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EINLEITUNG
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Der Gegenstand der Offenbarung bezieht sich auf Batterien und insbesondere auf die Erkennung von Unterbrechungen in Batteriezellen.
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Pouch-Batteriezellen kommen in verschiedenen Anwendungen wie etwa in der Automobilindustrie zum Einsatz (z. B. in Elektro- und Hybridfahrzeugen). Risse und andere Unterbrechungen können in Teilen einer Batteriezelle auftreten, z. B. in Anoden- und Kathodenfolien. Solche Unterbrechungen können zu Kurzschlüssen und anderen Fehlfunktionen führen. Die Prüfung von Batteriezellen und ihren Bestandteilen ist wichtig, um eine ordnungsgemäße Funktion sicherzustellen und Unterbrechungen zu erkennen, bevor sie sich negativ auf die Zellen auswirken können.
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KURZDARSTELLUNG
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Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst ein System zur Bewertung einer Batteriezelle ein bildgebendes Gerät, das dazu ausgebildet ist, ein erstes Bild von mindestens einem Teil der Batteriezelle aufzunehmen, wenn sich die Batteriezelle in einem ersten Verformungszustand befindet, und ein zweites Bild von dem mindestens einen Teil der Batteriezelle aufzunehmen, wenn sich die Batteriezelle in einem zweiten Verformungszustand befindet. Das System umfasst zudem einen Prozessor, der dazu ausgebildet ist, das erste Bild und das zweite Bild zu erfassen. Der Prozessor ist dazu ausgebildet, das erste Bild und das zweite Bild zu analysieren und einen ersten Bereich des ersten Bildes zu identifizieren, der eine vermutete Unterbrechung darstellt, wobei der erste Bereich einem Teil der Batteriezelle entspricht. Der Prozessor ist auch dazu ausgebildet, den ersten Bereich des ersten Bildes mit einem zweiten Bereich des zweiten Bildes zu vergleichen, wobei der zweite Bereich dem Teil der Batteriezelle entspricht, und anhand einer Differenz zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich festzustellen, dass es sich bei der vermuteten Unterbrechung um eine tatsächliche Unterbrechung handelt.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale werden das erste Bild und das zweite Bild mittels Direktradiographie aufgenommen.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale wird mindestens der erste Verformungszustand und/oder der zweite Verformungszustand durch eine elastische Verformung eines Teils der Batteriezelle erreicht.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale wird mindestens der erste Verformungszustand und/oder der zweite Verformungszustand durch Biegen einer Lasche der Batteriezelle erreicht.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale handelt es sich bei der Batteriezelle um eine Pouch-Batteriezelle.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst der Teil der Batteriezelle mindestens eines der folgenden Elemente: eine Folie der Batteriezelle, einen Folienstapel der Batteriezelle, einen Schweißbereich und/oder einen Bereich mit einer Schweißnaht.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale werden das erste Bild und das zweite Bild analysiert, um wenigstens den Kontrast und/oder die Sichtbarkeit der vermuteten Unterbrechung zu erhöhen.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst die Analyse des ersten Bildes und des zweiten Bildes mindestens eine digitale Filterung und/oder Histogramm-Gewichtung.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale basiert die Identifizierung des ersten Bereichs auf einem automatischen Verfahren zur Erkennung von Unterbrechungen durch maschinelles Sehen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zur Bewertung einer Batteriezelle das Aufnehmen eines ersten Bildes von mindestens einem Teil der Batteriezelle, wenn sich die Batteriezelle in einem ersten Verformungszustand befindet, das Aufnehmen eines zweiten Bildes von dem mindestens einen Teil der Batteriezelle, wenn sich die Batteriezelle in einem zweiten Verformungszustand befindet, die Analyse des ersten Bildes und des zweiten Bildes und die Identifizierung eines ersten Bereichs des ersten Bildes, der eine vermutete Unterbrechung darstellt, wobei der erste Bereich einem Teil der Batteriezelle entspricht. Das Verfahren umfasst auch, den ersten Bereich mit einem zweiten Bereich des zweiten Bildes zu vergleichen, wobei der zweite Bereich dem Teil der Batteriezelle entspricht, und anhand einer Differenz zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich festzustellen, dass es sich bei der vermuteten Unterbrechung um eine tatsächliche Unterbrechung handelt.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale werden das erste Bild und das zweite Bild mittels Direktradiographie aufgenommen.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale wird mindestens der erste Verformungszustand und/oder der zweite Verformungszustand durch eine elastische Verformung eines Teils der Batteriezelle erreicht.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale handelt es sich bei der Batteriezelle um eine Pouch-Batteriezelle.