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Die vorliegende Offenbarung richtet sich auf Systeme und Verfahren zum Positionieren von Batteriezellen zum Schweißen und genauer auf Systeme und Verfahren zum Positionieren von Batteriezellen für ein Sichtsystem, um eine Schweißstelle zu bestimmen.
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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Offenbarung beansprucht den Vorteil der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr.
62/760.846 , eingereicht am 13. November 2018, die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin eingeschlossen ist.
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KURZDARSTELLUNG
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Ein typisches Sichtsystem, das beim Laserschweißen verwendet wird, erkennt Merkmale auf sichtbaren Oberflächen, um Schweißpunkte zu lokalisieren. Dies ist jedoch dann nicht geeignet, wenn die Schweißnaht auf kleine, nicht sichtbare Merkmale abzielen muss, zum Beispiel die Flachbereiche am Rand einer zylindrischen Batteriezelle (hierin auch Batterie genannt), die von einer Sammelschiene, einem Folienelement, einer flexiblen PCB oder einen Stromabnehmer, mit der dieser Flachbereich verschweißt werden soll, nahezu vollständig abgedeckt ist.
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In einigen Ausführungsformen richtet sich die vorliegende Offenbarung auf einen Rahmen zum Positionieren einer Batterie unter Verwendung eines Sichtsystems, um mindestens einen Schweißpunkt auf der Batterie zu bestimmen. Der Rahmen schließt mindestens ein visuelles Referenzmerkmal ein, das durch das Sichtsystem erkennbar ist. Das Referenzmerkmal wird von dem Sichtsystem zur Bestimmung des mindestens einen Schweißpunktes verwendet.
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In einigen Ausführungsformen schließt das mindestens eine visuelle Referenzmerkmal ein Paar Stutzen ein, die eine Linie definieren, und der mindestens eine Schweißpunkt wird basierend auf der Linie bestimmt. In einigen Ausführungsformen entspricht das Paar Stutzen den jeweiligen Batterien, die innerhalb des Rahmens nebeneinander angeordnet sind. In einigen dieser Ausführungsformen sind die jeweiligen Mittelpunkte der Stutzen entlang einer Mittellinie aufgereiht, die sich von den jeweiligen Mittelpunkten der jeweiligen Endflächen der jeweiligen Batterien erstreckt.
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In einigen Ausführungsformen schließt der Rahmen mindestens ein Positionsreferenzmerkmal ein, das jeweils in die Batterie eingreift, um die Batterie in einer vorbestimmten Position zu positionieren. In einigen Ausführungsformen schließt das mindestens eine Positionsreferenzmerkmal mindestens ein Quetschmerkmal ein. In einigen Ausführungsformen schließt der Rahmen eine Oberfläche ein, auf die mindestens eine Batterie von dem Positionsreferenzmerkmal reagiert. In einigen Ausführungsformen schließt der Rahmen mindestens einen spritzgegossenen Abschnitt ein, und das mindestens eine Positionsreferenzmerkmal und das mindestens eine visuelle Referenzmerkmal befinden sich beide ausschließlich entweder in einem Kern des spritzgegossenen Abschnitts oder in einem Hohlraum des spritzgegossenen Abschnitts.
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In einigen Ausführungsformen schließt der Rahmen mindestens einen spritzgegossenen Abschnitt ein.
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In einigen Ausführungsformen sind eine Batterie der mindestens einen Batterie und eine Elektrode an einem Schweißpunkt des mindestens einen Schweißpunkts miteinander verschweißt.
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In einigen Ausführungsformen schließt die mindestens eine Batterie eine zylindrische Batterie ein.
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In einigen Ausführungsformen schließt der Rahmen einen Einführkonus ein, der konfiguriert ist, um eine Batterie der mindestens einen Batterie aufzunehmen und an ihren Platz zu führen.
