JP2013523452A - 電池極片に対してレーザー切断を行う制御方法およびシステム - Google Patents

Abstract

本発明には、電池極片に対してレーザー切断を行う制御方法とシステムが公開冴えているが、本発明の方法には次のステップが含まれている：１）制御ユニットは切断しようとする極片の図形データを接収して、対応する運動軌跡データを生成する、２）制御ユニットは制御コマンドと運動軌跡データを実行ユニットに発送する、３）実行ユニットは制御コマンドを実行し、レーザーを制御して運動軌跡データに従って、所定の軌跡に沿って移動する。本発明は運動軌跡でレーザーの運動路線を表示することによって、極片の切断速度が速くなり、切断形状の精度が保証でき、しかも、図形サイズデータなどのパラメータの入力、修正が便利になり、電池極片図形の頻繁な変化に円滑に対応できる。

Description

本発明は電池極片生産中のレーザー切断制御技術に関するもので、具体的には電池極片に対してレーザー切断を行う制御方法およびそのシステムに関するものである。

リチウムイオン動力電池は、近頃新興の動力自動車など製品中最も重要な部品一であるが、この製品は現れたばかりであるのに、所要量は厖大である。ところが、目下生産中には相対的に成熟した技術は、まだ現れていない。既存技術において、動力電池の電芯成型中、電芯の正・負極材料の切断が必要とする。伝統的な機械切断方法は、切断後の極片の切口の所にバリなどが出て、リチウム電池の安全性に影響を与え、しかも、機械切断の作用力によって、電池極片の性能にも影響をもたらす可能性がある。レーザーを使って電芯の正・負極材料を切断（レーザーが材料上を走り、レーザーの高密度エネルギーを利用して材料を切断）することによって、機械切断の欠陥を克服することができ、これによって、複数の突き出されたリードが付いた特定の極片形状を形成させることができる。

既存の極片レーザー切断制御技術では、普遍的にレーザーマーキングソフトを使って図形を入力してから、生産ライン上の製品が経過される際、検流計を実行ユニットとして、レーザーを制御し、製品上を高速に走らせることによって、製品上に痕跡を残す。大量の極片切断にとって、このような制御技術は、あまり理想的ではなく、次の問題が解決できない：ａ．生産ライン上の連続切断機能が実現できなく、既存のマーキング制御方式では、毎度単一製品の切断又はマーキングしかできない、ｂ．図形入力方式を使用する場合、前の図形の処理が終わると、次の図形をセット且つ処理することに一定の時間が必要とし、生産ラインの流れが速い場合、この時間は無視できない時間となり、対応且つ処理できなくなり、比較的大きな切断位置誤差などが生じる恐れがある、ｃ．切断しようとする極片の形状にちょっとの変化が発生した場合、処理上比較的難しくなり、改めて設計士、図形を入力しなければならなく、操作中制御プログラムはパラメータを修正する方式で自動に図形の変化に適応することはできない。

本発明では、電池極片に対してレーザー切断を行う制御方法およびそのシステムを提供し、電極図形の変化に良く適応でき、切断図形の精度を保証することに目的がある。

本発明によって提出されるこのような電池極片に対してレーザー切断を行う制御方法には次のステップが含まれる：１）制御ユニットは切断しようとする極片の図形データを接収して、対応する運動軌跡データを生成する、２）制御ユニットは制御コマンドと運動軌跡データを実行ユニットに発送する、３）実行ユニットは制御コマンドを実行し、レーザーを制御して運動軌跡データに従って、所定の軌跡に沿って移動する。

その中、ステップ３）には次のステップが含まれる：３１）実行ユニットのコマンド処理モジュールは制御ユニットの制御コマンドを接収して、その中の行列指令は順次にコマンド行列バッファー中に添加され、３２）実行ユニットの行列コマンド解析モジュールはコマンド行列バッファー中のデータを解析し、運動軌跡上の座標点データを生成し、座標点データを順次に出力データ行列バッファー中に入力し、３３）実行ユニットのデータ発送モジュールは、座標点データ情報を順次に検流計に発送して、検流計の制御を通じて、レーザーを順次に座標点の対応する位置に反射する。

その中、ステップ１）中で接収された図形データには、極片とリードの高さ、幅、各辺の長さ、隣接の間隔のデータなどが含まれる。

本発明によって提出される、電池極片に対してレーザー切断を行う制御システムは、制御ユニットと実行ユニットからなり、前記制御ユニットには、切断しようとする極片図形データの接収に使われる図形データ接収モジュールや、極片の図形データによって、レーザー運動軌跡データの算出に使われる運動軌跡生成モジュールが含まれており、実行ユニットは運動軌跡データの接収や、レーザー反射位置の制御に使われる。

