全自动锂电池电芯卷绕机张力与纠偏控制关键技术

全自动锂电池电芯卷绕机张力与纠偏控制关键技术

王鹏

身份证号码： 43112419920422****

摘要:全自动化锂电池，其内部电芯的卷绕机占据重要位置，对其实施张力及纠偏的有效控制，可维持整个系统更加高效化运行及控制状态。鉴于此本文主要围绕着全自动化锂电池内部电芯的卷绕机张力和纠偏控制各项关键技术开展深入地研究和探讨，期望可为后续更多技术专家和学者对此类课题的实践研究提供有价值的参考。

关键词:全自动；锂电池；电芯；卷绕机；张力；纠偏控制；关键技术；

前言：

全自动化锂电池内部电芯的卷绕机实际运行期间，料带进给操作之下，因各部位有速度差存在，会有微小弹性形变产生，相对性位移促使张力形成。料带卷绕期间，张力载体是料带，借助卷针、过渡辊、放卷轮等实现有效传递。因而综合分析全自动化锂电池内部电芯的卷绕机张力和纠偏控制各项关键技术，有一定的现实意义和价值。

1. 在张力控制层面关键技术

1. 1. 在控制机理层面

通过分析放卷轮模型，了解到F=f（n，r，M_e）属于时变系统，因料带薄故dr/dt相对小些，放卷的角速度会影响到放卷张力波动，对电机电磁的转矩所产生平衡性张力波动起到一定调节作用；通过分析极片的张力所产生基础模型，了解到料带变形属于累积的过程，张力应当维持恒定状态，确保料带所有部分维持同等线速度状态，恒张力把控层面问题，其实则为把控恒线速度的问题，而张力控制整个系统属于线速度有效跟踪系统；再通过分析滑动式摩擦力基础模型可知，滑动对于张力变化较为敏感，并不会过大影响到动态化转矩平衡。卷辊上面若无滑动摩擦，仅为粘滞摩擦，其料带速度和卷辊线速度处于同等状态^[1]。

1. 2. 在控制方法层面

该系统内部张力辊设为摆臂形式。料带进给期间，改变带上张力参数值，带动着张力逐渐摆动着辊运动，张力传感装置测好摆辊的角位移后，将其输出至控制装置，控制装置处理所检测到的信号，借助张力的控制算法实现对低摩擦性气缸驱动式张力辊的摆动控制。在一定程度上张力辊整个机构属于储能机构，可缓冲吸收范围较大张力波动，对张力范围较大波动起到遏制作用。

1. 3. 在张力控制系统软件设计层面

方型卷针以恒角速度维持运动状态期间，料带线速度属于类似正弦曲线，极大影响着张力波动。以Twin CAT系统软件、倍幅系统产品为基础，借助变角速度的恒线速度手段，把控方型的锂电池实际卷绕恒张力，对锂电池总体质量起到改善作用，促使方型锂电池整个卷绕装置运行效率得到提升。一是在系统运行原理层面。如阳极极片放卷，张力机构、卷绕机构、线速度的检测机构等所构成。放卷机构内含直流伺服的电机控制，张力机构内含低摩擦式气缸、张力检测装置，主动式送料电机内含直流伺服的电机控制，而线速度检测机构则内含编码装置。隔离膜或者极片经放卷电机予以放料处理过后，进入卷绕机构之前，均需经过惰辊、焊接及贴胶各项处理，确保收卷线及放卷线实操速度不相等，以至料带张力有变化产生。经卷绕电机、送料电机、放卷电机有效耦合，料带的线速度可维持恒定状态。以张力检测专用机构对料带张力实施有效检测，执行部件选定为低摩擦式气缸，经张力计、控制装置前级电机，促使闭环逐渐形成。放卷的线速度和进给电机运行速度、收卷电机的线速度等处于不同状态下，降低或者增加张力，张力辊均会经低摩擦式气缸，向着料带后退或前进方向逐步移动，控制装置经张力的控制计算手段，将张力辊实际摆动大小算出，对张力实施有效调节，为料带张力恒定起到一定保障作用。张力控制专业系统整体结构，属于线速度的伺服跟踪专项系统，经对放卷电机线速度有效控制，实现对张力辊的有效控制，确保其维持稳定状态，间接性把控好其张力。经张力传感装置对间接性张力参数值的变化实现有效检测，把控好放卷电机的转速，确保放卷线的速度能够与收卷线维持一致性状态，维持张力的恒定状态。文中方型卷针实际运用期间的平衡状态，因卷针处于不规则状态，以至于放卷电机会伴随收卷电机运行速度而改变，张力辊虽得到摆动调控，张力波动仍相对较大。经科学优化后，该控制系统内增设方型卷针的辨识模型，经卷绕角的速度变化，恒定收卷线实际运行速度，速度差得以减少，张力波动也得以减少^[2]。因控制实践中，理论基础模型和实际运动有差异存在，无法完全消除掉动态张力，需维持静态张力，经张力检测及其执行机构，以上系统功能即可实现。张力辊借助控制装置、张力传感装置，促使闭环控制逐渐形成，借助张力控制运算手段，对料带实际张力参数值予以实时化调整，维持张力平衡状态；二是在张力控制具体实现层面。放卷期间，以放卷定位作业、张力和纠偏控制为主。张力控制内含主控制、参数设置、电机控制、监测图形、处理故障信息、记录数据等系统模块，实现对张力的有效控制。

