CN219424808U - 一种锂电池无摆辊隔膜涂布机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锂电池无摆辊隔膜涂布机，包括隔膜、放卷装置、机头、出料装置、收卷装置、数据采集装置和控制装置；所述隔膜由所述放卷装置输出，依次经过所述机头、所述出料装置和所述收卷装置；所述数据采集装置设置在所述放卷装置、所述机头或所述出料装置内部；所述控制装置与所述数据采集装置电连接；本实用新型通过扭矩调节隔膜张力，实现高精度控制，并且基于无摆辊实现了隔膜与各辊接触角的调节，大程度降低了大包角的可能，避免了起皱。

Description

一种锂电池无摆辊隔膜涂布机

技术领域

本实用新型涉及隔膜涂布机技术领域，更具体的说是涉及一种锂电池无摆辊隔膜涂布机。

背景技术

目前，市场普遍锂电隔膜涂布机都采用摆辊用于张力控制的方式，一方面通过压缩空气气压控制气缸推力来控制张力，另一方面通过电位器或者位置感应器检测摆辊位置控制放卷、牵引、收卷的电机的速度，使用PID调节方式使其稳定在设定位置，这样来保证隔膜在涂布机运行时的张力恒定。摆辊张力由于是钟摆结构，在涂布机收放卷和牵引处摆辊和隔膜接触的角度基本接近180°，对于有凹陷的隔膜特别7μm以下厚度的隔膜经过大包角过辊时容易产生褶皱，并且摆辊控制张力以钟摆方式摆动而不是直线运动，这使摆辊在处于不同位置时输出的张力也会有所不同，导致隔膜张力控制精度大幅减低。

市场上也有其他涂布机使用磁粉离合器控制张力的，这种方式虽然不需要摆辊，但是磁粉离合器控制精度低，反应速度慢，不适合在隔膜涂布机上使用。

因此，如何提供一种锂电池无摆辊隔膜涂布机，能避免摆辊带来的易褶皱问题和控制难度问题，以达到提高控制精度，提高涂布质量的效果是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种锂电池无摆辊隔膜涂布机，能够解决隔膜涂布机在摆辊控制张力结构需要的大包角穿带比较容易引起的起皱等表面不良，降低控制难度需求，提高了控制精度。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种锂电池无摆辊隔膜涂布机，包括：隔膜、放卷装置、机头、出料装置、收卷装置、数据采集装置和控制装置；

所述隔膜由所述放卷装置输出，依次经过所述机头、所述出料装置和所述收卷装置；

所述数据采集装置设置在所述放卷装置、所述机头或所述出料装置内部；

所述控制装置与所述数据采集装置电连接。

进一步的，所述放卷装置包括放卷辊筒以及设置在所述放卷滚筒出口端的第一过辊以及第一连接组辊；所述第一过辊电连接有第一伺服电机；所述隔膜经过所述第一过辊和所述第一连接组辊输出至所述机头，并且所述隔膜与所述第一过辊和所述第一连接组辊接触角小于等于90°。

进一步的，所述数据采集装置包括安装在所述放卷辊筒上的超声波传感器，所述超声波传感器与所述控制装置电连接，用于检测放卷辊筒上的卷材直径。

进一步的，所述机头包括基准辊、涂布辊、分布在所述涂布辊两侧的第一中间辊和第二中间辊以及设置在所述机头出口的第二过辊；

所述基准辊、所述第一中间辊和所述第二中间辊分别连接有第二伺服电机和第三伺服电机；所述第二伺服电机和所述第三伺服电机与所述控制装置电连接；

所述隔膜通过所述基准辊传输，依次经过所述第一中间辊、所述涂布辊、所述第二中间辊和所述第二过辊，并且所述隔膜与所述涂布辊、所述第一中间辊、所述第二中间辊、和所述第二过辊的接触角均小于等于90°。