前記実行ユニットには、コマンド処理モジュールや、行列コマンド解析モジュール、データ発送モジュールおよび検流計などが含まれており、前記コマンド処理モジュールは制御ユニットの制御コマンドを接収し、その中の行列指令をコマンド行列バッファー中に添加することに使われる。前記行列コマンド解析モジュールはコマンド行列バッファー中のデータに対する解析を行い、運動軌跡上の座標点を生成し、座標点データを出力データ行列バッファー中に入力することに使われる。前記データ発送モジュールは座標点データ情報を順次に検流計に発送することに使われる。

前記実行ユニットには、進捗管理モジュールも含まれる。

本発明は既存技術に比べて次の有益な効果がある：運動軌跡でレーザーの運動路線を表示することによって、予めレーザーの軌跡を計画し、連続的なレーザー切断が可能となり、電芯成型速度が速くなり、切断形状の精度が保証でき、生産ラインの流れ速度が４００ｍｍ/ｓの時に、０．１ｍｍ以内にコントロールすることができ、しかも、軌跡表示方法を使用することによって、図形サイズデータなどのパラメータの入力、修正が便利になり、電池極片図形の頻繁な変化に円滑に対応できる。

図１は具体的な実施方式を構成するモジュール図である。

図１には、制御ユニットと実行ユニットからなる、リチウムイオン動力電池の極片成型に対してレーザー切断を行うシステムであり、制御ユニットには図形データ接収モジュール、運動軌跡生成モジュールが含まれており、実行ユニットには進捗管理モジュールや、コマンド処理モジュール、行列コマンド解析モジュール、データ発送モジュール、検流計などが含まれている。

図形データ接収モジュールは切断しようとする極片図形データの接収に使われ、運動軌跡生成モジュールは極片の図形データによってレーザー運動軌跡データの算出に使われる。図形データ接収モジュールは、先ずユーザーより予め入力したパラメータデータ、例えば、切断しようとする極片および極片上のリードの高さ、幅、リードの間の間隔、切断速度などの制御情報を入力する。運動軌跡生成モジュールはユーザーより入力された極片とリードの図形データによって、図形データと対応する軌跡を生成する。

コマンド処理モジュールは制御ユニットの制御コマンドの接収に使われており、実行ユニットと上層のアプリケーションプログラムとのインタフェースに、豊かなインタフェース機能を提供し、制御コマンドは行列指令と一般指令などの２種類に分けられる。行列指令には行列起動指令や、行列クローズ指令、行列実行指令、直線添加指令、円弧添加指令、速度設置指令、レーザーディレイトタイムオープン指令、レーザーディレイトタイムクローズ指令、線分の間のディレイトタイム待機指令、飛行マーキングの実際運動係数の設置指令、特定条件触発指令などが含まれる。一般指令には、レーザータイプ選択指令、レーザーパワー設置指令、レーザーポイント位置制御指令、行列直ち停止指令、レーザー制御オープン指令、レーザー制御クローズ指令などが含まれる。２種類の異なる指令に対して異なる処理を行う：行列指令の場合は、指令や附加の図形データを順次にコマンド行列のバッファー上に添加し、一般指令の場合は、指令の具体的な内容によって、各種対応する制御操作処理を行う。

行列コマンド解釈モジュールは、コマンド行列バッファー中のデータに対する解析に使われており、運動軌跡上の座標点を生成し、座標点データを出力データ行列バッファー中に入力する。接収コマンドモジュールが行列コマンドを行列バッファー中に添加してから、このモジュールは行列バッファー中のデータに対する解析を行い、行列制御指令がオープン、クローズ、実行などの指令である場合、プロセス制御モジュールに送られ、対応する動作を実行する。速度設定指令である場合、当面の行列速度を新しい速度値に更新する。位置添加コマンドが直線、円弧などである場合、補間関数を用いて、前の座標点と新しく添加した座標点の間に形成された線分およびそのタイプによって、所定の行列速度によって補間処理を行い、これによって、この二つの所定の座標点の間には数多くの線分軌跡上の座標点が生成され、これらの補間処理によって算出された座標点を出力データ行列バッファー中に保存する。

データ発送モジュールは座標点データ情報を順次に検流計に発送する場合に使われる。行列コマンド解析モジュールは、データ座標点を生成し、出力データ行列バッファーに保存してから、発送モジュールは設定された１０００００Ｈｚの周波数によって、順次に座標位置情報を検流計に発送する。検流計は所定の座標点位置によって、レーザーの焦点を対応する実際位置上に反射する。

