圆柱形锂电池卷绕恒张力的补偿方法与流程-尊龙凯时官方app下载

文档序号:36405221发布日期:2023-12-16 11:19阅读:12来源:国知局

圆柱形锂电池卷绕恒张力的补偿方法、装置、设备及介质
技术领域
1.本发明涉及锂电池加工技术领域,具体地涉及一种圆柱形锂电池卷绕恒张力的补偿方法

一种圆柱形锂电池卷绕恒张力的补偿装置

一种电子设备及一种计算机可读存储介质



背景技术:

2.在圆柱形锂电池生产卷绕工序中,卷绕张力设置起到了重大作用

如果张力设置设计不佳,会产生诸多问题,例如:极片断带,电芯抽芯,卷芯过盈无法装配等问题,还会直接引发各种安全问题,例如:极片卷绕后极片未断透而产生的藕断丝连,造成大量欧姆热,导致热失控,而发热量巨大,热量无法及时传递出来,最终电池出现安全问题

3.因此,恒张力参数的设置对电池的综合性能起到了重要作用

另外,对于卷绕机
pid
的参数设置,要经过不断尝试,对不同型号电池,往往采用另一种型号电池的张力作为参考,去逐渐调整张力的稳定性,并受技术状态不确定的客观影响,工业上往往使用机器反复不断调整,效率难以保证



技术实现要素:

4.本发明的目的是提供一种圆柱形锂电池卷绕恒张力的补偿方法

装置

设备及介质,解决对于不同型号电池,往往采用另一种型号电池的张力作为参考,去逐渐调整张力的稳定性,并受技术状态不确定的客观影响,工业上往往使用机器反复不断调整,效率难以保证等问题

5.为了实现上述目的,一方面,本发明提供一种圆柱形锂电池卷绕恒张力的补偿方法,所述方法包括:
6.获取卷绕机的卷针半径

电芯实际半径

卷绕周期和卷绕时长;
7.根据卷针半径

电芯实际半径和卷绕周期,确定卷绕半径周期修正系数;
8.根据卷针半径

卷绕时长和卷绕半径周期修正系数,确定电芯卷绕的实时修正半径;
9.将卷绕半径周期修正系数和电芯卷绕的实时修正半径输入至预先构建的电机力矩修正模型,得到修正后的电机输出力矩,以使卷绕机根据修正后的电机输出力矩控制卷绕的张力保持恒定

10.优选地,所述方法还包括:构建电机力矩修正模型,包括:
11.基于有限元化算法,构建卷绕机的转动惯量模型和力矩守恒模型;
12.根据转动惯量模型和力矩守恒模型构建电机力矩修正模型

13.优选地,所述方法还包括:
14.基于有限元化算法,确定电芯卷绕的厚度修正模型;
15.根据电芯卷绕的厚度修正模型,确定修正系数;
16.根据修正系数对电芯卷绕的实时运行参数进行修正,所述电芯卷绕的实时运行参
数包括:卷绕实时圈数

卷绕实时长度和电机实时转速

17.优选地,所述电芯卷绕的实时修正半径的表达式为:
[0018][0019]
式中,r修
为电芯卷绕的实时修正半径,
t
为卷绕时长,k修
为卷绕半径周期修正系数

[0020]
优选地,所述卷绕半径周期修正系数的表达式为:
[0021][0022]
式中,k修
为卷绕半径周期修正系数,rt
实际
为电芯实际半径,
r0为卷针半径,
t
为卷绕周期

[0023]
优选地,所述力矩守恒模型的表达式为:
[0024][0025]
式中,
t
为卷绕时长,j为电机的转动惯量,w为实时角速度,
mf为摩擦力力矩,f为卷绕实时张力,r为卷绕的实时半径,
md为电机输出力矩;
[0026]
所述转动惯量模型的表达式为:
[0027][0028]
式中,b为卷针长度,
ρ
为卷针密度,
r0为卷针半径

[0029]
优选地,所述电机力矩修正模型的表达式为:
[0030]
md修
(t)

(f-e(t)

)r

mf;
[0031]
式中,
md修
(t)
为电机力矩修正模型,f为卷绕实时张力,
e(t)

