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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Baueinheit, einen Hochvoltspeicher sowie ein Kraftfahrzeug.
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Bei der Produktion von elektrischen Baueinheiten, wie beispielsweise Hochvoltspeichern bzw. Hochvoltbatteriespeichern, wird in mehreren Produktions- oder Arbeitsschritten eine Vielzahl von Komponenten elektrisch verbunden. So werden beispielsweise Kontakte verschweißt, Steckverbindungen geschlossen, Batteriemodule verkabelt und in Serie geschaltet etc. Der Strompfad durch den gesamten Hochvoltbatteriespeicher entsteht aus einer Verkettung von Einzelkomponenten, wie den Batteriemodulen, den Verbindungskabeln, den Steckverbindungen etc. In dieser „Kette“ kann ein einzelner Fehler die Funktion der gesamten Baueinheit beeinträchtigen oder sogar zu einem Totalausfall führen. Entscheidend ist es daher, bereits in der Produktion möglichst frühzeitig und mit hoher Genauigkeit zu erkennen, wenn ein Fehler oder ein Qualitätsmangel vorliegt.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Baueinheit, einen Hochvoltspeicher sowie ein Kraftfahrzeug anzugeben, wobei das Herstellverfahren insbesondere eine frühzeitige und exakte Fehlererkennung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, durch einen Hochvoltspeicher gemäß Anspruch 11 sowie durch ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 12 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Baueinheit, wobei die Baueinheit in mehreren Arbeits- oder Produktionsschritten aus einer Vielzahl von Einzelkomponenten hergestellt wird, die Schritte:
- - Messen und/oder Erfassen des elektrischen Widerstands bzw. der elektrischen Widerstände ausgewählter Einzelkomponenten;
- - Herstellen einer Baueinheit mittels der ausgewählten Einzelkomponenten;
- - Messen des elektrischen Widerstands der Baueinheit, wobei in der Baueinheit zumindest einige der ausgewählten Einzelkomponenten verbaut sind;
- - Berechnen des elektrischen Widerstands der bereits verbauten Einzelkomponenten zum Erzeugen eines Referenzwerts;
- - Vergleichen des gemessenen Widerstands der Baueinheit mit dem Referenzwert zur Qualitätsbewertung.
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Mit den ausgewählten Einzelkomponenten sind insbesondere diejenigen Komponenten gemeint, welche als Teil eines Strompfads der Baueinheit anzusehen sind bzw. diesen bilden. Beim Herstellen der Baueinheit werden die Einzelkomponenten bzw. deren Widerstände verkettet. Dieser verkettete „Gesamtwiderstand“ der Baueinheit wird gemessen und zweckmäßigerweise mit dem Referenzwert verglichen. Der Referenzwert ist ein berechneter Wert. Der Referenzwert wird mit Vorteil über die gemessenen bzw. erfassten (Einzel-)Widerständen der Einzelkomponenten berechnet, insbesondere durch Aufsummieren. Dadurch ist es möglich, zu jedem Produktionsschritt und spezifisch für jede Baueinheit einen Referenzwert zu bestimmen, wobei der Referenzwert einer „Widerstandskette“ entspricht. Liegt der gemessene Widerstandswert der Baueinheit über oder unterhalb des berechneten Referenzwerts, wobei zweckmäßigerweise jeweils nach oben und unten entsprechende Schwellwerte festgelegt werden können, so deutet dies auf einen Fehler hin. Die vorgenannten Messungen werden zweckmäßigerweise an entsprechenden Prüfstationen oder Prüfständen im Rahmen der Produktion/Herstellung der Baueinheit bzw. der Einzelkomponenten durchgeführt. Dabei gibt es Einzelkomponenten, deren elektrischer Widerstand nicht explizit gemessen werden muss, da dieser bekannt ist, beispielsweise aus entsprechenden Datenblättern. Ebenso kann es ausreichend sein, ggf. nur Stichprobentest bei bestimmten (ausgewählten) Einzelkomponenten durchzuführen, insbesondere wenn beispielsweise bekannt ist, dass die Streuung sehr gering ausfällt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Baueinheit eine Antriebs- oder Traktionsbatterie, insbesondere ein Hochvoltspeicher oder ein Hochvoltbatteriespeicher, wie er in Kraftfahrzeugen zur Versorgung einer elektrischen Antriebseinheit verwendet wird. Ein Hochvoltspeicher, wie er beispielsweise bei Elektrofahrzeugen eingesetzt wird, besteht aus