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【技术前沿】锂电池涂布机技术革新:伺服间歇阀

 
        导语:
        
目前,在日韩等锂电池涂布机设备强国尚未有伺服间歇阀的概念,国产伺服间歇阀的推出是国内锂电池涂布机设备自主研发的重要体现,是超越日韩锂电池涂布机设备的技术亮点之一。
 
        伴随着挤压涂布机技术的发展,国内挤压涂布机的市场普及率也是步步攀升。从2015年上半年的涂布机采购种类来看,挤压式涂布机的市场占有率已达70%,特别是大中型锂电池企业和新成立的动力电池生产企业,几乎全部采用挤压式涂布机。
 
 
  【文/汪正堂】从挤压式涂布国产化开始至今,国内挤压式涂布机技术的发展可谓突飞猛进,大有赶超日韩设备制造企业的势头。
  伴随着挤压涂布机技术的发展,国内挤压涂布机的市场普及率也是步步攀升。从2015年上半年的涂布机采购种类来看,挤压式涂布机的市场占有率已达70%,特别是大中型锂电池企业和新成立的动力电池生产企业,几乎全部采用挤压式涂布机。
 
  挤压式涂布机的核心部件之一是间歇控制阀。挤压式涂布机实现间歇涂布的功能,完全靠间歇阀的控制实现,而间歇涂布的尺寸精度、涂布厚度的纵向一致性控制,也都靠间歇阀的控制、调节精度来保证。
  目前国内外均采用气动控制阀,其成本低、维护及控制简单。但由于气缸的速度精度低,易受到外部因素的干扰,比如气压的变化、密封圈摩擦力的变化均会影响间歇阀开闭的速度,从而导致间歇涂布的尺寸发生漂移(如图表1)、涂布头尾厚度偏差不稳定。
 
       图表1 采用气动阀可能出现的尺寸漂移现象
  另外,对于间歇涂布中经常出现的头部、尾部厚度与标准工艺值有偏差的情况(以头部偏厚居多),使用气动阀时,往往采用手动调节气缸的限流器开度,从而调节气缸运行速度来进行修调。由于没有量化的刻度和数值,完全靠现场作业人员的经验和目测,这就对设备操作、维护人员的操作能力和经验要求比较高。随着外部因素的影响,气缸速度发生波动时,还需重新进行调整。
  综上所述,由于抗外部干扰能力差,导致气动间歇阀的稳定性差、自动化程度低,需要操作人员的时时干预调整,才能达到工艺要求的精度。针对上述情况,国产伺服间歇阀系列产品经研发推出。所谓伺服间歇阀,即将原间歇阀的气动驱动方式改为伺服驱动方式,目前已成功验证的产品包括:直线伺服间歇阀、伺服凸轮间歇阀和伺服齿轮齿条间歇阀三种,其中以直线伺服间歇阀的表现尤为优异。
  伺服电机的特性是速度精度高、稳定性好,不受外部环境的影响;可控性强,可以实现参数化控制。这些特性正好克服了气缸的缺点,使伺服间歇阀具备了以下优点:
  1.速度精度高,动作稳定好,从而使间歇涂布的尺寸精度大大提高,不会因为间歇阀的动作速度不稳而出现尺寸漂移的情况(如图表2)。
     
  图表2 采用伺服间歇阀涂布的尺寸分布图
  2.可实现人机界面控制,调节参数化,提高了间歇阀的自动化程度。针对间歇涂布头尾厚度修调方法,直接在触摸屏上修改伺服电机的运行速度及动作时序即可,参数可量化,因此可以形成作业参考文件,重复性和可操作性强,降低了对人为经验的依赖性。
  3.伺服电机与气缸相比,使用寿命长。虽然涂布工况环境不佳,伺服电机也至少可使用5年以上,但气缸在频繁、高压运动的情况下,使用寿命不足1年。
  由于伺服间歇阀相较于气动间歇阀优势明显,对涂布产品精度有质的提升,未来一定会在挤压式涂布机设备上大量应用,是挤压式涂布机核心技术的革新,将会给锂离子电池涂布精度和涂布设备的自动化、智能化带来里程碑式的提升。

 
  【汪正堂 HN科技设计部经理】
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