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深耕行业,高创为锂电设备提供完整运动控制解决方案

深耕行业,高创为锂电设备提供完整运动控制解决方案

2022/6/24 13:49:01

随着碳达峰、碳中和成为全球共识,新能源在整个能源体系中的比重将快速增加,带动锂电池需求提升。根据预测,2025年全球动力电池需求量接近1TWh,中国动力电池企业市场占比有望达到60%以上。从应用场景上看,储能领域市场将出现指数级增长;消费领域,3C电池产品需求仍将保持平稳增长,电动工具市场增长提速;电动自行车领域,消费升级与环保需求继续推动铅酸电池向锂电转型,锂电池将在更多融合性场景发挥作用。

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完整的锂电池产业链包含锂、钴、石墨等原材料资源的开采加工,锂电池四大材料及辅料的生产制造,电芯制造及组装,终端应用以及废旧锂电池回收等环节,经过多年的发展已经形成了一个专业化程度高、分工明晰的产业链体系。

就锂电池生产工艺而言,主要涵盖电极制作的搅拌涂布阶段(前段)、电芯合成的卷绕注液阶段(中段),以及化成封装的包装检测阶段(后段)。所涉及到的生产设备种类繁多,对设备的可靠性、控制精度、生产效率及灵活性要求很高。

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在锂电池产能提升、单位KWh售价下降形势下,锂电池生产厂家和锂电设备制造商所面临的竞争都日趋加剧。如何进一步提高产品的良率和生产效率,同时有效控制成本,成为整个行业要思考的问题。系统作为锂电设备的核心,对锂电行业的降本增效至关重要,主要包括运动控制总线,伺服驱动器,伺服和运动控制器。

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PART-01 运动控制总线

锂电行业大部分伺服驱动器都是基于EtherCAT通讯接口的,尤其是轴数较多的卷绕机和叠片机。EtherCAT总线以其通讯周期短,数据容量大,同步精度高(DC时间同步),并且协议对外开放,迅速赢得了市场众多伺服驱动和运动控制器厂家的青睐。目前高创旗下CDHD 高性能伺服驱动器、CDHD2 高性能伺服驱动器、CDHDE 伺服驱动器、BDHDE 伺服驱动器、softMC301 紧凑型运动控制器、softMC703高性能多轴控制器均支持EtherCAT作为其运动控制总线。

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PART-02 伺服驱动器

伺服驱动器及伺服电机产品,作为设备的核心部件,用量巨大。伺服产品的性能、稳定性、易用性和经济性都是选择的重要因素:普通工位倾向于选择简单易用的伺服方案、高要求工位则对伺服方案性能要求较高。以电芯卷绕机为例:

普通工位

电芯卷绕机普通工位伺服性能要求以位置、速度、简单扭矩控制为主,不要求过高响应速度和精度。例如纠偏、牵引、缓存、贴胶、焊接、插拔针等工位的电机,通常选择稳定可靠、简单易用的旋转伺服电机。一如高创BDHDE驱动器+PH2旋转伺服电机,定位通用型旋转伺服电机应用,满足锂电设备中大多数旋转电机的应用需求,调试简单方便。

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高要求工位

在电芯卷绕机中,卷针控制、张力电机控制、插片和裁切等关键工位对驱动器响应、控制精度和开放性有较高要求。

No.1 卷针控制

作为卷绕机的核心,楔形卷针采用凸轮算法控制,要求卷绕线速度恒定,一般采用直驱电机来直接驱动卷针。高创CDHD伺服驱动器凭借出色的性能,良好的开放性很好的匹配卷针控制应用场景,不仅能够兼容多种反馈类型和电机,且CDHD驱动器响应快,跟随误差小,让复杂的运动控制化繁为简并且确保快、准、稳地完成卷针控制。

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No.2 张力电机控制

卷绕机的入卷张力控制是典型的闭环低张力控制,张力控制难度较大。张力控制容易影响电芯卷绕质量,为了提高张力控制精度,一般采用音圈电机来控制,高创CDHD伺服驱动器支持多种类型反馈,非常适合驱动第三方电机,例如音圈、直驱电机和直线电机,满足张力控制对伺服驱动器性能和兼容性的高要求。

No.3 插片和裁切工位

裁切一般采用飞锯算法控制,要求两轴同步控制。高创CDHD伺服驱动器采用先进的HD控制算法。HD算法是高创的专利技术,可以做到更快的响应,更小的跟随误差和更小的整定时间,从而使得整个运动控制系统精度更高,响应更快,更稳定。

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PART-03 运动控制器

锂电设备机型众多,部分锂电设备控制十分复杂,往往伴随有轴数多、复杂的同步运动控制、张力控制和视觉算法等难点,且程序代码量大、结构复杂,还要求有非常短(低至0.5-1ms)的运动控制扫描周期。另外锂电设备有一定非标属性,机型变种多,一般允许的调试周期比较短。总而言之,这些难点都对锂电设备的运动控制器提出了高要求:

No.1 性能强悍

极端要求在0.5ms运动控制周期驱动多达几十个甚至上百个轴。

No.2 成熟稳定

一个稳定的控制平台对设备稳定性和缩短开发周期至关重要。

No.3 编程友好

为应对巨大的程序开发量和苛刻的开发调试周期,需配备一款编程友好,且便于结构化代码设计和代码重用的编程软件。

基于对自动化控制软件发展趋势的判断,近年高创控制器也开始集成Codesys内核,采用符合IEC61131-3和 OPEN规范的编程语言,编程更加友好,便于程序的结构化设计、代码重用和移植。

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同时高创在自动化控制领域有着深厚的技术积累和研发优势,充分结合体系内资深工程师的优质研发资源,全面开发专属于高创的程序框架和行业应用库:

No.1

针对锂电行业的张力控制的应用难点,基于团队多年张力控制经验,高创开发了功能完善的张力控制算法,包括多种卷径计算功能、基于速度或扭矩的张力控制功能、基于对加速度、惯量、摩擦力补偿的功能块等。

No.2

针对锂电设备涉及伺服驱动器数量多,种类多,伺服驱动器调试麻烦的痛点,高创开发驱动器类型自动识别参数批量读写的功能块。

No.3

针对锂电行业设备普遍交期时间短,调试压力大的特点,高创基于 Codesys平台打造程序框架,最大程度帮助客户减少程序开发的工作量和调试时间。

立足市场,聚焦行业,高创始终坚持“高速度,高精度,高性能”,不断打磨产品,构建高性能运动控制整体解决方案,深化锂电行业应用,共启数智锂电新篇章。

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