一種鋰電池疊片機隔離膜的放卷控制系統的製作方法

2023-12-05 01:19:21 3

本實用新型屬於鋰電池製造設備技術領域，尤其涉及一種鋰電池疊片機隔離膜的放卷控制系統。

背景技術：

目前，在行業中鋰電池的生產方式主要以卷繞和疊片兩種工藝。卷繞技術相對較為成熟，主要針對圓柱型電池以及小容量的方形鋰電池，針對大容量的動力鋰電池以及異型電池，需要採用疊片工藝技術來生產。隔離膜的放卷技術是鋰電池疊片生產設備的核心技術之一，疊片平臺的周期性往復運動帶來的隔離膜局部速度變化需要通過儲料系統來吸收平衡，進而使得系統的張力保持恆定，實現膜片的穩定輸送，繼而對膜片邊緣進行檢測，通過糾偏控制算法保證隔離目的對齊度，疊出高質量的鋰電池。

目前，鋰電池疊片機的放卷技術主要有被動放卷和主動放卷兩種方式。被動放卷技術固然實現起來較為簡單，但是放卷電機需要頻繁啟停，不僅導致效率底下，而且很難實現良好的張力控制，電池的一致性也難以保證。相比於被動放卷技術，主動放卷技術避免了放卷電機的頻繁啟停，不僅提升了鋰電池的生產效率，而且使得電池的一致性和質量都會較好。鋰電池疊片機主動放卷的關鍵技術就是張力和糾偏控制。疊片過程中，張力過大，將容易使隔離膜或極片產生拉伸變形，掉粉、甚至發生扯斷現象。張力過小，隔離膜或極片將產生褶皺，出現疊偏，鋸齒狀現象。隔離膜的放卷技術是鋰電池疊片機的核心技術之一。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種鋰電池疊片機隔離膜的放卷控制系統，旨在解決上述的技術問題。

本實用新型是這樣實現的，一種鋰電池疊片機隔離膜的放卷控制系統，包括用於帶動放卷轉裝置轉動放出鋰電池隔離膜的隔離膜放卷電機，用於整個放卷控制系統提供一個穩定張力的張緊電機，用於帶動儲料裝置進行運動的儲料電機，用於帶動疊片平臺往復運動的疊片電機，用於帶動疊片平臺上升和下降的升降電機，用於對層疊在疊片平臺上的鋰電池電芯進行壓緊的壓緊裝置，用於控制各個電機協調運動工作的控制器。

本實用新型的進一步技術方案是：根據放出的隔離膜長度實時控制放卷電機的運行速度實現恆速放卷。

本實用新型的進一步技術方案是：利用PID微調放卷電機的運行速度使得張力擺臂始終保持到平衡位置。

本實用新型的進一步技術方案是：所述儲料電機的運動軌跡曲線通過數學建模或工程實測數據描點獲得

本實用新型的進一步技術方案是：通過數學模型實時計算儲料電機的運動軌跡點，以消除在不同速度下疊片平臺跟蹤誤差不同所導致的固定軌跡曲線不能動態應對誤差的變化。

本實用新型的進一步技術方案是：所述疊片電機及儲料電機均採用直線電機驅動或迴轉電機驅動或任何驅動方式與實現直線運動機構構成的直線運動系統。

本實用新型的進一步技術方案是：所述控制器採用PLC控制器或或運動控制器的電子凸輪同步指令。

本實用新型的進一步技術方案是：儲料電機通過運動來協調恆速放卷和拉料伺服驅動輥的間歇運動。

本實用新型的有益效果是：可以實現鋰電池疊片機隔離膜的全自動主被動放卷，而且能提高疊片電芯的生產效率。通過運動控制技術實現鋰電池疊片機隔離膜的間接張力控制；主動放卷技術適用於鋰電池疊片機隔離膜的高速放卷；可適用於其它類似的採用運動協調控制實現間接張力控制或放卷的裝置。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例提供的鋰電池疊片機隔離膜放卷系統工作原理圖。

圖2是本實用新型實施例提供的主動放卷控制策略實施案例示意圖。

圖3是本實用新型實施例提供的另一種主動放卷控制策略實施案例示意圖。

圖4是本實用新型實施例提供的另一種主動放卷控制策略實施案例示意圖。

具體實施方式

附圖標記：

圖1示出了本實用新型提供的一種鋰電池疊片機隔離膜的放卷控制系統，包括用於帶動放卷轉裝置轉動放出鋰電池隔離膜的隔離膜放卷電機，用於整個放卷控制系統提供一個穩定張力的張緊電機，用於帶動儲料裝置進行運動的儲料電機，用於帶動疊片平臺往復運動的疊片電機，用於帶動疊片平臺上升和下降的升降電機，用於對層疊在疊片平臺上的鋰電池電芯進行壓緊的壓緊裝置，用於控制各個電機協調運動工作的控制器。

