CN202423449U - 一种锂电池极片辊压加工设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种锂电池极片辊压加工设备,包括放卷机构和收卷机构,在放、收卷机构之间设有辊压单元,辊压单元包括依次布置的第一摆辊机构、第一辊压机构、第二摆辊机构、第二辊压机构和第三摆辊机构,各摆辊机构包括摆辊装置及驱动装置,摆辊装置包括中心转轴,在中心转轴上固定装配有摆辊支架,在摆辊支架的相对于中心转轴对称布置的两端分别转动装配有与中心转轴并行延伸的摆辊,还包括用于角位移传感器和用于接收角位移传感器输出的检测信号、并根据检测信号调整放卷机构、收卷机构、第一辊压机构及第二辊压机构运行速度的控制装置。将极片卷的一次大变形量分散为两次小压缩变形量,极大的降低了对极片卷辊压加工时所产生的应力。
Description
技术领域
本实用新型属于锂电池极片生产技术领域,特别涉及一种锂电池极片辊压加工设备。
背景技术
辊压是目前国内外锂离子电池极片成型生产流程中的一个重要环节,辊压工序是在涂布工序之后的工序,后续工序有的是先辊压后切片,有的是先切片后辊压。对涂好的电池极片卷或极片进行辊压,就是将涂层压薄、压密,压到要求的压实密度。从容量上来说,目前国内锂离子电池主要是小容量电池生产,并且工艺上也已经很成熟。而在大容量锂离子动力电池生产上尚处于初期不成熟阶段,在辊压工序上,基本上都是一次辊压设备。目前的一次辊压设备包括放卷机构和收卷机构,在放、收卷机构之间设置由一对压辊组成的辊压机构,有的辊压机构与放卷机构或收卷机构之间还设置有用于过渡调整极片卷移动方向的过渡辊,一次辊压设备,即是将极片涂层一次碾压到所需的厚度,完成辊压工序。
目前的动力电池主要使用在车上、船舶上等大能量需求的地方,容量越大电池体积越大。动力电池对空间的要求比小容量电池严格的多,要求小体积大容量才能满足使用要求,对极片来说就是要求同样厚度的极片要求更大的容量,也就是要求更大的压实密度。由于锂电池极片卷涂层的特殊性,辊压后极片卷内应力很大,很脆,在动力电池生产上,目前一次辊压设备,在进行大压实密度极片辊压时,极片卷容易出现断裂、翘曲变形大以及延展率大等情况,在高压实密度下一次辊压设备出现的这些问题会造成原材料的大量浪费、极大影响后续生产工序并直接影响电池性能。上述的各部分机构工作时,需要相互之间的速度匹配和稳定的张力控制,所以在上述的辊压加工设备中还设置有用于检测摆辊装置中的摆辊支架绕中心转轴转动角度的角位移传感器和用于接收角位移传感器输出的检测信号、并根据检测信号调整放卷机构、收卷机构、第一辊压机构及第二辊压机构运行速度的控制装置。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种对极片二次辊压加工的锂电池极片辊压加工设备,以解决现有技术中采用一次辊压设备在进行大压实密度极片辊压时极片卷容易出现断裂、翘曲变形大的技术问题。
为实现上述目的,本实用新型采用如下技术方案:一种锂电池极片辊压加工设备,包括放卷机构和收卷机构,在放、收卷机构之间设有用于对极片卷进行辊压加工的辊压单元,所述的辊压单元包括依次布置的均由一对压辊组成的用于对极片卷进行二次辊压加工的第一辊压机构和第二辊压机构,第一辊压机构和放卷机构之间、第一辊压机构和第二辊压机构之间及第二辊压机构和收卷机构之间对应的设置有用于调整极片卷移动速度的第一、第二、第三摆辊机构,所述的各摆辊机构均包括摆辊装置及驱动摆辊装置转动的驱动装置,摆辊装置包括中心转轴,在中心转轴上固定装配有摆辊支架,在摆辊支架的相对于中心转轴对称布置的两端分别转动装配有与中心转轴并行延伸的摆辊,所述驱动装置包括电机和与电机的动力输出轴相联接的磁粉离合器,磁粉离合器通过传动带与摆辊装置的中心转轴传动连接,所述辊压加工设备还包括用于检测摆辊支架绕中心转轴转动角度的角位移传感器和用于接收角位移传感器输出的检测信号、并根据检测信号调整放卷机构、收卷机构、第一辊压机构及第二辊压机构运行速度的控制装置。
