CN102800886B - 一种极片卷绕的纠偏控制方法、装置和极片卷绕机 - Google Patents

一种极片卷绕的纠偏控制方法、装置和极片卷绕机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种极片卷绕的纠偏控制方法、装置和极片卷绕机，方法包括以下步骤：A：控制器预设极片的偏移突变阀值A0；B：纠偏传感器先后检测极片的第一次偏移值A1和第二次偏移值A2，并将A1和A2分别提供给控制器进行存储；C：控制器计算极片当前的偏移突变值|A2-A1|，并将其与A0进行比较；D：如果|A2-A1|≥A0，则控制器通知纠偏电机暂停纠偏动作。本发明能够准确检测和计算极片的偏移突变状况，并在当前的偏移突变值大于一定程度时及时屏蔽纠偏电机的纠偏动作，保证了极片对齐度和电芯卷绕质量，同时，本发明不需要增加颜色传感器或使用能够辨别颜色的纠偏传感器，显著节约了设备成本。

Description

一种极片卷绕的纠偏控制方法、装置和极片卷绕机
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其涉及一种极片卷绕的纠偏控制方法、装置和极片卷绕机。
背景技术
极片卷绕工序是锂电池生产工艺的一个关键技术环节，该工序中，极片对齐度是衡量电芯质量的一个重要的指标，如果极片对齐度达不到要求，则会对电芯的使用寿命和安全性能产生重大影响，甚至会直接导致裸电芯的报废。
如图1所示，极片卷绕工序的前一道工序是将极耳20焊接在极片10上，因安全需要，一般会在极片10的留白处贴有绿胶30，为保证绿胶30完全覆盖极片10，还要求绿胶30沿极片10的宽度方向延伸一定距离以超出极片10的边沿。极片10在卷绕或收卷过程中往往通过纠偏传感器检测极片10是否走偏，以保证极片对齐度，并在极片10走偏的情况下通过伺服电机调整极片10的位置对其进行纠偏，例如当极片10向一个方向偏移时，伺服电机控制其向相反的方向移动。然而，对于贴有绿胶30的极片10，纠偏传感器有时会将超出极片10边沿的绿胶30判断为出现极片10走偏的情况而产生误纠偏动作，对极片对齐度造成严重影响。
现有技术中，通常采用在纠偏传感器前后加颜色传感器，或使用能够辨别颜色的纠偏传感器来屏蔽绿胶的存在，然而，这样不仅使设备的结构复杂，而且显著增加了设备成本。
发明内容
本发明要解决的主要技术问题是，提供一种极片卷绕的纠偏控制方法、装置和极片卷绕机，能够有效避免极片上贴附绿胶而产生的误纠偏动作、且降低设备成本。
为解决上述技术问题，本发明提供一种极片卷绕的纠偏控制方法，包括以下步骤：
步骤A：控制器预设极片的偏移突变阀值A0；
步骤B：纠偏传感器先后检测极片的第一次偏移值A1和第二次偏移值A2，并将A1和A2分别提供给控制器进行存储；
步骤C：控制器计算极片当前的偏移突变值|A2-A1|，并将|A2-A1|与A0进行比较；
步骤D：如果|A2-A1|≥A0，则控制器通知纠偏电机暂停纠偏动作，否则回到步骤B。
所述步骤D中，控制器通知纠偏电机暂停纠偏动作后还包括以下步骤：当控制器判断绿胶离开所述纠偏传感器，则通知所述纠偏电机恢复纠偏动作，然后回到步骤B。
优选地，所述步骤A中，A0为数字量，所述步骤B中，还包括控制器对A1和A2进行模数转换的步骤。
优选地，所述控制器的主程序内设置中断，步骤B中，所述纠偏传感器在先后两次中断时分别检测极片的A1和A2。
进一步地，所述步骤C和D在所述纠偏传感器检测A2的中断时执行；或者所述主程序包括前端和后端，所述步骤C和步骤D在所述主程序的前端执行，极片的纠偏启动程序在所述主程序的后端执行。
所述步骤D中，控制器通过以下方法判断绿胶离开所述纠偏传感器：通过编码器计算绿胶或极片的移动长度，当绿胶的移动长度大于一定值时判断绿胶离开所述纠偏传感器；或根据极片的移动速度设置延时周期T，当延时周期T结束时判断绿胶离开所述纠偏传感器。
