，還是儲能用方形/軟包，分選的直接目的有三點：

1)一致性：將OCV、內(nèi)阻、容量等相近的電芯分在同一檔，提升PACK配組的一致性與壽命。

2)安全性：剔除異常件(微短路、內(nèi)阻異常、外觀傷、鼓脹、漏液)，降低后續(xù)生產(chǎn)與使用風(fēng)險。

3)成本：通過A/B/C等級與用途下放，提高良品率與全生命周期收益，而不是“好鋼用在刀背上”。

二、分選的對象與“參數(shù)字典”

圍繞不同電芯品類(圓柱、方形、軟包)，分選項通常包括：

OCV(開路電壓)：反映SOC與化成一致性;常結(jié)合溫度與靜置時間進(jìn)行口徑修正。

ACIR/內(nèi)阻：1?kHz小信號等效內(nèi)阻，快速、重復(fù)性好，是最常用的分檔指標(biāo);部分場合增加DCIR(脈沖電流法)用于容量/倍率能力判別。

質(zhì)量與尺寸：重量、厚度/高度、寬度，幫助識別鼓脹或來料差異。

外觀與編碼：激光刻字/條碼/二維碼的識別與校驗，結(jié)合機(jī)器視覺檢測劃痕、破皮、極柱毛刺、極耳缺陷等。

高級項(選配)：EIS(電化學(xué)阻抗譜)、自放電篩查、微短路早期預(yù)判等，用于高可靠性產(chǎn)品。

三、典型工藝流程(以圓柱電芯為例)

1)上料與定向：振動盤/直線送料或托盤上料，完成極性與姿態(tài)識別;不合格放入隔離通道。

2)編碼讀取：2D碼/條碼/OCR讀取并與MES建立唯一映射，形成“電芯身份證”。

3)溫度與靜置口徑：讀取環(huán)境溫度與上線時間，用于OCV口徑修正或判斷是否滿足靜置時長。

4)測試工位：

OCV測量(四線制，毫伏級分辨);

ACIR測量(1?kHz，Kelvin夾具，恒壓力接觸);

可選DCIR脈沖(短時電流階躍與恢復(fù));

稱重、外形尺寸與視覺檢測。

5)判定與分檔：按配方(Recipe)進(jìn)行閾值、窗口或加權(quán)評分判定，給出分檔標(biāo)簽。

6)分揀與下料：轉(zhuǎn)盤/分度輪/線性多通道將電芯導(dǎo)入對應(yīng)料倉;異常與掉線默認(rèn)進(jìn)入NG倉，防止混料。

7)數(shù)據(jù)回寫：結(jié)果實時回傳MES/數(shù)據(jù)庫，生成批次報表與追溯鏈路。

軟包與方形電芯的流程相似，但上料通常為托盤移載、真空吸取，外觀檢測更關(guān)注鼓脹與殼體變形。

四、設(shè)備形態(tài)與節(jié)拍

直線多工位：易擴(kuò)展，便于并聯(lián)提升產(chǎn)能;常見節(jié)拍60–240?pcs/min(圓柱)。

轉(zhuǎn)盤/分度輪式：占地緊湊、節(jié)拍穩(wěn)定;適合高重復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)化尺寸。

托盤移載式(方形/軟包)：節(jié)拍較低，但對平穩(wěn)與保護(hù)更有利。

節(jié)拍由“最長測試項的CT(Cycle Time)”決定。若引入DCIR或EIS，可采用并行多通道或旁路抽檢，避免整體降速。

五、測試模塊的工程細(xì)節(jié)

1)Kelvin四線：將測量引線與電流引線分離，避免接觸電阻影響結(jié)果;夾具需恒壓力機(jī)構(gòu)與耐磨接觸面。

2)接觸質(zhì)量監(jiān)控：實時監(jiān)測接觸電阻與穩(wěn)定時間，接觸異動自動重測或轉(zhuǎn)NG。

3)基準(zhǔn)與校準(zhǔn)：

OCV：電壓基準(zhǔn)源定期校驗;

