CN108172908A - 用于二次电池制造装置的线轴控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于二次电池制造装置的线轴控制系统，包含：线轴，用于旋转卷绕有材料的卷筒以便退绕二次电池的材料并供给到卷绕部；线轴电动机，用于调节线轴的旋转速度；线速传感器，用于测量退绕材料的退绕线速；以及控制部，用于控制线轴电动机的旋转速度，以便应对随着材料的退绕而减小的卷筒的半径来调节退绕线速。该系统首先可以预先反映随着材料的使用而产生的直径的变化并改变线轴的旋转速度以维持恒定的退绕速度，之后可以应对可能瞬间变化的张力的变化，再次改变旋转速度以维持恒定的张力并退绕材料，因此可以大大地提高二次电池的品质。另外，即使在高速生产时，也可以将材料的张力变化量最小化，从而具有大大提高生产性的效果。

Description

用于二次电池制造装置的线轴控制系统

技术领域

本发明涉及一种用于二次电池制造装置的线轴控制系统，更具体地说，涉及用于当卷绕有作为二次电池的电极组件的材料的卷筒退绕时，恒定地维持材料的张力的线轴张力控制系统。

背景技术

一般来讲，二次电池是通过将化学能转化为电能的放电和逆向的充电过程可反复使用的电池，其种类包括镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池及锂聚合物电池等。

二次电池由阳极、阴极、电解质、隔板构成，并利用互不相同的阳极及阴极材料的电势差蓄电并放电。在此，放电是指将电子从电势高的阴极移动到电势低的阳极(产生与两极的电势差对应的电量)，充电是指重新把电子从阳极移动到阴极，此时，阳极物质接收电子和锂离子并还原到原来的金属氧化物。即，二次电池在充电时，随着金属原子通过隔板从阳极移动到阴极而形成充电电流的流动，放电时则相反，随着金属原子从阴极移动到阳极而形成放电电流的流动。

另一方面，在制造这样的二次电池时，卷绕制造的方法用于大量的生产当中，此时由于作用于各个材料的张力对电池的品质产生很大的影响，所以出现了调节张力的必要性。这样的张力控制装置已经在韩国专利授权公告第1265196号出现。但是，这样的张力控制装置因由一个条状物同时执行活套控制和张力控制，所以存在响应性低，且由于没有考虑随着材料的退绕而产生的直径变化而不能形成精确的控制，继而不符合高速生产的问题。

现有技术文献

韩国专利授权公告第1265196号

发明内容

技术问题

本发明的目的在于，提供一种用于二次电池制造装置的线轴控制系统，以解决以往的用于二次电池制造装置的张力调节系统的响应性低及由于没有反映随着退绕而产生的直径变化而不能形成精确的控制的问题。

技术方案

为解决上述技术问题，可以提供一种用于二次电池制造装置的线轴控制系统，该系统包含：线轴，用于旋转卷绕有材料的卷筒以便退绕二次电池的材料并供给到卷绕部；线轴电动机，构成为可以调节线轴的旋转速度；线速传感器，构成为用于测量退绕材料的退绕线速；以及控制部，用于控制线轴电动机的旋转速度，以便应对随着材料的退绕而减小的卷筒的半径来调节退绕线速。

在此，控制部构成为输入有目标退绕线速，根据卷筒的初始直径计算线轴电动机的初始旋转速度并驱动线轴电动机。

在此，线速传感器由用于测量材料从线轴退绕之后移动的退绕线速的编码器构成，控制部构成为控制线轴电动机的旋转速度以使退绕线速达到目标退绕线速。

另外，还包含构成为测量线轴的旋转角的角度传感器，卷筒的直径以

计算。

并且，根据卷筒的直径的变化的线轴的旋转角速度以

计算。

另一方面，可以构成为同时感应由张力测量传感器感应到的作用于从线轴退绕的材料上的张力值和卷筒的减小的半径值以控制旋转速度。

并且，可以构成为激光或超声波传感器，用以测量卷筒的直径。

进一步地，还包含浮动辊，其构成为从卷筒退绕的材料搁置并经过其上且使张力调节到预定范围内，控制部可以以随着卷筒的半径的减小，增加线轴电动机的旋转速度，应对随着作用于材料上的张力而变化的浮动辊的角度，改变线轴电动机的旋转速度的方式进行控制。

