CN201525044U - 全自动极片分切机 - Google Patents

Abstract

全自动极片分切机，具有分切前机构和分切后机构；其中分切前机构包括材料放卷部分、纠偏控制器、接带部分、放卷牵引部分、弹簧浮动辊以及分切刀模部分，并且前述各部分依次布置在基座上；分切后机构分为边料收集机构和极片收卷机构，其中边料收集机构由边料牵引辊、张力检测辊和上下收卷轴单臂支撑装置构成；极片收卷机构由极片数量检测光线、张力检测辊、对辊毛刷、压料部分和上下收卷轴单臂支撑装置构成，材料放卷部分放卷轴采用气涨轴张紧料卷。由于采用了先进的自动化控制系统、闭环张力控制系统、新型分切刀架等关键技术，满足了电池极片分切工艺要求。

Description

全自动极片分切机

技术领域

本实用新型属于材料加工设备技术领域，特别是锂离子电池及聚合物电池生产等新能源行业专用切割设备。

背景技术

分切机应用广泛，有纸张、塑料薄膜、金属薄膜等薄材的薄膜分切机，用于分切金属带材(如铜带、铝带、不锈钢带、镍带等)滚剪分切机，基本上由放卷、收卷和分切刀模三大部分组成，根据行业不同，材料的材质和厚度不同配有各种纠偏系统，张力控制系统，速度控制系统，配有分切刀具、刀模等，控制方式和精度上相差很大，普片设备的自动化程度较低。

锂离子电池及聚合物电池生产的新能源行业正负极片分切中，由于在铜箔和铝箔上双面间歇涂有正负极材料，属于复合材料，铜箔、铝箔厚度不到10μm，涂布后的厚度约150-350μm，双面间断涂布，涂布后还要进行多次滚压增加密度，这样材料的韧性降低，在分切过程中极易断带，边缘出现毛刺，造成电池安全隐患，所以对设备的刀具形式、张力控制、速度控制等提出了更高的要求。

目前手机、笔记本电脑、数码相机、MP4、便携式DVD等电池和新能源汽车所使用的动力电池，大多以锂离子电池和聚合物电池为主，以容量大，体积小，充电循环次数多等优点受到市场青睐。

国内在生产环节中，在对电池涂布正负材料的正负极片进行分切时，大多企业采用手工对涂布后正负材料的极片(卷料)先进行横向剪切，再纵向分切成所要求的宽度，该生产工艺生产效率底，人工周转环节多造成极片损坏，使电池成品率下降，最主要的是将极片分切成小片后，无法实现自动化设备来完成卷绕，从而用大量操作工人利用手动卷绕机卷绕电池卷芯。若制造动力电池极片要求较长(一般2米以上)人工操作更显不便。

发明内容

本实用新型发明目的是设计一种全自动极片分切机，以满足锂离子电池切片的需要。

具体地说，全自动极片分切机，具有分切前机构和分切后机构；其中分切前机构包括材料放卷部分、纠偏控制器、接带部分、放卷牵引部分、弹簧浮动辊以及分切刀模部分，并且前述各部分依次布置在基座上；分切后机构分为边料收集机构和极片收卷机构，其中边料收集机构由边料牵引辊、张力检测辊和上下收卷轴单臂支撑装置构成；极片收卷机构由极片数量检测光线、张力检测辊、对辊毛刷、压料部分和上下收卷轴单臂支撑装置构成，材料放卷部分放卷轴采用气涨轴张紧料卷，汽缸压紧定位放卷轴，由磁粉制动器和张力控制器实现恒张力控制；接带部分由两组汽缸分别压住材料的首和尾；上下收卷轴单臂支撑装置由直线导轨副和汽缸组成，并采用上下收卷滑差气涨轴同步收卷。

