WO2013087346A1 - Prüfverfahren für ein batteriezellengehäuse und dazugehörige prüfanordnung - Google Patents
Prüfverfahren für ein batteriezellengehäuse und dazugehörige prüfanordnung Download PDFInfo
- Publication number
- WO2013087346A1 WO2013087346A1 PCT/EP2012/072735 EP2012072735W WO2013087346A1 WO 2013087346 A1 WO2013087346 A1 WO 2013087346A1 EP 2012072735 W EP2012072735 W EP 2012072735W WO 2013087346 A1 WO2013087346 A1 WO 2013087346A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- battery cell
- cell housing
- thermal
- base body
- heat radiation
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
- B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
- B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
- B60L50/64—Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/72—Investigating presence of flaws
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/4285—Testing apparatus
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
- H01M50/116—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by the material
- H01M50/117—Inorganic material
- H01M50/119—Metals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
- H01M50/116—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by the material
- H01M50/121—Organic material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
- H01M50/116—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by the material
- H01M50/124—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by the material having a layered structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
- H01M50/116—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by the material
- H01M50/124—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by the material having a layered structure
- H01M50/1245—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by the material having a layered structure characterised by the external coating on the casing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Definitions
- the invention relates to a thermographic test method for a battery cell housing and associated test arrangement
- Battery cell housing which have a metallic base body and an applied on the base body insulation paint, and an associated test arrangement.
- Lithium-ion battery cells have at least one positive and one negative electrode (cathode or anode), the lithium-ion (Li +) reversible on (intercalation) or outsource (deintercalation) can.
- FIG. 1 shows how individual battery cells 10 can be combined to form battery modules 12 and then batteries 14. This is done by a parallel or series connection of the poles, not shown.
- a battery module 12 or a battery 14 consists of at least two
- FIG. 2 shows different types of housing and packaging for
- Lithium-ion cells here exemplarily a cylindrical hardcase cell 40, a so-called pouch cell 50 and a prismatic hardcase cell 60.
- Embodiments with hardcase cases each have one metallic base body, for the purpose of isolation with a film, a paint or the like of an electrically non-conductive material
- Lithium-ion cells with a potential on the housing must therefore be electrically insulated on the outside when they are assembled into high-voltage batteries. For electrical isolation of the cells
- Insulation layer can cause short circuits. In case of
- Insulation varnishes can cause short circuits or damage to the insulation system, in particular also uncured, areal or locally limited areas.
- Isolation system occur by contacting (in electrical
- Test method attachment of plate-shaped electrodes) or the test method itself (in electrical test methods: high test voltage in the range up to 4 kV;
- Isolation system for example by particles in insulation coatings
- an "enveloping" electrode which in principle is suitable for liquids, but liquid residues can be present on the insulation systems to be tested
- No. 6,462,551 D1 describes a method for checking the pole connections in a battery, which consists of a multiplicity of interconnected battery cells. For this purpose, during a test discharge process, one in the range of Heat transfer resulting in connecting points detected by means of a thermal imaging camera. As a rule, heat generation at faulty connection points is greater than with correct interconnection.
- thermographic test method for battery cell housings, which have a metallic base body and an insulating lacquer applied to the base body.
- the inventive method is characterized in that
- Excitation source is irradiated
- Thermal radiation is measured by means of at least one thermal imaging camera
- test arrangement for carrying out the aforementioned thermographic test method.
- the test arrangement comprises:
- Battery cell housing at least one thermal imaging camera for measuring the heat radiation emitted by the irradiated battery cell housing; and (D) an evaluation device for comparing the measured
- thermography The process of producing images by means of a thermal imager is called thermography.
- temperature distributions on surfaces and objects are recorded and displayed.
- Thermography is a non-contact measurement method.
- the invention is based on the finding that a non-destructive, integral surface assessment of insulation systems of battery cell housings by thermography in a particularly effective and suitable for mass production is feasible.
- thermography In thermography, a thermal imaging camera converts the heat radiation (medium infrared) of an object invisible to the human eye into electrical signals with the aid of special sensors, which can then be processed by an evaluation device (for example by means of a software installed on a computer).
