一种锂电池模切换卷系统及方法与流程

1.本技术涉及电池制造技术领域，具体涉及一种锂电池模切换卷系统及方法。


背景技术：

2.锂电池在日常生活中应用十分广泛，具有储存能量密度高，制造工艺复杂，生产品质要求高的特点。锂电池的制造工艺包括极片制作、电芯制作、电池组装等多个步骤，其中激光模切、分切工序展现出高效精密、灵活、可靠稳定、焊材损耗小、自动化和安全程度高等特点，被广泛应用于锂电池的制程中。目前激光模切分切工序生产过程中如果检测到坏品时会继续完成当前固定长度的模切，然后打标结束到分切工序。
3.锂电池在生产过程中由于一个电芯为固定长度的极片，而通常使用两个mark孔来标记一个电芯。mark孔的作用是电芯制备过程中模切，让后续的卷绕设备用来识别电芯的起始位置和结束位置的，两个mark孔之间的材料为一个电芯。如图1所示为现有技术中锂电池模切工艺示意图，极片从左边放卷沿极片传输线输送至右边收卷，当一卷料生产完成时该系统停机，需要在第二裁切单元7人为切断完好的电芯，拿走空的卷筒，再换上新材料。同时，在第一裁切单元6人为切断完好的电芯下料并换上一个空的卷筒并将刚刚切断的电芯沾在空的卷筒上面。这样会导致上料时候切断浪费一个完好的电芯，下料时切断又浪费一个完好的电芯。就造成了锂电池极片材料的浪费，存在严重影响产能和生产时间，造成资源和成本浪费的缺陷。


技术实现要素：

4.基于此，本技术提供了一种锂电池换卷省料的系统及方法，可以将两次裁切，即放卷轴上料裁切和收卷轴换料裁切都在同一个电芯里面完成，减少了极片裁剪的浪费。
5.本技术是通过如下方案实现的：
6.根据本技术的第一方面，提供了一种锂电池极片的模切换卷系统，包括：
7.极片传输线、模切单元、第一裁切单元、图像采集单元、编码器和控制单元，所述极片传输线用于传输极片，所述模切单元和所述图像采集单元依次设置于所述极片传输线的上游，所述第一裁切单元设置于所述极片传输线的下游，所述控制单元分别与所述模切单元和所述图像采集单元信号连接，所述编码器安装于所述极片传输线上，用于获取所述极片传输线的传输速度，所述编码器分别与所述控制单元和所述图像采集单元信号连接；
8.所述模切单元用于在所述极片传输线的前一卷的极片与新一卷的极片连接时，接收所述控制单元的信号，在与所述前一卷极片的末mark孔相距距离为一个电芯长度l处模切所述新一卷极片的首mark孔，并发送换卷信号至所述图像采集单元；
9.所述图像采集单元用于接收所述换卷信号，采集所述极片的图像，并将所述极片的图像发送至所述控制单元，所述控制单元用于识别所述首mark孔图像，并通过编码器记录所述首mark孔的初始位置a和移动位置b；
10.所述控制单元用于获取所述移动位置b，并在所述首mark孔的移动位置b与第一预
设位置c重合时，控制所述模切系统停机并提醒用户控制所述第一裁切单元裁切极片，其中，所述第一预设位置c使所述极片的裁切点位于所述首mark孔与所述末mark孔之间。
11.进一步地，所述第一预设位置c与所述第一裁切单元的距离c1不超过一个电芯长度l。
12.进一步地，还包括：所述首mark孔的移动位置b与所述第一预设位置c重合时，所述第一预设位置c满足以下关系式：
13.c1＝p-(b1-a1)，其中，定义所述第一裁切单元与所述模切单元相距距离为固定值p，所述图像采集单元的检测位置与所述模切单元相距距离为固定值a1，所述移动位置与所述模切单元相距距离为b1，所述第一预设位置与所述第一裁切单元相距距离为c1。
14.进一步地，还包括：贴标单元，设置于所述第一裁切单元上游，所述贴标单元用于接收所述控制单元的信号对所述极片进行贴标；
15.所述控制单元还用于控制所述模切系统低速运行后，在所述首mark孔的移动位置b与第二预设位置d重合时，控制所述贴标单元对所述极片进行贴标，以使所述贴标位置位于所述首mark孔与所述裁切点之间。
