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Beschrieben wird eine Prüfvorrichtung zur Dichtigkeitsprüfung einer Deckelbaugruppe einer prismatischen Batteriezelle.
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Prüfvorrichtungen zur Dichtigkeitsprüfung einer Deckelbaugruppe einer prismatischen Batteriezelle der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik bekannt.
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Elektrische Energiespeicher wie etwa Hochvoltbatterien für Fahrzeuganwendungen, die auch Traktionsbatterien genannt werden, beispielsweise für Hybridfahrzeuge, Plug in-Hybridfahrzeuge oder Elektrofahrzeuge oder Hochvoltbatterien für stationäre Anwendungen wie etwa Stromversorger oder Speicher weisen eine Vielzahl von in Reihe und/oder parallel geschalteten Einzelzellen auf. Innerhalb der Hochvoltbatterie sind die Einzelzellen in der Regel in so genannten Zellblöcken zusammengefasst. Die Einzelzellen können als so genannte prismatische Zellen bzw. Hardcase-Zellen mit einem meist metallischen, festen Zellgehäuse oder als so genannte Pouchzellen ausgeführt sein, welche eine Umhüllung in Form einer Verbundfolie aufweisen.
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Die vorgenannten prismatischen Zellen sind eine Art von Batteriezellen, die in der Regel in drei verschiedenen Formaten erhältlich sind: zylindrisch, prismatisch und in einem flachen Format.
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Der Aufbau einer prismatischen Zelle ähnelt dem einer Pouchzelle, nur dass statt eines flexiblen Beutels ein festes Gehäuse verwendet wird. Je nach Anwendung sind ein oder mehrere Zellstapel oder Flachwickel eingebracht. Die Kontaktierung von Ableiterfähnchen erfolgt an Ableiterterminals, die im Deckel eingelassen sind.
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Der Ableiterterminal der Deckelbaugruppe von prismatischen Zellen wird mit einer Dichtmasse gegen Elektrolytaustritt und gegen Feuchteeintritt abgedichtet. Hierbei kann es zu Fehlern bei der Applikation der Dichtmasse kommen, die durch die Dichtheitsprüfung nicht immer erkannt werden. Die Folge ist eine undichte Deckelbaugruppe im bereits gefügten Zustand, die die betreffende prismatische Zelle unbrauchbar macht, was zu großen Wertschöpfungsverlusten führt.
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Aus der
DE 10 2019 109 541 A1 ist eine prismatische Batteriezelle bekannt, die eine Deckelbaugruppe für ein Zellgehäuse aufweist, die nach dem folgenden Verfahren hergestellt ist:
- a) Bereitstellen zumindest eines mehrteiligen Zellterminals mit einem plattenförmigen ersten Kontaktabschnitt zum elektrischen Verbinden mit einem zellexternen Anschluss, einem zweiten Kontaktabschnitt zum elektrischen Verbinden mit einem galvanischen Element der Batteriezelle und einem den ersten Kontaktabschnitt und den zweiten Kontaktabschnitt mechanisch und elektrisch verbindenden Verbindungsabschnitt;
- b) Bereitstellen einer Deckelplatte zum Abdecken des Zellgehäuses, welche zumindest eine Durchgangsöffnung aufweist;
- c) Anordnen des Zellterminals an der Deckelplatte derart, dass der Verbindungsabschnitt in der Durchgangsöffnung angeordnet ist, der erste Kontaktabschnitt und eine Oberseite der Deckelplatte unter Ausbildung eines ersten Zwischenraumes überlappen und der zweite Kontaktabschnitt und eine Unterseite der Deckelplatte unter Ausbildung eines zweiten Zwischenraumes überlappen;
- d) Bereitstellen eines Dichtungselementes in einem der Zwischenräume;
- e) Vorspannen des Dichtungselementes durch Komprimieren des Zwischenraumes, in welchem das Dichtungselement angeordnet ist, und
- f) Verbinden des Zellterminals mit der Deckelplatte und Halten des Dichtungselementes in dem vorgespannten Zustand durch Einbringen eines Kunststoffs in den anderen Zwischenraum.