进一步的，还包括连接所述第一连接组辊和所述基准辊的第二连接组辊，所述第二连接组辊用于调整所述隔膜的传输角度，并且扩大所述隔膜与所述基准辊的包角。

进一步的，所述基准辊、所述第一中间辊和所述第二中间辊分别对应连接有第二伺服电机、第三伺服电机和第四伺服电机；第二伺服电机和第三伺服电机与控制装置电连接。

进一步的，在所述基准辊和所述第一中间辊之间还设有展平辊，所述展平辊具有凹凸面，用于将所述隔膜展平。

进一步的，所述数据采集装置包括多个张力传感器，多个所述张力传感器分别安装在所述放卷装置与所述机头之间、所述机头与所述出料装置之间以及所述出料装置与所述收卷装置之间，用于采集所述隔膜的张力。

进一步的，所述数据采集装置包括多个超声波传感器，多个所述超声波传感器分别安装于所述放卷装置内、所述出料装置内和所述收卷装置内，用于采集卷材直径。

进一步的，还包括烘烤装置，所述隔膜经过所述机头涂布后，进入所述烘烤装置进行烘干，烘干后的所述隔膜进入所述出料装置。

一种锂电池无摆辊隔膜涂布机控制方法，包括以下步骤：

设置隔膜目标张力值，并根据所述目标张力值计算预置扭矩；

实时采集隔膜张力值，并基于所述目标张力值计算多个时刻的张力偏差值；

根据所述多个时刻的张力偏差值计算扭矩控制增量。

进一步的，所述实时采集隔膜张力值包括：

采集放卷装置与机头之间的隔膜张力值；

采集机头与出料装置之间的隔膜张力值；

采集出料装置与收卷装置之间的隔膜张力值。

进一步的，步骤还包括：

设置摩擦力参数并获取卷材直径；

根据所述目标张力值、所述摩擦力参数和所述卷材直径，计算电机扭矩值，并输入到伺服电机中。

进一步的，所述卷材直径包括放卷辊筒的卷材直径、出料牵引辊内的卷材直径和/或收卷辊筒的卷材直径。

本实用新型的有益效果：

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种锂电池无摆辊隔膜涂布机，能够解决隔膜涂布机在摆辊控制张力结构需要的大包角穿带比较容易引起的起皱等表面不良，降低控制难度需求，并且提出了扭矩控制方式，提高了控制精度；本实用新型通过张力监测和卷材直径监测分别实现了张力控制的高精度以及高精度下的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本实用新型实施例提供的一种锂电池无摆辊隔膜涂布机结构示意图；

图2附图为本实用新型实施例中提供的张力控制方法示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型实施例公开了一种锂电池无摆辊隔膜涂布机，包括：隔膜、放卷装置、机头、出料装置、收卷装置、数据采集装置和控制装置；

隔膜由放卷装置输出，依次经过机头、出料装置和收卷装置；

数据采集装置设置在放卷装置、机头或出料装置内部；

控制装置与数据采集装置电连接。

在一种实施例中，还包括显示装置，如触摸屏；触摸屏与控制装置电连接，用于实现人机交互。

在一种实施例中，放卷装置包括放卷辊筒以及设置在放卷滚筒出口端的第一过辊以及第一连接组辊；第一过辊电连接有第一伺服电机；隔膜经过第一过辊和第一连接组辊输出至机头，并且隔膜与第一过辊和第一连接组辊接触角小于等于90°。

具体的，图1中隔膜从放卷辊筒放出，然后经过由过辊1、过辊2、过辊3组成的第一连接组辊，隔膜在传输移动过程中，通过过辊1、过辊2和过辊3对隔膜传输方向，放卷装置内部的所有过辊与隔膜的接触角均小于等于90°。

而如果隔膜采用摆辊穿带方式时，摆辊穿带到过辊的时候基材必须是与隔膜运行方向相反的，所以摆辊和隔膜的接触角必须大于90°，从而容易引起隔膜运行过程中打皱。

在本实施例中，第一伺服电机输控制第一过辊对隔膜产生与隔膜传输方向相反的扭矩，运行过程中机头基准辊以设定的速度把隔膜往前输送，当机头基准辊产生的拉力所受到的力大于放卷设定的张力值时放卷辊筒就会被隔膜牵引旋转，放卷辊筒驱动伺服电机的扭矩由PLC(可编程控制器)根据触摸屏(人机界面)上设定的张力根据开环模式或闭环模式进行控制。