所述的摆辊机构还包括用于对摆辊装置进行保护的缓冲限位装置,该缓冲限位装置包括沿摆辊支架转动方向位于摆辊支架两侧的缓冲弹簧。
所述的控制装置为PLC控制系统。
所述的放卷机构包括基座和安装座,在安装座的放卷架上转动装配有放卷辊,安装座沿放卷辊轴向滑动装配在基座上,在基座和安装座之间设置有丝杠螺母驱动机构,丝杠螺母驱动机构中的丝杠转动装配在基座的上端上、螺母固定设置在安装座的下端面上,在丝杠上传动有由伺服电机。
所述的放卷机构上还设置有自动对边纠偏装置,该自动对边纠偏装置包括位于放卷架和第一摆辊机构之间、与放卷架分离布置的用于检测极片卷边缘线位置的超声波传感器,超声波传感器的信号输出端与所述PLC控制系统相连,PLC控制系统将根据超声波传感器输出的检测信息所得到的调整信号输送给放卷机构上的伺服电机。
所述的收卷机构包括基座和安装座,在安装座的收卷架上转动装配有放卷辊,安装座沿放卷辊轴向滑动装配在基座上,在基座和安装座之间设置有丝杠螺母驱动机构,丝杠螺母驱动机构中的丝杠转动装配在基座的上端上、螺母固定设置在安装座的下端面上,在丝杠上传动有由伺服电机。
所述的收卷机构上还设置有自动对边纠偏装置,该自动对边纠偏装置包括位于收卷架和第三摆辊机构之间、固设在收卷架上的用于检测极片卷边缘线位置的超声波传感器,该超声波传感器的信号输出端与所述PLC控制系统相连,PLC控制系统将根据超声波传感器输出的检测信息所得到的调整信号输送给收卷机构上的伺服电机。
本实用新型的有益效果是:本实用新型所提供的锂电池极片辊压加工设备使用时,极片卷在辊压加工设备中从放卷机构开始,经过第一摆辊机构进入第一辊压机构300,经过第一辊压机构辊压压实后,在第一辊压机构牵引下经第二摆辊机构进入第二辊压机构中,由第二辊压机构对极片卷进行第二次辊压压实,在设定的压力和两压辊的辊缝下极片卷上的涂层被压缩到要求的压实密度,然后在第二辊压机构牵引下极片卷经过第三摆辊机构,最后由收卷机构进行收卷,至此辊压连续作业工序完成。相比于现有技术中的一次辊压加工方式来讲,将极片卷的一次大变形量分散为两次小压缩变形量,极大的降低了对极片卷辊压加工时所产生的应力,减少了极片卷翘曲的程度,减少了极片卷断带的可能,提高了辊压工序生产效率、稳定性,减少了极片卷的浪费。上述的部分机构工作时,需要相互之间的速度匹配和稳定的张力控制,这些工作在控制装置的协调下可以保证。各部分机构的速度以第二辊压机构上的压辊转动线速度v1为基础,v1可设定为整个辊压设备的基础运行速度,第一辊压机构上的压辊转动线速度为v2,放卷机构上放卷辊的转动线速度为v3,收卷机构的收卷辊的转动线速度为v4,由于极片卷的厚度及长度方向尺寸的不均匀性以及打滑等不确定因素会造成张力以及各机构之间极片卷行进的速度不一致,为保证整个连续辊压工序极片卷的正常稳定运行,在摆辊机构上的角位移传感器和控制装置的控制下各机构转动线速度度以v1为基础进行协调变化。以此保证了各机构之间的速度匹配和张力稳定,使得极片卷在可以承受的张力范围内正常移动,以完成整个连续辊压工艺。
附图说明
图1是本实用新型所提供的锂电池极片辊压加工设备一种实施例的结构示意图;
图2是图1中A向视图;
图3是图1中摆辊装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1、图2、图3所示,一种锂电池极片辊压加工设备的实施例,该实施例中的锂电池极片辊压加工设备包括放卷机构100和收卷机构700,在放、收卷机构之间设置有用于对极片卷进行辊压加工的辊压单元,辊压单元包括依次布置的用于对极片卷进行二次辊压加工的第一辊压机构300和第二辊压机构500,第一辊压机构300和第二辊压机构500均由一对压辊所组成,使用时,由放卷机构100放卷,经过第一辊压机构300和第二辊压机构500的二次辊压加工后,由收卷机构700将极片卷800收起。
