KR101899990B1 - 2차전지 제조장치의 스풀 장력제어시스템 - Google Patents

2차전지 제조장치의 스풀 장력제어시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101899990B1
KR101899990B1 KR1020160160443A KR20160160443A KR101899990B1 KR 101899990 B1 KR101899990 B1 KR 101899990B1 KR 1020160160443 A KR1020160160443 A KR 1020160160443A KR 20160160443 A KR20160160443 A KR 20160160443A KR 101899990 B1 KR101899990 B1 KR 101899990B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
spool
roll
speed
tension
winding
Prior art date
Application number
KR1020160160443A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180060679A (ko
Inventor
조석진
Original Assignee
(주)피토
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)피토 filed Critical (주)피토
Priority to KR1020160160443A priority Critical patent/KR101899990B1/ko
Priority to JP2017229569A priority patent/JP2018088411A/ja
Priority to CN201711224278.7A priority patent/CN108172908A/zh
Publication of KR20180060679A publication Critical patent/KR20180060679A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101899990B1 publication Critical patent/KR101899990B1/ko

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65HHANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H23/00Registering, tensioning, smoothing or guiding webs
    • B65H23/04Registering, tensioning, smoothing or guiding webs longitudinally
    • B65H23/06Registering, tensioning, smoothing or guiding webs longitudinally by retarding devices, e.g. acting on web-roll spindle
    • B65H23/08Registering, tensioning, smoothing or guiding webs longitudinally by retarding devices, e.g. acting on web-roll spindle acting on web roll being unwound
    • B65H23/085Registering, tensioning, smoothing or guiding webs longitudinally by retarding devices, e.g. acting on web-roll spindle acting on web roll being unwound and controlling web tension
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • H01M10/0587Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65HHANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H23/00Registering, tensioning, smoothing or guiding webs
    • B65H23/04Registering, tensioning, smoothing or guiding webs longitudinally
    • B65H23/044Sensing web tension
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65HHANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H26/00Warning or safety devices, e.g. automatic fault detectors, stop-motions, for web-advancing mechanisms
    • B65H26/08Warning or safety devices, e.g. automatic fault detectors, stop-motions, for web-advancing mechanisms responsive to a predetermined diameter
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04Construction or manufacture in general
    • H01M10/0404Machines for assembling batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04Construction or manufacture in general
    • H01M10/0404Machines for assembling batteries
    • H01M10/0409Machines for assembling batteries for cells with wound electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65HHANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2553/00Sensing or detecting means
    • B65H2553/30Sensing or detecting means using acoustic or ultrasonic elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65HHANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2553/00Sensing or detecting means
    • B65H2553/51Encoders, e.g. linear
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65HHANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2555/00Actuating means
    • B65H2555/20Actuating means angular
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65HHANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2557/00Means for control not provided for in groups B65H2551/00 - B65H2555/00
    • B65H2557/50Use of particular electromagnetic waves, e.g. light, radiowaves or microwaves
    • B65H2557/51Laser
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • Y02E60/12
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y02P70/54

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Controlling Rewinding, Feeding, Winding, Or Abnormalities Of Webs (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은, 2차전지의 소재가 권취되어 있는 롤을 회전으로 권출시켜 권취부로 공급하는 스풀, 스풀의 회전속도를 조절할 수 있도록 구성되는 스풀모터, 권출되는 소재의 권출선속을 측정하도록 구성되는 선속센서 및 소재가 권출됨에 따라 롤의 감소된 반경에 대응하여 권출선속을 조절할 수 있도록 스풀모터의 회전속도를 제어하는 제어부를 포함하는 2차전지 제조장치의 스풀 제어 시스템에 관한 것이다.
2차전지 제조장치의 스풀 제어 시스템은 소재의 사용에 따른 지름변화를 미리 반영하여 1차적으로 스풀의 회전속도를 변화시켜 일정한 권출속도를 유지할 수 있으며, 순간적으로 변화될 수 있는 장력의 변화에 대응하여 2차적으로 회전속도를 변화시킬 수 있어 일정한 장력을 유지하면서 소재를 권출시킬 수 있어 2차전지의 품질을 크게 향상시킬 수 있다. 또한 고속생산시에도 소재의 장력변화량을 최소화 할 수 있어 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

