智见∣中日专家解码锂电池叠片卷绕机行业关键技术

随着手机、数码产品、笔记本电脑、电动玩具、军工、新能源汽车、便携式医疗设备等领域大量采用锂电池作为电源，国内锂电池产业获得了迅猛发展。作为锂电池制造设备的重要环节，叠片卷绕机的市场规模增速大于出货增速，并开始向着自动化、一体化的方向发展。目前，我国锂电池设备生产企业主要集中在东莞、广州、深圳这三个区域。

2017年11月28日，由富士电机（中国）有限公司深圳分公司、中国传动网、《伺服与运动控制》、中国运动控制产业联盟共同主办的“2017年华南地区富士电机传动系统产品-锂电池叠片卷绕机行业技术交流会”登陆深圳，并邀请到富士电机日籍资深技术专家、新能源汽车行业领导人士、锂电池制造企业技术人员就中国锂电池设备行业市场现状、制造设备智能化方向、传动运控技术发展趋势、叠片卷绕设备智能化应用解决方案进行分享与交流。

“2016年中国锂电池电芯设备规模75亿元，同比增长超过100%，其中国产设备占55亿元。”张文华女士就锂电池行业与锂电池设备行业的现状与未来发表了自己的见解。目前动力电池的产能和性能，远不能满足终端电动车以及储能市场的新增需求，而在行业标准规范出台、新能源汽车带动增长、储能产业商业化规模化发展、中国企业市场份额扩大等有利因素的引导下，未来3-5年将是锂电池设备的高速增长期。

“我国是汽车大国，但不是汽车强国，这主要是因为我国在关键技术上还有待加强，而新能源汽车和智能网联汽车有望成为抢占先机、赶超发展的突破口。”在《新能源汽车产业的发展与动力电池的机会及要求》主题报告中，周发涛秘书长如是说，2016年，我国新能源汽车产量为51.7万辆，居全球第一，而在中国迅速成为全球最大电动汽车生产国的过程中，中国的动力电池行业功不可没。新能源汽车产业的高速发展，为新能源汽车动力电池提供更广阔市场机会的同时亦提出了更高要求：今年3月发布的《促进汽车动力电池产业发展行动方案》中提出，促进汽车动力电池产业发展需坚持创新驱动、产业协同、绿色发展、开放合作等基本原则。

三宅大悟课长就圆形物体卷绕和不规则形状物体卷绕为大家介绍了富士SX总线系统产品在锂电池-卷绕机行业的应用案例解决方案。“在进行圆形物体卷绕时，提升卷绕线速度的同时保持稳定张力是一个重要课题。而保证张力稳定，则需要能精确计算出卷绕轴的实时卷径，给出正确的卷绕轴转速。”三宅大悟说，对此，富士SX总线系统可以通过卷绕轴M4自身的编码器反馈以及M2牵引轴的编码器反馈推算出实时的当前卷径。而针对不规则形状物体卷绕，例如长方形的物体卷绕时，卷绕速度无法提升，主要原因是因为卷绕形状不是圆形。为了达到稳定卷绕，需要在线速度稳定和张力稳定上做好控制。

都兴兴分享了他深耕锂电池卷绕设备行业多年的工艺心得。“目前，卷绕机分为全极耳卷绕机和多极耳卷绕机，两者核心原理基本一致，即通过卷针的变转速实现入料的匀速，基于该技术的前提下实现极片的恒张力控制。二者不同的是，多极耳卷绕机卷绕完成后极耳部分有对齐度要求，而全耳机卷绕机没有极耳成型部分。”都兴兴介绍道，卷绕机在国内发展了约10年，通过近两三年运动控制技术的介入，有了很大的提升。比如，通过数学建模设计卷针的形状，再通过程序计算得到卷针的轨迹来实现变转速曲线。这样曲线的细节可以很清晰的体现出来，未来定向曲线优化，实现扁平卷针的高速变转速卷绕将更容易实现。

在《富士PLC+SAVO+HMI SX系统产品说明与各行业应用案例》主题报告中，吉崎久之课长讲解目前富士SPH System、SPF System、SPM System三大Motion（运动）控制系统产品各自的特点、应用范围、性能以及在各个行业设备生产中的实际应用。

现场，富士带来一款2018年度最新的对应EtherCAT版本的通用系列——ALPHA7伺服。该伺服应用富士电机独有的控制算法，实现了业界最高等级的3.2kHz相应频率，缩短了控制周期，可以实现高速控制；瞬间最大扭矩能到350%以上，同时能对应高速指令；编码器分辨率24bit高精度化，控制精度大幅提升，实现高精度控制；国际标准IEC61800-5-2定义的STO功能搭载，使用WSUーST1插件时能对应SS1、SLS、SBC、SSM等功能。预计ALPHA7伺服明年将进行发售。

就富士SMART伺服产品在锂电池行业中断定位的优化解决方案，周金章介绍道，中断定位功能指的是将传感器信号直接接入伺服放大器，在传感器ON以后，伺服走定长，其优点是高速响应、高精度、省中断模块。锂电池制片机是用于生产正极极片或负极极片的设备，目前，制片机效率瓶颈主要存在于自动焊接极耳、自动贴胶（极耳包胶）、切断功能等方面，富士Smart方案采用了PLC内置定位+伺服中断定位的控制技术，使得中断定位响应时间为0.05ms，无需降速运行，不再需要减速传感器，从而协助用户降低投入成本，提升制造工艺和效益。

目前，我国的锂电设备制造业正处于快速成长期，国内从事相关设备制造的企业众多，但规模较小。就行业未来发展而言，锂电设备自动化水平需要逐步提升，设备工艺需要不断满足锂电池新工艺、新技术、新发展的变化，动力电池在未来锂电产业发展中将占据较大的市场份额。这次，中日专家对锂电池叠片卷绕机行业关键技术的解码，为中国锂电池制造设备行业智见未来。

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