CN115769407A - 用于生产电能存储设备的支撑装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于生产电能存储设备的支撑装置(50)，包括：支撑元件(51)，其沿着给料平面(FP)线性地可移动；致动器系统，其被配置为以间歇方式驱动支撑元件(51)；第一辊筒54，其被配置为以可变的速度旋转；以及第二辊筒(55)，其与第一辊筒(54)相对。另一个致动器系统被配置为控制第一辊筒(54)的速度，以补偿支撑元件(51)的间歇性移动。

Description

用于生产电能存储设备的支撑装置和方法
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2020年4月14日提交的申请号为102020000007840的意大利专利申请和于2020年4月14日提交的申请号为102020000007849的意大利专利申请的优先权，其全部公开通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及用于生产电能存储设备的支撑装置、机器和相关方法。
尤其，本发明在可充电电池的生产中发现了有利的(尽管非排他性的)应用，这将在下面的描述中明确提及，而不会因为这样而失去一般性。
背景技术
可充电电池的生产通常涉及通过隔膜层而彼此间隔开的不同的电极层(正极和负极；阴极和阳极)的重叠，这种设计是为了避免可能的短路，并且尤其，是用电解液浸渍。
近年来，开发了用于生产电能存储设备的不同卷绕装置。在这些装置中，电极和隔膜通常围绕具有长方形、非圆形的芯进行卷绕，因此，由于芯的圆形度不足，进料材料的运动通常是不稳定的且不均匀的。
建议采用不同的补偿系统，以使给料到卷绕装置的材料的运动更加稳定和均匀。
文献WO 2018146638描述了一种装置，其具有曲柄装置并且被设计用于以均匀的方式调节材料带的给料和卷绕。
待卷绕的材料带通常包括以预定距离(尤其渐进的距离)布置的电极，以允许电极在卷绕期间以堆叠的方式被正确地定位；即，使得电极沿着可用的最大表面彼此面对，尤其，也对齐端部极耳(end tabs)。
为了在卷绕期间确保和保持电极的位置，即为了避免由于卷绕期间产生的震动而导致要堆叠的电极的未对准，电极和至少一个连续的隔膜层被辊制(rolled)，以使它们与隔膜成为一体，从而确保稳定的附着。
然而，辊制过程削弱了隔膜(通过压缩和加热隔膜，这通常是多孔的)，因此由于形成金属(尤其锂)树枝晶，对可能的短路是有利的，这些金属树枝晶穿过隔膜，使具有相反极性的两个电极产生电连接，从而在电池内部产生短路。
此外，在已知的卷绕装置中，通常很难显著提高卷绕速度，因为所产生的气流可能会危及在横向和纵向待卷绕的材料的良好对齐(例如，由于隔膜的弹性)。
近年来，制造商试图通过使用对非圆形形状的芯体进行垂直和水平补偿，试图保持材料带给料速度基本恒定的卷绕装置来解决这一问题。然而，这些解决方案不能进一步提高卷绕速度，不能减少树枝晶的形成，因此，不能增加电池的安全性。
此外，将材料引入卷绕装置的已知支撑方法存在许多缺点，因为，为了不干扰卷绕装置的旋转，材料通常以固定的方式被支撑，直到其接近卷绕装置，因此使材料在最后几厘米悬空，并利用先前的辊制(rolling)来保持电极的位置。
本发明的目的是为了提供一种用于生产电能存储设备的卷绕装置、机器和相关方法，其被设计为至少部分地克服现有技术的缺点，并且同时，经济且易于制造。
发明内容
根据本发明，根据所附的独立权利要求，并且优选地，根据直接或间接从属于独立权利要求的从属权利要求中的任意一项提供了一种用于生产电能存储设备的支撑装置、机器和方法。
所附权利要求描述了本发明的优选实施例，并形成了说明书的组成部分。
附图说明
现在将参考附图描述本发明，附图示出了本发明的一些非限制性实施例，其中：
图1是用于生产存储设备的自动机器的第一部分的透视图，其包括卷绕装置和支撑装置的第一实施例；
图2是图1的卷绕装置的示意性透视图；
图3是图2的卷绕装置的示意性侧视图；
图4是卷绕装置的第二实施例的示意性透视图；
图5是包括一对相对的卷绕装置的自动机器的第二部分的侧视图；
图6是图5的第二机器部分的不同实施例的细节的示意性透视图；
图7是图1的支撑装置的示意性透视图；
图8是图7的支撑装置的细节的示意性透视图；
图9是生产存储设备的方法的不同卷绕和支撑步骤的示意性前视图；
图10是图9的步骤的示意性平面图。
具体实施方式
在图1中，数字1表示整个用于生产电能存储设备的卷绕装置。尤其，卷绕装置1被配置为卷绕具有平面形状(例如，带、条、片、膜等)的至少一种材料2。更准确地，装置1是用于生产电能存储设备的自动机器的一部分，尤其被配置为生产可充电电池(例如，锂离子电池、锂金属电池等)。图1显示了所述自动机器的第一部分。
有利地，尽管非必要地，如图1示意性地示出的，材料2是多组分材料，尤其包括至少一个电极E和/或至少一个电极隔膜S(这是已知的，因此不进一步详细描述)。更准确地，材料2包括分别间隔开的至少两个电极层E和两个隔膜层S。
在一些非限制性实施例中，材料2包括一个或多个连续的隔膜条S，在隔膜条上(和/或隔膜条之间)布置有多个(正和/或负)电极空白(electrode blank)E。尤其，材料2包括两个连续隔膜条S，在它们之间布置有多个具有相同第一(正或负)极性的电极空白E。更准确地，在两个隔膜层S的(上部或下部)外部部分之一中，有多个具有相同第二极性的电极空白E，这与第一(负或正)极性的电极空白E相反。
