DE102022128581A1

DE102022128581A1 - Device and method for positioning battery cells in battery module and battery system production

Info

Publication number: DE102022128581A1
Application number: DE102022128581.2A
Authority: DE
Inventors: Piotr Wrzuszczak; Jan Teuwsen; Kristian Lippky
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2022-10-27
Filing date: 2022-10-27
Publication date: 2024-05-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) und ein Verfahren zum Positionieren von Batteriezellen (12) in der Batteriemodul- und Batteriesystemfertigung.Es ist vorgesehen, dass das die Terminalabstände zwischen den Terminals (18) einer Batteriezelle (12) während des Greifens der Batteriezelle (12) ermittelt werden und basierend auf den ermittelten Terminalabständen eine toleranzminimierende Positionierung der Batteriezellen (12) in Bezug zueinander erfolgt, um die Produktionskosten in der Batteriemodul- und Batteriesystemfertigung zu verringern und die Verschweißungsqualität zwischen den Terminals und den Stromschienen zu verbessern.The invention relates to a device (10) and a method for positioning battery cells (12) in battery module and battery system production. It is provided that the terminal distances between the terminals (18) of a battery cell (12) are determined during gripping of the battery cell (12) and, based on the determined terminal distances, a tolerance-minimizing positioning of the battery cells (12) in relation to one another takes place in order to reduce production costs in battery module and battery system production and to improve the welding quality between the terminals and the busbars.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Positionieren von Batteriezellen in der Batteriemodul- und Batteriesystemfertigung. Bei den Batteriezellen handelt es sich vorzugsweise um Lithium-Ionen-Batteriezellen, die sich insbesondere zu einem Batteriezellenriegel anordnen lassen, um in der Elektromobilität, insbesondere in Form eines Batteriepacks, Anwendung zu finden.The invention relates to a device and a method for positioning battery cells in battery module and battery system production. The battery cells are preferably lithium-ion battery cells, which can be arranged in particular to form a battery cell bar in order to be used in electromobility, in particular in the form of a battery pack.

Batteriepacks umfassen eine Vielzahl von Batteriezellenriegel (-stapeln oder -stacks), die elektrisch miteinander kontaktiert werden, um elektrische Energie aufzunehmen, zu speichern und nach Bedarf abzugeben. Die einzelnen Batteriezellenriegel sind wiederum aus einer Vielzahl von miteinander verschalteten Batteriezellen aufgebaut. Zur elektrischen Kontaktierung der Batteriezellen werden deren gleichpoligen Terminals mit Stromschienen (bus bars) verschweißt. In der Batteriemodul- und Batteriesystemfertigung weisen die zum Anschweißen der Stromschienen in den Batteriezellenriegeln positionierten Batteriezellen toleranzbedingte Positionierungsdifferenzen auf, die zum Teil erhebliche Spalte zwischen den Terminals der Batteriezellen bedingen können. Beim Verschweißen der Stromschienen mit den Terminals der Batteriezellen sind große Spalte allerdings äußerst problematisch. Die sich durch die Toleranzen ergebenden Produktanforderungen sind entsprechend hoch und dadurch kostenintensiv.Battery packs comprise a large number of battery cell bars (stacks) that are electrically connected to one another in order to absorb, store and release electrical energy as required. The individual battery cell bars are in turn made up of a large number of battery cells that are interconnected. To electrically contact the battery cells, their terminals with the same polarity are welded to bus bars. In battery module and battery system production, the battery cells positioned in the battery cell bars for welding to the bus bars exhibit positioning differences due to tolerances, which can sometimes result in significant gaps between the battery cell terminals. However, large gaps are extremely problematic when welding the bus bars to the battery cell terminals. The product requirements resulting from the tolerances are correspondingly high and therefore cost-intensive.

Daher ist es wünschenswert, die bei der Batteriemodul- und Batteriesystemfertigung auftretenden Toleranzen zu verringern, um die Produktionskosten zu senken oder möglichst gering zu halten und die Verschweißungsqualität zwischen den Terminals und den Stromschienen zu verbessern.It is therefore desirable to reduce the tolerances occurring during battery module and battery system manufacturing in order to reduce or minimize production costs and to improve the welding quality between the terminals and the busbars.

Zur Verringerung von auftretenden Toleranzen der Batteriezellen ist die Verwendung von Anschlägen bekannt, an welchen die Batteriezellen beim Zusammenbau zum Batteriezellriegel einseitig bündig angeordnet werden. Vorteilhaft können die Terminals auf der bündig angeordnete Seite der Batteriezellen mit Stromschienen verschweißt werden. Beim Verschweißen der Stromschienen mit den Terminals der dem Anschlag gegenüberliegenden Seite der Batteriezellen treten hingegen erhebliche Probleme auf, da in der Folge der Positionierung am Anschlag auf der dem Anschlag gegenüberliegenden Seite erhebliche toleranzbedingte Spalte auftreten.To reduce tolerances that occur in the battery cells, the use of stops is known, on which the battery cells are arranged flush on one side when assembling the battery cell bar. The terminals on the flush side of the battery cells can advantageously be welded to busbars. However, when welding the busbars to the terminals on the side of the battery cells opposite the stop, considerable problems arise, since as a result of positioning on the stop, considerable gaps due to tolerances occur on the side opposite the stop.

Darüber hinaus ist aus dem Toleranzmanagement die Verwendung eines Referenzpunktsystems (RPS) bekannt. RPS dient der Fehlervermeidung und führt daher zu RPS-Toleranzen, die unter anderem die für die Positionierung und Bewegung der Einzelteile, Baugruppen oder Gesamtsystemen erforderlichen Mindestabstände zueinander berücksichtigen. Allerdings bietet die RPS-Lösung auch nur eine starre Möglichkeit zum Anordnen der Batteriezellen in einem Batteriezellenriegel an, welche die Formvariabilität der Batteriezellen, insbesondere im Zustand bei der Weiterverarbeitung der Batteriezellen mit unterschiedlichen Lagerdauern und Ladezuständen, nicht mehr akkurat darstellen.In addition, the use of a reference point system (RPS) is known from tolerance management. RPS serves to avoid errors and therefore leads to RPS tolerances, which, among other things, take into account the minimum distances required for the positioning and movement of the individual parts, assemblies or entire systems. However, the RPS solution also only offers a rigid option for arranging the battery cells in a battery cell bar, which no longer accurately represents the shape variability of the battery cells, especially in the state during further processing of the battery cells with different storage times and charge states.

Da sich die einzelnen Toleranzen, beispielsweise Fertigungs-, Produktions- und RPS-Toleranzen, im Wesentlichen aufaddieren, führen die im Stand der Technik auftretenden hohen Anzahlen von RPS-Toleranzen insgesamt zu hohen Kosten in der Positionier- und Fertigungstechnik.Since the individual tolerances, such as manufacturing, production and RPS tolerances, essentially add up, the high numbers of RPS tolerances occurring in the state of the art lead overall to high costs in positioning and manufacturing technology.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die mit der Batteriemodul- und Batteriesystemfertigung verbundenen Produktionskosten zu verringern.The invention is based on the object of reducing the production costs associated with battery module and battery system production.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Positionieren von Batteriezellen in der Batteriemodul- und Batteriesystemfertigung gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweils rückbezogenen Unteransprüche.The object according to the invention is achieved by a device and a method for positioning battery cells in battery module and battery system production according to the independent claims. Preferred developments are the subject of the respective dependent claims.

Ein Aspekt betrifft eine Vorrichtung zum Positionieren von Batteriezellen in der Batteriemodul- und Batteriesystemfertigung. Die Vorrichtung umfasst einen (ersten) Greifer, der dazu eingerichtet ist, eine Batteriezelle aufzunehmen, eine Sensoreinheit, die dazu eingerichtet ist, einen Terminalabstand zwischen den Terminals, insbesondere zwischen den außenliegenden Seiten der Terminals, einer in dem Greifer angeordneten Batteriezelle zu erfassen, und eine Steuereinheit. Die Terminals der Batteriezelle entsprechen den elektrischen Kontakten der Batteriezelle, welche in einem Batteriezellenriegel mittels Stromschienen in Reihen- oder Parallelschaltung verbunden werden. Bei handelsüblichen Batteriezellen wie Rundzellen oder prismatischen Zellen sind die Terminals auf gegenüberliebenden Seitenflächen angeordnet. Der Greifer ist bevorzugt dazu eingerichtet, die Batteriezelle an ihren Terminalseiten aufzunehmen. Die Terminalseiten sind im Vergleich zur übrigen Hülle der Batteriezelle besonders robust.One aspect relates to a device for positioning battery cells in battery module and battery system production. The device comprises a (first) gripper which is designed to pick up a battery cell, a sensor unit which is designed to detect a terminal distance between the terminals, in particular between the outer sides of the terminals, of a battery cell arranged in the gripper, and a control unit. The terminals of the battery cell correspond to the electrical contacts of the battery cell, which are connected in a battery cell bar by means of busbars in series or parallel. In commercially available battery cells such as round cells or prismatic cells, the terminals are arranged on opposite side surfaces. The gripper is preferably designed to pick up the battery cell on its terminal sides. The terminal sides are particularly robust compared to the rest of the casing of the battery cell.

Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, den Greifer zum Aufnehmen einer Batteriezelle anzusteuern, einen Terminalabstand zwischen den Terminals einer in dem Greifer angeordneten Batteriezelle unter Verwendung der Sensoreinheit zu ermitteln, und den Greifer zum Ablegen der Batteriezelle in einer Ablageposition anzusteuern. Die Steuereinheit ist ferner dazu eingerichtet, die Ablageposition der in dem Greifer angeordneten Batteriezelle basierend auf den ermittelten Terminalabständen der in dem Greifer angeordneten Batteriezelle und einer zuvor abgelegten Batteriezelle und deren Ablageposition zu bestimmen. Mit anderen Worten ist erfindungsgemäß eine echtzeitbasierte toleranzausgleichende Positionierung der Batteriezellen basierend auf einer „In-line“-Messdatenerfassung möglich. Durch die „In-line“-Ermittlung der Terminalabstände kann die Anzahl an für die Produktion von Zellstapeln erforderlichen RPS-Toleranzen verringert werden oder die Produktion von Zellstapeln auch RPS-frei erfolgen. Mithin werden zwei Verfahrensschritte, nämlich das Greifen der Batteriezelle und das Ermitteln des Terminalabstands der gegriffenen Batteriezelle, in einem Verfahrensschritt kombiniert, wodurch sich Zeit- und Kostenersparnisse für die Batteriemodul- und Batteriesystemfertigung ergeben. Mit anderen Worten bietet die vorliegende Erfindung insbesondere eine integrierte Greiferlösung mit Messtechnik und Messdatenerfassung zur Berechnung einer detaillierten Ablageposition basierend auf den auftretenden Batteriezellentoleranzen.The control unit is designed to control the gripper to pick up a battery cell, to determine a terminal distance between the terminals of a battery cell arranged in the gripper using the sensor unit, and to control the gripper to place the battery cell in a storage position. The control unit is further designed to determine the storage position of the battery arranged in the gripper cell based on the determined terminal distances of the battery cell arranged in the gripper and a previously deposited battery cell and its deposit position. In other words, according to the invention, a real-time-based tolerance-compensating positioning of the battery cells based on an "in-line" measurement data acquisition is possible. By "in-line" determining the terminal distances, the number of RPS tolerances required for the production of cell stacks can be reduced or the production of cell stacks can also be carried out without RPS. Thus, two process steps, namely gripping the battery cell and determining the terminal distance of the gripped battery cell, are combined in one process step, which results in time and cost savings for battery module and battery system production. In other words, the present invention offers in particular an integrated gripper solution with measurement technology and measurement data acquisition for calculating a detailed deposit position based on the battery cell tolerances that occur.

Die Vorrichtung umfasst bevorzugt ferner eine mit der Steuereinheit verbundene Speichereinheit, in welche die zu den aufgenommenen Batteriezellen ermittelten Terminalabstände und Ablagepositionen durch die Steuereinheit hinterlegt werden. Die Steuereinheit ist bevorzugt ferner dazu eingerichtet, den Greifer zum Ablegen der Batteriezelle, insbesondere zum direkten Ablegen der Batteriezelle, in einen Batteriezellenriegel, -stapel oder -block (im Nachfolgenden nur noch Batteriezellenriegel) anzusteuern. Das direkte Ablegen der Batteriezelle in den Batteriezellenriegel reduziert die für die Batteriemodul- und Batteriesystemfertigung benötigten Arbeitsschritte und somit die Produktionskosten.The device preferably further comprises a storage unit connected to the control unit, in which the terminal distances and storage positions determined for the battery cells received are stored by the control unit. The control unit is preferably further configured to control the gripper for depositing the battery cell, in particular for directly depositing the battery cell, in a battery cell bar, stack or block (hereinafter referred to as battery cell bar). The direct deposit of the battery cell in the battery cell bar reduces the work steps required for battery module and battery system production and thus the production costs.

In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Steuereinheit ferner dazu eingerichtet ist, die Ablageposition(en) der Batteriezelle(n) derart zu bestimmen, dass die abgelegten Batteriezellen parallel zueinander und entlang einer orthogonalen Mittelpunktsachse zentriert angeordnet sind. Mit anderen Worten befinden sich die Mittelpunkte der Terminalabstände der abgelegten Batteriezellen hierbei auf der zu den parallel angeordneten Batteriezellen orthogonal verlaufenden Mittelpunktgeraden. Gegenüber der Ausrichtung der Batteriezellen an einem Anschlag oder mittels RPS, bei welchen lediglich eine Toleranzoptimierung bezüglich einer Terminalseite der Batteriezellen erfolgt, während die gegenüberliegende Terminalseite übermäßig starke Toleranzen aufweist, erlaubt eine auf die Mitte der Batteriezellen zentrierte Anordnung die auftretenden Batteriezellentoleranzen bezüglich beiden Terminalseiten zu optimieren. Ferner erlaubt dieses Vorgehen ein direktes Ablegen der in dem Greifer angeordneten Batteriezelle in einem Batteriezellenriegel auf Basis des ermittelten Terminalabstands. Durch eine mittig zentrierte Anordnung kann die Verschweißungsqualität zwischen den Terminals und den Stromschienen verbessert werden.In a preferred embodiment, it is provided that the control unit is further configured to determine the storage position(s) of the battery cell(s) such that the stored battery cells are arranged parallel to one another and centered along an orthogonal center axis. In other words, the centers of the terminal distances of the stored battery cells are located on the center line that runs orthogonally to the parallel battery cells. In contrast to aligning the battery cells on a stop or using RPS, in which only tolerance optimization is carried out with respect to one terminal side of the battery cells, while the opposite terminal side has excessively large tolerances, an arrangement centered on the center of the battery cells allows the occurring battery cell tolerances to be optimized with respect to both terminal sides. Furthermore, this procedure allows the battery cell arranged in the gripper to be placed directly in a battery cell bar based on the determined terminal distance. A centered arrangement can improve the welding quality between the terminals and the busbars.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Ablageposition der Batteriezellen derart zu bestimmen, dass die Batteriezellen parallel zueinander und in auf- oder absteigender Reihenfolge bezogen auf die ermittelten Terminalabstände angeordnet sind. Eine auf- oder absteigende Reihenfolge der positionierten Batteriezellen hat den Vorteil, dass die Toleranzen der benachbarten Batteriezellen möglichst klein sind, um ein unproblematisches Verschweißen der Terminals der Batteriezellen zu ermöglichen. Hierdurch wird die Verschweißungsqualität zwischen den Terminals und den Stromschienen verbessert. Besonders vorteilhaft ist die auf- oder absteigende Reihenfolge bei einer Zentrierung der Batteriezellen entlang der obigen orthogonalen Mittelpunktachse.In a further preferred embodiment, it is provided that the control unit is set up to determine the storage position of the battery cells in such a way that the battery cells are arranged parallel to one another and in ascending or descending order based on the determined terminal distances. An ascending or descending order of the positioned battery cells has the advantage that the tolerances of the neighboring battery cells are as small as possible in order to enable the terminals of the battery cells to be welded together without problems. This improves the welding quality between the terminals and the busbars. The ascending or descending order is particularly advantageous when the battery cells are centered along the above orthogonal center axis.