2차전지 제조장치의 스풀 장력제어시스템{THE TENSION CONTROL SYSTEM FOR SPOOL OF MANUFACTURING APPARATUS OF RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 2차전지 제조장치의 스풀 장력제어시스템에 관한 것이며, 보다 상세하게는 2차전지 전극조립체의 일 소재가 권취되어 있는 롤의 권출시 소재의 장력을 일정하게 유지하기 위한 스풀 장력제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 방전과 역방향인 충전과정을 통하여 반복 사용이 가능한 전지이며, 그 종류로는 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈-수소(Ni-MH) 전지, 리튬-금속 전지, 리튬-이온(Ni-Ion) 전지 및 리튬-이온 폴리머 전지(Li-Ion Polymer Battery, 이하 "LIPB"라 함) 등이 있다.
이차전지는 양극, 음극, 전해질, 분리막으로 구성되며, 서로 다른양극 및 음극 소재의 전압차이를 이용하여 전기를 저장 및 발생시킨다. 여기서, 방전이란 전압이 높은 음극에서 낮은 양극으로 전자를 이동시키는 것이며(양극의 전압 차이만큼 전기를 발생), 충전이란 전자를 다시 양극에서 음극으로 이동시키는것으로 이때 양극물질은 전자와 리튬이온을 받아들여 원래의 금속산화물로 복귀하게 된다. 즉, 이차전지는 충전될 때 금속 원자가 분리막을 통하여 양극에서 음극으로 이동함에 따라 충전 전류가 흐르게 되고, 반대로 방전될 때 금속 원자는 음극에서 양극으로 이동하며 방전 전류가 흐르게 된다.
한편, 이러한 이차전지의 제조시 권취하여 제조하는 방식으로 대량생산이 이루어지고 있으며, 이때 각각의 소재에 작용하는 장력이 배터리 품질에 큰 영향을 미치게 되어 장력을 조절할 필요성이 발생되었다. 이러한 장력제어장치에 대하여 대한민국 등록특허 제1265196호에 나타나 있다. 그러나 이러한 장력제어장치는 루퍼 컨트롤과 장력 컨트롤이 하나의 바(BAR)에 의해 동시에 이루어지므로 응답성이 낮으며, 소재의 권출에 따른 직경변화를 고려하지 않고 정밀하지 못한 제어가 이루어져 고속 생산에 적합하지 않은 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허 제1265196호
본 발명은 종래의 2차전지 제조장치의 장력조절 시스템의 낮은 응답성 및 권출에 따른 직경변화가 변영되지 않아 정밀하게 제어하지 못하는 문제점을 해결하기 위한 2차전지 제조장치의 스풀 제어 시스템을 제공하는 것에 목적이 있다.
상기 과제의 해결 수단으로서, 2차전지의 소재가 권취되어 있는 롤을 회전으로 권출시켜 권취부로 공급하는 스풀, 스풀의 회전속도를 조절할 수 있도록 구성되는 스풀모터, 권출되는 소재의 권출선속을 측정하도록 구성되는 선속센서 및 소재가 권출됨에 따라 롤의 감소된 반경에 대응하여 권출선속을 조절할 수 있도록 스풀모터의 회전속도를 제어하는 제어부를 포함하는 2차전지 제조장치의 스풀 제어 시스템이 제공될 수 있다.
여기서, 제어부는 목표권출선속을 입력받고 롤의 초기 직경에 따른 스풀모터의 초기 회전속도를 계산하여 스풀모터를 구동하도록 구성될 수 있다.
여기서, 선속센서는 소재가 스풀로부터 권출된 이후 이동하는 권출선속을 측정하는 엔코더로 구성되며, 제어부는 권출선속이 목표권출선속이 될 수 있도록 스풀모터의 회전속도를 제어하도록 구성될 수 있다.
또한, 스풀의 회전각을 측정하도록 구성되는 각도센서를 더 포함하며, 롤의 직경은
Figure 112016117009111-pat00001
으로 계산될 수 있다.
그리고, 롤의 지름의 변화에 따른 스풀의 회전 각속도는
Figure 112016117009111-pat00002
로 계산될 수 있다.
한편, 스풀로부터 권출된 소재에 작용하는 장력측정센서로부터 센싱된 장력값과 롤의 감소된 반경값을 동시에 센싱하여 회전속도를 제어되도록 구성될 수 있다.
그리고 롤의 직경을 측정할 수 있도록 레이저 또는 초음파 센서로 구성될 수 있다.
