CN104466228A - 一种极片卷绕方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种极片卷绕方法，利用卷针伺服电机按照卷针电子凸轮曲线对所述方形卷针进行控制；所述卷针电子凸轮曲线通过以下算法获得：若i≤N，则若i＞N，则。

Description

一种极片卷绕方法

【技术领域】

本发明涉及一种极片卷绕方法。

【背景技术】

现有的极片卷绕设备的方形卷针在卷绕极片时，极片的线速度容易出现很大的波动，导致卷绕成的电芯质量容易出现掉粉等问题。虽然目前也有一些设备对极片的线速度进行补偿，但是补偿的效果并不是很好，导致制作的电芯仍存在一定的问题。

【发明内容】

为了克服现有技术的问题，本发明提供了一种极片卷绕方法，以在保证卷绕得到的电芯的质量的基础上，提高卷绕电芯的速度。

一种极片卷绕方法，利用卷针伺服电机按照卷针电子凸轮曲线对所述方形卷针进行控制；其中，所述卷针电子凸轮曲线通过以下算法获得：

若i≤N，则 $\left\{\begin{array}{c}y\left(i\right)=y(i-1)*i+(D_{\mathrm{act}}-D_0)/(i+1)\\ x\left(i\right)=x(i-1)*i+(L_{\mathrm{act}}-L_0)/(i+1)\\ z\left(i\right)=1\end{array}\right.;$

若i＞N，则 $\left\{\begin{array}{c}y\left(i\right)=[y(i-1)*(N+1)-y(i-N-1)+(D_{\mathrm{act}}-D_0)]/(N+1)\\ x\left(i\right)=[x(i-1)*(N+1)-x(i-N-1)+(L_{\mathrm{act}}-L_0)]/(N+1)\\ z\left(i\right)=1\end{array}\right.;$

其中，y(i)和y(i-1)分别表示所述方形卷针在所述卷针电子凸轮曲线的第i个曲线时的角度和在第i-1个曲线点时的角度，D_act和D₀分别表示所述方形卷针在所述卷针电子凸轮曲线的第i个曲线对应时刻的实时卷绕角度和方形卷针初始角度，x(i)和x(i-1)分别表示极片在所述卷针电子凸轮曲线第i个曲线点的长度和第i-1个曲线点的长度，L₀为当所述方形卷针穿针后且所述方形卷针处于水平状态时极片的初始长度，N为滑动平均值滤波因子。

在一个实施例中，若L_act-L'_act＞ΔL，则判断是否大于0且小于V_max；若0＜v＜V_max，则判断所述卷针电子凸轮曲线的第i个曲线点正常，并对所述卷针电子凸轮曲线的第i+1个曲线点按照所述卷针电子凸轮的算法进行计算，其中，D'_act表示所述卷针电子凸轮曲线的第i个曲线点对应的时刻的实时卷绕角度，L'_act表示表示所述卷针电子凸轮曲线的第i-1个曲线点对应时刻的实时极片放卷长度，V_max是极片限幅速度。

在一个实施例中，当所述卷针伺服电机的控制器的控制资源不足时，将所述卷针电子凸轮曲线的一些曲线点对应的z(i)置零；所述卷针伺服电机根据所述卷针电子凸轮曲线以及以下算法对卷针进行控制：

若z(i)＝0时：y(i)＝k*x(i)+s；

当z(i)＝1时：y(i)＝a*x(i)³+b*x(i)²+cx(i)+d；

其中，k和s分别是对所述卷针电子凸轮曲线在第i-1个曲线点进行一阶求导得到的一次系数和零次系数，a、b、c和d分别是对所述卷针电子凸轮曲线在第i-1个曲线点进行三阶求导得到的三次系数、二次系数、一次系数和零次系数。

在一个实施例中，还包括如下步骤：

建立水平电子凸轮曲线，所述伺服电机根据所述水平电子凸轮曲线对所述水平极片辊的水平移动距离进行控制；

其中，在所述水平电子凸轮曲线中：

$\mathrm{\Δl}=\sqrt{{(L_{\mathrm{act}}+\mathrm{\ΔL})}^2-F^2}-\sqrt{{L_{\mathrm{act}}}^2-F_2};$

其中，L_act表示所述水平电子凸轮曲线的第i个曲线点对应时刻的实时极片放卷长度，ΔL表示从第i个曲线点对应时刻到第i+1个曲线点对应时刻的极片放卷的步长，F表示水平极片辊至极片入料组件的垂直距离，Δl表示从第i个曲线点对应时刻至第i+1个曲线点对应时刻所述水平极片辊沿水平方向运动的距离；

