一种张力控制机构及电芯卷绕设备的制作方法

本实用新型涉及电池生产制造技术领域，具体涉及一种张力控制机构及电芯卷绕设备。

背景技术：

锂电池、超级电容、聚合物及动力电池制造中，通常需要采用电池卷绕设备来实现电池电芯的卷绕制造，电芯卷绕的好坏直接决定着电池产品的性能。

在电芯卷绕过程，作用在隔膜或极片中的张力需要由张力控制机构来控制，如图1所示，张力控制机构一般包括伺服电机或气缸1’、滑轨2’、滑块3’，滑块3’由伺服电机或气缸1’驱动在滑轨2’上滑动，张力辊组件4’安装在滑块3’上，隔膜或极片100’缠绕在张力辊组件4’和固定辊组件5’上，电芯卷绕过程中的张力辊组件4’所产生的位移和力均由该伺服电机或气缸1’控制，这使得效率与精度都有不同程度的降低，同时在单位时间内控制效率严重滞后，造成在电芯卷绕过程中因张力滞后产生电芯逐层差异，从而影响卷绕时电芯的质量和精度。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术中的问题提供一种能够在电芯卷绕过程中避免张力滞后的张力控制机构。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种张力控制机构，包括固定辊组件和张力辊组件，隔膜或极片的两端部分别缠绕在所述固定辊组件和所述张力辊组件上，所述张力控制机构还包括用于驱动所述张力辊组件随所述隔膜或极片的卷绕做直线运动以靠近或远离所述固定辊组件的驱动机构，所述驱动机构包括在所述张力辊组件直线运动过程中控制所述张力辊组件的位移的第一驱动机构和用于控制所述张力辊组件在直线运动过程中作用在所述隔膜或极片上的张力的第二驱动机构。

优选地，所述第一驱动机构包括伺服电机、第一滑轨和能够沿所述第一滑轨的长度延伸方向滑动地设置在所述第一滑轨上的第一滑块，所述伺服电机与所述第一滑块连接以驱动所述第一滑块在所述第一滑轨上滑动。

进一步地，所述第二驱动机构包括气缸、控制所述气缸的输出力的控制元件、第二滑轨和能够沿所述第二滑轨的长度延伸方向滑动地设置在所述第二滑轨上的第二滑块，所述第一滑轨和所述第二滑轨沿同一长度方向延伸，所述气缸、所述控制元件和所述第二滑轨均固定设置在所述第一滑块上，所述气缸的活动端与所述第二滑块连接以驱动所述第二滑块在所述第二滑轨上滑动，所述张力辊组件的一端部固定设置在所述第二滑块上。

更进一步地，所述第二滑块与所述第一滑块的滑动方向相同或相反。

更进一步地，所述控制元件为电气比例阀或电位器。

更进一步地，所述气缸包括缸体和能够滑动地设置在所述缸体中的活塞杆，在所述隔膜或极片卷绕过程中，所述活塞杆伸出所述缸体的距离保持恒定。

更进一步地，所述张力控制机构还包括控制器和用于测试所述张力辊组件在直线运动过程中作用在所述隔膜或极片上的张力的力传感器，所述力传感器和所述控制元件分别与所述控制器电连接。

一种具体的实施方式，所述力传感器固定设置在所述固定辊组件的一端部。

进一步地，所述伺服电机采用位置控制模式驱动所述第一滑块在所述第一滑轨上滑动。

本实用新型还提供一种电芯卷绕设备，所述电芯卷绕设备具有如上述任一项所述的张力控制机构。

由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：采用本实用新型的张力控制机构结构简单，在电芯卷绕过程中，可通过第一驱动机构控制张力辊组件的位置变化，使其与放卷轴同步，可通过第二驱动机构控制张力辊组件运动过程中在隔膜或极片上产生的张力，这可避免电芯卷绕过程中出现张力滞后现象，从而提高卷绕时的张力的精度，进而提高电芯的卷绕质量。

附图说明

附图1为现有技术中张力控制机构的结构示意图；

附图2为本实用新型的张力控制机构的结构示意图；

附图3为本实用新型的张力控制机构的主视图。

其中：1、机架；2、固定辊组件；21、固定辊；3、张力辊组件；31、张力辊；4、第一驱动机构；41、伺服电机；42、第一滑轨；43、第一滑块；5、第二驱动机构；51、气缸；52、第二滑轨；53、第二滑块；6、力传感器；100、隔膜或极片。

具体实施方式

下面结合附图来对本实用新型的技术方案作进一步的阐述。

本实用新型的张力控制机构适用于锂电池的电芯卷绕设备中，以调节所传送的隔膜或极片100等带状薄料的张力。如图2和图3所示，本实用新型的张力控制机构包括固定辊组件2、张力辊组件3和驱动机构，隔膜或极片100的两端部分别缠绕在固定辊组件2和张力辊组件3上，驱动机构驱动张力辊组件3随隔膜或极片100的卷绕做直线运动以靠近或远离固定辊组件2。

