极耳修正方法、装置和卷绕机

技术领域

本申请涉及电池生产技术领域，尤其涉及一种极耳修正方法、装置和卷绕机。

背景技术

电池生产工艺中，卷绕工艺是目前最常用的工艺之一。多极耳电池即可以通过卷绕工艺卷绕制成。极片材料根据预设的尺寸被切割形成相互间隔排布的多个极耳，再由卷针卷绕形成电池电芯，电芯经过封装即可得到多极耳电池。但在卷绕过程中，由于材料厚度变化等原因，最后形成的电芯的极耳可能出现错位，而极耳间的错位距离过大，会造成后工序电池的焊接、入壳工序进行困难，严重时会直接造成电池的报废。

发明内容

本申请的目的旨在至少能解决上述的技术缺陷之一，特别是现有技术中卷绕电芯时极耳错位较大的技术缺陷。

第一方面，本申请提供了一种极耳修正方法，应用于电芯卷绕工艺，包括：

获取第一电芯的实际角度变化量和极耳递增圈数；

根据实际角度变化量与标准角度变化量，确定总角度修正量；

根据总角度修正量和极耳递增圈数，确定极耳间距修正量；

根据极耳间距修正量对第二电芯的极耳间距进行修正。

在其中一个实施例中，获取第一电芯的实际角度变化量，包括：

获取第一实际角度和第二实际角度；其中，第一实际角度为卷绕第一电芯的目标极耳组中的首极耳时卷针的角度，第二实际角度为卷绕第一电芯的目标极耳组中的尾极耳时卷针的角度；

根据第二实际角度和第一实际角度之间的差得到实际角度变化量。

在其中一个实施例中，在根据第二实际角度和第一实际角度之间的差得到实际角度变化量之前，还包括：

判断第一实际角度与第一标准角度的差是否小于预设阈值，且第二实际角度与第二标准角度的差是否小于预设阈值；第一标准角度为卷绕蓝本电芯的目标极耳组中的首极耳时的卷针角度，第二实际角度为卷绕蓝本电芯的目标极耳组中的尾极耳时的卷针角度；

若是，则执行根据第二实际角度和第一实际角度之间的差得到实际角度变化量的步骤；

若否，则重新选择第一电芯，并返回获取第一实际角度和第二实际角度的步骤。

在其中一个实施例中，获取极耳递增圈数包括：根据第一极耳数与单位极耳数之间的比，确定极耳递增圈数；第一极耳数为电芯由首极耳到尾极耳的极耳数，单位极耳数为第一电芯每层结构所包含的目标极耳组的极耳数。

在其中一个实施例中，根据总角度修正量和极耳递增圈数，确定极耳间距修正量，包括：

获取第一直径；第一直径为卷绕至尾极耳时第一电芯的直径；

根据总角度修正量和第一直径得到极耳间距总修正量。

在其中一个实施例中，获取第一直径，包括：

根据第二实际角度确定卷绕总圈数；

根据卷绕总圈数、正极材料厚度、负极材料厚度、隔离膜厚度以及卷针初始直径，确定第一直径。

在其中一个实施例中，根据极耳间距修正量对第二电芯的极耳间距进行修正，包括：

保持第二电芯偶数位的极耳间距不变，并根据极耳间距修正量对第二电芯奇数位的极耳间距进行修正。

在其中一个实施例中，根据总角度修正量和极耳递增圈数，确定极耳间距修正量前，还包括：

从极耳递增圈数中减去预设跳过圈数；

保持第二电芯偶数位的极耳间距不变，并根据极耳间距修正量对第二电芯奇数位的极耳间距进行修正，包括：

在第二电芯已卷绕预设跳过圈数后，保持第二电芯偶数位的极耳间距不变，并根据极耳间距修正量对第二电芯奇数位的极耳间距进行修正。

在其中一个实施例中，首极耳为第一电芯的第二个极耳，尾极耳为目标极耳组对应的极片材料未被切断前的最后一个极耳。

在其中一个实施例中，在获取第一电芯的实际角度变化量之前，还包括：

选择最新制造的预设数量个电芯作为第一电芯，并以即将要制造的预设数量个电芯作为第二电芯；

根据实际角度变化量与标准角度变化量，确定总角度修正量，包括：

计算各第一电芯对应的实际角度变化量的平均值，得到平均实际角度变化量；

根据平均实际角度变化量与标准角度变化量，确定总角度修正量。

第二方面，本申请实施例提供了一种极耳修正装置，应用于电芯卷绕工艺，所述装置包括：

数据获取模块，用于获取第一电芯的实际角度变化量和极耳递增圈数；

角度修正量确定模块，用于根据实际角度变化量与标准角度变化量，确定总角度修正量；

间距修正量确定模块，用于根据总角度修正量和极耳递增圈数，确定极耳间距修正量；

修正模块，用于根据极耳间距修正量对第二电芯的极耳间距进行修正。

第三方面，本申请实施例提供了一种卷绕机，包括计算机设备，计算机设备包括一个或多个处理器，以及存储器，存储器中存储有计算机可读指令，计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，执行上述任一实施例中的极耳修正方法的步骤。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

