本實(shí)用新型涉及鋰離子電池領(lǐng)域，尤其涉及鋰離子電池的卷芯包覆。

背景技術(shù)：

鋰離子電池卷芯以卷繞方式將電池正極、負(fù)極、隔膜組合成型，也稱其為電芯。對鋰離子電池來說，隔膜對負(fù)極的包覆充分度、負(fù)極對正極的包覆充分度至關(guān)重要，包覆不充分則帶來安全、短路等致命缺陷。

圖1為現(xiàn)有電池正負(fù)極片卷繞機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，導(dǎo)向板11固定在兩根導(dǎo)軸12上，兩根導(dǎo)軸12均垂直固定于卷繞設(shè)備的基板13，靠近基板13的一端裝有彈簧14，另一端設(shè)置了旋鈕15。正負(fù)極片平鋪在導(dǎo)向板11上進(jìn)行卷繞，通過人工調(diào)節(jié)旋紐15，鎖定導(dǎo)向板11位置，從而控制極片與基板13之間的距離及平行度。

圖2為現(xiàn)有電池隔膜卷繞機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，隔膜16直接裝設(shè)在一根導(dǎo)軸12上進(jìn)行卷繞，導(dǎo)軸12垂直固定于卷繞設(shè)備的基板13，靠近基板13的一端裝有彈簧14，另一端設(shè)置了旋鈕15。與圖1所示機(jī)構(gòu)類似，通過人工調(diào)節(jié)旋紐15，鎖定隔膜16的位置，從而控制隔膜16與基板13之間的距離。

現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中，電芯卷繞包覆的好壞，關(guān)鍵是如何控制正極片、負(fù)極片、隔膜三者分別與基板之間的距離，即如何調(diào)節(jié)導(dǎo)向板到基板的距離、導(dǎo)向板的方向、上下隔膜在各自導(dǎo)軸上的安裝位置。事實(shí)上，這種調(diào)節(jié)完全依賴人工，除非人工調(diào)節(jié)旋鈕位置進(jìn)行干預(yù)，否則導(dǎo)向板與隔膜位置固定不動，包覆精度無法滿足要求。即使首件檢驗(yàn)已調(diào)好，在設(shè)備運(yùn)行過程中也可能由于種種原因發(fā)生偏移而不被生產(chǎn)員工所覺察，最終導(dǎo)致產(chǎn)品缺陷，大致有以下幾種：

若極片與基板不平行，經(jīng)過卷繞后，電芯會出現(xiàn)極片的“螺旋”缺陷，帶來安全風(fēng)險(xiǎn)；

以基板為基準(zhǔn)，若負(fù)極片中心線與正極片中心線發(fā)生偏離，一個整體靠外，另一個整體靠內(nèi)，經(jīng)過卷繞后，在寬度方向負(fù)極片與正極片的中心線不重疊。當(dāng)偏移大小超出負(fù)極片與正極片寬度之差的一半時(shí)，電芯會出現(xiàn)“露黑”缺陷，帶來安全風(fēng)險(xiǎn)；

以基板為基準(zhǔn)，如隔膜中心線與負(fù)極片中心線發(fā)生偏離，一個整體靠外，另一個整體靠內(nèi)，經(jīng)過卷繞后，在寬度方向隔膜與負(fù)極片中心線不重疊。當(dāng)偏移大小超出隔膜與負(fù)極片寬度之差的三分之一時(shí)，電芯會出現(xiàn)“短路”缺陷，帶來安全風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種提高鋰離子電池卷芯包覆度的方法及裝置，解決現(xiàn)有僅通過人工干預(yù)無法達(dá)到包覆精度，甚至導(dǎo)致產(chǎn)品各種缺陷的問題。