2. 在纠偏控制层面关键技术

2.1 在控制原理层面

在积分纠偏控制当中，若想实现对带跑偏实现有效纠正处理，需确保纠偏辊可向着跑偏侧前倾相应角度，配合辊上面摩擦力，料带会有反向漂移产生，纠偏即可实现。纠偏系统内含信号放大装置、光电检测装置、执行机构、驱动单元、控制装置等。料带跑偏期间，因光电传感装置检测到偏移量，且转换成电压信号，则信号放大装置可实施有效地放大处理操作，借助控制装置予以妥善处理，控制装置结合纠偏控制运算方式，对驱动装置和电机执行算法实施有效把控，执行机构会带动着纠偏辊维持运动状态，闭环控制就此形成，可实时化实现纠偏控制。

2.2 在系统设计层面

1）在传递函数层面

一是检测系统层面。光电检测装置经检测后，测到料带偏移量之后，把输出的电压信号及时反馈至控制装置来构成负反馈的闭环式控制系统，电压信号和偏移量两者间属于线性关系。因光电检测式传感装置动态响应和其余元器件比较起来，可忽略，故实际应用期间光电传感装置节点可作为比例节点，将其设定成Kp，代表列式是G_D(s)=U₁(s)/X_e=K_D，K_D属于回路增益，可取值100V/m^[3]；二是功率放大装置层面。伺服功率的放大装置作用即为，偏差的电压信号依照着特定比例，经转换后有电流信号产生，作为比例节点，将其设成KR，所有参数换算成相应国际单位，开环的传递函数是G_R(s)=I₂(s)/U₂(s)=K_R。

2. 在软件层面

操作者借助参数设定系统界面，将纠偏参数合理设定好；借助手动档，可结合实际需要实施纠偏结构的手动调节，机器故障产生情况下，操作者需以手动方式对报警位置实施细致检查，对料带及其纠偏结构予以有效调整，把故障排除；经自动挡，发挥纠偏系统功能作用，确保闭环控制得以实现，借助机器设备自动采集相应信号，实施纠偏控制。控制装置接收到边缘传感装置的位置信号后，对比所设定参数值后，获取到相应偏移量，借助对偏移增量实际大小的控制，对执行单元实施纠偏的辊运动，将偏移消除。

3. 结语

综上所述，本文所设计全自动化锂电池内部电芯的卷绕机实际运行期间张力及其纠偏控制系统，经测试运行后可确定其能够维持可靠性、稳定性运行状态，关键性技术应用效果较为突出，值得持续推广及运用。

[参考文献]

[1]黄振奎.关于全自动锂电池卷绕机的设计分析[J].中国金属通报, 2019,17(003):139-140.

[2]邓群. 锂电池卷绕设备智能控制系统的设计与实现[J]. 军民两用技术与产品, 2018,20(014):970-971.

[3]胡敏.方型锂电池卷绕机的张力控制系统研究与实现[D].哈尔滨工业大学.2020,33(008):255-256.