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In einigen Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Sichtsystem. Das Sichtsystem schließt Sichtschaltungsanordnung, Verarbeitungsschaltungsanordnung und Schweißgeräte ein. Die Sichtschaltungsanordnung erzeugt ein Sichtsignal, das Daten einschließt, die den Ort mindestens eines Referenzmerkmals in einem Rahmen anzeigen, der konfiguriert ist, um eine Batterie zu positionieren. Die Verarbeitungsschaltungsanordnung ist mit der Sichtschaltungsanordnung gekoppelt und konfiguriert, um das Sichtsignal zu analysieren, um mindestens einen Schweißpunkt, der für die Sichtschaltungsanordnung verdeckt ist, auf der Batterie basierend auf dem mindestens einen Referenzmerkmal zu bestimmen. Die Verarbeitungsschaltungsanordnung ist auch konfiguriert, um ein Schweißsteuersignal basierend auf dem mindestens einen Schweißpunkt zu erzeugen. Die Schweißgeräte sind mit der Verarbeitungsschaltungsanordnung gekoppelt, die das Schweißsteuersignal an die Schweißgeräte übermittelt, womit bewirkt wird, dass sie eine Schweißung an dem mindestens einen Schweißpunkt durchführen.
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In einigen Ausführungsformen ist die Verarbeitungsschaltungsanordnung konfiguriert, um eine Position eines Paars Stutzen des Rahmens in dem visuellen Signal zu bestimmen, eine Linie zu interpolieren, die das Paar Stutzen verbindet, und den Schweißpunkt basierend auf der Linie zu bestimmen.
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In einigen Ausführungsformen ist die Verarbeitungsschaltungsanordnung konfiguriert, um zu bestimmen, dass sich der Schweißpunkt entlang der Linie befindet.
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In einigen Ausführungsformen ist die Verarbeitungsschaltungsanordnung konfiguriert, um in dem Sichtsignal einen Kontaktpunkt einer Außenoberfläche der Batterie mit einer horizontalen Wand des Rahmens zu lokalisieren, einen Mittelpunkt der Batterie basierend auf der Linie und auf einem Abstand von dem Kontaktpunkt zu bestimmen, einen konzentrischen Bogen basierend auf dem Mittelpunkt zu verfolgen und den Schweißpunkt als entlang des Lichtbogens liegend zu bestimmen. Der Bogen weist einen vorbestimmten Radius auf, der auf Abmessungen der Batterie basiert und sich mit der Linie schneidet.
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In einigen Ausführungsformen basiert der Abstand auf einem Nennradius der Batterie.
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In einigen Ausführungsformen ist der Rahmen konfiguriert, um eine zweite Batterie zu positionieren, und es gibt keinen Schweißpunkt auf der zweiten Batterie.
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Figurenliste
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Die vorliegende Offenbarung wird gemäß einer oder mehreren verschiedenen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren ausführlich beschrieben. Die Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung und stellen lediglich typische oder beispielhafte Ausführungsformen dar. Diese Zeichnungen werden bereitgestellt, um das Verständnis der hierin offenbarten Konzepte zu erleichtern, und sind nicht als Einschränkung der Breite, des Umfangs oder der Anwendbarkeit dieser Konzepte zu verstehen. Es sollte beachtet werden, dass diese Zeichnungen aus Gründen der Klarheit und zur Vereinfachung der Darstellung nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind.
- 1 veranschaulicht eine beispielhafte Variation in einem Paar zylindrischer Batteriezellen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
- 2 zeigt eine Konfiguration, die einen veranschaulichenden Rahmen einschließt, der Batteriezellen in, zum Beispiel einem Batteriepack, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung positioniert;
- 3 zeigt eine Draufsicht auf die Konfiguration von 2 zusammen mit anderen Komponenten, die verhindern können, dass ein Sichtsystem die Stelle für einen angemessenen Schweißpunkt direkt beobachtet oder anderweitig bestimmt, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
- 4 zeigt eine Unteransicht eines veranschaulichenden Rahmens mit Quetschrippen, mit einigen angeordneten Batteriezellen, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
- 5 zeigt ein veranschaulichendes Sichtsystem gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
- 6 zeigt ein Flussdiagramm eines veranschaulichenden Verfahrens zur Durchführung einer Schweißung, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
- 7 zeigt veranschaulichende Abmessungen und Toleranzen für Quetschrippen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung; und
- 8 zeigt veranschaulichende Bereiche und Toleranzen für eine Verbindungslinie gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Merkmalssatz und ein Verfahren zu dessen Verwendung, die eine genaue Lokalisierung des verdeckten Randes (und des flachen Abschnitts davon) einer zylindrischen Batteriezelle ermöglichen. Diese Offenbarung gilt sowohl für Randschweißarchitekturen mit Einzelzellen als auch mit gepaarten Zellen. In einigen Ausführungsformen wird die Verwendung von spritzgegossenen Sichtreferenzmerkmalen verwendet, um eine verborgene Tangente zwischen einem spritzgegossenen Teil von Interesse und einer zylindrischen Batteriezelle zu lokalisieren, unabhängig vom Materialzustand (mindestens, maximal und alle Zustände dazwischen, gemäß der Definition von ASME Y14.5 GD&T) des Teils, seiner Merkmale und der Batteriezelle.
