CN209418678U - 可调节极耳错位的电芯卷绕系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了可调节极耳错位的电芯卷绕系统，包括卷针、阴极极片放卷机构、阳极极片放卷机构、隔离膜放卷结构、预压机构、极耳错位检测机构和控制系统，阴极极片放卷机构、阳极极片放卷机构和隔离膜放卷结构与控制系统电连接且对接于卷针，预压机构电连接控制系统并对经卷针卷绕而成的电芯进行预压，极耳错位检测机构电连接控制系统并对电芯进行极耳错位检测，阴极极片放卷机构上依次设有阴极厚度测量机构、阴极长度测量机构、厚度调整机构，阳极极片放卷机构上设有阳极厚度测量机构，厚度调整机构根据控制系统的指令而控制对阴极极片施加一定的压力使阴极极片表面产生压痕以改变阴极极片的厚度，通过实时的调节阴极极片的厚度以避免极耳错位。

Description

可调节极耳错位的电芯卷绕系统

技术领域

本实用新型涉及电芯卷绕技术领域，尤其涉及一种可调节极耳错位的电芯卷绕系统。

背景技术

目前，在二次电池生产领域，卷绕工艺是方形电芯的主流工艺，具有电芯产量高、安全性能好、能量密度高等特点。

卷绕工艺中，目前常用的做法是先对极片进行模切，然后将阴极极片、阳极极片、2层隔离膜按“隔离膜-阴极极片-隔离膜-阳极极片”的顺序在卷针上卷绕贴合完成。由于在电芯卷绕前已经完成了极片的模切工艺，极耳间距尺寸是无法实时调整的，会存在以下弊端：

1、固定的模切尺寸对物料厚度一致性的要求比较高，在量产过程中，若物料厚度与标准厚度不一致，仍会导致极耳错位(以卷绕40圈为例，当物料厚度差异1um时，极耳错位量可达4mm)，影响裸电芯后段工序的装配及焊接过流能力；

2、未考虑同一卷极片的厚度波动对卷绕极耳对齐度的影响，因此造成在卷绕工序，需要操作员通过撕贴铁氟龙等方式频繁调整卷针的周长来调整极耳错位量，降低了设备的利用率以及造成产品大量浪费；同时，无形地提高了卷绕设备对人员的素质要求。

为解决上述问题，急需提供一种电芯卷绕方法或系统，其能兼具了对物料适应性强、极耳错位小等特点，同时提高了产品优率和安全性能，降低了控制难度及制造成本。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可调节极耳错位的电芯卷绕系统，其能减少极耳错位量，提高电芯极耳宽度的一致性，可以有效提高后续工序如焊接工序的产品一致性；避免了极耳错位导致的电芯报废和极耳错位带来的频繁换卷，因而提高了产品优率，降低了物料浪费；减少之前生产过程中频繁粘贴铁氟龙及换卷带来的时间损耗，提高了设备的有效利用率；有效降低了因极耳错位带来的短路风险，同时还降低了电芯制造和使用过程中物理膨胀和电化学膨胀带来的安全隐患。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种可调节极耳错位的电芯卷绕系统，包括卷针、阴极极片放卷机构、阳极极片放卷机构、隔离膜放卷结构、预压机构、极耳错位检测机构和控制系统，所述阴极极片放卷机构、所述阳极极片放卷机构和所述隔离膜放卷结构接与所述控制系统电连接且对接于所述卷针，所述预压机构电连接控制系统并对经所述卷针卷绕而成的电芯进行预压，所述极耳错位检测机构电连接控制系统并对经所述卷针卷绕而成的电芯进行极耳错位检测，所述阴极极片放卷机构上依次设有阴极厚度测量机构、阴极长度测量机构、厚度调整机构，所述阳极极片放卷机构上设有阳极厚度测量机构，所述厚度调整机构根据所述控制系统的指令而控制对阴极极片施加一定的压力使阴极极片表面产生压痕以改变阴极极片的厚度。

进一步的，阴极极片放卷机构具有导向张力辊组，导向张力辊组导向和引流阴极极片对接至卷针。

进一步的，阴极厚度测量机构为压轮式万分尺，阴极厚度测量机构设于导向张力辊组靠近阴极极片放卷机构的起始端的张力辊。于起始端进行厚度测量，其测试结果较准确，采用压轮式万分尺进行测量，其测量精度≤±0.5um。

