一种电池卷绕系统及其方法.pdf

本发明提供一种电池卷绕系统及其方法.电池卷绕系统，包括：.卷绕装置(300)、第一传送装置(110)、第二传送装置(210)，以及，控制单元；所述第一传送装置(110)包括：向所述控制单元发送检测信息的第一状态监测装置；所述第二传送装置(210)包括：向所述控制单元发送检测信息的第二状态监测装置；当所述第一状态监测装置或第二状态监测装置检测到所述第一极片(120)或第二极片(220)出现异常的时候，所述控制单元控制仅缠绕异常的第一极片(120)或第二极片(220)，并切去相应的异常的所述第一极片(120)或第二极片(220)。

1、  一种电池卷绕系统，包括：用于带动第一极片(120)和第二极片(220)走带以进行卷绕的卷绕装置(300)、用于传送第一极片(120)到所述卷绕装置(300)并在相应位置将其切断的第一传送装置(110)、用于传送第二极片(220)到所述卷绕装置(300)并在相应位置将其切断的第二传送装置(210)，以及，用于控制该系统工作并能够输入用户指令的控制单元；其特征在于，
所述第一传送装置(110)包括：向所述控制单元发送检测信息的第一状态监测装置；所述第二传送装置(210)包括：向所述控制单元发送检测信息的第二状态监测装置；当所述第一状态监测装置或第二状态监测装置检测到所述第一极片(120)或第二极片(220)出现异常的时候，所述控制单元控制仅缠绕异常的第一极片(120)或第二极片(220)，并切去相应的异常的所述第一极片(120)或第二极片(220)。

2、  如权利要求1所述的电池卷绕系统，其特征在于，
所述第一状态监测装置包括：用于检测所述第一极片(120)的走带长度的第一走带长度检测装置(160)，以及，用于检测所述第一极片(120)上极耳的第一极耳检测装置(150)；
所述第二状态监测装置包括：用于检测所述第二极片(220)的走带长度的第二走带长度检测装置(260)，以及，用于检测所述第二极片(220)上极耳的第二极耳检测装置(250)。

3、  如权利要求2所述的电池卷绕系统，其特征在于，
所述第一走带长度检测装置(160)包括：第一检测转轮和第一脉冲计数器；所述第一极片(120)走带带动所述第一检测转轮转动，当所述第一检测转轮转动一个圆周，所述第一脉冲计数器发出特定数量的脉冲；
所述第二走带长度检测装置(260)包括：第二检测转轮和第二脉冲计数器；所述第二极片(220)走带带动所述第二检测转轮转动，当所述第二检测转轮转动一个圆周，所述第二脉冲计数器发出特定数量的脉冲。

4、  如权利要求2所述的电池卷绕系统，其特征在于，
所述第一状态监测装置还包括：第一故障标志识别装置(130)，用于识别预先设定在所述第一极片(120)上的故障标志；
所述第二状态监测装置还包括：第二故障标志识别装置(230)，用于识别预先设定在所述第二极片(220)上的故障标志。

5、  如权利要求4所述的电池卷绕系统，其特征在于，所述故障标志为贴附在所述第一极片(120)或第二极片(220)上的色带；所述第一故障标志识别装置(130)和第二故障标志识别装置(230)分别采用：色标识别传感器。

6、  如权利要求1至5中任一权利要求所述的电池卷绕系统，其特征在于，所述第一传送装置(110)还包括：第一补偿电机(140)，用于沿所述第一极片(120)走带方向的正向或者反向，带动所述第一传送装置(110)上的切刀移动。

7、  一种电池卷绕方法，其特征在于，包括如下步骤：
卷绕步骤：卷绕装置(300)带动，从第一传送装置(110)传送来的第一极片(120)，和/或，从第二传送装置(210)传送来的第二极片(220)走带以卷绕成卷；
切断步骤：切断所述第一极片(120)或第二极片(220)；
极片检测步骤：检测第一极片(120)和第二极片(220)是否异常，如果正常，则所述卷绕步骤中，同时缠绕第一极片(120)和第二极片(220)，并在卷绕到特定的长度的时候，执行所述切断步骤，同时切断所述第一极片(120)或第二极片(220)；如果异常，则所述卷绕步骤中，仅缠绕该异常极片，直到正常为止，则执行所述切断步骤，切断该异常极片。

