在國家政策支持和市場需求的雙輪驅(qū)動下，新能源汽車和動力電池發(fā)展呈噴井式增加。未來3-5年將是鋰電設備高速增長期。然而電池技術(shù)仍然是一個瓶頸，在技術(shù)層面的往上提升非常困難，需要投入成倍的人力和物力換來比之前小得多的進步。鋰電池的產(chǎn)能和性能，遠不能滿足終端電動車及儲能市場的新增需求。鋰電設備行業(yè)繁榮的背后，面臨著效率低、穩(wěn)定性差、自動化程度不高等“痛點”。

英威騰深挖行業(yè)需求，圍繞鋰電池設備市場開發(fā)出一系列的伺服控制系統(tǒng)解決方案，將自動化驅(qū)動與控制技術(shù)與鋰電池生產(chǎn)技術(shù)相結(jié)合，大幅度提高鋰電池生產(chǎn)線的自動化和智能化程度，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，帶動鋰電池生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)升級和改造。

全自動鋰電池制片機上的應用

該項目客戶為領(lǐng)先的鋰電池智能裝備制造商。制片屬于鋰電池加工過程中的一個重要環(huán)節(jié)。英威騰DA200高性能交流伺服系統(tǒng)被應用于該客戶的電池制片機，以領(lǐng)先的性能和高性價比，降低投入成本，提升制造工藝和效益，滿足大批量、精益化的生產(chǎn)需求。

1.設備/工藝介紹

1.1設備原理

鋰電池制片機是生產(chǎn)正極極片或負極極片的設備，用于生產(chǎn)鋰電池正極極片(鋁質(zhì))或負極極片(銅質(zhì))。一種極性需要一臺設備，一般是正負極兩臺設備在不同車間同時加工：將極片、極耳料卷分別安裝在放卷軸上，實現(xiàn)自動放卷、自動糾偏、自動焊接極耳、自動貼膠、極耳包膠，切斷或收卷等功能。

圖1鋰電池制片機現(xiàn)場圖

1.2工藝流程

電池制片機的主要工藝過程為:自動放卷---焊前糾偏---送極耳---焊極耳---貼膠1---貼膠2---貼膠3（極耳貼）---糾偏---切片或收卷。

1.3技術(shù)要求及難點

自動放卷：系統(tǒng)通過電位器輸出模擬量轉(zhuǎn)換為速度控制，前方牽引速度增快則儲料區(qū)擺桿角度變大，電位器輸出模擬量速度變大同步調(diào)節(jié)，慢則隨之慢，保持同步，從而實現(xiàn)自動放卷控制。

牽引膠貼：位置控制，光電掃描極片表面上升沿信號，給到PLC，中斷觸發(fā)，一定數(shù)量的脈沖給到伺服定長運行。

自動糾偏：糾偏傳感器輸出模擬量速度控制，通過測量極片進入感應區(qū)域的位置采樣變化來輸出信號，系統(tǒng)再用這個變化的信號來控制伺服帶動整個機構(gòu)不斷左右調(diào)整來料位置，從而實現(xiàn)自動糾偏。

自動收卷：電位器輸出模擬量速度控制，來料牽引速度增快則儲料區(qū)擺桿角度變大，電位器輸出模擬量速度變大，慢則隨之慢，從而實現(xiàn)自動收卷控制。必須注意收卷表面張力要調(diào)整合適，否則容易造成直徑大了收不緊，或兩邊松緊不一爆邊現(xiàn)象。

2.客戶要求

使用的伺服系統(tǒng)是高性能驅(qū)動器、動態(tài)響應時間短、位置控制快速精確，調(diào)試簡便，適應靈活作業(yè)，中斷定位響應時間短,無需降速運行,不再需要減速傳感器。伺服電機需要大慣量、大扭矩、兼容步進驅(qū)動器的安裝尺寸、在低速時有足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩輸出且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，以便在與機械運動部分連接中盡量減少中間環(huán)節(jié)，耐用性更強，穩(wěn)定性更高。

3.系統(tǒng)方案

英威騰采用了PLC內(nèi)置定位+伺服中斷定位的控制技術(shù)，充分結(jié)合了DA200系列高性能伺服動態(tài)響應快、定位精確、整定時間短、自適應、運行平穩(wěn)的優(yōu)點，中斷定位響應時間為0.05ms，無需降速運行，不再需要減速傳感器，降低用戶機械投入成本，提升制造工藝和效益。

圖2拓撲圖

4.英威騰伺服的突出優(yōu)勢

全系伺服均采用英威騰DA200系列高性能交流伺服系統(tǒng)，性能強大穩(wěn)定，調(diào)試方便，性價比高，特別適合鋰電池行業(yè)國產(chǎn)伺服替代進口多伺服的應用；

便捷的定位指令，輕松實現(xiàn)絕對定位控制和相對定位控制。支持帶DOG搜索的原點回歸，當設備出現(xiàn)故障停機，重開機時無論機械部分停在任何位置，都可自動回到原點，無需手動調(diào)節(jié)；