나아가, 롤에서 권출된 소재가 거치되어 경유하며 소정범위내의 텐션이 적용되도록 구성되는 댄서를 더 포함하며, 제어부는 롤의 반경이 감소됨에 따라 스풀모터의 회전속도를 증가시키며, 감소된 롤의 반경 및 댄서의 각도에 대응하여 스풀모터의 회전속도를 변화시키도록 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 2차전지 제조장치의 스풀 제어 시스템은 소재의 권출에 따른 롤의 감소된 반경을 반영하여 스풀의 회전속도를 제어하게 되므로 정밀한 제어가 가능하고, 텐션 변화에 따른 댄서의 회전각 변화를 측정하기 전 미리 직경을 계산하여 회전속도를 제어하게 되므로 고속에서 정밀하게 텐션제어가 가능하므로, 2차전지의 생산성 및 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 2차전지 권취시의 장력제어에 관한 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스풀제어시스템의 스풀 및 댄서가 도시된 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 스풀모듈의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 회전속도 제어의 블록선도이다.
도 5는 소재의 장력을 조절하기 위한 댄서형 장력제어장치의 사시도이다.
도 6는 종래기술과 본 발명에 따른 목표권출속도와 스풀 회전속도를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 2차전지 제조장치의 스풀 제어 시스템에 대하여, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 이하의 실시예의 설명에서 각각의 구성요소의 명칭은 당업계에서 다른 명칭으로 호칭될 수 있다. 그러나 이들의 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 변형된 실시예를 채용하더라도 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 각각의 구성요소에 부가된 부호는 설명의 편의를 위하여 기재된다. 그러나 이들 부호가 기재된 도면상의 도시 내용이 각각의 구성요소를 도면내의 범위로 한정하지 않는다. 마찬가지로 도면상의 구성을 일부 변형한 실시예가 채용되더라도 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 당해 기술분야의 일반적인 기술자 수준에 비추어 보아, 당연히 포함되어야 할 구성요소로 인정되는 경우, 이에 대하여는 설명을 생략한다.
도 1은 종래 2차전지 권취시의 장력제어에 관한 개념도이다.
도시된 바와 같이, 2차전지의 제조시에는 양극판과 음극판 및 두 개의 분리막이 순서대로 포개어져 권취가 이루어진다. 이때 권심부를 회전함에 따라 복수의 소재를 권취하게 되며, 이때 권취부의 회전에 따른 소재의 선속도가 달라질 수 있게 된다. 이는 권심의 형상이 원형이 아닌 타원형 또는 다각형인 경우에 편차가 더욱 크게 발생하게 된다.
한편 각각의 소재는 스풀(100)로부터 권취부 까지 서로 다른 경로를 통하여 이송되며, 최종적으로 적절한 텐션을 유지하며 권취될 수 있도록 선속이 제어된다. 소재의 텐션은 연속적으로 공급되는 공정에서 각 부분별 상대적인 선속 차이에 따라 발생할 수 있으며, 따라서 적절한 텐션을 유지시킬 수 있도록 경로상에 드라이빙 롤러 등이 구비되어 선속을 증가시키거나, 직접 텐션을 조절할 수 있도록 텐션 바 등이 구비될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 스풀(100)제어시스템의 스풀(100) 및 댄서가 도시된 도면이다.
2차전지 제조장치의 스풀(100)모듈은 스풀(100), 스풀모터(200), 제어부(300)를 포함하여 구성될 수 있다. 스풀(100)은 양극판, 음극판 및 분리막을 각각 롤의 형태로 거치할 수 있도록 구성될 수 있다. 2차전지를 제조할 때 연속적이고 효율적으로 제조할 수 있도록 소재를 롤의 형태로 공급하여 제조에 이용하게 된다.
2차전지의 생산이 시작되면 권취부에서 권취되는 양에 비례하여 스풀(100)에서는 각각의 소재를 풀어주게 된다. 이때 권취부에서 잡아당기는 인장력만이 작용되는 경우에는 소재의 경로가 길어짐에 따라 스풀(100)이 풀리기 전 과도한 장력이 작용하여 소재가 파손될 수 있는 우려가 있게 된다. 따라서 적절한 장력이 제공되면서 소재가 권출될 수 있도록 스풀(100)이 회전된다. 한편, 이때의 소재는 2차전지 조립체를 구성하는 양극판, 음극판 및 분리막을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 스풀(100)모듈의 사시도이다. 도시된 바와 같이 스풀(100)모듈은 스풀(100), 스풀모터(200), 선속센서, 각도센서, 복수의 아이들 롤러 및 제어부(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
