【安川】案件聚焦——锂电池卷绕背后的秘密
空旷的工厂为何突然响起警报?
生产线戛然而止,究竟是何人所为?
产品不合格的背后,又隐藏着什么?
工厂停产损失的幕后,到底是管理缺失还是设备问题?
让我们随着安川的技术人员,一起探究其背后的原因……
案例分析
这是一家锂电池的制造工厂。近几年,锂电池的应用越来越广泛,例如电子设备,工业仪器,医疗仪器等领域都能见到锂电池的使用。而市场对锂电池需求量不断增大的同时,也对锂电池的制造工艺提出了更高的要求。然而,该工厂却在锂电池的卷绕环节中,遇到了技术难题。
如下图所示,锂电池的卷绕工艺,就是将电池的正负极材料、绝缘膜、极耳卷绕成电芯的过程。在正负极材料中间加入绝缘的隔离膜,在适当的位置插入极耳后,将所有材料紧密卷绕在一起。
(极耳:从电芯中将正负极引出来的金属导电体。通俗来说,电池正负两极的耳朵是在进行充放电时的接触点。)
而该工厂在生产过程中发现,锂电池的正负极很难正好卷绕在相同的位置。此外,在卷绕过程中,隔离膜总是被拉细甚至拉断,但是如果放松卷绕力度,又会出现卷绕松弛的现象。
眼看着工厂即将蒙受巨额损失,工厂负责人心急如焚,寝食难安,最后向我们安川的技术人员寻求帮助。我们安川的技术人员去现场考察之后发现,原来在生产过程中,卷绕设备必须通过同步控制和张力控制,确保在卷绕过程中收卷和放卷同时进行,并且在该过程中线材的卷绕不过于松弛或紧绷。
解决方案
为解决该技术难题,安川提供了相应的产品以及3个技术方案:
1、 使用多轴同步的插补方式,保证收放卷轴和插入轴完全同步,保证极耳位置一致。
安川采用了MP3000与∑7 M-III伺服,建立起网络通讯;并且使用虚拟运动轴的角输出,作为插补时的参数,控制4根卷轴同步运动。
2、使用卷径计算方式
卷绕的过程中随着时间推移,卷绕轴的卷径会一直变大,如果不对卷径进行计算,会造成卷绕不整齐,极耳偏差。安川通过编码器反馈,实时计算电芯的卷径,保证卷绕整齐。
理论依据:
(1)脉冲量与卷轴半径成反比。
(2)卷绕前无需测量卷轴半径和电极层的厚度。
(3)空轴为硬金属固体,借助测量仪器更易测量。
3、方形卷绕等效模型的建立
方形电芯卷绕过程中,由于各个位置的旋转半径各不相同,我们建立了一套等效的转换系统,计算出等效半径,从而可以计算出等效的角速度。
通过以上3项技术解决方案,安川成功帮助该工厂解决了卷绕过程中的生产难题。该工厂又投入到了紧张的生产过程中,工厂负责人也终于松了一口气。
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