在一种实施例中，数据采集装置包括张力传感器，由张力传感器采集隔膜张力，结合控制装置实现闭环模式控制。

具体的，控制装置为PLC，放卷机构配置张力传感器实时检测隔膜放卷张力物理量输出到PLC，PLC把放卷张力传感器检测到的物理量换算成实际张力值，当张力传感器检测到的数值偏离触摸屏上所设定的张力值时PLC通过程序运算实时调节放卷辊筒驱动的伺服电机扭矩来实现精准张力控制.PLC通过程序运算把触摸屏设置的张力值和采样值实时比较实时调整放卷辊筒驱动的扭力值输出到伺服电机驱动器，然后驱动器自动根据PLC给出的扭力物理量控制放卷辊筒驱动伺服电机的扭力来对隔膜产生精确的拉力，使隔膜能以高精度恒张力方式维持放卷张力。

在另一实施例中，张力传感器安装在机头内、出料装置内或收卷装置内的过辊中，用于检测隔膜张力。可实现对隔膜各个阶段的张力控制，通过机头内过辊安装张力传感器，实现放卷装置和机头之间的隔膜张力检测，结合控制装置以及安装的伺服电机实现张力控制；通过在出料装置内设置张力传感器，实现机头内部过辊与出料装置内部过辊间的隔膜张力检测，结合控制装置以及对应安装的伺服电机实现张力控制。

在一种实施例中，数据采集装置包括安装在放卷辊筒上的超声波传感器，超声波传感器与控制装置电连接，用于检测放卷辊筒上的卷材直径。

在本实施例中，根据超声波传感器采集的卷材直径结合控制装置实现开环模式控制。

具体为，放卷辊筒使用超声波传感器实时检测放卷卷材的直径，由于涂布过程中放卷卷材在一直在向前输送，卷材的直径也会随着输送过程中逐渐减小，这个时候就需要通过PLC(可编程控制器)运算根据放卷卷筒的直径变化实时调节放卷辊筒驱动伺服电机扭矩来实现精准张力控制，PLC(可编程控制器)通过程序运算触摸屏上设置的设定:(张力+触摸屏上设置的摩擦力)*放卷卷材直径＝伺服电机扭矩值，输出到伺服电机驱动器，然后驱动器自动根据PLC(可编程控制器)给出的扭力物理量控制放卷辊筒驱动伺服电机的扭力来对隔膜产生精确的拉力，由于卷筒直径是个线性变量，所以程序运算结果输出到伺服电机的扭矩值也是线性变化的，这样基膜避免了因传感器信号干扰、或故障引起的张力波动，这对于要求低张力的隔膜有极大的保护效果。

在另一实施中，超声波传感器除了检测放卷装置内的卷材直径外，还可以安装在出料装置内的卷材直径或收卷装置内的卷材直径或以上两种或多种场合的结合应用，结合控制装置内的程序实现各个结构内的开环模式张力控制。

在一种实施例中，机头包括基准辊、涂布辊、分布在涂布辊两侧的第一中间辊和第二中间辊以及设置在机头出口的第二过辊；

隔膜通过基准辊传输，依次经过第一中间辊、涂布辊、第二中间辊和第二过辊，并且隔膜与涂布辊、第一中间辊、第二中间辊、和第二过辊的接触角均小于等于90°。

基准辊、第一中间辊和第二中间辊分别连接有第二伺服电机、第三伺服电机和第四伺服电机；第二伺服电机和第三伺服电机与控制装置电连接。其中，基准辊即过辊6，过辊6由第二伺服电机驱动，通过第二伺服电机为整机的隔膜传输提供前进动力；第一中间辊即过辊8和第二中间辊即过辊10分别由第三伺服电机和第四伺服电机驱动，用于实现张力控制，保证涂布过程时第一中间辊和第二中间辊的工作区域张力稳定；过辊8保证隔膜与辊之间的角度的同时改变方向，使隔膜垂直向上与辊9网纹辊接触进行涂布，过辊10为吸附辊，控制涂布区域隔膜的的张力；涂布辊即过辊9为网纹辊，网纹辊粘有浆料与隔膜接触来进行涂布。

