当前位置:首页 >> 能源/化工 >>

[4]方形锂离子电池卷绕设备张力控制的改进


2009年第2期
文章编号:1001—2265(2009)02—0067—03

?控制与检测?

方形锂离子电池卷绕设备张力控制的改进
张晶1,王立松1’2,阳如坤2
(1.华南理工大学计算机科学与工程学院,广州
518055)

510641;2.深圳先阳软件技术有限公司,深圳



摘要:为提高方形锂离子电池卷绕设备张力控制精度,在分析常规的卷绕控制系统的结构及动态模型基 础上,针对特定卷针结构建立了极片送进速度与卷针转角的速度模型,并在原有的反馈张力控制器上加 入了基于卷绕速度模型的前馈控制算法。试验结果表明:采用前馈+反馈的控制结构可以有效地缩小 了极片的张力波动误差。 关键词:锂离子电池;卷绕设备;张力控制 中图分类号:THl6;TG65 文献标识码:A

Study

on

Tension Control Technique of Squal Lithium Ion Battery ZHANG Jin91,WANG Li.son91”,YANG Ru.kun2

Winding Machine

(1.School

of Computer Science and Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510641;

2.Vansun Software Technologies Company Limited,Shenzhen 518055,China) Abstract:After establishing the structure and dynamic model of the winding control system,a rolling velocity model of specific rolling pin was studied in this paper to improve the tension control precmion of fithium ion battery,A feedforward control algorithm


square

based

on

the rolling velocity

model Was introduced into

the original feedback tension controller.Experiments showed feedback control

that the structure of of the pole pieces.

feedforward

control with

efficiently reduce

the

tension

fluctuating

error

Key words:lithium ion battery;winding machine;tension control



引言
锂离子电池被公认是目前世界上最先进的商品化

致性指标,而且为防止大范围的张力波动造成电池卷 绕过程中极片的拉断。不得不限制了电池卷绕速度,从 而影响了方形锂离子电池的生产效率。 本文针对方形电池卷绕所采用的特定的卷针结 构,研究其卷绕模型的建立方法,通过采用基于前馈模 型+PID反馈的控制技术,实现了由卷针和放卷机构 组成的多工位速度联动控制系统。


二次电池,随着各种电子产品的发展,对锂离子电池的 需求量呈现迅速增长态势,对锂电池生产设备的性能 和生产效率提出了更高的要求。锂离子电池电芯的卷 绕是锂离子电池制作的关键环节之一,其卷绕张力控 制精度、卷绕速度、成品率等指标直接决定了电池性 能。对于方形锂离子电池卷绕设备,一般采用长方形 或菱形的卷针结构,同圆柱形卷针结构相比,在长方形 卷针恒角速转动时,在极片的行进方向上将产生类似 正弦曲线的速度分量,造成了电池极片和隔膜卷绕过 程中的张力波动,不仅影响了电池卷绕过程中张力一
收藕日期:2008—09一18;修回日期:2008—10—10 ?基金项目:国家科技型中小企业技术创新基金(07C26214421826)
?

极片卷绕张力控制系统结构及动态模型
极片卷绕张力控制系统的实物及由单路放料系统

与卷针卷绕系统组成的张力控制系统总体结构如图1 所示¨…。图1中张力检测臂4和与之相连的角度传 感器(电位计)5构成了一个间接张力检测系统,张力

作者简介:张晶(i973一).女,苗族,湖南花垣人。华南理工大学讲师,博士,主要研究方向为计算机应用、模式识别,(E—mail)zhjing@8cut.edu.
Cllo

?67-

万   方数据

?控制与检测?
臂的位置变化将间接体现张力的变化。放卷时,控制 器将根据张力检测电压值与平衡位置的给定电压值的 偏差,控制直流伺服电动机7带动料卷8的线速度。实 现放卷过程的张力控制。

组合机床与自动化加工技术 36.5mm、47.5ram和2ram。m为ol、02间距离,图中rt、 r2、,,可通过计算得到。当卷针转至8、E为一垂直直 线时,定义为初始位置吼,吼=900—aretg(02A/o。A); 曰、C、02为一条直线时,定义为0。位置;C、D、0:为一条 直线时,定义为以位置;D、E、0:为一条直 线时,定义为0,位置;定义矾位置,04=霄 +01;定义05位置,05=1r+02;定义06位 置,06=仃+03;定义07位置,07=21r+0l。 设定∞为卷针的旋转角速度,y为极片运 行速度。£Bo.C和[8D。D可事先求得,

(且)实物图

(b)单路结构图

分别定义为占和由,通过边角关系可得到 如下方程:

I.卷针2.传动机构3.卷针电机4.张力检溯5.角度传感器6.控制器7.放卷电机8.科卷 图1 极片卷绕张力控制系统实物及结构图

由图l可以得到极片卷绕张力控制系统动态结构 图如图2所示。

圈2极片卷绕张力控制系统动态结构圈

由图2所组成的卷绕张力控制系统为张力闭环控 制系统,其中被控对象料卷的张力值是由放卷线速度 %和卷针沿料卷行进方向速度分量K之间的速度差 函数。图3为电池卷绕过程中卷针角速度80r/rain时. 采用图2的系统结构极片张力波动值,测量时以50ms 为一个采样周期。张力测量值在3120—3330之间波 动,该波动主要由K与K速度不匹配所引起的干扰 力造成的。

y=~ y:——≯;=!!!;!兰 。刀iF丽 l,:——;;=兰:;!竺!:!!:垫一E(一。一一:)

y=一 y=一 y=一
 ̄/‘+m2—2rzmeos(口一层)

一;

_Ⅳ.- 一E(00.口,)

一:¨

一F I H.一一.1

I,:——;;=!:;竺:!坚!!三些一E(口:一03)
y=——;;===;=============
 ̄/ri+/n。一2r3r(1Cog(0一咖)


E‘F2一



y:——;;=!!j:!!!!!:些一E(一,一以) 月■≯j面忑而…1。7
圈3

打;‘一.一一●

采用反馈控制菇时极片张力测量僵

',:_芒竿些竺兰坚一E(以一05) 。∥了≯忑历赢万而…。 y:——;;=!!;竺;!!!!三!三三坚一E(8,.吼) 月iF瓦磊可万i酉…”1’ y:——≯;=!!!:!!!!竺 以i万万面;:丽

对上述方程利用matlab软件分析画图,可得到卷针以

2卷针卷绕速度模型
图4为卷针结构与卷绕过程示意图,卷针由两个 梯形合成,采用半轴对插方式,极片卷绕成一个梭形。 每个梯形的上底边、下底边和高的长度分别为
.6R.

60r/min的恒定转速旋转时,卷针所要求极片送进速度 影与卷绕头转角关系曲线如图5所示。
..

y=一

口E-一.一

’,

一E‘一。-盯,1

口e(吼一一,) 一”。1’

以上分析中对卷针的卷绕过程中半径变化忽略不 计,从图5中可看出卷绕过程中最大速度与最小速度

万   方数据

2009年第2期

?控制与检测?

之比近似等于卷针的长与宽之比。方形锂离子电池卷 针恒速卷绕所造成的极片行进方向宽范围速度波动是 引起卷绕张力波动最主要原因。

圈7采用前馈+反馈控制器时极片张力测量值 4

结束语
本文所研究的基于前馈+反馈的张力控制器是利

图5卷针以砷r/min恒速旋转时,极片速度p与卷针转角关系 3

用欧姆龙CPlH系列PLC实现的。前馈控制器采用了 10段直线线性插补拟合近似正弦曲线形状的前馈模 型;欧姆龙的CPIH系列PLC所提供的PID算法只用 于单向的控制,因此在反馈控制器实现上重新编写了 PID控制算法。试验结果证明:文中提出的控制方法 可以有效缩小卷针高速卷绕过程中张力波动范围。 采用PLC作为控制器,其采样周期受PLC扫描周 期限制约十几ms|41。在高速卷绕时,该周期过大,在 实现卷绕前馈模型时不可避免引入模型误差,为实现 更高精度的卷绕张力控制,建议采用专用控制器实现 卷绕张力控制器。
[参考文献]

改进的张力控制系统框架
图6为采用卷针前馈模型后改进的张力控制系统

结构图,图中利用前节推导出的卷针速度模型得到放 卷电机的期望时变线速度K,K与y。近似相等,因此 放卷电机的实际线速度%为y。与AV之和,△y为张 力误差经过PID控制作用后实际产生的放卷电机速度 改变量,△y在有效的PID调节作用后,趋于稳态误差 0,因此K和K将以近似相同的时变曲线变换,当收 放卷速度同步变化时,极片上张力趋于恒定值¨1。

竺竽韫

型谨
(上接第66页)

广————胡甄丽

,(‰叼r广

料卷

l张杰

[1]钱晨.锂离子电池生产过程中的薄膜卷绕及纠偏控制的应 用研究[D].广州:广东工业大学,2005. [2]周云瑞.专用缠绕机的开发与张力控制系统研究[D].西 安:西北工业大学,2006. [3]杨娅君,陈德传.收卷中的张力及其控制[J】.仪器仪表学 报,2004,25(5):691—693. [4]安宏伟.PLC在特种构件卷绕机控制系统中的应用[J】. 山东纺织经济,2006(2):80一81. (编辑赵蓉)

圈6反馈+前馈控制系统模型

图7为卷针角速度80r/min时,采用反馈+前馈控 制方法时极片张力波动值。张力测量值在3500—3600 之间波动。将图7和图3比较可以看出采用前馈+反馈 的控制结构可以有效地缩小了极片的张力波动误差。

工人。2006,6(9):39—40.