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale stellt der zweite Bereich auch die vermutete Unterbrechung dar, und der Vergleich des ersten Bereichs mit dem zweiten Bereich umfasst den Vergleich einer Geometrie der vermuteten Unterbrechung im ersten Bereich mit einer Geometrie der vermuteten Unterbrechung im zweiten Bereich.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale beruht die Feststellung, dass es sich bei der vermuteten Unterbrechung um eine tatsächliche Unterbrechung handelt, darauf, dass die vermutete Unterbrechung im ersten Bereich des ersten Bildes sichtbar ist und dass die vermutete Unterbrechung im zweiten Bereich des zweiten Bildes nicht sichtbar ist.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale basiert die Identifizierung des ersten Bereichs auf einem automatischen Verfahren zur Erkennung von Unterbrechungen durch maschinelles Sehen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Computerprogrammprodukt ein computerlesbares Speichermedium, wobei das computerlesbare Speichermedium Anweisungen enthält, die von einem Computerprozessor ausgeführt werden können, um den Computerprozessor zu veranlassen, ein Verfahren durchzuführen. Das Verfahren umfasst das Aufnehmen eines ersten Bildes von mindestens einem Teil der Batteriezelle, wenn sich die Batteriezelle in einem ersten Verformungszustand befindet, das Aufnehmen eines zweiten Bildes von dem mindestens einen Teil der Batteriezelle, wenn sich die Batteriezelle in einem zweiten Verformungszustand befindet, das Analysieren des ersten Bildes und des zweiten Bildes und das Identifizieren eines ersten Bereichs des ersten Bildes, der eine vermutete Unterbrechung darstellt, wobei der erste Bereich einem Teil der Batteriezelle entspricht. Das Verfahren umfasst auch, den ersten Bereich mit einem zweiten Bereich des zweiten Bildes zu vergleichen, wobei der zweite Bereich einem Teil der Batteriezelle entspricht, und anhand einer Differenz zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich festzustellen, dass es sich bei der vermuteten Unterbrechung um eine tatsächliche Unterbrechung handelt.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale wird mindestens der erste Verformungszustand und/oder der zweite Verformungszustand durch eine elastische Verformung eines Teils der Batteriezelle erreicht.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale ist die Batteriezelle eine Pouch-Batteriezelle, und der Teil der Batteriezelle umfasst mindestens eines der folgenden Elemente: eine Folie der Batteriezelle, einen Folienstapel der Batteriezelle, einen Schweißbereich und/oder einen Bereich mit einer Schweißnaht.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale werden das erste Bild und das zweite Bild analysiert, um wenigstens den Kontrast und/oder die Sichtbarkeit der vermuteten Unterbrechung zu erhöhen.
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Die vorgenannten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der Offenbarung ergeben sich ohne weiteres aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale, Vorteile und Details sind nur beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung aufgeführt, wobei sich die detaillierte Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, in denen:
- 1 ein Beispiel einer Pouch-Batteriezelle zeigt;
- 2 die Batteriezelle aus 1 in einem verformten Zustand zeigt;
- 3A-3C ein Beispiel eines Bildgebungs- und Verformungssystems zur Bewertung von Batteriezellen zeigen;
- 4 eine Röntgenquelle und einen Detektor des Systems aus 3A-3C zeigt;
- 5 ein Beispiel einer Verformung einer Batteriezelle zeigt;
- 6 ein Beispiel eines Bildes eines Teils der Batteriezelle aus 5 zeigt, wenn sich die Batteriezelle in einem Verformungszustand befindet, der durch Biegen einer Lasche der Batteriezelle erreicht wird;
- 7 ein Beispiel eines Bildes des Teils der Batteriezelle aus 5 und 6 zeigt, wenn sich die Batteriezelle in einem anderen Verformungszustand befindet, der durch Biegen der Lasche erreicht wird;
- 8A und 8B ein Beispiel eines Bildes eines Teils einer Batteriezelle in einem verformtem Zustand zeigen, wobei das Bild bearbeitet wurde, um die Sichtbarkeit vermuteter Unterbrechungen zu erhöhen;
- 9 ein Flussdiagramm ist, das Aspekte eines Verfahrens zur Bewertung einer Batteriezelle und/oder zur Erkennung von Unterbrechungen in einer Batteriezelle darstellt;
- 10 ein Beispiel eines Bildes eines Teils einer Batteriezelle zeigt, die in dem Verfahren aus 9 verwendet wird; und
- 11 ein Computersystem gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung hat lediglich beispielhaften Charakter und ist nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder ihren Gebrauch einzuschränken. Es versteht sich, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
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Gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen werden Verfahren, Geräte und Systeme zur Bewertung von Batteriezellen und/oder zur zerstörungsfreien Erkennung von Unterbrechungen in Batteriezellen bereitgestellt. Ausführungsformen umfassen ein Verfahren zur Erkennung von Unterbrechungen in einer Pouch-Batteriezelle oder einem anderen Batteriezellentyp anhand von Bildern der Batteriezelle, die in verschiedenen Verformungszuständen aufgenommen wurden.