16.进一步地，所述第二预设位置d与所述裁切点的距离d1小于所述第一预设位置c与所述第一裁切单元的距离c1。
17.根据本技术实施例的第二方面，本技术还提供一种锂电池极片的模切换卷方法，包括如下步骤：
18.在极片传输线的前一卷极片与新一卷极片连接时，控制模切单元在与前一卷极片的末mark孔相距距离为一个电芯长度l处模切新一卷极片的首mark孔，所述模切单元设置于所述极片传输线的上游；
19.从所述图像采集单元识别所述首mark孔图像，并通过编码器获取所述移动位置b，所述移动位置b由所述编码器记录所述首mark孔的移动距离获得，所述采集图像单元设置于所述模切单元的下游，且所述编码器分别与所述控制单元和所述图像采集单元信号连接；
20.在所述首mark孔的移动位置b与第一预设位置c重合时，控制所述模切系统停机，并提醒用户控制第一裁切单元裁切极片，其中，所述第一预设位置c使所述极片的裁切点位于所述首mark孔与所述末mark孔之间，所述第一裁切单元设置于所述极片传输线的下游。
21.进一步地，所述第一预设位置c与所述第一裁切单元的相距距离c1不超过一个电芯长度l。
22.进一步地，所述首mark孔的移动位置b与所述第一预设位置c重合时，所述第一预设位置c满足以下关系式：
23.c1＝p-(b1-a1)，其中，定义所述第一裁切单元与所述模切单元相距距离为固定值p，所述图像采集单元的检测位置与所述模切单元相距距离为固定值a1，所述移动位置与所述模切单元相距距离为b1，所述第一预设位置与所述第一裁切单元相距距离为c1。
24.进一步地，该方法还包括：控制所述模切系统低速运行；
25.在所述首mark孔的移动位置b与第二预设位置d重合时，控制贴标单元对所述极片进行贴标，以使所述贴标位置位于所述首mark孔与所述裁切点之间，所述贴标单元设置于所述极片传输线的下游。
26.进一步地，所述第二预设位置d与所述第二模切位的相距距离d1小于所述第一预设位置c与所述第一裁切单元的相距距离c1。
27.本技术通过将本应该在极片传输线上游裁切的具有瑕疵的电芯移动至极片传输线的下游裁切，并在极片传输线的下游设置第一预设位置，使得首mark点在移动到该位置时，停机裁切极片。该第一预设位置的设置使得裁切点与首mark孔之间具有一定距离，保证了裁切点位于首mark孔与末mark孔之间，确保具有胶带的瑕疵电芯被裁掉。本技术设计使得从原本换卷时在上游裁切一个完好的电芯，同时要在下游下料时裁切一个完好的电芯，更换为将因为使用胶带连接前后卷而具有瑕疵的位于上游的电芯移动至下游，并保证下游的第一裁切单元一定会裁切该瑕疵的电芯，从而降低了一个完好电芯的浪费。其次，本技术还通过在首mark下游贴附标识，帮助用户在下一工序中识别电芯的结束位置，更加人性化。且本技术通过在换卷裁切过程中低速运转，在换卷贴标完成后高速运转，保证裁切的准确性的同时提高了模切速率。
28.为了更清楚地说明本技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
附图说明
29.图1为本发明背景技术中的一种极片模切装置图；
30.图2为本发明实施例中的一种锂电池极片模切换卷装置前后卷连接的示意图；
31.图3为图2中首mark点移动的示意图；
32.图4为图3中首mark点移动至第一预设位置c时的结构示意图；
33.图5为图3中首mark点移动至第二预设位置c时的结构示意图；
34.图6为本技术实施例提供的一种锂电池极片模切换卷方法的步骤流程图。
35.附图标记：1、极片传输线；10、极片；11、前一卷极片；111、末mark孔；12、新一卷极片；121、首mark孔；2、模切单元；3、图像采集单元；5、控制单元；6、第一裁切单元；7、第二裁切单元；8、贴标单元。
具体实施方式
36.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施例方式作进一步地详细描述。