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Beim ortskritischen Laserschweißen kann ein Bild der Baugruppe vor dem Hinzufügen von verdeckenden Elementen aufgenommen und zur späteren Verwendung analysiert werden. Es ist jedoch möglich, die erforderliche Kameraanzahl für die Fertigungsanlage, die Anzahl der Montageschritte und Puffer davon sowie andere Schritte und Komponenten zu reduzieren, indem die Kamera verwendet wird, die in dem Laserschweißgerät unabhängig zu Zwecken der Identifizierung von Schweißpunkten benötigt wird. Dies stellt eine Flexibilität der Modulmontagelinie mit potenzieller Kostenreduzierung aufgrund der Minimierung erforderlicher Bildgebungs- und Bildverarbeitungseinrichtungen bereit. Eine Verringerung der Zykluszeit kann sich ebenso ergeben wie eine mögliche Verringerung der Ausschussrate.
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Bei einem Spritzgußteil bleiben vom Kern gesteuerte Bereiche relativ zu anderen vom Kern gesteuerten Bereichen genau positioniert, wobei Abstand und Merkmalsgröße eng mit der Gesamtschrumpfung des Teils skalieren. In ähnlicher Weise bleiben Bereiche, die durch den Hohlraum gesteuert werden, relativ zu anderen Bereichen, die durch den Hohlraum gesteuert werden, genau positioniert, wobei der Abstand und die Merkmalsgröße eng mit der Gesamtschrumpfung des Teils skalieren.
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Wenn die Trennung zwischen Bereichen abnimmt und wenn die Merkmalsgröße selbst abnimmt, nimmt auch die relative Variation von Teil zu Teil ab.
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Für Teile, die durch andere Verfahren, einschließlich Bearbeiten, Stanzen, Ziehen, Schmieden, Prägen und andere, hergestellt werden, bleiben Merkmale, die in einem einzigen Arbeitsgang hinzugefügt werden, auch relativ zu sich selbst fest gesteuert.
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Wenn ferner zwei Bogenabschnitte mit geringer radialer Variation denselben Punkt tangieren und dieselbe Händigkeit aufweisen, ist der Abstand zwischen den Endpunkten bei einem gegebenen Versatz äußerst klein.
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1 veranschaulicht eine beispielhafte Variation in einem Paar zylindrischer Batteriezellen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie in diesem Beispiel gezeigt, beträgt für zwei Kreise mit einem Durchmesser von 20,9 mm und 21,1 mm, die einander tangieren, der Abstand zwischen den Punkten, die 4 mm entlang dieser Tangente vorstehen, ungefähr 0,0082 mm. An dem 4 mm von der Mittellinie entfernten Abschnitt, der mit den Kollektorfahnen an der Stelle sichtbar ist, beträgt der Abstand zwischen dem minimalen Zelldurchmesser und dem maximalen Zelldurchmesser etwas weniger als 0,01 mm. Diese Position kennzeichnet den Ort der Randtangenz (z. B.+/-0,05 mm von der Mittellinie zwischen gepaarten Zellen) innerhalb von+/-0,005 mm. Die Position der Randabflachung 120 kann innerhalb von +/-0,005 mm plus dem Toleranzband bestimmt werden, von wo die Randabflachung 120 relativ zum Randdurchmesser ist. Der Klarheit halber bezieht sich die Randabflachung 120 auf den Abschnitt einer Endfläche der Batteriezelle, der im Wesentlichen flach ist, so dass eine Komponente, wie eine Elektrode, an in diesem Ort direkt an die Batteriezelle geschweißt werden kann. In einigen Ausführungsformen befindet sich die Randabflachung 120 auf dem radial äußeren Abschnitt der Endfläche und erstreckt sich in Umfangsrichtung entweder vollständig um oder teilweise um die Endfläche.
