動力電池卷繞設備解析！

卷繞機有正、負極送料單元，將正極、負極和隔膜卷繞在一起的機構叫卷針。

按照電池芯的形狀主要分為方形和圓柱形電池電芯卷繞機，一般卷繞設備采用兩副或以上卷針、單側抽針的結構。

卷繞機的主要機構有：正負極極片和隔膜主動放卷、極片和隔膜換卷、自動糾偏、自動張力檢測與控制。

極片由夾輥驅動機構引入卷針部分，與隔膜一同按照工藝要求進行卷繞。卷繞完成后自動換工位、切斷隔膜和貼終止膠帶，成品裸電芯自動下料后，經過預壓、掃碼，良品成品裸電芯自動轉移到托盤中再轉移到后工序。不良品裸電芯自動卸料到不良品裸電芯收集處。

卷繞的工藝流程如下圖：

①預卷繞：正負極片初始送極片過程，該過程中正負極片在送極片機構夾持極片以一定的速度送入卷針，需要控制卷針的旋轉角和速度與送極片機構相匹配。該過程涉及兩個同步：隔膜的放卷速度與卷針速度的同步，送極片速度與卷針的速度同步。

②卷繞過程：在完成了正負極片初始送極片過程后，正負極片被隔膜裹緊，并繞卷針纏繞，后續轉動卷針即可實現連續卷繞。該過程中通過檢測料卷的張力大小調整極片放料電機的放料速度，來保證卷繞過程中料卷的的恒定張力。

預卷繞中的控制問題屬于開環控制問題，卷針、隔膜和極片兩兩之間是否真正的同步沒法準確測量，這就要求我們建立準確的卷繞控制模型，尤其是對于尺寸較大的電池的卷繞要求更高。卷繞中料帶張力，可以在控制中采用閉環反饋控制技術。

另外，卷繞過程中，我們實際控制的是卷繞電機轉動的速度，而實際速度是各料卷以及卷針卷繞實際半徑的函數，該半徑是動態變化的。目前，在沒有實際傳感器測量的情況下，我們假設料卷一次上料后卷芯逐步增大，中間半徑的變化規律完全符合阿基米德螺旋線定律。初始卷料半徑通過程序預先設定。

（編者探討：采用控制卷繞電機的轉速來調節轉繞速度其實是很困難的，不僅是料卷半徑的變化，還有卷繞松緊、料厚變化的因素影響，采用阿基米德螺旋線定量來控制更是一種理想狀態，與實際會有較大差異。解決這個問題只要加專門驅動機構就可以了。）

③卷繞過程動態控制模型：由于預卷繞過程屬于開環控制，準確的數學模型是卷繞控制系統成敗的關鍵。尤其是對于極片的線速度大于1m/s時，準確的卷繞模型是控制卷繞張力的穩定，是卷繞質量控制的關鍵核心。

④電芯高質卷繞：電芯高質量卷繞的核心問題是卷繞電芯的隔膜、極片貼合均勻，表現為沒有間隙，而且電池使用過程中隔膜和極片相互間在各個方向保持接觸應力均勻一致。

這對卷繞機提出兩個方面的要求，

一是：卷芯抽卷針后依然保持貼合應力的一致，這樣對卷針輪廓形狀的設計非常重要，尤其是方形卷繞電池，要保證卷繞抽針后極片和隔膜的貼合應力均勻，卷繞輪廓曲線必須是一階導數連續的封閉曲線，判斷原則是曲線不斷，平滑無尖角。

其次是：隔膜、極片進入卷針時，在卷針切線的母線方向，張力是一致的，這要求隔膜極片的糾偏幅度不應該太大，應該保證在隔膜、極片彈性范圍內的一個限值。

⑤方形卷繞電芯的GAP問題

依據卷繞機的自動化程度可以劃分為手工、半自動、全自動和一體機等類型。按照制作的芯包大小可以劃分為小型、中型、大型、超大型等。如下是幾種卷繞機的示意圖。