Bevorzugt umfasst die Vorrichtung einen weiteren (zweiten) Greifer, der dazu eingerichtet ist, eine Batteriezelle aufzunehmen. Die Steuereinheit ist dann ferner dazu eingerichtet, unter Verwendung des (ersten) Greifers die Batteriezellen in einem Pufferbereich abzulegen, die auf- oder absteigende Reihenfolge der in dem Pufferbereich abgelegten Batteriezellen bezogen auf die ermittelten Terminalabstände zu bestimmen und den weiteren (zweiten) Greifer derart anzusteuern, dass dieser wenigstens eine, bevorzugt eine Vielzahl, besonders bevorzugt sämtliche, von den in dem Pufferbereich abgelegten Batteriezellen aufnimmt und gemäß der bestimmten auf- oder absteigenden Reihenfolge ablegt, bevorzugt in einen Batteriezellenriegel ablegt, insbesondere direkt in einen Batteriezellenriegel ablegt. Der Pufferbereich dient zum Zwischenlagern der abgelegten Batteriezellen, deren Terminalabstände ermittelt wurden, so dass eine optimierte Anordnung, beispielsweise die auf- oder absteigende Reihenfolge, der in dem Pufferbereich abgelegten Batteriezellen bestimmt werden kann. Der weitere Greifer ist bevorzugt dazu eingerichtet, einen oder eine Vielzahl von Batteriezellen während eines Verfahrensschritts aufzunehmen.The device preferably comprises a further (second) gripper which is designed to pick up a battery cell. The control unit is then further designed to deposit the battery cells in a buffer area using the (first) gripper, to determine the ascending or descending order of the battery cells deposited in the buffer area in relation to the determined terminal distances and to control the further (second) gripper in such a way that it picks up at least one, preferably a plurality, particularly preferably all of the battery cells deposited in the buffer area and deposits them according to the determined ascending or descending order, preferably in a battery cell bar, in particular directly in a battery cell bar. The buffer area serves for the temporary storage of the deposited battery cells whose terminal distances have been determined, so that an optimized arrangement, for example the ascending or descending order, of the battery cells deposited in the buffer area can be determined. The further gripper is preferably designed to pick up one or a plurality of battery cells during a method step.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Steuereinheit ferner dazu eingerichtet ist, die Batteriezellen in Abhängigkeit der ermittelten Terminalabstände selektiv in eine Vielzahl von Batteriezellenriegel abzulegen, insbesondere derart, dass jeder Batteriezellenriegel der Vielzahl von Batteriezellenriegel für Batteriezellen von unterschiedlichen Terminalabstandsbereichen vorgesehen ist. Mit anderen Worten wird eine Vielzahl von mit Batteriezellen zu bestückenden Batteriezellenriegel für den Greifer zugänglich bereitgestellt, welche jeweils für Batteriezellen mit einem vorgegebenen Terminalabstandsbereich vorgesehen sind, wobei sich die vorgegebenen Terminalabstandsbereiche eines jeden bereitgestellten Batteriezellenriegels voneinander unterscheiden. Beispielsweise können Batteriezellen, deren ermittelte Terminalabstände dem kleinsten Drittel an erwarteten Terminalabständen angehören, in einen ersten Batteriezellenriegel, Batteriezellen, deren Terminalabstände dem größten Drittel an erwarteten Terminalabständen angehören, in einen zweiten Batteriezellenriegel und die Batteriezellen, deren Terminalabstände dem mittleren Drittel zwischen dem kleinsten und größten Dritteln an erwarteten Terminalabständen angehören, in einen dritten Batteriezellenriegel eingesetzt werden. Dies erlaubt ein direktes Einsetzen der Batteriezellen in die Batteriezellenriegel ohne Verwendung eines Pufferbereichs. Ferner können die jeweils den Batteriezellenriegeln zugeordneten Batteriezellen dahingehend optimiert in die Batteriezellenriegel eingesetzt werden, dass Batteriezellen, deren Terminalabstände der größeren Hälfte der erwarteten Terminalabstände des jeweiligen Drittels angehören, auf einer ersten Seite des Batteriezellenriegels angeordnet werden, während Batteriezellen, deren Terminalabstände der kleineren Hälfte der erwarteten Terminalabstände des jeweiligen Drittels angehören, auf der der ersten Seiten gegenüberliegenden Seite angeordnet werden, um eine feinstufigere Anordnung der Batteriezelle zu erhalten. Folglich kann durch eine feinstufigere Anordnung der Batteriezellen die Verschweißungsqualität zwischen den Terminals und den Stromschienen verbessert werden.In a further preferred embodiment, it is provided that the control unit is further configured to selectively deposit the battery cells in a plurality of battery cell bars depending on the determined terminal distances, in particular such that each battery cell bar of the plurality of battery cell bars is provided for battery cells of different terminal distance ranges. In other words, a plurality of battery cell bars to be equipped with battery cells are provided in an accessible manner for the gripper, each of which is provided for battery cells with a predetermined Terminal spacing ranges are provided, wherein the predetermined terminal spacing ranges of each battery cell bar provided differ from one another. For example, battery cells whose determined terminal spacings belong to the smallest third of expected terminal spacings can be inserted into a first battery cell bar, battery cells whose terminal spacings belong to the largest third of expected terminal spacings can be inserted into a second battery cell bar, and the battery cells whose terminal spacings belong to the middle third between the smallest and largest thirds of expected terminal spacings can be inserted into a third battery cell bar. This allows the battery cells to be inserted directly into the battery cell bars without using a buffer area. Furthermore, the battery cells assigned to the battery cell bars can be inserted into the battery cell bars in an optimized manner such that battery cells whose terminal spacings belong to the larger half of the expected terminal spacings of the respective third are arranged on a first side of the battery cell bar, while battery cells whose terminal spacings belong to the smaller half of the expected terminal spacings of the respective third are arranged on the side opposite the first side in order to obtain a more finely stepped arrangement of the battery cells. Consequently, the welding quality between the terminals and the busbars can be improved by a more finely stepped arrangement of the battery cells.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Sensoreinheit ferner dazu eingerichtet ist, eine Terminallage der Terminals zu den die Terminals umfassenden Seitenflächen der in dem Greifer angeordneten Batteriezelle zu erfassen, und die Steuereinheit ferner dazu eingerichtet ist, die Terminallage der Terminals zu den die Terminals umfassenden Seitenflächen der in dem Greifer angeordneten Batteriezelle unter Verwendung der Sensoreinheit zu bestimmen. Mit anderen Worten kann so die relative Lage des Terminals zu einer jeweiligen Deckelseite der Batteriezelle ermittelt werden. Mittels eines Abgleichs der Terminallage mit einem vorgegebenen Schwellenwert kann eine Güte der Batteriezellen ermittelt werden, mithin eine In-Ordnung- oder Nicht-In-Ordnung-Teileerkennung erfolgen. Folglich können Batteriezellen unzureichender Güte in der Produktionslinie („In-line“) erkannt und aus dieser unter Verwendung des Greifers entfernt, insbesondere automatisiert entfernt, werden. Insbesondere ist hierbei die Steuereinheit dazu eingerichtet, einen Abgleich der Terminallage mit einem vorgegebenen Schwellenwert durchzuführen und basierend auf einem Ergebnis des Abgleichs die Ablageposition der Batteriezelle zu ermitteln.In a further preferred embodiment, it is provided that the sensor unit is further configured to detect a terminal position of the terminals in relation to the side surfaces of the battery cell arranged in the gripper that include the terminals, and the control unit is further configured to determine the terminal position of the terminals in relation to the side surfaces of the battery cell arranged in the gripper that include the terminals using the sensor unit. In other words, the relative position of the terminal to a respective cover side of the battery cell can be determined. By comparing the terminal position with a predetermined threshold value, a quality of the battery cells can be determined, thus allowing parts to be recognized as OK or not OK. Consequently, battery cells of inadequate quality can be detected in the production line (“in-line”) and removed from it using the gripper, in particular removed automatically. In particular, the control unit is configured to compare the terminal position with a predetermined threshold value and to determine the storage position of the battery cell based on a result of the comparison.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Sensoreinheit ferner dazu eingerichtet ist, eine Oberflächenausformung und/oder -struktur der die Terminals umfassenden Seitenflächen der in dem Greifer angeordneten Batteriezelle zu erfassen, und die Steuereinheit ferner dazu eingerichtet ist, die Oberflächenausformung und/oder -struktur der die Terminals umfassenden Seitenflächen der in dem Greifer angeordneten Batteriezelle unter Verwendung der Sensoreinheit zu bestimmen. Bevorzugt ist die Steuereinheit ferner dazu eingerichtet, einen Abgleich der Oberflächenausformung und/oder -struktur mit einer vorgegebenen Oberflächenausformung und/oder -struktur durchzuführen und basierend auf einem Ergebnis des Abgleichs die Ablageposition der Batteriezelle zu ermitteln. Durch den Abgleich kann die Güte der Batteriezellen anhand eines weiteren Kriteriums ermittelt werden, mithin eine In-Ordnung- oder Nicht-In-Ordnung-Teileerkennung erfolgen. Folglich können Batteriezellen unzureichender Güte in der Produktionslinie erkannt und aus dieser unter Verwendung des Greifers entfernt, insbesondere automatisiert entfernt, werden.In a further preferred embodiment, it is provided that the sensor unit is further configured to detect a surface shape and/or structure of the side surfaces of the battery cell arranged in the gripper that include the terminals, and the control unit is further configured to determine the surface shape and/or structure of the side surfaces of the battery cell arranged in the gripper that include the terminals using the sensor unit. Preferably, the control unit is further configured to compare the surface shape and/or structure with a predetermined surface shape and/or structure and to determine the storage position of the battery cell based on a result of the comparison. The comparison can be used to determine the quality of the battery cells based on a further criterion, thus enabling parts to be identified as OK or not OK. Consequently, battery cells of inadequate quality can be detected in the production line and removed from it using the gripper, in particular removed automatically.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Greifer ein Paar von sich gegenüberliegenden Greifbacken umfasst, die dazu eingerichtet sind, eine Batteriezelle zu greifen, insbesondere an ihren Terminalseiten zu greifen. Die Steuereinheit ist bevorzugt dazu eingerichtet, unter Verwendung der Sensoreinheit den Terminalabstand zwischen den Terminals der in dem Greifer angeordneten Batteriezelle anhand von auf eine Stellung der Greifbacken bezogene Steuerparameter zu erfassen. Die Ermittlung des Terminalabstands aus der Stellung der Greifbacken ist besonders einfach und kostengünstig.In a further preferred embodiment, the gripper comprises a pair of opposing gripping jaws which are designed to grip a battery cell, in particular to grip it at its terminal sides. The control unit is preferably designed to use the sensor unit to detect the terminal distance between the terminals of the battery cell arranged in the gripper based on control parameters related to a position of the gripping jaws. Determining the terminal distance from the position of the gripping jaws is particularly simple and cost-effective.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Sensoreinheit mindestens einen Berührungssensor und/oder mindestens einen optischen Sensor umfasst. Durch Verwendung eines Berührungssensors oder eines optischen Sensors kann der Terminalabstand auf exakte Weise ermittelt werden. Unter Verwendung einer Vielzahl von Berührungssensoren und/oder optischen Sensoren lassen sich zudem Rückschlüsse auf Oberflächenausformungen und/oder -strukturen der in dem Greifer angeordneten Batteriezellen ermitteln, insbesondere um eine Güte der in dem Greifer angeordneten Batteriezelle zu bestimmen. Bevorzugt ist der optische Sensor oder die Vielzahl von optischen Sensoren als Laser und/oder 3D-Kameras ausgestaltet. Die Sensoreinheit ist bevorzugt auf dem Greifer angeordnet, insbesondere auf einer oder auf beiden Greifbacken. Auf einer oder beiden Greifbacken sind vorzugsweise jeweils mindestens ein Sensor, insbesondere eine Vielzahl von Sensoren, zum Erfassen des Terminalabstands und/oder der Terminallage der Batteriezelle angeordnet. Genau genommen ist die Vielzahl von Sensoren dazu eingerichtet, jeweils einen Abstand zwischen der oder den Greifbacken und der oder den Oberflächen der Batteriezelle zu erfassen. Die Steuereinheit ist dann bevorzugt dazu eingerichtet, aus den jeweils erfassten Abständen und der Länge des Greifers beziehungsweise eines Abstands der Greifbacken zueinander die Terminallänge und/oder Terminallage der Batteriezellen zu bestimmen. Durch die Anordnung der Sensoreinheit oder der Sensoren der Sensoreinheit auf dem Greifer wird eine integrierte Greiferlösung mit Messtechnik und Messdatenerfassung zur Berechnung einer detaillierten Ablageposition basierend auf den auftretenden Batteriezellentoleranzen bereitgestellt.In a further preferred embodiment, it is provided that the sensor unit comprises at least one touch sensor and/or at least one optical sensor. By using a touch sensor or an optical sensor, the terminal distance can be determined in an exact manner. By using a large number of touch sensors and/or optical sensors, conclusions can also be drawn about surface shapes and/or structures of the battery cells arranged in the gripper, in particular in order to determine the quality of the battery cell arranged in the gripper. The optical sensor or the large number of optical sensors is preferably designed as a laser and/or 3D camera. The sensor unit is preferably arranged on the gripper, in particular on one or both gripping jaws. At least one sensor, in particular a large number of sensors, for detecting the terminal distance and/or the terminal position of the battery cell is preferably arranged on one or both gripping jaws. Exactly The plurality of sensors is designed to detect a distance between the gripping jaw(s) and the surface(s) of the battery cell. The control unit is then preferably designed to determine the terminal length and/or terminal position of the battery cells from the distances detected and the length of the gripper or a distance between the gripping jaws. By arranging the sensor unit or the sensors of the sensor unit on the gripper, an integrated gripper solution with measurement technology and measurement data acquisition is provided to calculate a detailed storage position based on the battery cell tolerances that occur.