分切刀模部分放置于刀模推车上整体移动。

纠偏控制器采用光电EPC对放卷材料边缘进行自动跟踪纠偏。

放卷牵引部分用伺服电机驱动牵引辊，在主动辊上由两端的汽缸压紧橡胶辊实现对材料的压紧。

边料牵引辊为多个同步滚轮组对滚使边料牵引产生一定的拉力。

检测收卷卷径采用超声波检测机构实时精确检测卷径大小，并在触摸屏上显示。

具有对系统进行控制的人机界面。可以实现以下功能：

设备调试(手动模式)：线速度调试，手动功能调试。

设定分切线速度，伺服电机加减速时间。

显示设备当前分切线速度，分切米数，收卷卷径，极片数量。

极片规格管理画面：不同规格每班累计分切极片数量。

刀具管理画面：不同规格刀模刀具使用累计分切米数。

故障显示和故障报警纪录等。

本实用新型该设备是针对以上工艺缺陷而研制的全自动极片分切机，它是将涂布有正负材料的极片整卷装入设备，利用设备上的自动化控制系统(速度、张力、纠偏、气动等)实现连续分切，连续收卷，完成分切所要求的宽度，并将分切后的极片收成卷，这样可以很方便的转入下道工序，利用自动化设备实现自动连续卷绕，使生产效率显著提高，产品一致性得到提高。针对正负极片材料而研制出专用分切刀具、刀模，张力独立精确控制，收卷速度和分切速度实现差动控制，系统具有伺服控制、变频控制、PLC程序控制、气动控制等自动化控制，配有光电传感器、光纤传感器、超声波传感器、张力传感器等检测，所有参数在触摸屏上设定，达到了极片分切工艺要求，是国内自动化程度最高，效率最高，技术含量最高的极片分切设备。

附图说明：

图1为本实用新型主视图。

图2为本实用新型左视图。

图3为本实用新型右视图。

图4为本实用新型俯视图。

图5为本实用新型可更换刀模示意图。

图6为本实用新型收卷张力控制原理示意图。

图7为本实用新型分切运行数据显示换面。

图8为本实用新型分切运行数据中复位极片选择显示画面。

图9为本实用新型分切运行数据中复位收卷选择显示画面。

图10为为本实用新型分切运行数据设置显示画面。

图11为为本实用新型极片参数管理显示画面。

图12为本实用新型刀具管理显示画面。

图13为本实用新型报警显示画面。

图14为本实用新型手动模式调试显示画面。

图15本实用新型气动控制显示画面。

图16本实用新型系统总复位显示画面。

附标号说明：

1-材料放卷部分、2-纠偏控制器、3-接带部分、4-放卷牵引部分、5-弹簧浮动辊、6-分切刀模、7-极片数量检测光纤、8-边料牵引辊、9-张力检测辊、10-报警灯、11-对辊毛刷、12-压紧机构、13-压料部分、14-闭环张力控制器、15-电气比例阀、16-收卷滑差气涨轴、17-上下收卷轴单臂支撑装置、18-超声波检测机构、19-放卷张力控制器、20-磁粉制动器、21-纠偏光电EPC、22--纠偏推动器、23-主电气柜、24-控制按钮(包括启动、停止、复位、急停、钥匙、手动/自动、指示灯、蜂鸣器)、25-人机界面、26-风扇、27-主控开关、28-收卷传动部分、29-主动驱动传动部分、30-副电器柜、31-收卷轴和毛刷开关、32-汽缸按钮(放卷轴、胶辊、接带汽缸)、33-调节地脚、34-直线导轨副、35-刀模搬运车。

具体实施方式

如附图1-5所示，本实用新型设备主要组成部分及功能：

(1)材料放卷部分：图纸标号1，放卷轴采用气涨轴张紧料卷，汽缸压紧定位放卷轴，由磁粉制动器和张力控制器实现恒张力控制。放卷张力和分切、收卷张力完全分开控制。

(2)纠偏系统：采用光电EPC对放卷材料边缘进行自动跟踪纠偏，保证极片运行整齐。由标号2、21、22组成。

(3)接带部分：图纸标号3，配置独立接料平台，由两组汽缸分别压住材料的首和尾，用胶带手动完成接带。

(4)放卷牵引部分：图纸标号4，用伺服电机驱动牵引辊，在主动辊上由两端的汽缸压紧橡胶辊实现对材料的压紧，使放卷和分切收卷张力断开，实现放卷和收卷张力的单独精确控制。

(5)弹簧浮动辊：图纸标号5，在材料进入刀模分切之前，配置浮动辊，主要改善和平衡，材料变形一边松一边紧的缺陷，使两边材料拉力均匀，改善分切效果。

(6)分切刀模部分：图纸标号6，极片分切机专用刀模，跟换分切宽度时将所要求的刀模从推车上从侧面推入设备进行定位即可，更换方便。

(7)收卷张力控制系统：标号9、14、15、16组成。由精密张力传感器即时检测采集张力辊上的施加力，由专业闭环张力控制器直接控制电气比例阀，通过电器比例阀再控制收卷滑差轴气压，来改变滑差轴上各单元摩擦力，从而控制张力。为避免启动和停止时张力的波动，并设有停机张力。

(8)边料牵引机构：图纸标号8，利用同步滚轮组对滚使边料牵引产生一定的拉力，来改善材料两边的分切效果。

(9)刷粉和除尘：图纸标号11，分别用两组毛刷对分切后的极片刷粉和粉尘收集。

(10)收卷部分：图纸标号16，采用上、下收卷滑差气涨轴同步收卷，变频调速，在设备起步、加速、运行、减速、停机过程中，始终保证收卷线速度和分切线速度滑差.保证系统速度、张力稳定。

