本發(fā)明涉及一種收卷裝置及收卷方法，具體涉及一種全閉環(huán)鋰電池電芯卷繞裝置及方法。

背景技術(shù)：

鋰電池電芯卷繞設(shè)備是鋰電池生產(chǎn)過程中一個非常重要的工序，目前現(xiàn)存的設(shè)備生產(chǎn)鋰電池時，對于方形（或異形）電池，利用方形（或異形）卷針卷繞電池，通過卷針自學(xué)習(xí)的方法，獲取整個卷繞過程中卷針的外形輪廓，并以一個基礎(chǔ)線速度除以外形輪廓的實時半徑，從而得到對應(yīng)基礎(chǔ)線速度下的實時角速度。再建立凸輪表，將得到的卷針實時角速度與卷針角位置關(guān)系，填入其中。實際生產(chǎn)時，通過開環(huán)的方式，查表得到當(dāng)前角位置對應(yīng)的角速度，并依照凸輪表上的順序下發(fā)數(shù)據(jù)給卷針?biāo)欧姍C執(zhí)行，期望以此方式來實現(xiàn)收卷恒線速度運行。這種自學(xué)習(xí)方式通常耗時較長（通常需要半小時以上的自學(xué)習(xí)時間），并且無法實現(xiàn)柔性化，每次更換規(guī)格，必須停機自學(xué)習(xí)一次數(shù)據(jù)，嚴(yán)重制約鋰電池整體生產(chǎn)效率，且受凸輪表的總長度限制（凸輪表最大65536個數(shù)據(jù)點），無法精準(zhǔn)還原外形輪廓，同時還限制了卷繞的長度和速度(長度越長，速度越快，還原的外形輪廓越差)。再有凸輪表方式屬于開環(huán)控制，即邏輯控制器只管按照凸輪表格上的數(shù)據(jù)進行下發(fā)，而不管卷針?biāo)欧姍C是否有跟隨上，由此生產(chǎn)中無法獲得更高的生產(chǎn)質(zhì)量。

總結(jié)來說，目前使用自學(xué)習(xí)卷繞的方式嚴(yán)重制約了鋰電池電芯卷繞效率及質(zhì)量，無法適應(yīng)今后柔性化及更高要求的生產(chǎn)需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種全閉環(huán)鋰電池電芯卷繞裝置，包括支撐結(jié)構(gòu)，所述的支撐結(jié)構(gòu)上設(shè)置有放卷輥、卷針、張力擺桿、邏輯控制器、測速機構(gòu)、控速機構(gòu)和伺服驅(qū)動機構(gòu)，所述伺服驅(qū)動機構(gòu)連接邏輯控制器；

所述控速機構(gòu)包括：放卷伺服電機、張力擺桿伺服電機和卷針?biāo)欧姍C分別連接控制放卷輥、張力擺桿和卷針；

所述測速機構(gòu)包括：測速輥以及連接測速輥的外部測速編碼器，所述外部測速編碼器連接卷針?biāo)欧姍C，構(gòu)成卷針全閉環(huán)控制。

作為一種優(yōu)選，所述的支撐結(jié)構(gòu)上設(shè)有若干中間過渡輥。

優(yōu)選的，所述驅(qū)動機構(gòu)包括收卷伺服驅(qū)動器、擺桿伺服驅(qū)動器和放卷伺服驅(qū)動分別驅(qū)動收卷卷伺服電機、張力擺桿伺服電機和卷針?biāo)欧姍C。

優(yōu)選的，所述收卷伺服驅(qū)動器、擺桿伺服驅(qū)動器和放卷伺服驅(qū)動器之間通過有線數(shù)據(jù)通訊連接。

一種全閉環(huán)鋰電池電芯卷繞方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）由邏輯控制器預(yù)設(shè)卷帶材料目標(biāo)長度及卷繞材料目標(biāo)線速度?？厮贆C構(gòu)以半閉環(huán)運行若干循環(huán)周期（過程時間小于4ms），卷針以一個預(yù)設(shè)的恒定角速度運行，產(chǎn)生系統(tǒng)運行所需的初始數(shù)據(jù)。

（2）外部測速編碼器檢測到運行實際線速度；

（3）控速機構(gòu)切換至全閉環(huán)運行，伴隨卷針半徑的變化，卷繞的實際線速度會發(fā)生改變，實際線速度與預(yù)設(shè)線速度就會出現(xiàn)誤差，對應(yīng)實際卷繞長度和目標(biāo)長度之間形成位置誤差；

