CN113782819B - 一种卷芯极耳边距确定方法及卷绕设备校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种卷芯极耳边距确定方法及卷绕设备校正方法，所述确定方法为通过获取电芯卷绕的头部区间距离参数、极片和隔膜卷入卷针的卷绕区间距离参数、卷绕装置的物理模型的距离参数、电芯成型后的预设厚度，以及通过预设数学模型，确定电芯成型后的极耳间距及负极耳边距的预测距离。所述校正方法将极耳间距及负极耳边距的预设标准距离与根据上述确定方法得到的预测距离进行比对后进行校正卷绕设备的校正方法。本发明卷芯极耳边距确定方法及卷绕设备校正方法不仅效率高，而且能有效控制产品卷绕质量，具有产品质量好及良率高等优点。

Description

一种卷芯极耳边距确定方法及卷绕设备校正方法

技术领域

本发明涉及锂离子卷绕电芯的内部质量检测及控制技术领域，具体为一种卷芯极耳边距确定方法及卷绕设备校正方法。

背景技术

卷制锂离子电池在目前已得到广泛的推广应用，针对电池质量的外观确定方法以及极片、隔膜宽度方向对齐的确定方法已为业内熟知，但对于卷芯内部材料长度方向的包覆目前还属于业内空缺，现有的外观检测或者人工确定方法均是在产品完成后的检测，无法达到实时监控并做有效控制。

发明内容

本发明提供一种通过获取电芯卷绕的头部区间距离参数、极片和隔膜卷入卷针的卷绕区间距离参数、卷绕装置的物理模型的距离参数、电芯成型后的预设厚度，以及通过预设数学模型，确定电芯成型后的极耳间距及负极耳边距的预测距离，其不仅效率高，而且能有效控制产品卷绕质量，具有产品质量好及良率高的卷芯极耳边距确定方法。

为了实现上述目的，通过以下技术方案实现。

一种卷芯极耳边距确定方法，

分别获取电芯卷绕的头部区间距离参数、极片和隔膜卷入卷针的卷绕区间距离参数、卷绕装置的物理模型的距离参数以及电芯成型后的预设厚度；

通过预设数学模型，确定电芯成型后的极耳间距及负极耳边距的预测距离。

进一步地，所述头部区间距离参数包括正极耳距离正极片头部的距离、负极耳距离负极片头部的距离，设定正极耳距离正极片头部的第一预设距离范围、负极耳距离负极片头部的第二预设距离范围。

进一步地，获取正极耳距离正极片头部的第一实际距离、负极耳距离负极片头中的第二实际距离，与所述第一预设距离范围、第二预设距离范围进行匹配：

若所述头部区间距离参数中的第一实际距离、第二实际距离在所述第一预设距离范围、第二预设距离范围内，则输出结果为合格，卷绕继续运行；

若所述头部区间距离参数中的第一实际距离、第二实际距离不在所述第一预设距离范围、第二预设距离范围内，则输出结果为不合格，控制系统报警，调整裁切位置。

进一步地，所述头部区间距离参数还包括卷绕前负极涂料头部或负极片头部距离隔膜头部的距离，以及卷绕前正极涂料头部或卷绕前正极片头部距离负极片头部的的距离。

进一步地，所述卷绕区间距离参数包括隔膜卷入卷针的距离、负极片卷入卷针的距离和正极片卷入卷针的距离。

进一步地，所述极耳间距为卷绕成型后的电芯上同侧正、负极耳之间的距离；所述负极耳边距为卷绕成型后电芯的任一侧到同侧的负极耳的距离。

进一步地，所述物理模型的距离参数包括正负极片合膜段的长度、合膜段端部距离负极片头部的长度、合膜段端部距离正极片头部的长度。

进一步地，获取极耳参数，所述极耳参数包括卷绕电芯的负极耳宽度和正极耳宽度。

进一步地，获取卷针参数，所述卷针参数包括卷针与隔膜首接触的内接触点距离卷针在卷绕后的外压点位之间的距离，和卷针夹紧或固定隔膜时，隔膜伸入卷针的定长。

本发明还提供一种利用上述卷芯极耳边距确定方法进行卷绕设备校正的卷绕设备方法，具体地，一种卷绕设备校正方法，包括预设极耳间距和负极耳边距的标准距离，利用上述的卷芯极耳边距确定方法获取的极耳间距和负极耳边距的预测距离与预设极耳间距和负极耳边距的标准距离进行比对，确定电芯状态并对所述卷绕设备的物理参数进行校正。

本发明卷芯极耳边距确定方法通过通过获取电芯卷绕的头部区间距离参数、极片和隔膜卷入卷针的卷绕区间距离参数、卷绕装置的物理模型的距离参数、电芯成型后的预设厚度，以及通过预设数学模型，确定获得电芯成型后的极耳间距及负极耳边距的预测距离，其不仅效率高，而且能有效控制产品卷绕质量，具有产品质量好及良率高，达到电芯卷绕实时监控的效果，有效避免了现有技术中在产品完成后进行外观检测或人工检测无法达到实时监控的问题，同时，本发明在极片卷绕过程中进行实时监控，可以有效控制电芯卷绕质量，避免现有技术中在产品完成后检测产生产品报废的问题，有效提升对产品质量进行控制，提升产品良率。