- the thermal imager also referred to as a thermographic camera
- the normal atmosphere is mid-infrared due to their
- Composition largely transparent, the radiation of the sun and artificial light sources do not disturb accordingly.
- Thermography is used for the non-destructive testing of materials and components.
- the test part is by means of a
- thermography includes pulse thermography, Lockin thermography and thermoelastic stress analysis. These methods require particularly fast and high-resolution infrared cameras.
- the core of the invention is therefore the assessment of Heat dissipation process on the insulation system.
- Functioning insulation systems are characterized by a homogeneous heat dissipation, which with the help of a
- Thermal imaging camera can be visualized and evaluated.
- a reference system for heat dissipation can be defined as a reference profile for carrying out the test method. Defects, inhomogeneous areas, etc. show a deviating thermographic profile and can thereby be detected and assessed.
- the procedure according to the invention makes possible an integral assessment of planar, three-dimensionally oriented insulation systems, provides a non-destructive test method for defects, layer thicknesses as well as
- Insulation system is registered and then the heat dissipation with the help of a
- Thermal imaging camera detected and evaluated downstream.
- the test arrangement comprises a receptacle / holder on which the battery cell housing or
- the holder may in particular be designed such that it movement of the
- Battery cell housing allows at least two axes, so that only a single thermal imaging camera is necessary for the three-dimensional detection of the thermal image.
- a multiple arrangement of thermal imaging cameras the usually desired complete detection of the insulation system by means of
- the test arrangement further comprises one or more thermal excitation sources, with which a defined heat input into the battery housing is possible.
- the heat is introduced in the form of light radiation or heat radiation.
- Excitation source may be, for example, an IR emitter.
- a thermal image is captured by the thermal imaging camera at a given time.
- Thermal imaging camera provided measurement data are then evaluated by comparing them with the stored reference profile.
- the used Evaluation device may be a conventionally configured electronic data processing system.
- additional data indicating the operating status of the thermal
- Characterize excitation sources are taken into account, so for example to more precisely limit the time or a time window for comparison with the stored reference values or to control the operating state of the excitation sources.
- the battery cell housing is part of a battery having a
- Lithium-ion cell Lithium-ion cell.
- FIG. 1 shows a battery cell, a module and a battery
- Figure 2 shows different housing and packaging types of lithium-ion cells
- Figure 3 is a schematic representation of a test arrangement according to the invention. Embodiments of the invention
- FIG. 3 shows a highly schematic representation of a test arrangement according to the invention for the thermographic test method according to the invention.
- Test arrangement herein includes two thermal excitation sources 16, a thermal imaging camera 18 and an evaluation device 22.
- a battery cell housing 20 is rotatable about two axes assembled.
- the battery cell housing 20 has a metallic base body, on the surface of which an insulating varnish is applied.
- the battery cell housing 20 is irradiated with the aid of the thermal excitation sources 16 for a predeterminable time period in order to enter a defined amount of heat.
- the irradiation process can also on the
- Evaluation device 22 are controlled.
- the heat radiation of the heated battery cell housing 20 is detected with the aid of the thermal imaging camera 18 for a predetermined time period or at a predetermined time.
- the corresponding data are forwarded to the evaluation unit 22.
- the evaluation device 22 are reference values of the heat radiation for a fully functional isolation system of a battery cell housing 20 (here also referred to as a standardized battery cell housing) deposited. If the
- Deviation of the measured heat radiation deviates significantly, so for example, a predetermined threshold for the maximum tolerable deviation
- the evaluation device 22 generates a corresponding error signal. If necessary, the battery cell housing 20 can be sorted out or aftertreated.