有利地，尽管非必要地，上述自动机器包括给料系统(此处未示出，例如已知类型)，给料系统被配置为沿着给料平面FP(更准确地，沿着输送路径CP-图1、3和7)供应(尤其，至少部分地以恒定的速度)待卷绕的材料2。尤其，所述给料装置包括对于材料2中包括的每个连续层(或不连续层，如果在加工过程中被切割)而言的放卷轴(unwinding spool)(例如，在两个隔膜被电极空白隔开的情况下的两个放卷(unwinding coil)，或者在两个隔膜层被两个具有相反极性的连续电极层隔开的情况下的四个放卷轴)，或在使用中间元件的情况下有一个放卷轴，例如半电池(一个电极层与一个隔膜层重叠)、全电池(两个电极与它们之间的一个隔膜重叠)，单电池(两个电极和两个隔膜以交替方式重叠)或双电池(三个电极和二个隔膜以交替方式重叠)或者它们的组合。
在图1至图3的非限制性实施例中，卷绕装置1包括支撑件3和致动器设备4。
有利地，尽管非必要地，支撑件3在内部包括一系列变轴齿轮(未示出)。因此，通过改变齿轮的旋转轴线的位置，允许不同样式的卷绕。
有利的，卷绕装置1还包括致动器设备4，致动器设备4(图2和图3)依次包括电动机5(例如，无刷电机)和运动传动元件6。更准确地，运动传动元件6是传动轴。
根据图1的非限制性实施例，装置1还包括具有长方形(oblong)形状的芯体7，在芯体7上卷绕(多组分)材料2，形成包括多个电极E(彼此堆叠)的绕组8。芯体7以绕轴转动(rotary)方式布置(机械地安装)在支撑件3上，并且(被配置为)由致动器设备4(即，由电机5通过传动元件6)操作，以围绕旋转轴线A1旋转。
有利地，尽管非必要地，运动传动元件6被配置为将电动机5的至少一部分运动传递到芯体7。
在一些非限制性情况下，芯体7由平坦的(金属)销(pin)组成。尤其所述刚性销具有平坦轮廓，尤其具有倒圆的棱边，以便伴随材料2的卷绕而不会由于锐利的边缘损坏材料2。
在其他非限制性情况下，芯体7由条状的第一电芯(cell)(即，由包括沿着输送路径CP的第一电极空白E的单元)构成，即为生产例如电池而形成完整绕组所需的材料2的数量。随后的电芯围绕第一电芯卷绕，以形成完整的绕组8。以这种方式，在生产过程中，不必移除金属销，这种操作通常具有损坏最终产品的风险。
显然，芯体7可以具有能够允许进行卷绕的任何形状(多面体的、椭圆的、卵形的、多面体的、层状的形状等)。
有利地，装置1包括(至少)一个保持元件9、9’，保持元件9、9’在卷绕过程中被配置为至少具有：
闭合配置(例如在图1至3的非限制性实施例中示出)，其中保持元件9、9’保持(尤其隔膜S的或电极E的)材料2的至少一部分10与绕组8接触，从而避免了材料2的部分10和芯体7的侧表面11(图1中顶部所示，并与图1中底部所示的表面12相对；这些表面是可互换的)之间的相对移动；以及
打开配置(例如，在图5、图6以及图9和图10的步骤b、c和d中所示)，其中保持元件9允许材料2卷绕在芯体7的表面11(或表面12)上。
换句话说，在闭合配置期间，保持元件9、9’与绕组8的外层接触并支撑绕组8的外层，以避免在绕组8的内侧发生不希望的电极E的移动(尤其如果它们没有在隔膜S上辊制(rolled))；然而，在打开配置中，保持元件9、9’移动远离(即，被配置为移动远离)绕组8(尤其径向地远离旋转轴线A1)，从而允许另一层的材料2围绕芯体7卷绕，以完成绕组8。
有利地，尽管非必要地，在闭合配置中，保持元件9、9’被配置为将材料的部分10推向(抵靠)芯体7的侧表面11、12(即朝向芯体7)。
在图1-3和图7的非限制性实施例中，卷绕装置1还包括致动器设备13，致动器设备13被配置为使支撑件3围绕旋转轴线A2旋转，尤其旋转轴线A2(不同于并且)平行于旋转轴线A1。尤其，支撑件3机械地连接到致动器设备13。
在图5的非限制性实施例中，致动器设备13包括电动机，尤其力矩电机(换句话说，具有大量磁极(poles)的电机，其不需要减速齿轮来传递运动)。更准确地，致动器设备13是具有贯穿式转子(即从一侧穿孔到另一侧)的力矩电机。
有利地，传动元件6至少部分地(尤其从一侧到另一侧)穿过致动器设备13的转子。通过这种方式，致动器设备4(即，电机5)的运动可以被传递到支撑件3中，尤其是传递到芯体7。
有利地，尽管非必要地，传动元件6和致动器设备13的转子彼此同轴，尤其是同心的。
有利地，尽管非必要地，致动器设备4和第二致动器设备13被配置为彼此独立地移动。尤其，自动机器(或装置1)包括至少一个控制单元，其被配置为彼此独立地控制致动器设备4和13。更准确地，例如基于虚拟主轴(master axis)的位置，控制单元通过电子凸轮来控制致动器设备4和13。
在图1至图3的非限制性实施例中，支撑件3被配置为围绕轴线A2旋转，芯体7被配置为围绕轴线A1旋转。尤其，轴线A1和轴线A2彼此是不同轴的。更尤其，轴线A1和轴线A2彼此平行。尤其，轴线A1和轴线A2垂直于输送路径CP并且平行于给料平面FP。
有利地，尽管非必要地，并且根据图1至3的非限制性实施例，支撑件3是非对称的。更准确地，支撑件3具有用于支撑芯体7的更大体积，即在旋转轴线A1的区域中。
以这种方式，可以减小支撑件3的总质量。尤其，支撑件3包括配重块(counter-mass)，配重块被布置在与轴线A1(相对于轴线A2)相对的位置。配重块具有平衡支撑件7的惯性和避免由质量的非对称分布产生振动的功能(避免所述振动明显使得磨损减少)。