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Bei diesem und ähnlichen anderen Prozessen, bei denen eine Dichtmasse eingebracht wird, kann es zu Fehlern bei der Applikation der Dichtmasse kommen, die durch eine herkömmliche Dichtheitsprüfung nicht immer erkannt werden. Die Folge ist eine undichte Deckelbaugruppe im bereits gefügten Zustand, die zu Wertschöpfungsverlusten führt.
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Bekannte Prüfvorrichtungen sehen vor, pneumatisch Druck auf die Deckelbaugruppe auszuüben und zu testen, ob die Dichtmasse hält. Nachteilig hieran ist, dass nicht alle real auftretenden
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Somit stellt sich die Aufgabe, Prüfvorrichtungen zur Dichtigkeitsprüfung einer Deckelbaugruppe einer prismatischen Batteriezelle der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass defekte Deckelbaugruppen bereits vor der finalen Montage einer prismatischen Batteriezelle aussortiert werden können.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Prüfvorrichtung zur Dichtigkeitsprüfung einer Deckelbaugruppe einer prismatischen Batteriezelle gemäß Anspruch 1. Weiterführende Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Beschrieben wird eine Prüfvorrichtung zur Dichtigkeitsprüfung einer Deckelbaugruppe einer prismatischen Batteriezelle, wobei die Deckelbaugruppe wenigstens ein Ableiterterminal sowie eine Deckelplatte aufweist, wobei das wenigstens eine Ableiterterminal mittels einer Dichtmasse an der Deckelplatte abgedichtet ist, wobei die Dichtmasse eine luftdichte Verbindung zwischen Deckelplatte und wenigstens einem Ableiterterminal herstellt, wobei wenigstens eine erste Halterung zur räumlichen Fixierung des wenigstens einen Ableiterterminals relativ zu der ersten Halterung vorgesehen ist und wenigstens eine zweite Halterung zur räumlichen Fixierung der Deckelplatte relativ zu der wenigstens einen zweiten Halterung, wobei die wenigstens eine erste Halterung relativ zu der wenigstens einen zweiten Halterung entlang wenigstens eines Freiheitsgrads bewegbar ist.
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Dadurch, dass die wenigstens eine erste Halterung das Ableiterterminal und die zweite Halterung die Deckelplatte greift, können Deckelplatte und Ableiterterminal relativ zueinander bewegt werden, wodurch die Dichtmasse bis an die Spezifikationsgrenzen belastet und konditioniert werden kann. Somit können Materialfehler in der Dichtmasse aufgedeckt werden, die durch die Prüfvorrichtung bereits während der Prüfung zu Defekten wie zum Beispiel Risse oder Blasen führen, die dann in einer nachfolgenden Dichtigkeitsprüfung zu einem Versagen führen. Diese Defekte sind mit herkömmlichen Prüfvorrichtungen nicht in der Montage auffindbar.
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Mithilfe der hier beschriebenen Prüfvorrichtung können also vor der finalen Montage der prismatischen Zelle Defekte aufgedeckt und unbrauchbare Deckelbaugruppen beziehungswese Schlechtteile ausgesondert werden, wodurch verhindert werden kann, dass eine vollständige prismatische Batteriezelle zum Ausschuss wird.
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Sofern die Dichtmasse spezifikationsgemäß korrekt aufgebracht ist, kann durch die Prüfvorrichtung eine zerstörungsfreie Vorkonditionierung erreicht werden, die den Einsatz in einem später vertriebenen Produkt nicht ausschließt oder gar eine durchgehende Qualitätskontrolle statt einer stichprobenartigen Qualitätskontrolle erlaubt.
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In einer ersten weiterführenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass wenigstens eine Kraftmessvorrichtung zur Kontrolle einer Zug-, Druck, oder Scherkraft zwischen Deckelplatte und wenigstens einem Ableiterterminal vorgesehen ist.