附图说明

图1为本发明卷芯极耳边距确定方法的流程方框示意图；

图2为本发明卷芯极耳边距确定方法的卷绕状态结构示意图；

图3为本发明卷芯极耳边距确定方法中隔膜与正负极耳的位置关系图；

图4为本发明卷芯极耳边距确定方法中实施例1中卷针卷绕电芯的状态示意图；

图5为本发明卷芯极耳边距确定方法中实施例1中卷针的第一种结构示意图；

图6为本发明卷芯极耳边距确定方法中实施例1卷绕方式下压扁后的电芯示意图；

图7为本发明卷芯极耳边距确定方法中实施例1中卷针的第二种结构示意图；

图8为本发明卷芯极耳边距确定方法中实施例1中卷针的第三种结构示意图；

图9为本发明卷芯极耳边距确定方法中实施例2卷针卷绕电芯的状态示意图；

图10为本发明卷芯极耳边距确定方法中实施例2卷绕方式下压扁后的电芯示意图；

图11为本发明卷芯极耳边距确定方法中实施例3卷针卷绕电芯的状态示意图；

图12为本发明卷芯极耳边距确定方法中实施例3卷绕方式下压扁后的电芯示意图。

附图标记说明：卷绕设备10、卷针11、正极片20、正极过辊21、正极测长机构22、正极片头部23、正极传感器24、正极耳25、隔膜30、隔膜测长机构31、负极片40、负极过辊41、负极测长机构42、负极片头部43、负极传感器44、负极耳45。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及附图对本发明卷芯极耳边距确定方法作进一步详细描述。

参照图1至图12，本发明一非限制实施例，一种卷芯极耳边距确定方法，

分别获取电芯卷绕的头部区间距离参数、极片和隔膜30卷入卷针11的卷绕区间距离参数、卷绕装置的物理模型的距离参数、电芯成型后的预设厚度；

通过预设数学模型，确定电芯成型后的极耳间距及负极耳45边距的预测距离，具体地，所述极耳间距为卷绕成型后的电芯上同侧正极耳25、负极耳45之间的距离；所述负极耳45边距为卷绕成型后电芯的任一侧到同侧的负极耳45的距离。本实施例中，以m表示极耳间距，以n表示负极耳45边距；以T表示电芯成型后的预设厚度。本实施例中，所述极耳间距m、负极耳45边距n通过建立的数学模型，以及获取的头部区间距离参数、极片和隔膜30卷入卷针11的卷绕区间距离参数、卷绕装置的物理模型的距离参数、电芯成型后的预设厚度相结合进行计算获取得到相应的预测距离。

参照图1至图12，本发明一非限制实施例，所述头部区间距离参数包括正极耳25距离正极片头部23的距离、负极耳45距离负极片头部43的距离，设定正极耳25距离正极片头部23的第一预设距离范围、负极耳45距离负极片头部43的第二预设距离范围。本实施例中，以L2表示正极耳25距离正极片头部23的距离，以L3表示负极耳45距离负极片头部43的距离，以L2’表示正极耳25距离正极片头部23的第一预设距离范围，以L3’表示负极耳45距离负极片头部43的第二预设距离范围。具体地，正极耳25距离正极片头部23的第一实际距离L2以及负极耳45距离负极片头部43的第二实际距离L3通过控制系统和测长机构实时获取，其中，极片头部即为极片切断位，切断位即是下一电芯卷绕的头部起始位，本实施例中，正极片头部23也即是正极片切断位，负极片头部43也即是负极片切断位。本实施例中，所述正极耳25距离正极片头部23的距离L2通过设置在正极片20外部的正极传感器24和设置在卷绕设备10上的正极测长机构22实时获取，其中，所述正极传感器24用于感应正极片20上正极耳25的位置，所述正极测长机构22用于获取正极片20上正极耳25距离正极片头部23的距离L2；同样的，所述负极耳45距离负极片头部43的距离L3通过设置在负极片40外部的负极传感器44和设置在卷绕设备10上的负极测长机构42实时获取，其中，所述负极传感器44用于感应负极片40上负极耳45的位置，所述负极测长机构42用于获取负极片40上负极耳45距离负极片头部43的距离L3。

参照图1至图12，本发明一非限制实施例，进一步地，通过正极测长机构22和负极测长机构42实时获取正极耳25距离正极片头部23的第一实际距离L2以及负极耳45距离负极片头部43的第二实际距离L3后，将获取的正极耳25距离正极片头部23的第一实际距离L2以及负极耳45距离负极片头部43的第二实际距离L3，与预设正极耳25距离正极片头部23的第一预设距离范围L2’、负极耳45距离负极片头部43的第二预设距离范围L3’分别进行匹配：