根據放出的隔離膜長度實時控制放卷電機的運行速度實現恆速放卷。

利用PID微調放卷電機的運行速度使得張力擺臂始終保持到平衡位置。

所述儲料電機的運動軌跡曲線通過數學建模或工程實測數據描點獲得

通過數學模型實時計算儲料電機的運動軌跡點，以消除在不同速度下疊片平臺跟蹤誤差不同所導致的固定軌跡曲線不能動態應對誤差的變化。

所述疊片電機及儲料電機均採用直線電機驅動或迴轉電機驅動或任何驅動方式與實現直線運動機構構成的直線運動系統。

所述控制器採用PLC控制器或或運動控制器的電子凸輪同步指令。

儲料電機通過運動來協調恆速放卷和拉料伺服驅動輥的間歇運動。

一種鋰電池疊片機隔離膜放卷控制系統，

包括：隔離膜放卷電機1、張力張緊裝置驅動電機2、儲料裝置伺服電機3、鋰電池隔離膜4、疊片平臺伺服電機5、疊片平臺升降伺服電機6、壓緊裝置7，如圖1所示；隔離膜放卷電機1負責放出鋰電池隔離膜4，張力張緊裝置2驅動電機為整個放卷控制系統提供一個穩定的張力，疊片平臺伺服電機5牽引放出的鋰電池隔離膜4往復運動，疊片平臺升降伺服電機6通過運動控制來保證疊出的鋰電池電芯的上平面保持不變，壓緊裝置7交替運動對層疊的鋰電池電芯進行壓緊以輔助疊片平臺的往復運動進行鋰電池的電芯的疊置。

本實用新型涉及鋰電池疊片機主動放卷控制策略。該鋰電池疊片機主動放卷控制策略是通過儲料吸收裝置與疊片平臺的協調運動控制，使得儲料吸收裝置來吸收由於疊片平臺往復直線運動引起的隔離膜的收回與快速放出，以此來保證隔離膜放卷過程中的線速度恆定，根據放出的隔離膜長度實時控制放卷電機的運行速度，以此實現恆速放卷，系統運行誤差引起的張力擺臂的偏移，通過PID微調放卷電機的運行速度，從而使張力擺臂始終保持到平衡位置，使系統張力保持基本不變實現膜片穩定放出，從而實現隔離膜的主動放卷，放卷控制策略如圖2，圖3所示。該鋰電池疊片機主動放卷控制策略較被動放卷避免了放卷的電機的頻繁啟停，提升鋰電池的疊片效率。而且無需張力檢測傳感器，通過協調運動控制技術實現了鋰電池疊片機的主動放卷。不僅提高了鋰電池的生產效率，而且提高了鋰電池的生產質量，使得生產的鋰電池質量一致性較好。

本實用新型對儲料裝置伺服電機與疊片平臺驅動伺服電機採用協調運動控制技術巧妙地間接實現了隔離膜放卷系統張力穩定。

本實用新型的儲料裝置伺服電機的運動軌跡曲線通過數學建模或工程實測數據描點獲得，但是當進行主動放卷時，需通過數學建模來獲得。

本實用新型可以根據疊片平臺的位置，通過數學模型實時計算儲料裝置伺服電機的運動軌跡點，以消除在不同速度下疊片平臺跟蹤誤差不同所導致的固定軌跡曲線不能動態應對誤差的變化，導致系統張力波動大的問題，對應的控制策略如圖3所示。

本實用新型也可以用於鋰電池的極片放卷，如圖4所示，拉料伺服驅動輥間歇拉出陰極片或陽極片以便等待極片切割裝置進行極片切割，放卷電機恆線速度放出系統所需的陰極片或陽極片，儲料裝置伺服驅動電機通過協調運動來保證放卷電機的恆線速度放出，實現主動放卷。

一種實現鋰電池疊片機隔離膜放卷控制系統具體的工作流程如下：疊片平臺伺服電機5牽引鋰電池隔離膜4從A到B或從B到A往復運動，當疊片平臺運動到A或B的位置時，陰陽極片交替放置於層疊的鋰電池隔離膜4上，壓緊裝置7交替壓緊疊層電芯，最終疊出方形鋰電池，放卷電機1放出被疊片平臺伺服電機5的往復運動疊出的鋰電池隔離膜4，疊片平臺伺服電機5的往復運動引起疊片平臺上方的鋰電池隔離膜4先回縮後拉出，變化劇烈，放卷電機1很難通過收放來應對這種變化，儲料裝置伺服電機3通過快速運動來處理這種變化，假如放卷電機1處於非運動狀態，疊片平臺伺服電機5牽引出的鋰電池隔離膜4會引起張力張緊裝置發生角度變化，根據張力張緊裝置驅動電機2的編碼器反饋信息，通過快速PID或其它控制算法去調節放卷電機1，讓放卷電機1放出需要的鋰電池隔離膜4，即可實現了鋰電池穩定、可靠、全自動放卷，由於放卷電機1被動地由張力張緊裝置的角度變化來調整放出隔離膜料卷，因此該全自動放卷過程稱為被動放卷。