基于上述任一实施例，根据已卷绕实际角度变化量与标准角度变化量得到第二电芯需要修正的总角度修正量，将总角度修正量分布到第二电芯的每一层结构上，计算得到极耳间距修正量，最后利用极耳间距修正量对第二电芯进行修正。该方法可实现以已卷绕的第一电芯与蓝本电芯作为参考，将之后卷绕的第二电芯的极耳错位修正，得到对齐效果较好的电芯。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请一个实施例提供的极耳修正方法的流程示意图；

图2为本申请一个实施例中电芯在极耳修正前后的对比图；

图3为本申请一个实施例中极耳组位置检测传感器的设置位置示意图；

图4为本申请一个实施例中电芯卷绕的截面示意图；

图5为本申请一个实施例中极耳排布的示意图；

图6为本申请一个实施例中极耳修正装置的模块示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

第一方面，本申请提供了一种极耳修正方法，该方法应用于电池卷绕工艺中，请参阅图1，该方法包括步骤S102至步骤S108。

S102，获取第一电芯的实际角度变化量。

可以理解，第一电芯指的是已卷绕完成的、被选择作为修正参考的电芯。在卷绕电芯时，正负极片材料被切割出极耳，再由卷针和送料机构配合，卷绕形成电芯。卷绕机可以实时获取卷针的角度，根据卷针的角度可以确定电芯的卷绕情况。而实际角度变化量为第一电芯的目标极耳组由首极耳卷绕至尾极耳时卷针角度的变化量。电芯的极耳组包括正极耳组和负极耳组，由于在电芯卷绕中，正负极耳组的卷绕情况相同，目标极耳组为正负极耳组中的一个。首极耳和尾极耳都是目标极耳组中的极耳，而首极耳在尾极耳之前被卷绕，首极耳和尾极耳并不一定分别是目标极耳组中的第一个极耳和最后一个极耳，首极耳和尾极耳可以根据实际情况进行选择，只要这两个极耳之间间隔足够多数量的极耳即可。

例如，卷绕机上目标极耳组对应的切刀处设置了位置检测传感器，位置检测传感器在检测到极耳和未检测到极耳时将输出不同的信号，卷绕机即可根据位置检测传感器输出信号的不同去记录卷针的角度，从而获取首极耳和尾极耳对应的角度，以确定实际角度变化量。此时，目标极耳组的第一个极耳在卷绕开始时就已超过了位置检测传感器的位置，因此，首极耳可为第一电芯的第二个极耳。而卷绕的最后时刻，目标极耳组对应的切刀会提前将目标极耳组对应的极片材料切断，在切断后，未被卷绕进电芯中的极耳将失去张力，会存在采集误差，因此，尾极耳为目标极耳组对应的极片材料未被切断前的最后一个极耳。

S104，根据实际角度变化量与标准角度变化量，确定总角度修正量。

可以理解，蓝本电芯指的是和第一电芯对应的、极耳之间没有出现错位的电芯。标准角度变化量为蓝本电芯的目标极耳组由首极耳卷绕至尾极耳时卷针角度的变化量。第一电芯存在极耳错位时，实际角度变化量将与标准角度变化量存在差异，修正的目标即是希望卷绕后面的电芯时，后卷绕的极耳都与蓝本电芯的极耳相同，总体上看，即希望达到与蓝本电芯有相同的总角度变化量。因此，实际角度变化量与标准角度变化量之间的差距即为后卷绕的电芯需要修正的部分。

S106，根据总角度修正量和极耳递增圈数，确定极耳间距修正量。

可以理解，电芯卷绕时，卷绕机在目标极耳组对应的极片材料上切割出极耳形状时，可以对相邻极耳的间距进行修正。总角度修正量可以转换为极耳间距总修正量，在计算出极耳间距总修正量后，将极耳间距总修正量分布到每一层结构的待修正极耳上，因此，需要考虑极耳递增圈数，得到极耳间距修正量。