进一步的，阴极极片放卷机构还具有缓冲张力辊组，缓冲张力辊组将阴极极片缓冲并对接至卷针，厚度调整机构位于缓冲张力辊组与卷针之间，采用缓冲张力辊组对阴极极片进行缓冲从而提供可进行厚度调节的空间以便于调整厚度减少极耳错位量。

进一步的，导向张力辊组和缓冲张力辊组之间设置阴极长度测量机构，阴极长度测量机构为编码器，编码器安装于缓冲张力辊组中靠近导向张力辊组的张力辊，编码器用于实时监测阴极极片测定厚度之后移动的距离，以确定阴极极片移动到指定距离通过厚度调节装置来调节阴极极片的厚度，编码器的测量精度≤±1mm。

进一步的，厚度调整机构具有滚花机构、伺服电动缸和压力传感器，压力传感器感应滚花机构对阴极极片的压力并反馈信号至伺服电动缸，伺服电动缸根据控制系统反馈的指令和压力传感器反馈的信号驱动滚花机构对阴极极片施加一定的压力。控制系统接收到前一个电芯极耳错位量，阴极极片、阳极极片、隔离膜的厚度，阴极极耳的间距，卷针长半轴长度，卷针短半轴长度等参数，通过程序计算出滚花机构对于阴极极片施加的压力值，伺服电动缸根据控制系统反馈的压力值而对阴极极片施加压力直到与压力传感器感应的压力值对应。

进一步的，滚花机构具有凸点胶辊和与凸点胶辊配合的光滑胶辊，压力传感器感应凸点胶辊和光滑胶辊对阴极极片的压力并反馈信号至伺服电动缸，伺服电动缸驱动凸点胶辊向光滑胶辊的移动而控制对阴极极片施加的压力。光滑胶辊可采用质地较软的橡胶材质，以避免阴极极片于凸点胶辊和光滑胶辊之间过辊时破坏阴极极片，凸点胶辊也采用橡胶材质，凸点胶辊为于棍上形成凸点表面，因而可于阴极极片上形成凹凸不平的压痕。

进一步的，滚花机构具有固定于伺服电动缸的固定支架和与固定支架滑动连接的滑动支架，固定支架上固定上压辊，滑动支架上固定与上压辊配合的下压辊，上压辊为光滑胶辊，下压辊至少部分为凸点胶辊。更进一步的，固定支架设有第一卡槽，上压辊通过上压辊轴卡设于第一卡槽并可于固定支架上自由旋转，滑动支架设有第二卡槽，下压辊通过下压辊轴卡设于第二卡槽并可于滑动支架上自由旋转。更进一步的，固定支架沿竖直方向设有导轨，滑动支架沿导轨上下滑动而控制凸点胶辊和光滑胶辊对阴极极片的压力。伺服电动缸具有滚珠丝杠和伺服电机，滚珠丝杠与滑动支架连接，伺服电机与固定支架固定，根据压力传感器反馈的压力值，实时调节滚珠丝杠而改变上、下压辊之间的距离，从而控制上、下压辊对阴极极片的压痕深度以起到调节阴极极片厚度的作用。

进一步的，厚度调整机构根据控制系统的指令而控制对阴极极片施加一定的压力，控制系统根据程序的公式计算而获得压力值的指令，其公式为，

P＝α×[(L_n+1+βm-4a+4b-2πb)/2nπ-x-y-2z]

式中：P-阴极极片调节厚度时的施加压力值，kgf；α-压力调节系数；β-极耳错位修正系数，0＜β＜1；m-前一个电芯极耳错位量；x、y、z-阴极极片、阳极极片、隔离膜的厚度，mm；L_n+1-第n片极耳到第n+1片极耳的间距，mm；a-卷针长半轴长度，mm；b-卷针短半轴长度，mm。α和β为根据以往的电芯而模拟出的系数，m为对上一个卷绕后的电芯用相机拍照，通过其图像而得到的极耳错位量，通过阴极极片和阳极极片获得的厚度测量值得出x和y值，z为隔离膜本身的厚度，且一般厚度较均匀，卷绕前通过测量可获得，阴极极耳的间距可通过卷绕前极耳的模切参数而获得，a和b值为卷针长半轴和短半轴的长度，卷绕前通过测量可得。此公式可设置于可调节极耳错位的电芯卷绕系统中的控制系统，各变量也可以输入至控制系统，因而可实时、自动化的控制施加的压力值。