스풀(100)은 롤 형식으로 권취되어 있는 소재가 거치될 수 있도록 구성되며, 프레임의 면에 수직한 방향으로 돌출되어 형성될 수 있다. 이때, 롤을 거치하여 회전시 고정시킬 수 있도록 중심부분에 척이 구비된다. 한편, 롤이 거치된 경우 소재가 권출됨에 따라 달라지는 외경을 측정할 수 있도록 센서가 구비될 수 있다.
스풀모터(200)는 스풀(100)과 연결되어 스풀(100)에 적절한 회전력을 전달할 수 있도록 구성된다. 스풀모터(200)는 후술할 제어부(300)의 입력에 따라 스풀(100)을 적절한 속도로 회전시키도록 구성된다.
선속센서는 스풀(100)로부터 권취된 소재가 이동시 선속을 측정할 수 있도록 구성된다. 소재 롤은 연속적인 생산을 위하여 많은 양이 권취되어 있으며, 2차전지를 생산함에 따라 외경의 감소가 크게 일어나게 된다. 따라서 스풀(100)의 회전속도와 권출되는 소재의 선속은 외경의 변화가 커짐에 따라 그 차이가 발생하게 되며, 이때 소재의 속도를 정확하게 측정할 수 있도록 구성된다. 한편 이로부터 특정 시간간격으로부터 이동한 소재의 거리가 도출될 수 있다.
각도센서는 스풀(100)의 회전에 따른 각속도 또는 회전각도를 측정할 수 있도록 구성되며, 예를들면 앱솔루트 엔코더(400)로 구성되어 절대각을 측정할 수 도록 구성될 수 있다. 한편, 이와같은 각도센서는 일 예이며, 일정시간동안 상대적인 각도를 측정할 수 있는 다양한 구성으로 적용될 수 있다.
아이들 롤러는 스풀(100)에서 권출된 소재가 기 설정된 경로를 따라 이동할 수 있도록 소재를 지지한다. 아이들 롤러는 별도의 구동부 없이 소재의 이동시 함께 회전하여 소재에 손상을 최소화 하면서 이동시킬 수 있게 된다.
제어부(300)는 선속센서 및 각도센서로부터 측정된 값을 피드백하고, 소재의 이동시 기준이 되는 목표권출속도로 소재가 이동할 수 있도록 스풀모터(200)의 구동력을 제어한다. 한편 제어부(300)를 도시하지는 않았으나, 2차전지 제조장치의 전체 제어부(300) 중 이러한 기능을 수행하는 마스터 제어부(300)로 구성되거나, 스풀 모듈(10)만을 제어하는 슬레이브 제어부(300)가 본 기능을 수행하도록 구성될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 2차전지 제조장치의 스풀(100) 제어 시스템의 제어부(300)의 기능에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명에 따른 회전속도 제어의 블록선도이다.
도시된 바와 같이 제어부(300)는 목표권출선속을 입력받으며, 선속센서 및 각도센서로부터 측정된 현재 소재의 이동속도와의 차이를 계산하고, 변화되어야 하는 스풀(100)의 회전속도를 산출하게 된다.
한편, 현재 스풀(100)의 회전속도를 센싱하고 회전 각속도의 변화량을 계산하여 이를 반영하게 된다.
여기서 목표권출선속은 Vline 이라하고, 스풀(100)의 각속도는 ωspl, 스풀(100)의 지름은 Dspl 이라고 하면, 목표권출선속으로 소재를 권출하기 위해 스풀(100)이 가져야할 각속도 Vspl 은 다음과 같다.
Figure 112016117009111-pat00003
이때 롤에서 소재가 권출됨에 따라 지름이 점점 줄어들게 되며, 이에따른 지름의 값은 레이저 센서, 또는 선속, 스풀(100)의 각도변화로부터 계산될수 있다. 한편 여기서 지름은 스풀(100)의 회전중심으로부터 소재 롤의 최외각면까지의 거리가 될 수 있다.
변화된 롤의 지름을 레이저 센서로 측정하는 경우 간단하게 현재 롤의 반경이 측정될 수 있으므로 이하에서는 소재의 선속 및 스풀(100)의 각도를 측정하여 현재 소재의 반경을 산출하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
소재가 권출됨에 따라 선속센서에서는 이전 스텝과 현재 스탭에서의 누적 이동량의 차이를 구할 수 있게 된다.
Figure 112016117009111-pat00004
또한 이전스텝과 현재 스탭에서의 회전각도의 차이는 다음과 같다.
Figure 112016117009111-pat00005
이로부터, 롤의 변화각과 선속의 관계에 따라 롤의 현재 지름은 다음의 식으로 구해질 수 있다.
Figure 112016117009111-pat00006
따라서 롤의 지름이 변화됨에 따라 목표선속을 만족하기 위한 스풀(100)의 회전속도는 다음과 같다.
Figure 112016117009111-pat00007
이는 소재의 장력에 작용하는 장력에 따라 회선전속을 제어하기 전, 1차적으로 소재의 권출에 따른 직경의 변화에 대응하여 스풀(100)의 회전속도를 제어하는 것이다.