收放卷模型計算精度高、張力浮輥PID控制靈活、控制方式多樣化、動作簡單化、無需高速計數(shù)模塊、高速中斷定位控制、客戶編程簡單；

收卷使用英威騰定制大慣量電機，大容量電池直徑大的規(guī)格也能收料整齊；

總線構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，具有易擴展、配線簡化等特點，并可以支持以太網(wǎng)通信協(xié)議，為工業(yè)4.0智能化工廠的建設奠定了堅實的技術(shù)基礎。

全自動鋰電池卷繞機的應用

全自動卷繞機是把整卷的正負極片和隔膜通過卷繞的方式做成電芯的關(guān)鍵設備，主要動作流程包括：預卷、入片、卷繞、極片和隔膜裁斷、換位、貼膠帶、下料等；方型卷繞機由于其卷針形狀的不規(guī)則性，要保證卷繞過程中的線速度恒定和張力波動小，對控制系統(tǒng)的要求特別高。

圖3鋰電池卷繞機工藝流程示意圖

1.系統(tǒng)架構(gòu)圖

采用運動控制器+英威騰DA200高性能伺服系統(tǒng)的控制方案；

HMI采用以太網(wǎng)通訊，快速實現(xiàn)人機數(shù)據(jù)交換；

可分布式安裝I/O或模擬量模塊。

圖4英威騰DA200高性能交流伺服系統(tǒng)

2.關(guān)鍵技術(shù)介紹

（1）變轉(zhuǎn)速控制

系統(tǒng)支持恒轉(zhuǎn)速控制和變轉(zhuǎn)速控制，可通過HMI選擇；

變轉(zhuǎn)速采用電子凸輪控制方式實現(xiàn)；

變轉(zhuǎn)速控制能使整個機械系統(tǒng)穩(wěn)定，較易實現(xiàn)高速運行和穩(wěn)定的張力控制。

（2）張力控制

各極片、隔膜在每個動作階段可單獨設置張力大小；

在正常卷繞階段可以按長度設六段不同的張力。每段張力可以按線性變化，也可以按圈線性變化；

張力設置靈活，能很好解決電芯變形問題。

（3）自動糾偏

當設備運行速度比較快時，糾偏響應時間要求比較快：

運動控制器1ms任務掃描周期；

EtherCAT傳輸速率：100Mbaud；

伺服響應控制器指令<2ms；

采用PI控制算法。

（4）主動放卷

主動放卷能使整個片材運行更加平穩(wěn)，從而降低張力輥的波動，使張力更穩(wěn)定；

應用運動控制器的電子齒輪功能，以收卷速度為主軸，以放卷為從軸，實現(xiàn)放卷快速響應收卷速度；

實時求取當前卷徑，作為電子齒輪的參數(shù)。同時當前卷徑作為空卷報警的依據(jù)。

系統(tǒng)主要功能

采用英威騰DA200高性能交流伺服系統(tǒng)的鋰電池卷繞機可實現(xiàn)以下功能：

（1）不良極片單卷剔除

根據(jù)檢測裝置檢測極片，對不良極片可單卷排除并報警；

可判斷當前不良極片是否在當前卷繞電芯內(nèi)。如果在電芯外，不影響當前電芯卷繞，并在下個卷繞周期自動卷繞不良極片并剔除。

（2）報警功能

多達200條報警信息。包括機械干涉預報、氣缸故障、程序控制報警等；

保護功能齊全；

能讓操作工快速定位問題點，提高效率。

（3）手動和單步運行

更好地支持設備調(diào)試、換料處理及故障處理。

4.方案特點

（1）采用EtherCAT高速工業(yè)以太網(wǎng)，支持多達64軸，滿足卷繞焊接一體機的控制要求。

（2）實時大容量存儲生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，為質(zhì)量追溯提供數(shù)據(jù)保障。

（3）采用遠程I/O就近安裝，幫助客戶節(jié)省各種配線和維護成本。

（4）完全支持IEC61131-3國際標準的編程環(huán)境，工程師無縫切換。

（5）卷繞曲線完全通過自學習的方式實現(xiàn)，不需要設置任何卷針參數(shù)。

5.方案優(yōu)勢

張力波動?。簩嶋H極片和隔膜張力波動<5%；

卷繞速度快：200mm寬卷針實測線速度>800mm/s,線速度波動<5%；

糾偏響應快：驅(qū)動器內(nèi)部處理糾偏，直接響應無須再經(jīng)過控制器；

可采用控制器處理糾偏，掃描周期1ms；

裁切精度高：8米長極片裁切誤差小于2mm。

未來已來，鋰電池設備的高精度、高效率以及高自動化生產(chǎn)線將成為行業(yè)發(fā)展的大方向。英威騰在鋰電設備市場可提供包括卷繞、制片、疊片、模切、涂布、化成等全流程工序套電氣解決方案，協(xié)助企業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)效率、綜合能效、企業(yè)效益的全面提升。