若所述头部区间距离参数中的第一实际距离L2、第二实际距离L3在所述第一预设距离范围L2’、第二预设距离L3’范围内，则输出结果为合格，卷绕继续运行；

若所述头部区间距离参数中的第一实际距离L2、第二实际距离L3不在所述第一预设距离范围L2’、第二预设距离L3’范围内，则输出结果为不合格，控制系统报警，调整裁切位置。

参照图1至图12，本发明一非限制实施例，所述头部区间距离参数还包括卷绕前负极涂料头部或负极片头部43距离隔膜30头部的距离，以及卷绕前正极涂料头部或卷绕前正极片头部23距离负极片头部43的的距离。本实施例中，以L表示卷绕前负极涂料头部或负极片头部43距离隔膜30头部的距离，以L1表示卷绕前正极涂料头部或电芯卷绕前正极片头部23距离负极片头部43的的距离。本实施例中，所述卷绕前负极涂料头部或负极片头部43距离隔膜30头部的距离L和卷绕前正极涂料头部或电芯卷绕前正极片头部23距离负极片头部43的的距离L1通过预设数学模型计算获取。

参照图1至图12，本发明一非限制实施例，所述卷绕区间距离参数包括隔膜30卷入卷针11的距离、负极片40卷入卷针11的距离和正极片20卷入卷针11的距离。本实施例中，以X1表示隔膜30卷入卷针11的距离；以X2表示负极片40卷入卷针11的距离；以X3表示正极片20卷入卷针11的距离。本实施例中，所述卷绕区间距离参数X1、X2和X3分别通过控制系统和相应测长机构实时测量获取；具体地，隔膜30卷入卷针11的距离X1通过隔膜测长机构31实时测量获取，负极片40卷入卷针11的距离X2通过负极测长机构4242实时测量获取，而正极片20卷入卷针11的距离X3则由正极测长机构2222实时测量获取。

参照图1至图12，本发明一非限制实施例，所述物理模型的距离参数包括正负极片40合膜段的长度、合膜段端部距离负极片头部43的长度、合膜段端部距离正极片头部23的长度。本实施例中，以a表示正负极片40合膜段的长度，以b表示合膜段端部距离负极片头部43的长度，以c表示合膜段距离正极片头部23的长度c。具体地，所述正负极片40合膜段的长度a为正负极片40自卷针11至合膜端的距离；合膜段端部距离负极片头部43的长度b即为合膜端距离负极片切断位的距离；合膜段端部距离正极片头部23的长度c即为合膜端距离正极片切断位的距离；所述合膜端分别设有负极过辊41和正极过辊21，正极过辊21分布在正极片20的外部，用于顶起正极片20，使正极片20正常送片；负极过辊41分布在最内层隔膜30内侧，用于顶起内层隔膜30和负极片40，使负极片40正常送片；通过正极过辊21和负极过辊41的设置，使正极片20和负极片40叠合在一起向前输送，形成极片输送的正负极片40合膜段，该合膜段的外端为合膜端；本实施例中，采用常规测量工具提前检测正负极片40合膜段的长度a、合膜段端部距离负极片头部43的长度b、合膜段端部距离正极片头部23的长度c，为后续极耳边距获取提供基础和保障。

参照图1至图12，本发明一非限制实施例，获取极耳参数，所述极耳参数包括卷绕电芯的负极耳45宽度和正极耳25宽度。本实施例中，以α表示卷绕电芯的负极耳45宽度，以β卷绕电芯的正极耳25宽度。

参照图1至图12，本发明一非限制实施例，获取卷针参数，所述卷针参数包括卷针11与隔膜30首接触的内接触点距离卷针11在卷绕后的外压点位之间的距离，和卷针11夹紧或固定隔膜30时，隔膜30伸入卷针11的定长。本实施例中，以d1表示卷针11与隔膜30首接触的内接触点距离卷针11在卷绕后的外压点位之间的距离，以X表示卷针11夹紧或固定隔膜30时，隔膜30伸入卷针11的定长。

实施例1

参照图1至图6，本发明一非限制实施例，所述卷针11在卷绕前，所述负极耳45位于负极片40卷绕前的头部较近的位置，所述正极耳25位于正极片20上距离正极片20卷绕前的头部较远的位置，也即是如图4所示，正极耳25分布在正极片20沿卷针11卷绕半圈所在位置，在本实施例中，所述正极耳25和负极耳45分别位于卷针11的两侧，本实施例中，所述数学模型包括，