(11)收卷材料压紧装置(压杠)：图纸标号12，设备停止运行时可压紧分切材料，在停机、穿带过程中该机构方便实用。

(12)上下收卷轴单臂支撑装置：图纸标号17，可防止高速分切和收大卷径时收卷轴变形，有效提高收卷精度，提高收卷轴的使用寿命。由滚珠导轨副、转角下压汽缸，汽缸、活顶尖等组成。

(13)检测收卷卷径：图纸标号18，采用超声波传感器实时精确检测卷径大小，并在触摸屏上显示。

(14)光纤传感器：图纸标号7，检测已分切极片数量，可统计每种规格当日分切极片数量，也可统计周、月累计分切极片数量，有多种规格可选择。

(15)刀具使用管理功能：系统设置有20种刀模规格的累计使用米数，可有效提供使用者更换刀片的参考依据，操作者每次在触摸屏上只选定刀模规格即可，系统自动累计已分切的米数。

(16)压料滚轮：图纸标号13，分切后每条极片配有压料滚轮，改善收卷整齐度。

(17)人机界面主要功能：图纸标号25。

设备调试(手动模式)：线速度调试，手动功能调试。

设定分切线速度，伺服电机加减速时间。

显示设备当前分切线速度，分切米数，收卷卷径，极片数量。

极片规格管理画面：不同规格每班累计分切极片数量。

刀具管理画面：不同规格刀模刀具使用累计分切米数。

故障显示和故障报警纪录等。

设备工作原理：

(1)速度控制：主动牵引辊作为线速度基准，并与刀模同步传动，即主动辊和刀模辊直径相等，用伺服电机驱动，利用牵引辊每转的周长，牵引辊安装有旋转编码器，将编码器脉冲数传给可编程控制器(PLC)，由PLC计算出线速度，该速度即为分切线速度；速度控制由伺服驱动器实现，可实现加速、减速，速度控制范围1-60米/分。上下收卷轴由变频电机驱动，超声波传感器检测卷径后模拟量输出，由PLC控制变频器控制变频电机，滑差收卷轴实现单条差动收卷，该控制由PLC程序控制，在触摸屏上设定分切速度即可，设备自动按设定线速度运行。

(2)张力控制：

放卷张力由磁粉制动器和张力控制器恒张力控制，只要输入设定张力、材料平均厚度和初始卷径即可。

收卷张力由上下两组全自动闭环张力控制器控制两路收卷，只要在触屏上设定所要求的张力即可实现恒张力控制，控制原理如图6：

在张力检测轴上通过张力检测器检测出极片收卷实际张力，将张力传感器信号给张力控制器，张力控制器根据测定张力与设定张力计算出实际收卷张力误差，并采用PID控制计算张力误差控制信号，在原输出张力控制信号加上张力误差控制信号的情况下重新给定电气比例阀的给定信号，电气比例阀调整气压给收卷轴，通过收卷轴的气压的调整及时地调整了收卷张力，收卷轴上收卷张力的变化及时在张力检测轴上反映。

如此不断的循环检测、调整张力。保证张力的输出稳定性，由此而保证了收卷料的整齐，收卷料卷内部张力的一致。不会出现料卷由于张力的不稳定，产生当收卷卷径变化时出现的收料卷收卷不整齐、段带、塔形，甚至料卷内外卷散开等现象。

(3)纠偏控制：采用光电EPC对放卷材料边缘进行自动跟踪纠偏，自动纠偏控制器控制推动器实现自动纠偏，保证极片运行整齐。

(4)刷粉毛刷控制：采用尼龙滚筒毛刷，用两对低速同步电机对滚，转动线速度方向和极片运动方向相反，用手动按钮控制启动。

(5)触摸屏画面介绍

分切运行数据显示画面(图7)：

显示此画面是在手动/自动开关转向自动选择方向时，按画面下部1---5画面切换开关切换。画面显示正在分切的分切速度、分切极片类型、分切刀具规格、分切条数、分切已完成收卷长度、已分切极片数和收卷卷径等参数。

图8、图9画面右上角分别极片数复位及收卷长度复位画面切换开关，按画面切换开关后分别显示以下画面按“是”开关分别清除实际收卷长度及极片数。分切运行数据画面收卷长度及极片数显示为零。按返回返回原画面。