有益效果

根据本发明的用于二次电池制造装置的线轴控制系统可以反映随着材料的退绕而减小的卷筒的半径以控制线轴的旋转速度，使得精确的控制成为可能，并且因为可以在测量由张力的变化带来的浮动辊的旋转角变化之前，预先计算出直径以控制旋转速度，所以使得在高速当中也可以实施精确的张力控制，具有提高二次电池的生产性及品质的效果。

附图说明

图1是表示以往的二次电池卷绕时的张力控制的示意图。

图2是表示本发明的线轴控制系统的线轴及浮动辊的图。

图3是表示本发明的线轴模组的透视图。

图4是表示本发明的控制旋转速度的框图。

图5是表示用于调节材料的张力的浮动辊型张力控制装置的透视图。

图6是表示以往的和本发明的目标退绕速度和线轴旋转速度的曲线图。

附图标记

10：线轴模组

100：线轴

200：线轴电动机

300：控制部

400：编码器

410：浮动辊

Vline：目标退绕线速(mm/sec)

ωspl：线轴的基本角速度(deg/sec)

Dspl：线轴直径

L’：计算之前的线轴半径时的编码器或驱动辊筒的移动长度

L”：当前编码器或驱动辊筒的移动长度

A’：计算之前的线轴半径时的线轴的角度(deg)

A”：当前线轴的角度(deg)

具体实施方式

以下，将参照附图对本发明的实施例的用于二次电池制造装置的线轴控制系统进行详细的说明。在以下的实施例的说明当中的各个构成要素的名称，在本领域可能会使用其他的名称。但是，如果在功能上具有类似性及相同性，那么即使它们被应用在变形的实施例当中，也应当被看作是等同的构成。另外，为了便于说明，在各个构成要素上标记了符号。但是被记载着这些符号的附图上的图示内容不将各个构成要素限定于附图内的范围。同样，即使附图上的构成被一些变形的实施例采用，但如果在功能上具有类似性及同一性，那么应当被看作是等同的构成。另外，对于按照本领域一般技术人员的水平可以理解为理所当然应当被包含的构成要素，以下将省略对此的说明。

图1是表示以往的二次电池卷绕时的张力控制的示意图。

如图所示，在制造二次电池时，阳极板和阴极板及两个隔板按顺序层叠并形成卷绕。此时，随着旋转芯轴部，会卷绕多个材料，此时，根据卷绕部的旋转，材料的线速度可能会发生变化。当芯轴的形状为非圆形的椭圆形或多角形时，这样的偏差会变得更大。

另一方面，各个材料通过不同的路径从线轴100传送到卷绕部，并且线速被控制以便最终可以维持适当的张力并卷绕。材料的张力在连续供给的工序中，可能由于各部分之间的相对线速差而形成，因此，为了维持适当的张力，可以在路径上配置驱动辊筒等以增加线速，或配置张力杆以便直接调节张力。

图2是表示本发明的线轴控制系统的线轴100及浮动辊的图。

二次电池制造装置的线轴模组可以构成为包含线轴100、线轴电动机200、控制部300。线轴100可以构成为阳极板、阴极板及隔板可以各自以卷筒的形状搁置。为了可以连续并有效率地制造二次电池，材料以卷筒的形状供给并用于制造。

当二次电池的生产开始时，会根据卷绕在卷绕部的量，按比例地从线轴100退绕各个材料。此时，如果只有由卷绕部拉拽的拉力起作用的话，随着材料的路径变长，可能存在由于过度的张力的作用下，在线轴100退绕之前，造成材料破损的顾虑。因此，线轴100需要以可以使材料以适当的张力退绕的方式旋转。另一方面，此时的材料可以包含构成二次电池组件的阳极板、阴极板及隔板。

图3是表示本发明的线轴模组的透视图。如图所示，线轴模组构成为包含线轴100、线轴电动机200、线速传感器、角度传感器、多个被动辊筒及控制部300。

线轴100构成为可以搁置以卷筒形状卷绕而成的材料，并且在框架的面沿垂直的方向突出。此时，在中心部分配置有卡盘，以便搁置并旋转卷筒时，使其固定。另一方面，可以配置有传感器，以便在搁置了卷筒的情况下，测量随着材料的退绕而变化的外径。

线轴电动机200构成为与线轴100连接，以便向线轴100传递适当的旋转力。线轴电动机200构成为根据后面提及的控制部300的输入以适当的速度旋转线轴100。

线速传感器构成为可以测量从线轴100退绕的材料移动时的线速。为了可以连续生产，材料卷筒会卷绕有大量的材料，并且随着二次电池的生产，其外径会减小很多。从而，随着外径的变化的加大，线轴100的旋转速度和退绕的材料的线速会产生差异，此时，线速传感器构成为可以准确地测量材料的速度。另一方面，可以从中导出在特定时间间隔内材料移动的距离。

