一、前言
你知道嗎?我們所使用的手機(jī)電池、筆記本電池、照相機(jī)電池、DV機(jī)電池、電動(dòng)汽車電池等都是由鋰電池卷繞機(jī)所制造出來(lái)的。鋰電池卷繞機(jī)的種類主要有方型半自動(dòng)卷繞機(jī)、方型全自動(dòng)卷繞機(jī)、圓型全自動(dòng)卷繞機(jī)三種，這里主要介紹方型全自動(dòng)卷繞機(jī)。
二、電池卷繞行業(yè)前景
以電動(dòng)汽車為首的新能源汽車成為“十二五”期間的重點(diǎn)扶持對(duì)象。2010年，中央財(cái)政、各地方財(cái)政紛紛明確拿出“重金補(bǔ)貼+政府扶持”的雙重刺激措施。按照初步規(guī)劃，未來(lái)中國(guó)將投資1000億元支持新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。同時(shí)多部委正在牽頭制訂涉及扶持新能源汽車發(fā)展的相關(guān)政策。由科技部牽頭的《電動(dòng)汽車科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》已制訂完畢，最遲明年正式對(duì)外公布。根據(jù)《規(guī)劃》，小型化和汽車電氣化是中國(guó)汽車未來(lái)發(fā)展的兩大方向，2015年中國(guó)電動(dòng)汽車保有量計(jì)劃達(dá)到100萬(wàn)輛，動(dòng)力電池產(chǎn)能約達(dá)100億瓦時(shí)。為此，我國(guó)計(jì)劃推動(dòng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，動(dòng)力電池、電機(jī)、電控成為未來(lái)發(fā)展的核心。
新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展勢(shì)必帶來(lái)電池生產(chǎn)、制造產(chǎn)業(yè)的騰飛，這將給電池生產(chǎn)設(shè)備企業(yè)帶來(lái)重大的發(fā)展機(jī)遇，同時(shí)也將在很大程度上對(duì)現(xiàn)有電池生產(chǎn)設(shè)備提出更高的要求。
三、 電池卷繞恒線速度工藝介紹
鋰電池卷繞設(shè)備主要技術(shù)難點(diǎn)在于如何控制隔膜和極片的張力和恒線速卷繞，極片張力控制的好壞直接決定了電池的生產(chǎn)質(zhì)量，張力的好壞對(duì)電池繞線過(guò)程的均衡性、生產(chǎn)效率也有直接影響。而張力的控制則直接受至于電池卷繞時(shí)的極片恒線速度控制，如果卷繞時(shí)極片的線速度恒定，那么張力就將是一個(gè)恒定的值，如果線速度發(fā)生跳變，張力也將發(fā)生跳變。
極片恒線速的控制在方型電池上表現(xiàn)得特別突出，由于卷針型狀特殊，因此卷針外圍每個(gè)點(diǎn)與卷針中心的距離均不一樣，是一個(gè)不規(guī)則的形狀，因此為了實(shí)現(xiàn)恒線速度，卷針必須以一個(gè)變化的速度來(lái)旋轉(zhuǎn)，才能保證在這一周中圓弧上每一點(diǎn)的線速度一樣。
四、 系統(tǒng)性能的要求
如果采用40mm寬度的卷針，目前客戶現(xiàn)有設(shè)備的卷繞速度是200mm/s，折算到轉(zhuǎn)速大概就是2r/s，同時(shí)卷針運(yùn)行時(shí)還不是真正的恒線速卷繞。為了實(shí)現(xiàn)真正的恒線速卷繞，并提供卷繞速度，客戶要求我們能夠把轉(zhuǎn)速提高到3r/s，這個(gè)性能指標(biāo)目前在國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō)是非常高的，國(guó)內(nèi)廠家目前均做不到這一點(diǎn)。這對(duì)伺服的響應(yīng)能力提出了很高的要求，經(jīng)過(guò)方案評(píng)估，我們采用了與客戶現(xiàn)有方案完全不同的實(shí)現(xiàn)方式，即把卷繞的控制程序?qū)懥薊D伺服驅(qū)動(dòng)器里面，同時(shí)還采用了專用的電子凸輪算法，因此kinco的ED伺服方案在交流階段即得到了認(rèn)可。
五、 步科的控制方案
針對(duì)方型卷繞恒線速度控制要求，步科提出了獨(dú)特的專用電子凸輪的解決方案。方案詳細(xì)如下：