有利地，尽管非必要地，芯体7以其能够进行轨道卷绕运动的方式机械地连接到支撑件3(安装在支撑件3上、由支撑件3支撑或保持)。尤其，“轨道运动”表示芯体7被配置为进行自转(rotation)运动和公转(revolution)运动。在图1-3和7的非限制性实施例中，致动器设备13使(支撑件3和因此的)芯体7围绕轴线A2运动，从而确定芯体7围绕所述轴线的公转运动。在图1-3和7的非限制性实施例中，致动器设备4使芯体7围绕轴线A1运动，从而确定芯体7围绕所述轴线的自转运动。
因此，芯体7移动的轨道运动包括围绕轴线A1的自转和围绕轴线A2的公转，在使用中，这两轴线(总是)彼此平行。
有利地，尽管非必要地，装置1还包括致动器设备15，致动器设备15被配置为操作一个或多个保持元件9、9’。
在图1至图6的非限制性实施例中，致动器设备15包括至少一个机械凸轮16。尤其，机械凸轮16包括(即，确定)沿着与旋转轴线A1横断(transverse)(基本上垂直)的平面布置的运动轮廓MP(其优选地闭合且连续)。更准确地，机械凸轮16成十字状地(crosswise)尤其是在中心处与旋转轴线A2交叉。在附图的非限制性实施例中，机械凸轮16包括内轮廓17和外轮廓18，它们限定了运动轮廓MP(其刻在机械凸轮本身上)。
有利地，尽管非必要地，致动器设备15还包括至少一个凸轮从动件19和运动传动系统20，运动传动系统20被配置为至少部分地将凸轮从动件19的运动(更准确地，距旋转轴线A1的径向位移)传递至所述一个或多个保持元件9、9’。在使用中，凸轮从动件19在内轮廓17和外轮廓18之间包括的空间中滑动，即凸轮从动件19沿着运动轮廓MP移动。
在本文未示出的一些非限制性情况下，为了满足更多的调节需求，致动器设备15包括至少一个凸轮16，凸轮16又包括多个轮廓，其后是至少一个相应的凸轮从动件。
有利地，尽管非必要地，运动轮廓MP的(径向)变化决定了每个保持元件9、9’的移动。换句话说，保持元件9、9’的打开和闭合由运动轮廓MP与具有圆形形状的轮廓的偏差决定。
根据本文未示出的一些实施例，致动器系统15包括至少一个电机和/或至少一个气动工具(pneumatic utility)。
有利地，尽管非必要地，根据图1至图3的非限制性实施例，运动传动系统20包括曲柄机构21(臂、滑轮等或运动学机构)。此外，运动传动系统20包括传动元件22，传动元件22被配置为将凸轮从动件19的径向线性移动转换成旋转(rotary)移动(例如，齿条和小齿轮系统，如图1-4和6所示)。
有利地，尽管非必要地，根据附图的非限制性实施例，装置1包括两个保持元件9、9’，它们相对于芯体7布置在相对两侧上。
尤其，保持元件9面向芯体7的侧表面11，而保持元件9’面向芯体7的侧表面12。
在图4和图6的非限制性实施例中，与图1的实施例中具有对应元件的元件用相同的数字表示，其分别增加了100和200。换句话说，凸轮16在图4的实施例中用116表示，在图6的实施例中用216表示(遵照其他参考文献)。对图1至图3的实施例进行的所有观察，加以必要的变通，也适用于图4和图6的实施例。
在一些非限制性的情况下，如图1至图3所示，保持元件9、9’被配置为彼此独立地被操作，尤其是通过致动器设备15进行，更准确地，致动器设备15包括用于每个保持元件9、9’的机械凸轮16和凸轮从动件19、19’(图2)。尤其，在使用中，凸轮从动件19、19’设置在凸轮16的相对两侧，即旋转轴线A1的相对两侧。在这些情况下，每个保持元件9、9’通过相应的曲柄机构21和相应的传动元件22由相应的凸轮从动件19、19’移动。
在其他非限制性情况下，如图4和图6所示的那些，保持元件109、209和109’、209’被配置为以相反的方式操作，这意味着使得保持元件之一(例如元件9)的闭合配置对应于相对的保持元件(例如元件9’)的打开配置，反之亦然。尤其，元件109、209和109’、209’可以通过致动器设备115、215操作，更准确地，致动器设备115、215包括用于保持元件109、209或109’、209’的机械凸轮116、216和一个单独的凸轮从动件119、219(图4或图6)。尤其，每个装置1包括一个单独的传动元件131、222(作为元件22的替代)，传动元件131、222设有在相对于轴线A1的相对两侧上布置的两个齿条和两个小齿轮。在这些情况下，每一对保持元件109和109’或209和209’通过相应的运动机构121和/或相应的传动元件131、222由相应的凸轮从动件119、219’移动。
有利地，尽管非必要地，根据附图的非限制性实施例，每个保持元件9、9’包括至少一个远端元件23、23’。
在图1至图3的非限制性实施例中，每个远端元件23、23’依次至少包括臂24、24’和接触部件25、25’，接触部件25、25’布置在远端元件23、23’的端部，即在绕组8的区域中。每个接触部件25、25’被配置为在保持元件9、9’的闭合配置中，将材料2的部分10推向芯体7(尤其朝向侧表面11或12)。尤其，接触部件25、25’是辊筒(roller)26(图1)，辊筒26被配置为在与绕组8的外部对应的材料2的部分10上滚动。通过这种方式，在接触过程中，可以防止尤其易碎的或薄的材料2由于具有高摩擦度的压力而被损坏。更尤其，保持元件9、9’还包括弹性设备27(例如弹簧)，弹性设备27被配置为至少部分地调节接触部件25、25’推动材料的部分10的压力和/或补偿由于材料2的卷绕导致的绕组8的厚度的增加。