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Unter der Annahme der Position von +/-0,1 mm der Randabflachung 120 relativ zum Durchmesser der Endfläche, 0,5 mm+/-0,05 mm Breite auf der Abflachung (zentriert) und einer 0,2 mm breiten Schweißraupe (maximal angenommen) kann eine Positionstoleranz für die Schweißraupe bei +/-0,105 mm vorliegen. In einigen Ausführungsformen kann die maximale Breite der Schweißraupe 0,2 mm+0,105 mm=0,305 mm betragen. Die minimale Erstreckungsbreite 120, zentriert auf der Schweißraupenmittellinie, kann 0,5 mm-0,05 mm-0,1 mm=0,35 mm betragen. Die minimale Erstreckungsbreite der Randabflachung 120 ist größer als die maximale Erstreckungsbreite der Schweißnaht von 0,31 mm (abgerundet), etwa der gleichen Mittellinie. Als solches kann die Schweißnaht so angeordnet sein, dass ihre Gesamtheit auf der Randabflachung 120 liegt.
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2 zeigt eine Konfiguration, die einen veranschaulichenden Rahmen 206 einschließt, der die Batteriezellen 221 und 222 (hier auch als Batterien bezeichnet) in einem Batteriepack positioniert, zum Beispiel gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Ein solcher Batteriepack kann zum Beispiel in einem Fahrzeug, wie einem Elektrofahrzeug, verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann Rahmen 206 aus einer oder mehreren Komponenten hergestellt sein, die oben auf Batteriezellen 221 und 222, unten auf Batteriezellen 221 und 222, um eine oder mehrere Batteriezellen (z. B. Batteriezellen 221 und 222), eine beliebige andere Ausrichtung in Bezug auf eine oder mehrere Batteriezellen (z. B. Batteriezellen 221 und 222) oder eine beliebige Kombination davon angeordnet sind.
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Rahmen 206 kann aus beliebigen geeigneten Materialien bestehen, einschließlich zum Beispiel einem Polymer (z. B. Kunststoff), Metall, Gummi oder Latex, einem beliebigen anderen geeigneten Material oder einer beliebigen Kombination von Materialien davon. In einigen Ausführungsformen ist oder schließt Rahmen 206 einen Kunststoff ein, der unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Spritzgießverfahrens zur Herstellung des Kerns und des Hohlraums gebildet wird.
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In einigen Ausführungsformen hält Rahmen 206 eine oder mehrere Batterien in jeweiligen vorbestimmten Positionen (z. B. wie veranschaulicht, Batteriezellen 221 und 222 in einer benachbarten Anordnung). Rahmen 206 kann auch verwendet werden, um beliebige andere geeignete Komponenten in einer beliebigen geeigneten Anordnung relativ zueinander, zu Batteriezellen 221 und 222 oder einer Kombination davon zu positionieren. Zum Beispiel kann Rahmen 206 verwendet werden, um eine Sammelschiene, ein Folienelement, eine flexible Leiterplatte oder einen Stromabnehmer (in 2 nicht gezeigt) zu positionieren.
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Stutzen 202 und 204 werden gemäß der vorliegenden Offenbarung als visuelle Referenzmerkmale bereitgestellt, die ein Sichtsystem verwenden kann, um Schweißpunkte zu lokalisieren. Schweißpunkte sind Stellen, an denen die Batterie mit jeder geeigneten anderen Komponente verschweißt werden kann, einschließlich zum Beispiel jeder geeigneten Sammelschiene, Folienelement, flexibler PCB oder jedem Stromabnehmer.
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3 zeigt eine Draufsicht der Konfiguration von 2 zusammen mit anderen Komponenten, die verhindern können, dass ein Sichtsystem die Position für einen angemessenen Schweißpunkt direkt beobachtet oder anderweitig bestimmt, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Da zum Beispiel die Endfläche, auf der der Schweißpunkt vorgesehen ist, durch das Folienelement 310 verdeckt ist, kann das Sichtsystem verdeckte Merkmale oder Objekte möglicherweise nicht erkennen. Zum Beispiel können unter Bezugnahme auf die nicht verdeckte Veranschaulichung von 2 die Stellen 208 und 210 gewünschte Stellen sein (d. h. entlang jeweiliger Randabflachungen der gezeigten Batterien), um eine Sammelschiene oder einen Stromabnehmer zu schweißen. Aufgrund des in 3 veranschaulichten Hindernisses ist ein Sichtsystem jedoch nicht in der Lage, die Positionen 208 und 210 direkt zu lokalisieren.
