DE102020107779A1 - Method and test system for testing a bipolar plate of a fuel cell - Google Patents

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Abstract

Es ist ein Verfahren zum Prüfen einer Bipolarplatte einer Brennstoffzelle vorgesehen, bei dem eine Abbildung (12) einer Oberfläche einer Bipolarplatte (14) erstellt wird, die Abbildung (12) von einem automatisierten bildverarbeitungsunterstützten Auswertesystem auf mögliche Defekte (28) untersucht wird und in dem Fall, dass das Auswertesystem eine untersuchte Bipolarplatte (14) als potentiell defekte Verdachts-Platte identifiziert, eine Detailprüfung (22) eines als potentiell defekt identifizierten Bereichs der Verdachts-Platte durchgeführt wird. Durch die bei der Bildverarbeitung der Abbildung (12) in dem automatisierten Auswertesystem angewendeten Auswerteverfahren kann ohne signifikantem Zusatzaufwand die Prüfungsqualität beim Prüfen einer Bipolarplatte einer Brennstoffzelle erhöht werden, so dass eine kostengünstige und verlässliche Prüfung ermöglicht ist.

Figure DE102020107779A1_0000
A method for testing a bipolar plate of a fuel cell is provided in which an image (12) of a surface of a bipolar plate (14) is created, the image (12) is examined for possible defects (28) by an automated image processing-supported evaluation system and in which In the event that the evaluation system identifies an examined bipolar plate (14) as a potentially defective suspect plate, a detailed check (22) of an area of the suspect plate identified as potentially defective is carried out. The evaluation methods used in the image processing of the image (12) in the automated evaluation system can increase the test quality when testing a bipolar plate of a fuel cell without significant additional effort, so that a cost-effective and reliable test is made possible.
Figure DE102020107779A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen einer Bipolarplatte einer Brennstoffzelle sowie eine hierzu vorgesehene Prüfanlage, mit deren Hilfe eine Bipolarplatte einer Brennstoffzelle während der Herstellung auf Defekte untersucht werden kann.The invention relates to a method for testing a bipolar plate of a fuel cell and a test system provided for this purpose, with the aid of which a bipolar plate of a fuel cell can be examined for defects during manufacture.

Ein Brennstoffzellenstack oder -stapel beinhaltet in der Regel eine Vielzahl von Brennstoffzellen in einer Stapel-Konfiguration. Die jeweilige Brennstoffzelle umfasst einen Elektrolyten und Elektroden, die über leitfähige Platten kontaktiert werden. Im Falle einer Polymerelektrolytbrennstoffzelle, die im Niedertemperaturbereich betreiben wird, ist eine Polymermembran-Elektroden-Einheit vorhanden. Zur Trennung der einzelnen Polymerelektrolytbrennstoffzellen in einem Stack werden elektrisch leitfähige Bipolarplatten, meist aus Metall, verwendet. Sie dienen nicht nur zur elektrischen Kontaktierung der Elektroden und leiten den elektrischen Strom zur benachbarten Zelle, sondern helfen auch, Brennstoffe und Kühlmedien zuzuführen und zu verteilen sowie Wärme und Reaktionsprodukte abzuführen. Dazu weisen Bipolarplatten üblicherweise Gasverteilerfelder auf, die aufgrund ihrer Struktur zu einer optimalen Verteilung der gasförmigen Brennstoffe, meist Wasserstoff und Sauerstoff, im Hinblick auf die Membranoberflächen führen. Die Bipolarplatte kann dabei durch zwei oder mehrere dünnwandige, miteinander verschweißte metallische Bleche hergestellt sein, welche die gewünschten Strömungspfade, Kühlkanäle und/oder Öffnungen ausbilden.A fuel cell stack or stack typically includes a plurality of fuel cells in a stack configuration. The respective fuel cell comprises an electrolyte and electrodes, which are contacted via conductive plates. In the case of a polymer electrolyte fuel cell that is operated in the low temperature range, a polymer membrane-electrode unit is present. Electrically conductive bipolar plates, mostly made of metal, are used to separate the individual polymer electrolyte fuel cells in a stack. They not only serve to make electrical contact with the electrodes and conduct the electrical current to the neighboring cell, but also help to supply and distribute fuels and cooling media and to dissipate heat and reaction products. For this purpose, bipolar plates usually have gas distribution fields which, due to their structure, lead to an optimal distribution of the gaseous fuels, mostly hydrogen and oxygen, with regard to the membrane surfaces. The bipolar plate can be produced by two or more thin-walled metal sheets welded to one another, which form the desired flow paths, cooling channels and / or openings.

Aus US 2019/0296379 A1 ist es bekannt, eine Brennstoffzelle zu prüfen, indem verschiedene Spannungen angelegt und ausgewertet werden.the end US 2019/0296379 A1 it is known to test a fuel cell by applying different voltages and evaluating them.

Es besteht ein ständiges Bedürfnis, die Prüfung von Komponenten einer Brennstoffzelle kostengünstig und verlässlich durchzuführen, bevor diese in einer Brennstoffzelle oder einem Brennstoffzellenstapel mit weiteren Bauteilen verbaut werden.There is a constant need to test components of a fuel cell inexpensively and reliably before they are installed in a fuel cell or a fuel cell stack with further components.

Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die eine kostengünstige und verlässliche Prüfung der Komponenten einer Brennstoffzelle ermöglichen.It is the object of the invention to identify measures which enable the components of a fuel cell to be tested inexpensively and reliably.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Prüfanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.The object is achieved by a method with the features of claim 1 and a test system with the features of claim 7. Preferred embodiments of the invention are specified in the subclaims and the following description, each of which can represent an aspect of the invention individually or in combination .