결과적으로 스풀(100)에 거치되어 있는 소재의 종류 및 두께가 다양하게 적용되는 경우에도 회전각과 소재이동량에 따라 감소되는 직경이 산출되어 이를 제어에 반영하게 되므로 사용에 따라 점차적으로 스풀(100)의 회전속도를 증가시키게 되어 동일한 권출선속을 유지할 수 있게 된다. 이는 결국 장력이 일정하게 유지시킬 수 있는 속도제어가 된다.
도 5는 소재의 장력을 조절하기 위한 댄서형 장력제어장치의 사시도이다. 이때 스풀(100)로부터 권출된 소재는 소정의 경로를 거치게 되며, 이때 장력측정센서가 구비되어 소재에 작용하는 장력을 측정하게 된다.
한편 장력이 측정되어 기준장력보다 높은 장력이 측정되는 경우 즉시 스풀모터(200)의 회전속도를 증가시켜 소재를 느슨하게 만들게 되며, 반대로 기준장력보다 낮은 장력이 측정되는 경우 즉시 스풀모터(200)의 회전속도를 감소시켜 소재를 팽팽하게 하여 장력을 증가시키는 보상제어가 이루어지게 된다. 이러한 장력측정센서가 도 5와 같이 댄서형으로 구성되어 일측이 고정되고 피벗움직임으로 각도를 제어하는 경우, 댄서가 스풀(100)측으로 기울어지는 경우 장력이 낮아진 경우이므로, 회전속도를 낮추게 되며, 댄서가 스풀(100)측으로 멀어지는 각도로 기울어지면 장력이 증가된 경우 이므로, 스풀(100)의 회전속도를 증가시키게 된다.
이 경우에도 소재가 사용됨에 따라 회전속도 변화에 따른 선속의 변화가 극적으로 달라질 수 있다. 즉, 롤 소재의 초기와 말기에 동일한 회전량에 따른 권출되는 길이가 크게 달라지므로 롤 소재의 사용에 따라 스풀(100)의 회전각을 점차 크게 제어되어야 한다. 따라서 본 발명에 따른 지름의 변화를 산출하여 장력제어와 동시에 활용되면 보다 정확한 장력제어 또한 이루어질 수 있게 된다. 이때 장력의 측정에 따른 회전속도 제어는 일반적인 PID 제어를 통하여 수행될 수 있다.
즉 1차적으로 지름의 변화를 측정하여 선 보상하며, 이에 장력의 변화가 필요한 경우 회전속도를 2차적으로 변화시켜 제어하여 목표권출선속의 추종성능이 향상된다.
도 6는 종래기술과 본 발명에 따른 목표권출속도와 스풀(100) 회전속도를 나타낸 그래프이다.
종래 댄서의 각도변화 만을 센싱하여 스풀(100)의 속도를 제어할 때(a)와 본 발명에 따라 장력과 롤의 지름변화를 동시에 측정하여 스풀(100)의 속도를 제어할 때(b)의 소재의 권출속도와 스풀(100)의 회전속도가 나타나 있다.
도 6(a)에 도시된 바와 같이, 생산이 시작되면 소재의 이동속도인 목표권출속도를 추종할 수 있도록 스풀(100)의 회전속도가 증가하게 된다. 이때 시간이 지남에 따라 스풀(100)의 회전속도도 증가하게 되는데, 이는 장력의 변화만을 측정하고 장력의 증감에 따라 회전속도를 제어하게 되어 그 변동폭이 매우 크고, 권출속도의 변화의 진동주기도 매우 짧게 나타난다. 여기서 소재는 연속적으로 공급되므로 권출속도의 변화량은 곧 장력의 변화량의 경향과 동일하거나 유사해 질 수 있다. 따라서 지속적으로 장력의 변화가 크고 빈번하게 이루어져 2차전지의 생산품질에 악영향을 미치게 된다. 또한 소재가 권취부까지 연결되어 있어 지속적인 장력변화가 일어나게 되면 스풀 모듈(10) 이외의 다양한 작업이 이루어지는 모듈에도 영향를 미치게 되므로 전체적인 제어에 불필요한 리소스가 낭비될 수 있다.
반면 도 6 (b)를 살며보면, 스풀(100)의 회전속도가 소재를 사용함에 따라 감소된 지름(반지름)을 반영하여 선 보상하고 회전속도를 증가실수 있게된다. 이 경우, 일정하게 선속을 유지할 수 있게 된다. 이와 동시에 장력의 변화에 대응하여 회전속도를 제어하게 되는 경우 이미 선 반영된 회전속도의 변화가 있어 장력변화 주기도 길어지게 되며, 장력의 변화폭도 줄어들게 된다.
이상에서 설명한 2차전지 제조장치의 스풀(100) 제어 시스템은 소재의 사용에 따른 지름변화를 미리 반영하여 1차적으로 스풀(100)의 회전속도를 변화시켜 일정한 권출속도를 유지할 수 있으며, 순간적으로 변화될 수 있는 장력의 변화에 대응하여 2차적으로 회전속도를 변화시킬 수 있어 일정한 장력을 유지하면서 소재를 권출시킬 수 있어 2차전지의 품질을 크게 향상시킬 수 있다. 또한 고속생산시에도 소재의 장력변화량을 최소화 할 수 있어 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
10: 스풀 모듈
100: 스풀
200: 스풀모터
300: 제어부
400: 엔코더
410: 댄서
Vline: 목표권출선속(mm/sec)
ωspl: 스풀의 기본 각속도(deg/sec)
Dspl 스풀 지름
L': 이전 스풀 반경 계산시 엔코더 혹은 드라이빙 롤러의 진행길이
L": 현재 엔코더 혹은 드라이빙 롤러의 진행 길이
A': 이전 스풀 반경 계산시 스풀의 각도(deg)
A": 현재 스풀의 각도(deg)