在一些非限制性情况下，如图4的实施例中所示的情况，每个保持元件109、109’包括多个远端元件123、123’，该远端元件123、123’尤其被配置成通过致动器设备15而同时移动。在本文未示出的其他非限制性情况下，属于同一保持元件的远端元件被配置为相对于彼此以适时(timely)不同的方式移动，从而逐渐保持形成绕组8的外层的材料2，尤其当材料2包裹芯体7时。
根据非限制性实施例，包裹装置1包括抓握设备29，抓握设备29被配置为在卷绕过程中握住芯体7，并且一旦绕组8完成就释放芯体7。尤其，根据图1至图3的非限制性实施例，抓握设备29包括抓握元件30，抓握元件30具有小尺寸的一端(与支撑件3相对)，优选地，尽管非必要地，减小尺寸(更准确地，小于5毫米，尤其小于1毫米)。通过这种方式，抓握元件30可以容易地从完整的绕组8中撤出。
显然，抓握元件可以采取不同的构造，例如，它们可以具有不连续性，如图6的实施例所示，以便一旦完成绕组8，减少释放芯体7的摩擦力。
有利地，尽管非必要地，装置1包括合适的致动器系统以移动抓握元件，尤其气动工具。更准确地，抓握元件30垂直地移动(即，垂直于给料平面FP)，以便根据卷绕过程的步骤打开和闭合。更准确地，元件20彼此间隔开，即在产品给料步骤中打开，即在完成绕组8时，以释放完整的绕组8并接收新的芯体7(例如，如图6所示的条状的第一电芯)，然而它们从实际卷绕步骤(在卷绕过程中芯体7旋转)的开始到结束是闭合的。
图5的非限制性实施例显示了用于生产电能存储设备的自动机器的第二部分。尤其，所述部分包括一对相对的卷绕装置1。
有利地，尽管非必要地，材料2通过相对于彼此以镜像方式布置的两个装置1进行卷绕，以便从两侧引导(尤其以便用抓握元件握住)芯体7，尤其是在其是条状的第一电芯的情况下。
有利地，尽管非必要地，所述装置每个都包括框架32，框架32支撑相应的致动器设备13(即，力矩电机14)。
有利地，尽管非必要地，并且根据图5的非限制性实施例，装置1包括(每个或与相对装置成对)致动器设备33，致动器设备33被配置为沿着至少垂直方向VD移动框架32，该垂直方向VD尤其横向于(垂直于)给料平面FP(以及输送路径CP)。以这种方式，在卷绕期间，可以补偿围绕芯体7卷绕的材料2的积聚。换句话说，在卷绕期间，绕组8的厚度随着芯体7每转半圈而不断增加(尤其是通过材料2的厚度来增加)，因此，致动器设备22通过将进料材料2维持在给料平面FP上(尤其是通过将进入点EP保持在给料平面FP上)来补偿这种增加。更准确地，致动器设备33包括举升系统35(例如，齿条和小齿轮系统)，举升系统35被配置为在垂直方向VD上移动框架32。
有利地，尽管非必要地，并且根据图5的非限制性实施例，装置1包括(每个或与相对装置成对)致动器设备36，致动器设备36被配置为沿着至少横向方向TD移动框架32，横向方向TD尤其垂直于输送路径CP并且基本上平行于给料平面FP。例如，致动器设备36包括电动机M和蜗杆(worm screw)，以将电动机M的旋转运动转换成线性运动。以这种方式，一旦绕组8完成，抓握元件就可以撤出，因此也使得装置1可调节以改变要产生的格式(format)的宽度。
有利地，尽管非必要地，并且根据图1和图9和图10的非限制性实施例，用于生产电能存储设备的机器包括支撑装置50(由其本身以及在图7和图8中详细地示出)。
根据图1、7和8的非限制性实施例，支撑装置50包括支撑元件51，支撑元件51可沿着输送路径CP(即，沿着给料平面FP)线性移动，(待卷绕的)材料2通过输送路径CP供应(尤其是以恒定速度)，并且支撑元件51被配置为沿着预定行程ST(图10)以间歇方式移动，以连续方式支撑材料2。
有利地，尽管非必要地，支撑装置50还包括致动器设备52，尤其包括电动机53，例如无刷电机。尤其，在图7和8的非限制性实施例中，电动机53布置(安装)在支撑元件51上。
在图7和图8的非限制性实施例中，支撑装置50包括辊筒54，辊筒54安装在所述支撑元件51上，并且被配置为通过致动器系统52(即，通过电动机53)以可变速度旋转。
装置50还包括辊筒55，辊筒55与辊筒54相对，并且布置在相对于输送路径CP(以及给料平面FP)的相对侧，以使材料2在辊筒54和辊筒55之间通过。
有利地，尽管非必要地，致动器系统52(即，电动机53)被配置为至少改变辊筒54的速度，以补偿支撑元件51的间歇性移动，并且基本上维持辊筒54和材料2之间的(纯)滚动状态，换句话说，避免辊筒54和材料2之间的滑动。
有利地，尽管非必要地，支撑装置50还包括致动器设备56，致动器设备56被配置为沿着预定行程ST以间歇方式操作支撑元件51。
根据一些非限制性实施例，如图7所示的实施例，致动器系统56包括线性电动机57，线性电动机57被配置为沿着预定行程ST移动支撑元件。
根据本文未示出的其他非限制性实施例，致动器系统56包括液压缸、气动缸、电动液压缸、蜗杆或其他线性移动系统。
有利地，尽管非必要地，辊筒54和辊筒55中的一个竖直地置于另一个之上。
尤其，辊筒54和辊筒55处于从支撑装置50的其余部分突出的远端位置。通过这种方式，即使在卷绕期间(在芯体7旋转的期间)，材料也可以被支撑至接近芯体7。
在图7和图8的非限制性实施例中，支撑装置50还包括辊筒58和辊筒59，辊筒59与辊筒58相对。尤其，辊筒54和辊筒58通过(长方形的)运动传动元件60(尤其是皮带或链条)彼此连接。更尤其，辊筒55和辊筒59通过(长方形的)运动传动元件61(尤其是皮带或链条)彼此连接。
在一些非限制性情况下，辊筒54和辊筒55被配置为以相同的速度移动，因为它们通过运动传动系统连接。尤其，辊筒54和辊筒55在相反方向上移动，以允许材料在它们之间滑动而不会卡住并使摩擦最小化。