In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Sensoreinheit zusätzlich oder alternativ eine externe Messeinheit zum Erfassen des Terminalabstands zwischen den Terminals der in dem Greifer angeordneten Batteriezelle und/oder einer Terminallage zu den die Terminals umfassenden Seitenflächen der in dem Greifer angeordneten Batteriezelle. Bevorzugt umfasst die externe Messeinheit einen oder eine Vielzahl von optischen Sensoren, beispielsweise eine geeignete Lichtschrankenanordnung, welche dazu eingerichtet ist, den Terminalabstand und/oder die Terminallage der in dem Greifer angeordneten Batteriezelle zu ermitteln, wenn der Greifer mit der darin angeordneten Batteriezelle einen vorgegebenen Raum durchschreitet. Die Verwendung einer externen Messeinheit bietet eine Nachrüstungsmöglichkeit für konventionelle Vorrichtungen zum Positionieren von Batteriezellen in der Batteriemodul- und Batteriesystemfertigung.In a further embodiment, the sensor unit additionally or alternatively comprises an external measuring unit for detecting the terminal distance between the terminals of the battery cell arranged in the gripper and/or a terminal position to the side surfaces of the battery cell arranged in the gripper that include the terminals. The external measuring unit preferably comprises one or a plurality of optical sensors, for example a suitable light barrier arrangement, which is designed to determine the terminal distance and/or the terminal position of the battery cell arranged in the gripper when the gripper with the battery cell arranged therein passes through a predetermined space. The use of an external measuring unit offers a retrofitting option for conventional devices for positioning battery cells in battery module and battery system production.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ferner einen mit dem Greifer und/oder der Steuereinheit verbindbaren Werkzeugwechseladapter umfasst. Hiermit lässt sich eine integrierte Greiferlösung mit Messtechnik und Messdatenerfassung zur Berechnung einer detaillierten Ablageposition basierend auf den auftretenden Batteriezellentoleranzen in konventionellen Vorrichtungen nachrüsten. Ferner kann die vorhandene Infrastruktur der Batteriemodul- und Batteriesystemfertigung multifunktionaler verwendet werden.In a further preferred embodiment, the device further comprises a tool change adapter that can be connected to the gripper and/or the control unit. This allows an integrated gripper solution to be retrofitted with measurement technology and measurement data acquisition to calculate a detailed storage position based on the battery cell tolerances that occur in conventional devices. Furthermore, the existing infrastructure for battery module and battery system production can be used more multifunctionally.

Die Steuereinheit ist bevorzugt als eine externe Steuereinheit ausgebildet. Die extern ausgebildete Steuereinheit ist bevorzugt über den Werkzeugwechseladapter mit der Sensoreinheit und dem Greifer verbunden. Dies erlaubt eine multifunktionale Nutzung von bereits vorhandenen Steuereinheiten zum Steuern der Greifer von konventionellen Vorrichtungen. Hierdurch können die mit dem Greifer verbundenen Kosten reduziert werden. The control unit is preferably designed as an external control unit. The externally designed control unit is preferably connected to the sensor unit and the gripper via the tool change adapter. This allows multifunctional use of existing control units to control the grippers of conventional devices. This can reduce the costs associated with the gripper.