mehreren hundert Einzelkomponenten, die miteinander elektrisch verbunden werden und zusammen (zumindest) einen Strompfad bilden. Ein derartiger Strompfad ist charakterisiert durch seinen Widerstand, der im Prinzip eine Verkettung der Widerstände der Teil- oder Einzelkomponenten ist. Bei der Produktion des Hochvoltspeichers bzw. allgemein der Baueinheit, werden die Einzelkomponenten schrittweise zusammengebaut bzw. assembliert, wobei der Strompfad, wie auch die Widerstandskette schrittweise wachsen. Dieser Zusammenhang wird vorliegend genutzt, um während des Produktionsprozesses, wie auch an dessen Ende, eine Prüfung des Hochvoltspeichers bzw. der Baueinheit zu realisieren. So steht über das Berechnen bzw. Aufsummieren der Widerstände der Einzelkomponenten zu jedem Produktionsschritt ein spezifischer Widerstand bzw. ein spezifischer Referenzwert zur Verfügung, welcher als Referenz für einen in dem entsprechenden Produktionsschritt gemessenen Widerstand der Baueinheit, in welchem die Einzelkomponenten bereits verbaut sind, dient oder dienen kann.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die ausgewählten Einzelkomponenten stromführende Komponenten, insbesondere umfassend ein Batteriemodul, eine Batteriezelle, ein Verbindungskabel, einen Stecker, eine Relais, einen Schütz oder einen Kontakt etc. Die möglichen Ausgestaltungen der Einzelkomponenten sind nicht auf die vorgenannte Aufzählung beschränkt. Insbesondere handelt es sich bei den ausgewählten Einzelkomponenten um diejenigen Komponenten, welche Teil des Strompfads oder der Strompfade, falls die Baueinheit mehrere Strompfade aufweist, sind.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Erfassen des elektrischen Widerstands ausgewählter Einzelkomponenten über Stichprobentests, Datenblätter etc.
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Bei einigen Einzelkomponenten ist, wie bereits erwähnt, kein, insbesondere individuelles, Messen des elektrischen Widersands nötig. Hier kann mit Vorteil ein Wert, beispielsweise aus entsprechenden Datenblättern oder Stichprobentest, entnommen werden. Zweckmäßigerweise handelt es sich hierbei um Einzelkomponenten, bei welchen der elektrische Widerstand gut bekannt und/oder dessen Streuung sehr gering ist.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der elektrische Widerstand der ohmsche Widerstand. Der ohmsche Widerstand ist die Größe, die die Funktionalität des Strompfades am besten charakterisiert. Mit den vorteilhaften Eigenschaften des ohmschen Widerstands können die Messwerte der Einzelkomponenten verkettet werden.
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Mit Vorteil werden vorliegend die Messungen oder Messwerte der Einzelkomponenten bzw. die Messwerte oder Messdaten aus verschiedenen Prüfstationen nicht mehr nur lokal verwendet, sondern, mittelbar über deren Einfließen in die Berechnung des Referenzwerts, untereinander weitergegeben. Für jeden Vergleich liegt damit ein spezifischer und scharfer Referenzwert vor, welcher zur Qualitätskontrolle herangezogen werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Verwenden des gleichen Messverfahrens zum Messen des elektrischen Widerstands der Einzelkomponenten und der Baueinheit.
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Mit Vorteil wird nicht nur der gleiche Messwert verwendet, sondern tatsächlich auch an allen Prüfstationen das gleiche Messverfahren. Hinsichtlich des Messverfahrens wird auf die vorgenannten Ansätze verwiesen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Wiederholtes Vergleichen entlang der Prozesskette der Baueinheit, wobei der Referenzwert schrittweise spezifiziert wird.
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Mit Vorteil erfolgt das Vergleichen mit dem Referenzwert während der Produktion der Baueinheit wiederholt, beispielsweise an mehreren, insbesondere aufeinanderfolgenden, Prüfstationen. Dadurch kann ein etwaiger Fehler frühzeitig erkannt und entsprechend gut lokalisiert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine Messung als End-of-Line-Prüfung ausgebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Messen des elektrischen Widerstands der Baueinheit entlang verschiedener Strom pfade.