与现有技术相比,本实施例中的辊压加工设备采用二次辊压,为提高二次辊压的稳定性,所述的辊压加工设备中还增加了三个摆辊机构,从而达到第一、第二辊压机构和放卷机构及收卷机构相互的速度匹配以及相互之间的张力稳定控制,形成稳定的流水线作业。三个摆辊机构分别为设置在放卷机构100和第一辊压机构300之间的第一摆辊机构200、位于第一辊压机构300和第二辊压机构500之间的第二摆辊机构400及位于第二辊压机构500和收卷机构700之间的第三摆辊机构600,上述的三个摆辊机构的结构基本相同,摆辊机构包括摆辊装置12和驱动摆辊装置转动的驱动装置,如图3所示,摆辊装置12包括由驱动装置驱动其绕自身回转中心轴线转动的中心转轴122,在中心转轴122上固定装配有呈H型结构的摆辊支架121,在摆辊支架121上相对于中心转轴对称布置的两端分别转动装配有与中心转轴并行延伸的摆辊123,极片卷以S形绕设在摆辊装置上,如图2所示,驱动装置包括电机15和与电机的动力输出轴传动联接的磁粉离合器14,磁粉离合器通过连轴器13、传动带11与所述的摆辊装置12的中心转轴122传动连接,电机15通过磁粉离合器14、连轴器13、传动带11向摆杆装置提供转动力矩。为防止摆辊摆动过量,所述的摆辊机构还包括用于对摆辊装置进行保护的缓冲限位装置,该缓冲限位装置包括沿摆辊支架摆动方向位于摆辊两侧的缓冲弹簧,此处的缓冲弹簧采用气弹簧8起到缓冲和限位的作用。
极片卷800由放卷机构100开始,经过渡辊6、第一摆辊机构200、第一辊压机构300、第二摆辊机构400、第二辊压机构500、第三摆辊机构600后进入收卷机构700,上述的各部分机构工作时,需要相互之间的速度匹配和稳定的张力控制,所以在上述的辊压加工设备中还设置有用于检测摆辊装置中的摆辊支架绕中心转轴转动角度的角位移传感器9和用于接收角位移传感器输出的检测信号、并根据检测信号调整放卷机构、收卷机构、第一辊压机构及第二辊压机构运行速度的PLC控制系统。
本实施例中分别位于辊压加工设备两端的放卷机构和收卷机构的结构基本相同,放卷机构包括基座7和安装座1,在安装座1的放卷架7上转动装配有放卷辊4,安装座1沿放卷辊轴向通过直线轴承滑动装配在基座2上,在基座2和安装座1之间设置有丝杠螺母驱动机构3,丝杠螺母驱动机构3中的丝杠转动装配在基座的上端面上、螺母固定设置在安装座的下端面上,在丝杠上设置有伺服电机(图中未显示),在放卷机构上设置有自动对边纠偏装置即常用的epc纠偏装置,epc纠偏装置包括位于放卷架和第一摆辊机构之间、与放卷架4分离布置的用于检测极片卷边缘线位置的超声波传感器5,超声波传感器的信号输出端与所述PLC控制系统相连,PLC控制系统将根据超声波传感器输出的检测信息所得到的调整信号输送给放卷机构上的伺服电机。收卷机构的结构与放卷机构的不同主要在于,在收卷机构的安装座上设置的是收卷支架,在收卷支架21上设置的是收卷辊22,在收卷机构上同样设置有epc纠偏装置,该epc纠偏装置包括位于收卷架和第三摆辊机构之间、固设在收卷架上的用于检测极片卷边缘线位置的超声波传感器23,该超声波传感器的信号输出端与所述PLC控制系统相连,PLC控制系统将根据超声波传感器输出的检测信息所得到的调整信号输送给收卷机构上的伺服电机。收卷机构上的epc纠偏装置与放卷机构上的epc纠偏装置不同之处主要在于:收卷机构上的epc纠偏装置中的超声波传感器23固设在收卷架21上而随收卷架一起移动,而放卷机构上的epc纠偏装置上的超声波传感器5与放卷架7没有固连在一起,两者分体独立设置。