本实用新型的可调节极耳错位的电芯卷绕系统中的卷针、阴极极片放卷机构、阳极极片放卷机构、隔离膜放卷结构、预压机构和极耳错位检测机构皆与所述控制系统电连接，可保证各工序的及时性及准确性，通过阴极极片放卷机构上依次设有的阴极厚度测量机构、阴极长度测量机构、厚度调整机构，可于阴极极片放卷过程中依次对阴极极片进行厚度测量、长度测量、厚度调节，也就是意味着，对阴极极片的厚度进行实时的测量、确定移动到指定位置的阴极极片上进行厚度调节、并且通过对阴极极片施加一定的压力而使阴极极片表面产生压痕以改变阴极极片的厚度，通过此种阴极厚度的调节而调节整个电芯的厚度，从而避免电芯中极耳的错位。

附图说明

图1为本实用新型的可调节极耳错位的电芯卷绕系统的一实施例的示意图。

图2为本实用新型的可调节极耳错位的电芯卷绕系统中厚度调整机构的一实施例的示意图。

元件说明

100-可调节极耳错位的电芯卷绕系统；1-卷针；2-阴极极片放卷机构；21-阴极厚度测量机构；22-阴极长度测量机构；23-厚度调整机构；231-滚花机构；2311-固定支架；23111-第一卡槽；2312-滑动支架；23121-第二卡槽；2313-上压辊；2314-下压辊；23141-凸点胶辊；23142-下光滑压辊；2315-上压辊轴；2316-下压辊轴；232-伺服电机；2321-滚珠丝杠；2322-伺服电机；233-压力传感器；24-阴极端导向张力辊组；25-缓冲张力辊组；3-阳极极片收卷机构；31-阳极厚度测量机构；32-阳极长度测量机构；33-阳极端导向张力辊组；4-隔离膜放卷机构；5-预压机构；6-极耳错位检测机构；7-阴极极片；8-阳极极片；9-隔离膜。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。需要说明的是，除非另有明确的规定的限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将结合附图对于本实用新型的可调节极耳错位的电芯卷绕系统进行详细的说明。

如图1所示，可调节极耳错位的电芯卷绕系统100，包括卷针1、阴极极片放卷机构2、阳极极片放卷机构3、隔离膜放卷结构4、预压机构5、极耳错位检测机构6和控制系统(图中未示出)。阴极极片放卷机构2、阳极极片放卷机构3和隔离膜放卷结构4与控制系统电连接且对接于卷针1。隔离膜放卷结构4有2组，因而存在两层隔离膜9对接至卷针，从而形成叠置为“隔离膜9-阴极极片7-隔离膜9-阳极极片8”的卷绕电芯。预压机构5电连接控制系统并对经卷针卷绕而成的电芯进行预压以更好的进行极耳错位检测。极耳错位检测机构6电连接控制系统并对经卷针1卷绕而成的电芯进行极耳错位检测，极耳错位检测机构6可为带有分析功能的CCD相机，通过CCD相机拍摄的图像进行分析以计算出极耳错位量及极耳外侧与电芯最外缘的间距，测量精度≤±0.05mm。

继续如图1所示，阴极极片放卷机构2上依次设有阴极厚度测量机构21、阴极长度测量机构22、厚度调整机构23，厚度调整机构23根据控制系统的指令而控制对阴极极片7施加一定的压力使阴极极片7表面产生压痕以改变阴极极片的厚度。阴极极片放卷机构1具有阴极端导向张力辊组24和缓冲张力辊组25，阴极端导向张力辊组24导向和引流阴极极片对接至卷针1，缓冲张力辊组25将阴极极片缓冲并对接至卷针1。阴极厚度测量机构21为压轮式万分尺，设于阴极端导向张力辊组24靠近阴极极片放卷机构2的起始端的张力辊。阴极端导向张力辊组24和缓冲张力辊组25之间设置阴极长度测量机构22，阴极长度测量机构22为编码器，编码器安装于缓冲张力辊组25中靠近阴极端导向张力辊组24的张力辊。厚度调整机构23位于缓冲张力辊组25与卷针1之间，采用缓冲张力辊组25对阴极极片7进行缓冲从而提供可进行厚度调节的空间以便于调整厚度减少极耳错位量。