Alternativ ist auch denkbar, dass die Steuereinheit auf dem Greifer angeordnet ist, um ein mobiles vollumfassendes Nachrüstungs-Kit für konventionelle Vorrichtungen bereitzustellen.Alternatively, it is also conceivable that the control unit is arranged on the gripper in order to provide a mobile, comprehensive retrofit kit for conventional devices.

Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Positionieren von Batteriezellen in der Batteriemodul- und Batteriesystemfertigung. In einem ersten Schritt wird eine erste Batteriezelle mit einem Greifer aufgenommen. Zudem wird ein erster Terminalabstand zwischen den Terminals der in dem Greifer angeordneten ersten Batteriezelle bestimmt. In einem weiteren Schritt wird die erste Batteriezelle in einer ersten Ablageposition abgelegt. In einem wiederum weiteren Schritt wird eine zweite Batteriezelle mit dem Greifer aufgenommen und ein zweiter Terminalabstand zwischen den Terminals der in dem Greifer angeordneten zweiten Batteriezelle bestimmt. Ferner wird eine zweite Ablageposition der in dem Greifer angeordneten zweiten Batteriezelle basierend auf den ermittelten ersten und zweiten Terminalabständen und der ersten Ablageposition bestimmt. Die mit der Vorrichtung beschriebenen optionalen Merkmale und deren Vorteile lassen sich analog mit dem Verfahren verwirklichen und sind daher beliebig miteinander kombinierbar. Auf eine wiederholende Beschreibung wird daher verzichtet.A further aspect relates to a method for positioning battery cells in battery module and battery system production. In a first step, a first battery cell is picked up with a gripper. In addition, a first terminal distance between the terminals of the first battery cell arranged in the gripper is determined. In a further step, the first battery cell is placed in a first storage position. In yet another step, a second battery cell is picked up with the gripper and a second terminal distance between the terminals of the second battery cell arranged in the gripper is determined. Furthermore, a second storage position of the second battery cell arranged in the gripper is determined based on the determined first and second terminal distances and the first storage position. The optional features described with the device and their advantages can be implemented analogously with the method and can therefore be combined with one another as desired. A repeated description is therefore dispensed with.

Die oben genannte Steuereinheit der Vorrichtung ist bevorzugt durch elektrische oder elektronische Bauteile oder Komponenten (Hardware) oder durch Firmware (ASIC) implementiert. Zusätzlich oder alternativ wird die Funktionalität der Steuereinheit beim Ausführen eines geeigneten Programms (Software) verwirklicht. Ebenfalls bevorzugt ist die Steuereinheit durch eine Kombination von Hardware, Firmware und/oder Software verwirklicht. Beispielsweise sind einzelne Komponenten der Steuereinheit zum Bereitstellen einzelner Funktionalitäten als separat integrierter Schaltkreis ausgebildet oder auf einem gemeinsamen integrierten Schaltkreis angeordnet.The above-mentioned control unit of the device is preferably implemented by electrical or electronic parts or components (hardware) or by firmware (ASIC). Additionally or alternatively, the functionality of the control unit is realized when executing a suitable program (software). The control unit is also preferably realized by a combination of hardware, firmware and/or software. For example, individual components of the control unit are designed as a separate integrated circuit to provide individual functionalities or are arranged on a common integrated circuit.

Die einzelnen Komponenten der Steuereinheit sind ferner bevorzugt als ein oder mehrere Prozesse ausgebildet, die auf einem oder mehreren Prozessoren in einem oder mehreren elektronischen Rechengeräten laufen und beim Ausführen von ein oder mehreren Computerprogrammen erzeugt werden. Die Rechengeräte sind dabei bevorzugt dazu ausgebildet, mit anderen Komponenten, beispielsweise einem Assistenzsystem oder einem Motorcontroller zusammenzuarbeiten, um die hierin beschriebenen Funktionalitäten zu verwirklichen. Die Anweisungen der Computerprogramme sind dabei bevorzugt in einem Speicher abgelegt, wie beispielsweise einem RAM-Element. Die Computerprogramme können jedoch auch in einem nicht-flüchtigen Speichermedium, wie beispielsweise einer CD-ROM, einem Flash-Speicher oder dergleichen, abgelegt sein.The individual components of the control unit are further preferably designed as one or more processes that run on one or more processors in one or more electronic computing devices and are generated when executing one or more computer programs. The computing devices are preferably designed to work together with other components, for example an assistance system or a motor controller, in order to implement the functionalities described herein. The instructions of the computer programs are preferably stored in a memory, such as a RAM element. However, the computer programs can also be stored in a non-volatile storage medium, such as a CD-ROM. ROM, a flash memory or the like.

Dem Fachmann ist ferner ersichtlich, dass die Funktionalitäten von mehreren Recheneinheiten (Datenverarbeitungsgeräten) kombiniert oder in einem einzigen Gerät kombiniert sein können oder dass die Funktionalität von einem bestimmten Datenverarbeitungsgerät auf eine Vielzahl von Geräten verteilt vorliegen kann, um die Funktionalität der Steuereinheit zu verwirklichen.It will also be apparent to those skilled in the art that the functionalities of multiple computing units (data processing devices) may be combined or combined in a single device, or that the functionality of a particular data processing device may be distributed across a plurality of devices in order to implement the functionality of the control unit.

Ein weiterer Aspekt betrifft ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer, wie beispielsweise eine Steuereinheit einer Vorrichtung zum Positionieren von Batteriezellen in der Batteriemodul- und Batteriesystemfertigung aufweisend einen Greifer, der dazu eingerichtet ist, eine Batteriezelle aufzunehmen, und eine Sensoreinheit, die eingerichtet ist, einen Terminalabstand der Terminals einer in dem Greifer angeordneten Batteriezelle zu erfassen, diesen veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere ein Verfahren zum Positionieren von Batteriezellen in der Batteriemodul- und Batteriesystemfertigung durchzuführen.A further aspect relates to a computer program comprising instructions which, when the program is executed by a computer, such as a control unit of a device for positioning battery cells in battery module and battery system production, having a gripper which is configured to pick up a battery cell and a sensor unit which is configured to detect a terminal distance of the terminals of a battery cell arranged in the gripper, cause the computer to carry out the method according to the invention, in particular a method for positioning battery cells in battery module and battery system production.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred embodiments of the invention emerge from the remaining features mentioned in the subclaims.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application can be advantageously combined with one another, unless stated otherwise in individual cases.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
2a) bis d) schematische Darstellungen von verschiedenen Ablagepositionen von Batteriezellen; und
3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einer Durchführungsform.

The invention is explained below in exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. They show:

1 a schematic cross-sectional view of a device according to an embodiment;
2a) to d) schematic representations of different storage positions of battery cells; and
3 a schematic representation of a method according to one embodiment.

1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Vorrichtung 10 zum Positionieren von Batteriezellen 12 in der Batteriemodul- und Batteriesystemfertigung gemäß einer Ausführungsform. Die Vorrichtung 10 umfasst einen Greifer 14 und eine Sensoreinheit 16. Die Batteriezelle 12 ist exemplarisch in dem Greifer 14 angeordnet dargestellt. Die Batteriezelle 12 umfasst an ihren longitudinalen Enden jeweils ein Terminal 18 zur elektrischen Kontaktierung. Der Greifer 14 ist im Wesentlichen zangenförmig mit zwei sich gegenüberliegenden Greifbacken 24 ausgestaltet, welche die Batteriezelle 12 an den Terminals 18 greifen, so dass die Batteriezelle 12 zwischen den Greifbacken 24 einklemmbar und mittels des Greifers 14 an einer vorgesehenen Ablageposition ablegbar ist. 1 shows a schematic cross-sectional view of a device 10 for positioning battery cells 12 in battery module and battery system production according to an embodiment. The device 10 comprises a gripper 14 and a sensor unit 16. The battery cell 12 is shown as an example arranged in the gripper 14. The battery cell 12 comprises a terminal 18 for electrical contact at each of its longitudinal ends. The gripper 14 is essentially designed in the shape of a pair of pliers with two opposing gripping jaws 24 which grip the battery cell 12 at the terminals 18 so that the battery cell 12 can be clamped between the gripping jaws 24 and deposited at a designated depositing position by means of the gripper 14.