分切运行数据设置画面(图10)：

按图10画面下部“2”画面切换开关切换，分别可以设置分切线速度、分切启动加速时间、分切停止减速时间及最大收卷长度及最大卷径。根据极片分切的实际工艺情况用右边的键盘输入及调整。

极片参数管理画面(图11)：

按图11画面下部“3”画面切换开关切换，按下一页进入到极片参数管理2画面(与极片参数管理1画面内容相似)，可以设置10个需要分切的极片型号，察看并选择对应分切极片所用的刀具参数。在此画面下点击极片型号内容更改极片型号，根据需要按编号按钮选择极片型号，选择后编号按钮颜色为绿色。按对应的设定开关进入到刀具管理画面管理及调整刀具参数。

刀具管理画面(图12)：

在极片参数管理画面按对应的设定开关进入到刀具管理画面。根据刀具规格在对应编号后刀具规格及分切条数框内点击分别设置及更改刀具参数。分切累计长度内容显示选用此刀具后已分切的极片长度，根据使用情况可以及时的更换刀具。更换刀具后按累计长度复位下的复位开关将分切累计长度复位。

共可以管理20个刀具，按下一页进入到后7个刀具设定画面。按上一页返回。按刀具编号后自动返回到极片参数设置画面并将刀具编号后的参数写入极片参数内容中，并在画面1中显示。不进行刀具选择或更改，按返回开关返回到极片参数设置画面。

报警显示画面如图13；手动模式调试画面如图14；气动控制画面如图15；系统总复位画面如图16。

(6)设备参数：

极片分切厚度：5μm-350μm

放卷尺寸：卷径：500mm

材料最大宽度：550mm

放卷芯轴直径：3英寸

放卷最大重量：500Kg

收卷尺寸：卷径：450mm

收卷芯轴直径：3英寸

分切速度：1-60米/分，最高60米/分。

纠偏精度：0.2mm，纠偏行程：±50mm

刀模：配φ110mm和φ130mm刀模

分切宽度和条数：由产品工艺确定。(分切宽度40mm左右11条，分切宽度50mm左右10条，分切宽度60mm左右9条等)

分切宽度精度：±0.02mm

刀模轴长度：600mm

收卷闭环张力系统设定：10-200N(单轴)

收卷卷径检测：分辨精度0.5mm

放卷磁制力矩：0-50N.m

收卷整齐度：小于0.2mm

辊筒：镜面镀铬辊

主动辊：φ130mm

过渡辊：φ100mm

滚筒毛刷：φ65mm

本实用新型全自动极片分切机由于采用了先进的自动化控制系统、闭环张力控制系统、新型分切刀架等关键技术，满足了电池极片分切工艺要求。

Claims (7)

1.全自动极片分切机，具有分切前机构和分切后机构；其中分切前机构包括材料放卷部分(1)、纠偏控制器(2)、接带部分(3)、放卷牵引部分(4)、弹簧浮动辊(5)以及分切刀模部分(6)，并且前述各部分依次布置在基座上；分切后机构分为边料收集机构和极片收卷机构，其中边料收集机构由边料牵引辊(8)、张力检测辊(9)和上下收卷轴单臂支撑装置(17)构成；极片收卷机构由极片数量检测光线(7)、张力检测辊(9)、对辊毛刷(11)、压料部分(13)和上下收卷轴单臂支撑装置(17)构成，其特征是：材料放卷部分(1)放卷轴采用气涨轴张紧料卷，汽缸压紧定位放卷轴，由磁粉制动器和张力控制器实现恒张力控制；接带部分(3)由两组汽缸分别压住材料的首和尾；上下收卷轴单臂支撑装置(17)由直线导轨副(34)和汽缸组成，并采用上下收卷滑差气涨轴(16)同步收卷。

2. 根据权利要求1所述的全自动极片分切机，其特征是分切刀模部分(6)放置于刀模推车上整体移动。

3.根据权利要求1所述的全自动极片分切机，其特征是纠偏控制器采用光电EPC对放卷材料边缘进行自动跟踪纠偏。

4.根据权利要求1所述的全自动极片分切机，其特征是放卷牵引部分(4)用伺服电机驱动牵引辊，在主动辊上由两端的汽缸压紧橡胶辊实现对材料的压紧。

5.根据权利要求1所述的全自动极片分切机，其特征是边料牵引辊(8)为多个同步滚轮组对滚使边料牵引产生一定的拉力。

6.根据权利要求1所述的全自动极片分切机，其特征是检测收卷卷径采用超声波检测机构(18)实时精确检测卷径大小，并在触摸屏上显示。

7.根据权利要求1所述的全自动极片分切机，其特征是具有对系统进行控制的人机界面(25)。

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