Claims (8)

  1. 2차전지의 소재가 권취되어 있는 롤을 회전으로 권출시켜 권취부로 공급하는 스풀;
    상기 스풀의 회전속도를 조절할 수 있도록 구성되는 스풀모터;
    권출되는 소재의 권출선속을 측정하도록 구성되는 선속센서; 및
    상기 권출선속 및 상기 스풀의 현재 회전속도를 근거로 상기 소재가 권출됨에 따라 상기 롤의 감소된 반경을 산출하고, 산출된 롤의 감소된 반경에 대응하여 상기 권출선속을 조절할 수 있도록 상기 스풀모터의 회전속도를 제어하는 제어부를 포함하는 2차전지 제조장치의 스풀 제어 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 목표권출선속을 입력받고 상기 롤의 초기 직경에 따른 상기 스풀모터의 초기 회전속도를 계산하여 상기 스풀모터를 구동하는 것을 특징으로 하는 2차전지 제조장치의 스풀 제어 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 선속센서는 상기 소재가 스풀로부터 권출된 이후 이동하는 권출선속을 측정하는 엔코더로 구성되며,
    상기 제어부는 상기 권출선속이 상기 목표권출선속이 될 수 있도록 상기 스풀모터의 회전속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 2차전지 제조장치의 스풀 제어 시스템.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 스풀의 회전각을 측정하도록 구성되는 각도센서를 더 포함하며,
    상기 롤의 직경은
    Figure 112016117009111-pat00008