本发明还保护了一种极片卷绕的纠偏控制装置，包括控制器、用于调整极片位置的纠偏电机和用于检测极片偏移状态的纠偏传感器，所述纠偏传感器、控制器和纠偏电机依次信号连接，所述控制器包括突变阀值预设模块、偏移值接收模块、偏移值存储模块、突变值计算和比较模块、纠偏暂停控制模块；
突变阀值预设模块用于预设极片的偏移突变阀值A0；
偏移值接收模块用于接收纠偏传感器先后检测的极片的第一次偏移值A1和第二次偏移值A2；
偏移值存储模块用于存储A1和A2；
突变值计算和比较模块用于计算极片当前的偏移突变值|A2-A1|，并将|A2-A1|与A0进行比较；
纠偏暂停控制模块用于当所述突变值计算和比较模块判断|A2-A1|≥A0时，通知纠偏电机暂停纠偏动作。
进一步地，所述控制器还包括纠偏恢复控制模块，用于当所述纠偏暂停控制模块通知纠偏电机暂停纠偏动作后，如果判断绿胶离开所述纠偏传感器，则控制纠偏电机恢复纠偏动作。
优选地，所述突变阀值预设模块中预设的A0为数字量，所述控制器还包括模数转换模块，所述模数转换模块用于对A1和A2进行模数转换。
本发明还保护了一种极片卷绕机，包括以上所述的纠偏控制装置。
本发明的有益效果是：本发明能够准确检测和计算极片卷绕过程中的偏移突变状况，并在极片当前的偏移突变值大于一定程度时判断极片在通过纠偏传感器的位置贴附绿胶，而并非极片走偏，因此利用控制器及时屏蔽纠偏电机的纠偏动作，避免误纠偏动作而造成的极片位置偏移，保证了极片对齐度和电芯卷绕质量；同时，由于本发明只需对控制器的控制程序进行改进，不需要增加颜色传感器或使用能够辨别颜色的纠偏传感器来屏蔽绿胶的存在，因此显著节约了设备成本。
附图说明
图1为一种现有的极片卷绕过程示意图；
图2为本发明一种实施例的极片卷绕的纠偏控制方法流程图；
图3为本发明一种实施例的纠偏控制装置结构示意；
图4为本发明一种实施例的控制器原理框图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
针对电池生产工艺中的极片卷绕工艺，为了避免极片上贴附绿胶而产生的误纠偏动作，本发明利用纠偏传感器检测极片的偏移突变状况，并利用控制器对偏移突变状况进行计算和判断，从而屏蔽绿胶通过纠偏传感器时纠偏电机的纠偏动作，使极片在规定的范围内卷绕，从而保证极片对齐度和电芯质量。
请参考图2，本发明一种极片卷绕的纠偏控制方法包括以下步骤：
步骤S201：控制器预设极片的偏移突变阀值A0，为了便于比较，A0为一数字量，例如，通过试验，该值可设置为纠偏传感器检测到极片边沿和绿胶边沿时分别输出的模拟电压转换成数字量所对应的差值。
步骤S202：纠偏传感器检测极片的第一次偏移值A1，并将A1提供给控制器进行存储。
步骤S203：纠偏传感器检测极片的第二次偏移值A2，并将A2提供给控制器进行存储。
以上步骤S202和步骤S203控制器可通过独立的程序完成，也可通过在主程序中设置中断完成。通常情况下，为了实现极片卷绕的纠偏控制，控制器中具有一个主程序用于顺序控制纠偏传感器、驱动器和纠偏电机等部件的动作，该主程序在极片卷绕过程中循环执行，即执行完最后一步再回到第一步重新执行。本实施方式可在控制器的主程序内设置中断，例如主程序运行一次中断3～5次，每次中断周期为1ms，该步骤中，纠偏传感器在先后两次中断时分别检测极片的A1和A2，并分别将A1和A2提供给控制器进行存储。由于纠偏传感器直接检测的A1和A2通常都是模拟电压值，因此控制器需要对其进行模数转换，转换成数字量后进行存储。
步骤S204：控制器计算极片当前的偏移突变值|A2-A1|。
步骤S205：控制器将|A2-A1|与A0进行大小比较，从而判断是否极片真正走偏，还是极片在通过纠偏传感器的位置贴附了绿胶。
步骤S206：判断|A2-A1|≥A0？是则进入步骤S207，否则可回到步骤S202继续检测。
步骤S207：控制器判断极片在通过纠偏传感器的位置贴附绿胶，而并非极片走偏，因此向驱动器发送指令，并通过驱动器通知纠偏电机暂停纠偏动作，使其在短时间或短距离内屏蔽对极片的位置进行调整的纠偏动作。