8、  如权利要求7所述的电池卷绕方法，其特征在于，所述切断步骤包括如下步骤：
减速步骤：当被所述卷绕装置(300)带动的极片接近需要进行切断的位置时，降低所述卷绕装置(300)带动的走带速度；
停止步骤：所述卷绕装置(300)停止带动的走带；
补偿步骤：以所述第一极片(120)走带方向同向好或者反向的方向带动第一传送装置(110)上的切刀移动，以调整到最佳的切断位置。

9、  如权利要求8所述的电池卷绕方法，其特征在于，所述减速步骤的总的走带行程为一设定值，该步骤包括如下步骤：
第一减速步骤：所述第一极片(120)或第二极片(220)以V₁走带速度进入长度为S₁的减速第一预设减速区域中，在第一预设减速时间t₁内减速，其减速加速度为：a₁＝2(S₁-V₁t₁)/t₁²；
第二减速步骤：所述第一极片(120)或第二极片(220)以V₂走带速度进入长度为S₂的减速第二预设减速区域中，在第二预设减速时间t₂内减速，其减速加速度为：a₂＝2(S₂-V₂t₂)/t₂²；
第三减速步骤：所述第一极片(120)或第二极片(220)以V₃走带速度进入长度为S₃的减速第三预设减速区域中，在第三预设减速时间t₃内减速，其减速加速度为：a₃＝2(S₃-V₃t₃)/t₃²。

10、  如权利要求7至9中任一权利要求所述的电池卷绕方法，其特征在于，还包括：
长度保护步骤：监测所述第一极片(120)或第二极片(220)的走带长度，当该长度达到设定长度的时候，则发出报警信号；
极片断裂保护步骤：监测所述第一极片(120)或第二极片(220)是否断带，当断带的时候，则发出报警信号。