在另一实施例中，还包括连接第一连接组辊和基准辊的第二连接组辊，第二连接组辊用于调整隔膜的传输角度，并且扩大隔膜与基准辊的包角。

具体的，第二连接辊由过辊4和过辊5组成，接收过辊3传输来的隔膜并进行角度调节，过辊4和过辊5分别与隔膜不同的两面接触，基准辊和过辊5与隔膜的接触面也为不同的两个面，经过过辊4的角度调节，隔膜与过辊5的接触角控制在小于等于90°的范围，隔膜由过辊5传输至基准辊，经过过辊5的角度调节，可增大隔膜与基准辊的接触包角。

在另一实施例中，在基准辊和第一中间辊之间还设有展平辊，展平辊具有凹凸面，用于将隔膜展平，避免基准辊上隔膜大包角输送产生褶皱。

在一种实施例中，机头与出料装置之间设有烘烤装置，隔膜经过第二过辊即过辊11，过辊11保证隔膜与辊之间的角度的同时改变方向，进入烘烤装置进行烘干。

在本实施例中，经过烘干后的隔膜进入出料装置后，依次经过过辊12和过辊13组成的第三连接组辊后被吸附过辊14吸附，其中，过辊12和过辊13通过调节隔膜角度，增加隔膜与过辊14的接触包角；过辊14通过连接的第五伺服电机控制过辊10与过辊14直接的隔膜张力。

在另一实施例中，隔膜经过过辊14后，通过过辊15调整隔膜输出角度，输出至收卷装置，收卷装置内的辊16保证隔膜与辊之间的角度的同时改变方向，保证过辊17的包角，过辊17为展平辊，用于保证隔膜收卷时的平整；过辊18保证隔膜与辊之间的角度的同时改变方向，保证收卷辊筒的角度；最终由所述收卷辊筒把涂布完的隔膜进行旋转收起。

在一种实施例中，数据采集装置包括多个张力传感器，多个张力传感器分别安装在放卷装置与机头之间、机头与出料装置之间以及出料装置与收卷装置之间，用于采集隔膜的张力。

在一种实施例中，数据采集装置包括多个超声波传感器，多个超声波传感器分别安装于放卷装置内、出料装置内和收卷装置内，用于采集卷材直径。

如图2，本实用新型还提出了一种锂电池无摆辊隔膜涂布机控制方法，包括以下步骤：

S1：设置隔膜目标张力值，并根据目标张力值计算预置扭矩；

S2实时采集隔膜张力值，并基于目标张力值计算多个时刻的张力偏差值；

在一种实施例中，实时采集隔膜张力值包括：采集放卷装置与机头之间的隔膜张力值；采集机头与出料装置之间的隔膜张力值；采集出料装置与收卷装置之间的隔膜张力值。

S3：根据多个时刻的张力偏差值计算扭矩控制增量；

在一种实施例中，具体控制方法如下，PLC根据触摸屏上设置的目标张力值SV-张力传感器检测的隔膜张力值PV运算出偏差值E，然后采取增量式PID算法进行运算ΔU＝KP*[E(n)-E(n-1)]+KI*E(n)+KD*[E(n)-2E(n-1)+E(n-2)]

其中，ΔU为放卷伺服扭矩控制增量；KP为比例系数；KI为积分系数；KD为微分系数；E(n)为当前偏差值；E(n-1)为上一时刻计算的偏差值；E(n-2)为前两个时刻计算的偏差值。

