摘 要

近年来，随着煤，石油，天然气等不可再生资源的日益减少，人类的环保意识也在逐渐加强，因此全世界都在积极开发和使用一些清洁能源，而以锂电池作为动力的清洁能源成为了近年来的研究热点。该电池可进行多次充放电，而且产物不污染环境，是值得青睐的环保能源。而电池的化成流程是制造锂电池必不可少的一个步骤。

本论文针对电池化成的流程，设计出一套锂电池化成上位机监控系统。系统可以对多个设备进行监控，每个设备又是由多个电池单元构成。系统可以对每个设备的每个电池单元实时测控，显示化成过程中的运行参数。通过对化成流程的控制和多次化成数据的对比和分析，完成本系统实时监控和数据分析的功能。

本论文的意义在于：首先，用电脑实现对化成流程的实时监控，减少了必不可少的人力和物力；其次，化成过程运行出来的数据，对于指导锂电池的生产具有不可替代的作用；最后，实验结果可以让电池生产厂家获得宝贵的经验，在生产中能够少走弯路，对于突发情况也能进行有效的处理。

关键词：二次电池，化成流程，监控系统

Abstract

In recent years, with the decreasing of non-renewable resources such as coal, oil and natural gas, the awareness of environmental protection of human beings has been gradually strengthened, so the world is actively developing and using some clean energy. The clean energy, which is powered by lithium battery, has become a research hotspot in recent years. The battery can charge and discharge many times, and the product does not pollute the environment. And the formation process of the battery is an essential step in the manufacture of lithium battery.

In this paper, according to the process of battery formation, a monitoring system of upper computer for lithium battery formation is designed. The system can monitor multiple devices, each of which is composed of multiple battery units. The system can measure and control each battery unit of each device in real time and display the operation parameters in the process of formation. Through the control of the formation process and the comparison and analysis of the converted data, the function of real-time monitoring and data analysis of the system is completed.

The significance of this paper lies in: firstly, the real-time monitoring of the formation process is realized by the computer, and the necessary manpower and material resources are reduced; secondly, the data from the formation process has an irreplaceable role in guiding the production of the lithium battery. Finally, the experimental results can enable battery manufacturers to gain valuable experience, in production can be less detours, for emergencies can be effectively dealt with.

Key Words：secondary cell , formation flow , monitored control system

目 录

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外的研究现状分析 2

1.3研究的目的和意义 3

1.4 课题研究内容 3

第二章 需求分析 4

2.1系统目标 4

2.1.1主界面的搭建 4

2.1.2用户管理 4

2.1.3化成流程设计 4

2.1.4化成数据的存储和显示 4

2.2功能需求分析 4

2.2.1用户管理模块 5

2.2.2化成流程模块 6

2.2.3数据显示模块 6

2.3系统的非功能需求 7

2.4可行性分析 7

第三章 系统设计 8

3.1系统功能模块设计 8

3.1.1登录设计 8

3.1.2用户管理模块设计 8

3.1.3工步编辑设计 8

3.1.4化成流程设计 8

3.1.5数据查询设计 9

3.2数据库设计 9

3.2.1 E-R图的设计 9

3.2.2数据库表格的设计 11

第四章 详细设计 14

4.1用户管理模块 14

4.1.1登录模块 14

4.1.2密码修改功能 15

4.1.3用户管理功能 15

4.2化成流程模块 16

4.3数据查询模块 18

第五章 系统的运行和检测 20

5.1登录界面 20

5.2密码修改界面 21

5.3用户管理界面 21

5.4工步编辑界面 22

5.5化成流程界面 23

第六章 总结 24

参考文献 26

致谢 27

第一章 绪论

二次电池又称为可充放电电池,是指在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池,充电电池的充放电循环可达数千次到上万次,故其相对干电池而言更经济实用,使其成为新型动力电池的研究热点。二次电池必须组合使用才能满足工业领域对电池性能要求,而电池组内单体电池的一致性是影响电池组性能的重要因素^[1]。而化成，是指在二次电池制造之初，需要完成对该电池多次充电和放电的步骤。为了更好的监管实现化成流程这一电池生产过程中重要的步骤，设计出一套锂电池化成上位机监控系统。系统可以完成同时监控多个设备的任务，很多个单元电池又构成了一个个的设备。系统应该可以实时的监控每个设备的每个电池单元，做到不疏不漏，同时要能够显示在化成流程中产生的运行参数。实现系统需要用到的工具：visual studio 2017，MySQL。