数学模型（1）：L=（X+a+b+X1）-X2，其中，在间隙涂布时，L为完成卷绕前负极涂料头部距离隔膜30头部的距离；在连续涂布时，L为完成卷绕前连续涂布时负极片头部43距离隔膜30头部的距离，本实施例中图3所示为连续涂布图示；在该数学模型（1）中，（X+a+b）表示的是在正负极片40未进入卷绕时，隔膜30先行的长度，也即是在卷针11夹紧或固定隔膜30时，隔膜30伸入卷针11的定长X，加上正负极片合膜段50的长度a以及合膜段50端部距离负极片头部43的长度b，而负极片头部43距离隔膜30头部的距离即是隔膜30先行的长度，加上隔膜30与负极片40同步卷绕时，隔膜30卷入卷针11的长度即为隔膜30头部行走的全部长度，减去隔膜30与负极片40同步卷绕时，负极片40卷入卷针11的长度（也即是负极片40行走的全部长度），即为负极片头部43距离隔膜30头部的距离。

数学模型（2）：L1=（a+c-X3）-（a+b-X2）=c-b+X2-X3，本实施例中，在间隙涂布时，L1为卷绕前正极涂料距离负极片头部43的距离；在连续涂布时，L1为完成卷绕前连续涂布时正极片头部23距离负极片头部43的距离；在该数学模型（2）中，（a+c-X3）表示的是正负极片合膜段50的长度a与合膜段50端部距离正极片头部23的长度c的和，其减去正极片20卷入卷针11的长度X3，即是正极片头部23相对于卷针11的距离；（a+b-X2）表示的是正负极片合膜段50的长度a与合膜段50端部距离负极片头部43的长度b的和，其减去负极片40卷入卷针11的长度X2，即是负极片头部43相对于卷针11的距离；而正极片头部23相对于卷针11的距离减去负极片头部43相对于卷针11的距离即为正负极头部的间距，也即是正极片头部23距离负极片头部43的距离。

数学模型（3）：L4=L+L3=X+X1+a+b+L3-X2，在该数学模型（3）中，L4表示的是完成卷绕前负极耳45距离隔膜30头部的距离，由数学模型（1）可知，L表示的是负极片头部43距离隔膜30头部的距离，而由实时获取可知，L3表示的是负极耳45距离负极片头部43的距离，结合图3可知，负极耳45距离隔膜30头部的距离L4为负极耳45距离负极片头部43的距离L3与负极片头部43距离隔膜30头部的距离L的和，该负极耳45距离隔膜30头部的距离L4的计算值，为后续卷绕后电芯的负极耳45距离卷芯边距提供基础和保障。

数学模型（4）：L5=L1+L2-L3=c-b+X2-X3+L2-L3，在该数学模型（4）中，L5表示的是完成卷绕前正负极耳间距，也即是正极耳25外边缘距离负极耳45外边缘的距离；L1+L2表示的是正极耳25距离负极片头部43的距离，而L3表示的是负极耳距离负极片头部43的距离，结合图3，在该数学模型（4）中，正负极耳间距L5即为正极耳25距离负极片头部43的距离（L1+L2）减负极耳45距离负极片头部43的距离L3的差，该完成卷绕前正负极耳间距L5的计算值，为后续卷绕后电芯的正负极耳间距提供基础和保障。

数学模型（5）：n=T/2+【d1-（L4-X）】-α，其中，n为卷绕后电芯上的负极耳边距，参阅图4电芯卷绕状态图，在该数学模型（5）中，d1为卷针11与隔膜30首接触的内接触点距离卷针11在卷绕后的外压点位之间的距离，T为卷针11卷绕形成的电芯厚度，（L4-X）为负极耳45距离卷针11上内接触点的长度，【d1-（L4-X）】则是指负极耳45内边缘距离卷针11上外压点位的长度，负极耳45内边缘距离卷针11上外压点位的长度减去负极耳45的宽度即为负极耳45外边缘距离卷针11上外压点位的长度，而负极耳45外边缘距离卷针11上外压点位的长度加上卷芯厚度的1/2即为负极耳45外边缘距离卷芯外边缘的距离，也即是卷绕后卷芯上的负极耳边距。

数学模型（6）：m=L5-2n+T-α，其中m为卷绕后电芯上的正负极耳间距，L5为完成卷绕前正负极耳间距，在图4中，较粗的一条半环形线表示的是L5的长度，由图4可知，L5里面有一个负极极耳宽度α、一个卷绕后电芯正负极耳间距m和2个完成卷绕前负极耳45距离卷针11外压点位的距离，而完成卷绕前负极耳45距离卷针11外压点位的距离为（n-T/2），因此，m的数学模型为L5-2（n-T/2）-α，也即是m=L5-2n+T-α。

参照图1至图6，本发明一非限制实施例，所述确定方法还包括设定负极耳边距n和正负极耳间距m的预设范围，具体地，通过控制系统中的判断模块对通过数学模型计算得到的负极耳边距n和正负极耳间距m的值与相应的预设范围进行比较，判断计算得到的负极耳边距n和正负极耳间距m的计算值是否在预设范围内；