固定辊组件2包括至少两个固定辊21，每个固定辊21的一端部均固定设置在机架1上。张力辊组件3包括至少一个张力辊31，固定辊21与张力辊31呈相互间隔交错且相互平行的设置方式，带状的隔膜或极片100顺次交替的绕设于固定辊21与张力辊31之间，且隔膜或极片100最后通过一个固定辊21再到达并绕设于卷绕隔膜或极片100的卷绕装置（图中未示出）上。本实施例中，固定辊组件2包括三个固定辊21，张力辊组件3包括两个张力辊31。

驱动机构包括第一驱动机构4和第二驱动机构5，第一驱动机构4用于控制张力辊组件3的位移，使其做直线运动时的位置变化与放卷轴同步，第二驱动机构5用于控制张力辊组件3在直线运动过程中在隔膜/或极片100中产生的张力，以避免卷绕过程中出现张力滞后现象。

第一驱动机构4包括固定设置在机架1上的伺服电机41、固定设置在机架1上的第一滑轨42、能够沿第一滑轨42的长度延伸方向滑动地设置在第一滑轨42上的第一滑块43，伺服电机41与第一滑块43连接，以驱动第一滑块43在第一滑轨42上做往复直线运动。

本实施例中，伺服电机采用位置控制模式，以迅速、准确及高效地控制第一滑块43的位置变化，即控制张力辊组件3的位置与放卷轴同步。

第二驱动机构5包括气缸51、控制气缸51的输出力的控制元件、第二滑轨52和能够沿第二滑轨52的长度延伸方向滑动地设置在第二滑轨52上的第二滑块53。

第一滑轨42和第二滑轨52沿同一方向延伸，气缸51、控制元件以及第二滑轨52均固定设置在第一滑块43上，气缸51包括缸体和能够在缸体中滑动地设置的活塞杆，第二滑块53与活塞杆固定连接，以驱动第二滑块53在第二滑轨52上做往复直线运动，每个张力辊31的一端部均固定设置在第二滑块53上。

在张力辊组件3做直线运动过程中，控制元件控制活塞杆伸出缸体的距离恒定，即气缸51以恒定的输出力驱动第二滑块53在第二滑轨52上滑动，以使得张力辊组件3在直线运动过程中保持恒定的张力。控制元件可采用电气比例阀或者电位器。本实施例中，控制元件采用电气比例阀。

该张力控制机构还包括控制器和用于测试张力辊组件3在直线运动过程中所作用在隔膜或极片100上的张力的力传感器6，力传感器6和控制元件分别与控制器电连接。控制器中设有张力的预设数据，力传感器6实时采集隔膜或极片100的张力数据，控制器根据力传感器6测得的数据与预设数据的差值调节电气比例阀的流量从而使气缸51保持恒定的输出力。本实施例中，力传感器6设置在一个固定辊21的一端部。

该张力控制机构的工作流程如下：

隔膜或极片100在卷绕装置上进行卷绕之前，伺服电机41驱动第一滑块43在第一滑轨42上滑动，从而使得张力辊组件3做直线运动远离固定辊组件2，力传感器6 实时采集隔膜或极片100的张力数据并与控制器中的预设数据做比较，若所采集的张力数据大于预设数据时，说明张力过大，控制器控制电气比例阀使其流量减小，从而使第二滑块53沿与第一滑块43相反的方向在第二滑轨52上滑动，张力辊组件3也会随第二滑块53一起滑动，由于固定辊组件2 固定不动，则瞬间缩短了固定辊组件2与张力辊组件3之间的距离，相当于在传输的过程中释放了一部分隔膜或极片100，也就是说卷绕之前的隔膜或极片100变松了，张力也就自然降低了，直到力传感器6实时采集的张力数据减小到与预设数据相等；若力传感器6所采集的张力数据小于预设数据时，说明张力过小，控制器控制电气比例阀使其流量增大，从而使第二滑块53沿与第一滑块43相同的方向在第二滑轨52上滑动，张力辊组件3也会随第二滑块53一起滑动，由于固定辊组件2 固定不动，则瞬间增加了固定辊组件2与张力辊组件3之间的距离，相当于在传输的过程中减少了一部分隔膜或极片100，也就是说卷绕之前的隔膜或极片100变紧了，张力也就自然增加了，直到力传感器6实时采集的张力数据增加到与预设数据相等。最后隔膜或极片100保持该恒定的张力到达卷绕装置进行卷绕。在整个调节过程中，伺服电机41控制第一滑块43的位置变化与放卷轴同步，电气比例阀控制气缸51的输出力从而控制张力辊组件3做直线运动时产生的张力，这可有效地避免张力滞后现象，使得卷绕装置在位置与张力的双层控制下，提高了卷绕时的张力精度，在杜绝了卷绕时的张力差异的情况下, 提高了电芯的质量。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。