37.应当明确，所描述的实施例仅仅是本技术实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术实施例保护的范围。
38.在本技术实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术实施例。在本技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
39.下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似
的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的人体，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
40.此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联人体的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联人体是一种“或”的关系。
41.针对背景技术中的技术问题，本发明提供一种锂电池极片10的模切换卷系统，如图2-图5所示，包括极片传输线1、模切单元2、第一裁切单元6、图像采集单元3、编码器和控制单元5。其中，极片传输线1用于传输极片10，定义如图2所示从左至右为模切系统的生产方向，则左侧为极片传输线1的上游，右侧为极片传输线1的下游。
42.模切单元2、图像采集单元3和第一裁切单元6依次从上游至下游设置在极片传输线1上。编码器安装于极片传输线1上，且分别与控制单元5和图像采集单元3信号连接，编码器用于获取极片传输线1的传输速度。控制单元5还与图像采集单元3连接。该系统还包括第二裁切单元7，第二裁切单元7设置在模切单元2的上游，用于裁切极片10。控制单元5可以是计算机设备，或者控制芯片、服务器等具有运算功能的电子设备。图像采集单元3可以是ccd相机。模切单元2可以是激光模切机，第一裁剪单元和第二裁剪单元可以是裁切机。
43.锂电池的模切工艺用于对极片10进行模切形成等间距的mark孔。具体是通过模切单元2对极片10进行等间距连续模切mark孔。每两个mark孔之间的极片10视为一个完整的电芯，每个mark孔是上一个电芯的末111端也是下一个电芯的首121端。
44.模切单元2实现等间距连续模切mark孔是通过控制单元5控制模切单元2模切的间隔时间，并通过编码器获取极片10传输速度，从而控制mark孔之间的距离。
45.如图2所示，在锂电池模切生产过程中，极片传输线1上游的前一卷极片11放料完成时，需要更换新一卷极片12。
46.此时，模切单元2用于在极片传输线1的前一卷的极片10与新一卷的极片10连接时，接收控制单元5的信号，与前一卷极片11的末mark孔111相距距离为一个电芯长度l处模切新一卷极片12的首mark孔121，并发送换卷信号至图像采集单元3。
47.在极片传输线1的上游，前一卷的极片10与新一卷的极片10通过胶带连接。通常来说，模切单元2在前一卷的极片10末尾模切得到最后一个末mark孔111。控制单元5控制模切单元2在达到一个电芯长度l对应的时间时，对极片10进行模切，此时会在新一卷极片12的端部模切得到第一个首mark孔121，则该末mark孔111和该首mark孔121就形成一个电芯，且该电芯由于中间有胶带连接而具有瑕疵。
48.图像采集单元3用于接收换卷信号，采集极片10的图像，并将极片10的图像发送至控制单元5，控制单元5用于识别首mark孔121图像，并通过编码器记录首mark孔121的初始位置a和移动位置b。