Abstract
Die Erfindung betrifft ein thermografisches Prüfverfahren für Batteriezellengehäuse (20), die einen metallischen Grundkörper und einen auf dem Grundkörper aufgebrachten Isolationslack aufweisen, sowie eine dazugehörige Prüfanordnung. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass (i) das Batteriezellengehäuse (20) mit mindestens einer thermischen Anregungsquelle (16) bestrahlt wird; (ii) die vom bestrahlten Batteriezellengehäuse (20) abgegebene Wärmestrahlung mittels mindestens einer Wärmebildkamera (18) gemessen wird; und (iii) die gemessene Wärmestrahlung mit hinterlegten Werten für die unter gleichen Bedingungen abgegebene Wärmestrahlung eines genormten Batteriezellengehäuses verglichen wird.
Description
Beschreibung
Titel
Prüfverfahren für ein Batteriezellengehäuse und dazugehörige Prüfanordnung Die vorliegende Erfindung betrifft ein thermografisches Prüfverfahren für
Batteriezellengehäuse, die einen metallischen Grundkörper und einen auf dem Grundkörper aufgebrachten Isolationslack aufweisen, sowie eine dazugehörige Prüfanordnung. Stand der Technik
In Fahrzeugen mit zumindest teilweisem elektrischen Antrieb kommen elektrische Energiespeicher zum Einsatz, um die elektrische Energie für den Elektromotor, welcher den Antrieb unterstützt beziehungsweise als Antrieb dient, zu speichern. In den Fahrzeugen der neuesten Generation finden hierbei sogenannte Lithium-Ionen-Batterien Verwendung. Diese zeichnen sich unter anderem durch hohe Energiedichten und eine äußerst geringe Selbstentladung aus. Lithium-Ionen-Batteriezellen besitzen mindestens eine positive und eine negative Elektrode (Kathode bzw. Anode), die Lithium-Ionen (Li+) reversibel ein- (Interkalation) oder wieder auslagern (Deinterkalation) können.
Figur 1 zeigt, wie einzelne Batteriezellen 10 zu Batteriemodulen 12 und dann zu Batterien 14 zusammengefasst werden können. Dies erfolgt durch eine nicht dargestellte Parallel- oder Reihenschaltung der Pole. Dabei besteht per Definition ein Batteriemodul 12 beziehungsweise eine Batterie 14 aus mindestens zwei
Batteriezellen 10.
Figur 2 zeigt verschiedene Gehäuse- und Verpackungstypen für
Lithium-Ionen-Zellen, hier exemplarisch eine zylindrische Hardcasezelle 40, eine sogenannte Pouch-Zelle 50 und eine prismatische Hardcasezelle 60. Die beiden
Ausführungsformen mit Hardcasegehäusen weisen dabei jeweils einen
metallischen Grundkörper auf, der zu Zwecken der Isolation mit einer Folie, einem Lack oder dergleichen aus einem elektrisch nicht leitenden Material
bedeckt ist. Rein metallische Batteriezellengehäuse, insbesondere für
Lithium-Ionen-Zellen, bei denen ein Potenzial auf dem Gehäuse liegt, müssen also demnach außen elektrisch isoliert werden, wenn sie zu Hochvoltbatterien konfektioniert werden. Zur elektrischen Isolierung der Zellen werden
insbesondere spezielle Isolationslacke eingesetzt. Bekannt ist auch der Einsatz von elektrisch isolierenden Klebebändern (zum Beispiel Polyester-basiert mit
Acrylat-Kleber), Schrumpfschläuchen und Vergussmassen. Zu geringe
Schichtdicken, inhomogene Verteilung oder lokale Beschädigungen an der
Isolationsschicht können Kurzschlüsse verursachen. Im Falle von
Isolationslacken können insbesondere auch nicht ausgehärtete, flächige oder lokal begrenzte Bereiche Kurzschlüsse verursachen oder zur Beschädigung am Isolationssystem führen.