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Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Aufnehmen mehrerer Bilder eines Teils einer Batteriezelle in mehreren verschiedenen Verformungszuständen. Von jedem Verformungszustand können ein oder mehrere Bilder aufgenommen werden. So wird beispielsweise ein erstes Bild eines Teils einer Batteriezelle aufgenommen, wenn sich die Batteriezelle in einem ersten Verformungszustand befindet, und ein zweites Bild des Teils wird aufgenommen, wenn sich die Batteriezelle in einem zweiten Verformungszustand befindet. Zu den Verformungszuständen gehören beispielsweise ein unverformter Zustand und verschiedene Arten und/oder Ausmaße der Verformung (z. B. ein unverformter Zustand, ein Zustand, in dem eine Batterielasche in einem Ausmaß verformt ist, und ein Zustand, in dem die Lasche in einem anderen Ausmaß verformt ist). Bei einer Ausführungsform werden die Bilder mittels eines Tomographieverfahrens wie der Direktradiographie aufgenommen.
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Das erste und das zweite Bild (und ggf. weitere Bilder) werden wahlweise bearbeitet (z. B. zur Erhöhung der Helligkeit, der Sichtbarkeit, des Kontrasts usw.) und dann analysiert, um eine oder mehrere vermutete Unterbrechungen, wie z. B. einen Folienriss oder eine Falte, zu identifizieren. Die Bereiche der Bilder, die die vermutete Unterbrechung darstellen, werden verglichen, um festzustellen, ob es einen Unterschied zwischen ihnen gibt.
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Ist die Differenz zwischen einer vermuteten Unterbrechung bei den Bildern groß genug (z. B. größer als eine Schwellendifferenz), umfasst das Verfahren die Feststellung, dass es sich bei der vermuteten Unterbrechung um eine tatsächliche Unterbrechung handelt. Als Reaktion auf die Feststellung einer tatsächlichen Unterbrechung können zusätzliche Maßnahmen, wie z. B. die Durchführung einer weiteren Bildgebung und/oder Prüfung, oder Abhilfemaßnahmen, wie etwa die Reparatur oder der Austausch der Batteriezelle oder von Teilen derselben, durchgeführt werden.
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Es wird darauf hingewiesen, dass eine vermutete Unterbrechung möglicherweise nicht in allen Verformungszuständen leicht zu erkennen oder sichtbar ist. Zum Beispiel kann das erste Bild des Teils der Batteriezelle eine Unterbrechung aufweisen, während das zweite Bild die Unterbrechung nicht zeigt (d. h. die Unterbrechung ist verborgen). In diesem Beispiel erfolgt der Vergleich zwischen einer Stelle oder einem Bereich des ersten Bildes, die/der die vermutete Unterbrechung zeigt, und einer entsprechenden Stelle oder einem entsprechenden Bereich im zweiten Bild (wobei die Stellen oder Bereiche der beiden Bilder im Wesentlichen denselben Teil der Batteriezelle zeigen).
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Die hier beschriebenen Ausführungsformen bieten zahlreiche Vorteile und technische Wirkungen. Die Ausführungsformen bieten ein verbessertes Bewertungsverfahren, mit der Unterbrechungen erkannt werden können, die mit anderen Verfahren nur schwer zu erkennen sind. Die Ausführungsformen vereinfachen auch die Bewertung, indem sie eine Erkennung ermöglichen, ohne dass eine Batteriezelle auseinandergenommen oder zerlegt werden muss.
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1 zeigt ein Beispiel einer Pouch-Batteriezelle 10, die mit den hier beschriebenen Systemen und Verfahren geprüft oder analysiert werden kann. Es wird darauf hingewiesen, dass die Systeme und Verfahren nicht auf das konkrete Beispiel in 1 oder andere konkrete Batterietypen beschränkt sind.
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Die Batteriezelle 10 umfasst eine flexible Hülle oder einen Beutel 12, der so versiegelt ist, dass er eine Vielzahl von gestapelten Einheitszellen (Zellstapel) umschließt. Der Beutel 12 kann aus einer aluminiumkaschierten Folie oder einem anderen geeigneten Beutelmaterial bestehen. Jede Einheitszelle umfasst eine negative Elektrode bzw. Anode 14 und eine positive Elektrode bzw. Kathode 16. Die Anoden und Kathoden bestehen aus ausgewählten elektrisch leitenden Materialien und sind als dünne Platten oder Folien ausgebildet. Jede Einheitszelle enthält auch einen Separator 18 aus einem elektrisch isolierenden Material wie einem Polymer oder einer Keramik. Ein aktives Material 20, z. B. ein Lithiummaterial, ist im Beutel 12 zwischen den verschiedenen Schichten der Einheitszellen angeordnet.
