锂电池极片自动卷绕方法技术

本发明专利技术公开了一种锂电池极片自动卷绕方法，是让方形卷针安装在卷轴上并匀速转动，收卷材料，在径向上形成心形轨迹，使卷绕进入方形针的材料在任意时刻均保持水平且匀速地绕进卷针；本发明专利技术提供的运动轨迹很好地解决了卷绕机在卷绕材料过程中材料上下波动的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料自动卷绕成型领域，具体涉及方形卷针卷绕锂电池正负极片的自动卷绕方法。
技术介绍
自动卷绕机在卷绕材料的能力、质量和效率等诸多方面具有显著优势，在锂电池、纺织、电容器和纸品等行业得到越来越广泛的应用。卷绕机的张力和卷绕速度决定了卷绕成品的质量，卷绕过程中需尽量保持卷绕材料张力恒定，卷绕速度均匀，避免材料上下波动。因此张力控制系统被广泛地应用到自动卷绕机上。卷绕材料平稳地被绕进卷绕辊，是保证卷绕质量的关键。中心卷针为矩形，在饶轴转动过程中必然会带动材料的上下波动。通常避免卷绕材料大幅波动，保证卷绕材料平稳地方法有三种：1)降低卷绕速度。过高的卷绕速度会引起卷绕材料的上下波动，较低的卷绕速度可以保证平稳。但是降低卷绕速度也会降低生产效率，不适用于工业化生产线。这种方法也并没有从本质上解决因卷针形状引起的材料波动问题。2)在自动卷绕机系统中添加张力控制系统。其工作原理是张力传感器实时检测料卷的张力，并将值反馈给控制中心。控制中心将张力传感器的检测值与张力设定值进行对比，根据差值对卷绕机中的张力进行调节，保持材料在上下往复运动过程中，张力恒定，降低波动。3)输出辊上下运动。这种方法是让输出辊根据卷轴卷绕速度，和卷针协同运动，保持卷绕材料水平。卷绕辊的运动虽然一定程度上解决了卷绕材料的波动，但是会引起卷绕材料在卷绕机中部的波动和张力不稳定。总之，虽然张力控制系统和速度控制系统在自动卷绕机上得到广泛的应用，但是由卷绕针形状引起的材料上下波动和卷绕质量下降等问题并没有得到有效的解决。通过中心轴的运动，使卷绕材料保持水平，卷绕速度恒定的研究还很欠缺。专利
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种锂电池极片自动卷绕方法，是让方形卷针中心轴在径向上按照特定的该轨迹运动，使得方形卷针上的材料没有波动、水平地卷进卷针，且速度恒定，卷绕平稳，保证卷绕成型的产品质量良好。由于卷绕材料的运动状态由中心卷轴的运动和方形卷针的运动叠加而来，卷轴的心形运动和卷针的圆周运动可使得卷绕材料始终水平。所述心形运动轨迹是一种用于卷绕机方形卷针中心卷轴的运动轨迹，本轨迹主要目的是让卷绕材料水平且匀速地进入方形卷针，避免卷绕材料上下波动。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术提供的锂电池极片自动卷绕方法，是让方形卷针中心轴在径向上按照心形轨迹运动，与卷针的圆周运动叠加，使卷绕材料水平匀速地卷入方形卷针。作为优选，所述心形轨迹的求解包括以下步骤：步骤1，获取任一角度卷轴中心点O的坐标公式；步骤2，基于MATLAB软件绘出中心轨迹图像。作为优选，所述步骤1包括建立平面矢量关系、卷轴中心轨迹的具体计算和建立直角坐标系求解。作为优选，所述步骤1的具体过程如下：1.1根据卷绕机卷轴部分的机械结构特点，建立平面矢量关系：设当前卷针中点为O，薄膜切入点为O3，卷针半径OO3是变量，模不变，方向随时间均匀改变；O1为卷绕机上一固定参考点，O2为薄膜出口点，O1O2为常量，模和方向均不变；O2O3为变量，方向不变，模随时间改变；O1O为变量，模和方向均改变；在任一给定时刻，O1O2为常量，已知；O2O3为变量，模可以求出，方向固定，已知；OO3是变量，方向可以求出，模固定，已知；O1O为变量，根据矢量三角形，模和方向皆可求出，卷轴中心可以确定；1.2卷轴中心轨迹的具体计算如下：设方形卷绕头转动一圈的时间为T，横截面半径为r，则电机转动角速度为每转动一度所需的时间为T/360°；卷绕材料始终保持水平运动状态，方形卷针每旋转半圈为一个周期则卷绕材料运动的平均速度为1.3基于卷绕机的矢量平面模型，建立直角坐标系，从卷绕头水平位置开始，逆时针方向旋转，以1度为步长，求解中心点O的坐标值；卷针转过0°时，O点的x坐标为0，y坐标为0；卷针转过1°时，O点的x坐标为-r+vt+r*cos(wt)，y坐标为r*sin(wt)；卷针转过90°时，O点的x坐标为-r+90°*vt+r*cos(90°*wt)，y坐标为r*sin(90°*wt)；卷针转过n°时，O点的x坐标为-r+nvt+r*cos(nwt)，y坐标为r*sin(nwt)；卷针转过180°时，O点的x坐标为0，y坐标为0；分析可知，任一时刻的卷轴中心位置x坐标为-r+nvt+r*cos(nwt)y坐标为r*sin(nwt)，其中则任一时刻卷轴中心O点的坐标与周期T无关，只与方形卷针的半径r有关。