上述实施例中所提供的辊压加工设备使用时,极片卷800在辊压加工设备中从带有epc纠偏装置控制的放卷机构100的放卷辊开始,在放卷机构100的电机转动下开始向后行进,极片卷依次经过过渡辊6、第一摆辊机构200而进入第一辊压机构300,经过第一辊压机构300的辊压压实后,在第一辊压机构的电机转动牵引下经第二摆辊机构400进入第二辊压机构500中,由第二辊压机构500对极片卷800进行第二次辊压压实,在设定的压力和两压辊的辊缝下极片卷上的涂层被压缩到要求的压实密度,然后在第二辊压机构500的电机转动牵引下极片卷经过第三摆辊机构600,最后由带有epc纠偏装置的收卷机构700进行收卷,至此辊压连续作业工序完成。
上述的部分机构工作时,需要相互之间的速度匹配和稳定的张力控制,这些工作在PLC控制系统的协调下可以保证。各部分机构的速度以第二辊压机构500上的压辊转动线速度v1为基础,v1可设定为整个辊压设备的基础运行速度,第一辊压机构上的压辊转动线速度为v2,放卷机构上放卷辊的转动线速度为v3,收卷机构的收卷辊的转动线速度为v4,由于极片卷的厚度及长度方向尺寸的不均匀性以及打滑等不确定因素会造成张力以及各机构之间极片卷行进的速度不一致,为保证整个连续辊压工序极片卷的正常稳定运行,在摆辊机构上的角位移传感器和PLC控制系统的控制下各机构转动线速度度以v1为基础进行协调变化。
工作时,起初v1= v2= v3= v4,当极片卷在第一辊压机构300和第二辊压机构500中移动速度不一致时,首先极片卷在行进下会带动第二摆辊机构中的摆辊装置12绕圆点P进行摆动偏移原始位置0,而此时与摆辊装置相连的角位移传感器会根据偏移量给出相应大小的模拟信号传送到相连的PLC控制系统,PLC控制系统会根据信号来改变第一辊压机构300上压辊的转动线速度v2,线速度改变量的大小由模拟信号的大小来决定,而速度改变会造成第一辊压机构300和第二辊压机构500之间极片卷的张力变化,当张力变化到一定值时,极片卷会拉动摆辊装置向0位置转动,只有当摆辊装置12回到0位置时,角位移传感器才会停止给PLC传送信号,第一辊压机构上压辊的转动线速度v2才会停止变化,这样就保证了第一辊压机构300和第二辊压机构500之间的速度匹配和张力稳定,同时也保证极片卷的正常运行。同理,放卷机构上放卷辊的转动线速度v3会以第一辊压机构上压辊的转动线速度v2为基础在第一摆辊机构和PLC控制系统的控制下进行协调改变。而收卷机构上收卷辊的转动线速度v4则是以v1为基础在第三摆辊机构和PLC控制系统的控制下进行协调改变。也就是受,v2以v1为基础,v3以v2为基础,v4以v1为基础进行协调改变,以此保证了各机构之间的速度匹配和张力稳定,使得极片卷在可以承受的张力范围内正常移动,以完成整个连续辊压工艺。
辊压加工装置中的用于调整极片卷移动速度的摆辊机构在工作时,在平衡状态下,摆辊装置前后的极片卷平移速度保持一致,摆辊装置会在0位置,极片卷作用在摆辊装置上转动力矩会跟系统设定的磁粉离合器所提供的转动力矩保持平衡。在通电状态下电机一直在设定的恒转速n1转动,通过与之相连的磁粉离合器14、连轴器13及传动带11,转动力矩使摆辊装置12一直有向相反于极片卷运行方向转动的趋势。摆辊装置绕中心转轴的摆动分两种情况:1、运行中如果这个转动趋势一旦带动摆辊装置向逆时针方向转动一点,与摆辊装置相连的皮带传动机构11会带动与之相连的角位移传感器9动作,同时给出相应的模拟信号通过PLC控制系统控制相应的辊压机构或收、放卷机构运行速度变化通过极片卷拉动摆辊机构使之有向平衡位置0顺时针方向转动的趋势,只要没有到达平衡这个趋势会一直存在,极片卷会一直保持有小于磁粉离合器设定值的张力存在。而当极片卷的张力作用在摆辊装置上的转动力矩超过磁粉离合器设定的转动力矩值时摆辊装置就会转动,直到重新回到平衡位置0。2、相反,运行中如果速度变化造成极片卷带动摆辊装置有向顺时方向摆动的趋势时,即与电机15所造成的转动方向相同时,摆辊装置会立即顺势转动,角位移传感器9会立即发出信号给PLC控制系统相应机构的运转速度使得极片卷向摆辊装置提供迫使摆辊装置产生向逆时针方向运行的转动力矩,当这个转动力矩大于磁粉离合器能承受转动力矩设定值时摆辊装置就会逆时针方向转动,此时的转动力矩最大也就是磁粉离合器的转动力矩设定的值。辊压加工设备的运行情况只有1和2两种情况,极片卷所提供的摆辊装置的转动力矩不会超过磁粉离合器的转动力矩的设定值,摆辊机构配合PLC控制系统一直会保证摆辊装置无限趋向于0位置。
