DE3141315A1

DE3141315A1 - Verfahren und vorrichtung zum pruefen der qualitaet der zellenverbindungen einer mehrzelligen batterie

Info

Publication number: DE3141315A1
Application number: DE19813141315
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dr.Phil.Nat. Nann; Martin 4770 Soest Osyguß; Hans-Joachim 3503 Lohfelden Schumacher
Original assignee: HAGEN AG ACCU FAB WILHELM; Accumulatorenfabriken Wilhelm Hagen AG
Current assignee: Hagen Batterie AG
Priority date: 1981-10-17
Filing date: 1981-10-17
Publication date: 1983-04-28
Also published as: DE3141315C2; GB2109564A; IT8212637A0; IT1157762B; GB2109564B; FR2514952A1

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen der Qualität der Zellenverbindungen einer mehrzelligen Batterie

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Prüfen der Qualität der Zellenverbindungen von mehrzelligen Batterien mittels einer Spannungsabfallmessung zwischen zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Zellenverbindung an den Zellenverbinder anliegenden Meßkontakten.

Bei mehrzelligen Batterien ist es erforderlich, die Satz-, pole der einzelnen Zellen über sogenannte Zellenverbindungen miteinander elektrisch zu verbinden. Die Zellenverbindung wird bevorzugt als kurze Verbindung durch die Zellentrennwand ausgeführt, beispielsweise durch ein Angußverfah-

ren oder mittels Widerstandsschweißung. Die Fertigung der Batterien einschließlich das Herstellen der Zellenverbindungen erfolgt heute im wesentlichen automatisch.

Bei .der Herstellung der Zellenverbindungen kommt es auf eine homogene poren- und lunkerfreie Verbindung an, da anderenfalls die mechanische Festigkeit der Zellenverbindungen sowie deren elektrische Leitfähigkeit negativ beeinflußt sind.

Es ist deshalb erforderlich, bei der Serienfertigung von Batterien die einwandfreie Qualität der Zellenverbindungen, d.h. deren homogene poren- und lunkerfrei Ausführung zu prüfen, um das Ausliefern fehlerhafter Batterien zu verhindern. Die hierfür bekannt gewordenen Prüfverfahren bestimmen die Qualität der Zellenverbindungen anhand einer Spannungsabfallmessung zwischen zwei auf gegenüberliegenden Seiten der zu prüfenden Zellenverbindung an dem Zellenverbinder anliegenden Meßkontakten. Jeder Verbinder muß einzeln kontaktiert und durchgeprüft werden, wobei die Meßkontakte in Art einer Handzange von Verbinder zu Verbinder umgesetzt werden. Abgesehen davon, daß ein derartiges Prüfverfahren äußerst zeit- und kostenintensiv ist und bei einer Serienfertigung der Batterien allenfalls nur stichprobenartig angewandt werden kann, hat die Praxis gezeigt, daß die Prüfergebnisse sehr stark von der Sorgfalt der Bedienungsperson abhängig und in keinem Fall reproduzierbar sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges Prüfverfahren sowie eine Vorrichtung dafür mit reproduzierbaren Meßergebnissen für die Serienprüfung von Batterien zu entwickeln.

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Die Erfindung ist zunächst dadurch gekennzeichnet, daß auf die von der Serienfertigung über ein Förderband in einen Meßplatz einlaufenden deckellosen Batterien ein Meßkopf mit gesonderten Meßkontakten für jeden Zellenverbinder der Batterie abgesenkt wird, woraufhin alle Meßkontakte die zugeordneten Zellenverbinder kontaktieren. Sodann werden mittels einer hochwertigen Meßvorrichtung und einer Meßstellenumschaltvorrichtung die einzelnen Zellenverbinder nacheinander in einem automatischen Meßablauf durchgeprüft. Jedes Prüfergebnis wird vorzugsweise elektronisch in einem Komperator mit einem vorgegebenen Sollwertbereich verglichen und fehlerhafte Prüfergebnisse werden mit einer Zuordnung des fehlerhaften Zellenverbinders in einem Fehlerspeicher memoriert und/oder von einem Drucker ausgedruckt. Gleichzeitig werden die fehlerhaften Batterien vom Meßplatz in einen Standspeicher eingeschoben, wohingegen fehlerfreie Batterien von dem Meßplatz wieder auf das Förderband auslaufen.