为张力修正量,r修
为电芯卷绕的实时修正半径,
mf为摩擦力力矩;
[0032]
其中,所述张力修正量
e(t)

的表达为:
[0033][0034]
式中,v0
为收卷初线速度,b为卷针长度,
ρ
为卷针密度,
r0为卷针半径

[0035]
另一方面,本发明还提供一种圆柱形锂电池卷绕恒张力的补偿装置,用于实现上述的圆柱形锂电池卷绕恒张力的补偿方法,所述装置包括:
[0036]
数据获取模块,用于获取卷绕机的卷针半径

电芯实际半径

卷绕周期和卷绕时长;
[0037]
周期修正模块,用于根据卷针半径

电芯实际半径和卷绕周期,确定卷绕半径周期修正系数;
[0038]
半径修正模块,用于根据卷针半径

卷绕时长和卷绕半径周期修正系数,确定电芯卷绕的实时修正半径;
[0039]
力矩修正模块,用于将卷绕半径周期修正系数和电芯卷绕的实时修正半径输入至预先构建的电机力矩修正模型,得到修正后的电机输出力矩,以使卷绕机根据修正后的电机输出力矩控制卷绕的张力保持恒定

[0040]
另一方面,本发明还提供一种电子设备,包括存储器

处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的圆柱形锂电池卷绕恒张力的补偿方法

[0041]
另一方面,本发明还提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现上述的圆柱形锂电池卷绕恒张力的补偿方法

[0042]
通过上述技术方案,本发明至少具有如下技术效果:
[0043]
1、
本发明能通过对电机输出力矩进行实时修正,根据修正后的电机输出力矩对卷绕机进行控制而使卷绕的张力稳定,以达到使卷绕的张力保持恒定的目的;
[0044]
2、
本发明在对多种型号电池进行卷绕,无需参考其它型号电池的卷绕张力的调整,卷绕张力保持恒定的调节,具有适应性广

效率高

准确率高等优点

[0045]
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明

附图说明
[0046]
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例,但并不构成对本发明实施例的限制

在附图中:
[0047]
图1是本发明的圆柱形锂电池卷绕场景图;
[0048]
图2是本发明一种实施方式提供的圆柱形锂电池卷绕恒张力的补偿方法的流程图;
[0049]
图3是本发明一种实施方式提供的圆柱形电池卷绕后的极耳上部有限元化的示意图;
[0050]
图4是本发明一种实施方式提供的方式提供的圆柱形锂电池卷绕恒张力的补偿装置的框图

具体实施方式
[0051]
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明

应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例,并不用于限制本发明实施例

[0052]
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同;本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本技术;本技术的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含

[0053]
实施例一
[0054]
图1是本发明的圆柱形锂电池卷绕场景图,如图1所示,该场景包括:张力摆杆

张力轮

转速变频器

卷绕电机

卷针

卷辊

泵和气缸,其中,张力摆杆的摆动可以调节卷绕的张力值,利用泵控制气缸的充放气,进而使气缸的伸缩端进行伸出或收缩,以使张力摆杆进行摆动

[0055]
卷绕机由两种卷绕方式来控制张力,第一种为变张力卷绕,即角速度一定,随着收卷直径变大,线速度增大,此时张力系统逐渐松弛来平衡张力的增大;另一种是变转速卷绕,通过改变转速来得到波动较小的线速度,再通过张力摆杆系统稳定张力

[0056]
本实施例采用第二种控制张力的方式,以图1为例,首先交流电机驱动卷绕针轴,张力的控制靠张力摆杆控制,而摆杆的摆动靠气缸的前后收缩去控制,这个张力的数值会给电机一个信号,使得其达到一定的转速,使得保持张力恒定