角度传感器可以构成为可以测量由线轴100的旋转而形成的角速度或者旋转角度，比如，由绝对编码器400构成以构成为可以测量绝对角。另一方面，这样的角度传感器只是一个例子，也可以使用可以在特定时间内测量相对角度的多种多样的构成。

被动辊筒以使从线轴100退绕的材料可以沿着预先设定的路径移动的方式支撑材料。被动辊筒不需要额外的驱动部，而是可以随着材料的移动一起旋转，以便可以将移动时对材料的损伤最小化。

控制部300对由线速传感器及角度传感器所测量的值进行响应，并控制线轴电动机200的驱动力，以便在材料移动时，材料可以以作为参考的目标退绕速度移动。另一方面，虽然没有图示控制部300，但可以以将执行这样的功能作为二次电池制造装置整体控制部300的一部分的总控制部300的形式构成，也可以以只控制线轴模组10的附属控制部300来执行本功能的形式构成。

以下将对本发明的用于二次电池制造装置的线轴控制系统的控制部300的功能进行详细说明。

图4是表示本发明的控制旋转速度的框图。

如图所示，控制部300输入有目标退绕线速，并计算与由线速传感器及角度传感器测量的当前材料的移动速度之差，进而计算需要改变的线轴100的旋转速度。

另一方面，角度传感器感应当前线轴100的旋转速度，计算旋转角速度的变化量并将其反映出来。

在此，如果将目标退绕线速设为Vline，线轴100的角速度设为ωspl，线轴100的直径设为Dspl，则为了以目标退绕线速退绕材料，线轴100的角速度Vspl应该如下：

此时，卷筒的直径随着材料的退绕而渐渐减小，而其直径的值则可以由激光传感器或是由线速、线轴100的角度变化计算得出。另一反面，此时的直径可以是从线轴100的旋转中心到材料卷筒的最外廓面之间的距离。

用激光传感器测量变化的卷筒直径时，可以简单地测量出当前卷筒的半径，所以以下将对利用测量材料的线速及线轴100的角度来计算当前材料的半径的方法进行说明。

根据材料的退绕，线速传感器可以求出之前阶段和当前阶段的累积移动量之差。

材料的移动距离(L)＝(当前材料移动距离(L″)-(计算之前线轴半径时的材料移动距离(L′))

另外，之前阶段和当前阶段的旋转角度之差如下：

线轴的旋转角(A)＝(当前线轴旋转角(A″)-(计算之前线轴半径时线轴的旋转角(A′))

由此，根据卷筒的变化角和线速的关系，卷筒的当前直径可以用以下公式求出。

从而，为了满足目标线速，随着卷筒的直径的变化，线轴100的旋转速度如下：

这是在根据作用于材料的张力而控制旋转速度之前，首先根据随着材料的退绕而变化的直径，控制线轴100的旋转速度。

结果是，即使多种多样的种类及厚度的材料搁置在线轴100上，由于可以将计算出的随着材料移动量而减小的直径反映到控制当中，所以可以随着材料的使用渐渐地增加线轴100的旋转速度以维持同样的退绕线速。这也最终成为可以维持恒定的张力的速度控制。

图5是表示用于调节材料的张力的浮动辊型张力控制装置的透视图。此时，从线轴100退绕的材料会通过预定的路径，此时，配置的张力测量传感器会测量作用于材料的张力。

另一方面，会形成如下的补偿控制：测量张力时，若测量到比参考张力高的张力时，即刻增加线轴电动机200的旋转速度以使材料松弛下来、反之，当测量到比参考张力低的张力时，即刻减小线轴电动机200的旋转速度以使材料紧绷并增加张力。当这样的张力测量传感器构成为如图5所示的浮动辊型时，即一侧被固定并根据枢转移动来控制角度时，若浮动辊向线轴100侧倾斜的话，即为张力变小的情况，则降低旋转速度，浮动辊向远离线轴100的角度倾斜的话，即为张力增加的情况，则增加线轴100旋转速度。

在这种情况下，随着材料的使用，根据旋转速度的变化而带来的线速的变化也可能很巨大。即，由于在初期和末期根据同样的旋转量退绕的卷筒材料的长度会有巨大的变化，所以随着卷筒材料的使用，应该将线轴100的旋转角控制地越来越大。从而，计算出根据本发明的直径的变化并同时使用时，可以形成更加准确的张力控制。此时，根据测量的张力而执行的旋转速度控制可以通过一般的PID控制来执行。