所述伺服电机根据当前时刻实际检测到的极片放卷长度和水平极片辊水平移动距离，对所述水平极片辊的位置进行补偿。

在一个实施例中，若所述方形卷针宽度较大则采用较小的ΔL，若所述方形卷针宽度较小则采用较大的所述ΔL。

在一个实施例中，通过如下算法计算所述方形卷针宽度： $H=2\sqrt{{(L_{\mathrm{act}1}-L_0)}^2+2A(L_{\mathrm{act}1}-L_0)};$

其中，H为所述方形卷针宽度，L₀为当所述方形卷针穿针后且所述方形卷针处于水平状态时极片的初始长度，L_act1为当所述方形卷针从所述水平状态转动180°后的时刻极片放卷长度。

在一个实施例中，先计算所述水平电子凸轮曲线，然后计算所述卷针电子凸轮曲线。

本发明的有益效果是：通过对方形卷针的伺服电机按照上述卷针电子凸轮曲线进行控制，可以使卷针伺服电机工作在较好的状态，从而卷绕得到的极片的质量较好。

若所述方形卷针宽度较大则采用较小的ΔL，若所述方形卷针宽度较小则采用较大的所述ΔL，这样可以让伺服电机根据自己的性能作出最大可能的运行。

通过采用水平电子凸轮组件，可以有效地利用水平方向的运动来对卷绕极片的限速度的补偿，从而使得极片的线速度稳定在一定的范围内，因此极片卷绕的电机可以在更高的转速下工作。

【附图说明】

图1是本发明一种实施例的极片卷绕设备的局部结构示意图；

图2是本发明一种实施例的极片卷绕设备的局部结构示意图；

图3是本发明一种实施例的方形卷针在初始状态下的示意图；

图4是本发明一种实施例的方形卷针在零点位置的示意图；

图5是本发明一种实施例的方形卷针在第一次极片转换卷绕半径下的示意图；

图6是本发明一种实施例的方形卷针在第二次极片转换卷绕半径下的示意图；

图7是本发明一种实施例的方形卷针在第三次极片转换卷绕半径下的示意图；

图8是本发明一种实施例的方形卷针在第四次极片转换卷绕半径下的示意图；

图9是本发明一种实施例的方形卷针在第五次极片转换卷绕半径下的示意图；

图10是本发明一种实施例的卷针伺服电机在没有采用水平电子凸轮组件时的速度(角度)位置曲线；

图11是本发明一种实施例的极片卷绕设备的局部结构示意图；

图12是本发明一种实施例的极片卷绕设备的局部结构示意图；

图13是本发明一种实施例的极片卷绕设备的局部结构示意图；

图14是本发明一种实施例的极片卷绕设备的局部结构示意图；

图15是本发明一种实施例的极片卷绕设备的局部结构示意图；

图16是本发明一种实施例的极片卷绕设备的局部结构示意图；

图17是本发明一种实施例的极片卷绕设备的局部结构示意图；

图18是本发明一种实施例的极片卷绕设备正视结构示意图；

图19是图18的极片卷绕设备局部放大结构示意图。

【具体实施方式】

以下对发明的较佳实施例作进一步详细说明。

如图1和2所示，一种实施例的极片卷绕设备，包括极片放卷组件51或52和极片卷绕组件55、水平电子凸轮组件4，所述水平电子凸轮组件4包括伺服电机41、联轴器42、丝杆螺母43、丝杆44、连接块45、导向杆46、导向杆固定座48和水平极片辊49，所述伺服电机41的输出端通过所述联轴器42与所述丝杆44连接，所述丝杆螺母43与套在所述丝杆44上，所述连接块45与所述丝杆螺母43固定，所述连接块45与所述导向杆46的一端固定，所述导向杆46穿过所述导向杆固定座48，导向杆46可沿导向杆固定座48滑动，所述水平极片辊49与所述导向杆46的另一端转动固定，所述伺服电机41驱动丝杠44转动，丝杆44带动丝杆螺母43沿丝杆44水平运动，而丝杆螺母43通过连接块45带动导向杆46水平运动，从而带动所述水平极片辊49沿水平方向运动。

