DE102013019633A1

DE102013019633A1 - Akkumulatorherstellanlage sowie Verfahren zum Herstellen eines eine Mehrzahl von galvanischen Zellen umfassenden Akkumulators

Info

Publication number: DE102013019633A1
Application number: DE102013019633.7A
Authority: DE
Inventors: Roman Ranzinger; Diana Stöckert; Michael Hinterberger
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2013-11-22
Publication date: 2015-06-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Akkumulatorherstellanlage (100) zum Herstellen eines eine Mehrzahl von einzeln handhabbaren galvanischen Zellen (80) mit jeweils einem Gehäuse umfassenden Akkumulators (86, 94), mit einer Zellenzuführvorrichtung (108) zum Zuführen der galvanischen Zellen (80) zu einer Verbindungsvorrichtung (126) zum mechanischen und elektrischen Verbinden jeweils einer vorgebbaren Anzahl galvanischer Zellen (80) zu einem Akkumulator (86, 94), wobei die Akkumulatorherstellanlage (100) eine wenigstens eine elektrische Größe der galvanischen Zellen erfassende Auswähleinheit (84, 92) aufweist, welche Auswähleinheit (84, 92) eingerichtet ist, solche galvanischen Zellen (80) für die mechanische und elektrische Verbindung zum Akkumulator (86, 94) auszuwählen, deren elektrische Größe einem vorgegeben Wertebereich entsprechen, und diese galvanischen Zellen (80) der Verbindungsvorrichtung (126) zuzuführen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Akkumulatorherstellanlage zum Herstellen eines eine Mehrzahl von einzeln handhabbaren galvanischen Zellen mit jeweils einem Gehäuse umfassenden Akkumulators, mit einer Zellenzuführvorrichtung zum Zuführen der galvanischen Zellen zu einer Verbindungsvorrichtung zum mechanischen und elektrischen Verbinden jeweils einer vorgebbaren Anzahl galvanischer Zellen zu einem Akkumulator. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines eine Mehrzahl von galvanischen Zellen umfassenden Akkumulators, wobei einzeln handhabbare galvanische Zellen mit jeweils einem eigenen Gehäuse in einer zum mechanischen und elektrischen Verbinden miteinander vorgebbaren Anzahl zu einem Akkumulator bereitgestellt werden.
Gattungsgemäße Akkumulatorherstellanlagen sowie Verfahren sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt, so dass es eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises hierfür nicht bedarf. Derartig hergestellte Akkumulatoren finden insbesondere bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen Einsatz. Ein gattungsgemäßer Akkumulator besteht aus einer vorgegebenen Anzahl galvanischer Zellen, die vom Akkumulator umfasst sind und die aufgrund der hohen Leistungsdichte und Eigenschaften bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen häufig auf Lithium-Ionen-Zellen als galvanische Zellen basieren. Solche Zellen haben standardisierte Zellformate, so dass sie einfach zu einem gewünschten Akkumulator mittels der Akkumulatorherstellanlage zusammengestellt werden können.
Galvanische Zellen werden in vorgegebener Anzahl zum Akkumulator zusammengestellt und mechanisch miteinander verbunden. Darüber hinaus findet eine elektrische Verbindung der galvanischen Zellen untereinander statt, welche Verbindung zugleich auch Polanschlüsse des Akkumulators bereitstellen kann, an welche Polanschlüsse eine elektrische Anlage, insbesondere des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, angeschlossen werden kann, um den bestimmungsgemäßen Betrieb zu gewährleisten. Alternativ kann die Verbindung auch über eine zwischengeschaltete Steuereinheit wie zum Beispiel einer Battery Junction Box realisiert sein, insbesondere wenn es sich bei dem Akkumulator um eine Hochvoltbatterie für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug wie beispielsweise ein Hybridfahrzeug oder dergleichen handelt.
Innerhalb eines Akkumulators können die einzelnen galvanischen Zellen elektrisch in Reihenschaltung, in Parallelschaltung, Kombinationen hiervon, insbesondere einer Matrixschaltung, verschaltet sein. Häufig werden galvanische Zellen innerhalb eines Akkumulators parallelgeschaltet. Bei einer solchen Verschaltung erweist es sich als nachteilig, dass bereits geringfügige Abweichungen der parallelgeschalteten galvanischen Zellen untereinander Ausgleichsvorgänge zwischen den einzelnen galvanischen Zellen untereinander verursachen können. So kann beispielsweise bei Abweichungen der Leerlaufspannung ein Ausgleichsstrom die Folge sein, bei dem Ladung von der galvanischen Zelle mit der höheren Leerlaufspannung zu einer galvanischen Zelle mit einer niedrigeren Leerlaufspannung strömt. Durch solche Ausgleichsvorgänge kann der bestimmungsgemäße Betrieb des Akkumulators beeinträchtigt sein, insbesondere können Kapazität und Alterungszustand des Akkumulators hierdurch beeinträchtigt werden.
Es ist demnach die Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine Akkumulatorherstellanlage anzugeben, die diesbezüglich eine Verbesserung erlauben.
Diese Aufgabe wird durch eine Akkumulatorherstellanlage gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß dem weiteren Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung geht aus von Akkumulatoren, die aus einer Mehrzahl von einzeln handhabbaren galvanischen Zellen mit jeweils einem Gehäuse gebildet sind. Eine galvanische Zelle ist eine elektrochemische Zelle, die gemäß der Erfindung dem Speichern von elektrischer Energie dient. Zu diesem Zweck weist sie wenigstens zwei Elektroden auf, und zwar mindestens eine Anode und mindestens eine Kathode, die mit einem gemeinsamen Elektrolyten in Wechselwirkung stehen und an den Elektroden eine elektrische Spannung aufgrund elektrochemischer Prozesse an den Elektroden mit dem Elektrolyten ausbilden. Die Elektroden sowie der Elektrolyt sind in einem Gehäuse angeordnet, so dass die galvanische Zelle als einzelnes Bauteil handhabbar ist. Dadurch ist es möglich, die Akkumulatorherstellung dem Grunde nach hochflexibel an gewünschte Anforderungen an die Akkumulatoren anpassen zu können, beispielsweise in Bezug auf die Kapazität, die Abmessungen, die Bemessungsspannung, Kombinationen hiervon und/oder dergleichen. Auf diese Weise kann ferner erreicht werden, dass die Herstellung der galvanischen Zellen von der Akkumulatorenherstellung entkoppelt wird, das heißt, die Akkumulatorenherstellung kann zeitlich und räumlich getrennt von der Herstellung der galvanischen Zellen erfolgen.
Auch wenn im Folgenden überwiegend galvanische Zellen in Form von Lithium-Ionen-Zellen genannt werden, ist die Erfindung dem Grunde nach hierauf nicht beschränkt. Gleichmaßen können galvanische Zellen in Form von Blei-Säure-Zellen, Nickel-Kadmium-Zellen oder dergleichen zum Einsatz kommen. In der Regel weisen die galvanischen Zellen wenigstens zwei Zellenanschlüsse unterschiedlichen elektrischen Potentials auf. Die galvanischen Zellen weisen vorzugsweise eine lesbare Identifikation auf, anhand derer die galvanischen Zellen identifizierbar sind. Dadurch kann die jeweilige erfasste elektrische Größe der zugehörigen galvanischen Zelle zugeordnet werden. Die Identifikation kann beispielsweise eine Zeichenkombination, ein Barcode, ein RFID-Tag, Kombinationen hiervon oder dergleichen sein.
Auch wenn die Erfindung im Folgenden anhand im Akkumulator parallelgeschalteter galvanischer Zellen erläutert wird, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt. Sie kann gleichermaßen bei einer Serienschaltung der galvanischen Zellen im Akkumulator, Kombinationsschaltungen hiervon oder dergleichen zum Einsatz kommen.