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Wie in 1 dargestellt, erstreckt sich jede Anode 14 (auch als Anodenfolie bezeichnet) von den Einheitszellen weg, und die Anodenfolien 14 sind als Folienstapel 22 miteinander verbunden. Der Folienstapel 22 schweißt Folien zusammen, z. B. durch eine primäre Ultraschallschweißung. Der Folienstapel 22 ist wiederum über eine Schweißnaht 26 mit einer elektrisch leitenden Lasche 24 verbunden. Bei der Schweißnaht 26 kann es sich um eine feste Schweißnaht handeln, die durch Ultraschallschweißen entsteht, oder um eine Schmelzschweißnaht, die durch Laserschweißen entsteht, obwohl auch andere Metall-Metall-Verbindungsverfahren zum Einsatz kommen können. Die Lasche 24 in diesem Beispiel ist eine Minuspol-Lasche. Die Kathodenfolien 16 können in ähnlicher Weise an eine Pluspol-Lasche (nicht dargestellt) geschweißt werden, die sich zu einer Außenseite des Beutels 12 erstreckt.
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Die Ausführungsformen umfassen ein Verfahren zur zerstörungsfreien Erkennung von Unterbrechungen und anderen Defekten in einer Pouch-Batteriezelle wie der Zelle 10. Das Verfahren umfasst die Abbildung eines Teils einer Batteriezelle in mehreren Verformungszuständen und die Analyse der sich ergebenden Bilder, um eine oder mehrere Unterbrechungen zu erkennen. Beispielsweise wird ein erstes Bild aufgenommen, wenn sich die Batteriezelle in einem nicht verformten Zustand befindet, und das erste Bild wird analysiert, um mögliche Risse oder andere Unterbrechungen (auch als „vermutete Unterbrechungen“ bezeichnet) zu erkennen. Die Batteriezelle wird in einen verformten Zustand versetzt, in dem eine Lasche oder ein anderer Teil der Batteriezelle elastisch verformt wird. Wenn sich die Batteriezelle im verformten Zustand befindet, wird ein zweites Bild des Teils aufgenommen und analysiert. Die Bilder werden verglichen, um festzustellen, ob ein Riss oder eine andere Unterbrechung vorliegt, die behandelt werden sollte (eine tatsächliche Unterbrechung).
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Die Batteriezelle kann in einen verformten Zustand versetzt werden, indem ein Bauteil der Zelle dadurch elastisch verformt wird, dass eine bestimmte Kraft in einer bestimmten Richtung auf das Bauteil ausgeübt wird. Die Kraft wird so ausgeübt, dass die Verformung elastisch ist und das Bauteil nach Wegnahme der Kraft in seinen vorherigen Zustand zurückkehrt.
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Bei einer Ausführungsform wird die Batteriezelle 10 durch Biegen, Verdrehen, Ziehen oder sonstige Verformung der Lasche 24 verformt. 2 zeigt ein Beispiel einer solchen Verformung, bei der die Lasche 24 durch Biegen verformt wird. Die Lasche 24 kann so gebogen werden, dass sich die Lasche 24 in eine Richtung erstreckt, die einen Winkel relativ zu einer unverformten Achse der Lasche 24 und/oder der Batteriezelle 10 bildet (z. B. die Längsachse der Zelle oder die z-Achse gemäß 1 und 2). Die Lasche 24 kann zum Beispiel um etwa 10 Grad gebogen werden.
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Es wird darauf hingewiesen, dass jede gewünschte Komponente oder jeder Teil einer Batteriezelle verformt werden könnte. Beispielsweise kann die Batteriezelle 10 in einen Verformungszustand versetzt werden, indem Kraft auf das Beutelmaterial, ein Gehäuse und/oder auf eine oder mehrere Folien (z. B. zwischen einer Einheitszelle und der Lasche 24) ausgeübt wird.
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Eine Batteriezelle wie die Zelle 10 kann in verschiedenen Verformungszuständen mit jeder beliebigen Bildgebungstechnik abgebildet werden. Beispielsweise können Batteriezellen mit Hilfe von Tomographieverfahren wie Röntgenphotographie, Magnetresonanz-, Mikrowellen-, Neutronentomographie usw. abgebildet werden. Die Röntgentomographie umfasst die Direktradiographie und die Röntgen-Computertomographie (CT). Andere Arten der Bildgebung, die verwendet werden können, sind die optische Bildgebung sowie Radar- und Ultraschallaufnahmen usw.