所述极片放卷组件包括第一极片放卷组件51和第一极片放卷组件52，所述极片卷绕组件55位于所述第一极片放卷组件51和第一极片放卷组件52之间，例如第一极片放卷组件51和第一极片放卷组件52分别用于放卷正极片和负极片。极片卷绕设备还包括用于汇聚第一极片放卷组件51放卷的第一极片和第二极片放卷组件放卷5的第二极片的极片入料组件54，如图1所示，极片入料组件54还可以进一步汇聚第一极片和第二极片之间的隔膜，如图18和19所示，这样，极片卷绕组件55将把第一极片、第二极片以及第一极片和第二极片之间的隔膜一起卷绕。所述极片入料组件54设置在所述第一极片放卷组件51和第一极片放卷组件52之间，所述极片入料组件包括第一入料极片辊和第二入料极片辊，所述水平极片辊49设置在所述极片入料组件54下方。

当极片放卷组件4或5放卷极片后，极片卷绕组件55对极片进行卷绕过程中极片一端缠绕在卷针上执行收卷动作，另一端由极片放卷组件控制料带跟随卷绕组件放料。当方形卷针以恒角速度旋转收卷时，料带通过一个第一入料极片辊和第二入料极片辊的支撑点不断地缠绕在方形卷针上。由于极片卷绕组件55的卷针56是方形卷针，因此在方形卷针56卷绕极片的过程中，极片的卷绕半径不断的变化，导致极片的线速度不断的变化，从而导致极片张力的不断变化。方形卷针56从如图4所示的竖直位置向图5所示的方向转动时，极片的线速度逐渐增大直至到达最大线速度，之后继续向水平方向运动过程中，极片的速度逐渐减小直至水平位置时达到最小线速度，然后继续向图6所示的方向运动过程中，极片的线速度又开始逐渐增大，其线速度与时间的关系曲线类似图10所示，周而复始。极片的线速度的大范围波动，导致极片的张力出现波动，容易拉扯已经卷绕的电芯极片，使其出现错位、掉粉等情况，严重影响电芯的寿命。

在本实施例的设备中，所述水平极片辊49用于对位于所述极片放卷组件与所述极片卷绕组件之间的极片的表面施加水平的补偿速度，当极片的线速度较小时，水平极片辊49向右运动，推动极片右运动，实质上对极片形成一个向下拉扯的速度，从而对极片的速度进行补偿，而当极片的线速度较大时，水平极片辊49退回，因此极片的速度运行更加稳定，极片的张力不会产生大范围波动，极片卷绕的电机可以在更高的转速下工作。

在一个实施例中，所述水平电子凸轮组件4还包括滑轨47，所述连接块45与所述滑轨47滑动连接，这样水平极片棍49可以更平稳地水平运动，对极片的水平补偿更加精确。

在一个实施例中，所述水平电子凸轮组件4还包括辊固定件，所述辊固定件包括辊固定件主体、第一辊固定件侧面412和第二辊固定件侧面413，第一棍固定件侧面412与第二棍固定件侧面413分别设置于棍固定件主体的两侧，所述导向杆46的另一端与所述辊固定件主体固定，所述水平极片辊49的第一端和第二端分别与所述第一辊固定件侧面412和第二辊固定件侧面413转动连接。

在一个实施例中，所述导向杆46包括第一导向杆、第二导向杆和辊固定件，所述第一导向杆的第一端与所述连接块45的第一侧固定，所述第二导向杆的第一端与所述连接块45的第二侧固定，所述第一导向杆的第二端和第二导向杆的第二端均与所述辊固定件主体固定。

如图11所示，一种实施例的极片卷绕设备，还可以包括切断贴胶装置1、第一极片切断组件72、第二极片切断组件721、隔膜放卷组件、隔膜切断组件710、电芯贴胶组件711、下料组件712和输送组件713，其中，第一极片放卷组件51包括第一极片料卷511、第一极片纠偏组件77、第一极片缓存纠偏组件57、第一极片牵引组件76、第一极片张力调节组件75、第一极片行进纠偏组件58和第一极片入片夹74，第二极片放卷组件52包括第二极片料卷21、第二极片纠偏组件774、第二极片缓存纠偏组件571、第二极片牵引组件761、第二极片张力调节组件751、第二极片行进纠偏组件581和第二极片入片夹741。

隔膜放卷组件包括第一隔膜放卷组件和第二隔膜放卷组件，第一隔膜放卷组件包括第一隔膜料卷78、第一隔膜纠偏组件781和第一隔膜张力组件79，第二隔膜放卷组件包括第二隔膜料卷73、第二隔膜纠偏组件731和第二隔膜张力组件732。

如图11至16所示，切断贴胶装置1包括放胶组件、第一夹胶组件、第一夹胶驱动组件、第二夹胶组件、切刀17、贴胶块25、所述第一夹胶组件包括夹胶块；第一夹胶驱动组件用于驱动所述第一夹胶组件靠近或远离所述贴胶块25。