Wenn beispielweise zwei Akkumulatoren mit jeweils fünf in Serie geschalteten galvanischen Zellen hergestellt werden sollen, wozu zehn Zellen bereitstehen, von denen acht Stück. eine Kapazität von 20 Ah und zwei Stück toleranzbedingt 19,5 Ah besitzen, kann hier eine Optimierung erreicht werden. Diese Werte sind bekannt.
Wenn jeweils eine der beiden 19,5 Ah Zellen in einem der fertigen Akkumulatoren gelangt, dann können beide Akkumulatoren nur jeweils 19,5 Ah nutzen, weil, die schwächste Zelle einer Serienschaltung, insbesondere bei Li-Ionen-Zellen, die Gesamtkapazität vorgibt.
Durch geschickte Sortierung können nun beide Zellen mit 19,5 in einen Akkumulator einsortiert werden, wodurch ein Akkumulator mit 20.0 Ah und einer mit 19.5 Ah erhalten wird. Lediglich durch geeignetes Sortieren beziehungsweise gruppieren kann somit ein technischer Vorteil erreicht werden.
Vorrichtungsseitig ist deshalb insbesondere vorgesehen, dass die Akkumulatorherstellanlage zum Herstellen eines eine Mehrzahl von einzelnen handhabbaren galvanischen Zellen mit jeweils einem Gehäuse umfassenden Akkumulators vorgesehen ist, die eine Zellenzuführvorrichtung zum Zuführen der galvanischen Zellen zu einer Verbindungsvorrichtung zum mechanischen und elektrischen Verbinden jeweils der vorgebbaren Anzahl galvanischer Zellen zu einem Akkumulator aufweist.
Die Zellenzuführvorrichtung kann die Zellen vereinzeln und vorzugsweise auch in einer vorgegebenen Stückzahl gruppieren, so dass sie abzählbar in der vorgegebenen Anzahl zum Akkumulator von der Verbindungsvorrichtung zusammengefasst werden können. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass der Akkumulator selbst ein entsprechendes Gehäuse aufweist, in das die galvanischen Zellen mit ihren eigenen Gehäusen eingesetzt werden können. Die Verbindungsvorrichtung kann vorzugsweise Bestandteil der Akkumulatorenherstellanlage sein.
Das Gruppieren beziehungsweise Sortieren der galvanischen Zellen erfolgt mittels der Auswähleinheit, die vorzugsweise mit der Zellenzuführvorrichtung zusammenwirkt. Der Verbindungsvorrichtung können dadurch die galvanischen Zellen in einer gewünschten Gruppierung oder Sortierung zugeführt werden.
Die Verbindungsvorrichtung weist zu diesem Zweck entsprechende Mittel auf, die es erlauben, die insbesondere von der Zellenzuführvorrichtung oder auch von der Auswähleinheit empfangenen galvanischen Zellen in gewünschter Weise zum Akkumulator zu verbinden, beispielsweise, indem die vorgebbare Anzahl galvanischer Zellen in einem Akkumulatorgehäuse angeordnet wird. Daneben kann natürlich auch vorgesehen sein, dass das mechanische Verbinden lediglich durch ein Verkleben, ein Verbinden mittels Spannbändern, Kombinationen hiervon und/oder dergleichen gebildet sein kann. Die elektrische Verbindung kann beispielsweise mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungsstabs oder dergleichen erfolgen, mittels dem die Elektroden der galvanischen Zellen in gewünschter Weise verschaltet werden können. Zugleich kann beispielsweise der Verbindungsstab an einem Polanschluss des Akkumulators angeschlossen sein, der einen elektrischen Anschluss des Akkumulators für den bestimmungsgemäßen Betrieb an einer elektrischen Anlage, insbesondere eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs, bereitstellt. Der Anschluss kann auch alternativ ausgebildet sein.
Erfindungsgemäß ist insbesondere eine wenigstens eine elektrische Größe der galvanischen Zellen erfassende Auswähleinheit vorgesehen, welche Auswähleinheit eingerichtet ist, solche galvanischen Zellen für die mechanische und elektrische Verbindung zum Akkumulator auszuwählen, deren elektrische Größe einem vorgegebenen Wertebereich entsprechen, und diese galvanischen Zellen der Verbindungsvorrichtung zuzuführen. Die Verbindungsvorrichtung kann ein Bestandteil der Akkumulatorherstellanlage sein. Sie aber auch separat von der Akkumulatorherstellanlage ausgebildet sein, und beispielsweise räumlich getrennt, insbesondere weit entfernt hiervon, von der Zellenzuführvorrichtung angeordnet sein. Die Auswähleinheit kann selbst ein Bestandteil der Zuführvorrichtung sein und das Zuführen der Akkumulatoren zur Verbindungsvorrichtung in erfindungsgemäßer Weise steuern. Sie kann aber auch eine separate Vorrichtung sein, die der Zuführvorrichtung vor- oder auch nachgeschaltet sein kann.
Ein gemäß der Erfindung hergestellter Akkumulator besteht im Wesentlichen aus wenigstens zwei galvanischen Zellen.
Insbesondere wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines eine Mehrzahl von galvanischen Zellen umfassenden Akkumulators, bei dem einzeln handhabbare galvanische Zellen mit jeweils einem eigenen Gehäuse in einer zum mechanischen und elektrischen Verbinden miteinander vorgebbaren Anzahl zu einem Akkumulator bereitgestellt werden, vorgeschlagen, dass wenigstens eine elektrische Größe der galvanischen Zellen erfasst wird und die galvanischen Zellen für das mechanische und elektrische Verbinden zum Akkumulator ausgewählt werden, deren erfasste elektrische Größen einem vorgegeben Wertebereich entsprechen. Dabei kann besonders vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Wertebereich bedarfsweise gewechselt werden kann, um möglichst viele, vorzugsweise alle, verfügbaren galvanischen Zellen verarbeiten zu können. So lassen sich bei gegebener Zellenqualität Akkumulatoren mit herausragenden Eigenschaften gegenüber einer gewöhnlichen Herstellung herstellen. Die Erfindung kann deshalb nicht nur zur Aussortierung von galvanischen Zellen dienen, sondern um aus den verfügbaren Zellen Akkumulatoren mit gewöhnlichen Eigenschaften und Akkumulatoren mit herausragenden Eigenschaften herzustellen.
Die elektrische Größe der galvanischen Zellen kann beispielsweise ein Innenwiderstand der galvanischen Zelle, eine elektrische Kapazität der galvanischen Zelle, eine Leerlaufspannung, eine Selbstentladungsrate der galvanischen Zelle, abgeleitete Kenngrößen hiervon, Kombinationen hiervon oder dergleichen sein. Natürlich können auch mehrere elektrische Größen vorzugsweise parallel erfasst werden und für das Auswählen berücksichtigt werden. So kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass für jede der zu erfassenden elektrischen Größen der galvanischen Zellen jeweils ein eigener Wertebereich vorgegeben wird, der von der Auswähleinheit berücksichtigt wird. Vorzugsweise ist in einem solchen Fall eine galvanische Zelle dann ausgewählt, wenn die betrachteten elektrischen Größen sämtlich jeweils in den hierzu vorgegebenen Wertebereichen liegen. Daneben oder zusätzlich kann natürlich vorgesehen sein, dass eine galvanische Zelle auch dann ausgewählt wird, wenn nicht sämtliche sondern lediglich einige der elektrischen Größen in den jeweiligen Wertebereichen liegen. Letzteres ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn die Anzahl der verfügbaren galvanischen Zellen, die zur Vervollständigung eines Akkumulators erforderlich sind, mit den galvanischen Zellen, die sämtliche Kriterien erfüllen, nicht komplettiert werden kann.
Der Wertebereich kann beispielsweise durch einen Nutzer vorgegeben sein, es kann aber auch vorgesehen sein, dass ein entsprechender Wertebereich für die entsprechende elektrische Größe in der Auswähleinheit voreingestellt ist.