Gegenwärtig werden zerstörende Methoden zur Prüfung des elektrischen
Isolationslacks angewandt. Es können dabei Beschädigungen am
Isolationssystem auftreten, die durch die Kontaktierung (bei elektrischen
Prüfverfahren: Aufsatz plattenformiger Elektroden) oder das Prüfverfahren selbst (bei elektrischen Prüfverfahren: hohe Prüfspannung im Bereich bis 4 kV; bei
Härtemessung durch Penetration eines Prüfkörpers: Beschädigung des
Isolationslacks) motiviert sind. Eine Aussage über die Homogenität der
Isolationsschicht beziehungsweise über vorhandene Fehlstellen im
Isolationssystem (zum Beispiel durch Partikel in Isolationsschichtlacken) kann nicht getroffen werden. Erschwerend kommt hinzu, dass für eine integrale
Bauteilprüfung die gesamte Bauteiloberfläche durch eine„einhüllende" Elektrode umschlossen werden muss. Hierzu eignen sich prinzipiell Flüssigkeiten, jedoch können Flüssigkeitsrückstände auf den zu prüfenden Isolationssystemen
verbleiben, die eine Schädigung im Gebrauch der Bauteile bedingen können.
Eine zerstörungsfreie, integrale Beurteilung des Trocknungsgrades auf
dreidimensionalen Bauteilen im Falle von lackbasierten Isolationssystemen ist gegenwärtig nicht bekannt.
US 6,462,551 D1 beschreibt ein Verfahren zur Überprüfung der Polanschlüsse in einer Batterie, die aus einer Vielzahl von zusammengeschalteten Batteriezellen besteht. Dazu wird während eines Testentladungsvorgangs eine sich im Bereich der
Anschlussstellen ergebende Wärmeentwicklung mit Hilfe einer Wärmebildkamera erfasst. An fehlerhaften Anschlussstellen ist dabei in der Regel die Wärmeentwicklung größer als bei korrekter Verschaltung.
Offenbarung der Erfindung
Ein oder mehrere Probleme des Standes der Technik werden mit Hilfe des erfindungsgemäßen thermografischen Prüfverfahrens für Batteriezellengehäuse, die einen metallischen Grundkörper und einen auf den Grundkörper aufgebrachten Isolationslack aufweisen, gelöst oder zumindest gemindert. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass
(i) das Batteriezellengehäuse mit mindestens einer thermischen
Anregungsquelle bestrahlt wird;
(ii) die vom bestrahlten Batteriezellengehäuse abgegebene
Wärmestrahlung mittels mindestens einer Wärmebildkamera gemessen wird; und
(iii) die gemessene Wärmestrahlung mit hinterlegten Werten für die unter
gleichen Bedingungen abgegebene Wärmestrahlung eines genormten Batteriezellengehäuses verglichen wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf die Bereitstellung einer dazugehörigen Prüfanordnung zur Durchführung des vorgenannten thermografischen Prüfverfahrens. Die Prüfanordnung umfasst:
(a) eine Halterung für ein Batteriezellengehäuse;
(b) mindestens eine thermische Anregungsquelle zur Bestrahlung des
Batteriezellengehäuses; mindestens eine Wärmebildkamera zur Messung der vom bestrahlten Batteriezellengehäuse abgegebenen Wärmestrahlung; und
(d) eine Auswertungseinrichtung zum Vergleich der gemessenen
Wärmestrahlung mit hinterlegten Werten für die unter gleichen
Bedingungen abgegebene Wärmestrahlung eines genormten
Batteriezellengehäuses.
Das Verfahren, mittels einer Wärmebildkamera Bilder zu erzeugen, nennt man Thermografie. Bei der Thermografie werden Temperaturverteilungen auf Flächen und Gegenständen erfasst und dargestellt. Die Thermografie ist ein berührungsloses Messverfahren. Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, dass eine zerstörungsfreie, integrale Oberflächenbeurteilung von Isolationssystemen von Batteriezellengehäusen durch Thermografie in besonders effektiver und für die Massenfertigung geeigneter Weise durchführbar ist.
Bei der Thermografie wandelt eine Wärmebildkamera die für das menschliche Auge unsichtbare Wärmestrahlung (mittleres Infrarot) eines Objektes mit Hilfe von speziellen Sensoren in elektrische Signale um, die dann anschließend durch eine Auswertungseinrichtung (zum Beispiel mittels einer auf einem Computer installierten Software) verarbeitet werden können. Die Wärmebildkamera (auch als Thermografie-Kamera bezeichnet) ist demnach ein bildgebendes Gerät ähnlich einer herkömmlichen Kamera, das jedoch Infrarotstrahlung empfängt. Die normale Atmosphäre ist im mittleren Infrarotbereich aufgrund ihrer
Zusammensetzung weitgehend transparent, die Strahlung der Sonne sowie künstliche Lichtquellen stören demnach nicht.