在初始时刻，贴胶块所处的高度低于贴胶块25，当胶带从放胶组件送至第一夹胶组件时，夹胶块将胶带夹紧，然后第一夹胶驱动组件带动所述贴胶块的所述夹胶块夹紧的胶带至所述贴胶块25下方，接着，所述第二夹胶组件将位于所述贴胶块25下方的胶带压紧于所述贴胶块25的下表面，然后所述夹胶块松开胶带，所述第一夹胶驱动组件驱动所述第一夹胶组件往初始位置运动，并驱动所述第一夹胶组件带动所述夹胶块上升，并使所述胶带与贴胶块的下表面平齐，然后所述夹胶块再次夹紧所述胶带，接着切刀17将位于所述贴胶块25与夹胶块之间位置的胶带切断，然后夹胶块再次松开胶带，第二夹胶组件也松开胶带，最后所述贴胶块25将切断后的胶带吸附并贴到极片上。

压胶块压紧胶带将胶带送到贴胶块25下方时，由于压胶块有一定的厚度，为了保证压胶块不会碰到贴胶块25，压胶块需要低于贴胶块25，但是此时胶带与贴胶块25并不平齐，无法被贴胶块25有效吸住，因此当压胶块退回初始位置时，需要再上升一个高度，使胶带与贴胶块25的下表面平齐，从而当切刀切断胶带时，贴胶块25可以有效将胶带吸附。

在一个较优的实施例中，所述第一夹胶组件包括第一夹胶移动板110、第一驱动单元12和第一转动件，所述夹胶块包括固定夹胶块14和活动夹胶块16，所述第一驱动单元12和固定夹胶块14固定在所述第一夹胶移动板110上，所述第一转动件的中间部位13通过轴承固定在所述第一夹胶移动板110上，所述第一转动件的第一旋转端19与所述第一驱动单元12的驱动端连接，所述第一转动件的第二旋转端15与所述活动夹胶块16固定，所述第一驱动单元12用于驱动所述第一转动件转动，进而带动所述活动夹胶块16贴近或远离所述固定夹胶块14，在一个实施例中，当第一驱动单元12的驱动端向下移动时，活动夹胶块16向上移动而贴近固定夹胶块14，当第一驱动单元12的驱动端向上移动时，活动夹胶块16向下移动而远离固定夹胶块14，而当所述固定夹胶块14和所述活动夹胶块16贴近时，可以将穿过两者间的胶带夹紧。

所述第一夹胶组件还可以包括活动辊15，所述活动辊15固定在所述第二旋转端15上，这样，当固定夹胶块14和活动夹胶块16夹紧胶带时，同时胶带还有活动辊15支撑，保证良好的夹紧效果，如果活动辊15固定在固定夹胶块14下方，第二旋转端15转动时容易碰上该固定活动辊15。

切断贴胶装置还可以包括切刀驱动单元112，所述第一夹胶组件还包括夹胶板113，所述第一夹胶驱动组件包括第二驱动单元11，所述第二驱动单元11和切刀驱动单元112固定在所述夹胶板113上，所述第二驱动单元11的驱动端固定所述第一夹胶移动板110，所述第二驱动单元11用于驱动所述第一夹胶移动板110上下移动，所述夹胶板113上设有导向孔，所述第一夹胶移动板110的导向杆穿过所述导向孔，所述切刀驱动单元112用于驱动所述切刀上下运动，以切断位于固定压胶块14与第二夹胶组件之间的胶带。

切断贴胶装置还可以包括第二夹胶驱动组件，所述第二夹胶驱动组件用于驱动所述第二夹胶组件左右运动以夹紧不同长度的胶带，当压胶块将胶带的一端输送至离压胶块较远的贴胶块25的下方时，第二夹胶驱动组件则驱动第二夹胶组件运动到该较远的位置，将胶带夹紧，反之，则第二夹胶组件被驱动至较近的贴胶块25的位置而夹紧胶带，从而切刀可以切断不同长度的胶带，以贴到对应的极片上。

在一个实施例中，所述第二夹胶组件还可以包括第二夹胶移动板(图中未示出)、第二夹胶驱动单元23、第二转动件和夹胶辊22，所述第二夹胶驱动单元23固定在所述第二夹胶移动板上，所述第二转动件的中间部位21通过轴承固定在所述第二夹胶移动板上，所述第二转动件的第一旋转端24与所述第二夹胶驱动单元23的驱动端连接，所述第二转动件的第二旋转端与所述夹胶辊22固定，所述第二夹胶驱动单元23用于驱动所述第二转动件转动而带动所述夹胶辊22贴近或远离所述贴胶块25。在一个实施例中，当第二夹胶驱动单元23的驱动端向下运动时，夹胶辊22将上方的胶带压紧与贴胶块25上，反之当第二夹胶驱动单元23的驱动端向上运动时，夹胶辊22远离贴胶块25，脱离胶带。