在其他非限制性情况下，如图8所示的情况，辊筒55(即布置在外层包括连续隔膜的材料2一侧的辊筒)是导辊。
有利地，尽管非必要地，辊筒54和辊筒55(就像辊筒58和辊筒59)具有相同的尺寸，尤其小于20mm，更准确地小于15mm，更准确地小于8mm。以这种方式，支撑装置设法接近旋转的芯体7，在所述芯体每转半圈时有时间缩回，尤其是继续支撑待卷绕的材料2。
在图8的非限制性实施例中，支撑装置50包括另一对辊筒58’和59’，尤其是与辊筒58和59连接。
有利地，尽管非必要地，所有辊筒54、55、58、59、58’和59’都具有相同的尺寸。以这种方式，它们可以通过运动传动元件60、61、60’、61’(诸如例如链条和皮带)容易地连接起来。辊筒54、55、58、59、58’和59’通过运动传动元件60、61、60’、61’在皮带轮62(尤其是同步皮带轮)上的动作而移动，皮带轮62被配置为确保布置在材料2的同一侧的辊筒或所有辊筒的同步运动。尤其，在辊筒54、55、58、59、58’和59’的中心轴上安装轴套(bushing)62。
在图8的非限制性实施例中，支撑装置包括致动器系统52的运动传动元件63(例如，皮带)，即从电动机53到辊筒58(与辊筒59相对)，该运动传动元件63相对于在远端位置布置的辊筒54而言布置在支撑装置50的缩回位置。
根据本发明的另一方面，提供了一种使用如上公开的卷绕装置1和/或如上公开的支撑装置50生产电能存储设备的方法。
在一些非限制性情况下，该方法包括给料步骤，在给料步骤期间，如上公开的给料系统向卷绕装置1供应材料2。
有利地，尽管非必要地，该方法包括卷绕步骤，在卷绕步骤期间，(多组分)材料2被卷绕在具有长方形形状的芯体7上，以形成包括彼此堆叠的多个电极E的绕组8。
尤其，该方法包括闭合步骤，在闭合步骤期间，至少一个保持元件9、9’处于闭合配置，并保持材料2的至少一部分10与绕组8的其余部分接触，从而避免材料的部分10与芯体7的侧表面11或12之间的相对运动。更准确地，该方法还包括一个打开步骤，在打开步骤期间，保持元件9、9’处于打开配置，并允许材料2被卷绕在芯体7的第一侧表面11或12上。
有利地，尽管非必要地，闭合步骤和打开步骤至少部分地与卷绕步骤同时进行。尤其，闭合步骤补偿了材料2先前未辊制(rolled)的情况，因此电极E与隔膜S不是一体的。更准确地，在闭合步骤期间，保持元件9、9’支撑刚进入绕组8的材料2，从而防止位于其上的电极以不期望的方式移动。
图9和图10的非限制性实施例示出了在芯体7旋转半圈期间由卷绕装置1和支撑装置50呈现的位置的序列a-e。尤其，在芯体的这旋转半圈期间，一定量的材料2围绕芯体7卷绕，当绕组8处于平行于给料平面FP的位置时，材料2的宽度等于绕组8沿着输送路径CP的宽度。
有利地，尽管非必要地，在芯体7围绕轴线A1的整个一圈过程中，打开步骤和闭合步骤都至少部分地(尤其完全地)执行。尤其，根据图9和图10的顺序，在芯体7围绕轴线A1旋转半圈期间，打开步骤和闭合步骤都至少部分地(尤其完全地)执行。
有利地，尽管非必要地，在给料步骤期间，给料系统沿着给料平面FP供应材料2，尤其以速度VM供应。
有利地，尽管非必要地，该方法还包括支撑步骤，该支撑步骤又包括伴随子步骤AS，在伴随子步骤AS期间，借助于致动器系统56以第二速度VS移动的支撑装置50沿着给料平面FP支撑材料，直到其接近芯体7。尤其，“接近”在这种情况下意味着支撑装置50(尤其辊筒54)和芯体7之间的距离小于80mm，更精确地小于50mm，尤其小于20mm。
有利地，尽管非必要地，支撑装置50(尤其辊筒54)和芯体7之间的距离是可变的，尤其是通过芯体7的角度位置而变化。
有利地，尽管非必要地，支撑步骤还包括复位子步骤RS，在复位子步骤RS期间，支撑装置50往后退(沿着输送路径CP)，以避免与旋转的芯体7碰撞。更准确地，支撑装置50通过(线性的)电机57以间歇方式移动，支撑每个电极E或包括多个电极E的各个(单、半、全、双)电池(cell)。
尤其，支撑装置50的包括辊筒54和55的远端部分移入和移出芯体7的工作空间(芯体7支撑要被引入绕组的电极)，以保持它们相对于材料2(尤其隔膜S)的相对位置。术语“工作空间”表示由物体在执行操作(例如，上述轨道运动)期间，占据(在这种情况下，由芯体7占据)的一组点(例如，体积)。换句话说，“工作空间”是物体工作的空间体积。
有利地，尽管非必要地，辊筒54(借助于传动元件60和60’与辊筒58和58’一起)由致动器系统52(即，由电动机53)操作，以便以速度VR运动。
根据一些优选的非限制性实施例，速度VS和速度VR(至少部分地)是可变的，然而，尤其，速度VM(至少部分地)是恒定的。更准确地，辊筒54和与其连接的辊筒的速度VR在伴随子步骤AS和复位子步骤RS之间改变。根据一些非限制性实施例，这种改变包括方向的改变。
根据一些优选的但非限制性的实施例，由致动器系统52控制的辊筒54(以及与其连接的辊筒)的速度VR对应于材料2的速度VM和支撑装置50沿着输送路径CP的速度VS之间的差。尤其，根据这些实施例，辊筒54的速度VR是辊筒54的切向速度，即，所述辊筒54的角速度ω乘以辊筒54的半径R。
更准确地，所述速度可由以下公式表示：
VR＝VM-VS
其中
VR＝ωR
以这种方式，可以补偿支撑装置50沿着保持辊筒54、55(以及与其连接的辊筒)与材料2接触的输送路径的间歇性移动，而不会损坏材料2本身。换句话说，相对于惯性参考系统，辊筒54的切向速度VR总是基本上等于材料2的速度VM。以这种方式，可以在材料和辊筒54(其尤其与电极E接触)之间保持基本上纯的滚动状态。因此，防止辊筒54在材料2上滑动，从而有损坏材料的风险，例如在电极E(通常包括压缩粉末)的涂层上产生凹槽。
