伺服驅(qū)動器為鋰電設(shè)備提供完整運(yùn)動控制解決方案

隨著碳達(dá)峰、碳中和成為全球共識，新能源在整個(gè)能源體系中的比重將快速增加，帶動鋰電池需求提升。根據(jù)預(yù)測，2025年全球動力電池需求量接近1TWh，中國動力電池企業(yè)市場占比有望達(dá)到60%以上。從應(yīng)用場景上看，儲能領(lǐng)域市場將出現(xiàn)指數(shù)級增長；消費(fèi)領(lǐng)域，3C電池產(chǎn)品需求仍將保持平穩(wěn)增長，電動工具市場增長提速；電動自行車領(lǐng)域，消費(fèi)升級與環(huán)保需求繼續(xù)推動鉛酸電池向鋰電轉(zhuǎn)型，鋰電池將在更多融合性場景發(fā)揮作用。

完整的鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈包含鋰、鈷、石墨等原材料資源的開采加工，鋰電池四大材料及輔料的生產(chǎn)制造，電芯制造及組裝，終端應(yīng)用以及廢舊鋰電池回收等環(huán)節(jié)，經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)形成了一個(gè)專業(yè)化程度高、分工明晰的產(chǎn)業(yè)鏈體系。

就鋰電池生產(chǎn)工藝而言，主要涵蓋電極制作的攪拌涂布階段（前段）、電芯合成的卷繞注液階段（中段），以及化成封裝的包裝檢測階段（后段）。所涉及到的生產(chǎn)設(shè)備種類繁多，對設(shè)備的可靠性、控制精度、生產(chǎn)效率及靈活性要求很高。

在鋰電池產(chǎn)能提升、單位KWh售價(jià)下降形勢下，鋰電池生產(chǎn)廠家和鋰電設(shè)備制造商所面臨的競爭都日趨加劇。如何進(jìn)一步提高產(chǎn)品的良率和生產(chǎn)效率，同時(shí)有效控制成本，成為整個(gè)行業(yè)要思考的問題。運(yùn)動控制系統(tǒng)作為鋰電設(shè)備的核心，對鋰電行業(yè)的降本增效至關(guān)重要，主要包括運(yùn)動控制總線，伺服驅(qū)動器，伺服電機(jī)和運(yùn)動控制器。

PART-01

運(yùn)動控制總線

鋰電行業(yè)大部分伺服驅(qū)動器都是基于EtherCAT通訊接口的，尤其是軸數(shù)較多的卷繞機(jī)和疊片機(jī)。EtherCAT總線以其通訊周期短，數(shù)據(jù)容量大，同步精度高（DC時(shí)間同步），并且協(xié)議對外開放，迅速贏得了市場眾多伺服驅(qū)動和運(yùn)動控制器廠家的青睞。目前高創(chuàng)旗下CDHD 高性能伺服驅(qū)動器、CDHD2 高性能伺服驅(qū)動器、CDHDE 伺服驅(qū)動器、BDHDE 伺服驅(qū)動器、softMC301 緊湊型運(yùn)動控制器、softMC703高性能多軸控制器均支持EtherCAT作為其運(yùn)動控制總線。

PART-02

伺服驅(qū)動器

伺服驅(qū)動器及伺服電機(jī)產(chǎn)品，作為設(shè)備的核心部件，用量巨大。伺服產(chǎn)品的性能、穩(wěn)定性、易用性和經(jīng)濟(jì)性都是選擇的重要因素：普通工位傾向于選擇簡單易用的伺服方案、高要求工位則對伺服方案性能要求較高。以電芯卷繞機(jī)為例：

普通工位

電芯卷繞機(jī)普通工位伺服性能要求以位置、速度、簡單扭矩控制為主，不要求過高響應(yīng)速度和精度。例如糾偏、牽引、緩存、貼膠、焊接、插拔針等工位的電機(jī)，通常選擇穩(wěn)定可靠、簡單易用的旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)。一如高創(chuàng)BDHDE驅(qū)動器+PH2旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)，定位通用型旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)應(yīng)用，滿足鋰電設(shè)備中大多數(shù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的應(yīng)用需求，調(diào)試簡單方便。

高要求工位

在電芯卷繞機(jī)中，卷針控制、張力電機(jī)控制、插片和裁切等關(guān)鍵工位對驅(qū)動器響應(yīng)、控制精度和開放性有較高要求。

No.1卷針控制

作為卷繞機(jī)的核心，楔形卷針采用凸輪算法控制，要求卷繞線速度恒定，一般采用直驅(qū)電機(jī)來直接驅(qū)動卷針。高創(chuàng)CDHD伺服驅(qū)動器憑借出色的性能，良好的開放性很好的匹配卷針控制應(yīng)用場景，不僅能夠兼容多種反饋類型和電機(jī)，且CDHD驅(qū)動器響應(yīng)快，跟隨誤差小，讓復(fù)雜的運(yùn)動控制化繁為簡并且確?？臁?zhǔn)、穩(wěn)地完成卷針控制。

No.2張力電機(jī)控制

卷繞機(jī)的入卷張力控制是典型的閉環(huán)低張力控制，張力控制難度較大。張力控制容易影響電芯卷繞質(zhì)量，為了提高張力控制精度，一般采用音圈電機(jī)來控制，高創(chuàng)CDHD伺服驅(qū)動器支持多種類型反饋，非常適合驅(qū)動第三方電機(jī)，例如音圈、直驅(qū)電機(jī)和直線電機(jī)，滿足張力控制對伺服驅(qū)動器性能和兼容性的高要求。

No.3插片和裁切工位

裁切一般采用飛鋸算法控制，要求兩軸同步控制。高創(chuàng)CDHD伺服驅(qū)動器采用先進(jìn)的HD控制算法。HD算法是高創(chuàng)的專利技術(shù)，可以做到更快的響應(yīng)，更小的跟隨誤差和更小的整定時(shí)間，從而使得整個(gè)運(yùn)動控制系統(tǒng)精度更高，響應(yīng)更快，更穩(wěn)定。

PART-03

運(yùn)動控制器

鋰電設(shè)備機(jī)型眾多，部分鋰電設(shè)備控制十分復(fù)雜，往往伴隨有軸數(shù)多、復(fù)雜的同步運(yùn)動控制、張力控制和視覺算法等難點(diǎn)，且程序代碼量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，還要求有非常短（低至0.5-1ms）的運(yùn)動控制掃描周期。另外鋰電設(shè)備有一定非標(biāo)屬性，機(jī)型變種多，一般允許的調(diào)試周期比較短?？偠灾?，這些難點(diǎn)都對鋰電設(shè)備的運(yùn)動控制器提出了高要求：

No.1性能強(qiáng)悍

極端要求在0.5ms運(yùn)動控制周期驅(qū)動多達(dá)幾十個(gè)甚至上百個(gè)軸。

No.2成熟穩(wěn)定

一個(gè)穩(wěn)定的控制平臺對設(shè)備穩(wěn)定性和縮短開發(fā)周期至關(guān)重要。

No.3編程友好

為應(yīng)對巨大的程序開發(fā)量和苛刻的開發(fā)調(diào)試周期，需配備一款編程友好，且便于結(jié)構(gòu)化代碼設(shè)計(jì)和代碼重用的編程軟件。

基于對自動化控制軟件發(fā)展趨勢的判斷，近年高創(chuàng)控制器也開始集成Codesys內(nèi)核，采用符合IEC61131-3和PLC OPEN規(guī)范的編程語言，編程更加友好，便于程序的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)、代碼重用和移植。

同時(shí)高創(chuàng)在自動化控制領(lǐng)域有著深厚的技術(shù)積累和研發(fā)優(yōu)勢，充分結(jié)合體系內(nèi)資深工程師的優(yōu)質(zhì)研發(fā)資源，全面開發(fā)專屬于高創(chuàng)的程序框架和行業(yè)應(yīng)用庫：

No.1

針對鋰電行業(yè)的張力控制的應(yīng)用難點(diǎn)，基于團(tuán)隊(duì)多年張力控制經(jīng)驗(yàn)，高創(chuàng)開發(fā)了功能完善的張力控制算法，包括多種卷徑計(jì)算功能、基于速度或扭矩的張力控制功能、基于對加速度、慣量、摩擦力補(bǔ)償?shù)墓δ軌K等。

No.2

針對鋰電設(shè)備涉及伺服驅(qū)動器數(shù)量多，種類多，伺服驅(qū)動器調(diào)試麻煩的痛點(diǎn)，高創(chuàng)開發(fā)驅(qū)動器類型自動識別參數(shù)批量讀寫的功能塊。

No.3

針對鋰電行業(yè)設(shè)備普遍交期時(shí)間短，調(diào)試壓力大的特點(diǎn)，高創(chuàng)基于 Codesys平臺打造程序框架，最大程度幫助客戶減少程序開發(fā)的工作量和調(diào)試時(shí)間。

立足市場，聚焦行業(yè)，美的工業(yè)技術(shù)旗下高創(chuàng)始終堅(jiān)持“高速度，高精度，高性能”，不斷打磨產(chǎn)品，構(gòu)建高性能運(yùn)動控制整體解決方案，深化鋰電行業(yè)應(yīng)用，共啟數(shù)智鋰電新篇章。

審核編輯：郭婷