如图14-17所示，切断贴胶装置1，还包括极片裁断输送机构，所述极片裁断输送机构包括第二极片牵引组件761、极片切刀、第一组夹片、第二组夹片、极片压辊、压辊架、极片切刀驱动组件，所述极片压辊包括上极片压辊61和下极片压辊62，所述压辊架包括上压辊架614和下压辊架615，如图4所示，所述第一组夹片与第二组夹片之间存在间隔，所述第一组夹片包括第一上夹片64和第一下夹片63，所述第二组夹片包括第二上夹片616和第二下夹片617，所述上压辊61和下压辊62分别与所述上压辊架614和下压辊架615转动连接，所述第一上夹片64和第一下夹片63分别与所述上压辊架614和下压辊架615固定，所述第二上夹片616靠近所述第一组夹片一端向上倾斜，所述第二下夹片617靠近所述第一组夹片一端向下倾斜，所述极片切刀位于所述间隔的位置，所述极片压辊、第一组夹片、第二组夹片和第二极片牵引组件761依次设置在极片前进方向，所述第一组夹片和第二组夹片用于支撑所述极片，所述第二极片牵引组件761和极片压辊用于牵引所述极片向前运动，当所述第一组夹片和所述第二组夹片夹紧极片后，所述极片切刀在所述间隔的位置将极片切断为前段极片和后段极片，第一组夹片继续保持夹紧后段极片，而所述第二组夹片松开所述极片，然后第一牵引组件761将前段极片向前牵引一段距离(例如3mm)，接着所述第一组夹片再次夹紧前段极片，所述极片切刀向所述第一组夹片方向(极片压辊方向)移动避开位于所述间隔处的贴胶位，所述上贴胶块和下贴胶块分别将胶带贴至所述极片的两侧表面而将所述前段极片和后段极片粘接，之后第二极片牵引组件761继续牵引极片向前运动。

在一个实施例中，所述第一上夹片64靠近所述第二组夹片一端向下倾斜，所述第一下夹片63靠近所述第二组夹片一端向上倾斜，这样，在极片从第一组夹片经过间隔输送到第二组夹片过程中，极片以及极片上的极耳不容易向上翘，从而碰到第二组夹片而碰歪极耳，又由于第二上夹片616向上倾斜和第二下夹片617向下倾斜，上述情况发生的几率更小。

所述切刀包括上下相对设置的上切刀67和下切刀68，上切刀76固定在刀架612上，下切刀68由驱动气缸611驱动沿着刀架612上下运动，导柱610与下切刀68固定，导套69固定在刀架612上，下切刀68上下运动时，导柱610沿着导套69上下运动。

整机工作时，第二极片从第二极片料卷521开始放卷，经过第二极片纠偏组件774的纠偏后，进入切断贴胶装置1，在切断贴胶装置1中，设定长度间隔的极片被切断分成前段极片和后段极片，然后被错开位置，接着极片的两侧被贴上胶带，从而前段极片和后段极片粘接在一起，然后由第二极片牵引组件761继续牵引至第二极片缓存纠偏组件571，在这里极片被缓存和纠偏，然后到达第二极片张力调节组件751，进行张力的调节，以使第二极片保持一定范围的张力，确保卷绕顺利进行，然后再经过第二极片行进纠偏组件581，对第二极片在行进过程中的走偏进行纠正，然后第二极片被送入第二极片入片夹741。

同样，第一极片从第一极片料卷51开始放卷，在第一极片牵引组件76的牵引下，经过第一极片纠偏组件77的纠偏后，至第一极片缓存纠偏组件57，在这里第一极片被缓存和纠偏，然后到达第一极片张力调节组件75，进行张力的调节，以使第一极片保持一定范围的张力，确保卷绕顺利进行，然后再经过第一极片行进纠偏组件58，对第一极片在行进过程中的走偏进行纠正，然后第一极片被送入第一极片入片夹74。

同样，第一隔膜从第一隔膜卷料78经过第一隔膜纠偏组件781和第一隔膜张力组件79后，被输送到第一极片入片夹74的出口，在这里第一隔膜与第一极片紧贴在一起，第二隔膜从第二隔膜卷料73经过第二隔膜纠偏组件731和第二隔膜张力组件732后，被输送到第二极片入片夹741的出口，在这里第二隔膜与第二极片紧贴在一起，然后经过极片入料组件54的汇聚后，被方形卷针卷绕成电芯。