在一些非限制性情况下，在伴随子步骤AS的至少一部分期间，辊筒54和与其连接的辊筒静止。尤其，考虑到上述方程，当支撑装置50和材料2具有相同的速度时，这会发生。
有利地，尽管非必要地，根据图9和图10，卷绕步骤包括第一子步骤(在图9和10的序列的步骤a、b和c中示出)，在该第一子步骤期间，芯体7从平行于给料平面FP的水平位置(步骤a)移动到垂直位置(步骤c)，尤其基本上垂直于给料平面FP。
尤其，卷绕步骤包括第二子步骤(在图9和10的步骤c、d和e中示出)，在该第二子步骤期间，芯体7从垂直位置(步骤c)移动到水平位置(步骤e)，尤其基本上在给料平面FP上。更准确地，在卷绕步骤期间，第一和第二步骤分为芯体7的两个半圈。
在一些非限制性情况下，伴随步骤AS至少部分地、尤其完全地与第一子步骤同时进行。以这种方式，支撑装置50，尽管移动离开使材料进入绕组8的进入点EP，但仍支撑材料2，将电极E保持在适当位置。
根据一些非限制性实施例，复位步骤RS至少部分地、尤其完全地与第二子步骤同时进行。以这种方式，支撑装置50在向后移动避免与绕组8有可能接触(这将有损坏绕组8的风险)之前，支撑材料2，将电极E保持在适当位置尽可能长的时间。
尤其，在卷绕步骤的至少一部分期间，支撑装置处于给料平面上的一个位置，该位置有撞击芯体7的风险。
有利地，尽管非必要地，根据图10的非限制性实施例，保持元件9、9’在打开步骤期间移动远离绕组8，以避免撞击支撑装置50，如图10的步骤b、c和d中清楚地示出。
有利地，尽管非必要地，根据图9和图10的非限制性实施例，自转运动的完整周期(即，芯体7围绕轴线A1的完整旋转)对应于公转运动的两个半周期(即支撑件3围绕轴线A2的完整旋转)。以这种方式，围绕芯体7的材料2的进入点EP可以保持在恒定的高度，即在给料平面FP上，如图9所示。
尤其，芯体的自转运动的完整周期对应于两个伴随步骤和两个复位步骤。
有利地，尽管非必要地，控制单元(其是已知类型的并且在本文未示出)被配置为以组合的方式控制卷绕装置1和支撑装置50。以这种方式，在卷绕时，在将电极E铺设在隔膜S上的大部分过程内，材料2可以被支撑(从而避免除了所期望的位置之外的位置)，随后，由于材料围绕芯体7卷绕以形成绕组8的张力，电极E大致被稳定地锚定在隔膜上。
尤其，该方法涉及卷绕至少一个电极和/或至少一个隔膜。更准确地，该方法涉及由两个隔膜层隔开的具有不同极性(阳极和阴极)的两个电极层(或一系列电池)的卷绕。
有利地，尽管非必要地，电极E被引入到绕组8所经历的保持元件9、9’的闭合步骤至少部分地与电极E本身所经历的伴随步骤AS同时进行。换句话说，根据图9的步骤e，(下部)保持元件9’闭合，即与绕组8接触，这基本上处于电极E被支撑装置50完全释放(即从远端部分的辊筒54和55中出来)的同时(或之前)。
在使用时，材料2以带(band)的形式被供应到装置1，其被分成具有期望长度的条(strip)，这些条被配置为围绕芯体7卷绕。尤其，芯体7围绕轴线A1和轴线A2旋转，以进行上述轨道运动。在由致动器设备4和13产生的所述轨道运动期间，材料2优选地以恒定的速度和张力在进入点EP处被拉动。尤其，为了允许点EP保持在给料平面FP上，芯体围绕轴线A1的每个半圈对应于支撑件9围绕轴线A2的整圈。
在这些旋转过程中，致动器设备33沿着方向VD移动框架3，尤其移动的距离等于每半圈芯体7的材料2的厚度。一旦卷绕完成，即在芯体7的给定数量的半圈之后，停止致动器设备4和13，切割材料2，将绕组8封合(优选地通过胶带或胶水)，并(尤其是在打开抓握元件和释放绕组8之后)将绕组输送到本文未示出的已知的放电装置。
在上述旋转期间，支撑装置50以与卷绕装置1协调的方式操作，以间歇方式移动，以支撑进入绕组8的每个电极E，避免所述电极E的不期望的移动。尤其，支撑装置50试图将辊筒54和芯体7之间的距离保持在恒定值，或无论如何低于25mm。同时，致动器系统52防止辊筒54和与其连接的辊筒58、58’由于相对滑动而损坏电极E或材料2，致动器系统52改变速度VR以沿着行程ST补偿支撑元件的间歇性移动。
尽管上面描述的本发明尤其参考了精确的应用示例，但不应将其视为局限于所述应用示例，对其保护的范围还包括所附权利要求覆盖的所有那些变体、改变或简化，诸如例如芯体7的不同几何形状和组成、不同类型的致动器设备4和13、15、33、52、56或不同类型的传动元件、不同类型的保持元件等。
上述的装置、机器和方法具有许多优点。
首先，它们允许以规则和均匀的方式供应待卷绕的材料(无论其是单层还是多层材料)，尽管事实上卷绕的芯体具有非圆形形状，从而减少了那些对于具有扁平芯体的装置而言是典型振荡的振荡。
此外，它们允许卷绕未辊制的材料2，其通过保持元件9、9’在引入卷绕装置1期间和在实际卷绕期间支撑电极。
此外，上述速度VR的变化允许保护材料2，防止支撑装置的辊筒刮擦材料2，尤其是刮擦电极E。
本发明的另一个优点在于事实上在辊制材料的情况下也加强了该工序，从而允许在卷绕期间对材料进行更大的控制。
最后，远端部分的存在以及保持元件的打开和闭合运动的类型以及支撑装置的间歇性移动避免了两个装置1和50之间的碰撞，这两个设备以交替的方式占据了它们共享的工作空间。