1.1研究背景

随着科技和社会的不断发展，电池的应用变得越来越广泛。小到我们生活中用的手机、相机、笔记本，大到发电站的储能蓄电设备和电动汽车，都离不开电池。电动汽车、智能电网和新能源，作为未来大力发展的三大新兴产业，更是离不开对电池的需求^[2]。

就电动汽车而言，目前在中国，传统汽车造成的污染问题日益严重。特别是汽车尾气，己经对大气造成了严重污染^[3]。众所周知，传统汽车燃烧汽油、柴油等传统燃料，排放大量一氧化碳、氮氧化合物、固体细微颗粒物等有害物质。这些物质不仅危害人类健康，而且污染大气环境和生态环境^[4]。近年以来，全国多地己经大范围的出现大气污染状况，特别是人口密集、交通拥堵的大城市。北京甚至出现多日不散的雾霆天气，致使有些地方能见度不足百米，呼吸道疾病患者人数急增。而机动车污染就是大气污染的一个主要来源^[5]。

而锂电池作为一种新能源的储能装置，是一种二次电池，使用的时候不排放出任何对人和大气有害的物质，是一种公认的比较清洁、可以放心使用的电池。因此，把锂电池的发展放在战略高度上来考虑一点也不为过，锂电池的发展关系着一个国家能否持续积极健康地向前发展,故此，研究锂电池具有非常大的意义。而锂电池本身具有循环使用寿命长、能量密度高、无记忆性、清洁环保等优点，被广泛作为手机、相机等数码产品的移动电源^[6]。锂电池的生产过程要经过合浆、贴片、组装电芯、化成以及检测等工序。其中化成是最重要的工序，化成的好坏直接影响到电池出厂后的使用寿命、续航能力以及电池成组使用的安全性^[7]。因此，电池生产厂家纷纷采用相关的化成设备，对电池进行化成检测，并按照一定规则对化成后的电池进行筛选^[8]。

1.2国内外的研究现状分析

目前，随着电池工业的迅速发展，国内外一些长期研究电池的学者，根据各种前人总结来的经验，不断创新，开发了很多关于电池化成管理的设备。国外具有代表性的电池管理设备是美国Arbin公司设计的EVTS电池测试系统和德国Digatron公司开发的电池综合性能测试系统等^[9][10]。美国Arbin公司是智能化电池检测系统的先驱^[1]，早在1982年就开始研发和设计电池测试设备^[11][12]。依靠自动化检测技术和电子信息技术的发展，Arbin公司设计了一款具备世界先进水平的EVTS(电动车辆电池测试系统)。

近二十年来，我国的锂电池工业技术也是迅速发展，电池化成管理设备性能的各项指标得到改善^[13][14]。由于市场对锂电池的需求不断增加，使得国内许多电池供应商开始不断改革和创新，纷纷开始引进国外较为昂贵的化成管理设备。但是如果要摆脱这种困境，国内许多科研单位就要开始他们的探索之路。其中，深圳新威尔电子有限公司^[15]是国内电池检测领域的佼佼者，生产的“新威”系列^[16]电池检测设备，在基本功能和数据存储等方面都已达到国内先进水平。

通过调查市场需求量可知，我国锂电池化成管理设备的功能单一，检测精度低，可靠性差，不能对电池进行分选和性能评估，同时也不符合电动汽车领域对动力电池大规模生产的要求^[17]。为了弥补这些不足，我国的电池化成管理设备应该沿着以下几个方面进行发展：

1. 改变原有设备功能单一、准确度低以及稳定性差等现状，增加设备的功能，使其满足多种规格电池化成生产的需要；
2. 提高设备间的数据传输速率，完善系统通讯功能；
3. 提高上位机软件的可操作性和稳定性，同时增加系统数据存储、分析和管理能力，便于化成数据查询、电池分选以及电池性能评估；
4. 扩大化成设备检测和系统管理的规模，使设备适应大量电池化成管理的需要；
5. 减少设备运行的人工干预，提高系统自动化水平的电池生产速率。