在每一種電池自動(dòng)卷繞之前，通過(guò)半自動(dòng)的控制方式控制伺服電機(jī)恒轉(zhuǎn)速卷繞一個(gè)電池成品，在手動(dòng)卷繞過(guò)程中，伺服驅(qū)動(dòng)器會(huì)定時(shí)采集編碼器反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)并處理。在整個(gè)電池繞線過(guò)程中，伺服驅(qū)動(dòng)器總共會(huì)采集4096個(gè)編碼器數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)主要用來(lái)在后期自動(dòng)卷繞過(guò)程去控制伺服電機(jī)的恒線速。這些數(shù)據(jù)全部通過(guò)自學(xué)習(xí)得來(lái)，不需要用戶進(jìn)行設(shè)置，只需要在換新品種之前自學(xué)習(xí)一次即可。原理大致如下：
1、將極片長(zhǎng)度測(cè)量的編碼器信號(hào)接入到伺服驅(qū)動(dòng)器
2、自學(xué)習(xí)過(guò)程：伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)按照恒定的轉(zhuǎn)速來(lái)運(yùn)行，同時(shí)驅(qū)動(dòng)器接收長(zhǎng)度測(cè)量編碼器的長(zhǎng)度信號(hào)，同時(shí)一并記錄此時(shí)電機(jī)編碼器的位置信號(hào);這些數(shù)據(jù)將會(huì)記錄到一個(gè)表格里面，每?jī)蓚€(gè)數(shù)據(jù)之間的差值是不一樣的;如果要記錄多組數(shù)據(jù)，可以通過(guò)HMI來(lái)保存。
3、電機(jī)運(yùn)行完一定長(zhǎng)度后(該長(zhǎng)度比實(shí)際電池極片卷繞的長(zhǎng)度要長(zhǎng)一些，且這個(gè)長(zhǎng)度可以通過(guò)HMI進(jìn)行設(shè)置)，伺服驅(qū)動(dòng)器再反回起始動(dòng)作的原點(diǎn);
4、伺服驅(qū)動(dòng)器將采集到的這些數(shù)據(jù)通過(guò)內(nèi)部算法進(jìn)行處理，得到要使極片能夠恒線速運(yùn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速。
5、每次更換不同的卷針，只需讓伺服電機(jī)在自學(xué)習(xí)一次即可
6、實(shí)際運(yùn)行過(guò)程，客戶只需要讓PLC發(fā)送一定頻率的脈沖給伺服即可，伺服即可按照這個(gè)脈沖的頻率去查表，以實(shí)現(xiàn)恒線速運(yùn)行。
六、方案優(yōu)點(diǎn)
1、變轉(zhuǎn)速控制，通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部專用的電子凸輪算法來(lái)實(shí)現(xiàn)，不需要PLC參與控制，整個(gè)控制過(guò)程響應(yīng)快、速度穩(wěn)速精度高;
2、采用專用的電子凸輪算法，使得卷針運(yùn)行線速度非常接近于理論設(shè)計(jì)的線速度，從而很好的保證了張力系統(tǒng)的穩(wěn)定，避免了因線速度不穩(wěn)產(chǎn)生的張力跳變;
3、ED伺服系統(tǒng)具有非常靈活的，當(dāng)系統(tǒng)更換卷針的時(shí)候，ED伺服能夠非常方便的就把卷針數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)上來(lái)，而不需要PLC或者HMI做任何處理，非常方便客戶使用;
4、多個(gè)卷針的數(shù)據(jù)還能夠上傳到HMI里面保存起來(lái)，更換卷針時(shí)只需調(diào)出與之相符數(shù)據(jù)即可，用戶不需要再進(jìn)行學(xué)習(xí)，為客戶節(jié)省了不少時(shí)間;
5、由于不需要PLC參與恒線速度的控制，因此PLC能夠?qū)ζ渌蝿?wù)進(jìn)行更快的處理，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率;
6、由于卷針?biāo)欧倪\(yùn)行可以不依賴于PLC的高速脈沖，為此可以為PLC節(jié)省兩個(gè)通道的高速脈沖輸出接口，因此客戶可以選擇比目前更加便宜的PLC，整個(gè)系統(tǒng)的成本可以更低;
7、通過(guò)HMI的通訊口直接連接到ED伺服驅(qū)動(dòng)器，能夠直接對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，同時(shí)還顯示出電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、故障信息，非常方便后期的系統(tǒng)維護(hù);
七、我們的系統(tǒng)能夠?yàn)榭蛻魩?lái)什么價(jià)值
-提高50%以上的效率，設(shè)備檔次提升
-節(jié)省機(jī)械凸輪，一個(gè)機(jī)械凸輪采用了1.3KW的中慣量伺服電機(jī)和一套機(jī)械設(shè)備
-張力變化范圍小，成品率更高
（轉(zhuǎn)載）