为了避免控制器通知纠偏电机暂停纠偏动作时纠偏电机已经启动或者已经完成纠偏动作，以上步骤S204至步骤S207可在纠偏传感器检测A2的中断时执行；或者对于PLC等控制器，为了避免主程序每次执行时间过长，可将主程序分为前端和后端，以上步骤S204至步骤S207可在主程序的前端执行，用于通过纠偏电机调整极片位置的纠偏启动程序在主程序的后端执行。
步骤S208：当控制器判断绿胶离开纠偏传感器时，通知纠偏电机恢复纠偏动作，保证其根据纠偏传感器的检测对极片位置进行正常调整的功能，接着回到步骤S202继续检测。
该步骤中，控制器可通过多种方法判断绿胶离开纠偏传感器。例如，如果控制器与安装在极片上的编码器相连接，可通过编码器计算绿胶或极片的移动长度，自纠偏传感器检测到极片的第二次偏移值A2起或自控制器判断|A2-A1|大于A0起，如果绿胶或极片的移动长度大于一定值(该值可设置为实际测量的绿胶长度)，则判断绿胶已经离开纠偏传感器。如果控制器没有连接编码器，还可根据极片的移动速度设置延时周期T(该值可设置为实际测量的绿胶长度除以极片的移动速度)，自纠偏传感器检测到极片的第二次偏移值A2起或自控制器判断|A2-A1|大于A0起，当延时周期T结束时控制器判断绿胶离开纠偏传感器。
如图3和图4所示，本发明还提供了一种利用以上控制方法的极片卷绕的纠偏控制装置，包括纠偏传感器40、控制器50、驱动器60、纠偏电机70和相关的机械连接机构80，纠偏传感器40、控制器50、驱动器60和纠偏电机70依次信号连接。其中，纠偏传感器40可为光电传感器，用于检测极片10卷绕或开卷过程中的偏移状态；控制器50可为PLC或单片机等控制单元，用于对整个纠偏控制装置进行控制；驱动器60用于根据控制器50的指令驱动纠偏电机；纠偏电机70可为伺服电机等，可根据控制器60的指令通过机械连接机构80对极片10的位置进行调整。
控制器50中设置一个主程序或者多个独立的程序对纠偏过程进行顺序控制，相关程序包括以下功能模块以实现以上方法所描述的相应功能：突变阀值预设模块501、偏移值接收模块502、模数转换模块503、偏移值存储模块504、突变值计算和比较模块505、纠偏暂停控制模块506和纠偏恢复控制模块507，其中，偏移值接收模块502、模数转换模块503、偏移值存储模块504、突变值计算和比较模块505、纠偏暂停控制模块506和纠偏恢复控制模块507依次连接，突变阀值预设模块501与突变值计算和比较模块505连接。
具体地，突变阀值预设模块501用于预设极片10的偏移突变阀值A0；优选地，预设的A0为数字量。
偏移值接收模块502用于接收纠偏传感器40先后检测的极片10的A1和A2，例如接收纠偏传感器40在先后两次主程序的中断时分别检测到的极片10的A1和A2。
模数转换模块503用于对偏移值接收模块502接收到的A1和A2分别进行模数转换后，将得到的数字量先后传输给偏移值存储模块504。
偏移值存储模块504用于存储A1和A2，根据需要，这两个数值可存储在一个共同的存储空间，或者两个独立的存储空间。
突变值计算和比较模块505用于根据偏移值存储模块504存储的A1和A2，计算极片10当前的偏移突变值|A2-A1|，并将|A2-A1|与A0进行比较。该模块还可分为两个独立模块，分别执行计算和比较功能。
纠偏暂停控制模块506用于当突变值计算和比较模块505判断|A2-A1|≥A0时，向驱动器60发送指令，从而通知纠偏电机70暂停纠偏动作。
纠偏恢复控制模块507用于当纠偏暂停控制模块506通知纠偏电机70暂停纠偏动作后，如果判断绿胶30离开纠偏传感器，则控制纠偏电机70恢复纠偏动作，纠偏恢复控制模块507判断绿胶30离开纠偏传感器的可采用以上步骤S208所述的两种方式。
本发明还保护了一种极片卷绕机，包括以上所述的纠偏控制装置。
本发明极片卷绕的纠偏控制方法、装置和极片卷绕机能够准确检测和计算极片的偏移突变状况，并在极片当前的偏移突变值大于一定程度时判断极片在通过纠偏传感器的位置贴附绿胶，而并非极片走偏，因此利用控制器及时屏蔽纠偏电机的纠偏动作，避免误纠偏动作而造成的极片位置偏移，保证了极片对齐度和电芯卷绕质量，同时，由于本发明只需对控制器的控制程序进行改进，不需要增加颜色传感器或使用能够辨别颜色的纠偏传感器来屏蔽绿胶的存在，因此设备结构简单，显著节约了设备成本。