Die auf diese Weise ausgewählten galvanischen Zellen werden der Verbindungseinheit zugeführt, die in entsprechender Weise die galvanischen Zellen zu Akkumulatoren mechanisch und elektrisch verbindet.
Eine abgeleitete Kenngröße kann ein Gütewert, beispielsweise eine reelle Zahl, oder eine Güteklasse, beispielsweise gekennzeichnet durch einen Buchstaben oder dergleichen, sein, die aus elektrischen Größen der galvanischen Zelle ermittelbar ist, beispielsweise aus einer Stromkennlinie, einer Spannungskennlinie, Kombinationen hiervon oder dergleichen. Darüber hinaus kann der Gütewert oder die Güteklasse auch ein Frequenzverhalten der galvanischen Zelle, insbesondere in Bezug auf den Innenwiderstand, berücksichtigen.
Die Erfindung erlaubt es, eine Sortierung von Zellen auf Basis einer selektiven Auswahl der galvanischen Zellen aus einem Gesamtbestand vorzusehen, der unter unterschiedlichsten Aspekten erfolgen kann, um Akkumulatoren mit besonderen Eigenschaften erreichen zu können. So ist es beispielsweise mit der Erfindung möglich, eine Homogenisierung der hergestellten Akkumulatoren zu erreichen, beispielsweise, indem alle hergestellten Akkumulatoren in den betrachteten Eigenschaften nur eine möglichst geringe Abweichung untereinander aufweisen, wodurch sich Qualitätsschwankungen reduzieren lassen. Darüber hinaus ist es möglich, auch bezüglich der Akkumulatoren eine Klassenbildung zu erzeugen. So kann vorgesehen sein, dass Akkumulatoren mit einer hohen Klassifizierung jeweils nur galvanische Zellen mit einer entsprechend hohen Güte umfassen. Zugleich werden galvanische Zellen mit geringerer Güte untereinander zu Akkumulatoren zusammengefasst, die eine entsprechende geringere Klassifizierung zur Folge haben. Zugleich erweist sich jedoch die Homogenisierung der galvanischen Zellen untereinander wiederum als Vorteil sowohl bei den hochklassifizierten als auch bei den schlecht klassifizierten Akkumulatoren, weil Ausgleichsvorgänge im bestimmungsgemäßen Betrieb reduziert werden können. Durch die gezielte Herstellung von Akkumulatoren unterschiedlicher Qualitätsklassen können bedarfsgerecht Akkumulatoren bereitgestellt werden, die beispielsweise hinsichtlich einer Reichweite des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, hinsichtlich klimatischer Bedingungen und dergleichen optimiert sind. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass hochklassifizierte Batterien in Länder geliefert werden, die ein kaltes Klima aufweisen, wohingegen schlechter qualifizierte Batterien in Länder geliefert werden, die ein warmes Klima aufweisen oder dergleichen. Darüber hinaus kann eine hochklassifizierte Batterie auch für besonders anspruchsvolle Anwendungen vorgesehen sein, beispielsweise bei einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug für besondere Anforderungen, beispielsweise im VIP-Bereich oder dergleichen.
Grundsätzlich kann die Akkumulatorherstellung gemäß der Erfindung beliebig und gezielt nach Bedarf eingesetzt werden. Zum Beispiel kann vorgesehen sein, dass sämtliche Akkumulatoren homogenisiert werden sollen, mit Ausnahme von Akkumulatoren im Bereich VIP. Darüber hinaus kann die Auswahlfunktion über den gesamten Bestand der verfügbaren galvanischen Zellen grundsätzlich losgelöst von der Art der Verschaltung genutzt werden, das heißt, die Anwendung der Erfindung ist nicht auf eine Parallelschaltung beschränkt. Gleichermaßen kann die Erfindung auch bei einer Serienschaltung sowie Kombinationsschaltungen in Verbindung mit der Parallelschaltung zur Anwendung kommen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Auswähleinheit eingerichtet ist, auf der wenigstens einen elektrischen Größe basierende Kennzeichnungsdaten der galvanischen Zellen zu erfassen und solche galvanischen Zellen für die mechanische und elektrische Verbindung zum Akkumulator auszuwählen, deren Kennzeichnungsdaten einem dem vorgegebenen Wertebereich entsprechenden Kennzeichenwert entsprechen. Zu diesem Zweck können die galvanischen Zellen vorzugsweise mit einer sie individualisierenden Identifikation gekennzeichnet sein. Der erfassten elektrischen Größe kann sodann die Identifikation der zugehörigen galvanischen Zelle zugeordnet werden. Die erfasste elektrische Größe kann zusammen mit der Identifikation der zugehörigen galvanischen Zelle zusammen gespeichert werden oder dergleichen. Hierdurch kann erreicht werden, dass die galvanischen Zellen mit den Kennzeichnungsdaten klassifiziert werden, beispielsweise hinsichtlich ihrer Güte, eines Innenwiderstandsbereichs oder dergleichen, wobei die Auswähleinheit lediglich die Kennzeichnungsdaten zum Zwecke des Auswählens erfassen braucht. Die Auswähleinheit muss in diesem Fall also nicht dafür vorgesehen sein, selbst die Messung der elektrischen Größe vornehmen zu können, sondern kann zu diesem Zweck auf bereits durchgeführte Messungen zurückgreifen, die der Auswähleinheit zur Verfügung gestellt werden können. Dies erlaubt es, das Entkoppeln der Herstellung der galvanischen Zellen von der Herstellung der fertigen Akkumulatoren weiter zu verbessern. Entsprechend wird dem vorgegebenen Wertebereich ein entsprechender Kennzeichenwert zugeordnet, so dass im einfachsten Fall beispielsweise die Auswähleinheit die galvanischen Zellen lediglich hinsichtlich Kennzeichnungsdaten überprüft, ob diese mit dem Kennzeichenwert übereinstimmen beziehungsweise diesem entsprechen. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Kennzeichnungsdaten eine Klassifizierung in Form von Buchstaben umfassen, und die Auswähleinheit lediglich prüft, welche Kennzeichnungsdaten – beziehungsweise Buchstaben in diesem Fall – die entsprechenden galvanischen Zellen tragen und die galvanischen Zellen auswählt, die Kennzeichnungsdaten beziehungsweise Buchstaben eines vorgegebenen Kennzeichenwerts aufweisen. Dies erlaubt es, ein schnelles, einfaches Auswählen zu realisieren, so dass eine hohe Fertigungsgeschwindigkeit der Akkumulatoren erreicht werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Akkumulatorherstellanlage eine Zellenmesseinheit zum Messen der wenigstens einen elektrischen Größen an den galvanischen Zellen aufweist. Vorzugsweise ist die Zellenmesseinheit einstückig mit der Auswähleinheit ausgebildet. In dieser Ausgestaltung kann die Auswähleinheit dann die entsprechende elektrische Größe durch Messen an den galvanischen Zellen erfassen. Die Zellenmesseinheit ist eingerichtet, Messdaten der elektrischen Größe an den galvanischen Zellen vorzugsweise zellenindividuell der Auswähleinheit bereitzustellen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist die Akkumulatorherstellanlage eine Auswerteeinheit zum Ermitteln der Kennzeichnungsdaten unter Berücksichtigung der an der jeweiligen Zelle gemessenen, wenigstens einen elektrischen Größe für diese galvanische Zelle auf. Diese Ausgestaltung eignet sich insbesondere für den Einsatzfall, dass die Zellenmesseinheit separat von der Auswähleinheit vorgesehen ist. Die Auswerteeinheit kann ergänzend dazu eingerichtet sein, eine Kennzeichnung in Form der Kennzeichnungsdaten an den galvanischen Zellen anzubringen. Die Kennzeichnungsdaten können beispielsweise ein aufgedrucktes Symbol, beispielsweise ein Buchstabe, eine Ziffer oder eine Buchstabenfolge, eine Ziffernfolge, Kombinationen hiervon oder dergleichen sein, die beispielsweise mittels eines Druckers oder dergleichen an dem Gehäuse der jeweiligen galvanischen Zelle aufgedruckt wird. Das Symbol kann beispielweise in Form eines Barcodes, eines Data-Matrix-Codes oder dergleichen ausgebildet sein. Auch ein Anbringen einer entsprechend bedruckten Schicht oder dergleichen am Gehäuse der galvanischen Zelle kann vorgesehen sein. Darüber hinaus kann die galvanische Zelle einen digitalen Speicherchip oder dergleichen aufweisen, in dem die Kennzeichnungsdaten programmiert werden. Die Auswähleinheit ist in diesem Fall vorzugsweise dafür ausgebildet, mittels einer Leseeinheit die gespeicherten Kennzeichnungsdaten auszulesen und für die Auswahl der galvanischen Zellen zu verwerten.