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Das Sichtsystem der vorliegenden Offenbarung kann stattdessen auf Stutzen 202 und 204 angewiesen sein, um die Stellen 208 und 210 als Schweißpunkte zu identifizieren. Das Sichtsystem beruht auf Stutzen 202 und 204, deren Mittelpunkte mit den Mittelpunkten der im Rahmen angeordneten Batterien fluchten können. Das Sichtsystem kann eine Referenzlinie (z. B. Linie 220) interpolieren, indem es die Mitten der Stutzen 202 und 204 verbindet. Diese Linie (Linie 220) verläuft nach außen und kreuzt mindestens innerhalb einer bestimmten Toleranz die Mitten der Batteriezellenendflächen.
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Unter Bezugnahme auf 3 erkennt das Sichtsystem die Schnittpunkte der sichtbaren Abschnitte der Batteriezellen mit einer geeigneten horizontalen Referenz (z. B. einer Wand oder Linie). Zum Beispiel kann das Sichtsystem Schnittpunkte 320 und 322 erkennen. Das Sichtsystem bestimmt dann die Punkte entlang der Linie 220, die einen nominalen Zellenradius (z. B. 10,5 mm für die veranschaulichte Batteriezelle) von diesen Schnittpunkten entfernt sind. Wie veranschaulicht, werden die nominalen Zellzentren 330 und 332 als Punkte entlang der Linie 220 bestimmt, die einen nominalen Zellradius von den jeweiligen Schnittpunkten 320 und 322 entfernt sind.
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In einigen Ausführungsformen können andere visuelle Merkmale eines Rahmens gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, um die nominalen Zellmitten und somit Schweißpunkte zu lokalisieren. Zum Beispiel können in einigen Ausführungsformen Bögen 203 und 205 von 2 anstelle von Stutzen 202 und 204 verwendet werden. Die Mittelpunkte der Bögen 203 und 205 liegen entlang der Linie 220 und können somit zur Bestimmung dieser Referenzlinie verwendet werden. In diesem Beispiel fungieren die Bögen 203 und 205 als weniger ausgeprägte Stutzen. Als weiteres Beispiel können die Bögen 203 und 205 so geformt sein, dass die Mittelpunkte dieser Bögen mit den nominalen Zellmitten ausgerichtet sind. In diesem Beispiel ist es möglicherweise nicht notwendig, Schnittpunkte 320 und 322 zu finden, um die nominalen Zellmitten zu finden. Stattdessen wird die Form eines Bogens erfasst und der entsprechende Mittelpunkt bestimmt. In einigen Ausführungsformen sind die Stutzen 202 und 204 nicht in Rahmen 206 eingeschlossen, und stattdessen umfassen die entsprechenden Kanten Bögen, die den Bögen 203 und 205 ähnlich sind. In einigen Ausführungsformen sind die Mittelpunkte dieser Bögen entlang der Linie 220 positioniert und die Mittelpunkte dieser Bögen sind mit den nominalen Zellmitten ausgerichtet. In einigen Ausführungsformen werden zwei, drei oder alle vier Bögen verwendet, um die nominalen Zellmitten zu bestimmen.
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Unter Verwendung einer neu bestimmten nominalen Zellmitte verfolgt das Sichtsystem dann die Kurve der nominalen Mitte des Randabflachungabschnitts der Batteriezelle (z. B. 9 mm für die veranschaulichte Batteriezelle). Es versteht sich, dass das Verfolgen das Bestimmen der Position der Spur einschließt. Es versteht sich auch, dass die genaue Mitte der Batteriezelle nicht erforderlich ist, da es ein Toleranzband (z. B. in der Größenordnung von 0,5 mm) gibt, das größer ist als der Randabflachungspositionsfehler (basierend auf der Zellengröße wie oben in der Größenordnung von 0,01 mm) und der Randabflachungspositionsfehler (separat basierend auf der Zellengröße in der Größenordnung von 0,1 mm). Das Sichtsystem kann daher die Schweißpunkte für die zwei dargestellten Batteriezellen entlang ihrer jeweiligen Randabflachungen bestimmen, indem zum Beispiel bestimmt wird, wo sich die Randabflachungskurve mit der Verbindungslinie der Stutzen 202 und 204 schneidet.