如图2所示，厚度调整机构23具有滚花机构231、伺服电动缸232和压力传感器233，压力传感器233感应滚花机构231对阴极极片7的压力并反馈信号至伺服电动缸232，伺服电动缸232根据控制系统和压力传感器233反馈的信号驱动滚花机构231对阴极极片7施加一定的压力。

继续如图2所示，滚花机构231具有固定于伺服电动缸232的固定支架2311和与固定支架2311滑动连接的滑动支架2312，固定支架2311上固定上压辊2313，滑动支架2312上固定与上压辊2313配合的下压辊2314，上压辊2313为光滑胶辊，下压辊2314至少部分为凸点胶辊，具体的，下压辊2314的左端为光滑表面，右端为凸点表面，以避免于阴极极片7的极耳上形成压痕。固定支架2311设有第一卡槽23111，上压辊2313通过上压辊轴2315卡设于第一卡槽23111并可于固定支架2311上自由旋转，滑动支架2312设有第二卡槽23121，下压辊2314通过下压辊轴2316卡设于第二卡槽23121并可于滑动支架2312上自由旋转。固定支架2311沿竖直方向设有导轨(图中未示出)，滑动支架2312沿导轨上下滑动而控制凸点胶辊和光滑胶辊对阴极极片的压力。

继续如图2所示，伺服电动缸232具有滚珠丝杠2321和伺服电机，滚珠丝杠与滑动支架连接2312，伺服电机2322与固定支架2311固定，根据压力传感器233反馈的压力值，实时调节滚珠丝杠2321而改变上压辊2313和下压辊2314之间的距离，从而控制上压辊2313和下压辊2314对阴极极片7的压痕深度以起到调节阴极极片厚度的作用。

需要说明的是，如图1所示，阳极极片放卷机构3上设有阳极厚度测量机构31、阳极长度测量机构32和阳极端导向张力辊组33。阳极厚度测量机构31为压轮式万分尺，设于阳极端导向张力辊组33靠近极极片放卷机构3的起始端的张力辊。阳极端导向张力辊组33导向和引流阳极极片8对接至卷针1。阳极端导向张力辊组33和卷针1之间设置阳极长度测量机构32，阳极长度测量机构32为编码器，用于确定阳极极片8移动的距离。

下面结合图1和图2对于本实用新型的可调节极耳错位的电芯卷绕系统100的运作方式进行说明。

开启控制系统，阴极极片放卷机构2对阴极极片7进行放卷，阳极极片放卷机构3对阳极极片8进行放卷，隔离膜放卷结构4对隔离膜9进行放卷，阴极极片7依次经过阴极厚度测量机构21的厚度测量、阴极端导向张力辊组24的导向和引流、阴极长度测量机构22的长度测量、缓冲张力辊组25的缓存、厚度调节机构23对阴极极片7厚度的调节而对接于卷针1，阳极极片8依次经过阳极厚度测量机构31的厚度测量、阳极端导向张力辊组33的导向和引流、阳极长度测量机构32的长度测量而对接于卷针1，卷针1对阴极极片7、阳极极片8和隔离膜9进行卷绕，卷绕后的电芯经预压机构5预压之后再经极耳错位检测机构6进行极耳错位的检测，通过此系统的连续运行可获得批量的可调节极耳错位的电芯。

其中，阴极厚度测量机构21的厚度测量值、阳极厚度测量机构31的厚度测量值、上一个电芯的极耳错位检测机构6获得极耳错位值可实时的反馈至控制系统，控制系统根据数据通过程序的数学逻辑运算获得施加的压力值并反馈至厚度调节机构23，厚度调节机构23根据控制系统的指令而实时调节滚珠丝杠2321驱动滑动支架2312向上沿固定支架2311滑动，通过改变上压辊2313和下压辊2314之间的距离而调节处于上压辊2313和下压辊2314之间的阴极极片7的表面压痕，从而起到调节阴极极片7的作用。

应当指出，以上具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求限定的范围。

Claims (12)