当一个电芯卷绕到接近收尾完成时，第二极片切断组件721从第二极片的前段极片和后段极片之间的胶带位置进行裁切，而第一极片切断组件72将第一极片切断，方形卷针继续卷绕，直至第二极片的前段极片和被切断的极片随着第一隔膜和第二隔膜被完全卷绕至电芯上，接着，位于极片入料组件54下方的隔膜切断组件710将两条隔膜切断，卷绕电芯的阶段工作完成。

然后，卷绕的电芯被旋转工位转盘送入电芯贴胶组件711，完成电芯的贴胶，贴胶完成后，再被旋转工位转盘送入下料组件712，并从输送组件713输出。

一种实施例的利用一种极片前述的极片卷绕设备的极片卷绕方法，包括如下步骤：

建立水平电子凸轮曲线，所述水平电子凸轮组件的伺服电机41根据所述水平电子凸轮曲线对所述水平极片辊49的水平移动距离进行控制；

其中，在所述水平电子凸轮曲线中：

$\mathrm{\Δl}=\sqrt{{(L_{\mathrm{act}}+\mathrm{\ΔL})}^2-F^2}-\sqrt{{L_{\mathrm{act}}}^2-F^2};$

其中，L_act表示所述水平电子凸轮曲线的第i个曲线点对应时刻的实时极片放卷长度，ΔL表示从第i个曲线点对应时刻到第i+1个曲线点对应时刻的极片放卷的步长，F表示水平极片辊至极片入料组件的垂直距离，Δl表示从第i个曲线点对应时刻至第i+1个曲线点对应时刻所述水平极片辊49沿水平方向运动的距离，由于曲线点之间的时间间隔也是已知的，因此Δl同样反应了水平极片辊49的水平运动速度，同样ΔL也反应了极片放卷的速度。在建立该水平电子凸轮曲线的过程中，将存储上述关系。

因此，根据该水平电子凸轮曲线，伺服电机41可以较好地控制水平极片辊49补偿极片放卷的速度，从而使极片的速度保持在一定的波动范围内。

优选地，在所述伺服电机41对水平极片辊49进行速度补偿的过程中，由于卷绕电机根据当前时刻实际检测到的极片放卷长度和水平极片辊49水平移动距离，对所述水平极片辊的位置进行补偿。具体补偿可以为：例如，在实际卷绕过程中，当检测到水平极片辊49当前的水平移动距离Δl'与对应的水平电子凸轮曲线的Δl不相同，则可以对水平极片辊49的水平移动距离进行补偿；同理，当检测到极片的当前放卷长度与对应的水平电子凸轮曲线中的L_act不相同，则可以对水平极片辊49的水平移动距离进行补偿，若比L_act大则增大水平极片辊49的水平移动距离，若比L_act小则减小水平极片辊49的水平移动距离。

为了进一步减小极片线速度的波动，可以利用卷针伺服电机按照卷针电子凸轮曲线对所述方形卷针56进行控制；其中，所述卷针电子凸轮曲线通过以下算法获得：

若L_act-L'_act＞ΔL，则判断是否大于0且小于V_max；

若0＜v＜V_max，则判断所述卷针电子凸轮曲线的第i个曲线点正常，并对所述卷针电子凸轮曲线的下一个、即第i+1个曲线点按照卷针电子凸轮的算法进行计算，直至完成整个卷针电子凸轮曲线的建立：

若i≤N，则 $\left\{\begin{array}{c}y\left(i\right)=y(i-1)*i+(D_{\mathrm{act}}-D_0)/(i+1)\\ x\left(i\right)=x(i-1)*i+(L_{\mathrm{act}}-L_0)/(i+1)\\ z\left(i\right)=1\end{array}\right.;$

若i＞N，则 $\left\{\begin{array}{c}y\left(i\right)=[y(i-1)*(N+1)-y(i-N-1)+(D_{\mathrm{act}}-D_0)]/(N+1)\\ x\left(i\right)=[x(i-1)*(N+1)-x(i-N-1)+(L_{\mathrm{act}}-L_0)]/(N+1)\\ z\left(i\right)=1\end{array}\right.;$