S108，根据极耳间距修正量对第二电芯的极耳间距进行修正。第二电芯为在第一电芯之后卷绕的电芯。

极耳修正的效果可参阅图2，电芯的正负两个极耳组之间的极耳均存在错位，最终压制成的电芯不符合生产标准。选择正极极耳组或负极极耳组作为目标极耳组，同时对后生产的第二电芯的正负极耳组经过上述步骤进行极耳修正后，将得到对齐效果更好的电芯。

基于上述任一实施例，根据已卷绕实际角度变化量与标准角度变化量得到第二电芯需要修正的总角度修正量，将总角度修正量分布到第二电芯的每一层结构上，计算得到极耳间距修正量，最后利用极耳间距修正量对第二电芯进行修正。该方法可实现以已卷绕的第一电芯与蓝本电芯作为参考，将之后卷绕的第二电芯的极耳错位修正，得到对齐效果较好的电芯。

在其中一个实施例中，获取第一电芯的实际角度变化量，包括：

(1)获取第一实际角度和第二实际角度。

(2)根据第二实际角度和第一实际角度之间的差得到实际角度变化量。

其中，第一实际角度为卷绕第一电芯的目标极耳组中的首极耳时卷针的角度，第二实际角度为卷绕第一电芯的目标极耳组中的尾极耳时卷针的角度。可以理解，如上文所述，可以在卷绕机的目标极耳组对应的切刀处设置位置检测传感器，如图3所示，在正极耳组和负极耳组都分别设置了位置检测传感器。在检测到首极耳时记录卷针的角度，即可得到第一实际角度，在检测到尾极耳时记录卷针的角度，即可得到第二实际角度。第一实际角度与第二实际角度之间的差即为实际角度变化量。

在其中一个实施例中，在根据第二实际角度和第一实际角度之间的差得到实际角度变化量之前，还包括：

(1)判断第一实际角度与第一标准角度的差是否小于预设阈值，且第二实际角度与第二标准角度的差是否小于预设阈值。

第一标准角度为卷绕蓝本电芯的目标极耳组中的首极耳时的卷针角度，第二实际角度为卷绕蓝本电芯的目标极耳组中的尾极耳时的卷针角度。

(2)若是，则执行根据第二实际角度和第一实际角度之间的差得到实际角度变化量的步骤。

(3)若否，则重新选择第一电芯，并返回获取第一实际角度和第二实际角度的步骤。

可以理解，在卷绕电芯的过程中，由于生产工艺并非完美，生产时可能存在不适于用于作为修正参考的电芯，在获取到第一实际角度和第二实际角度之后，需要先判断当前选择的第一电芯是否合格。判断的标准即为第一电芯对应的蓝本电芯在卷绕首极耳和尾极耳时的卷针角度。具体而言，第一电芯对应的蓝本电芯指的是在卷绕过程中，电芯的生产顺序相同且电芯规格也相同且没有出现极耳错位的电芯，这样可保证第一电芯和蓝本电芯的在卷绕首极耳时，对应较为近似的卷针角度。在此基础上，由于生产出次品会导致第一实际角度和第二实际角度的波动较大，极耳错位所带来的波动较小，如果第一实际角度和第一标准角度之间的差小于预设阈值，且第二实际角度与第二标准角度的差也小于预设阈值，则意味着该第一电芯合格，可以选择作为参考。此时，可以根据当前获取到的第一实际角度和第二实际角度继续进行处理。否则，则需要重新选择第一电芯，并重新采集新选择的第一电芯对应的第一实际角度和第二实际角度。

在其中一个实施例中，获取极耳递增圈数包括：根据第一极耳数与单位极耳数之间的比，确定极耳递增圈数。

可以理解，第一极耳数即为从首极耳到尾极耳的极耳数，第一极耳数可以由尾极耳在目标极耳组中的序号减去首极耳在目标极耳组中的序号再加一得到。另外，卷针每卷绕一圈，电芯上即形成了一层新的结构，最后每层的极耳叠压在一起，形成电芯的电极。电芯的每层结构的极耳数量是保持不变的，单位极耳数即为第一电芯每层结构所包含的目标极耳组的极耳数。一般而言，电芯每层将包括目标极耳组的两个极耳。极耳递增圈数即为卷绕第一电芯时，从目标极耳组的首极耳卷绕进第一电芯中直至目标极耳组的尾极耳卷绕进第一电芯的过程中，卷针所旋转的圈数。第一极耳数除以单位极耳数即可得到极耳递增圈数。

在其中一个实施例中，根据总角度修正量和极耳递增圈数，确定极耳间距修正量，包括：

(1)获取第一直径。第一直径为卷绕至尾极耳时第一电芯的直径。

(2)根据总角度修正量和第一直径得到极耳间距总修正量。

可以理解，电芯在卷针上时为圆柱体，卷针旋转的角度与目标极耳组被卷绕进电芯的长度之间存在对应关系。若需要将角度量转换为距离量，相当于计算弧长。因此，根据弧长公式可知，