1.可调节极耳错位的电芯卷绕系统，其特征在于，包括卷针、阴极极片放卷机构、阳极极片放卷机构、隔离膜放卷结构、预压机构、极耳错位检测机构和控制系统，所述阴极极片放卷机构、所述阳极极片放卷机构和所述隔离膜放卷结构与所述控制系统电连接且对接于所述卷针，所述预压机构电连接控制系统并对经所述卷针卷绕而成的电芯进行预压，所述极耳错位检测机构电连接控制系统并对经所述卷针卷绕而成的电芯进行极耳错位检测，所述阴极极片放卷机构上依次设有阴极厚度测量机构、阴极长度测量机构、厚度调整机构，所述阳极极片放卷机构上设有阳极厚度测量机构，所述厚度调整机构根据所述控制系统的指令而控制对阴极极片施加一定的压力使阴极极片表面产生压痕以改变阴极极片的厚度。

2.根据权利要求1所述的可调节极耳错位的电芯卷绕系统，其特征在于，所述阴极极片放卷机构具有导向张力辊组，所述导向张力辊组导向和引流所述阴极极片对接至所述卷针。

3.根据权利要求2所述的可调节极耳错位的电芯卷绕系统，其特征在于，所述阴极厚度测量机构为压轮式万分尺，所述阴极厚度测量机构设于所述导向张力辊组靠近所述阴极极片放卷机构的起始端的张力辊。

4.根据权利要求2所述的可调节极耳错位的电芯卷绕系统，其特征在于，所述阴极极片放卷机构还具有缓冲张力辊组，所述缓冲张力辊组将所述阴极极片缓冲并对接至所述卷针。

5.根据权利要求4所述的可调节极耳错位的电芯卷绕系统，其特征在于，所述导向张力辊组和所述缓冲张力辊组之间设置所述阴极长度测量机构，所述阴极长度测量机构为编码器，所述编码器安装于所述缓冲张力辊组中靠近所述导向张力辊组的张力辊。

6.根据权利要求4所述的可调节极耳错位的电芯卷绕系统，其特征在于，所述厚度调整机构位于所述缓冲张力辊组与所述卷针之间。

7.根据权利要求6所述的可调节极耳错位的电芯卷绕系统，其特征在于，所述厚度调整机构具有滚花机构、伺服电动缸和压力传感器，所述压力传感器感应所述滚花机构对所述阴极极片的压力并反馈信号至所述伺服电动缸，所述伺服电动缸根据所述控制系统发出的指令和所述压力传感器反馈的信号驱动所述滚花机构对所述阴极极片施加一定的压力。

8.根据权利要求7所述的可调节极耳错位的电芯卷绕系统，其特征在于，所述滚花机构具有凸点胶辊和与所述凸点胶辊配合的光滑胶辊，所述压力传感器感应所述凸点胶辊和所述光滑胶辊对所述阴极极片的压力并反馈信号至所述伺服电动缸，所述伺服电动缸驱动所述凸点胶辊向所述光滑胶辊的移动而控制对所述阴极极片施加的压力。

9.根据权利要求7所述的可调节极耳错位的电芯卷绕系统，其特征在于，所述滚花机构具有固定于所述伺服电动缸的固定支架和与所述固定支架滑动连接的滑动支架，所述固定支架上固定上压辊，所述滑动支架上固定与所述上压辊配合的下压辊，所述上压辊为光滑胶辊，所述下压辊至少部分为凸点胶辊。

10.根据权利要求9所述的可调节极耳错位的电芯卷绕系统，其特征在于，所述固定支架设有第一卡槽，所述上压辊通过上压辊轴卡设于所述第一卡槽并可于所述固定支架上自由旋转，所述滑动支架设有第二卡槽，所述下压辊通过下压辊轴卡设于所述第二卡槽并可于所述滑动支架上自由旋转。

11.根据权利要求9所述的可调节极耳错位的电芯卷绕系统，其特征在于，所述固定支架沿竖直方向设有导轨，所述滑动支架沿所述导轨上下滑动而控制所述凸点胶辊和所述光滑胶辊对所述阴极极片的压力。

12.根据权利要求9所述的可调节极耳错位的电芯卷绕系统，其特征在于，所述伺服电动缸具有滚珠丝杠和伺服电机，所述滚珠丝杠与所述滑动支架连接，所述伺服电机与所述固定支架固定。