為解決該問題，本實(shí)用新型提供一種提高鋰離子電池卷芯包覆度的裝置，包括基板，通過導(dǎo)軸設(shè)置于基板上分別用于承載正、負(fù)極片的導(dǎo)向板，以及設(shè)置于基板上分別用于裝設(shè)上、下隔膜的導(dǎo)軸，該裝置還包括檢測單元及糾偏單元，所述檢測單元實(shí)時(shí)檢測正極片、負(fù)極片、上隔膜、下隔膜至基板的距離，所述糾偏單元根據(jù)檢測單元的檢測結(jié)果與其內(nèi)部所設(shè)置正極片、負(fù)極片、上隔膜、下隔膜至基板距離標(biāo)準(zhǔn)范圍的對比結(jié)果，自動調(diào)整用于承載正、負(fù)極片的導(dǎo)向板、用于裝設(shè)上、下隔膜的導(dǎo)軸相對于基板的位置。

進(jìn)一步地，所述糾偏單元包括控制單元以及分別與各導(dǎo)軸連接的多個伺服電機(jī)，所述導(dǎo)軸均為絲桿，所述控制單元接收檢測單元的檢測結(jié)果，根據(jù)檢測結(jié)果與其內(nèi)部所設(shè)置正極片、負(fù)極片、上隔膜、下隔膜至基板距離標(biāo)準(zhǔn)范圍的對比結(jié)果，控制伺服電機(jī)動作帶動絲桿運(yùn)動。

進(jìn)一步地，所述控制單元為PLC控制器。

進(jìn)一步地，所述檢測單元包括分別位于用于承載正、負(fù)極片的導(dǎo)向板外邊緣頭部及尾部、用于裝設(shè)上、下隔膜的導(dǎo)軸外邊緣的多個光纖感應(yīng)器，或分別位于用于承載正、負(fù)極片的導(dǎo)向板內(nèi)邊緣頭部及尾部、用于裝設(shè)上、下隔膜的導(dǎo)軸內(nèi)邊緣的多個光纖感應(yīng)器。

進(jìn)一步地，該裝置還包括報(bào)警器，所述檢測單元無法測得上、下隔膜至基板距離時(shí)，控制單元控制報(bào)警器報(bào)警。

本實(shí)用新型通過對正極片、負(fù)極片、上隔膜、下隔膜至基板的距離進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并根據(jù)測量值與標(biāo)準(zhǔn)范圍的偏差，不斷調(diào)整用于承載正、負(fù)極片的導(dǎo)向板、用于裝設(shè)上、下隔膜的導(dǎo)軸，使偏差縮小，實(shí)現(xiàn)了自動調(diào)整正極片、負(fù)極片、上隔膜、下隔膜至基板距離的目的，使得正極片、負(fù)極片、上隔膜、下隔膜與基板始終保持平行狀態(tài)，正極片、負(fù)極片、上隔膜、下隔膜各自寬度方向的中心線始終保持重合狀態(tài)，提高了卷芯寬度方向的包覆度。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有正、負(fù)極片卷繞機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有上、下隔膜卷繞機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型正、負(fù)極片卷繞機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型上、下隔膜卷繞機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。

考慮到現(xiàn)有進(jìn)行鋰離子電池卷芯包覆的設(shè)備通過人工干預(yù)的方式對卷芯包覆度進(jìn)行調(diào)整，完全依賴于操作人員的觀察，如觀察不及時(shí)或調(diào)節(jié)不精準(zhǔn)，很容易造成產(chǎn)品缺陷，本實(shí)用新型提供一種能夠?qū)硇景捕葘?shí)現(xiàn)自動檢測及調(diào)整的裝置，以提高鋰離子電池卷芯的包覆度。

如圖3、4所示，該裝置包括基板13，分別用于承載正、負(fù)極片的導(dǎo)向板11，以及分別用于裝設(shè)上、下隔膜16的導(dǎo)軸12。為了實(shí)現(xiàn)自動檢測及調(diào)整，該裝置還包括檢測單元及糾偏單元，檢測單元實(shí)時(shí)檢測正極片、負(fù)極片、上隔膜、下隔膜至基板13的距離，糾偏單元根據(jù)檢測單元的檢測結(jié)果及其內(nèi)部所設(shè)置正極片、負(fù)極片、上隔膜、下隔膜至基板13距離標(biāo)準(zhǔn)范圍的對比結(jié)果自動調(diào)整用于承載正、負(fù)極片的導(dǎo)向板11、用于裝設(shè)上、下隔膜的導(dǎo)軸12相對于基板13的位置。