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Auf diese Weise können kontrollierte Kräfte in die Deckelbaugruppe eingebracht werden. Das Ableiterterminal kann sowohl auf Zug-Druckbelastungen und Richtung einer Längsachse als auch quer dazu mit Kraft beaufschlagt und ausgelenkt werden, sodass alle Bereiche der Dichtmasse konditioniert werden.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass wenigstens eine Wegmessvorrichtung zur Messung eines Abstandes zwischen Deckelplatte und wenigstens einem Ableiterterminal vorgesehen ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine Wegmessvorrichtung zur Messung des Hubs der Prüfvorrichtung vorgesehen sein.
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Hierdurch kann sichergestellt sein, dass die Belastungsspezifikationen eingehalten werden.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine erste Halterung an wenigstens einer metallischen Fläche oder Kante des Ableiterterminals angreift.
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Somit kann verhindert werden, dass die wenigstens eine zweite Halterung die Dichtmasse beschädigt.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass pro Ableiterterminal der prismatischen Batteriezelle jeweils eine erste Halterung vorgesehen ist.
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Bei üblichen Deckelbaugruppen sind in der Regel zwei oder mehr Ableiterterminals an einer Deckelplatte positioniert. Mithilfe einer entsprechenden Anzahl an zweiten Halterungen kann eine Deckelbaugruppe somit in einem Durchgang geprüft werden, ohne dass Umbaumaßnahmen nötig sind oder ohne die Notwendigkeit des Hinzufügens eines weiteren Prüfschrittes pro Ableiterterminal.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine erste Halterung mit einem Aktuator gekoppelt ist.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine erste Halterung und die wenigstens eine zweite Halterung mittels wenigstens einer Positioniervorrichtung relativ zueinander positionierbar sind.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine erste Halterung schwimmend zur zweiten Halterung geführt ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen schematisch:
- 1 eine Schnittansicht sowie eine Draufsicht auf eine erste Halterung einer Prüfvorrichtung,
- 2 eine Schnittansicht sowie eine Draufsicht auf eine zweite Halterung der Prüfvorrichtung, sowie
- 3A - 3C drei Phasen der Prüfung einer Deckelbaugruppe mit einer Prüfvorrichtung.
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1 zeigt eine Schnittansicht sowie eine Draufsicht auf eine erste Halterung 2 einer Prüfvorrichtung 4.
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Wie in der Draufsicht und in der Schnittansicht zu sehen ist, weist die erste Halterung 2 eine zweistufige Haltegeometrie 6 auf, die einen Einschubbereich 8, einen Aufnahmebereich 10 sowie im Aufnahmebereich 10 beiderseits je eine Haltebacke 12 aufweisen. Die erste Halterung 2 ist aus Metall gefertigt.
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Die erste Halterung 2 ist zur Halterung eines in 1 nicht dargestellten Ableiterterminals ausgebildet. Das Ableiterterminal, das in 3 gezeigt und eingehender erläutert wird, ist im Wesentlichen rechteckig und weist abgerundete Ecken auf. Die Haltebacken 12 dienen dazu, das Ableiterterminal seitlich kraftschlüssig zu greifen und somit Kraft auf das Ableiterterminal ausüben zu können.
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Zur Befestigung und Positionierung sind an der ersten Halterung 2 gestufte Durchgangsbohrungen 14 und Positionierbohrungen 16 vorgesehen, von denen zur Wahrung der Übersichtlichkeit in 1 jeweils nur eine mit Bezugszeichen versehen ist.
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Um das Ableiterterminal zu greifen, wird die erste Halterung 2 seitlich mittels des zur Seite offenen Einschubbereichs 8 über das Ableiterterminal geschoben, wobei die Haltebacken 12, wie in 3B zu sehen ist, mit dem Ableiterterminal in Eingriff gelangen und so das Ableiterterminal greifen.
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2 zeigt eine Schnittansicht sowie eine Draufsicht auf eine zweite Halterung 20 einer Prüfvorrichtung 4.