Die Sensoreinheit 16 ist dazu eingerichtet, einen Terminalabstand zwischen den sich gegenüberliegenden Terminals 18 der in dem Greifer 14 angeordneten Batteriezelle 12 zu erfassen. Hierzu umfasst die Sensoreinheit 16 eine Vielzahl von Sensoren auf jeder Greifbacke 24, die dazu eingerichtet sind, die Abstände zwischen den Greifbacken 24 und den die Terminals 18 umfassenden Seitenflächen 22 der Batteriezelle 12 sowie zwischen den Greifbacken 24 und den Terminalflächen der Terminals 18 zu erfassen. Aus den so erfassten Abständen sowie dem Abstand der Greifbacken 24 zueinander oder einer Länge des Greifers 14 entlang der longitudinalen Richtung der in dem Greifer 14 angeordneten Batteriezelle 12 können die der individuellen Batteriezelle 12 zugeordneten Terminalabstände berechnet werden.The sensor unit 16 is designed to detect a terminal distance between the opposing terminals 18 of the battery cell 12 arranged in the gripper 14. For this purpose, the sensor unit 16 comprises a plurality of sensors on each gripping jaw 24, which are designed to detect the distances between the gripping jaws 24 and the side surfaces 22 of the battery cell 12 comprising the terminals 18, as well as between the gripping jaws 24 and the terminal surfaces of the terminals 18. The terminal distances assigned to the individual battery cell 12 can be calculated from the distances thus detected, as well as the distance between the gripping jaws 24 and one another, or a length of the gripper 14 along the longitudinal direction of the battery cell 12 arranged in the gripper 14.

Wie in 1 beispielhaft gezeigt ist, umfasst die Sensoreinheit 16 jeweils fünf optische Sensoren pro Greifbacke 24, wovon jeweils drei Sensoren auf die Terminals 18 der Batteriezelle 12 gerichtet sind, während die übrigen zwei Sensoren die die Terminals 18 umfassenden Seitenflächen 22 der Batteriezelle 12 abtasten. Verständlicherweise würde es zum Erfassen des Terminalabstands auch ausreichen, die Sensoren lediglich auf einer Greifbacke 24 anzuordnen und sicherzustellen, dass die Batteriezelle 12 bündig an der anderen Greifbacke 24 anliegt oder auch eine andere Anzahl an Sensoren zu verwenden. Die Verwendung von einer Vielzahl von Sensoren auf einer oder beiden Greifbacken 24 ermöglicht neben der Erfassung eines Terminalabstands einer in dem Greifer 14 angeordneten Batteriezelle 12 auch eine Erfassung von Oberflächenformen und -strukturen der Batteriezelle 12 und eine Erfassung einer Terminallage der Terminals 18 relativ zu der jeweiligen das Terminal 18 umfassenden Seitenfläche 22. Folglich kann eine In-Ordnung- oder Nicht-In-Ordnung-Teileerkennung anhand der Kriterien Terminabstand, Oberflächenverformungen und Terminallage gegenüber vorgegebenen Schwellenwerten erfolgen. Batteriezellen 12 unzureichender Güte können dann in der Produktionslinie („In-line“) erkannt und aus dieser unter Verwendung des Greifers 14 automatisiert entfernt werden.As in 1 As shown by way of example, the sensor unit 16 comprises five optical sensors per gripping jaw 24, of which three sensors are directed at the terminals 18 of the battery cell 12, while the remaining two sensors scan the side surfaces 22 of the battery cell 12 that encompass the terminals 18. Understandably, to detect the terminal distance, it would also be sufficient to arrange the sensors only on one gripping jaw 24 and to ensure that the battery cell 12 lies flush against the other gripping jaw 24, or to use a different number of sensors. The use of a large number of sensors on one or both gripping jaws 24 enables not only the detection of a terminal distance of a battery cell 12 arranged in the gripper 14, but also the detection of surface shapes and structures of the battery cell 12 and the detection of a terminal position of the terminals 18 relative to the respective side surface 22 surrounding the terminal 18. Consequently, OK or not OK parts can be detected based on the criteria of terminal distance, surface deformations and terminal position compared to predetermined threshold values. Battery cells 12 of inadequate quality can then be detected in the production line (“in-line”) and automatically removed from it using the gripper 14.

Zur Berechnung der Terminalabstände, der Oberflächenverformungen und der Terminallagen umfasst die Vorrichtung 10 eine Steuereinheit 20, die dazu eingerichtet ist, den Greifer 14 zum Aufnehmen einer Batteriezelle 12 anzusteuern und einen Terminalabstand zwischen den Terminals 18, Oberflächenverformungen und eine Terminallage der Terminals 18 der in dem Greifer 14 angeordneten Batteriezelle 12 unter Verwendung der Sensoreinheit 16 zu ermitteln. Ergibt der durch die Steuereinheit 20 durchgeführte Abgleich eine In-Ordnung-Teilerkennung, wird eine Ablageposition für die in dem Greifer 14 angeordnete Batteriezelle 12 bestimmt. Die Steuereinheit 20 ist dabei dazu eingerichtet, den Greifer 14 zum Ablegen der Batteriezelle 12 in der Ablageposition anzusteuern. Hierbei wird die Ablageposition der in dem Greifer 14 angeordneten Batteriezelle 12 basierend auf den ermittelten Terminalabständen der in dem Greifer 14 angeordneten Batteriezelle 12 und einer zuvor durch den Greifer 14 aufgenommenen und wieder abgelegten Batteriezelle 12' und deren Ablageposition bestimmt.To calculate the terminal distances, the surface deformations and the terminal positions, the device 10 comprises a control unit 20 which is designed to control the gripper 14 for picking up a battery cell 12 and to calculate a terminal distance between the terminals 18, surface deformations and a terminal position of the terminal terminals 18 of the battery cell 12 arranged in the gripper 14 using the sensor unit 16. If the comparison carried out by the control unit 20 results in an OK part detection, a deposit position for the battery cell 12 arranged in the gripper 14 is determined. The control unit 20 is set up to control the gripper 14 to deposit the battery cell 12 in the deposit position. The deposit position of the battery cell 12 arranged in the gripper 14 is determined based on the determined terminal distances of the battery cell 12 arranged in the gripper 14 and a battery cell 12' previously picked up and deposited again by the gripper 14 and its deposit position.

In der Batteriemodul- und Batteriesystemfertigung werden die Batteriezellen 12 an den gleichpoligen Terminals 18 mit Stromschienen (bus bars) verschweißt, um einen Batteriezellenriegel zu erhalten. Da die Batteriezellen 12 grundsätzlich toleranzbedingte Unterschiede in den Terminalabständen aufweisen, treten zwischen benachbarten Batteriezellen 12 in dem Batteriezellenriegel erhebliche Spalte auf, die beim Verschweißen der Stromschienen mit den Terminals 18 der Batteriezellen 12 problematisch sind. Die sich durch die Toleranzen ergebenden Produktanforderungen sind entsprechend hoch und dadurch kostenintensiv. Insofern kommt der Bestimmung einer toleranzreduzierten Ablageposition der Batteriezellen 12 in dem Batteriezellenriegel eine besondere Rolle zur Verringerung von Produktionskosten und zur Verbesserung der Verschweißungsqualität zwischen den Terminals und den Stromschienen in der Batteriemodul- und Batteriesystemfertigung zu. Dies soll im Folgenden anhand von 2a) bis d) näher erläutert werden.In battery module and battery system production, the battery cells 12 are welded to bus bars at the same-pole terminals 18 in order to obtain a battery cell bar. Since the battery cells 12 generally have tolerance-related differences in the terminal spacing, significant gaps occur between adjacent battery cells 12 in the battery cell bar, which are problematic when welding the bus bars to the terminals 18 of the battery cells 12. The product requirements resulting from the tolerances are correspondingly high and therefore cost-intensive. In this respect, determining a tolerance-reduced storage position of the battery cells 12 in the battery cell bar plays a special role in reducing production costs and improving the welding quality between the terminals and the bus bars in battery module and battery system production. This will be explained below using 2a) to d) are explained in more detail.