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Bei einer Ausführungsform werden die Batteriezellen mittels Direktradiographie abgebildet, die relativ schnell ist und gleichzeitig eine ausreichende Auflösung für die Erkennung von Unterbrechungen bietet. Die Röntgen-Computertomographie kann aufgrund der begrenzten Auflösung und Zykluszeit ungeeignet sein. Sowohl bei der Röntgen-Computertomographie als auch bei der Direktradiographie (DR) gibt es bekanntermaßen Schwierigkeiten bei der Erkennung von Unterbrechungen wie Folienrissen in Batteriezellen, einschließlich Rissen an oder in der Nähe von Schweißnähten. Unterbrechungen aufgrund von Sprüngen und Rissen in Batteriezellenfolien sind aufgrund der relativ geringen Änderungen bei der Röntgenstrahlenschwächung zwischen nicht durchgehenden und durchgehenden Bereichen schwer zu erkennen. Der Einsatz von Direktradiographie in Verbindung mit der Verformung und/oder Bildverarbeitung, wie weiter unten erörtert, erhöht die Erkennbarkeit dieser Unterbrechungen.
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Die aufgenommenen Bilder können mit einer oder mehreren Techniken nachbearbeitet werden, um den Kontrast oder die Sichtbarkeit von vermuteten Unterbrechungen zu erhöhen oder die Erkennung ansonsten zu erleichtern. Beispiele für Nachbearbeitungstechniken sind die digitale Filterung (z. B. Wallis-Filter, Embossfilter, Kantenerkennung usw.) und die Histogramm-Gewichtung zur Erhöhung des Unterbrechungskontrasts. In einigen Fällen ist eine Nachbearbeitung nicht erforderlich oder erwünscht, z. B. wenn die aufgenommenen Bilder Unterbrechungen mit ausreichendem Kontrast und ausreichender Sichtbarkeit aufweisen.
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Im Anschluss an die Aufnahme und/oder Bildnachbearbeitung werden die Bilder analysiert, um vermutete Unterbrechungen wie Risse, Falten, Trennungen oder andere Schäden zu erkennen. Diese Analyse kann automatisch erfolgen. Bei einer Ausführungsform erfolgt die Bildanalyse mit Hilfe eines oder mehrerer Verfahren des maschinellen Lernens, der künstlichen Intelligenz und/oder des maschinellen Sehens. Beispiele für Verfahren, die bei der Erkennung von Unterbrechungen zum Einsatz kommen können, sind Objektverfolgung, digitale Bildkorrelation, neuronale Netze, Classifier, überwachtes und unüberwachtes maschinelles Lernen, Bildkreuzkorrelation, Histogramm von Gradienten und andere. Dabei kann jede Kombination der oben genannten Techniken und Verfahren zum Einsatz kommen.
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Die aufgenommenen Bilder werden basierend auf der Erkennung einer oder mehrerer vermuteter Unterbrechungen in einem oder mehreren der aufgenommenen Bilder verglichen, um festzustellen, ob es eine Veränderung bei den vermuteten Unterbrechungen oder bei den aufgenommenen Bildern gibt, weil sich die Batteriezelle in verschiedenen Verformungszuständen befindet. So wird beispielsweise eine vermutete Unterbrechung in einem Bereich eines Bildes der Batteriezelle in einem Verformungszustand mit einem entsprechenden Bereich eines anderen Bildes der Batteriezelle in einem anderen Verformungszustand verglichen. Wenn es einen Unterschied gibt und dieser groß genug ist, umfasst das Verfahren die Feststellung, dass es sich bei den vermuteten Unterbrechungen um tatsächliche Unterbrechungen handelt. Bei dem Unterschied kann es sich um einen Größen-, Längen- oder Breitenunterschied oder einen Unterschied hinsichtlich der Form oder sonstigen Geometrie einer vermuteten Unterbrechung bei verschiedenen Bildern handeln. In einigen Fällen besteht der Unterschied zwischen einem Bildbereich, in dem eine vermutete Unterbrechung sichtbar ist, und einem entsprechenden Bereich in einem anderen Bild, in dem die vermutete Unterbrechung nicht sichtbar ist. Beispielsweise kann ein vermuteter Folienriss als tatsächlicher Folienriss betrachtet werden, wenn der Unterschied in der Länge und/oder Breite des Risses zwischen den Bildern am oder über einem Schwellenwert liegt oder wenn der Riss in einem Verformungszustand sichtbar, in einem anderen Verformungszustand jedoch nicht sichtbar ist. Der Vergleich von Bildern kann eines oder mehrere der oben genannten Bildverarbeitungsverfahren umfassen.
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3A-3C zeigen ein Beispiel eines Bildgebungssystems 30, das zur Ausführung verschiedener hier beschriebener Funktionen verwendet werden kann. Das Bildgebungssystem 30 umfasst eine Stützstruktur oder Haltevorrichtung 32 zur ortsfesten Befestigung einer Batteriezelle (z. B. der Batteriezelle 10). Eine Bildgebungseinheit, z. B. eine direkte Röntgentomographieeinheit 34, wird so positioniert und ausgerichtet, dass sie mindestens einen Teil der Batteriezelle abbildet, z. B. einen Teil der Zelle, der einen Folienstapel, eine Lasche und eine Schweißnaht umfasst. Eine Verformungsanordnung 36 umfasst eine Stützstruktur 38 und ein Verformungs- oder Biegeelement, wie z. B. eine Kunststoffscheibe 40, die mit einem Stellglied (nicht dargestellt) verbunden ist.