其中，用于承載正、負(fù)極片的的導(dǎo)向板11分別通過設(shè)置于其頭部及尾部的兩導(dǎo)軸12與基板13連接，用于裝設(shè)上、下隔膜的導(dǎo)軸12也與基板13連接，為了方便調(diào)節(jié)正極片、負(fù)極片、上隔膜、下隔膜16相對于基板13的位置，上述導(dǎo)軸12均采用絲桿。

檢測單元包括多個光纖感應(yīng)器17。在分別用于承載正、負(fù)極片的導(dǎo)向板11頭部及尾部邊緣上開孔，孔內(nèi)分別設(shè)置光纖感應(yīng)器17，用于讀取正、負(fù)極片頭、尾部距基板的距離；在分別用于裝設(shè)上、下隔膜16的導(dǎo)軸12上設(shè)置光纖感應(yīng)器17，用于讀取上、下隔膜16距基板13的距離。上述光纖感應(yīng)器17同時(shí)設(shè)置于用于承載正、負(fù)極片的導(dǎo)向板11內(nèi)邊緣、用于裝設(shè)上、下隔膜16的導(dǎo)軸12內(nèi)邊緣，或同時(shí)設(shè)置于用于承載正、負(fù)極片的導(dǎo)向板11外邊緣、用于裝設(shè)上、下隔膜16的導(dǎo)軸12外邊緣，以保證控制單元可以采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對正極片、負(fù)極片、上隔膜、下隔膜16至基板13的距離進(jìn)行設(shè)置。

糾偏單元包括控制單元及多個伺服電機(jī)，不同的絲桿連接不同的伺服電機(jī)。上述各光纖感應(yīng)器17分別檢測到正極片頭部邊緣、正極片尾部邊緣、負(fù)極片頭部邊緣、負(fù)極片尾部邊緣上隔膜邊緣及下隔膜邊緣，然后分別測量出各邊緣與基板13之間的距離數(shù)據(jù)，控制單元不斷抽取上述六個距離數(shù)據(jù)，與其內(nèi)部事先設(shè)置的正極片、負(fù)極片、上隔膜、下隔膜至基板13距離標(biāo)準(zhǔn)范圍進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果控制各相應(yīng)的伺服電機(jī)動作，驅(qū)動相應(yīng)的絲桿前進(jìn)或后退，以使得正極片、負(fù)極片、上隔膜、下隔膜至基板13的距離能夠落入其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)對正、負(fù)極片以及上、下隔膜位置的精準(zhǔn)控制。

該裝置還包括報(bào)警器，當(dāng)檢測單元無法檢測到上隔膜或下隔膜至基板13的距離時(shí)，控制單元發(fā)送上、下隔膜缺料報(bào)警信號至報(bào)警器，發(fā)出報(bào)警，并控制卷繞機(jī)停止運(yùn)行。

本實(shí)用新型所采用的控制單元為PLC控制器，相較于單片機(jī)等控制器抗干擾性強(qiáng)，相較于基于影像處理進(jìn)行控制的方式成本低廉。實(shí)際生產(chǎn)中，采用PLC控制器對首個電芯卷繞過程進(jìn)行自動調(diào)整之后，至少一天之內(nèi)無需再進(jìn)行調(diào)整，得到的電芯卷繞包覆度均能夠達(dá)到要求，也就是說，每次開機(jī)僅需對首個電芯卷繞過程進(jìn)行調(diào)節(jié)即可滿足要求。可見，采用PLC控制器完全能夠滿足生產(chǎn)需求，其成本又低，性價(jià)比非常高。