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Damit kann ein etwaiger Fehler mit Vorteil noch besser lokalisiert und eingegrenzt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Verwenden des gemessenen Widerstands der fertigen Baueinheit oder des Referenzwerts zum Monitoring der Eigenschaften der Baueinheit über der Zeit.
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Mit Vorteil kann damit beispielsweise eine Batteriealterung oder -degradation über die Betriebszeit der Baueinheit hinweg überwacht werden. Gemäß einer Ausführungsform ist der gemessene Widerstand der Baueinheit oder auch der Referenzwert in der Baueinheit, bevorzugt im Hochvoltspeicher, gespeichert und dort beispielsweise in Form eines „Batteriepasses“ hinterlegt. Im Betrieb altert die Baueinheit bzw. der Hochvoltspeicher und der Batteriepass kann mit den Daten aus dem Batteriemanagementsystem und den Diagnosemessungen zur Wartung und zur Überwachung des Gesundheitszustands herangezogen werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Batteriemanagementsystem mit dem gemessenen Widerstandswert der Baueinheit oder dem Referenzwert bedatet oder initialisiert.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Speichern der gemessenen elektrischen Widerstände der Einzelkomponenten zum Monitoring.
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Zweckmäßigerweise ist es damit beispielsweise möglich, etwaige Probleme in der Herstellung der Einzelkomponenten zu identifizieren, beispielsweise wenn ein Werkzeug verschlissen ist oder dergleichen.
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Die Erfindung richtet sich weiter auf einen Hochvoltspeicher, welcher nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
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Weiter richtet sich die Erfindung auf ein Kraftfahrzeug, umfassend zumindest eine Baueinheit, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, wobei in einer Speichereinheit, welche dem Kraftfahrzeug zugeordnet ist, der elektrische Widerstand der fertigen Baueinheit und/oder der Referenzwert abgelegt ist. Bevorzugt handelt es sich bei der Baueinheit um einen Hochvoltspeicher des Kraftfahrzeugs. Die Speichereinheit kann dabei dem Kraftfahrzeug, wie beispielsweise einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs oder einem Batteriemanagementsystem des Hochvoltspeichers zugeordnet sein. Alternativ ist die Speichereinheit auch einem Diagnosegerät zugeordnet, welches in einer Werkstatt verwendet wird, und welches bei der Wartung des Kraftfahrzeugs verwendet bzw. zur Diagnose herangezogen wird.
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Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann zweckmäßigerweise nicht nur ein einzelner Produktionsschritt, sondern der gesamte Produktionsprozess individuell für jede Baueinheit überwacht werden. Zu jedem Zeitpunkt und an jedem Produktionsschritt liegt ein eindeutiges und transparentes Qualitätskriterium in Form des spezifisch berechneten Referenzwerts vor. Insbesondere auch Fehler mit nur kleinen Auswirkungen in Bezug auf den elektrischen Widerstand können zuverlässig detektiert werden. Die Lokalisation eines Fehlers kann durch die schrittweise aufgebaute Widerstandskette bzw. den Referenzwert verbessert werden. Insbesondere können auch einzelne Komponenten gezielt evaluiert und verbessert werden, da auch diese sukzessive gemonitort werden. Über das Ablegen des finalen Widerstands der Baueinheit bzw. des finalen Referenzwerts kann das Verfahren auf den gesamten Lebenszyklus der Baueinheit ausgedehnt werden und beispielsweise auch nach Auslieferung des Kraftfahrzeugs in einer Werkstatt angewendet werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform des Verfahrens mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
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Es zeigen:
- 1: eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Baueinheit;
- 2: eine schematische Übersichtsdarstellung zur Visualisierung einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer elektrischen Baueinheit.
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1 zeigt in einer schematischen, perspektivischen Darstellung eine Ausführungsform einer Baueinheit 10, wobei vorliegend beispielsweise ein Hochvoltspeicher 1 skizziert ist. Dieser umfasst vorliegend sechs Batteriemodule 2, welche über entsprechende Kabel/Modulverbinder 8 und elektrische Kontakte 7 (welche vorliegend nur teilweise mit Bezugszeichen versehen sind) verbunden sind. Der vorliegende Hochvoltspeicher 1 stellt zwei Strompfade bereit, einmal über eine Anschlusseinheit 3 und einen Schütz 5 sowie über eine Anschlusseinheit 4 und einen Schütz 6. Die Anschlusseinheiten 3 und 4 sowie die Schütze 5 und 6 bzw. die elektrischen Kontakte 7 und die Kabel 8 stellen vorliegend Einzelkomponenten dar, welche Teil des Strompfads bzw. der Strompfade des Hochvoltspeichers 1 sind. Der Widerstand, insbesondere der ohmsche Widerstand, entlang der Strompfade wird vorliegend zur Qualitätskontrolle verwendet, vgl. hierzu auch die 2.
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2 zeigt eine Skizze zur Visualisierung eines Ablaufs einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer elektrischen Baueinheit, insbesondere eines Hochvoltspeichers für ein Kraftfahrzeug. Bezugszeichen 2 bezeichnet ein Batteriemodul, welches vorliegend beispielsweise von einem Zulieferer angeliefert wird. Obwohl das Batteriemodul 2 seinerseits aus einer Vielzahl von Einzelkomponenten besteht, kann es auch selbst als Einzelkomponente betrachtet werden, welche in einer Messung v1 zum Erfassen des elektrischen Widerstands 2, insbesondere des ohmschen Widerstands, vermessen wird. Um einen Hochvoltspeicher 1 herzustellen, wie in der 2 skizziert, sind neben zumindest einem Batteriemodul 2 noch weitere Einzelkomponenten notwendig, wie beispielsweise entsprechende Kontakte, Anschlusseinheiten, Schütze oder Kabel etc. Diese können ebenfalls im Rahmen individueller Messungen v1 vermessen werden, wobei im Ergebnis für jede Einzelkomponente ein gemessener Widerstand w vorliegen. Alternativ können entsprechende Widerstandswerte auch über Datenblätter oder über Stichprobentests ermittelt werden. Dies gilt insbesondere für Komponenten, deren Widerstand gut bekannt ist, und/oder nur geringen Schwankungen unterliegt, sodass es nicht nötig ist, jede Komponente individuell zu vermessen. Aus den einzelnen erfassten/gemessenen Widerständen w wird ein spezifischer Referenzwert k bestimmt. Hierzu werden die einzelnen Widerstände w, welche im verbauten Zustand eine Widerstandskette bilden, aufsummiert. Das Batteriemodul 2 und die Einzelkomponenten werden assembliert und bilden den Hochvoltspeicher 1. Der Hochvoltspeicher 1 wird ebenfalls im Rahmen einer Messung v1 vermessen, wobei ein gemessener Widerstand w vorliegt. Dieser wird mit dem Referenzwert k verglichen, vgl. Bezugszeichen v2, wobei der Referenzwert im vorliegenden Beispiel die Widerstände des Batteriemoduls 2 sowie der (zusätzlichen) entsprechenden Einzelkomponenten umfasst. Mit Vorteil erfolgt ein Vergleich des Widerstands des Hochvoltspeichers 1 (entlang eines Strompads), in welchem die Einzelkomponenten verbaut sind, mit einem errechneten Widerstandswert, welcher sich durch Aufsummieren der gemessenen Einzelwiderstände der verbauten Einzelkomponenten (welche Teil des jeweiligen Strompfads sind) ergibt. Dies geschieht im vorliegenden Beispiel zu einem Zeitpunkt während der Produktion. Zweckmäßigerweise kann das Verfahren allerdings zu verschiedenen Zeitpunkten durchgeführt werden, wodurch eine optimale Kontrolle und Überwachung des Produktionsprozesses möglich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hochvoltspeicher
- 2
- Batteriemodul
- 3
- Anschlusseinheit 1
- 4
- Anschlusseinheit 2
- 5
- Schütz 1
- 6
- Schütz 2
- 7
- elektrischer Kontakt
- 8
- Kabel
- 10
- Baueinheit
- 12
- Einzelkomponente
- w
- (ohmscher) Widerstand
- k
- (spezifischer) Referenzwert
- v1
- Messung
- v2
- Vergleich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3438682 A1 [0013]
- EP 1634088 A2 [0013]
- EP 1068540 A1 [0013]
- EP 1548452 A1 [0013]