ACIR：標(biāo)準(zhǔn)電阻(含感抗/容抗補(bǔ)償)定期校準(zhǔn);

通過黃金樣本與GR&R驗證量測系統(tǒng)。

4)溫度補(bǔ)償：內(nèi)阻對溫度敏感，在線記錄環(huán)境與電芯表面溫度，必要時引入補(bǔ)償系數(shù)。

5)防短與防呆：先接地后通電、分級順序夾具、雙手啟動/安全門聯(lián)鎖;異常掉電自動復(fù)位到“開路安全態(tài)”。

6)視覺檢測：環(huán)形光/背光組合，極柱端面、側(cè)壁、燙印字符、破皮缺陷的分級判定與樣本庫管理。

六、判定邏輯與配組思路

簡單閾值：按OCV、ACIR的區(qū)間分檔，是最常見且透明的方式。

多指標(biāo)加權(quán)：構(gòu)建綜合評分S=α·ΔOCV+β·ΔACIR+γ·Δ重量/尺寸偏差，使分檔更貼近實際應(yīng)用。

動態(tài)分箱：實時計算批次均值與標(biāo)準(zhǔn)差，按百分位動態(tài)生成A/B/C檔，適應(yīng)來料波動。

配組算法：

快速法：在同一檔內(nèi)按“最近鄰”匹配，控制ΔOCV、ΔACIR在設(shè)定窗口;

聚類法：K?means或分層聚類，將差異最小的一組劃入同一PACK;

約束法：疊加“同廠同批次”“同極耳結(jié)構(gòu)”等限制，減少后續(xù)漂移。

數(shù)據(jù)與判定要版本化管理，新配方上線須留有回退路徑。

七、與MES/質(zhì)量系統(tǒng)的連接

唯一性：每支電芯的ID與檢測記錄一一對應(yīng)，確保追溯。

過程數(shù)據(jù)：保存原始波形/時間戳(如DCIR電壓恢復(fù)曲線)，支持事后分析。

看板與報表：產(chǎn)量、良率、各檔占比、Top缺陷、OEE、停機(jī)原因與維護(hù)記錄。

權(quán)限與審計：配方變更、閾值調(diào)整、手動放行需記錄操作者與時間，防止口徑漂移。

八、機(jī)械與電控的關(guān)鍵設(shè)計

1)上料防混：不同批次/型號物理隔離，切換時清空料道與復(fù)位點檢。

2)抓取與防護(hù)：圓柱偏向滾道/撥叉/氣爪，方形與軟包多用真空吸具;骨架與吸具材料應(yīng)避免劃傷殼體。

3)氣路與潔凈：干燥過濾的壓縮空氣，避免水汽與油污污染極柱;粉塵集中收集。

4)ESD：工位、治具與機(jī)架全鏈路接地;定期檢測接地電阻與靜電電位。

5)安全：煙霧/溫升監(jiān)測、阻燃內(nèi)襯、滅火/抑爆預(yù)案;異常停機(jī)默認(rèn)將在測與待分揀件送往NG區(qū)。

6)模塊化：測試、視覺、分揀模塊解耦，可按產(chǎn)能增設(shè)并聯(lián)通道或升級測試項。

九、選型清單(落地前核對)

電芯類型與范圍：尺寸、重量、極柱/極耳形式、殼體材質(zhì)。

檢測項與口徑：是否需要DCIR/EIS，OCV與內(nèi)阻的溫度/靜置口徑是否統(tǒng)一。

節(jié)拍與并行度：目標(biāo)PPM、峰值與常態(tài)之比，是否需要旁路抽檢。

分檔策略：檔位數(shù)量、每檔容量與切換邏輯，是否支持動態(tài)分箱。

治具壽命與維護(hù)：夾具材料、清潔周期、備件清單。

數(shù)據(jù)與接口：MES/ERP、條碼協(xié)議、報表格式、權(quán)限管理。

環(huán)境與安全：ESD等級、潔凈度、氣源/電源參數(shù)、消防與煙感配置。

可擴(kuò)展性：預(yù)留新測試位與軟件配方庫，便于后續(xù)工藝演進(jìn)。

十、維護(hù)與校準(zhǔn)

日維護(hù)：清潔夾具、檢查接觸壓力、確認(rèn)氣源干燥度、料道異物清理。

周維護(hù)：黃金樣本比對、視覺光源衰減校驗、滾道與絲桿潤滑。

月維護(hù)：ACIR標(biāo)準(zhǔn)電阻校準(zhǔn)、OCV基準(zhǔn)核查、稱重與尺寸量具溯源。

事件維護(hù)：跌落、撞擊或水汽侵入后進(jìn)行全鏈路復(fù)檢，必要時鎖定分檔出貨。

指標(biāo)追蹤：MSA(GR&R)≤10%為佳，關(guān)鍵工位Cpk≥1.33;異常點按人機(jī)料法環(huán)逐項歸因。

十一、不同場景的應(yīng)用建議

消費類PACK配組前分選：主看OCV與ACIR，強(qiáng)調(diào)節(jié)拍與穩(wěn)定性;視覺以字符/OCR與破皮為主。

儲能與電動工具：在ACIR基礎(chǔ)上增加稱重與尺寸篩查，識別鼓脹與殼體成型偏差;對高倍率產(chǎn)品可抽測DCIR。

車規(guī)與高可靠場景：引入更嚴(yán)格的視覺缺陷分級與自放電篩查，數(shù)據(jù)保存周期延長并納入批次追溯閉環(huán)。

來料IQC：以抽檢為主，快速判斷批次分散度并反饋供應(yīng)商改善。

十二、常見問題與對策

Q：為什么同一批電芯ACIR波動比OCV更大?

A：ACIR對溫度與接觸條件更敏感，需做好溫度口徑與夾具恒壓力，還要校驗測試電流與頻率的穩(wěn)定性。

Q：分檔閾值定得太窄，良率下降怎么辦?

A：先用動態(tài)分箱與統(tǒng)計分布觀察實際波動，再優(yōu)化閾值或調(diào)整配組算法;避免純經(jīng)驗拍腦袋。

Q：DCIR是否必須?

A：看應(yīng)用。若關(guān)注倍率/動態(tài)電壓下垂，抽檢DCIR能更早識別潛在問題;但會拉長CT。

Q：如何避免混料?

A：物理隔離、雙重掃碼、狀態(tài)互鎖、異常默認(rèn)NG、切換清空與首件確認(rèn)，五層防線不可少。

Q：視覺誤檢多?

A：優(yōu)化光源與成像角度，建立缺陷樣本庫，采用“尺寸+紋理+顏色”多特征判定，并在灰區(qū)引入人工復(fù)核通道。

十三、實施路線

1)現(xiàn)場踏勘：確認(rèn)上游化成老化節(jié)拍、物流方式與空間約束。

2)方案評審：確定測試項、并行度與分檔策略，凍結(jié)Recipe與數(shù)據(jù)口徑。

3)樣機(jī)驗證：以真實工件做CT與GR&R驗證，核對判定一致性與混料防呆。

4)聯(lián)調(diào)上線：對接MES與看板，完成異常演練(斷電、滿倉、掃碼失敗)。

5)試運行：連續(xù)一周產(chǎn)線穩(wěn)定性測試，修正閾值與節(jié)拍細(xì)節(jié)。

6)量產(chǎn)與復(fù)盤：月度追蹤良率與Top缺陷，閉環(huán)治具與算法升級。

電池自動分選機(jī)的價值，不在“測得更多”，而在“分得更準(zhǔn)、跑得更穩(wěn)、記得更清”。抓住OCV與內(nèi)阻這兩根主線，把測試口徑、機(jī)械接觸、溫度補(bǔ)償與數(shù)據(jù)追溯做扎實;在此基礎(chǔ)上按場景適度加入DCIR、視覺與稱重維度。只有把參數(shù)、工藝與數(shù)據(jù)連接成一個完整的閉環(huán)，分選機(jī)才能真正把一致性與安全性轉(zhuǎn)化為產(chǎn)線的良率與效率。