伺服驱动器为锂电设备提供完整运动控制解决方案-电子发烧友网

随着碳达峰、碳中和成为全球共识，新能源在整个能源体系中的比重将快速增加，带动锂电池需求提升。根据预测，2025年全球动力电池需求量接近1TWh，中国动力电池企业市场占比有望达到60%以上。从应用场景上看，储能领域市场将出现指数级增长；消费领域，3C电池产品需求仍将保持平稳增长，电动工具市场增长提速；电动自行车领域，消费升级与环保需求继续推动铅酸电池向锂电转型，锂电池将在更多融合性场景发挥作用。

完整的锂电池产业链包含锂、钴、石墨等原材料资源的开采加工，锂电池四大材料及辅料的生产制造，电芯制造及组装，终端应用以及废旧锂电池回收等环节，经过多年的发展已经形成了一个专业化程度高、分工明晰的产业链体系。

就锂电池生产工艺而言，主要涵盖电极制作的搅拌涂布阶段（前段）、电芯合成的卷绕注液阶段（中段），以及化成封装的包装检测阶段（后段）。所涉及到的生产设备种类繁多，对设备的可靠性、控制精度、生产效率及灵活性要求很高。

在锂电池产能提升、单位KWh售价下降形势下，锂电池生产厂家和锂电设备制造商所面临的竞争都日趋加剧。如何进一步提高产品的良率和生产效率，同时有效控制成本，成为整个行业要思考的问题。运动控制系统作为锂电设备的核心，对锂电行业的降本增效至关重要，主要包括运动控制总线，伺服驱动器，伺服电机和运动控制器。

PART-01

运动控制总线

锂电行业大部分伺服驱动器都是基于EtherCAT通讯接口的，尤其是轴数较多的卷绕机和叠片机。EtherCAT总线以其通讯周期短，数据容量大，同步精度高（DC时间同步），并且协议对外开放，迅速赢得了市场众多伺服驱动和运动控制器厂家的青睐。目前高创旗下CDHD 高性能伺服驱动器、CDHD2 高性能伺服驱动器、CDHDE 伺服驱动器、BDHDE 伺服驱动器、softMC301 紧凑型运动控制器、softMC703高性能多轴控制器均支持EtherCAT作为其运动控制总线。

PART-02

伺服驱动器

伺服驱动器及伺服电机产品，作为设备的核心部件，用量巨大。伺服产品的性能、稳定性、易用性和经济性都是选择的重要因素：普通工位倾向于选择简单易用的伺服方案、高要求工位则对伺服方案性能要求较高。以电芯卷绕机为例：

普通工位

电芯卷绕机普通工位伺服性能要求以位置、速度、简单扭矩控制为主，不要求过高响应速度和精度。例如纠偏、牵引、缓存、贴胶、焊接、插拔针等工位的电机，通常选择稳定可靠、简单易用的旋转伺服电机。一如高创BDHDE驱动器+PH2旋转伺服电机，定位通用型旋转伺服电机应用，满足锂电设备中大多数旋转电机的应用需求，调试简单方便。

高要求工位

在电芯卷绕机中，卷针控制、张力电机控制、插片和裁切等关键工位对驱动器响应、控制精度和开放性有较高要求。

No.1卷针控制

作为卷绕机的核心，楔形卷针采用凸轮算法控制，要求卷绕线速度恒定，一般采用直驱电机来直接驱动卷针。高创CDHD伺服驱动器凭借出色的性能，良好的开放性很好的匹配卷针控制应用场景，不仅能够兼容多种反馈类型和电机，且CDHD驱动器响应快，跟随误差小，让复杂的运动控制化繁为简并且确保快、准、稳地完成卷针控制。

No.2张力电机控制

卷绕机的入卷张力控制是典型的闭环低张力控制，张力控制难度较大。张力控制容易影响电芯卷绕质量，为了提高张力控制精度，一般采用音圈电机来控制，高创CDHD伺服驱动器支持多种类型反馈，非常适合驱动第三方电机，例如音圈、直驱电机和直线电机，满足张力控制对伺服驱动器性能和兼容性的高要求。

No.3插片和裁切工位

裁切一般采用飞锯算法控制，要求两轴同步控制。高创CDHD伺服驱动器采用先进的HD控制算法。HD算法是高创的专利技术，可以做到更快的响应，更小的跟随误差和更小的整定时间，从而使得整个运动控制系统精度更高，响应更快，更稳定。

PART-03

运动控制器

锂电设备机型众多，部分锂电设备控制十分复杂，往往伴随有轴数多、复杂的同步运动控制、张力控制和视觉算法等难点，且程序代码量大、结构复杂，还要求有非常短（低至0.5-1ms）的运动控制扫描周期。另外锂电设备有一定非标属性，机型变种多，一般允许的调试周期比较短。总而言之，这些难点都对锂电设备的运动控制器提出了高要求：

No.1性能强悍

极端要求在0.5ms运动控制周期驱动多达几十个甚至上百个轴。

No.2成熟稳定

一个稳定的控制平台对设备稳定性和缩短开发周期至关重要。

No.3编程友好

为应对巨大的程序开发量和苛刻的开发调试周期，需配备一款编程友好，且便于结构化代码设计和代码重用的编程软件。

基于对自动化控制软件发展趋势的判断，近年高创控制器也开始集成Codesys内核，采用符合IEC61131-3和PLC OPEN规范的编程语言，编程更加友好，便于程序的结构化设计、代码重用和移植。

同时高创在自动化控制领域有着深厚的技术积累和研发优势，充分结合体系内资深工程师的优质研发资源，全面开发专属于高创的程序框架和行业应用库：

No.1

针对锂电行业的张力控制的应用难点，基于团队多年张力控制经验，高创开发了功能完善的张力控制算法，包括多种卷径计算功能、基于速度或扭矩的张力控制功能、基于对加速度、惯量、摩擦力补偿的功能块等。

No.2

针对锂电设备涉及伺服驱动器数量多，种类多，伺服驱动器调试麻烦的痛点，高创开发驱动器类型自动识别参数批量读写的功能块。