Die 2a) bis d) zeigen schematische Darstellungen von verschiedenen Ablagepositionen von Batteriezellen 12, 12', beispielsweise zur Verwendung in einem Batteriezellenriegel. Die Batteriezellen 12, 12' werden hierbei parallel zueinander in den Batteriezellenriegel eingesetzt, um eine möglichst platzsparende Anordnung zu erzielen. Die 2a) und 2b) zeigen bekannte Positionierungsmöglichkeiten der Batteriezellen 12, 12' beim Einsetzen in einen Batteriezellenriegel.The 2a) to d) show schematic representations of different storage positions of battery cells 12, 12', for example for use in a battery cell bar. The battery cells 12, 12' are inserted parallel to one another in the battery cell bar in order to achieve an arrangement that saves as much space as possible. The 2a) and 2 B) show known positioning options of the battery cells 12, 12' when inserted into a battery cell bar.

In 2a) ist eine zu den parallel angeordneten Batteriezellen 12, 12' orthogonale Achse A als Anschlagslösung dargestellt. Die Batteriezellen 12, 12' liegen bündig an einem entlang der orthogonalen Achse A verlaufenden Anschlag an, so dass das Anschweißen einer Stromschiene auf der Anschlagsseite der Batteriezellen 12, 12' unproblematisch ist. Beim Verschweißen der Stromschienen mit den Terminals 18 der dem Anschlag gegenüberliegenden Seite der Batteriezellen 12, 12' treten hingegen erhebliche Probleme auf, da in der Folge der Positionierung am Anschlag auf der dem Anschlag gegenüberliegenden Seite erhebliche toleranzbedingte Spalte auftreten (siehe 2a) rechtseitige Enden der Batteriezellen 12, 12').In 2a) an axis A orthogonal to the parallel arranged battery cells 12, 12' is shown as a stop solution. The battery cells 12, 12' lie flush against a stop running along the orthogonal axis A, so that welding a busbar on the stop side of the battery cells 12, 12' is unproblematic. However, when welding the busbars to the terminals 18 of the side of the battery cells 12, 12' opposite the stop, considerable problems arise, since as a result of positioning on the stop on the side opposite the stop, considerable tolerance-related gaps occur (see 2a) right-hand ends of the battery cells 12, 12').

In 2b) hingegen ist eine erzielte Positionierung unter Verwendung eines Referenzpunktsystems (RPS) dargestellt. Ähnlich wie bei der in 2a) gezeigten Anschlagslösung ist eine virtuelle RPS-Linie entlang der orthogonalen Achse A ausgestaltet. Allerdings bedingen RPS-Lösungen zusätzliche RPS-Toleranzen, die gegenüber der Anschlagslösung (2a)) kleine Verschiebungen der Batteriezellen 12, 12' zueinander zulassen. Allerdings wird die durch die RPS-Lösung erzielte Toleranzreduktion nur auf einer der beiden Seiten der Batteriezellen 12, 12' erreicht, während die gegenüberliegende Seite erhebliche Spalte aufweist, die beim Anschweißen der Stromschienen problematisch sind (siehe 2b) rechtseitige Enden der Batteriezellen 12, 12').In 2 B) In contrast, a positioning achieved using a reference point system (RPS) is shown. Similar to the 2a) In the stop solution shown, a virtual RPS line is designed along the orthogonal axis A. However, RPS solutions require additional RPS tolerances that are higher than the stop solution ( 2a) ) allow small displacements of the battery cells 12, 12' relative to each other. However, the tolerance reduction achieved by the RPS solution is only achieved on one of the two sides of the battery cells 12, 12', while the opposite side has significant gaps that are problematic when welding the busbars (see 2 B) right-hand ends of the battery cells 12, 12').

In den 2c) und 2d) sind zwei erfindungsgemäß erreichbare Positionierungen der Batteriezellen 12, 12' dargestellt, in welchen die orthogonale Achse A eine Achse durch die jeweiligen Mittelpunkte der Batteriezellen 12, 12' bezogen auf die Terminalabstände darstellt. Das heißt, die erste Batteriezelle 12' wird unter Verwendung des Greifers 14 in eine mittig zentrierte Ablageposition gebracht. Eine zweite Batteriezelle 12 wird parallel zur ersten Batteriezelle 12' und mit dem Mittelpunkt auf der orthogonalen Achse A liegend angeordnet. Die Anordnung weiterer Batteriezellen 12 erfolgt dann in analoger Weise bis der Batteriezellenriegel vollständig bestückt ist. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 die Terminalabstände der jeweils in dem Greifer 14 angeordneten Batteriezellen 12 „In-line“ erfasst, kann die Steuereinheit 20 in Echtzeit, das heißt noch während die Batteriezelle 12 in dem Greifer 14 angeordnet ist, eine Ablageposition - wie beispielsweise in 2c) gezeigt - bestimmen und den Greifer 14 zum direkten Ablegen der Batteriezelle 12 gemäß der Ablageposition ansteuern.In the 2c ) and 2d) show two positions of the battery cells 12, 12' that can be achieved according to the invention, in which the orthogonal axis A represents an axis through the respective centers of the battery cells 12, 12' in relation to the terminal distances. This means that the first battery cell 12' is brought into a centered storage position using the gripper 14. A second battery cell 12 is arranged parallel to the first battery cell 12' and with the center lying on the orthogonal axis A. The arrangement of further battery cells 12 then takes place in an analogous manner until the battery cell bar is completely populated. Since the device 10 according to the invention detects the terminal distances of the battery cells 12 arranged in the gripper 14 "in-line", the control unit 20 can determine a storage position - such as in 2c ) - and control the gripper 14 for direct deposit of the battery cell 12 according to the deposit position.

2d) zeigt eine noch weiter toleranzreduzierte Positionierung der Batteriezellen 12, 12' in einem Batteriezellenriegel. Gegenüber der Anordnung in 2c) unterscheidet sich die Anordnung der Batteriezellen 12, 12' in 2d) dadurch, dass die Batteriezellen 12, 12' in auf- oder absteigender Reihenfolge bezogen auf die Terminalabstände angeordnet sind. Hierdurch können die auftretenden Spaltunterschiede noch weiter verringert werden und die Verschweißungsqualität zwischen den Terminals und den Stromschienen verbessert werden. 2d ) shows an even further reduced tolerance positioning of the battery cells 12, 12' in a battery cell bar. Compared to the arrangement in 2c ), the arrangement of the battery cells 12, 12' differs in 2d ) in that the battery cells 12, 12' are arranged in ascending or descending order in relation to the terminal spacing. This allows the gap differences that occur to be reduced even further and the welding quality between the terminals and the busbars to be improved.

Allerdings lässt sich die in 2d) dargestellte Anordnung nicht ohne Weiteres durch eine direkte Bestückung eines einzelnen Batteriezellenriegels erreichen, da für eine derartige Sortierung die Kenntnis über der Terminalabstände von sämtlichen einzusetzenden Batteriezellen 12, 12' vor dem Einsetzen in den Batteriezellenriegel erforderlich ist.However, the 2d ) cannot be easily replaced by a direct assembly of a single battery cell bar, since such sorting requires knowledge of the terminal distances of all battery cells 12, 12' to be inserted before insertion into the battery cell bar.

Um allerdings eine gemäß 2d) dargestellte Anordnung zu erhalten, können die jeweils vom Greifer 14 aufgenommenen Batteriezellen 12, 12' in einen Pufferbereich abgelegt werden, wobei beim Greifen oder Ablegen der Batteriezellen 12, 12' die entsprechenden Terminalabstände ermittelt werden. Sobald eine ausreichende Anzahl von Batteriezellen 12, 12' in dem Pufferbereich abgelegt wurden, können deren Ablagepositionen in dem Batteriezellenriegel unter Verwendung der Steuereinheit 20 und den ermittelten Terminalabständen berechnet werden. Alternativ kann die Anordnung annäherungsweise auch dadurch erreicht werden, dass der Greifer 14 auf eine Vielzahl von Batteriezellenriegel zugreifen kann und die Batteriezellenriegel der Vielzahl von Batteriezellenriegel für Batteriezellen 12, 12' mit vorgegebenen Terminalabstandsbereichen vorgesehen sind, wobei sich die Terminalabstandsbereiche der einzelnen Batteriezellenriegel jeweils voneinander unterscheiden. So können die Batteriezellen 12, 12' auf Basis der „In-line“ ermittelten Terminalabstände einem für Batteriezellen 12, 12' mit gleicher beziehungsweise ähnlicher Terminalabstandslänge vorgesehene Batteriezellenriegel zugeordnet werden.However, in order to 2d ), the battery cells 12, 12' picked up by the gripper 14 can be placed in a buffer area, wherein the corresponding terminal distances are determined when the battery cells 12, 12' are gripped or placed. As soon as a sufficient number of battery cells 12, 12' have been placed in the buffer area, their storage positions in the battery cell bar can be calculated using the control unit 20 and the determined terminal distances. Alternatively, the arrangement can also be approximately achieved in that the gripper 14 can access a plurality of battery cell bars and the battery cell bars of the plurality of battery cell bars are provided for battery cells 12, 12' with predetermined terminal distance ranges, wherein the terminal distance ranges of the individual battery cell bars differ from one another. Thus, the battery cells 12, 12' can be assigned to a battery cell bar intended for battery cells 12, 12' with the same or similar terminal spacing length on the basis of the terminal spacing determined "in-line".