49.该换卷信号指示极片传输线1的前一卷的极片10与新一卷的极片10连接。控制单元5根据模切单元2模切首mark孔121的原始时间、识别到mark孔的初始时间以及编码器获得的传输速度，则可以计算得到首mark孔121与模切单元2的初始距离，将模切单元2所在位
置定义为原点，则该距离即为mark孔的初始位置a。
50.控制单元5用于获取移动位置b，并在首mark孔121的移动位置b与第一预设位置c重合时，控制模切系统停机并提醒用户控制第一裁切单元6裁切极片10，其中，第一预设位置c使极片10的裁切点位于首mark孔121与末mark孔111之间。
51.首mark孔121在移动过程中，编码器持续获取传输速度，控制单元5获取从模切单元2模切首mark孔121至首mark孔121保持移动的时间，从而得到首mark孔121的移动距离及对应的移动位置。该第一预设位置c通常根据需求设定，该第一预设位置c与新一卷的端部的距离为用户需要留存的长度。例如，当电芯长度设为15米时，需要留存3米，则在距离新一卷端部3米处设置该第一预设位置，就能够保证首mark孔121移动到第一预设位置时，裁切点与首mark孔121之间的距离为3米。
52.具体的，首mark孔121的移动位置b与第一预设位置c重合时，第一预设位置c满足以下关系式：c1＝p-(b1-a1)，其中，定义第一裁切单元6与模切单元2距离为固定值p，图像采集单元3的检测位置与模切单元2距离为固定值a1，移动位置与模切单元2距离为b1，第一预设位置与第一裁切单元6距离为c1。在具体的应用中，该距离c1的单位量级为米。
53.本技术通过将本应该在极片传输线1上游裁切的具有瑕疵的电芯移动至极片传输线1的下游裁切，并在极片传输线1的下游设置第一预设位置，使得首mark孔121在移动到该位置时，停机裁切极片10。该第一预设位置的设置使得裁切点与首mark孔121之间具有一定距离，保证了裁切点位于首mark孔121与末mark孔111之间，确保具有胶带的瑕疵电芯被裁掉。本技术设计使得从原本换卷时在上游裁切一个完好的电芯，同时要在下游下料时裁切一个完好的电芯，更换为将因为使用胶带连接前后卷而具有瑕疵的位于上游的电芯移动至下游，并保证下游的第一裁切单元6一定会裁切该瑕疵的电芯，从而减少了一个完好电芯的浪费。
54.在一个优选的实施例中，为了保证瑕疵电芯一定被裁切，第一预设位置c与第一裁切单元6的距离c1不超过一个电芯长度l。该设置即保证了裁切位最远不会超过末mark孔111。
55.由于该模切的工序完成后，收卷后的电芯还要继续放卷操作，为了提醒用户首mark孔121之后极片10就快要走完，需要停机换卷。
56.经过模切工艺得到的收卷轴，在下一道工序中需要再次放卷，因此，上述的首mark孔121在下一个工序中的放卷过程中，相当于该卷电芯的放卷中的最后一个mark孔。如图5所示，在一个优选的实施例中，该系统还包括：
57.贴标单元8，设置于第一裁切单元6上游，贴标单元8用于接收控制单元5的信号对极片10进行贴标。
58.控制单元5还用于控制模切系统低速运行后，在首mark孔121的移动位置b与第二预设位置d重合时，控制贴标单元8对极片10进行贴标，以使贴标位置位于首mark孔121与所述裁切点之间。
59.贴标的标识通常是给用户提醒极片10的结束位置，以防止用户继续运转模切系统，导致当前极片10还未与新一卷极片12连接就收卷到卷针上，导致后续还要用户停机重新对新一卷极片12穿引。在一个具体的实施例中，本技术贴标为四连标，用于表示该首mark孔121距离结束位置还有多远。
60.具体的，首mark孔121的移动位置b与第二预设位置d重合时，第二预设位置d满足以下关系式：d1＝p-(b1-a1)，其中，定义第一裁切单元6与模切单元2距离为固定值p，图像采集单元3的检测位置与模切单元2距离为固定值a1，移动位置与模切单元2距离为b1，第二预设位置与第一裁切单元6距离为d1。在具体的应用中，该距离d1的单位量级为毫米。