PLC程序通过先根据触摸屏上所设置的设定张力SV参数运算出一个伺服扭矩预置扭矩，然后利用预置扭矩+上式运算结果ΔU＝输出到伺服扭矩值，由于ΔU是实时调节变量，控制着伺服电机的电流环使放卷机构的张力能快速到达设定值，并且能在运行过程中实时调节消除张力偏差，以达到高精度张力控制的目的。其中PV在触摸屏实时显示；SV在触摸屏上有输入框可以让用户能根据工艺要求调节；KP在触摸屏上有输入框可以让用户能根据工艺要求调节；KI在触摸屏上有输入框可以让用户能根据工艺要求调节；KD在触摸屏上有输入框可以让用户能根据工艺要求调节。

在另一实施例中，步骤还包括：

S4：设置摩擦力参数并获取卷材直径；

在一种实施例中，卷材直径包括放卷辊筒的卷材直径、出料牵引辊内的卷材直径和/或收卷辊筒的卷材直径。

S5：根据目标张力值、摩擦力参数和卷材直径，计算电机扭矩值，并输入到伺服电机中。

在另一实施例中本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种锂电池无摆辊隔膜涂布机，其特征在于，包括：隔膜、放卷装置、机头、出料装置、收卷装置、数据采集装置和控制装置；所述放卷装置包括放卷辊筒以及设置在所述放卷滚筒出口端的第一过辊以及第一连接组辊；所述第一过辊电连接有第一伺服电机；所述隔膜经过所述第一过辊和所述第一连接组辊输出至所述机头，并且所述隔膜与所述第一过辊和所述第一连接组辊接触角小于等于90°；

所述隔膜由所述放卷装置输出，依次经过所述机头、所述出料装置和所述收卷装置；

所述数据采集装置设置在所述放卷装置、所述机头或所述出料装置内部；

所述控制装置与所述数据采集装置电连接。

2.根据权利要求1所述的一种锂电池无摆辊隔膜涂布机，其特征在于，所述数据采集装置包括安装在所述放卷辊筒上的超声波传感器，所述超声波传感器与所述控制装置电连接，用于检测放卷辊筒上的卷材直径。

3.根据权利要求1所述的一种锂电池无摆辊隔膜涂布机，其特征在于，所述机头包括基准辊、涂布辊、分布在所述涂布辊两侧的第一中间辊和第二中间辊以及设置在所述机头出口的第二过辊；

所述隔膜通过所述基准辊传输，依次经过所述第一中间辊、所述涂布辊、所述第二中间辊和所述第二过辊，并且所述隔膜与所述涂布辊、所述第一中间辊、所述第二中间辊、和所述第二过辊的接触角均小于等于90°。

4.根据权利要求3所述的一种锂电池无摆辊隔膜涂布机，其特征在于，还包括连接所述第一连接组辊和所述基准辊的第二连接组辊，所述第二连接组辊用于调整所述隔膜的传输角度，并且扩大所述隔膜与所述基准辊的包角。

5.根据权利要求3所述的一种锂电池无摆辊隔膜涂布机，其特征在于，所述基准辊、所述第一中间辊和所述第二中间辊分别对应连接有第二伺服电机、第三伺服电机和第四伺服电机；第二伺服电机和第三伺服电机与控制装置电连接。

6.根据权利要求3所述的一种锂电池无摆辊隔膜涂布机，其特征在于，在所述基准辊和所述第一中间辊之间还设有展平辊，所述展平辊具有凹凸面，用于将所述隔膜展平。

7.根据权利要求1所述的一种锂电池无摆辊隔膜涂布机，其特征在于，所述数据采集装置包括多个张力传感器，多个所述张力传感器分别安装在所述放卷装置与所述机头之间、所述机头与所述出料装置之间以及所述出料装置与所述收卷装置之间，用于采集所述隔膜的张力。

8.根据权利要求7所述的一种锂电池无摆辊隔膜涂布机，其特征在于，所述数据采集装置包括多个超声波传感器，多个所述超声波传感器分别安装于所述放卷装置内、所述出料装置内和所述收卷装置内，用于采集卷材直径。

9.根据权利要求1所述的一种锂电池无摆辊隔膜涂布机，其特征在于，还包括烘烤装置，所述隔膜经过所述机头涂布后，进入所述烘烤装置进行烘干，烘干后的所述隔膜进入所述出料装置。