以上内容是结合具体的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。

Claims (9)

1.一种极片卷绕的纠偏控制方法,其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：控制器预设极片的偏移突变阀值A0；
步骤B：纠偏传感器先后检测极片的第一次偏移值A1和第二次偏移值A2，并将A1和A2分别提供给控制器进行存储；
步骤C:控制器计算极片当前的偏移突变值︱A2-A1︱，并将︱A2-A1︱与A0进行比较；
步骤D:如果︱A2-A1︱≥A0,则控制器通知纠偏电机暂停纠偏动作，否则回到步骤B；
所述步骤D中，控制器通知纠偏电机暂停纠偏动作后还包括以下步骤：当控制器判断绿胶离开所述纠偏传感器，则通知所述纠偏电机恢复纠偏动作，然后回到步骤B。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A中，A0为数字量，所述步骤B中，还包括控制器对A1和A2进行模数转换的步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制器的主程序内设置中断，步骤B中，所述纠偏传感器在先后两次中断时分别检测极片的A1和A2。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤C和D在所述纠偏传感器检测A2的中断时执行；或者所述主程序包括前端和后端，所述步骤C和步骤D在所述主程序的前端执行，极片的纠偏启动程序在所述主程序的后端执行。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤D中，控制器通过以下方法判断绿胶离开所述纠偏传感器：通过编码器计算绿胶或极片的移动长度，当绿胶的移动长度大于一定值时判断绿胶离开所述纠偏传感器；或根据极片的移动速度设置延时周期T，当延时周期T结束时判断绿胶离开所述纠偏传感器。
6.一种极片卷绕的纠偏控制装置，包括控制器、用于调整极片位置的纠偏电机和用于检测极片偏移状态的纠偏传感器，所述纠偏传感器、控制器和纠偏电机依次信号连接，其特征在于，所述控制器包括突变阀值预设模块、偏移值接收模块、偏移值存储模块、突变值计算和比较模块、纠偏暂停控制模块；
突变阀值预设模块用于预设极片的偏移突变阀值A0；
偏移值接收模块用于接收纠偏传感器先后检测的极片的第一次偏移值A1和第二次偏移值A2；
偏移值存储模块用于存储A1和A2；
突变值计算和比较模块用于计算极片当前的偏移突变值︱A2-A1︱，并将︱A2-A1︱与A0进行比较；
纠偏暂停控制模块用于当所述突变值计算和比较模块判断︱A2-A1︱≥A0时,通知纠偏电机暂停纠偏动作；
控制器通知纠偏电机暂停纠偏动作后，当控制器判断绿胶离开所述纠偏传感器，则通知所述纠偏电机恢复纠偏动作，然后纠偏传感器先后检测极片的第一次偏移值A1和第二次偏移值A2，并将A1和A2分别提供给控制器进行存储。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制器还包括纠偏恢复控制模块，用于当所述纠偏暂停控制模块通知纠偏电机暂停纠偏动作后，如果判断绿胶离开所述纠偏传感器，则通知所述纠偏电机恢复纠偏动作。
8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述突变阀值预设模块中预设的A0为数字量，所述控制器还包括模数转换模块，所述模数转换模块用于对A1和A2进行模数转换。
9.一种极片卷绕机，其特征在于，包括权利要求6至8中任一项所述的纠偏控制装置。
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