Dieses erfindungsgemäße Verfahren schafft erstmals die Möglichkeit, eine komplette Batterie mit einem Prüfautomaten zeit- und kostengünstig durchzuprüfen, so daß die Serienprüfung von in Serie gefertigten Batterien möglich ist. Dies ergibt sich vornehmlich durch die kombinierte Verwendung des Meßkopfes bzw. der Meßkopfplatte, die die gesamte Batterie übergreift und alle zu prüfenden Zellenverbinder kontaktiert mit einer Meßstellenumschaltung, die Vorzugs-, weise elektronisch erfolgt, und mit der speziellen Einrichtung eines Standspeichers für die fehlerhaft ausgeschiedenen Batterien mit einem Fehlerspeicher bzw. Drucker, der die fehlerhaften Prüfergebnisse mit der Zuordnung des fehlerhaften Zellenverbinders festhält.

Durch die Einrichtung des Standspeichers, der beispielsweise 5, 10 oder auch mehr fehlerhafte Batterien aufnehmen kann, mit dem zugeordneten Fehlerspeicher bzw. Drucker wird erreicht, daß ein Prüfautomat gemäß der Erfindung selbsttätig arbeiten kann, ohne daß es die ständige Anwesenheit einer Bedienungsperson erfordert. Der Prüfautomat sortiert die fehlerhaften Batterien aus und erst bei einer vollständigen Belegung des Standspeichers wird durch ein entsprechendes optisches und/oder akkustisches Signal die Bedienungsperson herbeigerufen, die dann zu jeder aussortierten fehlerhaften Batterie aus dem Fehlerspeicher oder aus dem Drucker entnehmen kann, welche der betreffenden Zellenverbindungen der aussortierten Batterie die vorgeschriebene Qualität der Zellenverbindung nicht erreicht hat. Dadurch ist es auch möglich, die aussortierten fehlerhaften Batterien einer möglichen Reparatur zuzuführen.

Der Einsatz eines solchen Prüfautomaten erfordert reproduzierbare Meßergebnisse. Das wird zunächst generell durch den Einsatz hochwertiger Meßvorrichtungen gewährleistet. Die Kostengünstigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt u.a. darin, daß durch die Meßstellenumschaltung und den automatischen Meßablauf der nacheinander erfolgenden Durchprüfung der einzelnen Zellenverbinder nur eine hochwertige Meßvorrichtung installiert werden muß» Diese kann elektronisch gesteuert sein, wobei eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung vorsieht, daß für die Meßstellenumschaltung zunächst der Prüfstrom elektronisch ausgetastet wird, woraufhin eine Relaisumschaltung bei Nullstrom erfolgt und sodann der Prüfstrom erneut elektronisch und damit berührungslos eingeschaltet wird. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung können die gewünschten hohen Prüfströme von beispielsweise 100 Ampere problemlos angewandt werden, wobei trotz großer Schalthäufigkeit die Lebensdauer der Meßvorrichtung und der Meßstellenumschaltvorrichtung nicht beeinträchtigt ist.

Andererseits kann das Durchprüfen der einzelnen Zellenverbinder auch bei einem Prüfstrom erfolgen, der konstant durch die in Serie geschalteten Zellenverbinder fließt, so daß eine Prüfstromumschaltung auf die einzelnen Zellenverbinder vermieden wird.

Die für den Einsatz des erfindungsgemäßen Prüfautomaten erforderlichen reproduzierbaren Meßergebnisse werden insbesondere bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erreicht, bei der für die Spannungsabfallmessung.getrennte Strom- und Spannungskontakte verwendet werden und der Prüfstrom elektronisch auf einen konstanten Wert geregelt ist. Normalerweise beeinflußt der Kontaktdruck beim Aufsetzen der Kontaktstifte auf den Zellenverbinder den Kontaktübergangswiderstand und damit das Meßergebnis. Bei der genannten Ausführungsform der Erfindung mit getrennten Strom- und Spannungskontakten und Konstantstromregelung werden diese Nachteile vermieden. Sollte zwischen dem zu prüfenden Zellenverbinder und den zugeordneten Stromkontaktstiften ein veränderter Kontaktübergangswiderstand auftreten, dann wird dieser elektronisch kompensiert, so daß der durch den Zellenverbinder hindurchgeleitete Prüfstrom konstant beispielsweise bei 100 Ampere liegt. Bezüglich der Spannungsabfallmessung über die separaten Spannungskontaktstifte gilt, daß der Innenwiderstand des Meßinstrumentes sehr hochohmig gewählt wird, so daß in der Meßleitung kein deutlich meßbarer Strom fließt.Das wiederum bedeutet,daß in die Meßleitung unddamit auch am Kontaktübergang zwischen den Spannungskontaktstiften und dem Zellenverbinder durchaus ein Widerstand geschaltet sein kann, ohne daß damit Fehler bei der Spannungsabfallmessung erzeugt werden.