    으로 계산되는 것을 특징으로 하는 2차전지 제조장치의 스풀 제어 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 롤의 지름의 변화에 따른 상기 스풀의 회전 각속도는
    Figure 112016117009111-pat00009

    로 계산되는 것을 특징으로 하는 2차전지 제조장치의 스풀 제어 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 스풀로부터 권출된 소재에 작용하는 장력측정센서로부터 센싱된 장력값과 상기 롤의 감소된 반경값을 동시에 센싱하여 상기 회전속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 2차전지 제조장치의 스풀 제어 시스템.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 롤의 직경을 측정할 수 있도록 레이저 또는 초음파 센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 2차전지 제조장치의 스풀 제어 시스템.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 롤에서 권출된 소재가 거치되어 경유하며 소정범위내의 장력이 적용되도록 구성되는 댄서를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 롤의 반경이 감소됨에 따라 상기 스풀모터의 회전속도를 증가시키며,
    감소되는 상기 롤의 반경 및 상기 댄서의 각도에 대응하여 상기 스풀모터의 회전속도를 변화시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 2차전지 제조장치의 스풀 제어 시스템.


KR1020160160443A 2016-11-29 2016-11-29 2차전지 제조장치의 스풀 장력제어시스템 KR101899990B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160160443A KR101899990B1 (ko) 2016-11-29 2016-11-29 2차전지 제조장치의 스풀 장력제어시스템
JP2017229569A JP2018088411A (ja) 2016-11-29 2017-11-29 二次電池製造装置のスプール張力制御システム
CN201711224278.7A CN108172908A (zh) 2016-11-29 2017-11-29 用于二次电池制造装置的线轴控制系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160160443A KR101899990B1 (ko) 2016-11-29 2016-11-29 2차전지 제조장치의 스풀 장력제어시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180060679A KR20180060679A (ko) 2018-06-07
KR101899990B1 true KR101899990B1 (ko) 2018-09-18

Family

ID=62494628

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160160443A KR101899990B1 (ko) 2016-11-29 2016-11-29 2차전지 제조장치의 스풀 장력제어시스템

