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【行业案例】高速、高精度的单层锂电池涂布应用 | 降低张力波动,实现高速运行下的稳定涂布

【行业案例】高速、高精度的单层锂电池涂布应用 | 降低张力波动,实现高速运行下的稳定涂布

2022/5/6 10:51:13

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工艺介绍

涂布是二次电池最重要的工艺段之一,速度、张力的稳定决定着被涂材料的薄厚程度以及产品的品质。被涂材料越薄,则单位体积的电池容量越高。速度越高,产量越高,成本越低。

单层锂电池涂布机设备分为放卷区、纠偏区、牵引辊区、涂布区、烘箱区、尾部牵引区、收卷区。

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■  放卷区为异步加闭环变频器的配置;变频器采用模拟量控制;张力摆杆采用气缸产生张力,配备张力计监控;摆杆位置通过电位计进行反馈。

■  布区为连续涂布,涂布辊采用直驱电机驱动,模拟量控制。

■  烘箱区安装7支过辊辅助料带通过,变频器加异步电机驱动,变频器为RS-485通讯。

■  牵引区为异步电机加闭环变频器配置,与放卷机构类似。

■  收卷区为自动换料结构,辅助贴合辊与切刀由气缸控制升降,升的过程需增加缓冲阻尼,避免冲击过大。

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课题

01、线速度120米/分钟的高速放卷下,换刀时容易产生张力波动,导致最终的涂布效果降低。

02、线速度120米/分钟的高速放卷下,波动过大导致无法稳定接换料,需停机后处理,拖慢生产节拍。

解决方案

1. 模糊卷径计算技术,将精度提升至±1mm内

欧姆龙针对涂布机工艺和电气方面的课题,专门开发了模糊卷径计算技术:

From 传统的编码器,加上检测圈数的光电传感器

To      无需检测圈数的光电传感器

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工艺流程中的张力控制机构由变频器+三相异步电机+摆杆机构组成,通过模糊卷径计算技术实现无编码器或卷径测量传感器的卷径计算,简化机械结构,降低成本,提升系统稳定性。

2. 张力控制技术,张力波动削减为0

From  采用传统的气缸切刀,由于抬刀时的扰动量无法估算,仅靠PID进行调节,张力波动大。

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To  抬刀机构改用伺服电机控制,根据数学模型计算出扰动量作为前馈控制,张力波动将大大降低,甚至基本无变化,使得产品的涂布效果更佳,速度也可以得到提升。

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控制系统

控制器采用集高功能和实现现场IoT网络于一体的NX1P系列,带动伺服电机分别控制左纠偏、右纠偏、左调刀、右调刀、供料与涂辊等。

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实现价值

1、生产效率:线速度120米/分钟

2、计算精度:±1mm内

3、张力波动:<1%

【经营层】

■ 应对世界环境恶化、新能源电池的制造趋势,提供高速、高精度的涂布技术,打造行业Top竞争力。

■ 通过模糊卷径计算技术实现无编码器或卷径测量传感器的卷径计算,简化机械结构,降低设备电气上的投入,单台生产成本大幅降低。

【管理层】

■ 抬刀机构改用伺服电机控制,根据数学模型计算出扰动量作为前馈控制,降低张力波动,使产品的涂布效果更佳,速度也得到提升。

■ 欧姆龙机械自动化控制器 NX系列,可实现现场生产数据的采集、存储、分析,改善管理课题,提高生产效率。

【工程师层】

■ 模糊卷径计算与张力控制技术,可直接通过控制器FB导入,无需编程。

■ 线速度120米/分钟的高速放卷下无张力波动,且实现无停机接换料。

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王静
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