Unabhängig von den Kontaktübergangswiderständen muß natürlich gewährleistet sein, daß alle Kontaktstifte des Meßkopfes die zugeordneten Zellenverbinder elektrisch kontaktieren. Zu diesem Zweck sieht eine vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Prüfautomaten vor, daß der Meßkopf für jeden Zellenverbinder gesondert je zwei innenliegende Spannungskontaktstifte und je zwei außenliegende Stromkontaktstifte besitzt, die alle in dem Meßkopf in Aufsetzrichtung federnd gelagert sind und die mit scharfen Spitzen oder Schneiden versehen sind. Ein solcherart ausgestalteter Meßkopf kann mit seinen Kontaktstiften problemlos alle Zellenverbinder einer Batterie zugleich kontaktieren, wobei Fertigungstoleranzen bei der Herstellung und Montage der Batterie ausgeglichen werden. Der Toleranzausgleich erfolgt zum einen durch die abgefederte Einzellagerung der Kontaktstifte und zum anderen durch deren scharfe Spitzen oder Schneiden, die sich in das relativ weiche Metall der Zellenverbinder einzugraben vermögen.

Im Ergebnis wird durch die beschriebenen Merkmale der Erfindung ein kostengünstiges Prüfverfahren sowie ein Prüfautomat zur Durchführung des Verfahrens geschaffen, das reproduzierbare Meßergebnisse liefert und insbesondere auch bei der Serienprüfung von Batterien eingesetzt werden kann.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht eines erfindungsge

mäßen Prüfautomaten, _v

Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Meß

platzgestaltung unter Verwendung des

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Prüfautomaten gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Teilausschnitt des Prüfkopfes

des Prüfautomaten gemäß Fig. 1.

Die Darstellung gemäß Fig. 3 verdeutlicht die Zellenverbindung 4 zwischen zwei benachbarten Zellen 5 und 6 einer Batterie, die durch die Zellenwand 7 voneinander getrennt sind. Die dargestellte Zellenverbindung 4 wurde durch eine Öffnung in der Zellenwand 7 mittels Widerstandsschweißung hergestellt. Es gilt, die Qualität der Zellenverbindung 4 zu prüfen.

Zu diesem Zweck wird der Meßkopf 8 (Fig. 1), von dem in Fig. nur der dem dargestellten Zellenverbinder 4 zugeordnete Teil abgebildet ist, von oben auf die Batterie abgesenkt. Die außenliegenden Stromkontaktstifte 9 und die innenliegenden Spannungskontaktstifte 10 kontaktieren den Zellenverbinder 4 jeweils auf gegenüberliegenden Seiten der Zellentrennwand 7. Jeder Kontaktstift 9 und 10 ist einzeln mittels der Federn 11 und 12 abgefedert gelagert, so daß schon hierdurch ein Toleranzausgleich unterschiedlich hoch positionierter Zellenverbinder und/oder Materialstärken gegeben ist. Ein weiterer Toleranzausgleich und eine ausreichend gute elektrische Kontaktierung wird durch die Spitzen 13 bzw. die Schneiden 14 der Kontaktstifte erreicht.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Prüfverfahren anhand der Figuren 1 und 2 beschrieben. Die zu prüfenden Batterien (nicht dargestelt) werden über eine angetriebene Rollenbahn 15 dem Meßplatz 16 zugeführt, wobei sie zunächst durch eine Lichtschranke 17 erfaßt werden, die einen Stopper 18 betätigt, um ein gleichzeitiges Einlaufen mehrerer Batterien in den

Meßlatz 16 zu verhindern. In den Meßlatz 16 einlaufende Batterien kommen mittels des Anschlags 19 zum Stillstand, so daß der Meßkopf 8 auf die deckellose Batterie abgesenkt werden kann.

Es erfolgt dann der automatische Meßablauf in der beschriebenen Weise, bei dem die einzelnen Zellenverbinder mittels einer hochwertigen Meßvorrichtung und einer Meßstellenumschaltvorricht nacheinander durchgeprüft werden. Ein praktisches Ausführungsbeispiels des Meßablaufes kann wie folgt aufgebaut sein:

Nachdem der Meßkopf 8 auf die Batterie aufgesetzt wurde, läuft eine Sicherheitszeit von ca. 2 Sekunden ab. Danach wird der erste Meßlauf gestartet und die Meßstelle für den Verbinder Nr. 1 angewählt. Ca. 0,5 Sekungen danach wird der Prüfstrom eingeschaltet. Die günstigste Meßzeit sollte zwischen 1 und 4 Sekunden betragen. Der Meßwert wird mittels einer digitalen Meßwertanzeige angezeigt und in einem Meßwertspeicher zwischengespeichert. Nachdem der Meßstrom gesperrt ist, wird der zwischengespeicherte Meßwert mit den vorgewählten Sollwerten "Min" und "Max" durch einen integrierten Komperator verglichen.