Eine Ausführungsform betrifft ein Verfahren zum Prüfen einer Bipolarplatte einer Brennstoffzelle, bei dem eine Abbildung einer Oberfläche einer Bipolarplatte erstellt wird, die Abbildung von einem automatisierten bildverarbeitungsunterstützten Auswertesystem auf mögliche Defekte untersucht wird und in dem Fall, dass das Auswertesystem eine untersuchte Bipolarplatte als potentiell defekte Verdachts-Platte identifiziert, eine Detailprüfung eines als potentiell defekt identifizierten Bereichs der Verdachts-Platte durchgeführt wird.One embodiment relates to a method for testing a bipolar plate of a fuel cell, in which an image of a surface of a bipolar plate is created, the image is examined for possible defects by an automated image processing-assisted evaluation system and in the event that the evaluation system suspects an examined bipolar plate as potentially defective Plate is identified, a detailed inspection of an area of the suspect plate identified as potentially defective is carried out.

Ein wesentlicher Herstellungsschritt bei der Herstellung einer Brennstoffzelle, insbesondere einer Polymerelektrolytbrennstoffzelle, ist die Fertigung der Bipolarplatte, die insbesondere durch ein Verschweißen von zwei oder mehreren metallischen Platten oder Blechen erfolgt. Die beim Verschweißen entstehende Schweißnaht kann gut durch eine Sichtprüfung überprüft werden. Diese Sichtprüfung wird jedoch automatisiert durchgeführt, indem die Oberfläche der Bipolarplatte, insbesondere beide Flachseiten der Bipolarplatte, mit Hilfe einer Kamera in der Abbildung festgehalten wird und einer Bildverarbeitung des automatisierten Auswertesystems zugeführt wird. Das Auswertesystem kann die Abbildung verarbeiten und beispielswiese anhand optischer Parameter bestimmte Formen und/oder Farben und/oder Helligkeiten und/oder Kontraste identifizieren und überprüfen, ob diese innerhalb bestimmter Sollwerte liegen. Derartige Überprüfungstätigkeiten sind gut automatisierbar und mit Hilfe einer Auswertesoftware des Auswertesystems umsetzbar. Hierbei kann zudem überprüft werden, ob eine Schweißnaht in einer korrekten Relativlage zu, beispielsweise medienführende Kanäle ausbildenden, Ausprägungen oder Strukturen, beispielsweise im Bereich eines Gasverteilerfeldes, verläuft. Die Ausprägungen und Strukturen der geschweißten Bipolarplatten können hierbei in der Abbildung der Oberfläche der Bipolarplatte identifiziert und beispielsweise als Referenz für die korrekte Positionierung der Schweißnaht verwendet werden.An essential manufacturing step in the manufacture of a fuel cell, in particular a polymer electrolyte fuel cell, is the manufacture of the bipolar plate, which takes place in particular by welding two or more metallic plates or sheets together. The weld seam produced during welding can be easily checked by means of a visual inspection. However, this visual inspection is carried out in an automated manner in that the surface of the bipolar plate, in particular both flat sides of the bipolar plate, is captured in the image with the aid of a camera and is fed to an image processing system of the automated evaluation system. The evaluation system can process the image and, for example, use optical parameters to identify certain shapes and / or colors and / or brightnesses and / or contrasts and check whether these are within certain target values. Such checking activities can be easily automated and implemented with the help of evaluation software in the evaluation system. It can also be checked here whether a weld seam runs in a correct position relative to features or structures that form, for example, media-carrying channels, for example in the area of a gas distribution field. The characteristics and structures of the welded bipolar plates can be identified in the image of the surface of the bipolar plate and used, for example, as a reference for the correct positioning of the weld seam.

Neben Defekten betreffend die Schweißverbindung an einer Bipolarplatte können weiterhin Dimensionsabweichungen der Platte und deren Strukturen, insbesondere der dreidimensionalen Strukturen im Bereich eines Gasverteilerfeldes, der Ausbildung der Öffnungen im Bereich der Plattenenden und des Gasverteilerfeldes und dergleichen überprüft werden, um Unregelmäßigkeiten zu identifizieren, auszusortieren und im Bereich des jeweiligen, die Abweichung potentiell generierenden Verfahrensschritts korrigierend einzugreifen.In addition to defects relating to the welded connection on a bipolar plate, dimensional deviations of the plate and its structures, in particular the three-dimensional structures in the area of a gas distribution field, the formation of the openings in the area of the plate ends and the gas distribution field and the like, can also be checked in order to identify irregularities, sort out and in the Intervene correctively in the area of the respective process step that potentially generates the deviation.

Wenn es bei der bildverarbeitenden Auswertung der Abbildung jedoch nicht möglich sein sollte, beispielsweise die korrekte Ausführung der Ausprägungen oder Strukturen im Bereich eines Gasverteilerfeldes mit der erforderlichen Sicherheit zu identifizieren, kann dies auf einen Herstellungsfehler zurückzuführen sein, so dass mit Hilfe des Auswertesystems auch derartige Defekte der Bipolarplatte überprüft werden können.However, if it should not be possible during the image processing evaluation of the image to identify, for example, the correct execution of the characteristics or structures in the area of a gas distribution field with the required reliability, this can indicate a manufacturing error be due, so that such defects of the bipolar plate can also be checked with the help of the evaluation system.