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Wie in der Draufsicht und in der Schnittansicht zu sehen ist, weist die zweite Halterung 20 eine Haltegeometrie 22 auf, die einen Einschubbereich 24 und einen Aufnahmebereich 26 mit beiderseits angeordneten Haltebacken 28 aufweist. Die zweite Halterung 20 ist aus Metall gefertigt.
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Die zweite Halterung 20 ist zur Halterung einer in 1 nicht dargestellten Deckelplatte ausgebildet. Die Deckelplatte, die in 3 gezeigt und eingehender erläutert wird, ist im Wesentlichen rechteckig und weist abgerundete Ecken auf. Die Haltebacken 28 dienen dazu, die Deckelplatte seitlich kraftschlüssig zu greifen und somit Kraft auf die Deckelplatte ausüben zu können.
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Zur Befestigung und Positionierung sind an der zweiten Halterung 20 Gewindebohrungen 30 und Positionierbohrungen 32 vorgesehen, von denen zur Wahrung der Übersichtlichkeit in 3 jeweils nur eine mit Bezugszeichen versehen ist.
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Um die Deckelplatte zu greifen, wird die zweite Halterung 20 seitlich mittels des zur Seite offenen Einschubbereichs 24 über die Deckelplatte geschoben, wobei die Deckelplatte mithilfe der Haltebacken 28 gehalten werden.
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3A zeigt eine schematische Seitenansicht einer Deckelbaugruppe 40 einer prismatischen Batteriezelle mit einer Deckelplatte 44 und einem Ableiterterminal 46, wobei das Ableiterterminal mittels einer umlaufend angebrachten Dichtmasse 48 an der Deckelplatte 44 luft- und flüssigkeitsdicht festgeklebt ist.
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3B zeigt die Deckelbaugruppe 40 eingelegt in eine Prüfvorrichtung 4, bei der das Ableiterterminal 46 von der ersten Halterung 2 mithilfe der Haltebacken 12 seitlich lediglich an einer metallischen Kante 46.1 des Ableiterterminals 46 gehalten wird. Die Deckelplatte 44 wird in der zweiten Halterung 20 gehalten.
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In 3C wird die relativ zur zweiten Halterung 20 schwimmend gelagerte erste Halterung 2 mittels eines Aktuators 50 einer Zugprüfmaschine mit einer Kraft F entlang eines ersten Freiheitsgrades gezogen, bis das Ableiterterminal 46 um eine Distanz D nach oben von der Deckelplatte 44 abgezogen wurde. Die Kraft F wird mit einer Kraftmessvorrichtung 52 gemessen, die Auslenkung mit einer Wegmessvorrichtung 54.
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Der Aktuator 50 kann auch nach rechts und links sowie senkrecht zur Darstellungsebene bewegt werden, wodurch sich zwei weitere Bewegungsfreiheitsgrade ergeben, um die Dichtmasse 48 umlaufend gleichmäßig belasten zu können.
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Während die Dichtmasse 48 auf der dargestellten linken Seite intakt bleibt, reißt diese auf der rechten Seite aufgrund einer Blase im Material auf, sodass die Deckelbaugruppe 40 in der nachfolgenden Dichtigkeitsprüfung versagt und aussortiert werden kann.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa einer weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- erste Halterung
- 4
- Prüfvorrichtung
- 6
- Haltegeometrie
- 8
- Einschubbereich
- 10
- Aufnahmebereich
- 12
- Haltebacke
- 14
- Durchgangsbohrung
- 16
- Positionierbohrung
- 20
- zweite Halterung
- 22
- Haltegeometrie
- 24
- Einschubbereich
- 26
- Aufnahmebereich
- 28
- Haltebacke
- 30
- Gewindebohrung
- 32
- Positionierbohrung
- 40
- Deckelbaugruppe
- 44
- Deckelplatte
- 46
- Ableiterterminal
- 46.1
- Kante des Ableiterterminals
- 48
- Dichtmasse
- 50
- Aktuator
- 52
- Kraftmessvorrichtung
- 54
- Wegmessvorrichtung
- F
- Kraft
- D
- Distanz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019109541 A1 [0007]