1.3研究的目的和意义

通过对锂电池研究现状的一些了解，论文有以下两个目的：

1. 设计出一套锂电池化成上位机监控系统。系统可以对多个设备进行监控，每个设备又是由多个电池单元构成。系统可以对每个设备的每个电池单元实时测控，显示化成过程中的运行参数。
2. 对于化成产生的数据，系统可以随时查询，以便进行分析。

而论文的意义如下：

1. 因为每个电池都需要一个充电电源，如果将很多单独的充电电源通过网络连成一个系统，再将它与控制中心的PC机相连，直接可以实现对很多电池化成流程的监控，这样无疑节省了巨大的资本开支。
2. 在电池实际的生产过程中，可以利用本系统产生的数据来和实际产生的数据进行比对，从而评估生产过程的规范性和效率。

1.4 课题研究内容

本论文主要围绕三个方面来展开研究：

（1）掌握C#中多线程的编程技术，完成界面的搭建。本系统要实现上位机与下位机之间的通讯，使得数据可以在它们之间实时传输。在对数据库操作的时候有时候不会只更新一个表，比如在进行化成流程的时候，会同时操作测试表，工步表，化成数据表三个表的内容，这种编程模式也是要掌握的。

（2）设计上位机系统软件以及化成流程的设计。上位机系统就是这次要做出的系统，在系统主界面要能够清晰的显示化成这一流程的具体步骤及实现产生的数据。

（3）数据处理与化成结果的显示。这一内容主要体现在化成流程结束之后可以在数据库随时查看化成产生的数据。

第二章 需求分析

2.1系统目标

要实现锂电池化成上位机监控系统，主要是实现以下的几个目标：

2.1.1主界面的搭建

主界面相当于是整个系统的直观体现，打开主界面该系统大部分的功能一览无余，主界面做的好不好，直接影响到整个系统的成败。

2.1.2用户管理

本系统的使用者是查看化成流程工作的管理员，在使用本系统之前必须要先登录，不然无法在主界面操作本系统，完成登录之后，还可以进入管路用户的模块，实现对用户修改、增加、删除等操作。

2.1.3化成流程设计

这是本系统最核心的功能，主要是实现对电池充放电这一化成流程的模拟，在这一流程可以看作是几个工步的组合，每个工步可以是恒流充电，恒流放电，恒压充电，恒压放电中的一个步骤，把这些工步组合，执行之后的最后结果就是完成了这一流程。

2.1.4化成数据的存储和显示

化成流程完成之后，可以通过本模块功能实现对刚才化成流程数据的查看，多次化成后的数据便可以用来分析此化成流程是否符合要求。

2.2功能需求分析

根据2.1的系统目标，本系统的功能需求分析如下：

本系统的主要功能分为三个大的模块：

用户管理模块，化成流程模块，数据显示模块，图2.1为系统的功能模块图。

图2.1 系统的功能模块图

2.2.1用户管理模块

用户管理模块主要实现登录、密码修改和对用户进行添加、修改、删除等操作，包括以下几个部分。

（1）用户登录：用户通过登录界面输入正确的用户名和密码方能实现正确登录本系统，继而实现对系统的操作。

（2）密码修改：用户想修改自己的密码，直接在密码修改界面完成。

（3）用户管理：该功能实现对用户的修改，增加，删除管理。

图2.2是管理模块的用例图

图2.2 管理员的用例图

2.2.2化成流程模块

化成流程模块主要分为单点启动、单点停止、工步编辑、流程显示几个部分，如下。

(1)单点启动（单点就是指一个通道）：控制一个通道流程的启动，即在选择了通道之后，点击单点启动的菜单按钮，就会跳转到工步编辑界面，编辑好运行的工步及相关条件，就会再主界面显示化成流程的效果。