非限制性实施例1涉及用于生产电能存储设备的卷绕装置1；卷绕装置包括：支撑件3；第一致动器设备4；具有长方形形状的芯体7，在其上卷绕材料2，以形成包括多个电极E的绕组8；所述芯体7以旋转方式布置在所述支撑件3上，并且被配置为使得所述芯体7通过第一致动器设备4围绕第一旋转轴线A1旋转；
该装置的特征在于，该装置包括至少一个保持元件9、9’，该保持元件9、9’被配置为在部分的卷绕过程中至少具有：
闭合配置，其中保持元件9、9’保持材料2的至少一部分10与绕组8接触，从而避免材料2的部分10与芯体7的第一侧表面11、12之间的相对移动；和
打开配置，其中保持元件9、9’允许材料2在芯体7的第一侧表面11、12上卷绕。
根据实施例1的实施例2，在闭合配置中，保持元件9、9’配置为将材料2的部分10推向芯体7的侧表面11、12。
根据前述实施例中的任一实施例的实施例3，其包括第二致动器设备13，该第二致动器设备13被配置为使所述支撑件围绕第二旋转轴线A2(尤其，其平行于第一旋转轴线A1)旋转。
根据前述实施例中任一实施例的实施例4，其包括至少一个第三致动器设备15，该第三致动器设备15被配置为操作所述至少一个保持元件9、9’。
根据权利要求4的实施例5，其中所述第三致动器设备15包括至少一个机械凸轮16，该机械凸轮16尤其包括沿横向于第一旋转轴线A1的平面布置的运动轮廓MP，第三致动器设备15还包括至少一个凸轮从动件19和运动传动系统，以至少部分地将凸轮从动件19的运动传递到所述至少一个保持元件9、9’。
根据前述实施例中任一实施例的实施例6，其包括至少第一保持元件9、9’和第二保持元件9、9’，其中第一保持元件9、9’与第二保持构件9、9’相对于芯体7彼此相对。
根据实施例6的实施例7，其中第一保持元件9、9’和第二保持元件9、9’被配置为彼此独立地被操作，尤其是通过第三致动器设备15进行，第三致动器设备15包括用于每个保持元件9、9’的机械凸轮16和凸轮从动件19。
根据实施例6的实施例8，其中第一保持元件9、9’和第二保持元件9、9’被配置为以相反的方式操作，即，使得保持元件9、9’之一的闭合配置对应于相对的保持元件9、9’的打开配置。
根据前述实施例中任一实施例的实施例9，其中每个保持元件9、9’包括至少一个远端元件23，远端元件23又包括接触部件25、25’，接触部件25、25’布置在远端元件23的端部中，绕组8的区域中，并且被配置为，在保持元件9、9’的闭合配置中，将材料2的部分10推向芯体7；尤其，接触部件是辊筒26，辊筒26被配置为在材料2的部分10上滚动，材料2的部分10对应于绕组8的外部；尤其，保持元件9、9’还包括弹性设备27，弹性设备27被配置为至少部分地调节接触部件25、25’推动材料2的部分10的压力。
根据实施例9的实施例10，其中每个保持元件9、9’包括多个远端元件，尤其，该远端元件被配置为通过第三致动器设备15而同时地移动或相对于彼此以适时不同的方式移动。
在非限制性实施例11中，提供了一种用于生产电能存储设备的机器，该机器包括：根据实施例1至10的设备；给料系统，该给料系统被配置为沿着输送路径CP供应待卷绕的材料2；以及支撑装置50，支撑装置50包括：支撑元件51，该支撑元件51沿着输送路径CP线性地可移动，待卷绕的材料2通过所述输送路径CP供应，并且该支撑元件51被配置为沿着预定行程ST以间歇方式移动；电动机53；第一辊筒54，其安装在所述支撑元件51上并且被配置为通过第一电动机以可变速度旋转；第二辊筒55，其与第一辊筒54相对，并且被布置在相对于输送路径CP的相对侧，以使材料2在第一和第二辊筒55之间移动；电动机53被配置为至少改变第一辊筒54的速度，以补偿支撑元件51的间歇性移动，至少部分地避免第一辊筒54和材料2之间的滑动。
在非限制性实施例12中，提供了一种用于生产电能存储设备的方法；该方法包括：卷绕步骤，在卷绕步骤中，材料2被卷绕8在具有长方形形状的芯体7上，以形成包括多个电极E的绕组8；闭合步骤，在闭合步骤期间，保持元件9、9’处于闭合配置，并保持材料2的至少一部分10与绕组8的其余部分接触，从而避免材料2的部分10与芯体7的第一侧表面11、12之间的相对运动；打开步骤，在打开步骤期间，保持元件9、9’处于打开配置，并允许材料2在芯体7的第一侧表面11、12上卷绕。
根据权利要求12的实施例13，其中所述闭合步骤和所述打开步骤至少部分地与所述卷绕步骤同时进行；尤其，闭合步骤补偿了材料2先前未被辊制的事实。
根据实施例12或13的实施例14，其中，在芯体7整圈期间，至少部分地执行打开步骤和闭合步骤；尤其在打开步骤期间，保持元件9、9’移动远离绕组8，从而避免与支撑装置50产生干涉。
根据实施例12至14中任一实施例的实施例15，包括给料步骤，在给料步骤期间，至少一个给料系统供应材料2。
根据实施例12至15中任一实施例的实施例16，其包括：伴随步骤AS，在伴随步骤AS中，支撑装置50沿着给料平面FP支撑材料2，直到其接近芯体7；以及复位步骤RS，在复位步骤期间，支撑装置50后退以避免与旋转的芯体7碰撞。

Claims (15)

1.一种用于生产电能存储设备的支撑装置(1)，所述支撑装置(1)包括：
支撑元件(51)，其沿着给料平面(FP)线性地可移动，材料(2)通过所述给料平面(FP)供应，并且所述支撑元件(51)被配置为沿着预定行程以间歇方式移动，以连续方式支撑所述材料(2)；
第一致动器系统(52)；
第二致动器系统(56)，其被配置为沿着所述预定行程(ST)以间歇方式驱动所述支撑元件(51)；
第一辊筒(54)，其安装在所述支撑元件(51)上，并且被配置为通过所述第一致动器系统(52)以可变的速度被驱动旋转；