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Es versteht sich, dass, während Stutzen in der speziellen Geometrie und Form veranschaulicht sind, wie in den 2 und 3, dass jede andere geeignete Geometrie und Form verwendet werden kann, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Um sicherzustellen, dass die Batteriezellenmitte mit den oben erörterten Schweißbezugsflächen fluchtet, kann der Rahmen so angeordnet sein, dass die Batteriezelle wiederholt in ihren Topf eintritt. Zum Beispiel ist jeder Batteriezellentopf des Rahmens teilweise aus einem Einführkonus gebildet, dessen Schnittpunkte naturgemäß Einführungsmerkmale bilden. Die (z. B. Nenndurchmesser 21 mm) Batteriezelle muss möglicherweise innerhalb eines Kreises mit ungefähr 24 mm Durchmesser platziert werden, um ordnungsgemäß in Position zu fallen. In einigen Ausführungsformen können Positionsreferenzmerkmale in dem Rahmen enthalten sein, um die Positionierung der Batteriezelle innerhalb des Rahmens zu unterstützen. Zum Beispiel können zwei ausgeglichene Zentriermerkmale verwendet werden. Dies kann zum Beispiel eine Feder oder ein Quetschrippen sein, die dafür sorgen, dass die Batteriezellen vor dem Aushärten des Fixierklebstoffs eingespannt werden.
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4 zeigt eine Unteransicht des veranschaulichenden Rahmens 400 mit Quetschrippen 402 und 404, mit angeordneten Batteriezellen 421-429, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In einigen Ausführungsformen schließt der Rahmen jeweilige Oberflächen ein, gegen die jede Batteriezelle von den Zentriermerkmalen reagiert, was die Batteriezelle selbst nicht von der Bezugslinie weg ablenkt. Diese Fläche kann zum Beispiel eine ebene Wand im Rahmen sein. In einigen Ausführungsformen befinden sich, wenn der Rahmen spritzgegossen (oder mindestens teilweise spritzgegossen) wird, die Positionsreferenzmerkmale (Quetschrippen 402 und 404) und Sichtreferenzmerkmale entweder alle im Kern oder alle im Hohlraum. Sie befinden sich, wie dargestellt, alle im Kern.
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5 zeigt das veranschaulichende Sichtsystem 500 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Sichtschaltungsanordnung 502 schließt eine beliebige geeignete Software, Hardware oder beides zum Erzeugen des Sichtsignals 508 ein. Das Sichtsignal 508 schließt zum Beispiel Informationen ein, die den Ort beliebiger geeigneter Komponenten, wie der vorstehend beschriebenen, anzeigen. Zum Beispiel schließt das Sichtsignal 508 Informationen ein, die den Ort beliebiger geeigneter Referenzpositionsmerkmale, Schnittpunkte zwischen einer Batteriezelle und einem Rahmen, geometrische Merkmale, sichtbare Merkmale oder Muster, jedes andere geeignete visuelle oder anderweitig optische Merkmal oder jede Kombination davon angeben.
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Die Sichtschaltungsanordnung 502 kann einen oder mehrere Sensoren, Bildgebungsgeräte wie Bildsensoren (z. B. Photodetektoren oder Kameras zum Erfassen von sichtbarem Licht oder einem anderen geeigneten photonischen Signal), LIDAR-Geräte, Näherungssensoren, Doppler-basierte Geräte, einen beliebigen anderen geeigneten Sensor oder Bildgebungsgeräte oder eine beliebige Kombination davon einschließen.