若所述负极耳边距n和正负极耳间距m的计算值在预设范围内，则输出结果为合格，良品转移，卷绕继续进行；

若所述负极耳边距n和正负极耳间距m的计算值不在预设范围内，则输出结果为不合格，控制系统报警，剔除不良品，并对程序进行实时纠正或调整，使后续卷绕电芯为良品。

参照图1至图6，本发明一非限制实施例，本实施例中，负极耳边距n和正负极耳间距m的预设范围，以及头部区间参数：正极耳距离正极片头部23的距离L2、负级耳距离负极片头部43的距离L3的预设范围的设定，在卷绕过程实现实时监控，通过对头部区间参数以及极耳边距的双重监控，有效确保卷绕过程质量控制，提升产品良率。

下表为本实施例实际运行时预设参数、已知物理参数、实时获取参数值，以及通过数学模型计算得到的计算值。

由上表可知，本发明卷芯极耳边距确定方法通过实时获取电芯卷绕的头部区间参数以及极片和隔膜30卷入卷针11的卷绕区间参数，也即是通过控制系统控制卷绕机中的电器件实现卷绕节点的程序取值，并将获取的卷绕节点的头部区间参数及卷绕区间参数与物理模型以及数学模型相配合，通过计算实时获得卷芯极耳边距，达到卷芯卷绕实时监控的效果，有效避免了现有技术中在产品完成后进行外观检测或人工检测无法达到实时监控的问题，同时，本发明在极片卷绕过程中进行实时监控，可以有效控制电芯卷绕质量，避免现有技术中在产品完成后检测产生产品报废的问题，有效提升对产品质量进行控制，提升产品良率。

参照图1至图6，本发明一非限制实施例，本实施例中，所述卷针11为如图5所示的两火箭头状针头相对分布形成的上下为水平布置的平行四边形结构，此时，火箭头状针头的内侧顶点为靠近对侧卷针11的一端，并且是与隔膜30首接触的点位，而火箭头状针头外端部的顶点为压点位，采用该卷针11卷绕出来的电芯为扁平状结构；

当然，参照图7，所述卷针11还可以采用如图7所示由两个三角形针头构成的平行四边形状卷针11，所述卷针1111在第一压扁位置的轮廓长度为d1，卷针1111卷绕极片后形成卷绕电芯的厚度为T。本实施例中，所述三角形针头的内侧顶点为靠近对侧卷针11的一端，并且是与隔膜30首接触的点位，而三角形针头外端部的顶点为压点位。本实施例中，采用该平行四边形卷针11卷绕出来的电芯为四边形状电芯。

参照图8，本发明的再一实施例，所述卷针11还可以采用如图8所示由两个半圆形针头构成的圆形卷针11，所述卷针1111在第一压扁位置的轮廓长度为d1，卷针1111卷绕极片后形成卷绕电芯的厚度为T。本实施例中，所述半圆形针头的内侧顶点为靠近对侧卷针11的一端，并且是与隔膜30首接触的点位，而半圆形针头外端部的顶点为压点位。本实施例中，采用该圆形卷针11卷绕出来的电芯为圆形电芯。

本发明采用上述三种不同形状的卷针11进行卷绕电芯，但不限于以上三种情况，也可以根据实际需求选择适合形状的卷针11进行卷绕电芯。

参照图1至图8，本发明一非限制实施例，本发明上述极耳的边距尺寸n和m，除利用上述确定方法和物理模型相结合获取外，还可以通过在正极片20和负极片40上相应位置增加传感器来检测极片上极耳的位置，配合编码器得出切断位置与极耳的距离，然后通过编码器、卷针1111、过辊的物理关系模型得到成品中正极和负极的极耳间距m，再配合材料厚度和卷绕圈数可以得到极耳距离卷芯宽度边缘的距离n。

实施例2

本实施例与实施例1的结构和原理基本相同，不一样的地方在于：参照图1至图3、图9和图10，本发明一非限制实施例，所述卷针11在卷绕前，所述负极耳45位于负极片40卷绕前的头部较远的位置，也即是如图9所示，负极耳45分布在正极片20沿卷针11卷绕过外压点位置与卷针11中心位置之间，所述正极耳25位于正极片20上距离正极片20卷绕前的头部较远的位置，也即是如图9所示，正极耳25分布在正极片20沿卷针11卷绕半圈所在位置，在本实施例中，所述正极耳25和负极耳45位于卷针11的同侧，本实施例中，所述数学模型包括，

数学模型（1）：L=（X+a+b+X1）-X2，其中，在间隙涂布时，L为完成卷绕前间隙涂布卷绕前负极涂料头部距离隔膜30头部的距离；在连续涂布时，L为完成卷绕前连续涂布时负极片头部43距离隔膜30头部的距离，本实施例中图3所示为连续涂布图示；在该数学模型（1）中，（X+a+b）表示的是在正负极片40未进入卷绕时，隔膜30先行的长度，也即是在卷针11夹紧或固定隔膜30时，隔膜30伸入卷针11的定长X，加上正负极片合膜段50的长度a以及合膜段50端部距离负极片头部43的长度b，而负极片头部43距离隔膜30头部的距离即是隔膜30先行的长度，加上隔膜30与负极片40同步卷绕时，隔膜30卷入卷针11的长度即为隔膜30头部行走的全部长度，减去隔膜30与负极片40同步卷绕时，负极片40卷入卷针11的长度（也即是负极片40行走的全部长度），即为负极片头部43距离隔膜30头部的距离。