第二辊筒(55)，其与所述第一辊筒(54)相对，并且被布置在相对于所述给料平面(FP)的相对侧，以使所述材料(2)在所述第一辊筒(54)和所述第二辊筒(55)之间移动；
所述第一致动器系统(52)被配置为至少控制所述第一辊筒(54)的速度，以补偿所述支撑元件(51)的间歇性移动以及基本上维持所述第一辊筒(54)和所述材料(2)之间的滚动状态。
2.根据权利要求1所述的装置，至少包括第三辊筒(58)和与所述第三辊筒(58)相对的第四辊筒(59)，其中所述第一辊筒(54)和所述第三辊筒(58)通过第一长方形运动传动元件(60)尤其是皮带或链条而彼此连接，并且其中所述第二辊筒(55)和所述第四辊筒(59)通过第二长方形运动传动元件(61)尤其是皮带或链条而彼此连接。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述第二致动器系统(56)是线性电动机(57)，所述线性电动机(57)被配置为沿着所述预定行程(ST)移动所述支撑元件(51)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第一致动器系统(52)是布置在所述支撑元件(51)上的电动机，尤其是无刷电动机。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第一辊筒(54)和所述第二辊筒(55)被配置为当它们通过运动传动系统连接时，以相同的速度移动。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述第二辊筒(55)是导辊。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第一辊筒(54)和第二辊筒(55)具有相同的尺寸，尤其小于20mm。
8.一种用于生产电能存储设备的机器，包括：根据权利要求1至7中任一项所述的装置；给料系统，所述给料系统被配置为沿着给料平面(FP)供应、尤其以恒定的速度供应待卷绕的材料(2)；以及卷绕装置(1)，所述卷绕装置(1)包括：
支撑件(3)；
第三致动器设备；
具有长方形形状的芯体(7)，在其上卷绕材料(2)，以形成包括多个电极(E)的绕组(8)；所述芯体(7)以旋转的方式设置在所述支撑件上，并且通过所述第三致动器设备使所述芯体(7)围绕第一旋转轴线(A1)旋转；
所述装置包括至少一个保持元件(9、9’)，所述保持元件(9、9’)被配置为在部分的卷绕过程中至少具有：
闭合配置，其中所述保持元件(9、9’)保持所述材料(2)的至少一部分(10)与所述绕组(8)接触，从而避免所述材料(2)的部分(10)与所述芯体(7)的第一侧表面(11，12)之间的相对移动；以及
打开配置，其中所述保持元件(9、9’)允许所述材料(2)卷绕在所述芯体(7)的所述第一侧表面(11，12)上。
9.一种用于生产电能存储设备的方法，所述方法包括：
给料步骤，在所述给料步骤期间，给料系统以第一速度沿着给料平面(FP)供应材料(2)；
支撑步骤，所述支撑步骤至少又包括：伴随子步骤(AS)，在所述伴随子步骤期间，通过第一致动器系统(52)以第二速度移动的支撑装置(50)沿着所述给料平面(FP)支撑所述材料(2)直到所述材料接近芯体(7)；以及复位子步骤(RS)，在所述复位子步骤期间，所述支撑装置(50)后退以避免与旋转的芯体(7)碰撞；所述支撑装置(50)至少包括第一辊筒和第二辊筒(55)，所述第一辊筒和第二辊筒(55)彼此相对，且所述材料(2)在所述第一辊筒和所述第二辊筒(55)之间移动。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一辊筒(54)由第二致动器系统(56)以第三速度驱动；所述第二速度和所述第三速度至少部分地是可变的；尤其所述第一速度基本上是恒定的。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第三速度从所述伴随子步骤到所述复位子步骤(RS)进行改变。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中，驱动所述第一辊筒(54)的所述第三速度对应于沿着所述给料平面(FP)供应所述材料(2)的所述第一速度与沿着所述给料平面(FP)的所述支撑装置(50)的所述第二速度之间的差值。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，包括卷绕步骤，在所述卷绕步骤期间，所述材料(2)被卷绕(8)在具有长方形形状的芯体(7)上，以形成包括多个电极(E)的绕组(8)。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述卷绕步骤包括：第一子步骤，在所述第一子步骤期间，所述芯体(7)从平行于所述给料平面(FP)的水平位置移动到垂直位置，尤其基本上垂直于所述给料平面(FP)；以及第二子步骤，在所述第二子步骤期间，所述芯体(7)从所述垂直位置移动到所述水平位置。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述伴随步骤(AS)至少部分地、尤其完全地与所述第一子步骤同时进行；并且其中所述复位步骤(RS)至少部分地、尤其完全地与所述第二子步骤同时进行。
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