在其中一个实施例中，获取第一直径，包括：

(1)根据第二实际角度确定卷绕总圈数。

可以理解，第二实际角度除以360度即可得到卷针从原始状态到卷绕尾极耳时总共旋转的圈数，即卷绕总圈数。

(2)根据卷绕总圈数、正极材料厚度、负极材料厚度、隔离膜厚度以及卷针初始直径，确定第一直径。

请参阅图4，卷针初始直径为D1，S1代表隔离膜，N1代表负极材料，P1代表正极材料。从卷针的截面角度来看，第一直径是在卷针初始直径的基础上，经过卷绕总圈数的材料叠加所形成的。具体而言，卷针每卷绕一圈，电芯的直径就增加D

在其中一个实施例中，根据极耳间距修正量对第二电芯的极耳间距进行修正，包括：保持第二电芯偶数位的极耳间距不变，并根据极耳间距修正量对第二电芯奇数位的极耳间距进行修正。

可以理解，目前的多极耳电芯每层一般有两个极耳，同层的两个极耳的间距较远，本层的第二个极耳与下层的第一个极耳的间距较近。整体上看，同层的两个极耳的间距总是第奇数个，而本层的第二个极耳与下层的第一个极耳的间距总是第偶数个。如图5所示，图中A为首极耳，BCD为首极耳之后的三个极耳，极耳D之后还可存在其他极耳，图中并未示出。由图可知，将图中材料卷绕到电芯中后，极耳A和极耳B将处于同一层，极耳C和极耳D将处于下一层。极耳间距AB和极耳间距CD比极耳间距BC更大，极耳间距AB和极耳间距CD分别是第1个和第3个间距，属于奇数位的极耳间距。而极耳间距BC为第2个间距，属于偶数位的极耳间距，极耳D之后的极耳间距也类似。在对第二电芯的极耳进行修正时，需要将极耳间距修正量分布到第二电芯的每层结构中，以极耳A和极耳B所在层为例，即可以对极耳间距AB和极耳间距BC进行修正。而经过研究发现，极耳错位主要是奇数位的极耳间距引发的，而偶数位极耳间距本来就很小，修正的意义不大。因此，本实施例中修正的对象即为奇数位的极耳间距。在有些实施例中，卷绕机的控制核心为PLC，PLC对极耳间距的修正控制是离散式的，即根据用户设置的补充范围，设置多个补偿挡位，在计算出极耳间距修正量后，选择与极耳间距修正量最接近的补偿挡位执行修正。例如，用户可以在交互界面设置奇数位和偶数位的补充起始值和补偿结束值，即分别设定了奇数位和偶数位的补偿范围，PLC被设置了多个IO接口来进行挡位选择，各个IO接口的状态所组成的二进制数即代表所选择的补偿挡位。如有5个IO端口，则共有32挡补偿值(IO端口为“00000”时代表无需补偿)，若补充范围设置为-1.5至+1.5，则该范围被平均分为32段，每个挡位对应一段数值范围，若PLC根据极耳间距修正量确定应选择第5挡位进行补偿，各IO端口的状态组成一个等于5的二进制数，即“00101”。

在其中一个实施例中，根据总角度修正量和极耳递增圈数，确定极耳间距修正量，包括：从极耳递增圈数中减去预设跳过圈数。

保持第二电芯偶数位的极耳间距不变，并根据极耳间距修正量对第二电芯奇数位的极耳间距进行修正，包括：在第二电芯已卷绕预设跳过圈数后，保持第二电芯偶数位的极耳间距不变，并根据极耳间距修正量对第二电芯奇数位的极耳间距进行修正。

具体而言，经过研究发现，材料厚度变化对于电芯头部几圈极耳的对齐度影响很小，即电芯最初几层结构的极耳之间一般不会出现错位现象，因此，用户可以设置预设跳过圈数，跳过对第二电芯头部几圈极耳的修正。基于此，在将总角度修正量分配到每层待修正结构时，需要从最初极耳递增圈数中减去预设跳过圈数得到最终用于计算极耳间距修正量的极耳递增圈数。例如，最初计算出的极耳递增圈数为28，用户设置的预设跳过圈数为4，则最终的极耳递增圈数为24。在实际卷绕第二电芯时，对极耳间距的修正也应在第二电芯已卷绕预设跳过圈数后才开始。

