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Es wird ein Verfahren zum Messen eines Übergangswiderstandes von einer Elektrode einer ersten Batteriezelle zu einer Elektrode einer zweiten Batteriezelle angegeben.
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Aus dem Stand der Technik sind elektrochemische Batteriemodule für Fahrzeuganwendungen bekannt, welche aus mehreren elektrisch parallel und/oder in Reihe verschalteten Einzelzellen gebildet sind. Zur elektrischen Reihenschaltung der Einzelzellen sind deren elektrische Pole über einen elektrisch leitfähigen Zellverbinder verbunden.
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Die 1A zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls, das eine Mehrzahl von Batteriezellen 1, 2 umfasst. Die Zellverbinder 3 verbinden die Elektroden 10 zweier benachbarter Zellen, wobei jeweils der Pluspol einer Zelle mit dem Minuspol der benachbarten Zelle verbunden ist. In 1B ist eine schematische Schnittansicht durch zwei Elektroden 10, 20, die mittels eines Zellverbinders 3 verbunden sind, dargestellt.
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Bisher werden die Zellverbinder mit den Elektroden mittels Verschweißen, Verschrauben oder anderer Fügeverfahren verbunden und nach dem Verbindungsvorgang der Übergangswiderstand von einer Elektrode zur nächsten Elektrode in einem separaten Produktionsschritt gemessen. Diese Messung verursacht einen zusätzlichen Zeit- und Kostenaufwand.
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Es ist eine Aufgabe zumindest einiger Ausführungsformen ein Verfahren zum Messen eines Übergangswiderstandes von einer Elektrode einer ersten Batteriezelle zu einer Elektrode einer zweiten Batteriezelle anzugeben, mittels dessen sich im Vergleich zum Stand der Technik Zeit und/oder Kosten einsparen lassen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen gehen weiterhin aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen hervor.
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Gemäß einer Ausführungsform werden bei einem Verfahren zum Messen eines Übergangswiderstandes von einer Elektrode einer ersten Batteriezelle zu einer Elektrode einer zweiten Batteriezelle zumindest eine erste und zweite Batteriezelle bereitgestellt. Vorzugsweise weisen die Batteriezellen jeweils zwei Elektroden, insbesondere eine Kathode und eine Anode auf. Bei den Batteriezellen kann es sich beispielsweise um separate Einzelzellen, die nicht miteinander verbunden sind, handeln.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine Elektrode der ersten Batteriezelle mit einer Elektrode der zweiten Batteriezelle verbunden. Insbesondere wird dabei die Kathode der einen Batteriezelle mit der Anode der anderen Batteriezelle verbunden. Dabei wird während des Verbindens der Elektrode der ersten Batteriezelle mit der Elektrode der zweiten Batteriezelle der Übergangswiderstand von der Elektrode der ersten Batteriezelle zur Elektrode der zweiten Batteriezelle gemessen. In anderen Worten erfolgt gleichzeitig während des Verbindungsvorgangs eine Messung des Übergangswiderstandes der zwei in Reihe geschalteten Batteriezellen. Dabei kann der Übergangswiderstand bzw. eine Änderung des Übergangswiderstandes in Abhängigkeit der Zeit gemessen werden. Mittels des hier beschriebenen Verfahrens kann im Vergleich zum Stand der Technik vorteilhafterweise ein Produktionsschritt, und zwar der des Messens des Übergangswiderstandes nach einem abgeschlossenen Fügevorgang, eingespart werden, wodurch das hier beschriebene Verfahren besonders kostengünstig ist.
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Vorzugsweise erfolgt das Verbinden der Elektroden mittels eines Verbindungselements, welches durch ein formschlüssiges, kraftschlüssiges und/oder stoffschlüssiges Fügeverfahren mit den Elektroden verbunden wird. Das Verbindungselement ist insbesondere ein elektrisch leitendes Verbindungselement und kann hier und im Folgenden auch als Zellverbinder bezeichnet werden. Der Zellverbinder weist vorzugsweise ein Metall auf oder besteht aus Metall.