以下以某型號電芯為例，對本實(shí)用新型提高鋰離子電池卷芯包覆度的工作過程進(jìn)行詳細(xì)說明。各光纖感應(yīng)器均設(shè)置于導(dǎo)向板或?qū)лS的內(nèi)邊緣，為敘述方便，將正極片內(nèi)邊緣頭部到基板的距離定義為A1，正極片內(nèi)邊緣尾部到基板的距離定義為A2，負(fù)極片內(nèi)邊緣頭部到基板的距離定義為B1，負(fù)極片內(nèi)邊緣尾部到基板的距離定義為B2，上隔膜內(nèi)邊緣到基板的距離定義為C，下隔膜內(nèi)邊緣到基板的距離定義為D。

第一步，在控制單元內(nèi)設(shè)置正極片、負(fù)極片、上隔膜、下隔膜至基板距離的標(biāo)準(zhǔn)范圍。

鋰離子電池卷芯包覆的理想狀態(tài)是，在寬度方向上，正、負(fù)極片以及上、下隔膜的中心線完全重合?？紤]到制作極片及隔膜時(shí)存在加工精度誤差、卷繞動作本身帶來誤差等因素，為了降低包覆不良的風(fēng)險(xiǎn)，負(fù)極片設(shè)計(jì)寬度處于正極片設(shè)計(jì)寬度和隔膜設(shè)計(jì)寬度之間。理想包覆狀態(tài)下，各光纖感應(yīng)器檢測到的距離應(yīng)滿足以下關(guān)系：

A1＝A2＜B1＝B2＜C＝D；

B1–A1＝(負(fù)極片寬度-正極片寬度)÷2

C–B1＝(隔膜寬度-負(fù)極片寬度)÷2

假設(shè)該型號電芯隔膜寬度比負(fù)極片寬度大3.0mm，負(fù)極片寬度比正極片寬度大2.0mm。初始狀態(tài)下，我們設(shè)定該型號的正極片內(nèi)邊緣到基板的距離A1、A2為280.0mm，(對于不同的卷繞設(shè)備，該值不同，需根據(jù)當(dāng)前設(shè)備結(jié)構(gòu)實(shí)際測量獲得該值。)考慮到正、負(fù)極片以及上、下隔膜寬度的差值，負(fù)極片內(nèi)邊緣到基板的距離B1、B2應(yīng)為279.0mm，上、下隔膜內(nèi)邊緣到基板的距離C、D應(yīng)為277.5mm?？紤]到實(shí)際卷繞過程中會產(chǎn)生誤差，因此在PLC中設(shè)置A1、A2值允許的范圍為279.9～280.1mm；設(shè)置B1、B2值允許的范圍為278.9～279.1mm；設(shè)置C、D值允許的范圍為277.4～277.6mm。

第二步，卷繞過程中，實(shí)時(shí)檢測正極片、負(fù)極片、上隔膜、下隔膜至基板的距離。

人工將正、負(fù)極片分別放入其相應(yīng)的導(dǎo)向板軌道內(nèi)，啟動卷針開始卷繞，相應(yīng)導(dǎo)向板頭部及尾部的兩個光纖感應(yīng)器持續(xù)捕獲正、負(fù)極片內(nèi)邊緣，并測量出A1、A2、B1、B2值。

人工將上、下隔膜裝設(shè)于導(dǎo)軸上，放卷后相應(yīng)導(dǎo)軸上的光纖感應(yīng)器持續(xù)捕獲上、下隔膜內(nèi)邊緣，并測量出C、D值。

第三步，分別對比測量值與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)范圍。

卷繞開始以后，PLC不斷抽取各光纖感應(yīng)器測量到的A1、A2、B1、B2、C、D值，并將每一次抽取到的測量數(shù)據(jù)與對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)范圍進(jìn)行比較，即判定A1和A2是否在279.9～280.1mm范圍內(nèi)，B1和B2是否在278.9～279.1mm范圍內(nèi)，C和D值是否在277.4～277.6mm范圍內(nèi)。