例如:当张力突然变大时,气缸拉伸,使得摆杆逆时针转动来释放张力,张力突变给交流电机一个信号,使得转速瞬间变小,释放缓冲张力的突变,转速变小后,张力摆杆回到原位

[0057]
基于图1所示的应用场景,本实施例提供一种圆柱形锂电池卷绕恒张力的补偿方法

图2是本发明一种实施方式提供的圆柱形锂电池卷绕恒张力的补偿方法的流程图,如图2所示,所述方法包括:
[0058]
步骤
s101
:获取卷绕机的卷针半径

电芯实际半径

卷绕周期和卷绕时长

[0059]
本实施例的卷针半径和电芯实际半径可利用传感器进行实时检测,例如超声波传感器

激光传感器等,卷绕时长为电机的转动时长,卷绕周期根据实际需求进行灵活设置;电机的实时转速可根据光电传感器

霍尔传感器或磁性传感器等进行实时监测

[0060]
步骤
s102
:根据卷针半径

电芯实际半径和卷绕周期,确定卷绕半径周期修正系数

[0061]
步骤
s103
:根据卷针半径

卷绕时长和卷绕半径周期修正系数,确定电芯卷绕的实时修正半径

[0062]
在本实施例中,电机给定一个初转速
n0,卷针半径为
r0,可得当卷绕m圈时,卷针半径变化为:
[0063]r=
r0 mt

ꢀꢀ
(1)

[0064]
t


t

t

2t

ꢀꢀ
(2)

[0065]
式中,
t

为卷绕总厚度,
t

为正极厚度,
t

为负极厚度,
t

为薄膜厚度

[0066]
为了得到一个稳定的线速度,使得v=v0
(v
为收卷实时线速度,v0
为收卷初线速度
)
,即:v0

v(3)

[0067]
其中,v0
=2π
n0r0(4)
;v=2π
nr
ꢀꢀ
(5)

[0068]
式中,r为卷绕的实时半径,n为电机实时转速

[0069]
根据公式
(3)、
公式
(4)、
公式
(5)
可得
[0070]
同时有:
[0071]
d(n0r0)

d(nr)(7)

[0072]
则有:
[0073][0074]
电机在高速卷绕中,若想保持恒线速度,必须满足转速:
[0075][0076]
式中,rt
为在m圈时的卷绕半径

[0077]
此时,则有:
[0078]
[0079]
为了更好计算,引入半径周期系数k,此时
[0080]
在本实施例中,在获取到电芯实际半径后,即可确定出卷绕半径周期修正系数;此时,所述卷绕半径周期修正系数的表达式为:
[0081][0082]
式中,k修
为卷绕半径周期修正系数,rt
实际
为电芯实际半径,
r0为卷针半径,
t
为卷绕周期

[0083]
在本实施例中,所述电芯卷绕的实时修正半径的表达式为:
[0084][0085]
式中,r修
为电芯卷绕的实时修正半径,
t
为卷绕时长

[0086]
步骤
s104
:将卷绕半径周期修正系数和电芯卷绕的实时修正半径输入至预先构建的电机力矩修正模型,得到修正后的电机输出力矩,以使卷绕机根据修正后的电机输出力矩控制卷绕的张力保持恒定

[0087]
在本实施例中,所述方法还包括:构建电机力矩修正模型,包括:
[0088]
步骤
a01
:基于有限元化算法,构建卷绕机的转动惯量模型和力矩守恒模型;
[0089]
步骤
a02
:根据转动惯量模型和力矩守恒模型构建电机力矩修正模型

[0090]
在本实施例中,对于卷绕,基于有限元化算法将圆柱形电池卷绕后的极耳上部有限元化,如图3所示,左侧将环形分割成无限小份,每个小份看作为一个矩形,面积为
t

dl
,右面将环形看成是宽度无限小的圆环
(r1和
r2为其中两个圆环的半径
)
,面积为2π
rdr
,左右两侧的面积相等

[0091]
可以得到:
[0092][0093]
由公式
14
可得:
[0094][0095]
式中,
l
为极片卷绕实时长度

[0096]
因此,绕卷在m圈时的卷绕半径rt
为:
[0097][0098]
式中,
lm总
为卷绕极片在第m圈时的总长度

[0099]
在本实施例中,所述力矩守恒模型的表达式为:
[0100][0101]
式中,
t
为卷绕时长,j为电机的转动惯量,w为实时角速度,
mf为摩擦力力矩,f为卷绕实时张力,r为卷绕的实时半径,
md为电机输出力矩;
[0102]
所述转动惯量模型的表达式为:
[0103][0104]
式中,b为卷针长度,
ρ
为卷针密度,
r0为卷针半径