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Die Verarbeitungsschaltungsanordnung 504 schließt eine beliebige geeignete Software, Hardware oder beides zum Verarbeiten des Sichtsignals 508 ein, um das Schweißsteuersignal 510 zu erzeugen. Das Schweißsteuersignal 510 wird unter Verwendung beliebiger geeigneter Hardware und Kommunikationsprotokolle (z. B. drahtgebundene, drahtlose oder optische Kommunikation) an das Schweißgerät 506 übermittelt. Die Verarbeitungsschaltungsanordnung 504 schließt zum Beispiel eine oder mehrere Rechenvorrichtungen mit einem oder mehreren Prozessoren ein, die in der Lage sind, Anweisungen basierend auf Eingaben auszuführen. Zum Beispiel kann die Verarbeitungsschaltungsanordnung 504 einen Computer, eine mobile/Tablet-Rechenvorrichtung, ein eingebettetes System, eine beliebige andere geeignete Rechenvorrichtung oder eine beliebige Kombination davon mit darauf programmierten Anweisungen zum Verarbeiten des Sichtsignals 508 einschließen, um zu bestimmen, wo Schweißpunkte auf einer Batteriezelle lokalisiert werden sollten. Eine solche Verarbeitung kann beispielsweise beliebige geeignete Computervisionstechniken einschließen.
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Die Schweißausrüstung 506 schließt eine beliebige geeignete Hardware, Software oder beides zum Durchführen von Schweißvorgängen als Reaktion auf und gemäß dem Schweißsteuersignal 510 ein. Zum Beispiel kann die Schweißvorrichtung 506 eine Metallschweißvorrichtung, eine Vorrichtung zum Auftragen und Aushärten eines Klebstoffs, eine Laserschweißvorrichtung, eine beliebige andere geeignete Schweißvorrichtung oder eine beliebige Kombination davon einschließen. Die Sichtschaltungsanordnung 502 kann Informationen direkt an das Schweißgerät 506 liefern, um es dem Schweißgerät 506 zu ermöglichen, zum Beispiel Stellen zum Platzieren von Schweißnähten zu verfeinern. Die Schweißausrüstung 506 kann jede geeignete automatisierte Bewegungs-/Roboterausrüstung zum Bewegen geeigneter Vorrichtungen einschließen, um gewünschte Schweißnähte herzustellen.
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6 zeigt ein Flussdiagramm eines veranschaulichenden Verfahrens 600 zur Durchführung einer Schweißung, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Verfahren 600 kann durch eine beliebige geeignete Steuerschaltungsanordnung implementiert werden, die in einer mobilen Rechenvorrichtung, einem eingebetteten System, einer beliebigen anderen geeigneten Rechenvorrichtung oder einer beliebigen Kombination davon eingeschlossen sein kann. Zum Beispiel kann die Steuerschaltungsanordnung die Verarbeitungsschaltungsanordnung 504 von 5 einschließen, die einen Teil oder die Gesamtheit des Verfahrens 600 implementieren können.
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In Schritt 602 erzeugt die Steuerschaltungsanordnung ein Sichtsignal, das den Ort mindestens eines Referenzmerkmals in einem Rahmen anzeigt. In einigen Ausführungsformen basiert das Sichtsignal auf einem oder mehreren Sichtsensoren (z. B. Kameras oder Photodetektoren), die einer Verstärkung, Filterung, Isolierung, Abtastung und Digitalisierung, einer beliebigen anderen geeigneten Signalverarbeitung oder einer beliebigen Kombination davon unterzogen werden können. In einem veranschaulichenden Beispiel kann ein Bildgebungssystem verwendet werden, um Sichtdaten des Rahmens und der Batteriezellen zu erfassen, wobei das Sichtsignal auf den Sichtdaten basiert.
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In Schritt 604 analysiert die Steuerschaltungsanordnung das Sichtsignal, um mindestens einen verdeckten Schweißpunkt auf der Batterie basierend auf dem mindestens einen Referenzmerkmal zu bestimmen. Das Bildgebungssystem kann Kantendetektion, Mustererkennung oder jede andere geeignete Analysetechnik verwenden, um das Sichtsignal zu analysieren. Die Steuerschaltungsanordnung kann ein oder mehrere Merkmale identifizieren und eine Position, Ausrichtung oder beide des einen oder der mehreren Merkmale relativ zu einer geeigneten Referenz bestimmen. In einigen Ausführungsformen kann die Steuerschaltungsanordnung zum Beispiel ein Sichtsignal (z. B. das ein Bild anzeigt) mit einer oder mehreren Vorlagen oder Referenzen vergleichen, um ein oder mehrere Merkmale zu identifizieren.