第四步，根據(jù)對比結(jié)果自動調(diào)整正極片、負(fù)極片、上隔膜、下隔膜至基板的距離。

對于正極片，如果A1、A2值在其對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)范圍279.9～280.1mm內(nèi)，伺服電機(jī)不動作，導(dǎo)向板不偏移；如果A1、A2大于280.1mm或小于279.9mm，則發(fā)送信號給對應(yīng)的伺服電機(jī)，驅(qū)動絲桿旋轉(zhuǎn)，令相應(yīng)的導(dǎo)向板向內(nèi)側(cè)或向外側(cè)偏移，使測量值與標(biāo)準(zhǔn)范圍的偏差縮小，實(shí)現(xiàn)糾偏。設(shè)備運(yùn)行過程中，光纖感應(yīng)器仍不斷檢測A1、A2值，PLC控制器不斷判斷A1、A2值是否超出279.9～280.1mm的范圍，再根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行糾偏，即不斷重復(fù)上述第二至第四步。隨著正極片的卷繞運(yùn)行，當(dāng)正極片對應(yīng)的光纖感應(yīng)器能檢測到A1值，但不能檢測到A2值時(shí)，則認(rèn)為該正極片卷繞完畢，直到下一個電芯開始卷繞前，絲桿保持不動，導(dǎo)向板保持不偏移。

對于負(fù)極片，如果B1、B2值在其對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)范圍278.9～279.1mm內(nèi)，伺服電機(jī)不動作，導(dǎo)向板不偏移；如果B1、B2大于279.1mm或小于278.9mm，則發(fā)送信號給對應(yīng)的伺服電機(jī)，驅(qū)動絲桿旋轉(zhuǎn)，令相應(yīng)的導(dǎo)向板向內(nèi)側(cè)或向外側(cè)偏移，使測量值與標(biāo)準(zhǔn)范圍的偏差縮小，實(shí)現(xiàn)糾偏。設(shè)備運(yùn)行過程中，光纖感應(yīng)器仍不斷檢測B1、B2值，PLC控制器不斷判斷B1、B2值是否超出278.9～279.1mm的范圍，再根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行糾偏，即不斷重復(fù)上述第二至第四步。隨著負(fù)極片的卷繞運(yùn)行，當(dāng)負(fù)極片對應(yīng)的光纖感應(yīng)器能檢測到B1值，但不能檢測到B2值時(shí)，則認(rèn)為該負(fù)極片卷繞完畢，直到下一個電芯開始卷繞前，絲桿保持不動，導(dǎo)向板保持不偏移。

對于上、下隔膜部分，如果C、D值在其對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)范圍277.4～277.6mm內(nèi)，伺服電機(jī)不動作，導(dǎo)向板不偏移；如果C、D大于277.6mm或小于277.4mm，則發(fā)送信號給對應(yīng)的伺服電機(jī)，驅(qū)動相應(yīng)的導(dǎo)軸向內(nèi)側(cè)或向外側(cè)偏移，使測量值與標(biāo)準(zhǔn)范圍的偏差縮小，實(shí)現(xiàn)糾偏。設(shè)備運(yùn)行過程中，光纖感應(yīng)器仍不斷檢測C、D值，PLC控制器不斷判斷C、D值是否超出277.4～277.6mm的范圍，再根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行糾偏，即不斷重復(fù)上述第二至第四步。當(dāng)上隔膜對應(yīng)的光纖感應(yīng)器檢測不到C值，則認(rèn)為上隔膜缺料；當(dāng)下隔膜對應(yīng)的光纖感應(yīng)器檢測不到D值，則認(rèn)為下隔膜缺料，反饋信號給PLC，程序報(bào)警并提示隔膜缺料，卷繞機(jī)停止運(yùn)行。

通過上述過程，可以實(shí)現(xiàn)自動調(diào)整用于承載正、負(fù)極片的導(dǎo)向板、及用于裝設(shè)上、下隔膜的導(dǎo)軸位置的目的，使得正極片、負(fù)極片、上隔膜、下隔膜與基板始終保持平行狀態(tài)，正極片、負(fù)極片、上隔膜、下隔膜各自寬度方向的中心線始終保持重合狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)隔膜對負(fù)極片、負(fù)極片對正極片的最優(yōu)包覆。