Die Thermografie wird für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung von Materialien und Bauteilen eingesetzt. In der Regel wird das Prüfteil mittels einer
Anregungsquelle gezielt erwärmt, so dass verborgene Defekte durch
unterschiedliches thermisches Verhalten messbar werden. Zu den bekannten Methoden der Thermografie zählen Puls-Thermografie, Lockin-Thermografie und thermoelastische Spannungsanalyse. Zur Durchführung dieser Methoden werden besonders schnelle und hochauflösende Infrarotkameras benötigt.
Somit kann vorliegend eine Gefährdung durch fehlerhafte Isolationssysteme, die zum Beispiel eine zu geringe Schichtdicke des Lackes aufweisen, Inhomogenitäten oder Fehlstellen zeigen oder deren Aushärtung/Austrocknung noch nicht vollständig vollzogen ist, vermieden werden. Kern der Erfindung ist demnach die Beurteilung des
Wärmeableitverfahrens am Isolationssystem. Funktionsfähige Isolationssysteme zeichnen sich durch eine homogene Wärmeableitung aus, die mit Hilfe einer
Wärmebildkamera visualisiert und ausgewertet werden kann. Hierdurch kann ein Referenzsystem für die Wärmeableitung als Referenzprofil für die Durchführung des Prüfverfahrens definiert werden. Fehlstellen, inhomogene Bereiche etc. zeigen ein hiervon abweichendes thermografisches Profil und können dadurch detektiert und beurteilt werden. Insbesondere ermöglicht die erfindungsgemäße Vorgehensweise eine integrale Beurteilung flächiger, dreidimensional orientierter Isolationssysteme, stellt eine zerstörungsfreie Prüfmethode für Fehlstellen, Schichtdicken sowie
Inhomogenitäten dar, erlaubt eine zerstörungsfreie Identifikation von Bereichen mit fehlerhaftem Trocknungsgrad/Aushärtung bei lackbasierten Isolationssystemen und erhöht die Produktzuverlässigkeit, insbesondere die Sicherheit gegenüber
Kurzschlüssen. Die Idee des Prüfverfahrens basiert demnach darauf, dass zeitlich begrenzt thermische Energie in das Batteriezellengehäuse mit aufgebrachtem
Isolationssystem eingetragen wird und danach die Wärmeableitung mit Hilfe einer
Wärmebildkamera erfasst und nachgeordnet ausgewertet wird.
Zur Durchführung des Verfahrens umfasst die erfindungsgemäße Prüfanordnung eine Aufnahme/Halterung, an der das Batteriezellengehäuse beziehungsweise
gegebenenfalls auch die fertige Batteriezelle fixiert wird. Die Halterung kann insbesondere derart ausgelegt sein, dass sie eine Bewegung des
Batteriezellengehäuses um mindestens zwei Achsen zulässt, so dass für die dreidimensionale Erfassung des Wärmebildes nur eine einzige Wärmebildkamera notwendig ist. Alternativ kann eine Mehrfachanordnung von Wärmebildkameras die in der Regel gewünschte vollständige Erfassung des Isolationssystems mittels der
Prüfanordnung ermöglichen.
Die Prüfanordnung umfasst ferner eine oder mehrere thermische Anregungsquellen, mit denen ein definierter Wärmeeintrag in das Batteriegehäuse möglich ist. Die Wärme wird in Form von Lichtstrahlung oder Wärmestrahlung eingebracht. Eine solche
Anregungsquelle kann beispielsweise ein IR-Strahler sein.
