DE102017108392B4 - Verfahren zum auswerten einer batteriezelle zur bewertung einer ultraschallschweissverbindung sowie entsprechende prüfvorrichtung - Google Patents

Verfahren zum auswerten einer batteriezelle zur bewertung einer ultraschallschweissverbindung sowie entsprechende prüfvorrichtung Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Auswerten einer Batteriezelle (10), die aus einem Zellenkörper (14) mit einer Vielzahl von Elektrodenfolien (16), einer positiven und einer negativen Klemme (20, 22) besteht, wobei die positive Klemme (20) und negative Klemme (22) jeweils mit Schweißverbindungen mit dem Zellenkörper (14) verbunden sind, das Verfahren umfassend:
das Fixieren des Zellenkörpers (14) der Batteriezelle (10) in einer ersten Klemmvorrichtung (220); und
das Klemmen eines der positiven und negativen Klemmen (20, 22) in einem Klemmengreifer (230); gekennzeichnet durch
das Aufbringen unter Verwendung eines dynamischen Belastungsendeffektors (240), der mit dem Klemmengreifer (230) gekoppelt ist, eine Schwingungserregungsbelastung auf eine der geklemmten der positiven und negativen Klemmen (20, 22);
das Aufbringen einer statischen Last auf eine der geklemmten positiven und negativen Klemmen (20, 22); und
das Auswerten der Integrität der Schweißverbindung von einer der geklemmten der positiven und negativen Klemmen (20, 22) auf der Grundlage der angelegten statischen Last.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Auswerten einer Batteriezelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine entsprechend ausgebildete Prüfvorrichtung.
  • Ein gattungsgemäßes Verfahren ist der Art nach im Wesentlichen aus der DE 11 2012 006 588 T5 bekannt.
  • HINTERGRUND
  • Ein Batteriepack beinhaltet typischerweise mehrere wiederaufladbare Batteriezellen, die in Reihe oder parallel geschaltet sind, um elektrische Energie zu einem Verteilungssystem zu speichern und zu liefern. Jede Batteriezelle beinhaltet eine Vielzahl von Elektrodenfolien mit abwechselnd angeordneten positiven und negativen Ladungsabschnitten. Die Elektrodenfolien werden durch Trennmaterial getrennt und in einem versiegelten Außenbeutel eingeschlossen, der mit einer Elektrolytlösung gefüllt ist. Das Trennmaterial, z. B. eine Polyethylen- und/oder Polypropylenfolie, verhindert einen elektrischen Kurzschlusszustand, während es die freie Übertragung von elektrischer Ladung zwischen Elektrodenfolien ermöglicht.
  • Positive und negative Klemmen erstrecken sich jeweils eine kurze Strecke außerhalb des versiegelten Beutels für jede Batteriezelle. Die positiven Ladungsabschnitte der Elektrodenfolien werden ultraschallverschweißt und mit der positiven Klemme verschweißt, und die negativen Ladungsabschnitte der Elektrodenfolien werden ultraschallverschweißt und mit der negativen Klemme verschweißt. Die Ultraschallschweißnähte befinden sich im Inneren des versiegelten Außenbeutels. Die Prozessfähigkeit des Ultraschallschweißverfahrens, der die innere Schweißnaht bildet, kann aufgrund von Ultraschallschweißvariationen und anderen Faktoren variieren.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Verfahren und eine Prüfvorrichtung sind zum Auswerten einer Batteriezelle vorgesehen, die aus einem Zellenkörper mit einer Vielzahl von Elektrodenfolien, einer positiven und einer negativen Klemme besteht, wobei die positive und die negative Klemme jeweils mit Schweißnähten mit dem Zellenkörper verbunden sind. Dazu gehört das Fixieren des Zellenkörpers der Batteriezelle in einer ersten Spannvorrichtung. Die Klemme ist in einem Klemmengreifer erfasst. Ein mit dem Klemmengreifer gekoppelter dynamischer Belastungsendeffektor legt eine Schwingungserregungslast an die Klemme an. Ein statischer Belastungsendeffektor wendet eine statische Last auf die Klemme an. Die Integrität der Schweißnaht wird anhand der angewandten statischen Last ausgewertet.
  • Die genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren, gehen deutlich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von einigen der besten Arten und weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Lehren unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen hervor.
  • Figurenliste
  • Im Folgenden werden exemplarisch eine oder mehrere Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
    • 1A und 1B schematisch eine Vorderansicht und eine entsprechende Seitenansicht ausgewählter Elemente einer einzigen Batteriezelle gemäß der Offenbarung veranschaulichen;
    • 2 schematisch eine Prüfvorrichtung zur Auswertung eines Werkstücks, einschließlich einer ersten Klemmvorrichtung, eines dynamischen Belastungsendeffektors, eines statischen Belastungsendeffektors und einer Steuerung gemäß der Offenbarung zeigt;
    • 3 grafisch ein Last-/Verschiebungsdiagramm zeigt, das mögliche Ergebnisse anzeigt, die mit der Ausführung eines statischen Lasttests bei einer Ausführungsform der Batteriezelle verbunden sind, die unter Bezugnahme auf die 1A und 1B gemäß der Offenbarung beschrieben sind; und
    • 4 schematisch eine Belastungstestroutine zeigt, die in einer Steuerung ausgeführt werden kann, um die Prüfvorrichtung zu verwenden, um ein Werkstück in der Form der Batteriezelle, die unter Bezugnahme auf die 1A und 1B beschrieben ist, nicht zerstörend auswerten zu können, gemäß der Offenbarung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen veranschaulichen die 1A und 1B schematisch eine Vorderansicht und eine entsprechende Seitenansicht ausgewählter Elemente einer einzigen Batteriezelle 10. Gleiche Bezugszeichen weisen, über die verschiedenen Ansichten hinweg, auf gleiche oder entsprechende Teile hin. Der Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass Begriffe, wie „oberhalb“, „unterhalb“, „nach oben“, „nach unten“, „oben“, „unten“ usw. beschreibend für die Figuren verwendet werden. Der Begriff „Endeffektor“ definiert eine Vorrichtung, dies gesteuert werden kann, um eine vordefinierte Aufgabe in Reaktion auf einen Steuerbefehl zu erreichen, und kann mechanisch betätigt werden, elektromechanisch betätigt, pneumatisch betätigt werden oder ein anderes Betätigungssystem verwenden.
  • Die Batteriezelle 10 beinhaltet einen Zellenkörper 14, der eine Vielzahl von Elektrodenfolien 16 in Plattenform beinhaltet, die in einem vertikalen Stapel angeordnet sind und in einem versiegelten Beutel 12 enthalten sind, der in einer Ausführungsform mit elektrolytischem Fluid gefüllt ist. Negative Ladungsabschnitte der Vielzahl von Elektrodenfolien 16 werden ultraschallverschweißt und mit einem Minuspol 22 verschweißt, wobei vorzugsweise Ultraschallschweißverfahren verwendet werden. In ähnlicher Weise werden positive Ladungsabschnitte der Elektrodenfolien 16 ultraschallverschweißt und mit dem Pluspol 20 verschweißt. Eine Schweißverbindung 18 verbindet die Elektrodenfolien 16 und den Pluspol 20 und ist vorzugsweise parallel zu einer Querachse 26 ausgebildet, obwohl die hierin beschriebenen Konzepte nicht derart begrenzt sind. Die Schweißverbindung 18 zwischen den Elektrodenfolien 16 und dem Pluspol 20 kann in Form einer Überlappungsschweißverbindung vorliegen. Ein zweiter Schweißpunkt (nicht gezeigt) verbindet die negativen Ladungsabschnitte der Elektrodenfolien 16 und des Minuspols 22. Die Batteriezelle 10 kann nominell in Form eines ersten Flächenabschnitts 28, eines zweiten Flächenabschnitts 30, eines Bodenabschnitts 32 und eines oberen Abschnitts 34 beschrieben werden. Die Seitenachse 26 erstreckt sich in einer horizontalen Richtung, wie gezeigt, zwischen dem ersten Flächenabschnitt 28 und dem zweiten Flächenabschnitt 30. Eine Längsachse 24 erstreckt sich zwischen dem Bodenabschnitt 32 und dem oberen Abschnitt 34 in einer vertikalen Richtung, wie gezeigt, und orthogonal zu der Seitenachse 26. Weitere Einzelheiten im Zusammenhang mit der Batteriezelle 10, sind einem Fachmann auf dem Gebiet bekannt. In einer Ausführungsform ist die einzelne Batteriezelle 10 eine Lithium-Ionen-Batteriezelle, die wiederaufladbar ist, obwohl die hierin beschriebenen Konzepte auf andere Batteriezellenkonfigurationen angewendet werden können, die in einer hierin beschriebenen Weise hergestellt werden. Alternativ kann die Batteriezelle 10 als zylindrische Vorrichtung ausgebildet sein, die Klemmen aufweist, die sich von einem ihrer Enden erstrecken. Alternativ kann die Batteriezelle 10 als eine ziegelförmige Vorrichtung ausgebildet sein, die Klemmen aufweist, die sich von einem ihrer Enden erstrecken. Die hierin beschriebenen Konzepte gelten für jede Konfiguration der Batteriezelle 10.
  • 2 zeigt schematisch eine Prüfvorrichtung 200 zur Auswertung eines Werkstücks, wobei das Werkstück eine Ausführungsform der Batteriezelle 10 ist, die unter Bezugnahme auf die 1A und 1B beschrieben ist. Wie dargestellt, beinhaltet die Batteriezelle 10 den Minuspol 22 und den Zellenkörper 14. Die Prüfvorrichtung 200 beinhaltet einem Rahmen 210, eine erste Klemmvorrichtung 220, einen dynamischen Belastungsendeffektor 240, einen statischen Belastungsendeffektor 260 und eine Steuerung 280. Die Prüfvorrichtung 200 ist angeordnet, um Schwingungserregungsbelastungen und statische Lasten auf die positiven und negativen Klemmen 20, 22 einer Ausführungsform der Batteriezelle 10 aufzubringen.
  • Die erste Klemmvorrichtung 220 weist eine Greifvorrichtung 228 auf, die so ausgebildet ist, dass sie ein Werkstück hält, das den Zellenkörper 14 der Batteriezelle 10 in einer Ausführungsform beinhaltet. Die erste Klemmvorrichtung 220 und die Greifvorrichtung 228 können als eine kraftschlüssige Klemmvorrichtung konfiguriert sein, die eine Normalkraft auf den Zellenkörper 14 ausübt, um ihre Retention in einer Ausführungsform zu bewirken. Die erste Klemmvorrichtung 220 kann als eine formschlüssige Klemmvorrichtung ausgebildet sein, die geometrische Merkmale des Zellkörpers 14 der Batteriezelle 10 aufnimmt, um deren Fixierung zu bewirken. Alternativ kann die erste Klemmvorrichtung 220 eine Kombination aus der kraftschlüssigen Klemmvorrichtung und der formschlüssigen Klemmvorrichtung sein. Wie dargestellt, sind die erste Klemmvorrichtung 220 und Greifvorrichtung 228 als eine kraftschlüssige Vorrichtung ausgebildet, die einen ersten Plattenabschnitt beinhalten kann, der parallel zu einem gegenüberliegenden zweiten Plattenabschnitt in einer Ausführungsform angeordnet ist, wobei der erste und der zweite Plattenabschnitt zusammengedrückt werden können, um eine Greifkraft auf den Zellenkörper 14 der Batteriezelle 10 auszuüben. Die relevanten Abmessungen der ersten Klemmvorrichtung 220 sind vorzugsweise so gewählt, dass sie Abmessungen einer spezifischen Ausführungsform des Zellenkörpers 14 der Batteriezelle 10 aufnehmen können. Die Greifvorrichtung 228 ist so angeordnet, dass sie eine Klemmkraft auf den Zellenkörper 14 ausübt, wenn die Batteriezelle 10 in die Klemmvorrichtung 220 eingesetzt wird. Die Greifvorrichtung 228 kann jede geeignete Kraft oder Druck-aktivierte Vorrichtung sein, wie beispielsweise ein pneumatisch angetriebener Zylinder mit einer Zweiwege-Steuerungsfähigkeit, um die Klemmkraft aufzubringen und zu entfernen. Die aufgebrachte Klemmkraft hält mechanisch die eingesetzte Batteriezelle 10 zum Zwecke der Durchführung von dynamischen und statischen Tests auf der Batteriezelle 10, wie hierin beschrieben. Das Entfernen der Klemmkraft drängt den ersten Plattenabschnitt vom zweiten Plattenabschnitt weg, um das Entfernen der eingesetzten Batteriezelle 10 zu ermöglichen. Einzelheiten, die sich auf Klemmmechanismen für Prüfvorrichtungen beziehen, sind einem Fachmann auf dem Gebiet bekannt und werden daher nicht näher beschrieben.
  • Der dynamische Belastungsendeffektor 240 beinhaltet einen Klemmengreifer 230, der mechanisch mit einem dynamischen Spannmechanismus 250 über eine Wellenleitervorrichtung 232 und einen Kraftkoppler 234 gekoppelt ist. Der Klemmengreifer 230 befindet sich vorzugsweise neben der ersten Klemmvorrichtung 220 (wie dargestellt), wodurch es ermöglicht wird, mit einer der positiven und negativen Klemmen 20, 22 der Batteriezelle 10 zusammenzuwirken und mechanisch zu greifen, wenn sie in die erste Klemmvorrichtung 220 eingesetzt wird. Der dynamische Belastungsmechanismus 250 ist eine wiederholende Spannungsanlegevorrichtung, die eine Schwingungserregungsbelastung erzeugt, die durch den Wellenleiter 232, den Kraftkoppler 234 und den Klemmengreifer 230 zu einem der positiven und negativen Klemmen 20, 22 der Batteriezelle 10, die ergriffen wird, übertragen wird. Der dynamische Belastungsmechanismus 250 ist eine piezoelektrische Vorrichtung, die in der Lage ist, Hochfrequenzschwingungen zu erzeugen, die sich durch den Kraftkoppler 234 und den Wellenleiter 232 zum Klemmengreifer 230 ausbreiten. Die Schwingungserregungslast wird vorzugsweise in einer Richtung angelegt, die parallel zur Längsachse der Batteriezelle 10 ist, wie durch den Pfeil 245 angedeutet ist. Die Schwingungserregungslast können kann in der Form einer Ultraschallschwingungslast vorliegen. In einer Ausführungsform beinhaltet Ultraschallschwingungslast eine Oszillationsbewegung, die bei einer Frequenz angelegt ist, die innerhalb eines Bereichs zwischen 10 kHz und 100 kHz liegt, bei einer Amplitude, die vorzugsweise innerhalb eines Bereichs zwischen einigen Mikrometern und einem hundert Mikrometer für eine Zeitdauer zwischen 0,5 liegt S und 10 s liegt. Andere geeignete Schwingungserregungslasten, die in Form von Schwingungsfrequenzen, Amplituden und Zeitdauern beschrieben sind, können abhängig von der speziellen Ausgestaltung der Ausführungsform der Batteriezelle 10 mit einem Verfahren für eine derartige Auswahl ausgewählt werden, die einem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist.
  • Der statische Belastungsendeffektor 260 ist vorzugsweise mit dem dynamischen Belastungsendeffektor 240 in der Prüfvorrichtung 200 angeordnet, was es ermöglicht, den Klemmengreifer 230 zu verwenden. Der statische Belastungsendeffektor 260 beinhaltet einen mechanischen Lastapplikator, der vorzugsweise eine Lastzelle 262 mit einem linearen Messsystem beinhaltet. Lastzellen und zugehörige lineare Messsysteme sind dem Fachmann bekannt und werden daher hier nicht im Detail beschrieben. Der statische Belastungsendeffektor 260 ist so konfiguriert, um eine vorgegebene statische mechanische Last in Form einer Zugbelastung an einer der positiven und negativen Klemmen 20, 22 der Batteriezelle 10 in Bezug auf den Zellenkörper 14 und die Vielzahl von Elektrodenfolien 16 aufzubringen, wobei sich die statische mechanische Last durch die jeweilige Klemme 20, 22 zu der Vielzahl von Elektrodenfolien 16 durch den Schweißpunkt 18 ausbreitet. Die Größe der voreingestellten statischen mechanischen Last ist geringer als eine Elastizitätsgrenze oder einer Streckgrenze für die Schweißverbindung 18, wenn die Schweißverbindung 18 gemäß den Schweißvorgaben gebildet wurde und empirisch bestimmt werden kann. Das lineare Messsystem der Lastzelle 262 überwacht eine Verschiebung zwischen der ersten Klemmvorrichtung 220 und dem Klemmengreifer 230 und ist dem einen der positiven und negativen Klemmen 20, 22 der Batteriezelle 10 in Bezug auf die Vielzahl von Elektrodenfolien 16 zugeordnet. Einzelheiten im Zusammenhang mit der Messzelle 262, einschließlich des linearen Messsystems, sind dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt. Die Steuerung 280 kommuniziert mit der ersten Klemmvorrichtung 220, dem dynamischen Belastungsendeffektor 240 und dem statischen Belastungsendeffektor 260, um verschiedene Sensoren zu überwachen und Steuerbefehle für verschiedene Stellglieder zu erzeugen, um vorgegebene Aufgaben zu erfüllen. Der statische Belastungsendeffektor 260 ist mit dem dynamischen Belastungsendeffektor 240 in der Prüfvorrichtung 200 kollokiert gezeigt. Ein Fachmann auf dem Gebiet erkennt, dass der dynamische Belastungsendeffektor 240 mit dem statischen Belastungsendeffektor 260 kollokiert werden kann oder separat in Abhängigkeit von zahlreichen Faktoren angeordnet ist.
  • Die Begriffe Steuerung, Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuereinheit, Prozessor und Ähnliches beziehen sich auf eine oder mehrere Kombinationen anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise (ASIC), elektronische(r) Schaltkreis(e), Zentraleinheit(en), wie z. B. Mikroprozessor(en) und diesen zugeordneten nicht flüchtigen Speicherkomponenten in Form von Speicher- und Speichergeräten (Lesespeicher, programmierbarer Lesespeicher, Direktzugriff, Festplatte usw.). Die nichtflüchtige Speicherkomponente ist in der Lage, maschinenlesbare Anweisungen in der Form von einem oder mehreren Software- oder Firmware-Programmen oder -Routinen, kombinatorischen Logikschaltungen, Eingangs-/Ausgangsschaltung(en) und -Vorrichtungen, Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und anderen Komponenten zu speichern, auf die durch einen oder mehrere Prozessoren zugegriffen werden kann, um eine beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Zu den Geräten und Kreisen für Ein- und Ausgaben gehören Analog-/Digitalwandler-verwandte Geräte, die Sensoreingaben mit einer vorgegebenen Abruffrequenz oder als Reaktion auf ein Auslöseereignis überwachen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Steuerroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe beziehen sich auf jedwede von einer Steuerung ausführbare Befehlssätze, einschließlich Kalibrierungen und Nachschlagetabellen. Jede Steuerung führt für die gewünschten Funktionen eine Steuerroutine(n) aus, so auch die Überwachung der Eingaben von Sensorgeräten und anderen vernetzten Steuerungen und führt Steuer- und Diagnoseroutinen zum Steuern der Betätigung von Stellgliedern durch. Routinen können in regelmäßigen Intervallen oder in Reaktion auf das Auftreten eines auslösenden Ereignisses ausgeführt werden. Die Kommunikation zwischen den Steuerungen und zwischen Steuerungen, Stellgliedern und/oder Sensoren kann über eine Punkt-zu-Punkt-Direktverkabelung, eine Netzwerkkommunikations-Busverbindung, eine drahtlose Verbindung oder jede andere geeignete Kommunikationsverbindung bewerkstelligt werden. Die Kommunikation beinhaltet den Austausch von Datensignalen auf jede beliebige geeignete Art, darunter auch als Beispiele elektrische Signale über ein leitfähiges Medium, elektromagnetische Signale durch die Luft, optische Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen. Datensignale können diskrete, analoge oder digitalisierte analoge Signale beinhalten, die Eingaben von Sensoren und Stellgliedbefehle darstellen sowie Kommunikationssignale zwischen Steuerungen: Der Begriff „Signal“ bezieht sich auf jede physisch wahrnehmbare Anzeige, die Informationen übermittelt und kann jede geeignete Wellenform (z. B. elektrische, optische, magnetische, mechanische oder elektromagnetische) umfassen, wie beispielsweise Gleichstrom, Wechselspannung, Sinuswellen, Dreieckswelle, Rechteckwelle, Vibration und dergleichen, die durch ein Medium laufen können.
  • 4 veranschaulicht schematisch in einem Flussdiagramm eine Belastungstestroutine 400, die in der Steuerung 280 ausgeführt werden kann, um die Prüfvorrichtung 200 zu verwenden, um ein Werkstück in der Form der Batteriezelle 10, die unter Bezugnahme auf die 1A und 1B beschrieben ist, nicht zerstörend zu bewerten. Genauer gesagt kann die Belastungstestroutine 400 vorteilhafterweise angewendet werden, um die Schweißverbindung 18 zwischen einer der Klemmen 20, 22 und der Vielzahl von Elektrodenfolien 16 auf der Batteriezelle 10 auszuwerten. Tabelle 1 stellt eine Aufschlüsselung bereit, in der die numerisch gekennzeichneten Blöcke und die entsprechenden Funktionen wie folgt und entsprechend der Belastungstestroutine 400 aufgeführt sind. Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass die Lehren hierin in Bezug auf funktionale und/oder logische Blockkomponenten und/oder verschiedene Verarbeitungsschritte beschrieben werden. Es ist zu beachten, dass derartige Blockkomponenten aus einer beliebigen Anzahl von Hardware-, Software- und/oder Firmware-Komponenten bestehen können, die dafür konfiguriert sind, die spezifizierten Funktionen auszuführen. Tabelle 1
    BLOCK BLOCKINHALTE
    402 Einführen des Werkstücks in die erste Klemmvorrichtung der Prüfvorrichtung, Klemmen des Werkstücks mit der ersten Klemmvorrichtung und die Klemme des Werkstücks mit dem Klemmengreifer klemmen
    404 Vorspannung auf die Klemme aufbringen
    406 Betätigen des dynamischen Belastungsendeffektors
    408 Betätigen des statischen Belastungsendeffektors
    410 Auswerten der Integrität der Schweißverbindung des Werkstücks
    412 Anzeigen, dass das Werkstück akzeptabel ist
    414 Anzeigen, dass das Werkstück inakzeptabel ist
  • Die Ausführung der Belastungstestroutine 400 kann wie folgt fortschreiten. Die Schritte der Belastungstestroutine 400 können in jeder geeigneten Reihenfolge ausgeführt werden. Wie angegeben, beinhaltet die Belastungstestroutine 400 das Einsetzen eines Werkstücks in Form einer Ausführungsform der Batteriezelle 10 in die erste Klemmvorrichtung 220 der Prüfvorrichtung 200. Der Zellenkörper 14 der Batteriezelle 10 wird durch die erste Klemmvorrichtung 220 geklemmt oder anderweitig gehalten, und einer der positiven und negativen Klemmen 20, 22 der Batteriezelle 10 wird durch den Klemmgreifer 230 des dynamischen Belastungsendeffektors 240 (402) geklemmt. Eine Vorspannungslast wird an die eine der Klemmen 20, 22 durch den Zustandsbelastungsendeffektor 260 angelegt, um jegliches Spiel zwischen der einen der Klemmen 20, 22 und dem Zellenkörper 14 (404) zu beseitigen. Sobald die Klemmung abgeschlossen ist und jegliches Spiel beseitigt ist, wird der dynamische Belastungsendeffektor 240 betätigt, um eine wiederholte Spannung durch Anwenden einer Ultraschallschwingung an der einen der positiven und negativen Klemmen 20, 22 der Batteriezelle 10 anzuwenden. Der Zweck des Aufbringens von Ultraschallschwingungen an der einen der positiven und negativen Klemmen 20, 22 der Batteriezelle 10 besteht darin, eine Belastung auf die Schweißverbindung 18 der Batteriezelle 10 auszuüben. Die angelegte Spannung dient dazu, eine schlecht ausgeführte Schweißverbindung 18 zu schwächen und somit die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass eine nicht akzeptable Schweißverbindung vor der weiteren Verarbeitung der Batteriezelle 10 identifiziert wird. Die Ultraschallschwingung wird in eine Richtung angewendet, die parallel zur Längsachse 24 der Batteriezelle 10 ist und in Form einer wiederholt ausgeführten linearen Oszillationsbewegung vorliegt, die mit einer Frequenz angewendet wird, die innerhalb eines Bereichs zwischen 10 kHz und 100 kHz bei einer Amplitude liegt, die vorzugsweise in einem Bereich zwischen einigen Mikrometern und einhundert Mikrometern liegt, für eine Zeitdauer zwischen 0,5 s und 10 s (406). Der statische Belastungsendeffektor 260 wird betätigt, um eine statische Last zwischen der ausgewählten Klemme 20, 22 und dem Zellenkörper 14 angelegt, während die Verschiebung (408) überwacht wird. In einer Ausführungsform wird die Ultraschallschwingung gleichzeitig mit der statischen Last angelegt. Die überwachte Verschiebung wird verwendet, um die Integrität der Schweißverbindung 18 basierend auf der angelegten statischen Last oder der angelegten statischen Last in Verbindung mit der Ultraschallschwingung (410) zu bewerten. 3 zeigt grafisch eine Ausführungsform des Last-/Verschiebungsdiagramms, das der Belastungstestroutine 400 zugeordnet ist. Wenn die überwachte Verschiebung (410) anzeigt, dass die eine der Klemmen 20, 22 der Batteriezelle 10 den statischen Belastungstest, d. h. die Integrität der Schweißverbindung 18 bestanden hat (1), wird die geprüfte eine der Klemmen 20, 22 der Batteriezelle 10 als akzeptabel identifiziert (412). Das mit Bezug auf die Schritte 402 bis 412 beschriebene Verfahren ist für die anderen der Klemmen 20, 22 wiederholt. Wenn die überwachte Verschiebung (410) der Verschiebung anzeigt, dass die Batteriezelle 10 den statischen Lasttest nicht bestanden hat, d. h. die Integrität der Schweißverbindung 18 für eine der Klemmen 20, 22 kompromittiert wurde (0), wird die Batteriezelle 10 als unannehmbarer Teil identifiziert und zurückgewiesen (414). Wenn die Integritäten der Schweißverbindungen, die mit den beiden Klemmen 20, 22 verbunden sind, verifiziert sind oder eine der Schweißverbindungen, die mit einer der Klemmen 20, 22 verbunden sind, als nicht akzeptabel identifiziert wurde, wird das Werkstück aus der Prüfvorrichtung 200 entfernt. Die kompromittierte Integrität einer Schweißverbindung kann einen Schweißbruch, ein Reißen des Materials im Bereich der Schweißverbindung oder einen anderen Fehler beinhalten. Derartige Schweißverbindungsfehler sind einem Fachmann auf dem Gebiet bekannt.
  • 3 zeigt grafisch ein Last-/Verschiebungsdiagramm, das mögliche Ergebnisse anzeigt, die mit der Ausführung eines statischen Belastungstests bei einer Ausführungsform der Batteriezelle 10 verbunden sind, die unter Bezugnahme auf die 1A und 1B beschrieben ist. Die statische Last 302 ist auf der vertikalen Achse in Bezug auf die Verschiebung 304 angegeben, die auf der horizontalen Achse dargestellt ist. Die Linie 315 gibt eine maximale Größe für die voreingestellte statische mechanische an, die kleiner ist als eine Elastizitätsgrenze oder einer Streckgrenze für die Schweißverbindung 18 einer Probe der Batteriezelle 10, wenn die Schweißverbindung 18 gemäß den Schweißvorgaben gebildet wurde. Die Linie 310 gibt eine erste Lade-/Verschiebungskurve an, die sich auf die Ergebnisse eines Tests einer Probe der Batteriezelle 10 bezieht, die der unter Bezugnahme auf 4 beschriebenen Belastungsroutine unterworfen wurde, d. h. die Integrität der Schweißverbindung 18 wurde beibehalten. Die mit Bezug auf die Linie 310 dargestellte erste Last-/Verschiebungskurve zeigt an, dass die Schweißverbindung 18 der Probe der Batteriezelle 10 der angewandten statischen Last bis zur maximalen Größe 315 für die voreingestellte statische mechanische Last standhalten konnte, nachdem die Ultraschallschwingung in einer Richtung angelegt wurde, die parallel zur Längsachse der Batteriezelle 10 ist. Die Linien 320 und 322 zeigen Last-/Verschiebungskurven an, die sich auf die Ergebnisse von Tests von Proben der Batteriezelle 10 beziehen, die der unter Bezugnahme auf 4 beschriebenen Belastungsroutine unterworfen wurden und nicht bestanden haben. Die mit Bezug auf die Linien 320 und 322 dargestellten Last-/Verschiebungskurven zeigen an, dass die Schweißverbindung 18 der Proben der Batteriezelle 10 der angelegten statischen Last bis zur maximalen Größe 315 für die voreingestellte statische mechanische Last nicht standhalten konnte, nachdem die Ultraschallschwingung an die jeweilige Klemme 20, 22 in einer Richtung angelegt aufgebracht wurde, die parallel zur Längsachse der Probe der Batteriezelle 10 ist. Die mit Bezug auf 3 dargestellten Last-/Verschiebungsergebnisse stellen eine Ausführungsform der Ergebnisse eines statischen Lasttests bereit.
  • Das Flussdiagramm veranschaulicht die Architektur, die Funktionalität und den Betrieb möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In dieser Hinsicht kann jeder Block in den Flussdiagrammen oder Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Abschnitt eines Codes darstellen, der zum Implementieren der spezifizierten logischen Funktion(en) einen oder mehrere ausführbare Befehle umfasst. Es wird auch darauf hingewiesen, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder Flussdiagrammdarstellungen und Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder Flussdiagrammdarstellungen durch Spezialzweck-Hardware-basierte Systeme, die die spezifizierten Funktionen oder Vorgänge durchführen, oder Kombinationen von Spezialzweck-Hardware und Computerbefehlen implementiert werden können. Diese Computerprogrammanweisungen können auch in einem computerlesbaren Medium gespeichert sein, das einen Computer oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung steuern kann, um in einer bestimmten Art und Weise zu funktionieren, sodass die in dem computerlesbaren Medium gespeicherten Befehle einen Herstellungsartikel erzeugen, einschließlich Anweisungsmitteln, die die Funktion/Vorgang, der in dem Flussdiagramm und/oder Blockdiagrammblock oder Blöcken angegeben ist, implementieren.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Auswerten einer Batteriezelle (10), die aus einem Zellenkörper (14) mit einer Vielzahl von Elektrodenfolien (16), einer positiven und einer negativen Klemme (20, 22) besteht, wobei die positive Klemme (20) und negative Klemme (22) jeweils mit Schweißverbindungen mit dem Zellenkörper (14) verbunden sind, das Verfahren umfassend: das Fixieren des Zellenkörpers (14) der Batteriezelle (10) in einer ersten Klemmvorrichtung (220); und das Klemmen eines der positiven und negativen Klemmen (20, 22) in einem Klemmengreifer (230); gekennzeichnet durch das Aufbringen unter Verwendung eines dynamischen Belastungsendeffektors (240), der mit dem Klemmengreifer (230) gekoppelt ist, eine Schwingungserregungsbelastung auf eine der geklemmten der positiven und negativen Klemmen (20, 22); das Aufbringen einer statischen Last auf eine der geklemmten positiven und negativen Klemmen (20, 22); und das Auswerten der Integrität der Schweißverbindung von einer der geklemmten der positiven und negativen Klemmen (20, 22) auf der Grundlage der angelegten statischen Last.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aufbringen der Schwingungserregungsbelastung an eine der geklemmten positiven und negativen Klemmen (20, 22) das Anlegen einer Ultraschallschwingungslast an die Klemme (20, 22) umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Ultraschallschwingungslast in eine Richtung auf eine der geklemmten positiven und negativen Klemmen (20, 22) angewendet wird, die parallel zur Längsachse der Batteriezelle (10) ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Ultraschallschwingungslast eine Oszillationsbewegung umfasst, die bei einer Frequenz angelegt wird, die innerhalb eines Bereichs zwischen 10 kHz und 100 kHz liegt.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Ultraschallschwingungslast eine wiederholt ausgeführte lineare Oszillationsbewegung umfasst, die bei einer Amplitude angelegt wird, die vorzugsweise innerhalb eines Bereichs zwischen einigen Mikrometern und einhundert Mikrometer liegt.
  6. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Ultraschallschwingungslast eine Oszillationsbewegung umfasst, die für eine Zeitdauer zwischen 0,5 s und 10 s angewendet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aufbringen einer statischen Last auf eine der geklemmten positiven und negativen Klemmen (20, 22) das Anlegen einer voreingestellten statischen Zugbelastung zwischen dem Klemme (20, 22) und dem Zellenkörper (14) umfasst, wobei sich die statische Last durch die Klemme (20, 22) zu den Elektrodenfolien (16) durch die Schweißverbindung ausbreitet.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Auswerten der Integrität der Schweißverbindung basierend auf der angelegten statischen Last das Überwachen der Verschiebung der einen geklemmten positiven und negativen Klemme (20, 22) in Bezug auf die Batteriezelle (10) umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend das Aufbringen der statischen Last auf eine der geklemmten positiven und negativen Klemmen (20, 22) gleichzeitig mit dem Aufbringen der Schwingungserregungsbelastung an die eine der geklemmten positiven und negativen Klemmen (20, 22).
  10. Prüfvorrichtung zum Auswerten eines Werkstücks mit einer Batteriezelle (10), wobei die Batteriezelle (10) einen Zellenkörper (14) beinhaltet, der eine Vielzahl von Elektrodenfolien (16) enthält, und eine Klemme (20, 22), die mit einer Schweißverbindung verbunden ist, wobei die Prüfvorrichtung umfasst: eine erste Klemmvorrichtung (220), die konfiguriert ist, um den Zellenkörper (14) der Batteriezelle (10) mechanisch zu klemmen; einen dynamischen Belastungsendeffektor (240), der einen Klemmengreifer (230) und einen Schwingungsmechanismus aufweist, wobei der Klemmengreifer (230) konfiguriert ist, um die Klemme (20, 22) der Batteriezelle (10) mechanisch zu klemmen und wobei der Schwingungsmechanismus konfiguriert ist, um einen Schwingungsmechanismus an den Klemmengreifer (230) in Bezug auf die erste Klemmvorrichtung (220) anzuwenden; einen statischen Belastungsendeffektor (260), der ein lineares Messsystem aufweist; und eine Steuerung (280), die operativ mit dem dynamischen Belastungsendeffektor (240) und dem statischen Belastungendseffektor (260) verbunden ist, wobei die Steuerung (280) einen Befehlssatz beinhaltet, wobei der Befehlssatz ausführbar ist um: den dynamischen Belastungsendeffektor (240) zu steuern, um eine wiederholt ausgeführte lineare Oszillationslast an die Klemme (20, 22) über den Klemmmechanismus (220) relativ zur Schweißverbindung aufzubringen, den statischen Belastungsendeffektor (260) zu steuern, um eine statische Last auf die Batteriezelle (10) und die Klemme (20, 22) aufzubringen und eine Länge in Längsrichtung der Batteriezelle (10) zufällig zu überwachen und Auswerten der Integrität der Schweißverbindung basierend auf der aufgebrachten statischen Last und um die Länge Batteriezelle (10) in Längsrichtung zu bewerten.
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