对于摆辊机构来讲,根据角位移传感器类型的不同,精度和测量范围不一样,图中所画是保证摆辊装置在离开0位置±30度的范围内转动,但实际运行中由于设定提速量的不合适、来料的偶然性等会造成摆辊会转动到1或2 的极限位置还有继续扩大的趋势,所以在上述实施例中设置有气弹簧8,以起到限位和缓冲的作用,保证极片卷正常运行,理论上正常情况下,只要根据料的不同,设定程序中根据角位移信号量输出的提速信号量合适,摆辊装置是不会超出有效旋转范围的。
Claims (7)
1.一种锂电池极片辊压加工设备,包括放卷机构和收卷机构,在放、收卷机构之间设有用于对极片卷进行辊压加工的辊压单元,其特征在于:所述的辊压单元包括依次布置的均由一对压辊组成的用于对极片卷进行二次辊压加工的第一辊压机构和第二辊压机构,第一辊压机构和放卷机构之间、第一辊压机构和第二辊压机构之间及第二辊压机构和收卷机构之间对应的设置有用于调整极片卷移动速度的第一、第二、第三摆辊机构,所述的各摆辊机构均包括摆辊装置及驱动摆辊装置转动的驱动装置,摆辊装置包括中心转轴,在中心转轴上固定装配有摆辊支架,在摆辊支架的相对于中心转轴对称布置的两端分别转动装配有与中心转轴并行延伸的摆辊,所述驱动装置包括电机和与电机的动力输出轴相联接的磁粉离合器,磁粉离合器通过传动带与摆辊装置的中心转轴传动连接,所述辊压加工设备还包括用于检测摆辊支架绕中心转轴转动角度的角位移传感器和用于接收角位移传感器输出的检测信号、并根据检测信号调整放卷机构、收卷机构、第一辊压机构及第二辊压机构运行速度的控制装置。
2.根据权利要求1所述的锂电池极片辊压加工设备,其特征在于:所述的摆辊机构还包括用于对摆辊装置进行保护的缓冲限位装置,该缓冲限位装置包括沿摆辊支架转动方向位于摆辊支架两侧的缓冲弹簧。
3.根据权利要求1所述的锂电池极片辊压加工设备,其特征在于:所述的控制装置为PLC控制系统。
4.根据权利要求1或2或3所述的锂电池极片辊压加工设备,其特征在于:所述的放卷机构包括基座和安装座,在安装座的放卷架上转动装配有放卷辊,安装座沿放卷辊轴向滑动装配在基座上,在基座和安装座之间设置有丝杠螺母驱动机构,丝杠螺母驱动机构中的丝杠转动装配在基座的上端上、螺母固定设置在安装座的下端面上,在丝杠上传动有由伺服电机。
5.根据权利要求4所述的锂电池极片辊压加工设备,其特征在于:所述的放卷机构上还设置有自动对边纠偏装置,该自动对边纠偏装置包括位于放卷架和第一摆辊机构之间、与放卷架分离布置的用于检测极片卷边缘线位置的超声波传感器,超声波传感器的信号输出端与所述PLC控制系统相连,PLC控制系统将根据超声波传感器输出的检测信息所得到的调整信号输送给放卷机构上的伺服电机。
6.根据权利要求1或2或3所述的锂电池极片辊压加工设备,其特征在于:所述的收卷机构包括基座和安装座,在安装座的收卷架上转动装配有放卷辊,安装座沿放卷辊轴向滑动装配在基座上,在基座和安装座之间设置有丝杠螺母驱动机构,丝杠螺母驱动机构中的丝杠转动装配在基座的上端上、螺母固定设置在安装座的下端面上,在丝杠上传动有由伺服电机。
7.根据权利要求6所述的锂电池极片辊压加工设备,其特征在于:所述的收卷机构上还设置有自动对边纠偏装置,该自动对边纠偏装置包括位于收卷架和第三摆辊机构之间、固设在收卷架上的用于检测极片卷边缘线位置的超声波传感器,该超声波传感器的信号输出端与所述PLC控制系统相连,PLC控制系统将根据超声波传感器输出的检测信息所得到的调整信号输送给收卷机构上的伺服电机。
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