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Auswähleinheit eine Sortiereinheit umfasst, die eingerichtet ist, die galvanischen Zellen zu separieren, deren wenigstens eine elektrische Größe dem vorgegebenen Wertebereich entsprechen. Hierzu kann die Sortiereinheit einstückig mit der Auswähleinheit ausgebildet sein. Die Sortiereinheit ist dazu ausgebildet, die separierten galvanischen Zellen separiert von den übrigen galvanischen Zellen zu halten und diese Zellen vorzugsweise bedarfsgerecht der Verbindungsvorrichtung zuzuführen. Die Auswähleinheit führt die Erfassung in dieser Ausgestaltung mittels der Sortiereinheit durch, die eine entsprechende Sortierung vornimmt. Die nicht separierten galvanischen Zellen können einem entsprechenden Lager- beziehungsweise Speicherbereich zugeführt werden, aus dem sie bei entsprechendem Bedarf abrufbar sind. Zu diesem Zweck umfasst die Sortiereinheit vorzugsweise eine Speichervorrichtung.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die galvanischen Zellen aus einer verfügbaren Gesamtmenge und/oder aus einem Los von galvanischen Zellen ausgewählt werden. So kann vorgesehen sein, dass die Erfindung bei einer Verarbeitung von Losen von galvanischen Zellen nach dem FIFO-Prinzip angewendet wird, und zwar unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens jeweils auf ein Los von galvanischen Zellen. Entsprechend kann natürlich auch vorgesehen sein, dass das Verfahren auf die Gesamtmenge der verfügbaren galvanischen Zellen angewendet wird, beispielsweise auf einen Lagerbestand oder dergleichen.
Darüber hinaus wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass der Wertebereich und/oder der Kennzeichenwert anhand einer Vielzahl von ermittelten elektrischen Größen der galvanischen Zellen ermittelt wird. Dies erlaubt es, den Wertebereich beziehungsweise den Kennzeichenwert derart anzupassen, dass eine sinnvolle Verarbeitung beziehungsweise Verwertung der galvanischen Zellen, beispielsweise eines verfügbaren Loses oder dergleichen, erreicht wird. So kann hiermit unter anderem der Ausschuss reduziert werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine statistische Verteilung der Kennzeichnungsdaten und/oder der elektrischen Größe ermittelt wird. Dies erlaubt es, über die Qualität der Herstellung der galvanischen Zellen ergänzende Informationen zu erhalten und diese zur Steuerung der Fertigung zu nutzen.
Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung werden der Wertebereich und/oder der Kennzeichenwert anhand der statistischen Verteilung oder anhand der statistischen Verteilung unter Berücksichtigung der Kennzeichnungsdaten ermittelt. Dies erlaubt es, die Fertigungssteuerung weiter zu optimieren, indem beispielsweise der Wertebereich beziehungsweise der Kennzeichenwert entsprechend gewählt wird.
Die statistische Verteilung kann zum Beispiel anhand einer Normalverteilung ermittelt werden. Es kann vorgesehen sein, dass die statistische Verteilung anhand von Stichproben ermittelt wird, die entsprechend eines Stichprobenplanes der Gesamtheit der galvanischen Zellen entnommen werden. Es kann aber eine andere Verteilung zugrundegelegt werden, wenn die Randbedingungen dies
Auch wenn im Vorangehenden lediglich ein einziger Wertebereich beziehungsweise ein einziger Kennzeichenwert angegeben ist, ist es gleichwohl möglich, mehrere Wertebereiche beziehungsweise Kennzeichenwerte entsprechend vorzusehen. Vorzugsweise sind mehrere Wertebereiche und Kennzeichenwerte derart gewählt, so dass sich die Wertebereiche im Wesentlichen nicht überlappen. Dadurch kann eine Sortierung der galvanischen Zellen entsprechend der jeweiligen Wertebereiche beziehungsweise Kennzeichenwerte erfolgen. Natürlich kann auch vorgesehen sein, dass Wertebereiche beabstandet zueinander sind, beispielsweise wenn bestimmte ausgewählte Messwerte nicht zur Verarbeitung gelangen sollen. Auch unterschiedlichste Kombinationen hiervon können vorgesehen sein, so beispielsweise eine Kombination von Wertebereichen mit Kennzeichenwerten und/oder dergleichen. Letzteres erlaubt es, der Auswähleinheit sowohl mit Kennzeichnungsdaten gekennzeichnete galvanische Zellen als auch mit ermittelten elektrischen Größen gekennzeichnete galvanische Zellen zuzuführen und insbesondere gemeinsam zu verarbeiten, so dass eine entsprechende Auswahl realisiert werden kann. Hierdurch kann eine hohe Flexibilität der Akkumulatorherstellanlage und des Verfahrens erreicht werden.
Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnungen zu entnehmen. In den Figuren sind gleichbleibende Bauteile und Funktionen mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken.
Es zeigen:
1 schematisch ein elektrisches Ersatzschaltbild für einen Akkumulator mit zwei galvanischen Zellen, der an einen Verbraucher angeschlossen ist, wobei die Innenwiderstände der galvanischen Zellen gleich sind,
2 ein schematisches Ersatzschaltbild wie 1, wobei die Innenwiderstände voneinander abweichen,
3 eine schematische prinzipielle Darstellung eines einfachen Prozessmodells gemäß der Erfindung,
4 ein Prozessmodell wie 3, jedoch mehrdimensional,
5 ein Prozessmodell wie 3, jedoch konkretisiert anhand des Innenwiderstands galvanischer Zellen,
6 eine Abstrahierung des Ausführungsbeispiels gemäß 5,
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel basierend auf 4 unter Berücksichtigung des Innenwiderstands, der Selbstentladung und einer Gütezahl aus einer Impedanzspektroskopie der galvanischen Zellen,
8 schematisch ein Prinzipablauf bezüglich des Auswählens galvanischer Zellen aus einem gesamten Lagerbestand,
9 ein schematischer Prinzipablauf wie 8, jedoch bezogen auf ein Los von galvanischen Zellen des Lagerbestands,
10 ein schematischer Prinzipablauf gemäß einer Kombination der Ausführungsbeispiele zu den 8 und 9,
11 schematisch in Blockdarstellung eine Akkumulatorherstellanlage gemäß der Erfindung,
12 eine schematische Prinzipdarstellung für einen Aufbau und einen Ablauf eines Sortierers für die Akkumulatorherstellanlage gemäß 11,
13 eine zweite Ausgestaltung eines Sortierers für die Akkumulatorherstellanlage gemäß 11,
14 eine dritte Ausgestaltung für einen Sortierer für die Akkumulatorherstellanlage gemäß 11 unter Nutzung eines Roboterarms und
15 einen schematischen Ablauf in Blockdarstellung angewendet auf einen Lagerbestand von galvanischen Zellen gemäß der Erfindung.