Nach dem Bestrahlen des Batteriezellengehäuses wird zu einem vorgegebenen Zeitpunkt ein Wärmebild mittels der Wärmebildkamera erfasst. Die von der
Wärmebildkamera bereitgestellten Messdaten werden anschließend ausgewertet, indem sie mit dem hinterlegten Referenzprofil verglichen werden. Die dazu genutzte
Auswertungseinrichtung kann ein in üblicher weise konfiguriertes elektronisches Datenverarbeitungssystem sein. Neben den von der Wärmebildkamera gelieferten Daten können zusätzliche Daten, die den Betriebszustand der thermischen
Anregungsquellen charakterisieren, mit berücksichtigt werden, so zum Beispiel um den Zeitpunkt oder ein Zeitfenster zum Vergleich mit den hinterlegten Referenzwerten genauer einzugrenzen oder den Betriebszustand der Anregungsquellen zu steuern.
Vorzugsweise ist das Batteriezellengehäuse ein Teil einer Batterie mit einer
Lithium-Ionen-Zelle.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben und können der Beschreibung entnommen werden.
Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Batteriezelle, ein Modul und eine Batterie;
Figur 2 verschiedene Gehäuse und Verpackungstypen von Lithium-Ionen Zellen; und
Figur 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Prüfanordnung. Ausführungsformen der Erfindung
Auf die Figuren 1 und 2 wurde bereits zur Erläuterung des Standes der Technik eingegangen.
Die Figur 3 zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Prüfanordnung für das erfindungsgemäße thermografische Prüfverfahren. Die
Prüfanordnung umfasst vorliegend zwei thermische Anregungsquellen 16, eine Wärmebildkamera 18 und eine Auswertungseinrichtung 22. Auf einer hier nicht näher dargestellten Halterung ist ein Batteriezellengehäuse 20 um zwei Achsen drehbar
montiert. Das Batteriezellengehäuse 20 besitzt einen metallischen Grundkörper, auf dessen Oberfläche ein Isolationslack aufgetragen ist.
Zu Beginn des Prüfverfahrens wird mit Hilfe der thermischen Anregungsquellen 16 das Batteriezellengehäuse 20 für einen vorgebbaren Zeitraum bestrahlt, um eine definierte Wärmemenge einzutragen. Der Bestrahlungsvorgang kann ebenfalls über die
Auswerteeinrichtung 22 gesteuert werden.
Nach Ende der Bestrahlung wird mit Hilfe der Wärmebildkamera 18 für einen vorgegebenen Zeitraum oder zu einem vorgegebenen Zeitpunkt die Wärmeabstrahlung des aufgeheizten Batteriezellengehäuses 20 erfasst. Die entsprechenden Daten werden an die Auswertungseinheit 22 weitergegeben.
In der Auswertungseinrichtung 22 sind Referenzwerte der Wärmeabstrahlung für ein vollständig funktionstüchtiges Isolationssystem eines Batteriezellengehäuses 20 (hier auch als genormtes Batteriezellengehäuse bezeichnet) hinterlegt. Wenn die
Abweichung der gemessenen Wärmestrahlung deutlich abweicht, also beispielsweise einen vorgebbaren Schwellenwert für die maximal tolerierbare Abweichung
überschreitet, erzeugt die Auswertungseinrichtung 22 ein entsprechendes Fehlersignal. Das Batteriezellengehäuse 20 kann gegebenenfalls aussortiert oder nachbehandelt werden.
Claims
Ansprüche
Thermografisches Prüfverfahren für Batteriezellengehäuse (20), die einen metallischen Grundkörper und einen auf dem Grundkörper aufgebrachten Isolationslack aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass
(i) das Batteriezellengehäuse (20) mit mindestens einer thermischen Anregungsquelle (16) bestrahlt wird;
(ii) die vom bestrahlten Batteriezellengehäuse (20) abgegebene
Wärmestrahlung mittels mindestens einer Wärmebildkamera (18) gemessen wird; und
(iii) die gemessene Wärmestrahlung mit hinterlegten Werten für die unter gleichen Bedingungen abgegebene Wärmestrahlung eines genormten Batteriezellengehäuses verglichen wird.