Die von dem Auswertesystem als potentiell nicht in Ordnung befundenen Bipolarplatten werden als Verdachts-Platten der Detailprüfung unterzogen, in der mit gegebenenfalls deutlich höherem Aufwand eine Prüfung durchgeführt wird. Da jedoch nur die Verdachts-Platten der Detailprüfung unterzogen werden, kann der Prüfungsaufwand reduziert werden. Beispielsweise wird dadurch nicht bei jeder Bipolarplatte eine Wirbelstromprüfung durchgeführt, sondern nur bei denjenigen Verdachts-Platten, die bei der automatisierten Sichtprüfung durch das Auswertesystem als verdächtig aufgefallen sind. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass eine optisch nahezu perfekt aussehende Schweißnaht erfahrungsgemäß unproblematisch ist, während bei einer nicht perfekt aussehenden Schweißnaht zwar eine noch ausreichende, insbesondere ausreichend dichte, Verbindung vorliegen kann, aber dies nicht in allen Fällen durch eine reine Sichtprüfung garantiert werden kann. Die bei der automatisierten Bildverarbeitung als unbedenklich bewerteten Bipolarplatten können dadurch ohne eine weitere Detailprüfung weiterverarbeitet werden, während von den Verdachts-Platten nach der Detailprüfung nur diejenigen als Ausschuss aussortiert werden, die den vorgesehenen Kriterien tatsächlich nicht entsprechen und diejenigen Verdachts-Platten, die den angelegten Kriterien doch noch entsprechen, wieder der Weiterverarbeitung zugeführt werden können. Eine aus tatsächlichen Gründen unnötige Aussonderung einer Verdachts-Platte als Ausschuss wird vermieden, so dass unnötige Kosten vermieden sind. Durch die bei der Bildverarbeitung der Abbildung in dem automatisierten Auswertesystem angewendeten Auswerteverfahren kann ohne signifikanten Zusatzaufwand die Prüfungsqualität beim Prüfen der Brennstoffzelle erhöht werden, so dass eine kostengünstige und verlässliche Prüfung einer Brennstoffzelle ermöglicht ist.The bipolar plates found to be potentially not in order by the evaluation system are subjected to the detailed examination as suspect plates, in which an examination is carried out, possibly with significantly greater effort. However, since only the suspect plates are subjected to the detailed examination, the examination effort can be reduced. For example, this means that an eddy current test is not carried out on every bipolar plate, but only on those suspect plates that were found to be suspicious during the automated visual inspection by the evaluation system. This makes use of the knowledge that experience shows that a weld seam that looks almost perfect is not a problem, while a weld seam that does not look perfect may still have a sufficient, in particular sufficiently tight, connection, but this cannot be guaranteed in all cases by a pure visual inspection . The bipolar plates assessed as harmless in automated image processing can thus be processed further without a further detailed check, while after the detailed check, only those suspicious plates are rejected as rejects that actually do not meet the intended criteria and those suspicious plates that do not meet the criteria They still meet the criteria and can be fed back for further processing. Separation of a suspect plate as scrap, which is unnecessary for actual reasons, is avoided, so that unnecessary costs are avoided. The evaluation method used in the image processing of the image in the automated evaluation system allows the inspection quality to be increased when inspecting the fuel cell without significant additional effort, so that a cost-effective and reliable inspection of a fuel cell is made possible.

Insbesondere wird in der Detailprüfung eine zerstörungsfreie Prüfung, insbesondere Eindringprüfung, Magnetpulverprüfung, Ultraschallprüfung, Durchstrahlungsprüfung und/oder Wirbelstromprüfung, an der Verdachts-Platte in dem als potentiell defekt identifizierten Bereich durchgeführt. Eine Zerstörung der Verdachts-Platte bei der Detailprüfung kann dadurch vermieden werden. In dem Fall, dass die Detailprüfung ergeben sollte, dass die Verdachts-Platte doch dem Anforderungsprofil genügt, kann die Verdachts-Platte als reguläre Bipolarplatte wieder den nachfolgenden Herstellungsschritten zugeführt werden. Unnötige Kosten bei der Herstellung der Brennstoffzelle können dadurch vermieden werden. Gleichzeitig kann im Vergleich zu einer reinen Sichtprüfung eine Messung von im Inneren der Verdachts-Platte vorliegenden Verhältnissen erfolgen, wodurch eine besonders zuverlässige Prüfung erreicht wird. Die Detailprüfung kann automatisiert und/oder durch eine hierzu ausgebildete Prüfperson durchgeführt werden.In particular, in the detailed test, a non-destructive test, in particular penetrant test, magnetic particle test, ultrasonic test, radiographic test and / or eddy current test, is carried out on the suspect plate in the area identified as potentially defective. Destruction of the suspicion plate during the detailed inspection can thus be avoided. In the event that the detailed inspection should show that the suspicion plate does meet the requirement profile, the suspicion plate can be returned to the subsequent manufacturing steps as a regular bipolar plate. Unnecessary costs in the production of the fuel cell can thereby be avoided. At the same time, in comparison to a purely visual inspection, a measurement of the conditions present in the interior of the suspicion plate can take place, whereby a particularly reliable inspection is achieved. The detailed test can be carried out automatically and / or by a test person trained for this purpose.

Das Anforderungsprofil kann dabei insbesondere die Dichtigkeit und Position einer Schweißnaht, die Durchlässigkeit und Position einer Struktur im Gasverteilerfeld, die Anordnung von Öffnungen zur Brenngaszufuhr, die Ausbildung und Position von Dichtungen und dergleichen betreffen.The requirement profile can relate in particular to the tightness and position of a weld seam, the permeability and position of a structure in the gas distribution field, the arrangement of openings for fuel gas supply, the design and position of seals and the like.

Vorzugsweise weist das Auswertesystem ein anhand einer Vielzahl von nicht defekten und defekten Bipolarplatten darstellenden Abbildungen von Bipolarplatten trainiertes neuronales Netzwerk zur Identifizierung einer Verdachts-Platte auf. Das neuronale Netzwerk kann durch Maschinenlernen trainiert werden, so dass die Bildauswertung der Abbildungen in dem Auswertesystem verbessert werden kann. Dadurch ist es insbesondere möglich, eine Vielzahl verschiedener, gegebenenfalls unterschiedlich stark gewichteter Parameter bei der Auswertung der Abbildungen zu berücksichtigen. Dabei wird die Gewichtung der Parameter während des Trainings des neuronalen Netzwerkes, insbesondere automatisiert, derart angepasst, dass bei der Bildauswertung der für das Training verwendeten Abbildung, bei denen im Vorhinein bereits bekannt ist, ob eine Bipolarplatte mit einem derartigen Aussehen in Ordnung ist oder nicht, die korrekten Abbildungen als in Ordnung beziehungsweise nicht in Ordnung bewertet werden. Dies ermöglicht es, auch bei komplexen Geometrien komplexe Schadmuster automatisiert zu erkennen. Die Prüfungsqualität kann dadurch verbessert werden.The evaluation system preferably has a neural network trained on the basis of a plurality of non-defective and defective bipolar plates depicting images of bipolar plates for identifying a suspect plate. The neural network can be trained by machine learning so that the image evaluation of the images in the evaluation system can be improved. This makes it possible, in particular, to take into account a large number of different, possibly differently weighted parameters when evaluating the images. The weighting of the parameters during the training of the neural network is adapted, in particular automatically, in such a way that during the image evaluation of the image used for the training, for which it is already known in advance whether a bipolar plate with such an appearance is OK or not , the correct images are rated as OK or not OK. This makes it possible to automatically recognize complex damage patterns even with complex geometries. This can improve the quality of the exam.

Besonders bevorzugt wird das neuronale Netzwerk mit den Ergebnissen der Detailprüfung weiterhin trainiert. Die Detailprüfung der Verdachts-Platten kann zu einem zusätzlichen Erkenntnisgewinn bei der Auswertung der Bipolarplatten führen, der als zusätzliche Trainingsdaten an das Auswertesystem rückgeführt werden kann. Dies führt zu einem Verstärkungslernen des neuronalen Netzwerks, insbesondere als Teil einer Deeplearning-Struktur mit mehreren Zwischenschichten des neuronalen Netzwerks. Die Prüfungsgüte kann dadurch im Laufe der Zeit immer weiter verbessert werden. Das Verstärkungslernen kann kontinuierlich oder inkrementell erfolgen.The neural network is particularly preferably further trained with the results of the detailed check. The detailed examination of the suspect plates can lead to an additional gain in knowledge when evaluating the bipolar plates, which can be fed back to the evaluation system as additional training data. This leads to reinforcement learning of the neural network, in particular as part of a deep learning structure with several intermediate layers of the neural network. As a result, the quality of the test can be continually improved over time. Reinforcement learning can be continuous or incremental.

Insbesondere erfolgt zur Herstellung der Bipolarplatte ein Verschweißen von zwei oder mehr Blechen, wobei während des Schweißens mehrere Abbildungen einer beim Schweißen entstehenden Schweißnaht erstellt und ausgewertet werden und/oder nach dem Schweißen eine Abbildung der gesamten Schweißnaht erstellt und ausgewertet wird. Die Bildauswertung in dem Auswertesystem kann bereits während des Schweißvorgangs erfolgen, so dass auch beim Aufschmelzen der zu verschweißenden Bereiche entstehende Schmelzzonen bei der Auswertung berücksichtigt werden können. Es ist aber auch möglich, die Auswertung erst nach Abschluss des Schweißvorgangs vorzunehmen, wodurch die bei der Auswertung zu berücksichtigenden Datenmengen, insbesondere die Anzahl an Abbildungen, reduziert werden kann. Zudem ist es möglich eine Beleuchtung der Bipolarplatte und eine Erstellung der Abbildung mit Hilfe einer Kamera unabhängig vom Schweißprozess und/oder unabhängig von beim Schweißen entstehenden Lichteffekten und/oder reversibler Wärmedehnungseffekte durchzuführen.In particular, two or more metal sheets are welded to produce the bipolar plate, with several images of a weld seam occurring during welding being created and evaluated and / or an image of the entire weld seam being created and evaluated after welding. The image evaluation in the evaluation system can already take place during the welding process, see above that melt zones that arise when the areas to be welded are melted can also be taken into account in the evaluation. However, it is also possible to carry out the evaluation only after completion of the welding process, as a result of which the amounts of data to be taken into account in the evaluation, in particular the number of images, can be reduced. In addition, it is possible to illuminate the bipolar plate and create the image with the aid of a camera independently of the welding process and / or independently of light effects and / or reversible thermal expansion effects occurring during welding.

Vorzugsweise erfolgt mit den Ergebnissen der Auswertung durch das Auswertesystem eine Anpassung einer Prozesssteuerung des Schweißens. Das Auswertesystem kann insbesondere in dem Fall, dass eine Bipolarplatte als nicht in Ordnung bewertet wurde, anhand des hierzu herangezogenen Kriteriums eine Klassifizierung des möglichen Defekts vornehmen. Dies ermöglicht es, bestimmte identifizierte Defekte einer bestimmten Klassifizierung und gegebenenfalls bestimmten Ursachen zuzuordnen. The evaluation system preferably uses the results of the evaluation to adapt a process control of the welding. In particular in the event that a bipolar plate was assessed as not in order, the evaluation system can classify the possible defect on the basis of the criterion used for this purpose. This makes it possible to assign certain identified defects to a certain classification and, if necessary, to certain causes.

Wenn der, einer bestimmten Klasse von Defekten zugeordnete Defekt der Verdachts-Platte einer fehlerhaften Prozessführung beim Schweißen zugeordnet werden kann, ist es möglich, durch die Rückkoppelung der Ergebnisse der Auswertung durch das Auswertesystem mit der Prozessführung des Schweißens die Prozessführung so anzupassen, dass derartige Defekte zukünftig vermieden werden. Das Auswertesystem kann Teil eines Regelkreises für die Prozessführung des Schweißens sein, beispielsweise um verschleißbedingte Anpassungen von Regelgrößen vorzunehmen. Herstellungsfehler beim Schweißen können dadurch sehr frühzeitig erkannt und automatisiert korrigiert werden, so dass unnötiger Ausschuss und unnötige Kosten vermieden sind.If the defect of the suspect plate assigned to a certain class of defects can be assigned to an incorrect process control during welding, it is possible, by feeding back the results of the evaluation by the evaluation system with the process control of the welding, to adapt the process control so that such defects to be avoided in the future. The evaluation system can be part of a control loop for the welding process control, for example in order to make adjustments to control variables due to wear. This allows manufacturing errors during welding to be recognized very early on and corrected automatically, so that unnecessary rejects and unnecessary costs are avoided.

Eine weitere Ausführungsform betrifft eine Prüfanlage zum Prüfen einer Bipolarplatte einer Brennstoffzelle, mit einer Kamera zur Erstellung mindestens einer Abbildung einer Oberfläche der Bipolarplatte, einem automatisierten bildverarbeitungsunterstützten Auswertesystem zur Untersuchung der Abbildung auf mögliche Defekte und einer von dem Auswertesystem betätigbaren Weiche zur Ableitung einer von dem Auswertesystem als potentiell defekte Verdachts-Platte identifizierte Bipolarplatte an eine Detailprüfungsstation. Die Prüfanlage ist insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens hergerichtet. Die Prüfanlage kann vorzugsweise, wie vorstehend anhand des Verfahrens erläutert, aus- und weitergebildet sein.Another embodiment relates to a test system for testing a bipolar plate of a fuel cell, with a camera for creating at least one image of a surface of the bipolar plate, an automated image processing-supported evaluation system for examining the image for possible defects and a switch that can be actuated by the evaluation system for deriving one from the evaluation system Bipolar plate identified as a potentially defective suspect plate to a detailed inspection station. The test system is especially designed to carry out the method described above. The test system can preferably be designed and developed, as explained above with reference to the method.

Die von dem Auswertesystem als potentiell nicht in Ordnung befundenen Bipolarplatten werden als Verdachts-Platten der Detailprüfung unterzogen, in der mit gegebenenfalls deutlich höherem Aufwand eine Prüfung durchgeführt wird. Da jedoch nur die Verdachts-Platten der Detailprüfung in der Detailprüfungsstation unterzogen werden, kann der Prüfungsaufwand reduziert werden. Die bei der automatisierten Bildverarbeitung in dem Auswertesystem als unbedenklich bewerteten Bipolarplatten können dadurch ohne eine weitere Detailprüfung weiterverarbeitet werden, während von den Verdachts-Platten nach der Detailprüfung nur diejenigen als Ausschuss aussortiert werden, die den vorgesehenen Kriterien tatsächlich nicht entsprechen. Diejenigen Verdachts-Platten, die den angelegten Kriterien doch noch entsprechen, werden wieder der Weiterverarbeitung zugeführt. Eine unnötige Aussonderung einer Verdachts-Platte als Ausschuss wird vermieden, so dass unnötige Kosten vermieden sind. Durch die bei der Bildverarbeitung der Abbildung in dem automatisierten Auswertesystem angewendeten Auswerteverfahren kann ohne signifikanten Zusatzaufwand die Prüfungsqualität beim Prüfen der Bipolarplatte erhöht werden, so dass eine kostengünstige und verlässliche Prüfung ermöglicht ist.The bipolar plates found to be potentially not in order by the evaluation system are subjected to the detailed examination as suspect plates, in which an examination is carried out, possibly with significantly greater effort. However, since only the suspect plates are subjected to the detailed inspection in the detailed inspection station, the inspection effort can be reduced. The bipolar plates assessed as harmless in the automated image processing in the evaluation system can thus be further processed without a further detailed check, while of the suspect plates after the detailed check, only those are rejected as rejects that actually do not meet the intended criteria. Those suspicious plates that still meet the criteria are sent back for further processing. An unnecessary separation of a suspicion plate as scrap is avoided, so that unnecessary costs are avoided. The evaluation methods used in the image processing of the image in the automated evaluation system can increase the quality of the test when testing the bipolar plate without significant additional effort, so that a cost-effective and reliable test is made possible.

Besonders bevorzugt weist das Auswertesystem ein anhand einer Vielzahl von nicht defekten und defekten Bipolarplatten darstellenden Abbildungen von Bipolarplatten trainiertes neuronales Netzwerk zur Identifizierung einer Verdachts-Platte auf, wobei das Auswertesystem eine mit dem neuronalen Netzwerk gekoppelte, insbesondere mit der Detailprüfungsstation kommunizierende, Schnittstelle zur Einspeisung der Ergebnisse der Detailprüfung zum Zwecke des weiteren Trainings des neuronalen Netzwerks mit den Ergebnissen der Detailprüfung aufweist. Die Detailprüfung der Verdachts-Platten in der Detailprüfungsstation kann zu einem zusätzlichen Erkenntnisgewinn bei der Auswertung der Bipolarplatten führen, der über die Schnittstelle des Auswertesystems als Trainingsdaten an das Auswertesystem rückgeführt werden kann. Dies führt zu einem Verstärkungslernen des neuronalen Netzwerks, insbesondere als Teil einer Deeplearning-Struktur mit mehreren Zwischenschichten des neuronalen Netzwerks. Die Prüfungsgüte kann dadurch im Laufe der Zeit immer weiter verbessert werden.Particularly preferably, the evaluation system has a neural network trained on the basis of a large number of non-defective and defective bipolar plates depicting images of bipolar plates for identifying a suspect plate, the evaluation system having an interface coupled to the neural network, in particular communicating with the detailed inspection station, for feeding in the Has results of the detailed test for the purpose of further training the neural network with the results of the detailed test. The detailed examination of the suspect plates in the detailed examination station can lead to an additional gain in knowledge when evaluating the bipolar plates, which can be fed back to the evaluation system as training data via the interface of the evaluation system. This leads to reinforcement learning of the neural network, in particular as part of a deep learning structure with several intermediate layers of the neural network. As a result, the quality of the test can be continually improved over time.

Insbesondere weist die Auswerteeinheit einen mit einer Produktionseinheit, insbesondere Laserschweißanlage, zur Herstellung der Bipolarplatte koppelbaren Ausgangsport zur Anpassung einer Prozesssteuerung der Produktionseinheit in Abhängigkeit der Ergebnisse der Auswertung durch das Auswertesystem auf. Das Auswertesystem kann insbesondere in dem Fall, dass eine Bipolarplatte als nicht in Ordnung bewertet wurde, anhand des hierzu herangezogenen Kriteriums eine Klassifizierung des möglichen Defekts vornehmen. Dies ermöglicht es, bestimmte identifizierte Defekte einer bestimmten Klassifizierung und gegebenenfalls bestimmten Ursachen zuzuordnen. Wenn der einer bestimmten Klasse von Defekten zugeordnete Defekt der Verdachts-Platte einer fehlerhaften Prozessführung in der Produktionseinheit zugeordnet werden kann, ist es möglich, durch die Rückkoppelung der Ergebnisse der Auswertung über den Ausgangsport des Auswertesystems mit der Produktionseinheit die Prozessführung so anzupassen, dass derartige Defekte zukünftig vermieden werden. Das Auswertesystem kann Teil eines Regelkreises für die Prozessführung der Produktionseinheit sein, beispielsweise um verschleißbedingte Anpassungen von Regelgrößen vorzunehmen. Herstellungsfehler können dadurch sehr frühzeitig erkannt und automatisiert korrigiert werden, so dass unnötiger Ausschuss und unnötige Kosten vermieden werden.In particular, the evaluation unit has an output port that can be coupled to a production unit, in particular a laser welding system, for producing the bipolar plate, for adapting a process control of the production unit as a function of the results of the evaluation by the evaluation system. The evaluation system can, in particular in the event that a bipolar plate has been assessed as not in order, based on the criterion used for this purpose, a classification the possible defect. This makes it possible to assign certain identified defects to a certain classification and, if necessary, to certain causes. If the defect of the suspect plate assigned to a certain class of defects can be assigned to a faulty process management in the production unit, it is possible, by feeding back the results of the evaluation via the output port of the evaluation system to the production unit, to adapt the process management so that such defects to be avoided in the future. The evaluation system can be part of a control loop for the process control of the production unit, for example in order to make adjustments to control variables due to wear. Manufacturing errors can be recognized very early and automatically corrected, so that unnecessary rejects and unnecessary costs are avoided.

Vorzugsweise weist die Detailprüfungsstation ein Prüfgerät zur zerstörungsfreien Prüfung, insbesondere Eindringprüfung, Magnetpulverprüfung, Ultraschallprüfung, Durchstrahlungsprüfung und/oder Wirbelstromprüfung, der Verdachts-Platte auf. Eine Zerstörung der Verdachts-Platte bei der Detailprüfung kann dadurch vermieden werden. In dem Fall, dass die Detailprüfung ergeben sollte, dass die Verdachts-Platte doch dem Anforderungsprofil genügt, kann die Verdachts-Platte als reguläre Bipolarplatte wieder den nachfolgenden Herstellungsschritten zugeführt werden. Unnötige Kosten bei der Herstellung der Komponenten einer Brennstoffzelle können dadurch vermieden werden. Gleichzeitig kann im Vergleich zu einer reinen Sichtprüfung eine Messung von im Inneren der Verdachts-Platte vorliegenden Verhältnissen erfolgen, wodurch eine besonders zuverlässige Prüfung erreicht wird. Die Detailprüfung kann automatisiert und/oder durch eine hierzu ausgebildete Prüfperson durchgeführt werden.The detailed testing station preferably has a testing device for non-destructive testing, in particular penetrant testing, magnetic particle testing, ultrasonic testing, radiographic testing and / or eddy current testing, of the suspect plate. Destruction of the suspicion plate during the detailed inspection can thus be avoided. In the event that the detailed inspection should show that the suspicion plate does meet the requirement profile, the suspicion plate can be returned to the subsequent manufacturing steps as a regular bipolar plate. Unnecessary costs in the production of the components of a fuel cell can thereby be avoided. At the same time, in comparison to a purely visual inspection, a measurement of the conditions present in the interior of the suspicion plate can take place, whereby a particularly reliable inspection is achieved. The detailed test can be carried out automatically and / or by a test person trained for this purpose.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Prüfanlage sind insbesondere zum Prüfen von Bipolarplatten zur Verwendung in einer Brennstoffzelle, insbesondere einer Polymerelektrolytbrennstoffzelle, geeignet, wobei die Bipolarplatte aus zwei oder mehreren metallischen Blechen gebildet ist.The method according to the invention and the testing system according to the invention are particularly suitable for testing bipolar plates for use in a fuel cell, in particular a polymer electrolyte fuel cell, the bipolar plate being formed from two or more metal sheets.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:

  • 1: einen schematischen Ablauf für die Durchführung einer Prüfung einer Bipolarplatte, und
  • 2: eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils einer Prüfanlage für die die Durchführung einer Prüfung bei einer Bipolarplatte.
In the following, the invention is explained by way of example with reference to the attached drawings using preferred exemplary embodiments, the features shown below being able to represent an aspect of the invention both individually and in combination. Show it:
  • 1 : a schematic procedure for carrying out a test of a bipolar plate, and
  • 2 : a schematic perspective view of part of a test system for performing a test on a bipolar plate.

Bei dem in 1 dargestellten Ablauf 10 werden in einem ersten Schritt mehrere bereitgestellt, die insbesondere die Oberfläche einer Bipolarplatte 14 nach einem Schweißvorgang darstellen. In einem zweiten Schritt werden die beispielsweise in zwei Kategorien eingeteilt, bei der die eine Kategorie 16 für vorgesehen ist, welche eine Bipolarplatte 14 darstellen, die in Ordnung (OK) ist, und die andere Kategorie 18 für vorgesehen ist, welche eine Bipolarplatte 14 darstellen, die nicht in Ordnung (NOK) ist. Insbesondere kann die für defekte Bipolarplatten 14 vorgesehene Kategorie 18 mehrere Unterkategorien aufweisen, welchen verschiedenen Ursachen für verschiedene Defektmuster zugeordnet sind. In einem dritten Schritt kann ein neuronales Netzwerk 20 mit Hilfe der in die Kategorien 16, 18 eingeteilten trainiert werden. Das neuronale Netzwerk 20 kann dann in einem vierten Schritt während eines Herstellungsprozesses der Brennstoffzelle 14 selbständig als OK oder NOK bewerten. Die als in Ordnung befundenen Bipolarplatten 14 können einem weiteren Fertigungsschritt zugeführt werden. Die als potentiell nicht in Ordnung bewerteten Verdachts-Platten können in einem fünften Schritt einer Detailprüfung 22 unterzogen werden, um die vom neuronalen Netzwerk 20 als NOK eingestufte Bewertung zu bestätigen oder zu korrigieren. Insbesondere ist bei der endgültigen Bewertung während der Detailprüfung 22 ein hierzu ausgebildeter Mensch einbezogen, der auch nicht automatisiert erfassbare Besonderheiten erfassen und in die Bewertung einfließen lassen kann. Bei der Detailprüfung 22 entsteht automatisch ein Ergebnis, bei dem mit einer sehr hohen Verlässlichkeit von dem neuronalen Netzwerk 20 zumindest als Zweifelsfall noch in die NOK -Kategorie einsortierten als tatsächlich NOK oder doch OK klassifiziert werden. Dies entspricht dem Zustand nach dem zweiten Schritt, in dem Trainingsdaten für das neuronale Netzwerk 20 generiert wurden. Diese als Ergebnis der Detailprüfung 22 automatisch erzeugten Daten können als zusätzliche Trainingsdaten an das neuronale Netzwerk 20 rückgekoppelt werden, um ein Verstärkungslernen des neuronalen Netzwerks 20 zu erreichen.The in 1 illustrated sequence 10 will be several in a first step provided, in particular the surface of a bipolar plate 14th after a welding process. In a second step, the for example divided into two categories, one of which is 16 for is provided which has a bipolar plate 14th which is OK, and the other category 18th for is provided which has a bipolar plate 14th that is not OK (NOK). In particular, it can be used for defective bipolar plates 14th intended category 18th have several sub-categories, which are assigned different causes for different defect patterns. In a third step, a neural network 20th with the help of in the categories 16 , 18th divided be trained. The neural network 20th can then in a fourth step during a manufacturing process of the fuel cell 14th evaluate independently as OK or NOK. The bipolar plates found to be OK 14th can be fed to a further production step. The suspicion plates that have been assessed as potentially not in order can be checked in detail in a fifth step 22nd be subjected to the by the neural network 20th Confirm or correct an assessment classified as NOK. In particular, the final assessment is during the detailed review 22nd A trained person is included, who can also record features that cannot be automatically recorded and incorporate them into the assessment. During the detailed inspection 22nd A result is automatically produced in which with a very high level of reliability from the neural network 20th at least classified in the NOK category as a case of doubt classified as actually NOK or OK. This corresponds to the state after the second step, in the training data for the neural network 20th generated. This as a result of the detailed examination 22nd automatically generated data can be sent as additional training data to the neural network 20th are fed back to reinforcement learning of the neural network 20th to reach.

Wie in 2 dargestellt ist, kann die Prüfanlage 24 eine Kamera 26 aufweisen, die von einer Oberfläche einer, insbesondere geschweißten, Bipolarplatte 14 eine erzeugt. Die Kamera kann auch eine Mehrzahl von oder sogar eine Filmsequenz erzeugen. Die Bipolarplatte 14 kann hierzu geeignet ausgeleuchtet sein, damit in der alle relevanten Merkmale zu sehen sind und ein möglicher Defekt 28 von einem das neuronale Netzwerk 20 aufweisenden Auswertesystem durch eine optische Auswertung erkannt werden kann.As in 2 is shown, the test system 24 a camera 26th have, which from a surface of a, in particular welded, bipolar plate 14th one generated. The camera can also have a plurality of or even create a movie sequence. The bipolar plate 14th can be suitably illuminated for this purpose, so that in the all relevant features can be seen and a possible defect 28 of one the neural network 20th having evaluation system can be recognized by an optical evaluation.

Neben Defekten betreffend die Schweißverbindung an einer Bipolarplatte können weiterhin Dimensionsabweichungen der Platte und deren Strukturen, insbesondere der dreidimensionalen Strukturen im Bereich eines Gasverteilerfeldes, der Ausbildung der Öffnungen im Bereich der Plattenenden und des Gasverteilerfeldes und dergleichen überprüft werden, um Unregelmäßigkeiten zu identifizieren, auszusortieren und im Bereich des jeweiligen, die Abweichung potentiell generierenden Verfahrensschritts korrigierend einzugreifen.In addition to defects relating to the welded connection on a bipolar plate, dimensional deviations of the plate and its structures, in particular the three-dimensional structures in the area of a gas distribution field, the formation of the openings in the area of the plate ends and the gas distribution field and the like, can also be checked in order to identify irregularities, sort out and in the Intervene correctively in the area of the respective process step that potentially generates the deviation.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
Ablaufsequence
1212th
AbbildungIllustration
1414th
BipolarplatteBipolar plate
1616
eine Kategoriea category
1818th
andere Kategorieother category
2020th
neuronales Netzwerkneural network
2222nd
DetailprüfungDetailed examination
2424
PrüfanlageTesting system
2626th
Kameracamera
2828
möglicher Defektpossible defect

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 2019/0296379 A1 [0003]US 2019/0296379 A1 [0003]

Claims (10)

Verfahren zum Prüfen einer Bipolarplatte einer Brennstoffzelle, bei dem eine Abbildung (12) einer Oberfläche einer Bipolarplatte (14) erstellt wird, die Abbildung (12) von einem automatisierten bildverarbeitungsunterstützten Auswertesystem auf mögliche Defekte (28) untersucht wird und in dem Fall, dass das Auswertesystem eine untersuchte Bipolarplatte (14) als potentiell defekte Verdachts-Platte identifiziert, eine Detailprüfung (22) eines als potentiell defekt identifizierten Bereichs der Verdachts-Platte durchgeführt wird.Method for testing a bipolar plate of a fuel cell, in which an image (12) of a surface of a bipolar plate (14) is created, the image (12) is examined for possible defects (28) by an automated image processing-supported evaluation system and in the event that the Evaluation system, an examined bipolar plate (14) is identified as a potentially defective suspect plate, a detailed check (22) of an area of the suspect plate identified as potentially defective is carried out. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in der Detailprüfung (22) eine zerstörungsfreie Prüfung, insbesondere Eindringprüfung, Magnetpulverprüfung, Ultraschallprüfung, Durchstrahlungsprüfung und/oder Wirbelstromprüfung, an der Verdachts-Platte in dem als potentiell defekt identifizierten Bereich durchgeführt wird.Procedure according to Claim 1 In the detailed test (22) a non-destructive test, in particular penetrant test, magnetic particle test, ultrasonic test, radiographic test and / or eddy current test, is carried out on the suspect plate in the area identified as potentially defective. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Auswertesystem ein anhand einer Vielzahl von nicht defekten und defekten Bipolarplatten (14) darstellenden Abbildungen (12) von Bipolarplatten (14) trainiertes neuronales Netzwerk (20) zur Identifizierung einer Verdachts-Platte aufweist.Procedure according to Claim 1 or 2 , in which the evaluation system has a neural network (20) trained on the basis of a plurality of non-defective and defective bipolar plates (14) representing images (12) of bipolar plates (14) for the identification of a suspect plate. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das neuronale Netzwerk (20) mit den Ergebnissen der Detailprüfung (22) weiterhin trainiert wird.Procedure according to Claim 3 , in which the neural network (20) continues to be trained with the results of the detailed test (22). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem zur Herstellung der Bipolarplatte (14) ein Verschweißen von zwei oder mehreren Blechen erfolgt, wobei während des Schweißens mehrere Abbildungen (12) einer beim Schweißen entstehenden Schweißnaht erstellt und ausgewertet werden und/oder nach dem Schweißen eine Abbildung (12) der gesamten Schweißnaht erstellt und ausgewertet wird.Method according to one of the Claims 1 until 4th , in which two or more metal sheets are welded to produce the bipolar plate (14), with several images (12) of a weld seam occurring during welding being created and evaluated and / or an image (12) of the whole after welding Weld seam is created and evaluated. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem mit den Ergebnissen der Auswertung durch das Auswertesystem eine Anpassung einer Prozesssteuerung des Schweißens erfolgt.Procedure according to Claim 5 , in which the results of the evaluation by the evaluation system are used to adapt a process control of the welding. Prüfanlage zum Prüfen einer Bipolarplatte einer Brennstoffzelle, mit einer Kamera (26) zur Erstellung mindestens einer Abbildung (12) einer Oberfläche der Bipolarplatte (14), einem automatisierten bildverarbeitungsunterstützten Auswertesystem zur Untersuchung der Abbildung (12) auf mögliche Defekte (28) und einer von dem Auswertesystem betätigbaren Weiche zur Ableitung einer von dem Auswertesystem als potentiell defekte Verdachts-Platte identifizierte Bipolarplatte an eine Detailprüfungsstation.Test system for testing a bipolar plate of a fuel cell, with a camera (26) for creating at least one image (12) of a surface of the bipolar plate (14), an automated image processing-assisted evaluation system for examining the image (12) for possible defects (28) and a switch that can be actuated by the evaluation system to divert a bipolar plate identified by the evaluation system as a potentially defective suspect plate to a detailed inspection station. Prüfanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswertesystem ein anhand einer Vielzahl von nicht defekten und defekten Bipolarplatten (14) darstellenden Abbildungen (12) von Bipolarplatten (14) trainiertes neuronales Netzwerk (20) zur Identifizierung einer Verdachts-Platte aufweist, wobei das Auswertesystem eine mit dem neuronalen Netzwerk (20) gekoppelte, insbesondere mit der Detailprüfungsstation kommunizierende, Schnittstelle zur Einspeisung der Ergebnisse der Detailprüfung (22) zum Zwecke des weiteren Trainings des neuronalen Netzwerks (20) mit den Ergebnissen der Detailprüfung (22) aufweist.Test system according to Claim 7 , characterized in that the evaluation system has a neural network (20) trained on the basis of a plurality of non-defective and defective bipolar plates (14) depicting images (12) of bipolar plates (14) for identifying a suspect plate, the evaluation system having one with the neural network (20) coupled, in particular communicating with the detailed test station, interface for feeding in the results of the detailed test (22) for the purpose of further training the neural network (20) with the results of the detailed test (22). Prüfanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit mindestens einen mit mindestens einer Produktionseinheit, insbesondere einer Schweißanlage und/oder einer Stanzanlage und/oder einer Umformanlage, zur Herstellung der Bipolarplatte (14) koppelbaren Ausgangsport zur Anpassung einer Prozesssteuerung der Produktionseinheit in Abhängigkeit der Ergebnisse der Auswertung durch das Auswertesystem aufweist.Test system according to Claim 8 , characterized in that the evaluation unit has at least one output port that can be coupled to at least one production unit, in particular a welding system and / or a stamping system and / or a forming system, for the production of the bipolar plate (14) for adapting a process control of the production unit as a function of the results of the evaluation has the evaluation system. Prüfanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Detailprüfungsstation ein Prüfgerät zur zerstörungsfreien Prüfung, insbesondere zur Eindringprüfung, Magnetpulverprüfung, Ultraschallprüfung, Durchstrahlungsprüfung und/oder Wirbelstromprüfung, der Verdachts-Platte aufweist.Test system according to one of the Claims 7 until 9 , characterized in that the detailed testing station has a testing device for non-destructive testing, in particular for penetrant testing, magnetic particle testing, ultrasonic testing, radiographic testing and / or eddy current testing, of the suspect plate.
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