其中，y(i)和y(i-1)分别表示所述方形卷针在所述卷针电子凸轮曲线的第i个曲线时的角度和在第i-1个曲线点时的角度，括号内的整体表示曲线点的序号，D_act和D₀分别表示所述方形卷针在所述卷针电子凸轮曲线的第i个曲线对应时刻的实时卷绕角度和方形卷针初始角度，x(i)和x(i-1)分别表示极片在所述卷针电子凸轮曲线第i个曲线点的长度和第i-1个曲线点的长度，L₀为当所述方形卷针穿针后且所述方形卷针处于水平状态时极片的初始长度，N为滑动平均值滤波因子，D'_act表示所述卷针电子凸轮曲线的第i个曲线点对应的时刻的实时卷绕角度，L'_act表示表示所述卷针电子凸轮曲线的第i-1个曲线点对应时刻的实时极片放卷长度，V_max是极片限幅速度。

需要说明的是，水平电子凸轮曲线的曲线点和卷针电子凸轮曲线的曲线点是一一对应的，包括曲线点的个数相同。

建立了卷针电子凸轮曲线后，卷针伺服电机可以根据卷针电子凸轮曲线对卷针进行控制，进而对极片的线速度进行控制补偿。当所述卷针伺服电机的控制器的控制资源不足时(例如伺服电机的计算资源被其他单元占据太多，无法及时完成对卷针控制运算)，可以将所述卷针电子凸轮曲线的一些曲线点对应的z(i)置零；然后根据以下算法对卷针和极片进行控制：

若z(i)＝0时：y(i)＝k*x(i)+s；

当z(i)＝1时：y(i)＝a*x(i)³+b*x(i)²+cx(i)+d；

其中，k和s分别是对所述卷针电子凸轮曲线在第i-1个曲线点进行一阶求导得到的一次系数和零次系数，a、b、c和d分别是对所述卷针电子凸轮曲线在第i-1个曲线点进行三阶求导得到的三次系数、二次系数、一次系数和零次系数。这样，在控制器的资源不足时，可以使用运算量较小的一次方插补，在控制器的资源充足时，可以使用运算量较大的三次方插补。

如图3至图9可知，当方形卷针56的宽度(指EB的长度)越大时(而宽度越大，其EB长度比CB、AB、DE和EF的长度通常会大更多)，因此，方形卷针的卷绕半径的变化也就越大，从而导致极片线速度的波动也就越剧烈。通常来说，对卷针伺服电机的卷针电子凸轮曲线的采样点的间隔越密集(即ΔL越小)，得到的卷针电子凸轮曲线与实际的曲线也就越接近。但是，当方形卷针56的宽度较大时导致剧烈的极片线速度波动时，因为电机实际性能的限制(例如，目前很少电机在3ms内从100rpm直接升速到12000rpm)，即使进一步增大ΔL，电机的加速度也无法跟上剧烈波动的极片线速度，无法获得接近实际的运行曲线。

因此，当所述方形卷针56宽度较小时，可以采用较大的所述ΔL，这样可以获得更加接近接近实际运行曲线的卷针电子凸轮曲线；而当电机所述方形卷针56的宽度较大时，则可以采用较小的ΔL，然后再根据卷针电子凸轮曲线利用上述算法的补插，让伺服电机根据自己的性能作出最大可能的运行。例如，当方形卷针宽度小于60mm是，ΔL＝0.4mm，当方形卷针宽度大于等于60mm时，ΔL＝0.75mm。

而由于不同规格的电芯所需要的方形卷针56的宽度不同，如果每换一次方形卷针56，即要输入对应的数据会比较麻烦，因此，方形卷针56的宽度可以通过自学习的方式进行更新，可以通过如下算法计算所述方形卷针宽度：

$H=2\sqrt{{(L_{\mathrm{act}1}-L_0)}^2+2A(L_{\mathrm{act}1}-L_0)};$

其中，H为所述方形卷针56的宽度，L₀为当所述方形卷针56穿针后且所述方形卷针56处于水平状态时极片的初始长度(如图3所示的状态，但是极片已经穿上方形卷针56)，L_act1为当所述方形卷针从所述水平状态转动180°后的时刻极片放卷长度，例如逆时针转动。

最好先计算建立所述水平电子凸轮曲线，然后再计算所述卷针电子凸轮曲线，这样由于水平极片辊49已经耦合作用到极片上了，因此得到的卷针电子凸轮曲线更加接近实际曲线(与先建立卷针电子凸轮曲线后建立水平电子凸轮曲线相比)。

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由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (7)

1.一种极片卷绕方法，其特征是：利用卷针伺服电机按照卷针电子凸轮曲线对所述方形卷针进行控制；其中，所述卷针电子凸轮曲线通过以下算法获得：

若i≤N，则 $\left\{\begin{array}{c}y\left(i\right)=y(i-1)*i+(D_{\mathrm{act}}-D_0)/(i+1)\\ x\left(i\right)=x(i-1)*i+(L_{\mathrm{act}}-L_0)/(i+1)\\ z\left(i\right)=1\end{array}\right.;$