Prüfanordnung zur Durchführung eines thermografischen Prüfverfahrens für Batteriezellengehäuse (20), die einen metallischen Grundkörper und einen auf dem Grundkörper aufgebrachten Isolationslack aufweisen, wobei die Prüfanordnung umfasst:
(a) eine Halterung für ein Batteriezellengehäuse (20);
(b) mindestens eine thermische Anregungsquelle (16) zur Bestrahlung des Batteriezellengehäuses (20);
(c) mindestens eine Wärmebildkamera (18) zur Messung der vom bestrahlten Batteriezellengehäuse (20) abgegebenen Wärmestrahlung; und
(d) eine Auswertungseinrichtung (22) zum Vergleich der gemessenen Wärmestrahlung mit hinterlegten Werten für die unter gleichen Bedingungen abgegebene Wärmestrahlung eines genormten Batteriezellengehäuses.
3. Prüfanordnung nach Anspruch 2, bei der die Halterung ausgelegt ist, eine Bewegung des Batteriezellengehäuses (20) um mindestens zwei Achsen auszuführen.
Prüfanordnung nach Anspruch 2 oder 3, bei der das Batteriezellengeh (20) Teil einer Batterie mit einer Lithium-Ionen-Zelle ist.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102011088723A DE102011088723A1 (de) | 2011-12-15 | 2011-12-15 | Prüfverfahren für ein Batteriezellengehäuse und dazugehörige Prüfanordnung |
DE102011088723.7 | 2011-12-15 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2013087346A1 true WO2013087346A1 (de) | 2013-06-20 |
Family
ID=47290919
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/EP2012/072735 WO2013087346A1 (de) | 2011-12-15 | 2012-11-15 | Prüfverfahren für ein batteriezellengehäuse und dazugehörige prüfanordnung |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102011088723A1 (de) |
WO (1) | WO2013087346A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013221592A1 (de) * | 2013-10-24 | 2015-05-13 | Thyssenkrupp System Engineering Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung einer Elektrode und Verfahren zur Herstellung eines Energiespeichers |
CN108459029A (zh) * | 2018-06-08 | 2018-08-28 | 中国科学技术大学 | 一种基于图像的锂电池生产化成检测设备及检测方法 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013217534A1 (de) * | 2013-09-03 | 2015-03-05 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Prüfverfahren zum zerstörungsfreien Überprüfen der Verteilung einer Wärmeleitmasse in einem Hochvoltspeicher |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6462551B1 (en) | 2002-01-18 | 2002-10-08 | Ford Global Technologies, Inc. | Method and system to ensure full functionality of battery pack assembly using thermal imaging |
WO2007025021A2 (en) * | 2005-08-24 | 2007-03-01 | Cobasys, Llc | Infra-red thermal imaging of laser welded battery module enclosure components |
DE102009018079A1 (de) * | 2009-04-20 | 2010-10-21 | Li-Tec Battery Gmbh | Verfahren zum Betrieb einer Batterie |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5483068A (en) * | 1994-01-07 | 1996-01-09 | Moulton; Russell D. | Use of IR (thermal) imaging for determining cell diagnostics |
DE102007055210A1 (de) * | 2007-05-07 | 2008-11-13 | H.Rohloff (Pty) Limited | Vorrichtung und Verfahren zur Oberflächenuntersuchung |
AT506109B1 (de) * | 2007-11-20 | 2010-06-15 | Palfinger Systems Gmbh | Verfahren zur untersuchung der oberflächenbeschaffenheit von flächigen strukturen |
-
2011
- 2011-12-15 DE DE102011088723A patent/DE102011088723A1/de not_active Withdrawn
-
2012
- 2012-11-15 WO PCT/EP2012/072735 patent/WO2013087346A1/de active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6462551B1 (en) | 2002-01-18 | 2002-10-08 | Ford Global Technologies, Inc. | Method and system to ensure full functionality of battery pack assembly using thermal imaging |
WO2007025021A2 (en) * | 2005-08-24 | 2007-03-01 | Cobasys, Llc | Infra-red thermal imaging of laser welded battery module enclosure components |
DE102009018079A1 (de) * | 2009-04-20 | 2010-10-21 | Li-Tec Battery Gmbh | Verfahren zum Betrieb einer Batterie |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