数学模型（2）：L1=（a+c-X3）-（a+b-X2）=c-b+X2-X3，本实施例中，在间隙涂布时，L1为卷绕前正极涂料距离负极片头部43的距离；在连续涂布时，L1为完成卷绕前连续涂布时正极片头部23距离负极片头部43的距离；在该数学模型（2）中，（a+c-X3）表示的是正负极片合膜段50的长度a与合膜段50端部距离正极片头部23的长度c的和，其减去正极片20卷入卷针11的长度X3，即是正极片头部23相对于卷针11的距离；（a+b-X2）表示的是正负极片合膜段50的长度a与合膜段50端部距离负极片头部43的长度b的和，其减去负极片40卷入卷针11的长度X2，即是负极片头部43相对于卷针11的距离；而正极片头部23相对于卷针11的距离减去负极片头部43相对于卷针11的距离即为正负极头部的间距，也即是正极片头部23距离负极片头部43的距离。

数学模型（3）：L4=L+L3=X+X1+a+b+L3-X2，在该数学模型（3）中，L4表示的是完成卷绕前负极耳45距离隔膜30头部的距离，由数学模型（1）可知，L表示的是负极片头部43距离隔膜30头部的距离，而由实时获取可知，L3表示的是负极耳45距离负极片头部43的距离，结合图3可知，负极耳45距离隔膜30头部的距离L4为负极耳45距离负极片头部43的距离L3与负极片头部43距离隔膜30头部的距离L的和，该负极耳45距离隔膜30头部的距离L4的计算值，为后续卷绕后电芯的负极耳45距离卷芯边距提供基础和保障。

数学模型（4）：L5=L1+L2-L3=c-b+X2-X3+L2-L3，在该数学模型（4）中，L5表示的是完成卷绕前正负极耳间距，也即是正极耳25外边缘距离负极耳45外边缘的距离；L1+L2表示的是正极耳25距离负极片头部43的距离，而L3表示的是负极耳距离负极片头部43的距离，结合图3，在该数学模型（4）中，正负极耳间距L5即为正极耳25距离负极片头部43的距离（L1+L2）减负极耳45距离负极片头部43的距离L3的差，该完成卷绕前正负极耳间距L5的计算值，为后续卷绕后电芯的正负极耳间距提供基础和保障。

数学模型（5）：n=T/2+L4-d1-X，其中，n为卷绕后电芯上的负极耳边距，参阅图9电芯卷绕状态图和图10卷绕后电芯图，在该数学模型（5）中，d1为卷针11与隔膜30首接触的内接触点距离卷针11在卷绕后的外压点位之间的距离，T为卷针11卷绕形成的电芯厚度，（L4-d1-X）为负极耳45距离卷针11上外压点位的长度，负极耳45外边缘距离卷针11上外压点位的长度加上卷芯厚度的1/2即为负极耳45外边缘距离卷芯外边缘的距离，也即是卷绕后卷芯上的负极耳边距。

数学模型（6）：m=L5，其中m为卷绕后电芯上的正负极耳间距，L5为完成卷绕前正负极耳间距，由图9可知，由于卷绕前正负极耳位于卷针11的同侧，卷绕前正负极耳间距也即是卷绕后电芯上的正负极耳间距，因此，m的数学模型为L5，也即是m=L5。

下表为本实施例实际运行时预设参数、已知物理参数、实时获取参数值，以及通过数学模型计算得到的计算值。

由上表可知，卷绕时，正负极耳在卷针11上均远离极片头部，且均在卷针11同侧时，本发明卷芯极耳边距确定方法通过实时获取电芯卷绕的头部区间参数以及极片和隔膜30卷入卷针11的卷绕区间参数，也即是通过控制系统控制卷绕机中的电器件实现卷绕节点的程序取值，并将获取的卷绕节点的头部区间参数及卷绕区间参数与物理模型以及数学模型相配合，通过计算实时获得卷芯极耳边距，达到卷芯卷绕实时监控的效果，有效避免了现有技术中在产品完成后进行外观检测或人工检测无法达到实时监控的问题，同时，本发明在极片卷绕过程中进行实时监控，可以有效控制电芯卷绕质量，避免现有技术中在产品完成后检测产生产品报废的问题，有效提升对产品质量进行控制，提升产品良率。

实施例3

本实施例与实施例1的结构和原理基本相同，不一样的地方在于：参照图1至图3、图11和图12，本发明一非限制实施例，所述卷针11在卷绕前，所述负极耳45位于负极片40卷绕前的头部较远的位置，也即是如图9所示，负极耳45分布在正极片20沿卷针11卷绕过外压点位置与卷针11中心位置之间，所述正极耳25位于正极片20上距离正极片20卷绕前的头部较远的位置，也即是如图9所示，正极耳25分布在正极片20沿卷针11卷绕半圈所在位置，在本实施例中，所述正极耳25和负极耳45位于卷针11的同侧，本实施例中，所述数学模型包括，

数学模型（1）：L=（X+a+b+X1）-X2，其中，在间隙涂布时，L为完成卷绕前间隙涂布卷绕前负极涂料头部距离隔膜30头部的距离；在连续涂布时，L为完成卷绕前连续涂布时负极片头部43距离隔膜30头部的距离，本实施例中图3所示为连续涂布图示；在该数学模型（1）中，（X+a+b）表示的是在正负极片40未进入卷绕时，隔膜30先行的长度，也即是在卷针11夹紧或固定隔膜30时，隔膜30伸入卷针11的定长X，加上正负极片合膜段50的长度a以及合膜段50端部距离负极片头部43的长度b，而负极片头部43距离隔膜30头部的距离即是隔膜30先行的长度，加上隔膜30与负极片40同步卷绕时，隔膜30卷入卷针11的长度即为隔膜30头部行走的全部长度，减去隔膜30与负极片40同步卷绕时，负极片40卷入卷针11的长度（也即是负极片40行走的全部长度），即为负极片头部43距离隔膜30头部的距离。

数学模型（2）：L1=（a+c-X3）-（a+b-X2）=c-b+X2-X3，本实施例中，在间隙涂布时，L1为卷绕前正极涂料距离负极片头部43的距离；在连续涂布时，L1为完成卷绕前连续涂布时正极片头部23距离负极片头部43的距离；在该数学模型（2）中，（a+c-X3）表示的是正负极片合膜段50的长度a与合膜段50端部距离正极片头部23的长度c的和，其减去正极片20卷入卷针11的长度X3，即是正极片头部23相对于卷针11的距离；（a+b-X2）表示的是正负极片合膜段50的长度a与合膜段50端部距离负极片头部43的长度b的和，其减去负极片40卷入卷针11的长度X2，即是负极片头部43相对于卷针11的距离；而正极片头部23相对于卷针11的距离减去负极片头部43相对于卷针11的距离即为正负极头部的间距，也即是正极片头部23距离负极片头部43的距离。

数学模型（3）：L4=L+L3=X+X1+a+b+L3-X2，在该数学模型（3）中，L4表示的是完成卷绕前负极耳45距离隔膜30头部的距离，由数学模型（1）可知，L表示的是负极片头部43距离隔膜30头部的距离，而由实时获取可知，L3表示的是负极耳45距离负极片头部43的距离，结合图3可知，负极耳45距离隔膜30头部的距离L4为负极耳45距离负极片头部43的距离L3与负极片头部43距离隔膜30头部的距离L的和，该负极耳45距离隔膜30头部的距离L4的计算值，为后续卷绕后电芯的负极耳45距离卷芯边距提供基础和保障。

数学模型（4）：L5=L1+L2-L3=c-b+X2-X3+L2-L3，在该数学模型（4）中，L5表示的是完成卷绕前正负极耳间距，也即是正极耳25外边缘距离负极耳45外边缘的距离；L1+L2表示的是正极耳25距离负极片头部43的距离，而L3表示的是负极耳距离负极片头部43的距离，结合图3，在该数学模型（4）中，正负极耳间距L5即为正极耳25距离负极片头部43的距离（L1+L2）减负极耳45距离负极片头部43的距离L3的差，该完成卷绕前正负极耳间距L5的计算值，为后续卷绕后电芯的正负极耳间距提供基础和保障。

数学模型（5）：n=T/2+d1-L4+X-α，其中，n为卷绕后电芯上的负极耳边距，参阅图11电芯卷绕状态图和图12卷绕后电芯图，在该数学模型（5）中，d1为卷针11与隔膜30首接触的内接触点距离卷针11在卷绕后的外压点位之间的距离，T为卷针11卷绕形成的电芯厚度，（d1-L4+X-α）为负极耳45距离卷针11上外压点位的长度，负极耳45外边缘距离卷针11上外压点位的长度加上卷芯厚度的1/2即为负极耳45外边缘距离卷芯外边缘的距离，也即是卷绕后卷芯上的负极耳边距。

数学模型（6）：m=L5，其中m为卷绕后电芯上的正负极耳间距，L5为完成卷绕前正负极耳间距，由图9可知，由于卷绕前正负极耳位于卷针11的同侧，卷绕前正负极耳间距也即是卷绕后电芯上的正负极耳间距，因此，m的数学模型为L5，也即是m=L5。

下表为本实施例实际运行时预设参数、已知物理参数、实时获取参数值，以及通过数学模型计算得到的计算值。

由上表可知，卷绕时，正负极耳在卷针11上均远离极片头部，且均在卷针11同侧时，本发明卷芯极耳边距确定方法通过实时获取电芯卷绕的头部区间参数以及极片和隔膜30卷入卷针11的卷绕区间参数，也即是通过控制系统控制卷绕机中的电器件实现卷绕节点的程序取值，并将获取的卷绕节点的头部区间参数及卷绕区间参数与物理模型以及数学模型相配合，通过计算实时获得卷芯极耳边距，达到卷芯卷绕实时监控的效果，有效避免了现有技术中在产品完成后进行外观检测或人工检测无法达到实时监控的问题，同时，本发明在极片卷绕过程中进行实时监控，可以有效控制电芯卷绕质量，避免现有技术中在产品完成后检测产生产品报废的问题，有效提升对产品质量进行控制，提升产品良率。

实施例4

本发明还提供一种利用上述卷芯极耳边距确定方法进行卷绕设备校正的卷绕设备方法，具体地，一种卷绕设备校正方法，包括预设极耳间距和负极耳边距的标准距离，利用上述的卷芯极耳边距确定方法获取的极耳间距和负极耳边距的预测距离与预设极耳间距和负极耳边距的标准距离进行比对，确定电芯状态并对所述卷绕设备的物理参数进行校正，实现对卷绕设备的实时校正和调整，使设备在不停机状态下能够连续加工良率高的产品，在提升生产效率的同时，提升产品加工质量。

上述实施例仅为本发明的具体实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种卷芯极耳边距确定方法，其特征在于：

一、分别获取电芯卷绕的头部区间距离参数、极片和隔膜卷入卷针的卷绕区间距离参数、卷绕装置的物理模型的距离参数以及电芯成型后的预设厚度；

二、通过预设数学模型，确定电芯成型后的极耳间距及负极耳边距的预测距离，所述数学模型包括负极耳边距数学模型和正负极耳间距数学模型，所述负极耳边距数学模型：n=T/2+【d1-（L4-X）】-α，所述正负极耳间距数学模型：m=L5-2n+T-α，其中，

n为卷绕后电芯上的负极耳边距，

d1为卷针与隔膜首接触的内接触点距离卷针在卷绕后的外压点位之间的距离，

T为卷针卷绕形成的电芯厚度，

【d1-（L4-X）】指负极耳内边缘距离卷针上外压点位的长度，

α为负极极耳宽度；

m为卷绕后电芯上的正负极耳间距，

L5为完成卷绕前正负极耳间距。

2.根据权利要求1所述的卷芯极耳边距确定方法，其特征在于：所述头部区间距离参数包括正极耳距离正极片头部的距离、负极耳距离负极片头部的距离，设定正极耳距离正极片头部的第一预设距离范围、负极耳距离负极片头部的第二预设距离范围。

3.根据权利要求2所述的卷芯极耳边距确定方法，其特征在于：

获取正极耳距离正极片头部的第一实际距离、负极耳距离负极片头中的第二实际距离，与所述第一预设距离范围、第二预设距离范围进行匹配：

若所述头部区间距离参数中的第一实际距离、第二实际距离在所述第一预设距离范围、第二预设距离范围内，则输出结果为合格，卷绕继续运行；

若所述头部区间距离参数中的第一实际距离、第二实际距离不在所述第一预设距离范围、第二预设距离范围内，则输出结果为不合格，控制系统报警，调整裁切位置。

4.根据权利要求1所述的卷芯极耳边距确定方法，其特征在于：所述头部区间距离参数还包括卷绕前负极涂料头部或负极片头部距离隔膜头部的距离，以及卷绕前正极涂料头部或卷绕前正极片头部距离负极片头部的距离。

5.根据权利要求1所述的卷芯极耳边距确定方法，其特征在于：所述卷绕区间距离参数包括隔膜卷入卷针的距离、负极片卷入卷针的距离和正极片卷入卷针的距离。

6.根据权利要求1所述的卷芯极耳边距确定方法，其特征在于：所述极耳间距为卷绕成型后的电芯上同侧正、负极耳之间的距离；所述负极耳边距为卷绕成型后电芯的任一侧到同侧的负极耳的距离。

7.根据权利要求1所述的卷芯极耳边距确定方法，其特征在于：所述物理模型的距离参数包括正负极片合膜段的长度、合膜段端部距离负极片头部的长度、合膜段端部距离正极片头部的长度。

8.根据权利要求1至7任一项权利要求所述的卷芯极耳边距确定方法，其特征在于：获取极耳参数，所述极耳参数包括卷绕电芯的负极耳宽度和正极耳宽度。

9.根据权利要求1至7任一项权利要求所述的卷芯极耳边距确定方法，其特征在于：获取卷针参数，所述卷针参数包括卷针与隔膜首接触的内接触点距离卷针在卷绕后的外压点位之间的距离，和卷针夹紧或固定隔膜时，隔膜伸入卷针的定长。

10.一种卷绕设备校正方法，其特征在于：包括预设极耳间距和负极耳边距的标准距离，利用权利要求1-9任一项权利要求所述的卷芯极耳边距确定方法获取的极耳间距和负极耳边距的预测距离与预设极耳间距和负极耳边距的标准距离进行比对，确定电芯状态并对所述卷绕设备的物理参数进行校正。

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