[0105]
将公式
18
代入至公式
17
中可以得到:
[0106][0107]
由公式8和公式9可以得到:
[0108][0109][0110][0111]
将公式
20、
公式
21
和公式
22
代入至公式
19
中,可以得到:
[0112][0113]
在需要保持张力恒定时,即f为恒张力,
md(t)
必须满足:
[0114]
md(t)

(f-e(t))r mk(24)。
[0115]
根据公式
24
可以得到,电机力矩修正模型的表达式为:
[0116]
md修
(t)

(f-e(t)

)r

mf(25)

[0117]
md修
(t)
为电机力矩修正模型,f为卷绕实时张力,
e(t)

为张力修正量,r修
为电芯卷绕的实时修正半径,
mf为摩擦力力矩;
[0118]
其中,所述张力修正量
e(t)

的表达为:
[0119][0120]
式中,v0
为收卷初线速度,b为卷针长度,
ρ
为卷针密度,
r0为卷针半径

[0121]
因此,将步骤
s102
计算出的卷绕半径周期修正系数k修
和步骤
s103
计算出的电芯卷绕的实时修正半径r修
输入至电机力矩修正模型中,即可得到修正后的电机输出力矩

[0122]
本实施例通过对电机输出力矩进行实时修正,根据修正后的电机输出力矩对卷绕机进行控制而使卷绕的张力稳定,以达到使卷绕的张力保持恒定的目的;以及在对多种型号电池进行卷绕,无需参考其它型号电池的卷绕张力的调整,卷绕张力保持恒定的调节,具有适应性广

效率高

准确率高等优点

[0123]
作为本实施例的进一步优化,所述方法还包括:
[0124]
步骤
b01
:基于有限元化算法,确定电芯卷绕的厚度修正模型;
[0125]
步骤
b02
:根据电芯卷绕的厚度修正模型,确定修正系数;
[0126]
步骤
b03
:根据修正系数对电芯卷绕的实时运行参数进行修正,所述电芯卷绕的实时运行参数包括:卷绕实时圈数

卷绕实时长度和电机实时转速

[0127]
在本实施例中,电芯卷绕的厚度修正模型的表达式为:
[0128][0129]
修正系数的表达式为:
[0130][0131]
修正后的电机实时转速n修
的表达式为:
[0132][0133]
修正后的卷绕实时圈数m圈修
的表达式为:
[0134][0135]
修正后的卷绕实时长度
l

的表达式为:
[0136]
l


πm圈修
(m
圈修
δ
t

2r0)(31)。
[0137]
在本实施例中,通过本实施例的补偿方法,得到修正后的电机输出力矩

修正后的电机实时转速

修正后的卷绕实时长度和修正后的卷绕实时圈数,以上述参数与修正后的电机输出力矩共同对卷绕机进行控制,能使圆柱形锂电池卷绕保持在恒定张力状态的控制精度得到进一步提高

[0138]
实施例二
[0139]
图4是本发明一种实施方式提供的方式提供的圆柱形锂电池卷绕恒张力的补偿装置的框图,如图4所示,本实施例还提供一种圆柱形锂电池卷绕恒张力的补偿装置,用于实现实施例一的圆柱形锂电池卷绕恒张力的补偿方法,所述装置包括:
[0140]
数据获取模块,用于获取卷绕机的卷针半径

电芯实际半径

卷绕周期和卷绕时长;
[0141]
周期修正模块,用于根据卷针半径

电芯实际半径和卷绕周期,确定卷绕半径周期修正系数;
[0142]
半径修正模块,用于根据卷针半径

卷绕时长和卷绕半径周期修正系数,确定电芯卷绕的实时修正半径;
[0143]
力矩修正模块,用于将卷绕半径周期修正系数和电芯卷绕的实时修正半径输入至预先构建的电机力矩修正模型,得到修正后的电机输出力矩,以使卷绕机根据修正后的电机输出力矩控制卷绕的张力保持恒定