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Wie in 4 dargestellt, umfasst die Tomographieeinheit 34 eine Röntgenquelle 44 und einen Röntgendetektor 42. Bilder können von der Seite der Batteriezelle 10 aus aufgenommen werden (z. B. wenn die Röntgenquelle entlang der x-Achse ausgerichtet ist), wie in 4 dargestellt, sie können aber auch aus jeder beliebigen Richtung und mit jeder gewünschten Ausrichtung aufgenommen werden.
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5-7 zeigen ein Beispiel einer Verformung eines Teils der Batteriezelle 10 sowie Bilder der Batteriezelle 10 in verschiedenen Verformungszuständen. Die Batteriezelle 10 wird in zwei Verformungszustände versetzt und in jedem Zustand abgebildet. 5 zeigt ein Beispiel, wie die Verformungszustände erreicht werden. In diesem Beispiel befindet sich die Batteriezelle 10 in einem ersten Verformungszustand, in dem die Lasche 24 um einen Winkel von etwa plus 10 Grad (+10°) in Bezug auf die z- oder Längsachse der Batteriezelle 10 gebogen ist, und in einem zweiten Verformungszustand, in dem die Lasche 24 um einen Winkel von etwa minus 10 Grad (-10°) gebogen ist.
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6 zeigt ein mittels Direktradiographie aufgenommenes Bild 50 (auch einfach als Röntgenbild bezeichnet), das aufgenommen wurde, als sich die Batteriezelle 10 im ersten Verformungszustand (um +10° gebogene Lasche) befand, und 7 zeigt ein Röntgenbild 52, das aufgenommen wurde, als sich die Batteriezelle 10 im zweiten Verformungszustand (um -10° gebogene Lasche) befand. Jedes Bild zeigt Teile der Batteriezelle 10, darunter einen Teil eines Elektrodenstapels 54 (mit verschiedenen Anodenfolienschichten, Kathodenfolienschichten und Separatoren), einen Teil der Anodenfolien 14 und einen Schweißbereich 56 (gebildet durch die Schweißnaht 26).
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Jedes Bild zeigt auch Unterbrechungen in Form einer vermuteten Folienfalte 58 und eines vermuteten Risses 60. Wie man sieht, hat der vermutete Riss 60 eine andere Breite, wenn die Lasche um +10° gebogen ist (6), als wenn die Lasche um -10° gebogen ist (7). Anhand dieses Unterschieds kann festgestellt werden, dass es sich bei dem vermuteten Riss 60 um einen tatsächlichen Riss handelt.
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8A-8B zeigen Beispiele von Röntgenbildern, die gemäß den hier beschriebenen Ausführungsformen aufgenommen wurden. Diese Beispiele veranschaulichen, wie eine Verformung und Nachbearbeitung vermutete Unterbrechungen hervorheben und ihre Erkennung erleichtern kann.
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8A zeigt ein Beispiel eines Bildes 70 der Batteriezelle 10 in einem verformten Zustand und vor der Nachbearbeitung, und 8B zeigt ein Bild 72 der Batteriezelle 10 im verformten Zustand nach der Nachbearbeitung. In diesem Beispiel wurde das Bild 72 mit Hilfe eines Wallis-Filters und eines Embossfilters gefiltert. Wie zu sehen ist, zeigen sich beim Biegen und bei der Nachbearbeitung eine Reihe von Unterbrechungen 74 entlang einer Schweißnaht an einem Rand des Schweißbereichs 56. Solche internen Unterbrechungen lassen sich nicht mittels Sichtprüfung oder mit Hilfe eines optischen Bildes erkennen und sind auch mittels Radiographie allein nur schwer zu entdecken.
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9 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens 90 zur Bewertung einer Batteriezelle und/oder zur Erkennung von Unterbrechungen. Aspekte des Verfahrens 90 können von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass das Verfahren 90 von jedem geeigneten Verarbeitungsgerät oder -system oder einer Kombination von Verarbeitungsgeräten durchgeführt werden kann.
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Das Verfahren 90 umfasst eine Reihe von Schritten oder Stufen, die durch die Blöcke 91-100 dargestellt werden. Das Verfahren 90 ist nicht auf die Anzahl oder die Reihenfolge der darin enthaltenen Schritte beschränkt, da einige der durch die Blöcke 91-100 dargestellten Schritte in einer anderen als der unten beschriebenen Reihenfolge durchgeführt werden können, oder es können auch weniger als alle Schritte durchgeführt werden.
