本实用新型属于
锂电池技术领域，特别是涉及一种电池极片面密度的控制系统及涂布机。
背景技术：
目前，锂电池的正负极片大多采用挤压的方式进行涂布，涂布模头是涂布机的重要部件，涂布液在一定压力下沿着涂布模头的缝隙挤压喷出而涂布到基材上。
在锂离子电池极片的涂布过程中，因浆料中存在颗粒，需要对浆料进行过滤，浆料流量会因过滤压力的升高而逐渐减小，由此导致纵向(平行于基材前进方向)面密度逐渐降低。同时，涂布浆料为非牛顿流体，其粘度受诸多因素影响，波动范围大，也会带来横向(垂直于基材前进方向)面密度的波动。而现有的技术中，并无有效措施去改善浆料性质变化而带来的模头中压力波动，因而容易导致涂布过程极片的面密度不均匀，进而影响锂电池性能。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有技术中极片在涂布过程中面密度不均匀的问题，提供一种电池极片面密度的控制系统及涂布机。
为解决上述技术问题，一方面，本实用新型实施例提供一种电池极片面密度的控制系统，包括涂布模头、阀门、多个压力传感器及用于控制所述阀门开度的控制器；
所述涂布模头包括上模、下模和形成在所述上模和所述下模之间的模腔，所述阀门通过进料管道与所述模腔连通，多个所述压力传感器沿着所述模腔的延伸方向间隔排布在所述模腔内，所述压力传感器、所述阀门分别与所述控制器电连接。
可选地，所述涂布模头的前侧设有位于所述上模和所述下模之间的狭缝通道，所述狭缝通道与所述模腔连通，所述压力传感器和所述狭缝通道的入口的连线与所述模腔的水平中线之间的夹角为0-45°。
可选地，所述上模的下部设置有上模腔，所述上模腔开口朝下，所述下模的上部设置有下模腔，所述下模腔开口朝上，所述上模和所述下模合模时，所述上模腔和所述下模腔相配合形成所述模腔，所述压力传感器设置在所述下模腔。
可选地，多个所述压力传感器位于同一水平线上。
可选地，多个所述压力传感器沿所述模腔的延伸方向等间距设置。
可选地，所述控制系统还包括与所述控制器电连接的进料泵，所述控制器还用于控制所述进料泵的输出功率。
可选地，所述进料泵连接在所述进料管道上，所述阀门位于所述进料泵与所述涂布模头之间。
可选地，所述控制系统还包括与所述控制器电连接的卷辊电机，所述控制器还用于控制所述卷辊电机的转速。
可选地，所述控制系统还包括放料辊、卷料辊和用于涂布浆料的基材，所述基材卷绕在所述放料辊和所述卷料辊之间，所述卷辊电机带动所述卷料辊及所述放料辊转动，以控制所述基材的行进速度。
另一方面，本实用新型实施例提供一种涂布机，包括如前所述的电池极片面密度的控制系统。
本实用新型实施例中，多个所述压力传感器沿着所述模腔的延伸方向设置在所述模腔内，用于监测所述模腔内的压力变化，当浆料性质发生变化时，整个涂布系统中的流场分布会发生对应变化，涂布模头中的压力分布情况也会发生相应变化，所述控制器接收到变化的压力信号后，判断任何相邻的两个所述压力传感器的压差波动是否在合理的范围内，如果压差已超出预设的压差阈值，根据预先设定好的程序指令，所述控制器自动调节所述阀门的开度来改变浆料进口流速，这一过程以一定频率不断进行，反馈调节使得在新的浆料流动状态下匹配适合的浆料流速以使其满足涂布模头中的压力分布条件，以此达到全自动调节浆料流场分布均匀性的目的，从而保证涂布横向面密度的一致性。
附图说明
图1是本实用新型一实施例提供的电池极片面密度的控制系统的示意图；
图2是本实用新型一实施例提供的涂布模头的截面示意图；
图3是本实用新型一实施例提供的涂布模头内压力传感器的分布示意图；
图4是本实用新型一实施例提供的电池极片面密度的控制系统的信号反馈示意图。
说明书中的附图标记如下：
1、涂布模头；2、控制器；3、阀门；4、压力传感器；5、上模；6、下模；7、模腔；8、进料管道；9、狭缝通道；10、上模腔；11、下模腔；12、进料泵；13、卷辊电机；14、放料辊；15、卷料辊；16、基材。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1至图4所示，一方面，本实用新型一实施例提供一种电池极片面密度的控制系统，包括涂布模头1、阀门3、多个压力传感器4及用于控制所述阀门3开度的控制器2。
所述涂布模头1包括上模5、下模6和形成在所述上模5和所述下模6之间的模腔7，所述模腔7用于盛装涂布的浆料。所述阀门3通过进料管道8与所述模腔7连通，多个所述压力传感器4沿着所述模腔7的延伸方向设置在所述模腔7内，所述压力传感器4、所述阀门3分别与所述控制器2电连接，所述控制器2用于根据相邻的压力传感器4的压差是否超出预设的压差阈值控制所述阀门3的开度，通过控制所述阀门3的开度控制从所述进料管道8进入所述模腔7中的浆料的流速。
多个所述压力传感器4沿着所述模腔7的延伸方向设置在所述模腔7内，用于监测所述模腔7内的压力变化，当由于浆料颗粒团聚或不同批次浆料性质不稳定等其他原因导致浆料的粘度、剪切应力等物理性质发生变化时，整个涂布系统中的流场分布会发生对应变化，涂布模头1中的压力分布情况也会发生相应变化，所述控制器2接收到变化的压力信号后，判断任何相邻的两个所述压力传感器4的压差波动是否在合理的范围内，如果压差已超出预设的压差阈值，根据预先设定好的程序指令，所述控制器2自动调节所述阀门3的开度来改变浆料进口流速，这一过程以一定频率不断进行，反馈调节使得在新的浆料流动状态下匹配适合的浆料流速以使其满足涂布模头1中的压力分布条件，以此达到全自动调节浆料流场分布均匀性的目的，从而使得涂布横向面密度的一致性得以提高。如当两相邻压力传感器4测得的局部压差大于设定值时，表明此时浆料粘度增大。由于浆料为剪切变稀的非牛顿流体，此时应通过控制器2调节所述阀门3来适度增加浆料流速达到减小浆料的粘度的目的，最终保证模腔7中压力分布的均匀和稳定。
较之手动调节的缺乏逻辑性，本实施例中的控制系统组合灵活，控制逻辑简单，成本较低。且所述控制器2本身也具有参数较易整定、且在实践过程中可不断升级程序进行改进的优点。
如图3所示，在一实施例中，为形成可靠的压差分布，在所述模腔7中至少设置三个所述压力传感器4，为了衡量所述模腔7内的压力分布情况，根据实际控制精度和所述模腔7的长度将模腔7合理分段，每一个分段设置一个所述压力传感器4，采用相邻区段的压差变化值作为调节依据，任意相邻两段区段的压差变化值超过预设的压差阈值时，所述控制器2根据所述压力传感器4反馈的信号自动调节所述阀门3的开度。
在所述模腔7中布置所述压力传感器4不仅可作为所述控制器2的信号输入，也可以作为生产过程中将浆料状态输出给工作人员。
在一实施例中，所述控制器2为可编程控制器，所述阀门3为电动阀门，与可编程控制器电连接，所述可编程控制器可控制所述电动阀门打开或关闭。如图4所示，所述压力传感器4监测到的压力信号经过a/d转换器传输至所述可编程控制器，所述可编程控制器经过d/a转换器调节输出信号以调节所述阀门3。
如图2所示，在一实施例中，所述涂布模头1的前侧设有位于所述上模5和所述下模6之间的狭缝通道9，所述狭缝通道9与所述模腔7连通，所述狭缝通道9的入口位于所述模腔7内，所述模腔7内的浆料通过所述狭缝通道9挤出而涂布在基材16上，所述压力传感器4和所述狭缝通道9的入口的连线与所述模腔7的水平中线之间的夹角为0°～45°。优选地，在靠近所述狭缝通道9的入口处设置所述压力传感器4。
在一实施例中，所述上模5的下部设置有上模腔10，所述上模腔10开口朝下，所述下模6的上部设置有下模腔11，所述下模腔11开口朝上，所述上模5和所述下模6合模时，所述上模腔10和所述下模腔11相配合形成所述模腔7，所述压力传感器4设置在所述下模腔11。所述下模腔11设置有与所述进料管道8连通的进料口，浆料从所述下模腔11的进料口进入到所述模腔7中，所述压力传感器4设置在所述下模腔11中能够更加准确的感应到所述模腔7中压力的变化。
在一实施例中，多个所述压力传感器4沿着所述模腔7的延伸方向等间距设置，使得相邻的所述压力传感器4之间的压差值不会受间距的影响，且能够准确的控制所述模腔7内不同区段的压力分布。多个所述压力传感器4在所述模腔7的延伸方向上位于同一水平线上，在所述模腔7内的高度方向上受浆料流速的影响，不同高度会有不同的压力，多个所述压力传感器4在同一高度上，能够避免相邻的所述压力传感器4监测到的压力差不受高度变化的影响。
如图1所示，在一实施例中，所述控制系统还包括与所述控制器2电连接的进料泵12，所述进料泵12用于控制流向所述模腔7的浆料的流量，优选地，所述进料泵12为螺杆泵，所述控制器2用于根据相邻的压力传感器4的压差是否超出预设的压差阈值控制所述进料泵12的输出功率，所述进料泵12的输出功率偏大时，单位时间内从所述进料泵12输送出去的浆料的流量偏大，所述进料泵12的输出功率偏小时，单位时间内从所述进料泵12输送出去的浆料的流量偏小。
在一实施例中，所述进料泵12连接在所述进料管道8上，所述阀门3位于所述进料泵12与所述涂布模头1之间。在所述进料管道8上，所述进料泵12控制进入所述模腔7中的浆料的流量，进而影响平行于基材16前进方向上极片的面密度，所述阀门3控制进入所述模腔7中的浆料的流速，进而影响垂直于基材16前进方向极片的面密度。
在一实施例中，所述控制系统还包括与所述控制器2电连接的卷辊电机13，所述控制器2用于根据相邻的压力传感器4的压差是否超出预设的压差阈值控制所述卷辊电机13的转速，进而影响基材16的行进速度。
如图1所示，在一实施例中，所述控制系统还包括放料辊14、卷料辊15和用于涂布浆料的基材16，所述模腔7中的浆料通过狭缝通道9而涂布在所述基材16上，所述基材16卷绕在所述放料辊14和所述卷料辊15之间，未涂布的基材16卷绕在所述放料辊14上，涂布后的基材16卷绕在所述卷料辊15上，所述卷辊电机13带动所述卷料辊15、所述放料辊14转动以控制所述基材16的行进速度，所述基材16的行进速度偏快时，所述基材16上涂布的浆料厚度偏薄，所述基材16的行进速度偏慢时，所述基材16上涂布的浆料的厚度偏厚。
如图1、图4所示，在一实施例中，所述控制器2具有一个输入接口和三个输出接口，涂布过程中，所述模腔7内的所述压力传感器4所监测到变化的压力信号时，所述压力传感器4监测信号经a/d转换器和输入接口传输到所述控制器2。根据所述压力传感器4反馈的信号，所述控制器2通过不同的输出接口调节进料泵12的输出功率、阀门3的开度及卷辊电机13的转速，通过调节阀门3的开度使得横向面密度一致，同时可以控制进料泵12的输出功率和卷辊电机13的转速以获得与浆料流量相匹配的基材16行进速度，来保证涂布厚度的固定，从而保证纵向面密度的一致，从而得到面密度均匀的极片。
另一方面，本实用新型一实施例提供一种涂布机，包括如前所述的电池极片面密度的控制系统，所述控制系统为具有负反馈的自动控制系统，程序控制下的反馈调节进料泵12、阀门3和卷辊电机13，所述压力传感器4的压力信号以一定的采样频率不断反馈，这一调节过程重复进行直至所述模腔7内流场达到期望的均匀状态。相比传统的人工手动调节千分尺从而改变涂布出口间隙来控制流场的准确度和可靠性更高，响应和执行速度更快。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
技术特征：
1.一种电池极片面密度的控制系统，其特征在于，包括涂布模头、阀门、多个压力传感器及用于控制所述阀门开度的控制器；
所述涂布模头包括上模、下模和形成在所述上模和所述下模之间的模腔，所述阀门通过进料管道与所述模腔连通，多个所述压力传感器沿着所述模腔的延伸方向间隔排布在所述模腔内，所述压力传感器、所述阀门分别与所述控制器电连接。
2.如权利要求1所述的电池极片面密度的控制系统，其特征在于，所述涂布模头的前侧设有位于所述上模和所述下模之间的狭缝通道，所述狭缝通道与所述模腔连通，所述压力传感器和所述狭缝通道的入口的连线与所述模腔的水平中线之间的夹角为0-45°。
3.如权利要求2所述的电池极片面密度的控制系统，其特征在于，所述上模的下部设置有上模腔，所述上模腔开口朝下，所述下模的上部设置有下模腔，所述下模腔开口朝上，所述上模和所述下模合模时，所述上模腔和所述下模腔相配合形成所述模腔，所述压力传感器设置在所述下模腔。
4.如权利要求1所述的电池极片面密度的控制系统，其特征在于，多个所述压力传感器位于同一水平线上。
5.如权利要求1所述的电池极片面密度的控制系统，其特征在于，多个所述压力传感器沿所述模腔的延伸方向等间距设置。
6.如权利要求1-5任意一项所述的电池极片面密度的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括与所述控制器电连接的进料泵，所述控制器还用于控制所述进料泵的输出功率。
7.如权利要求6所述的电池极片面密度的控制系统，其特征在于，所述进料泵连接在所述进料管道上，所述阀门位于所述进料泵与所述涂布模头之间。
8.如权利要求1-5任意一项所述的电池极片面密度的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括与所述控制器电连接的卷辊电机，所述控制器还用于控制所述卷辊电机的转速。
9.如权利要求8所述的电池极片面密度的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括放料辊、卷料辊和用于涂布浆料的基材，所述基材卷绕在所述放料辊和所述卷料辊之间，所述卷辊电机带动所述卷料辊及所述放料辊转动，以控制所述基材的行进速度。
10.一种涂布机，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的电池极片面密度的控制系统。
技术总结
本实用新型属于锂电池技术领域，特别是涉及一种电池极片面密度的控制系统及涂布机，其中电池极片面密度的控制系统包括涂布模头、控制器、阀门和多个压力传感器。所述涂布模头包括上模、下模和模腔，阀门通过进料管道与模腔连通，多个压力传感器沿着模腔的延伸方向设置在模腔内，压力传感器、阀门分别与控制器电连接，控制器用于根据相邻的压力传感器的压差是否超出预设的压差阈值控制阀门的开度。本实用新型实施例中，控制器接收到变化的压力信号后，判断任何相邻的两个压力传感器的压差波动是否在范围内，如果压差已超出预设的压差阈值，控制器自动调节所述阀门的开度来改变浆料进口流速，以此达到全自动调节浆料流场分布均匀性的目的，从而保证涂布横向面密度的一致性。
技术研发人员：黄浅;李华标;雷松;张剑
受保护的技术使用者：比亚迪股份有限公司
技术研发日：2020.09.25
技术公布日：2021.07.20
声明：
“电池极片面密度的控制系统及涂布机的制作方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：比亚迪股份有限公司
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2024年12月06日 ~ 08日 