Akkumulatoren 86, 94 für den Einsatz bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, beispielsweise Hybridfahrzeugen, Elektrofahrzeugen, oder dergleichen, sind in der Regel aus einer Mehrzahl von galvanischen Zellen 80, die über Elektrodenanschlüsse 130 elektrisch miteinander innerhalb des Akkumulators 86, 94 verschaltet sind und über nicht dargestellte Polanschlüsse des Akkumulators 86, 94 die elektrische Energie für den bestimmungsgemäßen Betrieb bereitstellen. Für die Akkumulatorenherstellung werden die galvanischen Zellen 80 vorgefertigt jeweils in einem eigenen Gehäuse angeliefert und bedarfsgerecht mittels einer Akkumulatorherstellanlage 100 (11) zu den fertigen Akkumulatoren 86, 94 mechanisch und elektrisch miteinander verbunden.
Damit die Akkumulatorenherstellung von der Zellenherstellung entkoppelt ist, werden die galvanischen Zellen als betriebsbereite galvanische Zellen mit einem eigenen Gehäuse hergestellt, in dem jeweils ein Elektrolyt und die mit dem Elektrolyten elektrochemisch in Kontakt stehenden Elektroden angeordnet sind. Damit sind die galvanischen Zellen 80 als einzelne Baueinheiten handhabbar. Die Elektroden der galvanischen Zellen 80 sind über die Elektrodenanschlüsse 130 elektrisch kontaktierbar, so dass sie im Akkumulator 86, 94 in gewünschter Weise verschaltet werden können.
1 zeigt ein schematisches Prinzipschaltbild eines an einem Verbraucher 12 angeschlossenen Akkumulators 10, wobei der Akkumulator 10 zwei galvanische Zellen 14, 16 aufweist, die parallelgeschaltet und an Polanschlüsse 132 der Akkumulatoren 86, 94 angeschlossen sind. An die Polanschlüsse 132 ist der Verbraucher 12 angeschlossen. Die galvanische Zellen 14, 16 sind vorliegend als Lithium-Ion-Zellen ausgebildet.
Jede der galvanischen Zellen 14, 16 ist schematisch mit einer Serienschaltung aus einer idealisierten galvanischen Zelle und einem jeweiligen Innenwiderstand 18, 20 dargestellt. Darüber hinaus ist in der Schaltung gemäß 1 vorgesehen, dass jede der galvanischen Zellen 14, 18 in Serie mit einem Strommessgerät 22, 24 geschaltet ist, so dass der jeweilige individuelle Zellenstrom der galvanischen Zellen 14, 16 gemessen werden kann. In der Ausgestaltung gemäß 1 ist vorgesehen, dass die Innenwiderstände 18, 20 einen im Wesentlichen gleichen Wert von etwa 1 Milliohm aufweisen. Darüber hinaus weisen die galvanischen Zellen 14, 16 die gleiche Leerlaufspannung auf.
Bei elektrischer Belastung mit dem elektrischen Verbraucher 12 wird durch die beiden galvanischen Zellen 14, 16 jeweils im Wesentlichen der gleiche Strom bereitgestellt, so dass die galvanischen Zellen 14, 16 im Wesentlichen gleich belastet werden. Entsprechende Messwerte werden mit den Strommessgeräten 22, 24 angezeigt. Bei der Ausführung gemäß 1 wird mit den Strommessgeräten 22, 24 jeweils ein Strom von 2,5 Ampere gemessen.
2 zeigt ein Prinzipschaltbild wie 1, jedoch mit einem Akkumulator 30, der Zellen 34, 36 aufweist, die wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 verschaltet sind. Auch hier weist der Akkumulator 30 Polanschlüsse 132 auf, an die der Verbraucher 12 angeschlossen ist. Der Aufbau entspricht im Wesentlichen dem der 1, weshalb ergänzend auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird. Im Unterschied zu 1 sind die galvanischen Zellen 34, 36 mit einer Serienschaltung aus jeweils idealisierten galvanischen Zellen mit jeweiligen Innenwiderständen 38, 40 versehen. Vorliegend weist der Innenwiderstand 38 einen Wert von 0,8 Milliohm auf, wohingegen der Innenwiderstand 40 einen Wert von 1,2 Milliohm aufweist.
Aufgrund der unterschiedlichen Innenwiderstände 38, 40 der galvanischen Zellen 34, 36 stellen sich unterschiedliche Strombeanspruchungen ein, wie sich anhand der Messwerte der Strommessgeräte 22, 24 zeigt. So wird die galvanische Zelle 34 mit einem Strom von 3 Ampere belastet, wohingegen die galvanische Zelle 36 lediglich mit einem Strom von 2 Ampere belastet wird. Bei der Ausgestaltung gemäß 2 führt also der unterschiedliche Innenwiderstand 38, 40 der galvanischen Zellen 34, 36 dazu, dass die galvanischen Zellen 34, 36 unsymmetrisch belastet werden.
3 zeigt in schematischer Blockdarstellung ein allgemeines einfaches Prozessmodell gemäß der Erfindung, mit der die Qualität der Akkumulatoren, wie sie anhand von 2 beschrieben worden sind, verbessert werden kann. Zu diesem Zweck wird ein physikalisches Modell erstellt, welches beispielsweise ein Ersatzschaltbild umfassen kann. Mit dem Ersatzschaltbild können physikalische Sachverhalte der galvanischen Zellen 80 sowie auch der aus den galvanischen Zellen 80 gebildeten Akkumulatoren 86, 94 dargestellt werden. Ausgehend von dem physikalischen Modell wird eine Sortierfunktion 52 h_sort (a) ermittelt.
Im vorliegenden Beispiel ist das Ersatzschaltbild des physikalischen Modells für das Merkmal „Innenwiderstand” des Akkumulators anhand von 1 ermittelt. Daraus lassen sich Formeln zur Stromverteilung ableiten. Als Sortierfunktion wird erhalten, bei einem Akkumulator in einer Parallelschaltung nur solche galvanische Zellen 80 einzusetzen, die ihrerseits einen möglichst ähnlichen Innenwiderstand aufweisen. Auf Basis wiederum der tatsächlichen Verteilung des Zellbestandes 92 und der Sortierfunktion 52 h_sort (a) entsteht eine Sortierung der galvanischen Zellen 80.
Wird dieser Vorgang hinreichend häufig durchgeführt, dann kann man eine statistische Verteilung des Eingangsmerkmals und eine statistische Verteilung eines Merkmals des fertigen Akkumulators erhalten. Zum Vergleich wird ein Merkmal der galvanischen Zellen 80 bestimmt, welches durch eine elektrische Größe, vorliegend dem Innenwiderstand, gebildet ist. Es lässt sich eine statistische Verteilung 50 dieses Merkmals anhand der zu verarbeitenden galvanischen Zellen 80 ermitteln.
Die Sortierfunktion 52 wird daraufhin genutzt, die Akkumulatoren 86, 94 in gewünschter Weise mit entsprechend sortierten galvanischen Zellen 80 auszurüsten, so dass sich eine statistische Verteilung eines Merkmals des fertigen Akkumulators 86, 94 gemäß Bezugszeichen 54 ergibt.
4 zeigt schematisch ein entsprechendes allgemeines Prozessmodell für eine mehrdimensionale Anwendung, bei der mehr als lediglich ein Merkmal der galvanischen Zellen 80 berücksichtigt wird. Dies zeigt sich anhand von drei beispielhaft dargestellten unterschiedlichen Merkmalen beziehungsweise elektrischen Größen der galvanischen Zellen 80, die in 4 mit den Bezugszeichen 50, 56 und 58 gekennzeichnet sind. Aus diesen statistischen Verteilungen wird wieder eine Sortierfunktion 62 h_Sort (a, b, ..., z) ermittelt. Diese Sortierfunktion 62 dient dann zur Prozesssteuerung bei der Herstellung der Akkumulatoren 86, 94, die dann entsprechend statistische Verteilungen 54, 60 entsprechender Akkumulatorenmerkmale zeigen.
5 zeigt eine Konkretisierung anhand des Innenwiderstands der galvanischen Zellen 80 als Merkmal für die Ermittlung einer statistischen Verteilung 70. Aus der statistischen Verteilung 70 wird sodann eine Sortierungsfunktion 72 f(a) ermittelt, deren Anwendung auf die Akkumulatorenherstellung zu einer Verteilung einer Strombelastung jeweiliger Akkumulatorenzellen im fertiggestellten Akkumulator 86, 94 gemäß der statistischen Verteilung 74 zeigen.
6 zeigt eine leicht abgewandelte abstraktere Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäß 5, wobei aus 6 ersichtlich ist, dass eine schmale Verteilung der Strombelastung der galvanischen Zellen eines jeweiligen Akkumulators erreicht werden kann, auch wenn die statistische Verteilung 70 des Merkmals der verwendeten galvanischen Zellen 80 sehr viel breiter ist.
7 zeigt ein komplexeres Beispiel, basierend auf einem mehrdimensionalen Prozessmodell gemäß 4, wobei als Merkmale, deren statistische Verteilungen ermittelt werden, der Innenwiderstand, eine Selbstentladung sowie eine Gütezahl ermittelt aus einer Impedanzspektroskopie, herangezogen werden. Die entsprechenden statistischen Verteilungen sind mit den Bezugszeichen 50, 56 und 58 bezeichnet. Anhand eines physikalischen Modells wird wieder eine Sortierfunktion 62 f(a, b, ..., z) ermittelt, die auf den Herstellprozess der Akkumulatorenherstellung angewendet wird. Im Ergebnis ergeben sich für die hergestellten Akkumulatoren 86, 94 statistische Verteilungen bezüglich der Zyklenlebensdauer 54 sowie einer maximalen Leistung 60 der Akkumulatoren 86, 94.
Vorliegend wird vorausgesetzt, dass es sich bei den statistischen Verteilungen 50, 56, 58, 70 um Normalverteilungen handelt, wobei die entsprechenden statistischen Verfahren zur Verarbeitung herangezogen werden. Darüber hinaus kann jedoch auch für das eine oder andere Merkmal eine andere statistische Verteilung gewählt werden, wenn die ermittelten Verteilungen dies anzeigen. Die Ermittlung der Sortierfunktionen kann dann entsprechend angepasst sein.
8 zeigt eine Anwendung der Erfindung zur Herstellung von Akkumulatoren 86, wobei in dieser Ausgestaltung von galvanischen Zellen 80 ausgegangen wird, die als Lagerbestand 82 in einem gemeinsamen Lager abrufbar gelagert sind. Erfindungsgemäß erfolgt die Auswahl der galvanischen Zellen 80 anhand einer elektrischen Größe, hier wiederum der Innenwiderstand der galvanischen Zellen 80. Die galvanischen Zellen 80 werden entsprechend ihres elektrischen Innenwiderstands ausgewählt (84), und jeweils vier galvanische Zellen 80 werden zu jeweils einem Akkumulator 86 mechanisch und elektrisch miteinander verbunden. Vorliegend ist vorgesehen, dass die galvanischen Zellen 80 innerhalb des Akkumulators 86 parallelgeschaltet sind. Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass das Verfahren im einem alternativen Ausführungsbeispiel natürlich auch in dualer Weise bei einer Serieschaltung zum Einsatz kommen kann.
Die galvanischen Zellen 80 weisen eine Identifikation auf, die es erlaubt, den erfassten Innenwiderstand der jeweiligen galvanischen Zelle 80 zuzuordnen.
9 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß 8, wobei der Lagerbestand 84 hier eine vorgegebene Anzahl von Losen 90 von galvanischen Zellen 80 umfasst. Aus dem Lagerbestand 82 werden seriell Lose 90 nach dem Prinzip First-In-First-Out (FIFO) entnommen (88). Diese Zellen, die jeweils aus einem gemeinsamen Los 90 stammen, werden sortiert (92), wobei die Sortierung wiederum anhand des Innenwiderstands erfolgt. Vorliegend ist vorgesehen, dass vorzugsweise galvanische Zellen 80 mit gering differierenden Innenwiderständen zu Akkumulatoren 86 mechanisch und elektrisch miteinander verbunden werden.
10 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die beiden Ausführungsformen gemäß der 8 und 9 miteinander kombiniert werden. Ausgegangen wird wieder von einem Lagerbestand 82 mit Losen 90 von galvanischen Zellen 80. Darüber hinaus enthält der Lagerbestand einzelne galvanische Zellen 80. Die Entnahme 88 erfolgt wie bei der Ausgestaltung gemäß 9 zunächst losweise, indem seriell ein Los 90 dem Lagerbestand 82 entnommen wird. Zunächst erfolgt – wie bei der Ausführungsform gemäß 9 – eine Sortierung 92 innerhalb des Loses 90 wiederum nach dem Merkmal des Innenwiderstands. Entsprechend werden Akkumulatoren 86 gemäß der Ausführungsform, wie zu 9 beschrieben, hergestellt.
Zeigt es sich, dass eine zur Herstellung des Akkumulators vorgesehene Kombination von galvanischen Zellen eine galvanische Zelle 84 enthält, die einen sehr abweichenden Innenwiderstand aufweist, so erfolgt in einem weiteren Schritt 84 ergänzend ein Austausch dieser galvanischen Zelle durch eine einzelne galvanische Zelle des Lagerbestands 80. Dabei wird berücksichtigt, dass die galvanische Zelle 80 des Lagerbestands 82 bezüglich ihres Innenwiderstands zu den weiteren galvanischen Zellen 80 des Akkumulators 94 passend ausgewählt wird. Dadurch kann erreicht werden, dass auch bei einer ungünstigen statistischen Verteilung des Innenwiderstands der galvanischen Zellen 80 innerhalb eines Loses 90 eine Ausgleichsmöglichkeit bei der Herstellung der Akkumulatoren 86, 94 besteht. In einem weiteren Schritt 126 werden die so vorbereiteten und sortierten galvanischen Zellen 80 zu den entsprechenden Akkumulatoren 86, 94 elektrisch und mechanisch verbunden.
In 11 ist schematisch in Blockdarstellung eine Akkumulatorherstellanlage 100 gemäß der Erfindung dargestellt. Die Akkumulatorherstellanlage 100 dient zum Herstellen eines eine Mehrzahl von einzelnen handhabbaren galvanischen Zellen mit jeweils einem Gehäuse umfassenden Akkumulators 86, 94, und weist eine Zellenzuführvorrichtung 108 zum Zuführen der galvanischen Zellen 80 und eine Verbindungsvorrichtung 126 zum mechanischen und elektrischen Verbinden jeweils einer vorgebbaren Anzahl galvanischer Zellen 80 zu einem Akkumulator 86, 94 auf. Die Akkumulatorherstellanlage 100 umfasst ferner eine Auswerteeinheit 110, die über wenigstens eine Schnittstelle verfügt, über die Messdaten der galvanischen Zellen 80 zugeführt werden können. Die Messdaten können beispielsweise herstellerseitig 102 ermittelt werden und vom Hersteller der galvanischen Zellen 80, beispielsweise über eine Kommunikationsverbindung, an die Auswerteeinheit 110 übermittelt werden. Alternativ können die Messdaten der galvanischen Zellen 80 auch mittels einer Zellenmesseinheit 106 ermittelt werden, die der Zellenzuführvorrichtung 108 vorgeschaltet ist. Die Zellenmesseinheit 106 misst die gewünschte elektrische Größe und stellt diese in Form von Messdaten der Auswerteeinheit 110 zur Verfügung. Die Messdaten umfassen Informationen, die es erlauben, eine Zuordnung zu den jeweiligen galvanischen Zellen 80 herzustellen.
In den beiden vorgenannten Fällen werden ergänzend zu den Messdaten somit auch Identifikationsdaten erhoben, so dass die jeweiligen Messdaten den jeweiligen galvanischen Zellen 80 zuordbar sind.
Die Zellenmesseinheit 106 ist ihrerseits an ein Zellenlager mit dem Lagerbestand 82 angeschlossen, von dem die galvanischen Zellen 80 der Zellenmesseinheit 106 zugeführt werden.
Die Auswerteeinheit 110 wertet die erhaltenen Messdaten und Identifikationsdaten aus und ermittelt deren statistische Verteilung, woraufhin eine entsprechende Sortierfunktion ermittelt wird. Die Sortierfunktion wird einer Sortiereinheit 112 als Steuerungsgröße zur Verfügung gestellt. Die Sortiereinheit 112 ist Bestandteil der Auswähleinheit 84. Die Sortiereinheit 112 sortiert die zugeführten galvanischen Zellen 80, die von der Zellenzuführvorrichtung 108 zugeführt werden, entsprechend der Sortierfunktion, die von der Auswerteeinheit 110 bereitgestellt ist. Die entsprechend sortierten galvanischen Zellen 80 werden mittels einer Ausfördervorrichtung 114 aus der Akkumulatorherstellanlage 100 ausgeführt.
Optional kann die Akkumulatorherstellanlage 100 die Verbindungsvorrichtung 126 enthalten, die die ausgeförderten Pakete galvanischer Zellen 80 entsprechend ihrer Sortierung zu den Akkumulatoren 86 mechanisch und elektrisch miteinander verbindet.
12 zeigt eine erste Ausgestaltung für die Sortiereinheit 112, die ein erstes Förderband 140 umfasst, welches Bestandteil der Zellenzuführvorrichtung 108 ist und die galvanischen Zellen 80 der Sortiereinheit 112 zuführt. Die Sortiereinheit 112 ist ferner über ein zweites Förderband an die Zellenausführung 114 angeschlossen, die die sortierten galvanischen Zellen 80 in einer für den jeweils herzustellenden Akkumulator gewünschten Stückzahl und Sortierung bereitstellt. Die Sortiereinheit 112 weist zu diesem Zweck eine Anzahl von Sortierbahnen 142 auf, an deren ausführseitigem Ende nicht dargestellte schaltbare Haltemechanismen angeordnet sind. Die Haltemechanismen behindern einen Weitertransport der galvanischen Zellen 80 der jeweiligen Sortierbahn 142, sofern das entsprechende Halteelement in der Halteposition ist. Mittels nicht dargestellter Steuermittel kann die entsprechende Sortierbahn 142 freigegeben werden, und die entsprechend in der Sortierbahn 142 angesammelten galvanischen Zellen 80 werden in der gewünschten Stückzahl als Block der Ausführeinheit 114 zugeführt, um daraus jeweils einen Akkumulator 86 herzustellen.
Jede Bahn der Sortiereinheit 112 steht für eine Sortierposition. Je nach Verteilung des erfassten elektrischen Größe im jeweiligen Los bestimmt sich die Sortierung und die galvanischen Zellen 80 werden auf Bahn 1, 2 oder n verfahren. Das heißt, beim Los i kann auf der Bahn 1 beispielsweise ein ganz anderer Wert der erfassten elektrischen Größe, hier der Innenwiderstand, liegen als beim Los i + 1 auf der Bahn 1. Die galvanischen Zellen 80 werden sodann gruppenweise zugeordnet ausgefördert, so dass sie in dieser Gruppeneinteilung jeweils von der Verbindungsvorrichtung zu jeweiligen Akkumulatoren 84, 96 verbunden werden können.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist zellenzuführvorrichtungsseitig eine Sortiereinrichtung vorgesehen, bei der die galvanischen Zellen 80, die mit dem Förderband 140 zugefördert werden, hinsichtlich der elektrischen Größe, hier dem Innenwiderstand, sortiert. Jeder Sortierbahn 142 ist hierdurch ein Wertebereich für den Innenwiderstand zugeordnet, wobei die Sortiereinrichtung die Zellen entsprechend des Innenwiderstands derart zuordnet, dass die Sortierbahnen 142 nur galvanische Zellen mit einem Innenwiderstand im Bereich des vorgegebenen Wertebereichs aufweisen. Vorliegend ist vorgesehen, dass sich die vorgegebenen Wertebereiche nicht überlappen.
Die Sortiereinheit 112 funktioniert bereits schon mit einer einzigen galvanischen Zelle 80 pro Bahn. Es werden sich pro Bahn nach Aufteilung einer Losgröße in der Regel k Zellen befinden, mit k(bahn 1) = k(bahn 2) = k(bahn n). Je nach Auslegung und gewünschtem Puffer, zum Beispiel die Länge der Sortierbahn, ist k größer oder kleiner. Der Ablauf ist beispielsweise bei einer Losgröße von 3 Zellen wie folgt:
Zellen a, b, c gelangen in dieser Reihenfolge hintereinander auf das Förderband 140. Die Zielsortierung beim Auslauf ist jedoch c, b, a. Mittels der Sortiereinheit 140 erfolgt nun eine Umsortierung mit folgenden Schritten:
Schritt 1: Zelle a biegt auf die ersten Sorterbahn ab und fährt auf die Halteposition an deren Ende und wartet dort.
Schritt 2: Zelle b biegt auf die zweite Sorterbahn ab und fährt auf die Halteposition auf deren Ende und wartet dort.
Schritt 3: Zelle c biegt auf die dritte Sorterbahn ab und fährt auf die Halteposition auf der Ende und wartet dort.
Schritt 4: Alle Sortiererbahnen werden gleichzeitig freigeschaltet. Alle galvanischen Zellen 80 biegen auf das Ausförderband ab und werden in der Reihenfolge c, b, a ausgefördert.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist dagegen vorgesehen, dass die Sortiereinheit 112 sicherstellt, dass erst dann Zellen aus einer Sortierbahn 112 ausgefördert werden, wenn eine hinreichende Anzahl von galvanischen Zellen 80 in der jeweiligen Sortierbahn 142 zur Verfügung stehen, um einen Akkumulator 86 vollständig herstellen zu können.
13 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer Sortiereinheit 122, bei der die galvanischen Zellen 80 in einem Kreislauf gefördert werden. Dabei ist vorgesehen, dass eine Sortiereinrichtung 144 derart angeordnet ist, dass die zirkulierenden galvanischen Zellen 80 diese passieren müssen. Die Sortiereinrichtung 144 erfasst die elektrische Größe der jeweiligen galvanischen Zellen 80 und entnimmt die galvanischen Zellen 80 dem Kreislauf, wenn die elektrische Größe, hier der Innenwiderstand, der galvanischen Zellen 80 dem vorgegebenen Wertebereich entsprechen. Nicht entsprechende galvanische Zellen 80 kreisen weiterhin in der Sortiereinheit 122, bis die Sortiereinrichtung 144 einen anderen Wertebereich erfasst, das heißt, der Wertebereich umgeschaltet wird. Vorzugsweise ist hier vorgesehen, dass die Sortiereinrichtung 144 immer so viele galvanische Zellen nacheinander ausfördert, wie erforderlich sind, um eine ganze Anzahl von Akkumulatoren 86 vollständig herstellen zu können. Die Sortiereinheit 122 umfasst ferner Förderbänder 128, die zur Vervollständigung des zyklischen Kreisens der galvanischen Zellen 80 erforderlich sind.
14 zeigt eine dritte Variante für eine Sortiereinheit 124, die auf dem Ausführungsbeispiel der 12 basiert, weshalb ergänzend auf die Ausführungen zu diesem Ausführungsbeispiel verwiesen wird. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel zu 12 ist anstelle der Sortierbahnen 142 ein Roboterarm 118 mit einer entsprechenden Steuereinheit vorgesehen, der die galvanischen Zellen 80 der Zellenzuführvorrichtung 108 entnimmt, wenn deren elektrische Größe, hier der Innenwiderstand, dem vorgegebenen Wertebereich entspricht. Diese galvanischen Zellen werden sodann auf der Ausförderungseinrichtung 114 bereitgestellt. Auch hier werden immer so viele galvanische Zellen 80 bereitgestellt, dass entsprechend vollständige Akkumulatoren 86 hergestellt werden können.
15 zeigt nun eine Blockdarstellung einer Fertigungsanlage basierend auf der Akkumulatorherstellanlage gemäß 11, weshalb ergänzend auf die Ausführungen hierzu verwiesen wird. Ergänzend zu den Ausführungen zur Ausführungsform gemäß 11 ist hier vorgesehen, dass eine Sortierung des gesamten Bestandes an galvanischen Zellen 80 vorgenommen wird. Entsprechend beginnt der Prozess gemäß 15 zunächst mit einer Vereinzelung mittels einer Vereinzelungsvorrichtung 116, die die vereinzelten galvanischen Zellen 80 einem Lagerbestand 82 eines Zelllagers zuführt. Im Zelllager 82 wird zugleich auch die Sortierung vorgenommen. Zu diesem Zweck erhält das Zelllager 82 eine Sortierfunktion für eine Soll-Sortierung von einer Auswerteeinheit 110. Zur Ermittlung der Sortierungsfunktion nutzt die Auswerteeinheit 110 entweder Messdaten 102 vom Lieferanten oder aber Messdaten 104, die mittels einer Messstation 106 bereitgestellt werden, und zwar in Verbindung mit der Vereinzelung der galvanischen Zellen 80. Aus dem Zelllager 82 werden die galvanischen Zellen 80 mittels der Ausfördervorrichtung 114 entsprechend ihrer elektrischen Größe in einem vorgegebenen Wertebereich ausgefördert. Das Zelllager kann zum Beispiel ein automatisches Regal, beispielsweise ein Hochregallager oder dergleichen sein. Die Vereinzelung kann darüber hinaus ein Auftrennen von Zellpaketen, wie sie vom Lieferanten angeliefert werden, umfassen.
Die für die Erfindung beschriebenen Vorteile und Merkmale sowie Ausführungsformen gelten sowohl für das erfindungsgemäße Verfahren als auch für die erfindungsgemäße Akkumulatorherstellanlage. Für Verfahrensmerkmale können folglich entsprechende Vorrichtungsmerkmale und umgekehrt vorgesehen sein.
Die Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.
Auch wenn die Ausführungsbeispiele anhand des Innenwiderstands erläutert wurden, können als Merkmale, die zur Sortierung herangezogen werden, auch andere elektrische Größen verwendet werden, die von Interesse sind, beispielsweise eine Selbstentladungsrate, eine Güte ermittelt aus einer Impedanzspektroskopie, Kombinationen hiervon und/oder dergleichen. Natürlich kann eine elektrische Größe auch durch eine abgeleitete Größe oder durch eine Qualitätsangabe oder dergleichen vorgesehen sein. So kann vorgesehen sein, dass zum Beispiel ein Wertebereich durch einen diesen Wertebereich identifizierenden Buchstaben oder dergleichen gekennzeichnet ist. Dieses Merkmal kann dann an den entsprechenden galvanischen Zellen vorgesehen sein. In diesem Fall braucht keine Identifikation der Zellen erfasst werden. Die Auswähleinheit kann dazu ausgebildet sein, diese entsprechende Kennzeichnung zu erfassen und die galvanischen Zellen entsprechend eines vorgegebenen Kennwerts anstelle eines Wertebereichs auszuwählen. Natürlich kann diese Art des Vorgehens auch mit dem Erfassen der elektrischen Größe und der Zugehörigkeit zu einem vorgegebenen Wertebereich kombiniert sein.

Claims

Akkumulatorherstellanlage (100) zum Herstellen eines eine Mehrzahl von einzeln handhabbaren galvanischen Zellen (80) mit jeweils einem Gehäuse umfassenden Akkumulators (86, 94), mit einer Zellenzuführvorrichtung (108) zum Zuführen der galvanischen Zellen (80) zu einer Verbindungsvorrichtung (126) zum mechanischen und elektrischen Verbinden jeweils einer vorgebbaren Anzahl galvanischer Zellen (80) zu einem Akkumulator (86, 94), gekennzeichnet durch eine wenigstens eine elektrische Größe der galvanischen Zellen erfassende Auswähleinheit (84, 92), welche Auswähleinheit (84, 92) eingerichtet ist, solche galvanischen Zellen (80) für die mechanische und elektrische Verbindung zum Akkumulator (86, 94) auszuwählen, deren elektrische Größe einem vorgegeben Wertebereich entsprechen, und diese galvanischen Zellen (80) der Verbindungsvorrichtung (126) zuzuführen.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswähleinheit (84, 92) eingerichtet ist, auf der wenigstens einen elektrischen Größe basierende Kennzeichnungsdaten der galvanischen Zellen zu erfassen und solche galvanischen Zellen für die mechanische und elektrische Verbindung zum Akkumulator (86, 94) auszuwählen, deren Kennzeichnungsdaten einem vorgegebenen, dem vorgegebenen Wertebereich entsprechenden Kennzeichenwert entsprechen.
Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet durch eine Zellenmesseinheit (106) zum Messen jeweils der wenigstens einen elektrischen Größe an den galvanischen Zellen (80).
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit (110) zum Ermitteln der Kennzeichnungsdaten unter Berücksichtigung der an der jeweiligen Zelle (80) gemessenen, wenigstens einen elektrischen Größe für diese galvanische Zelle (80).
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswähleinheit (84, 92) eine Sortiereinheit (112, 122, 124) umfasst, die eingerichtet ist, die galvanischen Zellen (80) zu separieren, deren wenigstens eine elektrische Größe dem vorgegeben Wertebereich entsprechen.
Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sortiereinheit (112) eine Speichervorrichtung (128) umfasst.
Verfahren zum Herstellen eines eine Mehrzahl von galvanischen Zellen (80) umfassenden Akkumulators (86, 94), wobei – einzeln handhabbare galvanische Zellen (80) mit jeweils einem eigenen Gehäuse in einer zum mechanischen und elektrischen Verbinden miteinander vorgebbaren Anzahl zu einem Akkumulator (86, 94) bereitgestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass – wenigstens eine elektrische Größe der galvanischen Zellen (80) erfasst wird und – die galvanischen Zellen (80) für das mechanische und elektrische Verbinden zum Akkumulator (86, 94) ausgewählt werden, deren erfasste elektrische Größen einem vorgegeben Wertebereich entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an den galvanischen Zellen (80) jeweils wenigstens eine elektrische Größe gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Kennzeichnungsdaten unter Berücksichtigung der an der jeweiligen Zelle (80) gemessenen, wenigstens einen elektrischen Größe für diese galvanische Zelle (80) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die galvanischen Zellen (80) danach separiert werden, ob deren elektrischen Größe dem vorgegeben Wertebereich und/oder die Kennzeichnungsdaten einem vorgegebenen dem vorgegebenen Wertebereich entsprechenden Kennzeichenwert entsprechen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wertebereiche beziehungsweise Kennzeichenwerte vorgegeben werden, wobei jeweils nur solche Zellen (80), deren elektrischen Größen dem gleichen Wertebereich und/oder deren Kennzeichnungsdaten dem gleichen Kennzeichenwert entsprechen, zum Zusammenstellen und elektrischen Verschalten des Akkumulators (86, 94) ausgewählt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die galvanischen Zellen (80) aus einer verfügbaren Gesamtmenge (82) und/oder aus einem Los (90) von galvanischen Zellen (80) ausgewählt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wertebereich und/oder der Kennzeichenwert anhand einer Vielzahl von ermittelten elektrischen Größen der galvanischen Zellen (80) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine statistische Verteilung (50, 56, 58, 70) der Kennzeichnungsdaten und/oder der elektrischen Größe ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Wertebereich und/oder der Kennzeichenwert anhand der statistischen Verteilung oder anhand der statistischen Verteilung unter Berücksichtigung der Kennzeichnungsdaten ermittelt wird.