Wie ebenfalls in 1 dargestellt ist, umfasst die Vorrichtung 10 einen Werkzeugwechseladapter 26 und die Steuereinheit 20 ist als externe Steuereinheit ausgestaltet. Dies hat den Vorteil, dass der Greifer 14 der Vorrichtung 10 auf eine konventionelle Vorrichtung zum Positionieren von Batteriezellen in der Batteriemodul- und Batteriesystemfertigung aufstecken und eine vorhandene Steuereinheit oder Steuerelektronik der konventionellen Vorrichtung verwenden lässt. Somit lässt sich die erfindungsgemäß vorgeschlagene integrierte Greiferlösung mit Messtechnik und Messdatenerfassung zur Berechnung einer detaillierten Ablageposition basierend auf den auftretenden Batteriezellentoleranzen auch in konventionellen Vorrichtungen nachrüsten.As also in 1 As shown, the device 10 comprises a tool change adapter 26 and the control unit 20 is designed as an external control unit. This has the advantage that the gripper 14 of the device 10 can be plugged onto a conventional device for positioning battery cells in battery module and battery system production and an existing control unit or control electronics of the conventional device can be used. The integrated gripper solution proposed according to the invention can therefore also be retrofitted with measuring technology and measurement data acquisition to calculate a detailed storage position based on the battery cell tolerances that occur in conventional devices.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einer Durchführungsform. Das Verfahren eignet sich zum Positionieren von Batteriezellen 12 in der Batteriemodul- und Batteriesystemfertigung 3 shows a schematic representation of a method according to an embodiment. The method is suitable for positioning battery cells 12 in battery module and battery system production

In einem ersten Verfahrensschritt 50 wird eine erste Batteriezelle 12' mit einem Greifer 14, beispielsweise den in 1 gezeigten Greifer 14, aufgenommen. Danach wird ein erster Terminalabstand zwischen den Terminalseiten der in dem Greifer 14 angeordneten ersten Batteriezelle 12' bestimmt (zweiter Verfahrensschritt 52). In einem dritten Verfahrensschritt 54 wird die erste Batteriezelle 12' in einer ersten Ablageposition abgelegt, beispielsweise in einem Batteriezellenriegel.In a first method step 50, a first battery cell 12' is gripped with a gripper 14, for example the one shown in 1 shown gripper 14. A first terminal distance between the terminal sides of the first battery cell 12' arranged in the gripper 14 is then determined (second method step 52). In a third method step 54, the first battery cell 12' is placed in a first storage position, for example in a battery cell bar.

Gemäß einem vierten Verfahrensschritt 56 wird eine zweite Batteriezelle 12 mit dem Greifer 14 aufgenommen. Anschließend wird ein zweiter Terminalabstand zwischen den Terminalseiten der in dem Greifer 14 angeordneten zweiten Batteriezelle 12 bestimmt (fünfter Verfahrensschritt 58). Schließlich wird im sechsten Verfahrensschritt 60 eine zweite Ablageposition der in dem Greifer 14 angeordneten zweiten Batteriezelle 12 basierend auf den ermittelten ersten und zweiten Terminalabständen und der ersten Ablageposition bestimmt.According to a fourth method step 56, a second battery cell 12 is picked up with the gripper 14. A second terminal distance between the terminal sides of the second battery cell 12 arranged in the gripper 14 is then determined (fifth method step 58). Finally, in the sixth method step 60, a second storage position of the second battery cell 12 arranged in the gripper 14 is determined based on the determined first and second terminal distances and the first storage position.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: Vorrichtungcontraption
12, 12'12, 12': BatteriezelleBattery cell
1414: GreiferGripper
1616: SensoreinheitSensor unit
1818: Terminalterminal
2020: SteuereinheitControl unit
2222: Seitenfläche der BatteriezelleSide surface of the battery cell
2424: GreifbackeGripping jaw
2626: WerkzeugwechseladapterTool change adapter
5050: erster Verfahrensschrittfirst procedural step
5252: zweiter Verfahrensschrittsecond process step
5454: dritter Verfahrensschrittthird procedural step
5656: vierter Verfahrensschrittfourth procedural step
5858: fünfter Verfahrensschrittfifth procedural step
6060: sechster Verfahrensschrittsixth procedural step
AA: orthogonale Achseorthogonal axis

Claims

Device (10) for positioning battery cells (12) in battery module and battery system production, comprising: a gripper (14) which is designed to pick up a battery cell (12), a sensor unit (16) which is designed to detect a terminal distance between the terminals (18) of a battery cell (12) arranged in the gripper (14), and a control unit (20) which is designed to: - control the gripper (14) to pick up a battery cell (12), - determine a terminal distance between the terminals (18) of a battery cell (12) arranged in the gripper (14) using the sensor unit (16), and - to control the gripper (14) to deposit the battery cell (12) in a deposit position, - wherein the deposit position of the battery cell (12) arranged in the gripper (14) is determined based on the determined terminal distances of the battery cell (12) arranged in the gripper (14) and a previously deposited battery cell (12') and its deposit position.

Device (10) according to Claim 1 , wherein the control unit (20) is configured to determine the storage position of the battery cell (12) such that the stored battery cells (12, 12') are arranged parallel to one another and centered along an orthogonal center axis.

Device (10) according to Claim 1 , wherein the control unit (20) is configured to determine the storage position of the battery cells (12) such that the battery cells (12) are arranged parallel to one another and in ascending or descending order with respect to the determined terminal distances.

Device (10) according to Claim 3 , further comprising a further gripper which is configured to pick up a battery cell (12), wherein the control unit (20) is further configured to - deposit the battery cells (12) in a buffer area using the gripper (14), - determine the ascending or descending order of the battery cells (12) deposited in the buffer area based on the determined terminal distances and - control the further gripper such that it picks up at least one of the battery cells (12) deposited in the buffer area and deposits it according to the determined ascending or descending order.

Device (10) according to one of the preceding claims, wherein the control unit (20) is further configured to deposit the battery cells (12) in a plurality of battery cell bars depending on the determined terminal distances such that each battery cell bar of the plurality of battery cell bars is provided for battery cells (12) of different terminal distance ranges.

Device (10) according to one of the preceding claims, wherein the sensor unit (16) is further configured to detect a terminal position of the terminals (18) in relation to the side surfaces (22) comprising the terminals (18) of the battery cell (12) arranged in the gripper (14), and the control unit (20) is further configured to determine the terminal position of the terminals (18) in relation to the side surfaces (22) comprising the terminals (18) of the battery cell (12) arranged in the gripper (14) using the sensor unit (16).

Device (10) according to one of the preceding claims, wherein the gripper (14) comprises a pair of opposing gripping jaws (24) and the control unit (20) is configured to detect the terminal distance between the terminal sides of the battery cell (12) arranged in the gripper (14) based on a position of the gripping jaws (24) using the sensor unit (16).

Device (10) according to Claim 7 , wherein the sensor unit (16) comprises at least one touch sensor and/or at least one optical sensor.

Device (10) according to one of the preceding claims, further comprising a tool change adapter (26) connectable to the gripper (14) and/or the control unit (20).

Method for positioning battery cells (12) in battery module and battery system production, comprising the steps: - picking up a first battery cell (12') with a gripper (14), - determining a first terminal distance between the terminals (18) of the first battery cell (12') arranged in the gripper (14), - placing the first battery cell (12') in a first placement position, - picking up a second battery cell (12) with the gripper (14), - determining a second terminal distance between the terminals (18) of the second battery cell (12) arranged in the gripper (14), and - determining a second placement position of the second battery cell (12) arranged in the gripper (14) based on the determined first and second terminal distances and the first placement position.