[发明专利]一种全闭环锂电池电芯卷绕装置及方法

说明书

本发明公开一种全闭环锂电池电芯卷绕装置及方法，利用外部测速编码器与伺服电机协同，卷绕各部分机构实时跟随、配合测速机构反馈，从而调节卷绕线速度，放卷角速度跟随调节实现卷针线速度恒定的原理，合理设置放卷收卷位置，本发明不受卷针外形及大小限制，不受卷绕速度的限制，可以有效提高卷绕效率，并提高成型锂电池电芯的卷绕品质及合格率。

技术领域

本发明涉及一种收卷装置及收卷方法，具体涉及一种全闭环锂电池电芯卷绕装置及方法。

背景技术

锂电池电芯卷绕设备是锂电池生产过程中一个非常重要的工序，目前现存的设备生产锂电池时，对于方形（或异形）电池，利用方形（或异形）卷针卷绕电池，通过卷针自学习的方法，获取整个卷绕过程中卷针的外形轮廓，并以一个基础线速度除以外形轮廓的实时半径，从而得到对应基础线速度下的实时角速度。再建立凸轮表，将得到的卷针实时角速度与卷针角位置关系，填入其中。实际生产时，通过开环的方式，查表得到当前角位置对应的角速度，并依照凸轮表上的顺序下发数据给卷针伺服电机执行，期望以此方式来实现收卷恒线速度运行。这种自学习方式通常耗时较长（通常需要半小时以上的自学习时间），并且无法实现柔性化，每次更换规格，必须停机自学习一次数据，严重制约锂电池整体生产效率，且受凸轮表的总长度限制（凸轮表最大65536个数据点），无法精准还原外形轮廓，同时还限制了卷绕的长度和速度(长度越长，速度越快，还原的外形轮廓越差)。再有凸轮表方式属于开环控制，即逻辑控制器只管按照凸轮表格上的数据进行下发，而不管卷针伺服电机是否有跟随上，由此生产中无法获得更高的生产质量。

总结来说，目前使用自学习卷绕的方式严重制约了锂电池电芯卷绕效率及质量，无法适应今后柔性化及更高要求的生产需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种全闭环锂电池电芯卷绕装置，包括支撑结构，所述的支撑结构上设置有放卷辊、卷针、张力摆杆、逻辑控制器、测速机构、控速机构和伺服驱动机构，所述伺服驱动机构连接逻辑控制器；

所述控速机构包括：放卷伺服电机、张力摆杆伺服电机和卷针伺服电机分别连接控制放卷辊、张力摆杆和卷针；

所述测速机构包括：测速辊以及连接测速辊的外部测速编码器，所述外部测速编码器连接卷针伺服驱动器，构成卷针全闭环控制。

作为一种优选，所述的支撑结构上设有若干中间过渡辊。

优选的，所述驱动机构包括卷针伺服驱动器、摆杆伺服驱动器和放卷伺服驱动器分别驱动卷针伺服电机、张力摆杆伺服电机和放卷伺服电机。

优选的，所述卷针伺服驱动器、摆杆伺服驱动器和放卷伺服驱动器之间通过有线数据通讯连接。

一种全闭环锂电池电芯卷绕方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）由逻辑控制器预设卷带材料目标长度及卷绕材料目标线速度。控速机构以半闭环运行若干循环周期（过程时间小于4ms），卷针以一个预设的恒定角速度运行，产生系统运行所需的初始数据；

（2）外部测速编码器检测到运行实际线速度；

（3）控速机构切换至全闭环运行，伴随卷针半径的变化，卷绕的实际线速度会发生改变，实际线速度与预设线速度就会出现误差，对应实际卷绕长度和目标长度之间形成位置误差；

（4）位置误差乘以一个比例系数得到卷针线速度给定，比例系数通过反复现场调试得出，卷针线速度给定经过卷针伺服驱动器的内部闭环，得到新的卷针角速度给定；卷针伺服电机执行该角速度给定，进而改变卷针上的卷带线速度，达到消除卷带设定线速度与实际线速度误差，实现恒线速度运行；

（5）目标线速度与实际线速度误差，形成卷带材料表面的张力变化，张力摆杆感应后形成位置变动，放卷伺服电机跟随位置变化数据调控放卷速度；