61.在一个优选的实施例中，第二预设位置d与裁切点的距离d1小于第一预设位置c与第一裁切单元6的距离c1。具体的，贴标位置在极片10运行过程中的应用是在mark点之前显示，来提醒用户该mark点出现后还有一端距离就到结束位置了，所以标识位置不需要和首mark孔121距离太大。
62.本技术实施例还提供了一种锂电池极片的模切换卷方法，如图6所示，具体包括如下步骤：
63.s10：在极片传输线的前一卷极片与新一卷极片连接时，控制模切单元在与前一卷极片的末mark孔相距距离为一个电芯长度l处模切新一卷极片的首mark孔，所述模切单元设置于所述极片传输线的上游。
64.s20：从所述图像采集单元识别所述首mark孔图像，并通过编码器获取所述移动位置b，所述移动位置b由所述编码器记录所述首mark孔的移动距离获得，所述采集图像单元设置于所述模切单元的下游，且所述编码器分别与所述控制单元和所述图像采集单元信号连接。
65.s30：在所述首mark孔的移动位置b与第一预设位置c重合时，控制所述模切系统停机，并提醒用户控制第一裁切单元裁切极片，其中，所述第一预设位置c使所述极片的裁切点位于所述首mark孔与所述末mark孔之间，所述第一裁切单元设置于所述极片传输线的下游。
66.在一个可选的例子中，所述第一预设位置c与所述第一裁切单元的相距距离c1不超过一个电芯长度l。
67.在一个可选的例子中，步骤s30中所述首mark孔的移动位置b与所述第一预设位置c重合时，所述第一预设位置c满足以下关系式：
68.c1＝p-(b1-a1)，其中，定义所述第一裁切单元与所述模切单元相距距离为固定值p，所述图像采集单元的检测位置与所述模切单元相距距离为固定值a1，所述移动位置与所述模切单元相距距离为b1，所述第一预设位置与所述第一裁切单元相距距离为c1。
69.在一个可选的例子中，还包括如下步骤：
70.s40：控制所述模切系统低速运行。
71.s50：在所述首mark孔的移动位置b与第二预设位置d重合时，控制贴标单元对所述极片进行贴标，以使所述贴标位置位于所述首mark孔与所述裁切点之间，所述贴标单元设置于所述极片传输线的下游。
72.在一个可选的例子中，所述第二预设位置d与所述第二模切位的相距距离d1小于所述第一预设位置c与所述第一裁切单元的相距距离c1。
73.在一个可选的例子中，在贴标单元对所述极片贴标后，控制所述模切系统的低速运转切换至高速运转。换卷时，保持低速运转，保证了在极片传输线下游裁切的准确性。在换卷完成且贴标后，切换为高速运转，提高了模切系统的运行速率。
74.本技术通过将本应该在极片传输线上游裁切的具有瑕疵的电芯移动至极片传输
线的下游裁切，并在极片传输线的下游设置第一预设位置，使得首mark点在移动到该位置时，停机裁切极片。该第一预设位置的设置使得裁切点与首mark孔之间具有一定距离，保证了裁切点位于首mark孔与末mark孔之间，确保具有胶带的瑕疵电芯被裁掉。本技术设计使得从原本换卷时在上游裁切一个完好的电芯，同时要在下游下料时裁切一个完好的电芯，更换为将因为使用胶带连接前后卷而具有瑕疵的位于上游的电芯移动至下游，并保证下游的第一裁切单元一定会裁切该瑕疵的电芯，从而降低了一个完好电芯的浪费。其次，本技术还通过在首mark下游贴附标识，帮助用户在下一工序中识别电芯的结束位置，更加人性化。且本技术通过在换卷裁切过程中低速运转，在换卷贴标完成后高速运转，保证裁切的准确性的同时提高了模切速率。
75.应当理解的是，本技术实施例并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本技术实施例的范围仅由所附的权利要求来限制。
76.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术实施例构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。