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Durch das Verbinden der Elektroden der ersten und zweiten Batteriezelle kann eine lösbare oder nicht-lösbare Verbindung zwischen der Elektrode der ersten Batteriezelle und der Elektrode zweiten Batteriezelle erzeugt werden. Beispielsweise können die Elektroden mittels des Verbindungselements verbunden werden, wobei das Verbindungselement mit der Elektrode der ersten Batteriezelle und der Elektrode der zweiten Batteriezelle verschweißt wird. Weiterhin ist es beispielsweise möglich, dass das Verbindungselement mit den Elektroden mittels Verschrauben, Bonden, Clinchen, Crimpen und/oder Nieten verbunden wird. Auch weitere formschlüssige, kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige Fügeverfahren sind denkbar.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird jede der Elektroden mit dem Verbindungselement an einer Mehrzahl von Verbindungsstellen verbunden. Vorzugsweise wird dabei der Übergangswiderstand von der Elektrode der ersten Batteriezelle zur Elektrode der zweiten Batteriezelle während des gesamten Verbindungsprozesses, d. h. während des Verbindens des Verbindungselements mit den Elektroden an allen Verbindungsstellen, gemessen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Verbindungselement zum Verbinden der Elektroden mithilfe einer Positionierhilfe auf den Elektroden angeordnet. Die Positionierhilfe dient insbesondere zum Fixieren des Verbindungselements auf den Elektroden während des Verbindungsvorganges, so dass das Verbindungselement während des Fügevorgangs nicht verrutschen kann. Beispielsweise kann die Positionierhilfe als Niederhalter ausgeführt sein. Vorzugsweise weist die Positionierhilfe zwei Messstifte auf, mittels derer der Übergangswiderstand während des Verbindens der Elektroden gemessen wird. Die Messstifte können beispielsweise in die Positionierhilfe integriert sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Verbindungselement Löcher auf. Während des Verbindungsvorgangs können die Messstifte der Positionierhilfe durch die Löcher ragen, so dass sie sich in direktem Kontakt mit den Elektroden befinden. Dadurch kann besonders einfach eine zuverlässige Messung des Übergangswiderstandes über die Messstifte erreicht werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird bei dem Verfahren ein Analysesystem verwendet, mittels dessen der Übergangswiderstand in Abhängigkeit von der Zeit gemessen und ggfs. aufgezeichnet werden kann. Die Messstifte sind vorzugsweise mit dem Analysesystem verbunden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Elektroden miteinander verbunden, indem das Verbindungselement mit den Elektroden verschweißt wird. Insbesondere kann ein Verbinden der Elektroden mittels Laserschweißen, Ultraschallschweißen oder Widerstandsschweißen erfolgen. Beispielsweise kann das Verbindungselement mit der Elektrode der ersten Batteriezelle und mit der Elektrode der zweiten Batteriezelle an jeweils zwei voneinander getrennten Schweißstellen verschweißt werden. Vorzugsweise wird dabei der Übergangswiderstand von der Elektrode der ersten Batteriezelle zur Elektrode der zweiten Batteriezelle während der Herstellung aller Schweißverbindungen, d. h. während des Schweißens an allen Schweißstellen zwischen dem Verbindungselement und den Elektroden, gemessen. Dadurch können vorteilhafterweise schlechte Schweißpunkte direkt über die Charakteristik des Wiederstandverlaufes identifiziert werden. Weiterhin können Schweißgeometrien unterschiedlich ausgeführt werden, sodass auch die entsprechende Wiederstandscharakteristik unterschiedlich verlaufen kann und dadurch eine Bewertung der verschiedenen Schweißgeometrien erfolgen kann.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des hier beschriebenen Verfahrens ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1A bis 5B beschriebenen Ausführungsformen. Es zeigen:
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1A und 1B schematische Darstellungen eines Batteriemoduls gemäß dem Stand der Technik,
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2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Messen eines Übergangswiderstandes gemäß einem Ausführungsbeispiel,
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3 eine schematische Darstellung des Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
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4 eine perspektivische Ansicht zweier Elektroden, die mittels eines Verbindungselementes verbunden werden, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, und
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5A und 5B Beispielmessungen des Übergangswiderstandes in Abhängigkeit der Zeit gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.
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In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
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Die 1A und 1B zeigen die bereits eingangs genannten schematischen Darstellungen eines im Stand der Technik bekannten Batteriemoduls, das eine Mehrzahl von Batteriezellen 1, 2 umfasst, wobei Zellverbinder 3 jeweils Anode und Kathode 10, 20 zweier benachbarter Batteriezellen 1, 2 verbinden.
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In 2 ist ein Verfahren zum Messen eines Übergangswiderstandes von einer Elektrode einer ersten Batteriezelle zu einer Elektrode einer zweiten Batteriezelle dargestellt, welches zumindest die Verfahrensschritte A bis C umfasst. Im Schritt A werden dabei zunächst eine erste und eine zweite Batteriezelle 1, 2 sowie ein Verbindungselement 3 bereitgestellt. Die Batteriezellen 1, 2 weisen jeweils zwei Elektroden auf, und zwar insbesondere jeweils eine Anode und eine Kathode. Das Verbindungselement kann insbesondere ein Zellverbinder sein und ist elektrisch leitend ausgebildet.
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In einem nachfolgenden Verfahrensschritt B wird dann eine der Elektroden 10 der ersten Batteriezelle 1 mit einer der Elektroden 20 der zweiten Batteriezelle 2 (insbesondere Anode mit Kathode) mittels des Verbindungselements 3 verbunden, und zwar indem das Verbindungselement 3 jeweils durch ein formschlüssiges und/oder kraftschlüssiges und/oder stoffschlüssiges Fügeverfahren mit den Elektroden 10, 20 verbunden wird. Beispielsweise kann das Verbinden mittels Laserschweißen erfolgen. Alternativ können auch andere Fügeverfahren, wie z. B. andere Schweißverfahren, Verschraubungen, Bonden, etc. zum Einsatz kommen.
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Gleichzeitig wird in einem Verfahrensschritt C, der während des Verfahrensschrittes B erfolgt, der Übergangswiderstand von der Elektrode 10 der ersten Batteriezelle 1 zur Elektrode 20 der zweiten Batteriezelle 2 gemessen. In anderen Worten findet eine Messung des Übergangswiderstandes von der Elektrode 10 der ersten Batteriezelle 1 zur Elektrode 20 der zweiten Batteriezelle 2 simultan mit dem Fügeverfahren, mittels dessen die Elektroden 10, 20 über das Verbindungselement 3 miteinander verbunden werden, statt.
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Das hier beschriebene Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass es im Vergleich zu bekannten Verfahren, bei denen eine Messung des Übergangswiderstand erst nach Beendigung der Verbindungsvorganges erfolgt, besonders kostengünstig ist, da ein Prozessschritt eingespart werden kann.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Messen eines Übergangswiderstandes gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Dabei wird das Verbindungselement 3 beim Verbinden der Elektroden 10, 20 mithilfe einer Positionierhilfe 4, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als Niederhalter ausgeführt ist, auf den Elektroden 10, 20 fixiert. Weiterhin sind in die Positionierhilfe 4 zwei Messstifte 40, 41 integriert. Mittels der Messstifte 40, 41 wird der Übergangswiderstand während des Verbindens der Elektroden 10, 20 gemessen, indem die Messstifte 40, 41 der Positionierhilfe 4 während des Verbindens durch in dem Verbindungselement 3 ausgebildete Löcher 31, 32 ragen, so dass sie sich während des Verbindungsvorgangs in direktem Kontakt mit den Elektroden 10, 20 befinden.
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In 4 sind zwei über ein Verbindungselement 3 zu verbindende Elektroden 10, 20 gezeigt, wobei das Verbindungselement 3 bereits auf den Elektroden 10, 20 positioniert ist. Beim Verbindungsvorgang werden die Elektroden 10, 20 jeweils an zwei separaten Stellen, nämlich den Verbindungsstellen 51, 52, 53, 54, mit den Elektroden 10, 20 verschweißt, wobei der Übergangswiderstand von der Elektrode 10 zur Elektrode 20 während des gesamten Verbindungsvorganges gemessen wird, d. h. der Übergangswiderstand wird während der Herstellung aller Schweißverbindungen zwischen dem Verbindungselement 3 und den Elektroden 10, 20 gemessen.
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Die 5A und 5B zeigen eine Beispielmessung des Übergangswiderstandes R in Abhängigkeit der Zeit t, wobei der Übergangswiderstand R von der Elektrode 10 zur Elektrode 20 während der Herstellung von vier Schweißverbindungen zwischen den Elektroden 10, 20 und dem Verbindungselement 3 gemessen wurde. Insbesondere wurden jeweils zwei Schweißverbindungen zwischen jeder der Elektroden 10, 20 und dem Verbindungselement 3 erzeugt. In den 5A und 5B sind die Widerstandsverläufe während der Herstellung der einzelnen Schweißvorgänge zum Erzeugen der Schweißverbindungen markiert und mit den Bezugszeichen 61 bis 64 versehen. Über die Charakteristik des Wiederstandverlaufes können schlechte Schweißverbindungen direkt identifiziert werden. Somit kann durch eine Beurteilung der Qualität der Schweißverbindungen eine Qualitätssicherung des Verbindungsprozesses erfolgen.
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Die in den gezeigten Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen auch miteinander kombiniert sein. Alternativ oder zusätzlich können die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele weitere Merkmale gemäß den Ausführungsformen der allgemeinen Beschreibung aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Batteriezelle
- 10
- Elektrode der ersten Batteriezelle
- 2
- zweite Batteriezelle
- 20
- Elektrode der zweiten Batteriezelle
- 3
- Verbindungselement
- 30, 31
- Loch
- 4
- Positionierhilfe
- 40, 41
- Messstift
- 51, 52, 53, 54
- Schweißstelle
- 61, 62, 63, 64
- Schweißvorgang
- A, B, C
- Verfahrensschritt