（4）位置誤差乘以一個比例系數(shù)得到卷針線速度給定，比例系數(shù)通過反復(fù)現(xiàn)場調(diào)試得出，卷針線速度給定經(jīng)過卷針?biāo)欧?qū)動器的內(nèi)部閉環(huán)，得到新的卷針角速度給定；卷針?biāo)欧姍C執(zhí)行該角速度給定，進而改變卷針上的卷帶線速度，達到消除卷帶設(shè)定線速度與實際線速度誤差，實現(xiàn)恒線速度運行；

（5）目標(biāo)線速度與實際線速度誤差，形成卷帶材料表面的張力變化，張力擺桿感應(yīng)后形成位置變動，放卷伺服電機跟隨位置變化數(shù)據(jù)調(diào)控放卷速度；

（6）收卷過程進行中放卷的卷帶材料半徑減小，通過外部測速編碼器測得的位置變化，結(jié)合放卷伺服電機本身集成的編碼器測得的實際運行角速度，計算出當(dāng)前卷帶材料半徑，放卷伺服電機根據(jù)控速機構(gòu)預(yù)設(shè)的卷帶目標(biāo)線速度以及當(dāng)前放卷實際卷徑，更新放卷給定角速度，以保持卷帶與目標(biāo)線速度一致。

（7）當(dāng)外部測速編碼器檢測到的卷帶實際長度等于設(shè)定的卷帶目標(biāo)長度時,即位置誤差為0，此時卷繞結(jié)束。

本發(fā)明的有益效果：本專利通過利用全閉環(huán)收卷，無需自學(xué)習(xí)，不受卷針形狀的限制，不受卷繞長度的限制，不受卷繞速度的限制，可以有效提高卷繞效率，并提高成型鋰電池的合格率，給出相關(guān)的方法步驟保證運行可行性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明立體圖示意圖。

圖2是本發(fā)明俯視圖。

圖3是本發(fā)明主視圖。

圖4保護機制流程圖。

圖中：放卷輥1、張力擺桿2、測速輥3、卷針4、中間過渡輥5、放卷伺服電機6、張力擺桿伺服電機7、收卷伺服驅(qū)動器8、擺桿伺服驅(qū)動器9、放卷伺服驅(qū)動器10、外部測速編碼器11、邏輯控制器12、卷針?biāo)欧姍C13、支撐結(jié)構(gòu)15。

具體實施方式

下面結(jié)合具體附圖對本發(fā)明進一步說明。

本發(fā)明所述的一種全閉環(huán)鋰電池電芯卷繞裝置及方法，如圖1-3所示，主要包括有一垂直板構(gòu)成的支撐結(jié)構(gòu)15，在支撐結(jié)構(gòu)15的豎板上安裝有放卷輥1，原料卷帶設(shè)置在此位置，放卷輥1后端連接放卷伺服電機6，其通過初始階段的被動放卷及依靠自身計算卷徑方式進行放卷速度給定與調(diào)節(jié)，同時需要設(shè)置在橫板上的收卷伺服驅(qū)動器8驅(qū)動運行；豎板上還裝有卷針4和測速輥3，卷針4末端連接卷針?biāo)欧姍C13通過放卷伺服驅(qū)動器10驅(qū)動運行，卷針?biāo)欧姍C13與外部測速編碼器11構(gòu)成全閉環(huán)控制，給定與調(diào)節(jié)卷針角速度，其卷針形狀不固定，卷針角速度根據(jù)邏輯控制器12設(shè)定的目標(biāo)線速度與外部測速編碼器所得到的實際線速度之差，以μs級的執(zhí)行周期進行調(diào)節(jié)補償，同時卷帶上產(chǎn)生的微小張力波動通過同樣安裝在豎板一側(cè)的張力擺桿2的位置變化緩沖，同樣的，張力擺桿2的位置變化反饋信息至連接在其后端的張力擺桿伺服電機7，協(xié)同擺桿伺服驅(qū)動器9驅(qū)動運行，并提供數(shù)據(jù)反饋，測速輥3末端設(shè)置的外部測速編碼器11，并連接至放卷伺服驅(qū)動器的擺桿編碼器接口上，構(gòu)成全閉環(huán)控制。，將預(yù)設(shè)卷帶目標(biāo)線速度、實際卷帶線速度以及數(shù)據(jù)反饋整合，利用250微妙的設(shè)備反應(yīng)周期，時時跟隨調(diào)控速度，為了避免和減小速度突變帶來張力對卷帶的拉損，豎板上設(shè)置若干中間過渡輥5加長放出卷帶長度，減緩及時張力。