若i＞N，则 $\left\{\begin{array}{c}y\left(i\right)=[y(i-1)*(N+1)-y(i-N-1)+(D_{\mathrm{act}}-D_0)]/(N+1)\\ x\left(i\right)=[x(i-1)*(N+1)-x(i-N-1)+(L_{\mathrm{act}}-L_0)]/(N+1)\\ z\left(i\right)=1\end{array}\right.;$

其中，y(i)和y(i-1)分别表示所述方形卷针在所述卷针电子凸轮曲线的第i个曲线时的角度和在第i-1个曲线点时的角度，D_act和D₀分别表示所述方形卷针在所述卷针电子凸轮曲线的第i个曲线对应时刻的实时卷绕角度和方形卷针初始角度，x(i)和x(i-1)分别表示极片在所述卷针电子凸轮曲线第i个曲线点的长度和第i-1个曲线点的长度，L₀为当所述方形卷针穿针后且所述方形卷针处于水平状态时极片的初始长度，N为滑动平均值滤波因子。

2.如权利要求1所述的极片卷绕方法，其特征是，若L_act-L'_act＞ΔL，则判断是否大于0且小于V_max；若0＜v＜V_max，则判断所述卷针电子凸轮曲线的第i个曲线点正常，并对所述卷针电子凸轮曲线的第i+1个曲线点按照所述卷针电子凸轮的算法进行计算，其中，D'_act表示所述卷针电子凸轮曲线的第i个曲线点对应的时刻的实时卷绕角度，L'_act表示表示所述卷针电子凸轮曲线的第i-1个曲线点对应时刻的实时极片放卷长度，V_max是极片限幅速度。

3.如权利要求1所述的极片卷绕方法，其特征是，当所述卷针伺服电机的控制器的控制资源不足时，将所述卷针电子凸轮曲线的一些曲线点对应的z(i)置零；所述卷针伺服电机根据所述卷针电子凸轮曲线以及以下算法对卷针进行控制：

若z(i)＝0时：y(i)＝k*x(i)+s；

当z(i)＝1时：y(i)＝a*x(i)³+b*x(i)²+cx(i)+d；

其中，k和s分别是对所述卷针电子凸轮曲线在第i-1个曲线点进行一阶求导得到的一次系数和零次系数，a、b、c和d分别是对所述卷针电子凸轮曲线在第i-1个曲线点进行三阶求导得到的三次系数、二次系数、一次系数和零次系数。

4.如权利要求1所述的极片卷绕方法，其特征是，还包括如下步骤：

建立水平电子凸轮曲线，所述伺服电机根据所述水平电子凸轮曲线对所述水平极片辊的水平移动距离进行控制；

其中，在所述水平电子凸轮曲线中：

$\mathrm{\Δl}=\sqrt{{(L_{\mathrm{act}}+\mathrm{\ΔL})}^2-F^2}-\sqrt{{L_{\mathrm{act}}}^2-F^2};$

其中，L_act表示所述水平电子凸轮曲线的第i个曲线点对应时刻的实时极片放卷长度，ΔL表示从第i个曲线点对应时刻到第i+1个曲线点对应时刻的极片放卷的步长，F表示水平极片辊至极片入料组件的垂直距离，Δl表示从第i个曲线点对应时刻至第i+1个曲线点对应时刻所述水平极片辊沿水平方向运动的距离；

所述伺服电机根据当前时刻实际检测到的极片放卷长度和水平极片辊水平移动距离，对所述水平极片辊的位置进行补偿。

5.如权利要求4所述的极片卷绕方法，其特征是，若所述方形卷针宽度较大则采用较小的ΔL，若所述方形卷针宽度较小则采用较大的所述ΔL。

6.如权利要求5所述的极片卷绕方法，其特征是，通过如下算法计算所述方形卷针宽度： $H=2\sqrt{{(L_{\mathrm{act}1}-L_0)}^2+2A(L_{\mathrm{act}1}-L_0)};$

其中，H为所述方形卷针宽度，L₀为当所述方形卷针穿针后且所述方形卷针处于水平状态时极片的初始长度，L_act1为当所述方形卷针从所述水平状态转动180°后的时刻极片放卷长度。

7.如权利要求4所述的极片卷绕方法，其特征是，先计算所述水平电子凸轮曲线，然后计算所述卷针电子凸轮曲线。