一种电池卷绕系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种电池卷绕系统及其方法，尤其涉及一种圆形锂离子电池卷绕系统及其同步剪裁控制方法。
背景技术
锂离子电池是目前世界上最先进的商品化二次电池，随着各种电子产品的发展，对锂离子电池的需求量呈现迅速增长态势，这也对锂电池生产设备的性能和生产效率提出了更高的要求。锂离子电池电芯的卷绕是锂离子电池制作的关键环节之一，由于电池的工艺复杂性又决定了卷绕电芯极片的多样性，在生产过程中对极片的裁切精度提出了更高的要求，裁切精度直接决定了电池性能。另外，由于如何能自动的处理具有瑕疵的极片，并尽量有效率的生产出合格的成品，也是对卷绕设备提出的更高的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题首先是，提供一种电池卷绕系统，该电池卷绕系统应能够以较高精度的剪裁极片，并具有自动对故障极片进行相应处理能力。其次是，相应的，提供一种电池卷绕方法，该方法也应能够以较高精度的剪裁极片，并具有自动对故障极片进行相应处理能力。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种电池卷绕系统，包括：用于带动第一极片和第二极片走带以进行卷绕的卷绕装置、用于传送第一极片到所述卷绕装置并在相应位置将其切断的第一传送装置、用于传送第二极片到所述卷绕装置并在相应位置将其切断的第二传送装置，以及，用于控制该系统工作并能够输入用户指令的控制单元。
其中，所述第一传送装置包括：向所述控制单元发送检测信息的第一状态监测装置；所述第二传送装置包括：向所述控制单元发送检测信息的第二状态监测装置。当所述第一状态监测装置或第二状态监测装置检测到所述第一极片或第二极片出现异常的时候，所述控制单元控制仅缠绕异常的第一极片或第二极片，并切去相应的异常的所述第一极片或第二极片。
通常，正常的卷绕过程是，将第一极片和第二极片同时进行卷绕，其中，第一极片和第二极片上分别依次分布有极耳，且相邻的极耳之间的间距是一定的。一个标准的卷绕成品起码要求如下几个条件：首先：卷绕的长度一定；其次，极片上极耳的分布也是正常的，即间距一定；结合上述两点，显然，极耳的个数也是一定的；再次，卷绕最后的切断所落入相邻两个极耳之间的位置是一定的。
上述技术方案中所称第一状态监测装置和第二状态监测装置的可以通过对第一极片和第二极片的走带长度的监测，以及对极耳的监测，并进行相应的计算处理，起码能够获得对上述三个条件的识别，当出现异常的时候，是指起码满违反上述任一条件的情况。当识别出异常的时候，则所述电池卷绕系统也能做出相应的操作，以挑拣出次品，保证了产品的品质。
这样，该系统应能够以较高精度的剪裁极片，并具有自动对故障极片进行相应处理能力。
当然，也可不排除有其他的原因造成极片的异常，也可以进一步采用监测其他的异常状态来判断极片的正常或者异常。
进一步而言，所述第一状态监测装置包括：用于检测所述第一极片的走带长度的第一走带长度检测装置，以及，用于检测所述第一极片上极耳的第一极耳检测装置；
所述第二状态监测装置包括：用于检测所述第二极片的走带长度的第二走带长度检测装置，以及，用于检测所述第二极片上极耳的第二极耳检测装置。
其中，走带长度是指，极片在卷绕设备的带动下，行进的距离。
进一步而言，所述第一走带长度检测装置包括：第一检测转轮和第一脉冲计数器；所述第一极片走带带动所述第一检测转轮转动，当所述第一检测转轮转动一个圆周，所述第一脉冲计数器发出特定数量的脉冲。
所述第二走带长度检测装置包括：第二检测转轮和第二脉冲计数器；所述第二极片走带带动所述第二检测转轮转动，当所述第二检测转轮转动一个圆周，所述第二脉冲计数器发出特定数量的脉冲。
通过上述技术措施，由于第一检测转轮和第二检测转轮的圆周长度是一定的，其圆周上转动的行程与相应的所述第一极片或第二极片的走带长度是相同的。而且所述第一检测转轮和第二检测转轮的转动分别与第一脉冲计数器和第二脉冲计数器的记录的脉冲正相关，这样，通过第一脉冲计数器和第二脉冲计数器所发出的脉冲，则可以获得相应的所述第一极片或第二极片的走带长度。
进一步而言，所述第一脉冲计数器和第二脉冲计数器分别采用：H40-8-3600-20-4编码器。
为了进一步提高系统对次品极片的处理能力，所述第一状态监测装置还包括：第一故障标志识别装置，用于识别预先设定在所述第一极片上的故障标志。所述第二状态监测装置还包括：第二故障标志识别装置，用于识别预先设定在所述第二极片上的故障标志。
其中，所述故障标志例如包括：在一整卷极片中，存在某些残次的极片段，对应该段极片，用户可以预先设置相应的故障标志。
该极片残次的原因可以不限于上述的三个原因，可以是其他任何原因，只要用户认为该段极片有残次，不愿使用，都可以设定相应的故障标志，以便所述的电池卷绕系统进行识别，并作出相应的动作，以挑出该残次段，并充分利用一整卷极片中其它的合格的极片。
进一步而言，所述故障标志为贴附在所述第一极片或第二极片上的色带；所述第一故障标志识别装置和第二故障标志识别装置分别采用：色标识别传感器。