在被動放卷過程中，儲料裝置伺服電機3的運動軌跡曲線是非常關鍵的，由於儲料裝置伺服電機3需要通過運動來緩衝疊片平臺伺服電機5的往復運動引起疊片平臺上方的鋰電池隔離膜4的變化，儲料裝置伺服電機3的運動軌跡曲線可以通過工程實測數據描點獲得。具體如下：讓放卷電機1和張力張緊裝置驅動電機2固定不動，疊片平臺從A到B運動到離散給定軌跡點, 調整儲料裝置伺服驅動電機3的位置，使鋰電池隔離膜4處於張緊狀態，記錄這些數據點，根據這些數據點採用數據擬合方法擬合得到儲料裝置的伺服驅動電機3的運動軌跡曲線。

由於被動放卷過程存在放卷電機1的頻繁起停，容易引起放卷系統的張力變化，疊片平臺伺服電機5高速運行時，放卷電機的1的頻繁起停，經常引起隔離膜大幅度抖動，甚至出現不穩定運動，導致疊片平臺上的鋰電池隔離膜出現疊偏，用於檢測鋰電池隔離膜邊緣或中心的糾偏傳感器無法檢測，無法疊出合格的鋰電池電芯，本實用新型也公開了一種鋰電池疊片機隔離膜主動放卷控制技術，如圖2所示，根據放出的鋰電池隔離膜在線實時計算出放卷電機1的運行速度，通過放卷電機1的變角速度控制保證放出的鋰電池的隔離膜線速度恆定，實現鋰電池隔離膜4的勻速放卷，疊片平臺伺服電機5的往復運動引起疊片平臺上方的鋰電池隔離膜4先收回後放出，儲料裝置伺服電機3通過快速運動來處理這種變化，同時輔助吸收放卷電機1放出的隔離膜，使整個放卷系統的鋰電池隔離膜4始終處於張緊狀態，如果儲料裝置伺服電機3與疊片平臺伺服電機5保證較好的協調運動關係，張力張緊裝置驅動電機2的將不發生擺動，整個系統處於動態平衡，如果儲料裝置伺服電機3與疊片平臺伺服電機5的協調運動關係沒有得到較好的保證時，此時張力張緊裝置驅動電機2將產生小範圍擺動，根據張力張緊裝置擺動的角度對放卷電機1進行PID微調，以保證整個系統處於動態平衡，實現鋰電池隔離膜的主動放卷控制；儲料裝置伺服電機3與疊片平臺伺服電機5的協調運動，可以通過PLC或運動控制器的電子凸輪同步指令來實現，儲料裝置伺服電機3按數學模型計算出的固定凸輪曲線來運行，疊片平臺伺服電機5實現點到點的軌跡伺服定位運動。

在主動放卷過程中，儲料裝置伺服電機3的運動軌跡曲線是非常關鍵的，由於儲料裝置伺服電機3需要通過運動協調整個系統的平衡，儲料裝置伺服電機3的運動軌跡需要根據數學模型進行計算，數學模型的建立過程如下：假定放卷電機1不運動，讓疊片平臺伺服電機5按固定的點到點的軌跡進行運行，疊片平臺伺服電機5的往復運動引起疊片平臺上方的鋰電池隔離膜4的變化可以表示為儲料裝置的位置函數，假定疊片平臺伺服電機5不運動，讓放卷電機勻速放卷，放卷速度等於疊出的鋰電池寬度與疊片周期的比值，此種情況下，放出的鋰電池隔離膜4能表示為儲料裝置的位置函數，對兩種情況下得到的儲料裝置的位置函數進行相加可得到儲料裝置的運動位移曲線。

在主動放卷過程中，儲料裝置伺服電機3可用圖3所示的控制策略，根據疊片平臺的位置信息，通過數學模型實時計算當前時刻的軌跡點，以適應不同速度下疊片平臺將產生不同的跟蹤速度偏差，使鋰電池隔離膜4始終保持張緊，減少張力波動。