本申请中的极耳修正方法可在生产过程中连续循环使用，在其中一个实施例中，在获取第一电芯的实际角度变化量之前，还包括：选择最新制造的预设数量个电芯作为第一电芯，并以即将要制造的预设数量个电芯作为第二电芯。

可以理解，以最新制造的预设数量个电芯作为接下来将要制造的预设数量个电芯的修正参考，在整个制造过程中重复使用，使得各次生产出的电芯的对齐度逐渐提高。预设数量可以为5-10，以预设数量选择为5为例，当制造出第1至5个电芯后，选择这5个电芯作为第一电芯，第6-10个电芯作为第二电芯。在制造出第6-10个电芯后，又选择第6-10个电芯作为第一电芯，第11-15个电芯作为第二电芯。重复该过程，直至生产停止。

根据实际角度变化量与标准角度变化量，确定总角度修正量，包括：计算各第一电芯对应的实际角度变化量的平均值，得到平均实际角度变化量；根据平均实际角度变化量与标准角度变化量，确定总角度修正量。由于第一电芯为多个，在确定总角度修正量时，需要综合考虑每个第一电芯的情况，因此需要计算各实际角度变化量的平均值，得到反映每个第一电芯角度变化情况的平均实际角度变化量，基于平均实际角度变化量确定出总角度修正量。

本申请实施例提供了一种极耳修正装置，该装置应用于电池卷绕工艺中请参阅图6，该装置包括数据获取模块610、角度修正量确定模块620、间距修正量确定模块630和修正模块640。

数据获取模块610用于获取第一电芯的实际角度变化量和极耳递增圈数。

角度修正量确定模块620用于根据实际角度变化量与标准角度变化量，确定总角度修正量。

间距修正量确定模块630用于根据总角度修正量和极耳递增圈数，确定极耳间距修正量。

修正模块640用于根据极耳间距修正量对第二电芯的极耳间距进行修正。

在其中一个实施例中，角度变化获取模块610用于获取第一实际角度和第二实际角度；其中，第一实际角度为卷绕第一电芯的目标极耳组中的首极耳时卷针的角度，第二实际角度为卷绕第一电芯的目标极耳组中的尾极耳时卷针的角度；根据第二实际角度和第一实际角度之间的差得到实际角度变化量。

在其中一个实施例中，极耳修正装置还包括筛选模块。筛选模块用于判断第一实际角度与第一标准角度的差是否小于预设阈值，且第二实际角度与第二标准角度的差是否小于预设阈值；第一标准角度为卷绕蓝本电芯的目标极耳组中的首极耳时的卷针角度，第二实际角度为卷绕蓝本电芯的目标极耳组中的尾极耳时的卷针角度；若是，则执行根据第二实际角度和第一实际角度之间的差得到实际角度变化量的步骤；若否，则重新选择第一电芯，并返回获取第一实际角度和第二实际角度的步骤。

在其中一个实施例中，数据获取模块还用于根据第一极耳数与单位极耳数之间的比，确定极耳递增圈数。

在其中一个实施例中，间距修正量确定模块630用于获取第一直径；第一直径为卷绕至尾极耳时第一电芯的直径；根据总角度修正量和第一直径得到极耳间距总修正量。

在其中一个实施例中，间距修正量确定模块630还用于根据第二实际角度确定卷绕总圈数；根据卷绕总圈数、正极材料厚度、负极材料厚度、隔离膜厚度以及卷针初始直径，确定第一直径。

在其中一个实施例中，修正模块640用于保持第二电芯偶数位的极耳间距不变，并根据极耳间距修正量对第二电芯奇数位的极耳间距进行修正。

在其中一个实施例中，间距修正量确定模块630还用于从极耳递增圈数中减去预设跳过圈数。修正模块640用于在第二电芯已卷绕预设跳过圈数后，保持第二电芯偶数位的极耳间距不变，并根据极耳间距修正量对第二电芯奇数位的极耳间距进行修正。

在其中一个实施例中，极耳修正装置还包括选择模块。选择模块用于选择最新制造的预设数量个电芯作为第一电芯，并以即将要制造的预设数量个电芯作为第二电芯。角度修正量确定模块620用于计算各第一电芯对应的实际角度变化量的平均值，得到平均实际角度变化量；根据平均实际角度变化量与标准角度变化量，确定总角度修正量。

本申请实施例提供了一种卷绕机，包括计算机设备，计算机设备包括一个或多个处理器，以及存储器，存储器中存储有计算机可读指令，计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，执行上述任一实施例中的极耳修正方法的步骤。在有些实施例中，该计算机设备可以为PLC。该卷绕机可以为卷切一体机，即同时集成了极片切割、电芯卷绕等功能的卷绕机。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间可以根据需要进行组合，且相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。