采用上述技术措施，既能够便于用户进行故障标志的设定，也能够便于该系统简便的区别出该残次段的极片。
进一步而言，所述第一传送装置还包括：第一补偿电机，用于沿所述第一极片走带方向的正向或者反向，带动所述第一传送装置上的切刀移动，使第一极片的切刀更精确的移动到第一极片设定的切断位置。
正常工作的时候，由于第一极片和第二极片是同时在卷绕装置的同一个卷针进行卷绕的，在高速的卷绕到接近需要进行切断的位置时候，为了提高其切断的进度，往往需要进行相应的减速，才会停止下来，进行切断。如果是根据所述第二极片的上的第二状态监测装置的监测的数据做出相应的减速步骤，并作出停止步骤的话，则第一极片通过第一补偿电机的移动来进行调整，以获得更加精确的切断位置。
例如，为了第一补偿电机移动长距离所花时间，根据第一极片的大概的切断位置，在卷绕过程中第一补偿电机先后退一定长度，使切刀移动到切断位置的附近，当需要第一补偿电机动作进行调整的时候，只需要转动很短距离就能找到精确的切断位置。
进一步而言，所述控制单元采用包含有用于输入用户指令的触摸屏和程序控制器，例如：PLC等。
本发明还提供一种电池卷绕方法，包括如下步骤：
卷绕步骤：卷绕装置带动，从第一传送装置传送来的第一极片，和/或，从第二传送装置传送来的第二极片走带以卷绕成卷；
切断步骤：切断所述第一极片或第二极片；
极片检测步骤：检测第一极片和第二极片是否异常，如果正常，则所述卷绕步骤中，同时缠绕第一极片和第二极片，并在卷绕到特定的长度的时候，执行所述切断步骤，同时切断所述第一极片或第二极片；如果异常，则所述卷绕步骤中，仅缠绕该异常极片，直到该极片正常为止，则执行所述切断步骤，切断该异常极片。
采用上述技术方案，当极片出现异常的时候，则能够仅仅缠绕该异常段的极片，直到该极片正常为止，切去该异常段的极片，这样就能够自动对故障极片，即异常的极片进行相应处理能力。
进一步而言，所述切断步骤包括如下步骤：
减速步骤：当被所述卷绕装置带动的极片接近需要进行切断的位置时，降低所述卷绕装置带动的走带速度；
停止步骤：所述卷绕装置停止带动的走带；
补偿步骤：以所述第一极片走带方向同向好或者反向的方向带动第一传送装置上的切刀移动，以调整到最佳的切断位置。
采用上述技术措施，能够更加精确的获得对极片进行切断的位置。
另外，正常工作的时候，由于第一极片和第二极片是同时在卷绕装置的同一个卷针进行卷绕的，在高速的卷绕到接近需要进行切断的位置时候，为了提高其切断的进度，往往需要进行相应的减速，才会停止下来，进行切断。如果是根据所述第二极片的上的第二状态监测装置的监测的数据做出相应的减速步骤，并作出停止步骤的话，则第一传送装置上的切刀通过第一补偿电机的移动来进行调整，以获得更加与预先设定的对第一极片的切断位置更精确接近的切断位置，即所述的最佳的切断位置。
进一步而言，所述减速步骤的总的走带行程为一设定值，该步骤包括如下步骤：
第一减速步骤：所述第一极片或第二极片以V₁走带速度进入长度为S₁的减速第一预设减速区域中，在第一预设减速时间t₁内减速，其减速加速度为：a₁＝2(S₁-V₁t₁)/t₁²；
第二减速步骤：所述第一极片或第二极片以V₂走带速度进入长度为S₂的减速第二预设减速区域中，在第二预设减速时间t₂内减速，其减速加速度为：a₂＝2(S₂-V₂t₂)/t₂²；
第三减速步骤：所述第一极片或第二极片以V₃走带速度进入长度为S₃的减速第三预设减速区域中，在第三预设减速时间t₃内减速，其减速加速度为：a₃＝2(S₃-V₃t₃)/t₃₂。
其中，走带速度是指极片在卷绕设备的带动下行进的速度。
进一步而言，所述的电池卷绕方法，还包括：
长度保护步骤：监测所述第一极片或第二极片的走带长度，当该长度达到设定长度的时候，发出报警信号；
极片断裂保护步骤：监测所述第一极片或第二极片是否断带，如果断带则发出报警信号。
例如，当极片出现异常的时候，可能系统无法正确判断以进行切断，这时，将卷出的直径很大电芯，这样再进行工位转换时，很容易碰断卷针。采用上述技术措施，首先可以通过长度限制来防止这种情况的发生。
其次，当极片在卷绕过程中自然断裂，系统检测到后将发出报警信号。该报警信号不仅可以触发停机，还能够提示用户进行相应的处理。
与现有技术相比本发明的优点在于，能够以较高精度的剪裁极片，并具有自动对故障极片进行相应处理能力其优势主要表现在：还能够快速定位。0.2秒内完成将卷绕速度从最高速度减速并停止到准确位置上；而且，定位精度高。控制精度可以达到±0.5mm；另外材料能够有效利用，提前检测和实时检测极片是否好坏，不良极片能够识别，自动单绕；两边极片中如有不良极片，不良一边的极片不会影响到另外一边正常极片的利用，避免极片的浪费。
附图说明
图1是本发明电池卷绕系统实施例的结构示意图；
图2是本发明电池卷绕方法实施例的流程示意图；
图3是本发明减速步骤的实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，卷绕装置300是双工位结构，第一极片和第二极片分别通过采用机械手的第一传送装置110和第二传送装置210送料，送至所述卷绕装置300的1#卷针或者2#卷针，以实现对极片的卷绕。