本實用新型所提出的主動放卷控制策略用於鋰電池的陰陽極片放卷時，控制系統如圖4所示，與鋰電池隔離膜放卷所不同的是，拉料伺服驅動輥間歇拉出陰極片或陽極片以適應極片切割裝置的間歇運動，放卷電機以恆定的線速度放出陰極片或陽極片，儲料裝置伺服驅動電機通過運動來協調恆速放卷和拉料伺服驅動輥的間歇運動，維持系統的張力，使系統的極片始終處於張緊狀態。

一種實現鋰電池疊片機隔離膜放卷控制系統，放卷電機1、張力張緊裝置驅動電機2、儲料裝置伺服驅動電機3、鋰電池隔離膜4、疊片平臺伺服電機5、疊片平臺升降伺服電機6、壓緊裝置7等組成。

疊片平臺伺服電機5可以採用直線電機驅動或迴轉電機以及其它任何驅動方式與實現直線運動機構構成的直線運動系統。儲料裝置2伺服系統可以採用直線電機驅動或迴轉電機以及其它任何驅動方式與實現直線運動機構構成的直線運動系統。

疊片平臺伺服電機5以給定的軌跡進行點到點的周期性往復定位運動，往復運動引起的放卷過程中鋰電池隔離膜4的局部變化，通過儲料裝置伺服驅動電機3與疊片平臺伺服電機5的協調運動進行順應，儲料裝置伺服驅動電機3的運行軌跡可以根據疊片平臺的運動軌跡進行工程實測描點獲得，儲料裝置伺服電機3按PLC或運動控制器的電子凸輪曲線指令來控制，疊出的隔離膜將引起張力張緊裝置的位置變化，根據張力張緊裝置2的張力擺臂的位置變化量，對放卷系統伺服電機進行PID或快速PID進行位置或速度控制，進而控制隔離膜的放出，實現隔離膜的放卷控制。

儲料裝置伺服驅動電機3運動軌跡曲線，可以通過建立疊片平臺與儲料裝置的位置運動關係的數學模型，根據所建立的數學模型計算而獲得。具體如下：讓放卷電機1和張力張緊裝置驅動電機2固定不動，疊片平臺從附圖1所示的A點運動B點或從B運動到A點的過程，將使得鋰電池隔離膜4先回縮而後伸長，鋰電池隔離膜4的回縮與伸長可以描述為儲料裝置伺服驅動電機3的運動軌跡的函數。

儲料裝置的伺服驅動電機3的運動軌跡曲線，可以通過工程實測數據描點獲得。具體如下：讓放卷電機1和張力張緊裝置驅動電機2固定不動，疊片平臺從A到B運動到離散給定軌跡點, 調整儲料裝置伺服驅動電機3的位置，使鋰電池隔離膜4處於張緊狀態，記錄這些數據點，根據這些數據點採用數據擬合方法擬合得到儲料裝置的伺服驅動電機3的運動軌跡曲線。

疊片平臺伺服電機5以給定的曲線運動進行拉膜，儲料裝置伺服驅動電機3以讓放卷電機1和張力張緊裝置驅動電機2固定不動，疊片平臺從A到B運動到離散給定軌跡點, 調整儲料裝置伺服驅動電機3的位置，使鋰電池隔離膜4處於張緊狀態，記錄這些數據點，根據這些數據點採用數據擬合方法所獲得的運動軌跡曲線運動，放卷電機1根據儲料裝置擺動角度通過PID控制進行收放鋰電池隔離膜4，從而避免張力張緊裝置擺動到極限位置，導致系統張力失去平衡，實現鋰電池隔離膜4在張力變化不大的範圍內進行放卷，也即是所謂的被動放卷。

疊片平臺伺服電機5以給定的曲線運動進行拉膜，儲料裝置伺服驅動電機3以讓放卷電機1恆速運行與根據權利要求4所述的疊片平臺與儲料裝置的位置運動關係的數學模型進行聯合計算，可以合成出疊片平臺從A到B或從B到A的運行時，放卷電機恆速運行放卷時的儲料裝置伺服驅動電機3的運動軌跡曲線所獲得的運動軌跡曲線運動，放卷電機1勻速放卷，同時根據儲料裝置擺動角度通過PID對放卷速度進行微調，使張力張緊裝置驅動電機2始終處於期望的位置，防止張力張緊裝置大範圍內擺動，導致鋰電池隔離膜的張力波動，以保持系統擁有一個比較穩定的張力，實現鋰電池隔離膜4在張力小範圍內波動情況下進行放卷，也即是所謂的主動放卷。

被動與主動放卷，儲料裝置伺服驅動電機3與疊片平臺伺服電機5需要通過同步或協調運動控制來實現。

主動放卷特徵，儲料裝置伺服驅動電機3的運動軌跡可以採用，所述的數學模型進行在線實時計算得出。

所述的被動放卷與主動放卷特徵也可用於鋰電池疊片機的陰陽極片的放卷。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。