Liegt der Meßwert innerhalb des vorgegebenen Sollwertbereichs, dann erfolgt eine Meßstellenumschaltung auf den Zellenverbinder Nr. 2 und der nächste Meßlauf wird gestartet. Liegt der Meßwert höher als der vorgegebene Sollwert "Max", dann wird eine entsprechende Fehler-Leuchtdiode angesteuert, bevor die Meßstellenumschaltung auf den Zellenverbinder Nr. erfolgt. Liegt der Meßwert niedriger als der vorgegebene

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Sollwert "Min", dann wird eine Leuchtdiode mit der Kennzeichnung "Systemfehler" angesteuert und akkustisch und/oder optisch ein Bedienungsmann gerufen, da vermutlich kein Kontakt zwischen Meßkopf und Prüfling vorlag, so daß kein Prüfstrom geflossen ist.

Wesentlich ist, daß die durch Überschreiten des vorgewählten Sollwertes "Max" gegebenen Meßwerte in einem Fehlerspeicher memoriert werden, was beispielsweise durch einen Fehlerspeicher mit in Zeilen angeordneten Leuchtdioden entsprechend der Anzahl der Zellenverbinder einer Batterie erfolgen kann. Jede Zeile kennzeichnet somit eine fehlerhafte Batterie, die mittels des Ausstoßers 20 in den Standspeicher 21 eingeschoben wird. Bei Räumung des Standspeichers 21 kann somit zu jeder ausgestoßenen Batterie durch Auslesung der Leuchtendiodenmatrix Zahl und Lage der defekten Zellenverbinder ermittelt werden. Die Zeilen der Leuchtdiodenmatrix entsprechen zugleich dem maximalen Aufnahmevermögen des Standspeichers. Bei vollständiger Belegung des Standspeichers sperrt die Anlage den weiteren Durchlauf von Batterien bis zur Räumung des Standspeichers durch eine Bedienungsperson.

Einwandfreie Batterien verlassen den Meßplatz 20 durch die Lichtschranke 22 des Auslaufs, woraufhin der Meßplatz für eine neue Batterie freigegeben wird, sofern der Standspeicher noch freie Aufnahmekapazitäten hat.

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Claims

Ansprüche :

(y. Verfahren zum Prüfen der Qualität der Zellenverbindungen einer mehrzelligen Batterie

mittels einer Spannungsabfallmessung zwischen zwei auf
gegenüberliegenden Seiten der Zellenverbindung an dem
Zellenverbinder anliegenden Meßkontakten,
dadurch gekennzeichnet,

daß auf eine von einem Förderband (15) in einen Meßplatz (16) einlaufende deckellose Batterie ein Meßkopf (8) mit gesonderten Meßkontakten (9, 10) für jeden Zellenverbinder (4) der Batterie abgesenkt wird, woraufhin alle Meßkontakte die zugeordneten Zellenverbinder kontaktieren,
daß mittels einer Meßvorrichtung und einer Meßstellenumschaltvorrichtung die einzelnen Zellenverbinder in einem

automatischen Meßablauf nacheinander durchgeprüft werden,

daß jedes Prüfergebnis in einem Komperator mit einem vorgegebenen Sollwertbereich verglichen wird, daß fehlerhafte Prüfergebnisse mit einer Zuordnung des fehlerhaften Zellenverbinders in einem Fehlerspeicher memoriert und/oder von einem Drucker ausgedruckt werden, und die fehlerhaften Batterien vom Meßplatz in einen Standspeicher (21) eingeschoben werden, wohingegen fehlerfreie Batterien von dem Meßplatz auf das Förderband auslaufen.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß für die Spannungsabfallmessung getrennte Strom- und Spannungskontakte (9, 10) verwendet werden und der Prüfstrom elektronisch auf einen konstanten Wert geregelt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß für die Meßstellenumschaltung zunächst der Prüfstrom elektronisch ausgeschaltet wird, woraufhin eine Relaisumschaltung erfolgt und sodann der Prüfstrom elektronisch eingeschaltet wird.
4. Automat zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch,

einen alle Zellenverbinder (4) einer Batterie übergreifenden Meßkopf (8) mit für jeden Zellenverbinder gesondert vorhandenen Kontaktstiften (9, 10)

und durch eine Meßvorrichtung, die mittels einer Meßstellenumschaltvorrichtung nacheinander auf die Kontaktstifte der einzelnen Zellenverbinder aufschaltbar ist.
5. Automat nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Meßkopf (8) für jeden Zellenverbinder (4) gesondert je zwei innenliegende Spannungskontaktstifte (10) und je zwei außenliegende Stromkontaktstifte (9) besitzt, daß alle Kontaktstifte in dem Meßkopf in Aufsetzrichtung federnd gelagert sind,

und daß die Kontaktstifte mit scharfen Spitzen (13) oder Schneiden (14)versehen sind.