电池卷绕系统的控制单元通过可编程控制器(例如型号为CP1H)和触摸屏(例如型号为EVIEW)来建立其控制平台。
在运行过程中，通过采用了型号为H40-8-3600-20-4的编码器的以及检测滚轮的第一走带长度检测装置160和第二走带长度检测装置260，来分别测量第一极片120和第二极片220的长度。系统通过第一极耳检测装置150和第二极耳检测装置250分别检测第一极片120和第二极片220上极耳，当检测到极耳的时候，还将记录先该极耳处极片的相应的走带的位置。
所述第一传送装置110还包括：第一补偿电机140，用于沿所述第一极片120走带方向的正向或者反向，带动所述第一传送装置110上的切刀移动。
另外，在所述第一传送装置110和第二传送装置210上还分别设置有采用型号为CZ-V21A的色标传感器的第一故障标志识别装置130和第二故障标志识别装置230。
如图2所示，当设备初始化完成以后，第一传送装置110和第二传送装置210的机械手分别夹持第一极片120和第二极片220按设定的左右先后顺序将极片送到所述卷绕装置300的1#卷针或2#卷针上，并预卷一个设定的角度。当极片被卷入到卷针上的时候，机械手回到初始位置，等待下次循环送料。
所述卷绕装置300的卷针在卷绕过程中，通过色标传感器来检测极片上面是否贴有黄色胶纸(黄色胶纸用来贴在极片接带的位置，用于判定该段极片为残次极片)。
当黄色胶带经过色带传感器时，电池卷绕系统将检测这个标志位并将状态保存下来，等到下个循环时将单独对贴有黄色胶纸的极片进行单独卷绕，通过单卷可以将不良的极片单独挑出。
所述第一传送装置110和第二传送装置210上面分别装有两把极片切刀和极耳检测装置(例如，型号为FU-77TZ)。
当极耳经过时，第一极耳检测装置150或第二极耳检测装置250触发PLC的中断程序，中断程序将记录每个极耳经过时候的当前值(即极耳焊接在极片的位置)。每经过一个极耳，中断程序将计算当前极耳与前面所有极耳之间的位置。一旦发现实际位置与工艺设定的位置不一致时，系统启用容错处理程序。
容错处理程序将执行以下功能：两边极片竞争找自己的裁切位置，即找裁切前的一段正常位置，例如切断异常的极片的切断部位在相邻的两极耳之间的时候，哪个极片先找到自己的正常位置，将以这极片为准启动减速步骤以进行定位，并将另一极片则设置一个单卷标志，在下个循环中将单独对设置单卷标志的极片进行单独卷绕，当单卷完以后两边极片又都回到了正常的位置，再下个循环就可以直接执行正常程序。
如图3所示，在到离设定切断的位置还有一定长度时开始进行减速步骤。通过3次计数器中断减速程序，将卷针速度从最大速度减速到一个固定的低速运行速度(例如0.1rec/s)。在低速运行中到达设定长度，以便精确的产生中断，并停止卷针的卷绕。
所述减速步骤的总的走带行程为一设定值，该步骤包括如下步骤：
第一减速步骤：所述第一极片或第二极片以V₁走带速度进入长度为S₁的减速第一预设减速区域中，在第一预设减速时间t₁内减速，其减速加速度为：a₁＝2(S₁-V₁t₁)/t₁²；
第二减速步骤：所述第一极片或第二极片以V₂走带速度进入长度为S₂的减速第二预设减速区域中，在第二预设减速时间t₂内减速，其减速加速度为：a₂＝2(S₂-V₂t₂)/t₂²；
第三减速步骤：所述第一极片或第二极片以V₃走带速度进入长度为S₃的减速第三预设减速区域中，在第三预设减速时间t₃内减速，其减速加速度为：a₃＝2(S₃-V₃t₃)/t₃²。
其中，走带速度是指极片在卷绕设备的带动下行进的速度。
一个实施例中，满足S₁+S₂+S₃＝70mm，S₁，S₂，S₃，t₁，，t₂，，t₃通由用户进行预先的设定。
通过减速到0.1rec/s秒速度后可以保证裁切的定位的精度：L＝πdt。
其中，π＝3.14；d为电芯直径，18mm＜＝直径＜＝32mm，t为中断执行时间，t＜5ms，所得最大的精度误差在：L＝3.14*32*0.1/100＝±0.5mm。
另外，正常工作的时候，由于第一极片120和第二极片220是同时在卷绕装置的同一个卷针进行卷绕的，在高速的卷绕到接近需要进行切断的位置时候，为了提高其切断的进度，往往需要进行相应的减速，才会停止下来，进行切断。如果是根据所述第二极片220的上的第二状态监测装置的监测的数据做出相应的减速步骤，并作出停止步骤的话，则第一极片120通过第一补偿电机140的移动相应的切刀来进行调整，以获得更加精确的切断位置，即所述的最佳的切断位置。
另外走带长度检测装置还可以起到以下作用：
1，对极片的长度保护。例如，当极片出现异常的时候，可能系统无法正确判断以进行切断，这时，将卷出的直径很大电芯，这样再进行工位转换时，很容易碰断卷针。采用上述技术措施，首先可以通过长度限制来防止这种情况的发生。
2，对极片的极片断裂保护功能，当极片在卷绕过程中自然断裂，系统检测到后将发出报警信号。该报警信号不仅可以触发停机，还能够提示用户进行相应的处理。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。