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Aspekte des Verfahrens werden in Verbindung mit der Batteriezelle 10 in Verformungszuständen, wie in 1 und 2 dargestellt, zur Veranschaulichung erläutert. Das Verfahren 90 ist nicht darauf beschränkt und kann mit jedem Batteriezellentyp und mit einer beliebigen Anzahl von verschiedenen Verformungszuständen angewendet werden.
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Bei Block 91 werden Bilder einer Batteriezelle in verschiedenen Verformungszuständen aufgenommen. Die Bilder können mit einem Röntgenverfahren wie der Direktradiographie oder einer anderen geeigneten Modalität aufgenommen werden. Beispiele für andere Arten von Bildern sind optische Bilder, Radarbilder, Ultraschallbilder und andere.
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So wird beispielsweise ein erstes Bild der Batteriezelle 10 in einem unverformten Zustand aufgenommen (siehe 1). Ein zweites Bild der Batteriezelle 10 wird in einem verformten Zustand aufgenommen, in dem die Batteriezellenlasche 24 bis zu einem bestimmten Grad gebogen oder anderweitig elastisch verformt wurde. Es können zusätzliche Bilder in anderen Verformungszuständen aufgenommen werden. Die Anzahl der Bilder, die aufgenommen werden können, und die Anzahl und Art der Verformungszustände sind nicht auf die hier erörterten Beispiele beschränkt.
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Die Bilder können optional bearbeitet werden, um die Sichtbarkeit von vermuteten Unterbrechungen und/oder anderen Merkmalen der Batteriezelle zu erhöhen. Bei Block 92 werden zum Beispiel ein oder mehrere Filter wie etwa ein Wallis-Filter und/oder ein Embossfilter angewendet. In einem anderen Beispiel wird bei Block 93 eine Histogramm-Gewichtung auf jedes Bild angewendet.
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Bei Block 94 werden die Bilder analysiert, um nach vermuteten Unterbrechungen zu suchen. Die Analyse kann mittels Sichtprüfung der Bilder und/oder durch maschinelle Lerntechniken oder andere Bildanalysetechniken erfolgen. Bei Block 95 wird festgestellt, ob vermuteten Unterbrechungen entdeckt wurden. Wenn nicht, wird das Verfahren beendet (Block 96).
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Wird eine bzw. werden mehrere vermutete Unterbrechungen erkannt, so werden bei Block 97 das erste und das zweite Bild verglichen, um festzustellen, ob es einen Unterschied zwischen den vermuteten Unterbrechungen im ersten Bild und den vermuteten Unterbrechungen im zweiten Bild gibt oder ob es einen Unterschied zwischen entsprechenden Bereichen im ersten Bild und im zweiten Bild gibt (z. B. wenn die vermuteten Unterbrechungen in einem bestimmten Bild nicht sichtbar sind). Beispielsweise kann ein Algorithmus zur Objektverfolgung verwendet werden, um festzustellen, ob und in welchem Ausmaß eine Expansion und Kontraktion eines vermuteten Risses zwischen den Bildern besteht. Anhand dieses Vergleichs wird festgestellt, ob die vermuteten Unterbrechungen tatsächliche Unterbrechungen sind (Block 98).
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Werden in Block 99 tatsächliche Unterbrechungen festgestellt, werden sie als Defekt eingestuft. Die Batteriezelle 10 kann dann ersetzt oder repariert werden. Werden die vermuteten Unterbrechungen nicht als tatsächliche Unterbrechungen angesehen, können bei Block 100 andere Erkennungsalgorithmen oder Prüfverfahren verwendet werden, um zu bestätigen, ob sich die vermuteten Unterbrechungen negativ auf den Betrieb oder die Lebensdauer der Batterie auswirken werden.
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10 zeigt ein Beispiel eines Bildes 110, das von einem Teil einer Batteriezelle 112 aufgenommen wurde. Die Batteriezelle 112 umfasst eine Lasche 114, einen Folienstapel 116, einen Schweißbereich 118 und eine Schweißnaht 120. Das Bild 110 wurde mittels Direktradiographie in einem verformten Zustand aufgenommen, in dem die Lasche um einen ausgewählten Winkel (z. B. 10 Grad) gebogen war.
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Das Bild 110 wurde außerdem durch Filterung bearbeitet, um den Kontrast und die Sichtbarkeit von Unterbrechungen zu erhöhen. Das Bild 110 zeigt mehrere vermutete Unterbrechungen in Form von vermuteten Rissen 122. Es können weitere Bilder in verschiedenen Verformungszuständen aufgenommen, verarbeitet und gemäß dem Verfahren 90 verglichen werden, um festzustellen, ob es sich bei einem oder mehreren der vermuteten Risse um tatsächliche Risse handelt.