(2)采用PC+运动控制卡硬件方案硬件结构简 单,控制和调试方便,可靠性高,不需编写复杂的插补 算法、速度曲线算法等,软件设计周期短,功能扩充方 便; 论文所设计的异型玻璃多柔性转台系统已投入应 用,大大提高异形玻璃生产加工效率,达到了预期设计 目的,并着手开发系列产品,形成批量生产。
[参考文献] [1】赵京平.多工位回转机床定位盘的计算与加工[J].机械

[2]郭帅,冯肖维,刘胜.异形玻璃加T图形定位方法研究[J].
机电T程.2008,25(10):104—106.

[3]梁雪春。宋德明.AutoCAD2002二次开发技术指南[M].北 京:清华大学出版社,2001. [4】刘胜,郭帅,何永义.面向异型玻璃加工的图形定位技术研 究及实现[J].组合机床与自动化加工技术,2008(1):33. [5]张洁,丁索珍.全自动异形玻璃磨边机3M集成数控系统的 研究[J].现代制造工程2008(1):45—46.(编辑赵蓉)

?69-

万   方数据


相关文章:
两种卷绕驱动方式张力控制分析综述
而对于某些织物表面卷绕的摩擦会损伤 织物或产生静电,因此必须选用中心驱动卷绕方式。 4 中心卷绕张力控制系统中心驱动卷绕由变频器控制电动机传动卷绕轴, 通过加在...
卷绕式锂离子电池设计规范
卷绕锂离子电池设计规范_能源/化工_工程科技_专业资料。环宇达电池科技有限公司...12、切边和折边宽度 切边宽度一般控制在 3.2—4.5mm,切边和折边原则为: 1...
嵌入式锂离子张力控制系统
嵌入式锂离子张力控制系统_信息与通信_工程科技_专业资料。嵌入式锂离子张力控制...本项目以提高锂电池的质 量为目的, 研究卷绕机电池卷绕过程中的薄膜张力控制...
浅析分切机张力控制系统
3. 4. 张力控制的实现形式 4.1 张力信息的检测方式 (1) 张力传感器检测方式:...为转速,k 为常数,D 为卷辊直径)的电动来传动卷绕机构,以获得近似的恒张力...
方形电池卷绕-双凸轮双侧双驱动卷绕 (1)
[4]方形锂离子电池卷绕设备... 3页 免费 [3]减小方形锂离子电池电芯... ...第二种:采用浮动卷绕头,实现卷绕张力控制。 第三种:通实时改变电机卷绕轴...
变频器在张力卷绕控制中的应用
变频器在张力卷绕控制中的应用_机械/仪表_工程科技_专业资料。技术文章今日...暂无评价 4页 ¥3.00 变频器在卷染张力恒... 9页 免费 变频器和传感器...
半自动卷绕机改善张力控制系统和隔膜收尾移位技术协议
卷绕机张力和收尾改造协议 第一部分: 制作方负责达成卷绕比例阀变自动张力控制及加密码 关于半自动方形锂电池卷绕机张力自动调节功能的说明 打开本设备人机界面的张力...
张力控制t
张力控制张力控制是指能够持久地控制原料在设备上输送...变频器的综合应用()——第 4 讲 变频调 速...自动调整离合器或制动器的激磁电流从而控制卷绕物的...
应用变频器中心卷绕功能精确控制张力
张力控制原理介绍 4页 免费 6 张力的自动控制 50页 2下载券应...布匹需要卷绕在轴或辊上,例如:分批整经机将 成片纱卷绕在经轴上; 浆纱机和...
张力控制方案2010.1.15 文档
4、性能:张力稳定性比力矩电机稍强,张力及速度可调...3.控制电机的选择 用于伺服控制的电动的种类很多,...图 3 为电机特性与卷绕特性曲 线,由图中可以看出...
更多相关标签:
卷绕张力 | 锂电池卷绕机张力问题 | 铝电池卷绕张力 | 锂离子电池卷绕 | 方形卷绕 | 方形锂离子电池 | 化纤卷绕机 | 电脑往复式卷绕机 |