(2)单点停止：单点启动之后，可以控制其流程停止运行。

(3)工步编辑：在工步编辑界面实现对化成流程具体工步的编辑，比如要有工步序号，工步名称，工步时间等属性的编辑。

(4)流程显示：当具体一个流程开始执行的时候，在通道上显示化成的流程。

2.2.3数据显示模块

数据显示模块主要分为化成流程的数据查询、通道信息查看等几个部分，如下。

(1)化成流程的数据查询：化成流程在结束之后，会实时的把数据存储到数据库的表格之中，通过这个查询功能可以随时查询前面产生的化成流程的数据。

(2)通道信息查看：对每个通道的信息进行管理，随时查看它们的状态。

2.3系统的非功能需求

非功能需求指的是软件产品必须满足用户业务需求的功能需求以外的特征。它主要包括性能、可靠性、可维护性、可扩展性、对技术和业务的适应性。主要从以下几个部分对系统的非功能性需求进行阐述。

(1)登录和用户界面需求：简洁、易懂、易用、友好的用户界面。

(2)系统的可扩充性和可维护性系统功能可以根据用户的需求进行变更，也就是说支持用户业务需求；如果系统出现问题，可以实时维护。

(3)安全性和保密性需求：只有使用用户名和密码登陆系统才能访问系统。

2.4可行性分析

经过全面调研和分析，对本系统的设计与实现的可行性分析如下：

（1）经济可行性：自己设计的系统是基于Windows 10环境下VS 2017平台进行编写，无需额外资金投入，不需要购买特殊器材等，根据需求可能需要买相应的资料书籍，大部分资料可在图书馆或者网上找到相关信息。

（2）技术可行性：系统是在.NET平台下，主要语言是C#语言，数据库部分主要是通过MySQL设计完成，没有其他自己完全陌生驾驭不了的技术涉及在内，因此，规定时间内能够实现系统的功能。

（3）社会环境：系统设计是在学校内完成，是毕业设计的主要部分，涉及不到市场等问题。

（4）人：系统设计主要是由自己全程设计并实现，期间有指导老师帮忙，碰到相关事情可向导师求教。

第三章 系统设计

3.1系统功能模块设计

以下介绍系统主要的5个功能模块：

3.1.1登录设计

登录模块，主要涉及到系统用户的登录用户名及密码，使用的字段是userName和password。登录模块有一个单独的窗体，设计有用户名和密码的输入文本框。在主界面点开登录按钮之后就会跳转到登录界面。在登录界面输入正确的登录名和密码就可以成功登录本系统。

3.1.2用户管理模块设计

用户管理实现了登录，密码修改，添加、修改、删除用户等功能，设计到的字段都在相应的数据库表格中。比如密码修改是在可以登录的用户登录之后才能修改自己的密码，添加用户也是能成功登录本系统的人才能做的操作。这是管理员管理用户最为基本的一些功能。

3.1.3工步编辑设计

工步编辑界面主要使用了treelist控件，编辑工步之后就会在化成界面显示运行的过程和结果。编辑工步的时候要选择工步名称，比如恒压充电，恒压放电，恒流充电，恒流放电等工步，要选择工步时间，即该工步在整个流程中需要执行多少时间，还有工步执行需要的一些限制条件，比如截止电流，截止电压等。

3.1.4化成流程设计

化成流程界面设计是在一个容器里面添加了一些小的控件，如label和textbox，label控件是为了提示与之相对应的文本框显示的内容，运行的时候化成数据都会显示在容器里的textbox文本框控件里。运行的时候先在工步编辑界面编辑好要运行的工步形成一个测试方案，在这个方案开始执行后，会形成测试方案表和工步编辑表两个表格的数据，同时会在化成基本数据表存储化成流程得到的数据，而且数据会在主界面的化成流程显示框里按照时间实时的显示每一组化成所得到的数据。

3.1.5数据查询设计

在主界面设置有查询按钮，点击之后就会打开查询界面，查询界面会设置根据输入的条件来查询符合条件的数据，比如，可以设置通过通道编号查询，这样查询出来的数据都是输入的那个通道里产生的数据。

3.2数据库设计

数据库的设计分为E-R图的设计和数据库表格的的设计，分为以下两个部分来阐述。

3.2.1 E-R图的设计

（1）用户实体属性图。用户有用户名，密码，Email，备注4个属性。用户实体属性图如图3.1所示。

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