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In Schritt 606 erzeugt die Steuerschaltungsanordnung ein Schweißsteuersignal basierend auf dem mindestens einen Schweißpunkt. In einigen Ausführungsformen schließt das Schweißsteuersignal ein analoges Signal ein. Zum Beispiel kann eine Spannung, ein Strom, eine Frequenz oder eine andere geeignete Eigenschaft des Schweißsteuersignals einen oder mehrere Schweißparameter (z. B. Stromfluss, Dauer oder andere geeignete Parameter) anzeigen. In einigen Ausführungsformen schließt das Schweißsteuersignal ein digitales Signal ein. Zum Beispiel kann das Schweißsteuersignal eine Nachricht, einen Wert, einen Satz von Werten oder andere geeignete Informationen einschließen, die einen oder mehrere Schweißparameter (z. B. Stromfluss, Dauer oder andere geeignete Parameter) angeben.
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In Schritt 608 übermittelt die Steuerschaltungsanordnung das Schweißsteuersignal an das Schweißgerät, wodurch bewirkt wird, dass das Schweißgerät eine Schweißung an dem mindestens einen Schweißpunkt durchführt. Die Steuerschaltungsanordnung kann das Schweißsteuersignal unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Kommunikationsnetzwerks (z. B. drahtgebunden, drahtlos oder optisch) und Protokolls erzeugen und übertragen.
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7 zeigt veranschaulichende Abmessungen und Toleranzen für Quetschrippe(n) 702 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Das in 7 veranschaulichte Beispiel schließt eine nominale Wanddicke von 1,1 mm mit einem wahrscheinlichen Bereich von 1,0-1,2 mm auf beiden Seiten einer Batteriezelle ein. Somit können zwischen der Quetschrippe 702 mit dem nach außen gerichteten Ausschnitt zum Schweißen und der Quetschrippe 702, die durchgehend ist, bis zu etwa 0,1 mm ausgetauscht werden. Der größere Raum, in den die Quetschrippe 702 ablenken kann, ermöglicht eine geringere Einführkraft und unterstützt die Aufrechterhaltung der Zentrierung der Batteriezelle. Ein beispielhafter Bereich der Quetschungsmenge kann 0 mm (Titangency) bis 0,287 mm betragen.
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8 zeigt veranschaulichende Bereiche und Toleranzen für eine Verbindungslinie gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung. Mit Batteriezellen, die eine Bodenwand tangieren, kann eine Verbindungslinie von 0,05 mm bis 0,25 mm aufrechterhalten werden.
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In einigen Ausführungsformen kann der Rahmen der vorliegenden Offenbarung mehrere Batterien positionieren, von denen mindestens eine gemäß der vorliegenden Offenbarung verschweißt ist und von denen mindestens eine andere überhaupt nicht verschweißt sein muss oder gemäß einem anderen geeigneten Ansatz verschweißt sein muss (z. B. da diese bestimmte Batterie nicht von einem Hindernis betroffen ist).
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Es versteht sich, dass die hierin enthaltenen Positionsbeschreibungen etwas Variabilität und Toleranzen unterliegen. Zum Beispiel beschränkt die Bezugnahme auf eine Mitte einer Batteriezellenendfläche die Beschreibung nicht notwendigerweise auf einen präzisen Mittelpunkt. Diese Beschreibung ist auf einen Punkt anwendbar, der innerhalb einer gewissen Toleranz zum tatsächlichen Mittelpunkt liegt. Gleichermaßen wird die Erörterung eines Schweißpunkts entlang einer Linie mit dem Verständnis gemacht, dass der Schweißpunkt innerhalb jeder geeigneten Toleranz einer solchen Linie liegen kann.
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Das Vorstehende dient lediglich der Veranschaulichung der Prinzipien dieser Offenbarung, und verschiedene Modifikationen können vom Fachmann vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang dieser Offenbarung abzuweichen. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen werden zu Veranschaulichungszwecken und nicht einschränkend dargestellt. Die vorliegende Offenbarung kann auch viele andere Formen annehmen als die hierin ausdrücklich beschriebenen. Dementsprechend wird betont, dass diese Offenbarung nicht auf die explizit offenbarten Verfahren, Systeme und Vorrichtungen beschränkt ist, sondern Variationen und Modifikationen davon einschließen soll, die innerhalb des Geistes der folgenden Ansprüche liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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