[0144]
基于实施例一同样的发明构思,本实施例还提供一种电子设备,包括存储器

处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述
计算机程序时实现实施例一的圆柱形锂电池卷绕恒张力的补偿方法

[0145]
基于实施例一同样的发明构思,本实施例还提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现实施例一的圆柱形锂电池卷绕恒张力的补偿方法

[0146]
本实施例通过对电机输出力矩进行实时修正,根据修正后的电机输出力矩对卷绕机进行控制而使卷绕的张力稳定,以达到使卷绕的张力保持恒定的目的,以及在对多种型号电池进行卷绕,无需参考其它型号电池的卷绕张力的调整,卷绕张力保持恒定的调节,具有适应性广

效率高

准确率高等优点

[0147]
实施例三
[0148]
本实施例对圆柱电池
21700
卷绕张力参数优化进行实施例一进行举例说明

其中薄膜厚度为
t


14um,
负极厚度为
t


113um,
正极厚度为
t


102um
,卷针半径
r0=
1.75mm
,卷针长b=
200mm,
卷针密度
ρ

14g/cm3,卷绕周期为
t

2s
,电芯总长度
l


1260mm
,收卷初转速为
n0=
96r/s
,卷绕初张力为
f0=
200n。
[0149]
基于实施例一的圆柱形锂电池卷绕恒张力的补偿方法,可得到如表1所示的参数表

[0150]
表1参数表
[0151]
项目数值项目数值
k49.285k

51.51375v1055.58mm
δ
1.0406r
t
10.103mmr
t
实际
10.30mmkvbp145.667k

vbp152.255t

0.243mmt
厚修
0.25287mm
[0152]
本领域内的技术人员应明白,本技术的实施例可提供为方法

系统

或计算机程序产品

因此,本技术可采用完全硬件实施例

完全软件实施例

或结合软件和硬件方面的实施例的形式

而且,本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质
(
包括但不限于磁盘存储器
、cd-rom、
光学存储器等
)
上实施的计算机程序产品的形式

[0153]
本技术是参照根据本技术实施例的方法

设备
(
系统
)、
和计算机程序产品的流程图和
/
或方框图来描述的

应理解可由计算机程序指令实现流程图和
/
或方框图中的每一流程和
/
或方框

以及流程图和
/
或方框图中的流程和
/
或方框的结合

可提供这些计算机程序指令到通用计算机

专用计算机

嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和
/
或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置

[0154]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和
/
或方框图一个方框或多个方框中指定的功能

[0155]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或
其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和
/
或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤

[0156]
在一个典型的配置中,计算设备包括一个或多个处理器
(cpu)、
输入
/
输出接口

网络接口和内存

[0157]
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器,随机存取存储器
(ram)

/
或非易失性内存等形式,如只读存储器
(rom)
或闪存
(flash ram)。
存储器是计算机可读介质的示例

[0158]
计算机可读介质包括永久性和非永久性

可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储

信息可以是计算机可读指令

数据结构

程序的模块或其他数据

计算机的存储介质的例子包括,但不限于相变内存
(pram)、
静态随机存取存储器
(sram)、
动态随机存取存储器
(dram)、
其他类型的随机存取存储器
(ram)、
只读存储器
(rom)、
电可擦除可编程只读存储器
(eeprom)、
快闪记忆体或其他内存技术

只读光盘只读存储器
(cd-rom)、
数字多功能光盘
(dvd)
或其他光学存储

磁盒式磁带,磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质,可用于存储可以被计算设备访问的信息

按照本文中的界定,计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体
(transitory media)
,如调制的数据信号和载波

[0159]
还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程

方法

商品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程

方法

商品或者设备所固有的要素

在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个
……”
限定的要素,并不排除在包括要素的过程

方法

商品或者设备中还存在另外的相同要素

[0160]
以上仅为本技术的实施例而已,并不用于限制本技术

对于本领域技术人员来说,本技术可以有各种更改和变化

凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改

等同替换

改进等,均应包含在本技术的权利要求范围之内

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