锂电池辊压分切设备整机设计优化研究

摘要

针对锂电池极片辊压分切设备在高车速、宽幅化工况下出现的整机刚度不够和厚度一致性控制困难问题，从整机总体方案设计、关键部件设计、结构优化以及控制系统设计四个方面展开系统研究。提出辊压系统和分切系统一体化布局的整机方案，采用四柱式机架结构满足大辊径、大宽幅的承载要求。利用有限元法对机架做静力学、动力学分析，得到最大应力和低阶固有频率等主要性能参数。通过结构参数灵敏度分析确定机架立柱厚度、上横梁厚度为主要控制参数，用响应面法和多目标遗传算法对机架进行轻量化优化，在保证刚度的基础上减重8.6%。设计出以PLC为基础的分布式控制系统结构，设计了伺服液压辊缝闭环控制策略和基于观测器的张力协调控制策略。整机运行性能测试结果表明，经过优化后的设备极片厚度一致性控制在±2μm之内，分切毛刺长度小于隔膜厚度的二分之一，符合锂电池极片高品质制造的要求。