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2018088411A (ko)
KR (1) KR101899990B1 (ko)
CN (1) CN108172908A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210045180A (ko) * 2019-10-16 2021-04-26 (주) 피토 2차전지 적층장치의 분리막 장력 및 모서리 위치 제어 장치

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112027769B (zh) * 2020-09-22 2022-02-15 福建恒安集团有限公司 一种木浆进给控制方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009256052A (ja) * 2008-04-17 2009-11-05 Toyota Motor Corp 帯状材の巻取制御方法、帯状材の巻取装置、電極巻取装置および捲回電極体の製造方法
CN101938011A (zh) * 2009-06-29 2011-01-05 深圳市吉阳自动化科技有限公司 收、放料卷的控制方法、系统及在锂电池生产中的应用
KR101212017B1 (ko) * 2010-02-09 2012-12-13 주식회사 토바 롤투롤에 의한 2차 전지소재 생산 장치 및 그 방법
KR101265196B1 (ko) 2010-11-26 2013-05-24 삼성에스디아이 주식회사 2차 전지 제조장치
JP5820737B2 (ja) * 2012-02-13 2015-11-24 日産自動車株式会社 帯状ワークの搬送装置および搬送方法
KR101965707B1 (ko) * 2012-11-01 2019-04-05 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지의 전극 조립체용 권취기
KR102201307B1 (ko) * 2014-08-04 2021-01-11 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지의 제조 장치 및 제조 방법
JP6107803B2 (ja) * 2014-12-19 2017-04-05 トヨタ自動車株式会社 捲回装置および捲回装置の設計方法
CN204303934U (zh) * 2015-01-07 2015-04-29 武汉千里马电源机械制造有限公司 圆弧式跟踪辊辅助收卷机构

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210045180A (ko) * 2019-10-16 2021-04-26 (주) 피토 2차전지 적층장치의 분리막 장력 및 모서리 위치 제어 장치
KR102259234B1 (ko) 2019-10-16 2021-06-01 (주) 피토 2차전지 적층장치의 분리막 장력 및 모서리 위치 제어 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180060679A (ko) 2018-06-07
CN108172908A (zh) 2018-06-15
JP2018088411A (ja) 2018-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7690326B2 (en) System and method for controlling coating width of electrode plate
KR20160149794A (ko) 극판 권취 시스템
US10008734B2 (en) Fabricating apparatus and method for secondary battery
KR101900862B1 (ko) 2차전지 제조장치의 권취부 장력제어장치
KR101899991B1 (ko) 2차전지 제조장치의 장력 제어방법
KR101899990B1 (ko) 2차전지 제조장치의 스풀 장력제어시스템
JP2009256052A (ja) 帯状材の巻取制御方法、帯状材の巻取装置、電極巻取装置および捲回電極体の製造方法
JP2023527639A (ja) リチウム補充機器
KR101963739B1 (ko) 적층형 2차전지의 분리막 마감장치
KR101899992B1 (ko) 2차전지 제조장치의 권취부 장력제어시스템
KR102468973B1 (ko) 2차 전지용 전극 생산 시스템
KR101895967B1 (ko) 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치 및 방법
KR101731987B1 (ko) 권회 장치 및 권회 장치의 설계 방법
KR20200088533A (ko) 이차전지용 전극 제조장치
KR102513767B1 (ko) 2차 전지용 전극 생산 시스템
JP4439103B2 (ja) テープ巻き取り装置およびテープ巻き取り方法
JP7084506B2 (ja) シート供給装置及びシート供給方法
JPH1197056A (ja) 長尺体巻回装置
JPH1140144A (ja) 電池電極巻回装置
KR102232370B1 (ko) 2차 전지용 전극 생산 시스템
KR102605138B1 (ko) 2차 전지용 전극 생산 시스템
US11329307B2 (en) Apparatus for manufacturing electrical energy storage devices
CN217716343U (zh) 测量装置及极片生产系统
KR102627047B1 (ko) 2차 전지용 전극 생산 시스템
KR102259234B1 (ko) 2차전지 적층장치의 분리막 장력 및 모서리 위치 제어 장치

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant