Anwendung des GD350-Frequenzumrichters
auf der Walzmaschine für Elektrodenmaterial
von Lithiumbatterien

Geräteprinzip:

Bei der Betrieb des Batterieelektrodenblechwalzwerks, das für die Lithiumbatterieherstellung entscheidend ist, erfordern die Start- und Stoppvorgänge die kontinuierliche und präzise stufenlose Drehzahlregelung beider Walzen gemäß den technologischen Anforderungen. Gleichzeitig ist es unerlässlich, die gleichmäßige lineare Geschwindigkeit zwischen diesen Walzen sicherzustellen. Der Walzvorgang des Batterieelektrodenblechs beinhaltet das Erzeugen von Reibungskräften zwischen den Walzen und dem Elektrodenmaterial, das anschließend in die rotierenden Walzen gezogen wird, wo es verformt wird.

Dieses Walzwerk besteht aus zwei Walzen: der obere Walze, die als festes Element dient, und der untere Walze, der verstellbar ist. Hydraulische Mechanismen regeln die Spalt- und Druckeinstellungen zwischen diesen Walzen. Das eingehende Material besteht aus Aluminiumfolien, die mit Polarmaterialien beschichtet sind und zwischen den nicht beschichteten Polarmaterialien etwa 820 mm Abstand haben. Die Anfangsbeschichtungsdicke des eingehenden Materials beträgt ungefähr 210 μm. Nach dem Walzen wird sie jedoch sorgfältig auf etwa 164-165 μm gehalten. Es ist wichtig zu betonen, dass die Gleichmäßigkeit der Anfangsdicke des Materials erheblichen Einfluss darauf hat, ob die Walzdicke den erforderlichen Standards entspricht. Der Motor ist über Universalgelenke mit den Walzen verbunden, um diesen wichtigen Prozess in der Lithiumbatterieherstellung abzuschließen.

Kundenanforderungen:

Aufgrund von Mängeln in der aktuellen AB-Frequenzaufteilungssteuerungsstrategie, wie beispielsweise unzureichendem Leistungsgleichgewicht zwischen den Haupt- und Nebeneinheiten, unterschiedlichen linearen Geschwindigkeiten der beweglichen und festen Walzen und Problemen beim Start, wenn sich die festen und beweglichen Walzen am Übergang der Aluminiumfolienbeschichtung treffen, stellt der Kunde folgende Anforderungen an eine aktualisierte Steuerungsstrategie:

1. Der Frequenzumrichter muss die Walzgeschwindigkeit mit minimalen Schwankungen aufrechterhalten und ein kräftiges Anlaufdrehmoment gewährleisten.
2. Die linearen Geschwindigkeiten sowohl der beweglichen als auch der festen Walzen müssen im gesamten Geschwindigkeitsspektrum einheitlich und synchronisiert sein.
3. Der Frequenzumrichter muss Beschleunigungs- und Verzögerungsanpassungen im gesamten Walzwerksystem ermöglichen, wobei die Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten von der SPS geregelt werden.

Systemlösung:

Als Reaktion auf die Anforderungen des Kunden schlagen wir die folgende Systemlösung vor: (1) Motorsetup mit Encodern. Durch den Einsatz der Vektor-Regelkreis-Steuerung und der Verwendung von Encodern reguliert der Frequenzumrichter die Walzgeschwindigkeit präzise und gewährleistet ein kräftiges Anlaufdrehmoment. (2) Integration eines Frequenzumrichters mit einer CAN-Kommunikationskarte. Diese Karte ist für die Steuerung der Geschwindigkeit der beiden Walzen und die Erzielung einer einheitlichen linearen Geschwindigkeit und eines ausgeglichenen Leistungsverhältnisses zwischen den oberen und unteren Walzen unerlässlich. (3) Implementierung einer Bremsmodul. Der Frequenzumrichter ist mit einem Bremsmodul ausgestattet, um den schnellen Stoppanforderungen der gesamten Walzstraße gerecht zu werden.

Vorteile dieser Lösung:

Durch die Implementierung der Invt-Meister-Slave-Steuerungsstrategie:

• Vereinfachte Gerätesteuerung: Der Frequenzumrichter-Meister reagiert nahtlos auf ein Startsignal von der SPS und stellt die Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten auf null. Diese Zeitspannen werden nun präzise von der analogen Geschwindigkeitssignalgebung der SPS gesteuert. Der Slave-Einheit folgt nahtlos den Geschwindigkeitsänderungen des Meisters.
• Vereinfachte Synchronisierung der Geräte-Meister-Slave-Einrichtung: Der Prozess erfordert nun weniger Schritte für die Synchronisierungsfehlersuche. Ein minimaler Satz von Parametern ist für die Fehlerbehebung erforderlich, und diese Parameter zeichnen sich durch bemerkenswerte Konsistenz und einfache Reproduktion aus.
• Steigerung der Produktionsstabilität: Das System gewährleistet eine erhebliche Drehmomentverfügbarkeit, insbesondere bei niedrigen Frequenzen, wodurch Drehmomentinstabilitäten während der Startphase zwischen den beiden Elektrodenblättern effektiv verhindert werden. Die Niederfrequenzregelung trägt zur allgemeinen Stabilität bei und erleichtert die präzise Dickenmessung der Elektrodenblätter bei niedrigen Geschwindigkeiten, wodurch die Produktion von minderwertigen Elektrodenblättern reduziert wird.
• Deutliche Steigerung der Produktionseffizienz: Die linearen Geschwindigkeiten der beweglichen und festen Walzen sind im gesamten Geschwindigkeitsspektrum kontinuierlich synchronisiert. Diese Synchronisation verleiht dem Walzwerk die Flexibilität, Geschwindigkeitsanpassungen innerhalb des vorgegebenen Geschwindigkeitsbereichs vorzunehmen, was zu einer erheblichen Steigerung der Produktionseffizienz führt.

Zusammenfassung:

Die Implementierung der Invt GD350 CAN-Meister-Slave-Steuerungslösung in der Walzmaschine für Lithiumbatterie-Elektrodenfolien hat sich als äußerst erfolgreich erwiesen. Durch den Einsatz des Frequenzumrichters zur Steuerung der Walzen mithilfe der CAN-Meister-Slave-Steuerungstechnologie wurden verschiedene Leistungsaspekte erheblich verbessert. Insbesondere wurde die Stabilität der Niederfrequenzregelung verbessert, und die gleichmäßigen linearen Geschwindigkeiten sowohl der beweglichen als auch der festen Walzen über das gesamte Frequenzspektrum hinweg sichergestellt. Diese Lösung ermöglicht es der Walzstraße, effektiv bei variablen Geschwindigkeiten zu arbeiten und ihre Schlüsselrolle in der umfassenden Produktion von Lithiumbatterien zu stärken.