리튬 이온 배터리 전극 코팅기에 적용된 다이렉트 드라이브 솔루션
국내 리튬이온 배터리 산업의 급속한 성장으로 인해 제조 업체는 배터리 생산 공정의 품질을 지속적으로 개선해야 한다는 압력을 받고 있다. 코팅 단계는 배터리 전기 자동차 및 기타 여러 제품에 사용되는 고품질 배터리를 제조하는 과정의 핵심 링크이다. 이러한 배터리 생산에 널리 사용되는 코팅 기계가 낮은 수율과 함께 극 밀도 및 정확도의 큰 오류 문제를 안고 있을 때 Kollmorgen 다이렉트 드라이브 서보 기술은 제조업체가 정확도, 수율 및 처리량에서 상당한 이득을 얻을 수 있도록 도와줬다.
Coater 적용
코팅기는 금속박 표면에 전극 슬러리를 고르게 도포하고 건조시켜 양극과 음극을 제작하는 장비이다. 일반적인 코팅 기계는 압출 및 전사 코팅 공정을 사용한다. 작동 원리는 코팅 롤러를 회전시켜 슬러리를 구동하고 스크레이퍼 간격을 조정하여 슬러리 이송량을 제어한 다음 백 롤러 또는 코팅 롤러의 회전을 사용하여 슬러리를 기판 표면으로 이송하는 것이다. 지정된 중량을 달성하려면 코팅 링크에서 코팅층 두께를 엄격하게 제어해야 한다. 동시에 가열 및 건조를 통해 슬러리 중의 용매를 제거함으로써 고형물이 기재에 잘 결합되게 한다.
스틸 롤러는 전체 코팅기 시스템의 메인 롤러로서 슬러리의 안정성과 전달에 필수적인 역할을 하며, 작동의 원활성은 최종 코팅의 정확성에 직접적인 영향을 미친다. 폴 피스의 밀도와 정확성을 향상시키고 불량률을 줄이기 위해 강철 롤러의 정밀한 모션 제어를 통해 오류 값을 줄이고 가속 시간을 단축하며 위치 잠금을 보장해야 했다.
또한 주류 코팅기의 정상적인 생산 속도는 분당 60미터로 오늘날 리튬 이온 배터리 제조업체의 생산 요구를 충족할 수 없다. 이 생산 속도를 개선하는 것이 시급히 필요했다.
리튬이온 배터리 제조사의 요구사항을 충족하고 수율을 99%까지 높이기 위해 코팅기 제조사는 Kollmorgen 다이렉트 드라이브 기술을 수정 하여 기계의 모션 제어를 통해 장비의 정확도를 크게 향상시켜 중량 오류 ≤±1%, 두께 오류 ≤ ±1 마이크론, 분당 80미터 이상의 생산 속도를 달성할 수 있다.
<그림1> 모터 구동 강철 롤러 회로도
다이렉트 드라이브 기술로 Coater 성능 향상
AKD 서보 드라이브에 의해 제어되는 모듈형 카트리지 DDR 서보 모터를 통해 구현된 Kollmorgen의 다이렉트 드라이브 기술은 코터의 스틸 롤러의 기술적 문제를 해결하고 폴 피스 생산의 결함을 실질적으로 제거하여 99% 이상의 수율을 달성하는데 도움을 준다.
• 카트리지 DDR 모터의 속도 변동폭은 정속운전시 0.4% 이하이 므로 회전 시 스틸롤러의 안정성이 잘 제어되어 폴시트 밀도의 오차가 현저히 감소된다.
• AKD 서보 드라이브에는 혁신적인 코깅 보상 알고리즘이 포함 되어 있다. 모터의 코깅 효과를 최소화하기 위해 드라이브는 추가 피드포워드 전류를 제공하여 속도 변동을 사실상 제거함으 로써 코팅 공정 전반에 걸쳐 슬러리 출력을 보다 안정적이고 균일하게 만든다.
• 짧은 이동 범위에서 카트리지 DDR 모터는 분당 0~80미터의 가변 속도를 달성할 수 있어 가속에 필요한 시간을 크게 줄이고 가속 단계에서 소비되는 원자재를 최소화한다.
• 정지 중 강철 롤러 회전으로 인한 스크랩을 줄이기 위해 Kollmorgen 모터는 안정적인 위치 잠금을 달성할 수 있다.
<그림2> 코깅 보상이 없는 속도 파형 플롯
<그림3> AKD 서보 드라이브를 사용한 코깅 보상 속도 파형 플롯
카트리지 DDR 모터는 최대 1500rpm을 제공하여 강철 롤러를 고속으로 회전시킨다. AKD 드라이브는 높은 응답 대역폭과 함께 매우 높은 성능, 낮은 대기 시간의 제어 루프를 제공하여 설정 시간을 줄이고 기계 생산성을 향상시킬 수 있다. 이 솔루션을 사용하면 코터 생산 속도가 분당 60미터에서 80미터로 크게 향상되어 코팅 공정의 용량이 크게 늘어난다.
<그림4> 카트리지 DDR 서보 모터와 AKD 서보 드라이브의 조합은 최적의 모듈식 직접 구동 솔루션을 만든다.
Kollmorgen 다이렉트 드라이브 기술의 사용은 코팅 기계의 강철 롤러의 성능 요구 사항을 완전히 충족하여 코팅 정확도와 속도를 크게 향상시키고 장비 제조업체의 경쟁력을 강화하는 데 도움이 된다. 생산 공정의 이러한 최적화는 리튬 이온 배터리 제조업 체가 생산 효율성과 제품 품질을 향상시키는 동시에 생산 비용과 불량률을 크게 줄이는 데도 도움이 된다.
자료제공: Kollmorgen(www.kollmorgen.com)