作为优选，所述步骤2的具体过程如下：基于MATLAB软件编程，绘出不同方形卷针半径r，卷轴中心轨迹的一系列曲线，其程序具体为：定义方形卷针r分别为20mm，40mm，60mm；每转1°的时间；卷绕材料的平均卷绕速度；方形卷针转动角速度；n＝0∶1∶180，转动角度从0°到180°；x＝-r+nvt+r*cos(nwt)，中心点O的横坐标；y＝r*sin(nwt)，中心点O的纵坐标；Plot(x，y)，调用plot()指令画出中心点O的轨迹图像；中心点O的轨迹为一系列心形图像，图像只与卷针半径有关，半径越大，心形图像越大。作为优选，方形卷针的中心固定在卷轴中心上，卷轴中心安装在凸轮上，所述凸轮的轮廓形状用于形成卷轴中心的心形运动轨迹。作为优选，方形卷针的中心固定在卷轴中心上，卷轴中心点的运动分解为X和Y两个方向上的运动，由两个电机分别驱动，通过调节两个电机的转速，合成卷轴中心轨迹的心形运动。使用时，卷针为长方体，卷绕半径为r，安装在中心卷轴上，卷针由电机带动匀速转动卷绕材料，转速为n。每当方形卷针转过一定角度，方形卷针卷绕材料的切入点偏移原有水平位置，中心卷轴按照本专利技术的类似于心形的轨迹运动，对方形卷针进行补偿，使得方形卷针卷绕材料的切入点始终水平不变，保证卷绕材料能够水平地卷入方形卷针。有益效果：本专利技术针对自动卷绕机方形卷针水平平稳卷绕材料，采用卷轴中心运动的方法。中心卷轴按照本专利技术的心形轨迹运动，卷针在电机的驱动下做圆周运动，卷绕材料的切入点O3做水平的往复运动，使卷绕材料水平平稳地卷入卷针，最终获得最理想的卷绕质量。除了上面所述的本专利技术解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本专利技术的锂电池极片自动卷绕方法所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。附图说明图1是本专利技术的用于方形卷针的卷轴中心点轨迹；图2是本专利技术的卷绕机卷轴部分的平面矢量关系图；图3是本专利技术的卷针转过0°时，卷轴中心的直角坐标图；图4是本专利技术的卷针转过1°时，卷轴中心的直角坐标图；图5是本专利技术的卷针转过n°时，卷轴中心的直角坐标图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步具体说明。一种用于方形卷针的自动卷绕机卷轴中心的新型轨迹，如图1所示，轨迹只与卷针半径有关，卷针半径越大，轨迹越大。图中三条心形曲线分别是方形卷针半径为60mm，40mm，20mm对应的轨迹。具体如下：根据卷绕机卷轴部分的机械结构特点，简化卷绕机结构如图2。O为卷针中点，O1为卷绕机上一固定参考点，O2为薄膜出口点，O3为薄膜切入点。OO3是变量，模不变，方向随时间均匀改变；O1O2为常量，模和方向均不变；O2O3为变量，方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂电池极片自动卷绕方法，其特征在于：方形卷针中心轴在径向上按照心形轨迹运动，与卷针的圆周运动叠加，使卷绕材料水平匀速地卷入方形卷针。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池极片自动卷绕方法，其特征在于：方形卷针中心轴在径向上按照心形轨迹运动，与卷针的圆周运动叠加，使卷绕材料水平匀速地卷入方形卷针。2.根据权利要求1所述的锂电池极片自动卷绕方法，其特征在于：所述心形轨迹的求解包括以下步骤：步骤1，获取任一角度卷轴中心点O的坐标公式；步骤2，基于MATLAB软件绘出中心轨迹图像。3.根据权利要求2所述的锂电池极片自动卷绕方法，其特征在于：所述步骤1包括建立平面矢量关系、卷轴中心轨迹的具体计算和建立直角坐标系求解。4.根据权利要求3所述的锂电池极片自动卷绕方法，其特征在于：所述步骤1的具体过程如下：1.1根据卷绕机卷轴部分的机械结构特点，建立平面矢量关系：设当前卷针中点为O，薄膜切入点为O3，卷针半径OO3是变量，模不变，方向随时间均匀改变；O1为卷绕机上一固定参考点，O2为薄膜出口点，O1O2为常量，模和方向均不变；O2O3为变量，方向不变，模随时间改变；O1O为变量，模和方向均改变；在任一给定时刻，O1O2为常量，已知；O2O3为变量，模可以求出，方向固定，已知；OO3是变量，方向可以求出，模固定，已知；O1O为变量，根据矢量三角形，模和方向皆可求出，卷轴中心可以确定；1.2卷轴中心轨迹的具体计算如下：设方形卷绕头转动一圈的时间为T，横截面半径为r，则电机转动角速度为每转动一度所需的时间为T/360°；卷绕材料始终保持水平运动状态，方形卷针每旋转半圈为一个周期则卷绕材料运动的平均速度为1.3基于卷绕机的矢量平面模型，建立直角坐标系，从卷绕头水平位置开始，逆时针方向旋转，以1度为步长，求解中心点O的坐标值；卷针转过0°时，O点的x坐标为0，y坐标为0；卷针转过1°时，O点的x坐标为...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩良，赵怀云，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32