運行時，由邏輯控制器預(yù)設(shè)卷帶材料目標(biāo)長度，及卷繞材料目標(biāo)線速度。控速機構(gòu)以半閉環(huán)運行，前幾個循環(huán)周期（即初始階段,過程時間小于4ms），卷針以一個預(yù)設(shè)的恒定角速度運行，目的是產(chǎn)生系統(tǒng)運行所需的初始數(shù)據(jù)；外部測速編碼器檢測到運行實際線速度；控速機構(gòu)切換至全閉環(huán)運行，此時因卷針形狀隨著卷繞過程變化，會發(fā)生改變，因此實際線速度與預(yù)設(shè)線速度就會出現(xiàn)偏差；位置誤差乘以一個比例系數(shù)得到卷針?biāo)俣冉o定，該比例系數(shù)，根據(jù)實際環(huán)境不同而不同，需要通過反復(fù)現(xiàn)場調(diào)試得出。卷針?biāo)俣冉o定經(jīng)過卷針?biāo)欧?qū)動器的內(nèi)部閉環(huán)，得到新的卷針角速度給定。伺服電機執(zhí)行該角速度給定，進而改變卷針上的卷帶線速度，達到消除卷帶設(shè)定線速度與實際線速度誤差，實現(xiàn)恒線速度運行的目的；預(yù)設(shè)目標(biāo)線速度與實際線速度偏差，形成卷帶材料表面的張力變化，張力擺桿感應(yīng)后形成位置變動，放卷伺服電機跟隨調(diào)控放卷速度；隨著收卷過程進行，放卷的卷帶材料半徑隨之減小，此時通過外部測速編碼器測得的位置變化，結(jié)合放卷伺服電機本身集成的編碼器測得的實際運行角速度，便可計算出當(dāng)前卷帶材料半徑。進而放卷伺服電機，根據(jù)控速機構(gòu)預(yù)設(shè)的卷帶目標(biāo)線速度、以及當(dāng)前放卷實際卷徑，更新放卷給定角速度，以保持卷帶目標(biāo)線速度一致；當(dāng)外部測速編碼器檢測到的卷帶實際長度等于設(shè)定的卷帶目標(biāo)長度時,即位置誤差為0，此時卷繞結(jié)束；

本發(fā)明無需自學(xué)習(xí)，即摒棄了凸輪表的限制和開環(huán)控制方式，通過全閉環(huán)的線速度反饋與調(diào)節(jié)，快速方便的完成變換角速度達到卷針線速度恒定，另外由于卷帶是柔性材料，在全閉環(huán)收卷狀態(tài)下，當(dāng)外部編碼器與卷帶之間出現(xiàn)打滑時，可能造成系統(tǒng)飛車，進而對系統(tǒng)造成危害，本系統(tǒng)通過設(shè)計保護機制進行保護，防止危害，如下圖4所示：

位置保護：在收卷工作時，會實時檢測實際位置與目標(biāo)位置，當(dāng)實際位置反饋與目標(biāo)位置的差值超過系統(tǒng)設(shè)定的跟蹤誤差時，系統(tǒng)會報錯并停止運行，以此來保證系統(tǒng)安全；

速度保護：在收卷工作時，會實時檢測外部線速度與軸端角速度，當(dāng)檢測到的速度反饋超過設(shè)定的范圍，或者實際速度方向與理論速度方向相反時，收卷及系統(tǒng)會報錯并停止運行。

本發(fā)明實施到方形卷針鋰電池卷繞設(shè)備上，施后相關(guān)技術(shù)參數(shù)：原卷繞設(shè)備（使用電子凸輪表）的收卷速度一般在600mm/s以下，使用本方案解決后，理論上可以達到電機額定轉(zhuǎn)速，實驗條件下，超過1200mm/s。原卷繞設(shè)備（使用電子凸輪表）的線速度波動為±15%，使用現(xiàn)方法后，線速度波動可以減小到±7.3%。本發(fā)明有效提高卷繞效率，避免張力拉損卷帶，提高產(chǎn)品合格率，并且普適性高，對于凸邊卷針形狀不限于四邊形等。

以上所述實施例，只是本發(fā)明的較佳實例，并非來限制本發(fā)明實施范圍，故凡依本發(fā)明申請專利范圍所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均應(yīng)包括于本發(fā)明專利申請范圍內(nèi)。