また、進捗管理モジュールを設置し、上記３種のモジュールとともに、コミュニケーションと提携を行う。例えば、コマンド接収モジュールの中に実行行列データ出力を接収した場合、進捗管理モジュールを通じて、データ発送モジュールに通知し、位置点情報を検流計に伝送し始める。また、全体プログラムの一部の状態も当該モジュールによって管理される。例えば、行列中のデータが全部検流計に発送されているかどうか、当面のレーザー走行速度、位置などの状態が含まる。

運行の際、制御ユニットは、先ずユーザーから予めパラメータデータを接収するが、中には、切断しようとする極片および極片上のリードの高さ、幅、リードの間の間隔、切断速度などの制御情報が含まれる。また、ユーザーより入力された極片とリードの関連図形データによって、図形データと対応する軌跡を生成する。制御ユニットは行列指令と一般指令などの制御コマンドを底層の実行ユニットに出力する。

実行ユニットの実行制御コマンドは、その中の軌跡表示行列に対して、対応する処理方式を取るが、中には、特定の位置まで運行された場合、リード切断動作を行うが、この時、レーザーは生成された軌跡に沿って電池極片上を走行し、レーザーの高エネルギー密度は電池極片を切り離すのである。動作行列指令の実行が終わると、レーザーを制御して、再び始発点に戻り、次の動作行列指令を準備する。プログラム運行において、ユーザーのその他の制御コマンドにも対応することができる。例えば、一時停止や、再起動、パラメータ設定など。

上記内容は具体的な最良の実施方式に合わせて、本発明に対してさらに詳しく説明したもので、本発明の具体的な実施がこれらの説明に極限されるとは言えない。本発明の所属する技術分野の一般技術者なら、本発明の構想を離れない前提で、幾つかの簡単な推定や取り替えを行うことができるが、これらはいずれも本発明の保護範囲に属する。

Claims (6)

1. １）制御ユニットは切断しようとする極片の図形データを接収して、対応する運動軌跡データを生成する、
   ２）制御ユニットは制御コマンドと運動軌跡データを実行ユニットに発送する、
   ３）実行ユニットは制御コマンドを実行し、レーザーを制御して運動軌跡データに従って、所定の軌跡に沿って移動する、
   上記ステップからなる、電池極片に対してレーザー切断を行う制御方法。
2. その中、ステップ３）において、
   ３１）実行ユニットのコマンド処理モジュールは制御ユニットの制御コマンドを接収して、その中の行列指令は順次にコマンド行列バッファー中に添加され、
   ３２）実行ユニットの行列コマンド解析モジュールはコマンド行列バッファー中のデータを解析し、運動軌跡上の座標点データを生成し、座標点データを順次に出力データ行列バッファー中に入力し、
   ３３）実行ユニットのデータ発送モジュールは、座標点データ情報を順次に検流計に発送して、検流計の制御を通じて、レーザーを順次に座標点の対応する位置に反射する、
   上記ステップを有することを特徴とする請求項１に記載の電池極片に対してレーザー切断を行う制御方法。
3. その中、ステップ１）中で接収された図形データには、極片とリードの高さ、幅、各辺の長さ、隣接の間隔のデータなどが含まれることを特徴とする請求項２に記載の電池極片に対してレーザー切断を行う制御方法。
4. 制御ユニットと実行ユニットからなり、前記制御ユニットには、切断しようとする極片図形データの接収に使われる図形データ接収モジュールや、極片の図形データによって、レーザー運動軌跡データの算出に使われる運動軌跡生成モジュールが含まれており、実行ユニットは運動軌跡データの接収や、レーザー反射位置の制御に使われる電池極片に対してレーザー切断を行う制御システム。
5. 前記実行ユニットには、コマンド処理モジュールや、行列コマンド解析モジュール、データ発送モジュールおよび検流計などが含まれており、前記コマンド処理モジュールは制御ユニットの制御コマンドを接収し、その中の行列指令をコマンド行列バッファー中に添加することに使われる。前記行列コマンド解析モジュールはコマンド行列バッファー中のデータに対する解析を行い、運動軌跡上の座標点を生成し、座標点データを出力データ行列バッファー中に入力することに使われる。前記データ発送モジュールは座標点データ情報を順次に検流計に発送することに使われることを特徴とする請求項４に記載の電池極片に対してレーザー切断を行う制御システム。
6. 前記実行ユニットには、進捗管理モジュールも含まれることを特徴とする請求項５に記載の電池極片に対してレーザー切断を行う制御システム。

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