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Die hier beschriebenen Systeme und Verfahren können auf verschiedene Batterietypen angewendet werden. Bei einer Ausführungsform können die bewerteten Batteriezellen Zellen sein, die in Elektro- und/oder Hybridfahrzeugen verwendet werden; die Systeme und Verfahren sind jedoch nicht darauf beschränkt.
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11 zeigt Aspekte einer Ausführungsform eines Computersystems 140, das verschiedene Aspekte der hier beschriebenen Ausführungsformen ausführen kann. Das Computersystem 140 umfasst mindestens ein Verarbeitungsgerät 142, das im Allgemeinen einen oder mehrere Prozessoren zur Durchführung von Aspekten der hier beschriebenen Bildaufnahme- und -analyseverfahren umfasst.
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Zu den Bestandteilen des Computersystems 140 gehören das Verarbeitungsgerät 142 (wie ein oder mehrere Prozessoren oder Verarbeitungseinheiten), ein Speicher 144 und ein Bus 146, der verschiedene Systemkomponenten einschließlich des Systemspeichers 144 mit dem Verarbeitungsgerät 142 verbindet. Der Systemspeicher 144 kann eine Vielzahl von mit dem Computersystem lesbaren Medien umfassen. Bei diesen Medien kann es sich um alle verfügbaren Medien handeln, auf die das Verarbeitungsgerät 142 zugreifen kann, und zwar sowohl um flüchtige als auch nichtflüchtige Medien sowie um entfernbare und nicht entfernbare Medien.
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Der Systemspeicher 144 umfasst beispielsweise einen nichtflüchtigen Speicher 148 wie etwa eine Festplatte und kann auch einen flüchtigen Speicher 150 wie etwa einen Arbeitsspeicher (RAM) und/oder einen Cache-Speicher umfassen. Das Computersystem 140 kann auch andere entfernbare/nicht entfernbare, flüchtige/nicht flüchtige Speichermedien des Computersystems umfassen.
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Der Systemspeicher 144 kann mindestens ein Programmprodukt mit einem Satz (z. B. mindestens einem) von Programmmodulen umfassen, die dazu ausgebildet sind, Funktionen der hier beschriebenen Ausführungsformen auszuführen. So speichert der Systemspeicher 144 beispielsweise verschiedene Programmmodule, die im Allgemeinen die Funktionen und/oder Methodiken der hier beschriebenen Ausführungsformen ausführen. Ein oder mehrere Module 152 können zur Durchführung von Funktionen im Zusammenhang mit der Bilderfassung enthalten sein. Ein Bildanalysemodul 154 kann für die Nachbearbeitung von Bildern und/oder den Vergleich von Bildern, wie hier beschrieben, enthalten sein. Das System 140 ist aber nicht darauf beschränkt, da auch andere Module enthalten sein können. Der Begriff „Modul“ im hier verwendeten Sinne bezieht sich auf eine Verarbeitungsschaltung, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam, dediziert oder Gruppe) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten umfassen kann, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
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Das Verarbeitungsgerät 142 kann auch mit einem oder mehreren externen Geräten 156 wie einer Tastatur, einem Zeigegerät und/oder anderen Geräten (z. B. Netzwerkkarte, Modem usw.) kommunizieren, die es dem Verarbeitungsgerät 52 ermöglichen, mit einem oder mehreren anderen Computergeräten zu kommunizieren. Die Kommunikation mit verschiedenen Geräten kann über die Eingabe-/Ausgabeschnittstellen (E/A-Schnittstellen) 164 und 165 erfolgen.
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Das Verarbeitungsgerät 142 kann über einen Netzwerkadapter 168 auch mit einem oder mehreren Netzwerken 166 wie einem lokalen Netzwerk (LAN), einem allgemeinen Weitverkehrsnetzwerk (WAN), einem Busnetzwerk und/oder einem öffentlichen Netzwerk (z. B. dem Internet) kommunizieren. Es versteht sich von selbst, dass auch andere Hardware- und/oder Softwarekomponenten in Verbindung mit dem Computersystem 40 verwendet werden können, auch wenn sie nicht dargestellt sind. Beispiele hierfür sind u. a.: Mikrocode, Gerätetreiber, redundante Verarbeitungseinheiten, externe Festplattenanordnungen, RAID-Systeme, Datenarchivierungssysteme usw.
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Obschon die obige Offenbarung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausgestaltungen beschrieben wurde, ist es unter Fachleuten bekannt, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und gleichwertige Elemente ersetzt werden können, ohne von ihrem Umfang abzuweichen. Darüber hinaus können viele Änderungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von ihrem wesentlichen Umfang abzuweichen. Daher soll die vorliegende Offenbarung nicht auf die konkret offenbarten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern alle Ausführungsformen umfassen, die in ihren Anwendungsbereich fallen.