SCHROEDER J A ET AL: "Non-destructive testing of structural composites and adhesively bonded composite joints: pulsed thermography", COMPOSITES PART A: APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS B.V., AMSTERDAM, NL, vol. 33, no. 11, 1 November 2002 (2002-11-01), pages 1511 - 1517, XP004411344, ISSN: 1359-835X, DOI: 10.1016/S1359-835X(02)00139-2 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013221592A1 (de) * | 2013-10-24 | 2015-05-13 | Thyssenkrupp System Engineering Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung einer Elektrode und Verfahren zur Herstellung eines Energiespeichers |
CN108459029A (zh) * | 2018-06-08 | 2018-08-28 | 中国科学技术大学 | 一种基于图像的锂电池生产化成检测设备及检测方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102011088723A1 (de) | 2013-06-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sarasketa-Zabala et al. | Calendar ageing analysis of a LiFePO4/graphite cell with dynamic model validations: Towards realistic lifetime predictions | |
DE102012219187B4 (de) | System zur binären Klassifikation von interessierenden Elementen in einem reproduzierbaren Prozess | |
EP2422399A1 (de) | Verfahren zum betrieb einer batterie | |
DE102015114455A1 (de) | Systeme und verfahren zum testen der qualität einer elektrischen verbindung von batterieanschlussfahnen | |
DE102014001260A1 (de) | Batterie und Verfahren zur Bestimmung des Alterungszustandes einer Batterie | |
DE112010005906T5 (de) | Batteriesteuerungssystem | |
DE102013010311A1 (de) | Verfahren zur Zustandsbestimmung von Batterie-Einzelzellen einer Hochvolt-Batterie sowie System hierfür | |
WO2013087346A1 (de) | Prüfverfahren für ein batteriezellengehäuse und dazugehörige prüfanordnung | |
DE102010001529A1 (de) | Adaptives Verfahren zur Bestimmung der Leistungsparameter einer Batterie | |
DE102006033629A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen des Zustands einer Batterie | |
DE102019217653B4 (de) | Verfahren zur Bestimmung einer Leerlaufspannung und Speicher für elektrische Energie | |
DE102013214821A1 (de) | Elektrochemisches Speichermodul und Verfahren zur Untersuchung einer elektrochemischen Speicherzelle in einem Modul | |
DE102019125236A1 (de) | Batteriezelle mit einer Diagnoseeinheit, Verfahren zur Zustandsdiagnose einer Batteriezelle, Batterie sowie Kraftfahrzeug mit einer Batterie | |
DE102018212707A1 (de) | Verfahren und Testsystem zur örtlichen Leckage-Bestimmung bei einem Testobjekt | |
DE102014221392A1 (de) | Vorrichtung, Messanordnung und Verfahren zur Überprüfung des Funktionszustandes einer elektrisch isolierenden Schutzhülle von einer Batterie | |
DE102018206794A1 (de) | Verfahren zur Vermessung von Elektrodenfilmen | |
DE102011109160A1 (de) | Verfahren zum Testen eines Akkumulators | |
DE102018108184A1 (de) | Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung des Zustands eines Akkumulators sowie Computerprogramm | |
DE102011120512A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Überprüfung der Qualität einer Einzelzelle zumindest bei deren Herstellung | |
AT520623A1 (de) | Vorrichtung zum Kalibrieren eines Batteriesimulators | |
DE102017202358A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum betrieb eines elektrochemischen energiespeichers | |
DE102013002340A1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Prüfung eines Alterungszustandes eines elektrochemischen Energiespeichers | |
EP2703830A2 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur qualitativen Bestimmung des Betriebszustandes eines Prüfobjekts | |
DE102013203406A1 (de) | Messadapter für eine Prüfvorrichtung zur Isolationsprüfung von Batteriezellen eines Energiespeichers | |
DE102011112536B3 (de) | Werkzeug und Verfahren zum Verbinden eines elektrischen Pols einer Batteriezelle mit einem elektrischen Leiter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 12795372 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 12795372 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |