-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung eines jeweiligen Abstandes zwischen einem Zellableiterblech und einem Zellverbinderblech in einem Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Kontaktierung mindestens zweier Batteriezellen und/oder Batteriezellmodulen für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Aus der
DE 102013015656 ist ein Verfahren zum Messen der Eindringtiefe eines Laserstrahls in ein Werkstück sowie eine Laserbearbeitungsvorrichtung bekannt, bei welchem mithilfe eines optischen Kohärenztomographen zwei Messstrahlen erzeugt werden, wobei sich ein erster Messstrahl und ein zweiter Messstrahl auf einen Messpunkt vor und nach einem Brennfleck des Laserstrahls richten, um dadurch einen Abstand zwischen dem Referenzpunkt und einen zweiten Messpunkt zu detektieren.
-
Bei der Fertigung von Batteriemodulen für Elektrofahrzeuge und Plug-In-Hybrid-Fahrzeuge werden mehrere Batteriezellen miteinander verschaltet, um die entsprechende Kapazität und/oder Systemspannung des Gesamtmodules herzustellen. Die elektrisch leitende Verschaltung von Einzelzellen zu einem Modul erfolgt insbesondere durch eine stoffschlüssige Verbindung von mit den Einzelzellen verbundenen Zellableiterblechen mit Zellverbinderblechen mittels Laserschweißverfahren.
-
Bei einer Verschaltung von Pouchzellen werden beispielsweise zur Herstellung einer Reihenschaltung jeweils die Kathode der Zelle n mit der Anode der Zelle n+1 im Überlapp verschweißt (Überlappverbindung). Hierfür werden die Zellableiterbleche gebogen. Bei einer Verschaltung von Hardcasezellen werden die Terminals also eine Kathode oder eine. Anode in gleicher Verschaltungsweise mittels eines Zellverbinderblechs verschweißt, wodurch sich auch hier eine Überlappverbindung ergibt. Ein Zellverbinderblech kann auch bei einer Verschaltung von Pouchzellen zum Einsatz kommen, beispielsweise für eine 2p- oder eine 3p-Verschaltung. 1 und 2 zeigen eine Verschaltung von Pouchzellen aus dem Stand der Technik.
-
Die Güte einer Laserschweißnaht zwischen zwei Blechen in einer Überlappverbindung hängt unter anderem elementar von einem Abstand zwischen den beiden Fügepartnern ab. Idealerweise wird durch entsprechende Spannvorrichtungen ein technischer Nullspalt zwischen den Bauteilen angestrebt. Aufgrund von Lagetoleranzen der einzelnen Zellen, Einflüssen aus Vorprozessen, wie beispielsweise Schneide- oder Biegeprozesse, kommt es in der Praxis dennoch zu Verkippungen von Zellverbinderblechen und daraus folgend zu Auflageflächen für die Zellverbinderbleche auf den Zellableiterblechen, welche nicht plan sind und/oder nicht in einer Ebene angeordnet sind, und/oder einer Bildung von Abständen.
-
Laserschweißprozesse können eine bestimmte maximale Spalthöhe tolerieren. Ab einer Spalthöhe größer als die maximale Spalthöhe ist eine Überbrückung nicht mehr möglich, womit nur eine teilweise oder keine stoffschlüssige Verbindung zustande kommt. Solche unzureichenden oder fehlenden Verbindungen müssen durch eine Qualitätssicherung erkannt werden, da es sonst zu einem Funktionsausfall eines Batteriezellmodules kommen kann.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung zum Detektieren eines Abstandes zwischen einem Zellableiterblech und einem Zellverbinderblech in einem Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Kontaktierung mindestens zweier Batteriezellen oder Batteriezellmodule für ein Kraftfahrzeug auszubilden. Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung entsprechend dem Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Messung eines jeweiligen Abstandes zwischen einem Zellableiterblech und einem Zellverbinderblech in einem Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Kontaktierung mindestens zweier Batteriezellen und/oder Batteriezellmodulen einer Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug durch eine Schweißnaht mithilfe eines optischen Laserstrahlmessverfahrens, wobei das Zellableiterblech und das Zellverbinderblech in einer Z-Richtung betrachtet übereinander angeordnet sind, wobei die Z-Richtung in Richtung einer Zellverbinderblechdicke orientiert ist, dadurch gelöst, dass ein oder mehrere ausgeprägte Messöffnungen auf einem Zellverbinderblech ausgebildet sind, welche als Durchgangsöffnungen in Z-Richtung ausgebildet sind. Durch die Ausprägung der Öffnungen in Z-Richtung können mithilfe dieser Vorrichtung Abstände mindestens zweier sich in Dickenrichtung überlappender Bauteile detektiert werden. Vorteilhaft soll die Erfindung die Problematik lösen, dass bei vielen Fügekombinationen eine unzureichende oder fehlende Verbindung an der Schweißnahtoberfläche durch Sichtprüfung nicht erkennbar ist und zudem in einer geschweißten überlappenden Verbindung die Höhe des Abstandes oder die Planarität der Auflagefläche nicht direkt gemessen werden kann.
-
Unter einem optischem Laserstrahlmessverfahren wird im Rahmen der Erfindung ein Verfahren mit einem Messsystem verstanden, mittels welchem insbesondere Abstandsinformationen von Bauteilen berührungslos aus optischen Informationen durch eine Beaufschlagung der Bauteile mit einem Laserstrahl erfasst werden kann. Dies wird unter anderem mit aus dem Stand der Technik bekannten optischen Lasermessverfahren, Verfahren wie Laser-Lichtschnittverfahren, Streifenlichtprojektionsverfahren oder Optischen Kohärenz-Tomografie-Verfahren verwirklicht.
-
In Ausgestaltung der Erfindung, weisen die Messöffnungen auf einer Oberfläche des Zellverbinderblechs, welche im Wesentlichen in einer senkrecht zur Z-Richtung orientierten Ebene angeordnet sind, im Wesentlichen quadratische oder rechteckige Konturen auf. Unter einer im Wesentlichen senkrecht zur Z-Richtung orientierten Ebene ist im Rahmen der Erfindung eine X/Y-Ebene zu verstehen. Unter einer im Wesentlichen senkrecht zur Z-Richtung orientierten Ebene ist im Rahmen der Erfindung eine Ebene zu verstehen, welche sich im Wesentlichen in eine X-Richtung und eine Y-Richtung erstreckt, wobei sowohl eine X-Richtung als auch eine Y-Richtung senkrecht zur Z-Richtung orientiert sind. Dies ermöglicht ein technisch vereinfachtes Ausbilden und Fertigen des erfindungsgemäßen Zellverbinderbleches mit deren Messöffnungen, da Durchgangsöffnungen mit quadratischen und rechteckigen Konturen vorteilhaft beispielsweise mittels technisch einfacher Umformwerkzeuge kostengünstig darstellbar sind.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Messöffnungen senkrecht zur Z-Richtung mindestens eine Begrenzungsfläche auf, welche schräg zur Z-Richtung und zur Oberseite des Zellverbinderblechs ausgebildet sind.
-
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Oberseite des Zellverbinderbleches eine größere Messöffnung als eine Unterseite des Zellverbinderbleches auf, wobei die Oberseite des Zellverbinders in Z-Richtung über der Unterseite des Zellverbinders angeordnet ist.
-
Vorteilhaft kann durch diese Ausgestaltung der Erfindungen ein Z-Wert der Unterseite des Zellverbinderblechs, welcher den oberen Fügepartner der herzustellenden Kontaktverbindung mit dem Zellableiterblech darstellt, sicher optisch mit dem Laserstrahl vermessen oder erfasst werden, auch wenn der Lasermessstrahl nicht ideal oder genau entlang der Z-Richtung verläuft, sondern ein Verlauf beziehungsweise ein Ein-/Ausfallwinkel des Lasermessstrahls von der Z-Richtung insbesondere leicht abweicht also etwas schräg zu der Z-Richtung orientiert ist. Damit ist mit dieser Ausgestaltung der Erfindung der Abstand zwischen dem Zellverbinderblech und dem Zellableiterblech vorteilhaft sicher und präziser messbar. Vorteilhaft kann mit dieser Ausgestaltung der Erfindung der Z-Wert der Unterseite des Zellverbinderblechs optisch mittels des Laserstrahls erfasst werden, da die Oberseite des Zellverbinderblechs sicher nicht die Unterseite des Zellverbinderblechs optisch verdeckt. Mit den schrägen Begrenzungsflächen der Messöffnungen ist vorteilhaft eine sichere optische Zugänglichkeit der Unterseite des Zellverbinderblechs möglich.
-
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Lasermessstrahl in Z-Richtung betrachtet über dem Zellableiterblech und Zellverbinderblech gebildet, wobei eine Laserverfahrrichtung parallel zu der Oberseite des Zellverbinderblechs verläuft in X-Richtung und/oder in Y-Richtung entlang des Zellverbinderblechs verläuft. Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft nach einer jeweiligen Messung ein generiertes Messbild erzeugbar, mittels welchem ein Abstand ermittelbar ist.
-
In Ausgestaltung der Erfindung werden die Messöffnungen jeweils in einer räumlichen Nähe zu der zu erzeugenden Schweißnaht angeordnet. Vorteilhaft kann mit dieser Ausgestaltung der Erfindung ein jeweiliger durch die Schweißnaht zu überbrückender Abstand vergleichsweise genau ermittelt werden. Vorteilhaft kann mit dieser Ausgestaltung der Erfindung darüber hinaus durch eine Auswertung von Messdaten, welche durch Messungen in mehrere Messöffnungen erhalten wurden, eine Verkippung des Zellverbinderblechs ermittelt werden. Unter dem Begriff räumliche Nähe ist im Rahmen der Erfindung eine Position zu verstehen, welche nahe der jeweils zu erzeugenden Schweißnaht ist, ohne dass eine Stromtragfähigkeit der zu erzeugenden Schweißnaht durch eine zu dichte Anordnung der jeweiligen Messöffnung an der zu erzeugenden Schweißnaht herabgesetzt wird.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Messöffnung durch einen insbesondere kombinierten Umformprozess bei der Fertigung des Zellverbinderbleches hergestellt werden. Dies sind in der Regel Stanz- und Prägeverfahren, welche der Gruppe der formgebenden Verfahren zugehören. Mithilfe dieser Fertigungsprozesse sind vorteilhaft hohe Stückzahlen an erfindungsgemäßen Zellverbinderblechen in Verbindung mit einem hohen Grad an Präzision darstellbar.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus den nachfolgenden Figurenbeschreibungen, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale können für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung bilden, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Hierbei zeigen:
- 1 Ausführungsbeispiel einer Verschaltung von Batteriezellen mittels Zellverbinderblechen aus dem Stand der Technik
- 2 Detaillierte Ansicht und Schnittbild, als Ausschnitt aus in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
- 3a Ausführungsbeispiel einer prinzipiellen Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
- 3b Detaillierte Ansicht eines Ausschnitts aus dem Ausführungsbeispiel aus 3a
- 4 Ansicht des Schnittes A-A aus 3b mit abgebildeten Abstand
-
1 zeigt eine dreidimensionale schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer 2p Verschaltung von Batteriezellen 5, 6 mittels eines Zellverbinderbleches 1 nach dem Stand der Technik, in diesem Fall Pouchzellen, welche mit in der 1 obenliegend dargestellten und versetzt angeordneten Zellverbinderblechen 1 stoffschlüssig mithilfe einer Schweißnaht 7 verbunden sind. Ein oder mehrere Batteriezellen 5, 6 bilden ein Batteriezellmodul 11, welches in einem Modulgehäuse 13 ausgebildet ist.
-
2 zeigt eine Schnittansicht des in 1 gekennzeichneten Detailbereiches mit der Batteriezelle 5 und der Batteriezelle 6, wobei jeweils ein Zellableiterblech 3 mit jeder der beiden Batteriezellen 5, 6 fest verbunden ist. Das Zellverbinderblech 1 ist jeweils über eine Schweißnaht 7 mit dem Zellableiterblech 3 der Batteriezelle 5 und über eine Schweißnaht 7 mit dem Zellableiterblech 3 der Batteriezelle 6 elektrisch kontaktierend verbunden. Die Zellableiterbleche 3 werden hier als gebogen dargestellt.
-
3a zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit den Zellableiterblechen 3 und dem mit Laserschweißnähten 7 verbundenen Zellverbinderblech 1. Es sind jeweils drei Messöffnungen 2a, 2b mit quadratischen Konturen in einer räumlichen Nähe zu jeweils zwei Schweißnähten 7 vorgesehen, wobei 3b eine Detailansicht des Ausführungsbeispiels aus 3a zeigt mit schräg ausgebildeten Begrenzungsflächen 8, 9 einer Messöffnung 2b.
-
4 zeigt eine Ansicht einer Batteriezellverschaltung entlang des Schnitts A-A aus 3b mit ausgebildetem Abstand A zwischen dem Zellableiterblech 3 und dem Zellverbinderblech 1. Die Begrenzungsfläche 9 der Messöffnung 2b ist schräg zu einer Z-Richtung Z und einer Oberseite 22 des Zellverbinderblechs 1 ausgebildet. Ein Lasermessstrahl L wird in Z-Richtung Z über dem Zellverbinderblech 1 und dem Zellableiterblech 3 an einem Ausstrahlungsort 24 erzeugt. Der Ausstrahlungsort ist parallel in eine X-Richtung X entlang der Oberseite 22 des Zellverbinderbleches 1, welche senkrecht zur Zellverbinderblechdicke T orientiert ist, verfahrbar.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Zellverbinderblech
- 2a
- Messöffnung
- 2b
- Messöffnung
- 3
- Zellableiterblech
- 5
- Batteriezelle
- 6
- Batteriezelle
- 7
- Schweißnaht
- 8
- Begrenzungsfläche
- 9
- Begrenzungsfläche
- 11
- Batteriezellmodul
- 13
- Modulgehäuse
- 20
- Unterseite des Zellverbinderblechs
- 22
- Oberseite des Zellverbinderblechs
- A
- Abstand
- L
- Lasermessstrahl
- T
- Zellverbinderblechdicke
- Z
- Z-Richtung
- X
- X-Richtung
- 24
- Ausstrahlungsort
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