即，首先通过测量直径的变化进行预先补偿，此时若需要张力的变化，则再通过改变旋转速度来进行控制，从而提高追踪目标退绕线速的性能。

图6是表示以往的和本发明的目标退绕速度和线轴旋转速度的曲线图。

图示显示了以往的浮动辊只感应角度变化并控制线轴100的速度时(a)和根据本发明的同时测量张力和卷筒的直径变化并控制线轴100的速度时(b)的材料的退绕速度和线轴100的旋转速度。

如图6(a)所示，当生产开始时，线轴100的旋转速度会增加以追踪作为材料的移动速度的目标退绕速度。此时，随着时间的推移，线轴100的旋转速度也会增加，由于只测量张力的变化并根据张力的增减控制旋转速度，所以其变动幅度非常大且退绕速度的变化的振动周期也很短。在此，由于材料被连续地供给，所以退绕速度的变化量会与张力的变化量的倾向相同或相似。从而，由于张力的变化大且频繁地出现，所以会对二次电池的生产品质带来不良影响。另外，由于材料连接到卷绕部，所以如果产生持续的张力变化，也会对除了线轴模组10以外的其他形成各种作业的模组产生影响，所以会在整体控制上造成不必要的资源浪费。

相反，如图6(b)所示，线轴100的旋转速度可以反映随着材料的使用而减小的直径(半径)并进行预先补偿且增加旋转速度。在这种情况下，可以恒定地维持线速。与此同时，当应对张力的变化而控制旋转速度时，因为已经存在预先反映的旋转速度的变化，所以张力变化周期也会变长，张力的变化幅度也会减小。

以上说明的用于二次电池制造装置的线轴控制系统，首先可以预先反映随着材料的使用而产生的直径的变化并改变线轴100的旋转速度以维持恒定的退绕速度，之后可以应对可能瞬间变化的张力的变化，再次改变旋转速度以维持恒定的张力并退绕材料，因此可以大大地提高二次电池的品质。另外，即使在高速生产时，也可以将材料的张力变化量最小化，从而具有大大提高生产性的效果。

Claims (8)

1.一种用于二次电池制造装置的线轴控制系统，其特征在于，

包含：

线轴，用于旋转卷绕有材料的卷筒以便退绕二次电池的材料并供给到卷绕部；

线轴电动机，构成为用于调节所述线轴的旋转速度；

线速传感器，构成为用于测量退绕所述材料的退绕线速；以及

控制部，用于控制所述线轴电动机的旋转速度，以便应对随着所述材料的退绕而减小的所述卷筒的半径来调节所述退绕线速。

2.根据权利要求1所述的用于二次电池制造装置的线轴控制系统，其特征在于，

所述控制部输入有目标退绕线速，根据所述卷筒的初始直径计算所述线轴电动机的初始旋转速度并驱动所述线轴电动机。

3.根据权利要求2所述的用于二次电池制造装置的线轴控制系统，其特征在于，

所述线速传感器由用于测量所述材料从线轴退绕之后移动的退绕线速的编码器构成，

所述控制部控制所述线轴电动机的旋转速度以使所述退绕线速达到所述目标退绕线速。

4.根据权利要求2所述的用于二次电池制造装置的线轴控制系统，其特征在于，

还包含构成为测量所述线轴的旋转角的角度传感器，

所述卷筒的直径以

计算。

5.根据权利要求4所述的用于二次电池制造装置的线轴控制系统，其特征在于，

根据所述卷筒的直径的变化的所述线轴的旋转角速度以

计算。

6.根据权利要求5所述的用于二次电池制造装置的线轴控制系统，其特征在于，

同时感应由张力测量传感器感应到的作用于从所述线轴退绕的材料上的张力值和所述卷筒的减小的半径值以控制所述旋转速度。

7.根据权利要求2所述的用于二次电池制造装置的线轴控制系统，其特征在于，

构成为激光或超声波传感器，用以测量所述卷筒的直径。

8.根据权利要求2所述的用于二次电池制造装置的线轴控制系统，其特征在于，

还包含浮动辊，其构成为从所述卷筒退绕的材料搁置并经过其上且使张力调节到预定范围内，

所述控制部以随着所述卷筒的半径的减小，增加所述线轴电动机的旋转速度，

应对随着作用于所述材料上的张力而变化的所述浮动辊的角度，改变所述线轴电动机的旋转速度的方式进行控制。