DE102014223359A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Dichtigkeitsprüfung einer Batteriezelle sowie Computerprogramm,Computerprogrammprodukt, Batteriezelle, Batteriemodul, Batterie, Batteriesystem und Fahrzeug - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Dichtigkeitsprüfung einer Batteriezelle sowie Computerprogramm,Computerprogrammprodukt, Batteriezelle, Batteriemodul, Batterie, Batteriesystem und Fahrzeug Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dichtigkeitsprüfung einer Batteriezelle (10; 10‘), gekennzeichnet durch eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen (215) eines ersten Messwerts eines Parameters der Batteriezelle (10; 10‘), wobei der Parameter eine Masse, ein Volumen, eine Dimension oder eine Dicke der Batteriezelle (10; 10‘) umfasst und zum, nach einem Zeitabschnitt, Erfassen (255) eines zweiten Messwerts des Parameters der Batteriezelle (10; 10‘); eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen (265) des zweiten Messwerts mit dem ersten Messwert; und eine Bestimmungseinrichtung zum, wenn sich der zweite Messwert und der erste Messwert um mehr als einen vorbestimmten Schwellenwert unterscheiden (265.1), Bestimmen (270), dass die Batteriezelle (10; 10‘) undicht ist, oder zum, wenn sich der zweite Messwert und der erste Messwert um weniger als den vorbestimmten Schwellenwert unterscheiden (265.2), Bestimmen (275), dass die Batteriezelle (10; 10‘) dicht ist, ein Verfahren, ein Computerprogramm, ein Computerprogrammprodukt, eine Batteriezelle (10; 10‘), ein Batteriemodul, eine Batterie, ein Batteriesystem und ein Fahrzeug.

Description

  • Stand der Technik
  • Es ist absehbar, dass sowohl bei stationären Anwendungen, zum Beispiel bei Windkraftanlagen, als auch bei mobilen Anwendungen, zum Beispiel bei Elektrokraftfahrzeugen (electric vehicles, EV), Hybridfahrzeugen (hybrid electric vehicles, HEV) oder Steckdosenhybridfahrzeugen (plug-in hybrid electric vehicles, PHEV), als wiederaufladbare elektrische Energiespeicher (EES, electrochemical storage system, ESS) vermehrt neue Batteriesysteme, zum Beispiel mit Lithium-Ionen-Akkumulatoren, zum Einsatz kommen werden.
  • Die Batteriesysteme müssen sehr hohe Anforderungen bezüglich des nutzbaren Energieinhalts, des Lade / Entlade-Wirkungsgrads, der Zuverlässigkeit, der Lebensdauer und des tolerierbaren Kapazitätsverlusts, zum Beispiel, durch häufige Teilentladung erfüllen. Somit kommen Hochleistungs- bzw. Hochenergiebatteriezellen in speziellen Ausführungen und Bauformen zum Einsatz. Beispielsweise können die Batteriezellen ein prismatisches Gehäuse, das Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Stahl oder Edelstahl umfasst, umfassen.
  • Um eine volle Funktionsfähigkeit und / oder Lebensdauer einer Batteriezelle zu erreichen, umschließt das Gehäuse die Bestandteile der Batteriezelle, die luftempfindlich und / oder feuchtigkeitsempfindlich sind, hermetisch dicht zum Schutz vor der Umgebungsatmosphäre. Das Gehäuse kann eine Sollbruchstelle, die beispielsweise als verdünnte Stelle im Gehäuse ausgeführt sein kann, zur Entgasung der Batteriezelle bei übermäßigem Überdruck in einem Fehlerfall umfassen. Bei einer Undichtigkeit des Gehäuses, die beispielsweise durch einen Fertigungsfehler, unsachgemäße Handhabung der Batteriezelle und / oder Beschädigung der Sollbruchstelle verursacht werden kann, darf die Batteriezelle nicht mehr verwendet werden.
  • Ein Batteriesystem umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen. Die Batteriezellen können in Reihe (Serie) verschaltet werden, um die elektrische Spannung zu erhöhen, und / oder parallel verschaltet werden, um den maximalen elektrischen Strom zu erhöhen. Dabei können die Batteriezellen zu Batterieeinheiten bzw. Batteriemodulen zusammengefasst werden. Beim Einsatz zum Antrieb von Fahrzeugen können beispielsweise ca. 100 Batteriezellen (als eine Traktionsbatterie) in Serie bzw. parallel verschaltet werden. Bei einem Hochvoltbatteriesystem kann die Gesamtspannung somit beispielsweise 450 V betragen.
  • Typischerweise werden die Batteriezellen nach ihrer Herstellung bei einem Zellhersteller zur Herstellung von Batteriemodulen zu einem Modulhersteller transportiert. Somit können längere Zeitabschnitte beispielsweise Wochen und / oder räumliche Distanzen zwischen der Herstellung der Batteriezellen und der Herstellung der Batteriemodule liegen.
  • Um eine Erfüllung von Sicherheitsanforderungen, Zuverlässigkeitsanforderungen und / oder Qualitätsanforderungen zu gewährleisten, werden üblicherweise beim Zellhersteller und beim Modulhersteller Prüfungen (Tests) durchgeführt. Beim Zellhersteller werden bei Wareneingangstests und / oder bei der Zellherstellung Komponenten der Batteriezellen überprüft. Dazu werden beispielsweise mechanischen Werte wie Länge, Dimensionen oder Gewicht einer Komponente ermittelt und mit einer Prüfzeichnung verglichen. Weiterhin werden vor dem Transport beim Zellhersteller 100 %-Warenausgangstests durchgeführt. Dabei werden üblicherweise Spannungswerte und Innenwiderstandswerte der Batteriezellen ermittelt und an den Modulhersteller übermittelt. Nach dem Transport werden beim Modulhersteller 100 %-Wareneingangstests durchgeführt. Dabei werden wiederum Spannungswerte und Innenwiderstandswerte der Batteriezellen ermittelt und mit den übermittelten Spannungswerten und Innenwiderstandswerten verglichen. Außerdem können die Batteriezellen durch Sichtprüfung auf sichtbare mechanische Beschädigungen und / oder Verschmutzungen überprüft werden. Weiterhin können Dimensionen einer Batteriezelle ermittelt und mit der Prüfzeichnung verglichen werden.
  • Um die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Akkumulatorzellen (Batteriezellen), Akkumulatormodulen (Batteriemodulen), Akkumulatoren (Batterien) und Akkumulatorsystemen (Batteriesystemen) weiter zu erhöhen, ist es jedoch erforderlich, die Dichtigkeitsprüfung (Dichtheitsprüfung) von Batteriezellen zu verbessern.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben den Vorteil, dass die Dichtigkeitsprüfung einer Batteriezelle vereinfacht wird. Durch die Dichtigkeitsprüfung kann eine Gewichtsänderung bzw. Gewichtszunahme, Volumenänderung bzw. Volumenzunahme und / oder Dickenänderung bzw. Dickenzunahme aufgrund von Eindringen von Feuchtigkeit wie Luftfeuchtigkeit über den Zeitabschnitt bei Undichtigkeit der Batteriezelle ermittelt und bewertet werden. Dabei können Veränderungen der Batteriezelle aufgrund einer Undichtigkeit von Veränderungen der Batteriezelle aufgrund von Änderungen der Umgebungsbedingungen beispielsweise Temperaturschwankungen und / oder Luftdruckschwankungen unterschieden werden. Somit kann die Dichtigkeitsprüfung ohne aufwändige Vorrichtungen und Verfahren durchgeführt werden. Weiterhin kann die Dichtigkeitsprüfung zerstörungsfrei durchgeführt werden. Somit kann die Dichtigkeitsprüfung bei allen Batteriezellen durchgeführt werden, sodass eine 100 %-Prüfung erreicht werden kann. Weiterhin kann die Dichtigkeitsprüfung im Rahmen einer Wareneingangsprüfung beim Modulhersteller durchgeführt werden. Außerdem kann die Dichtigkeitsprüfung teilweise oder ganz automatisiert werden. Somit kann die Dichtigkeitsprüfung manuell, teilautomatisch oder vollautomatisch durchgeführt werden. Damit kann die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Batteriezellen sowie Batteriemodule, Batterien und Batteriesysteme erhöht werden. Weiterhin können Kosten reduziert werden.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Zweckmäßiger Weise können das Verfahren und / oder die Vorrichtung weiterhin Übertragen des ersten Messwerts umfassen bzw. veranlassen. Dadurch kann die Dichtigkeitsprüfung auf verschiedene Orte beispielsweise Zellhersteller und Modulhersteller verteilt ausgeführt werden. Dadurch kann die Batteriezelle während des Zeitabschnitts zwischen den Orten bewegt werden. Somit kann die Dichtigkeitsprüfung räumlich und zeitlich flexibilisiert werden.
  • Zweckmäßiger Weise können das Verfahren und / oder die Vorrichtung weiterhin Übertragen einer Identifikation beispielsweise Identifikationsnummer der Batteriezelle umfassen bzw. veranlassen. Dadurch kann die Zuordnung der Messwerte vereinfacht werden. Außerdem können Fehler reduziert oder vermieden werden.
  • Zweckmäßiger Weise können das Verfahren und / oder die Vorrichtung weiterhin Bereitstellen des ersten Messwerts umfassen bzw. veranlassen, wobei das Bereitstellen mittels der Identifikation der Batteriezelle erfolgen kann. Dadurch kann die Dichtigkeitsprüfung vereinfacht werden.
  • Zweckmäßiger Weise können das Verfahren und / oder die Vorrichtung weiterhin Lagern der Batteriezelle während des Zeitabschnitts umfassen bzw. veranlassen. Dadurch kann die Dichtigkeitsprüfung in Prozesse wie Zellherstellung oder Modulherstellung integriert werden.
  • Zweckmäßiger Weise können das Verfahren und / oder die Vorrichtung weiterhin Transportieren der Batteriezelle während des Zeitabschnitts umfassen bzw. veranlassen. Dadurch kann die Dichtigkeitsprüfung in Prozessketten wie Zellherstellung bei Zellhersteller und Modulherstellung bei Modulhersteller integriert werden. Somit kann eine Transportzeit als Zeitabschnitt ausgenutzt werden. Weiterhin können Kosten wie Lagerkosten reduziert werden.
  • Zweckmäßiger Weise können das Verfahren und / oder die Vorrichtung weiterhin Einstellen eines vorbestimmten Ladezustands oder Mindestladezustands der Batteriezelle während des Zeitabschnitts umfassen bzw. veranlassen. Dadurch kann die Empfindlichkeit der Dichtigkeitsprüfung erhöht werden.
  • Zweckmäßiger Weise können das Verfahren und / oder die Vorrichtung weiterhin Einstellen einer vorbestimmten Umgebungsbedingung, Umgebungstemperatur, Umgebungsdruck oder Umgebungsfeuchtigkeit für die Batteriezelle während des Zeitabschnitts umfassen bzw. veranlassen. Dadurch kann die Empfindlichkeit der Dichtigkeitsprüfung weiter erhöht werden.
  • Zweckmäßiger Weise können das Verfahren und / oder die Vorrichtung weiterhin Erfassen von Messwerten von weiteren Parametern während des Zeitabschnitts umfassen bzw. veranlassen, wobei die weiteren Parameter beispielsweise eine Länge des Zeitabschnitts, eine tatsächliche Spannung der Batteriezelle, einen tatsächlichen Ladezustand der Batteriezelle, eine tatsächliche Umgebungsbedingung, Umgebungstemperatur, Umgebungsdruck und / oder Umgebungsfeuchtigkeit für die Batteriezelle während des Zeitabschnitts umfassen. Dadurch kann der Schwellenwert unter Berücksichtigung von relevanten Parametern angepasst werden. Somit kann die Zuverlässigkeit der Dichtigkeitsprüfung weiter erhöht werden. Somit kann die Anzahl von falsch bestimmten dichten Batteriezellen reduziert werden. Dadurch können Ausschuss und somit Kosten reduziert werden.
  • Zweckmäßiger Weise können das Verfahren und / oder die Vorrichtung weiterhin Bestimmen des vorbestimmten Schwellenwerts umfassen bzw. veranlassen, wobei der vorbestimmte Schwellenwert unter Berücksichtigung der Messwerte für die weiteren Parameter erfolgen kann. Dadurch kann der Schwellenwert für jede Batteriezelle individuell bestimmt werden. Somit kann die Zuverlässigkeit der Dichtigkeitsprüfung weiter erhöht werden. Somit kann die Anzahl von falsch bestimmten dichten Batteriezellen weiter reduziert werden. Dadurch können Ausschuss und somit Kosten weiter reduziert werden.
  • Zweckmäßiger Weise können das Erfassen des ersten Messwerts nach Herstellung der Batteriezelle oder in einem Warenausgang erfolgen und / oder das Erfassen des zweiten Messwerts in einem Wareneingang oder vor Herstellung eines Batteriemoduls erfolgen. Dadurch kann die Dichtigkeitsprüfung räumlich und zeitlich weiter flexibilisiert werden.
  • Zweckmäßiger Weise können das Bestimmen, dass die Batteriezelle undicht ist, ein Aussortieren der Batteriezelle umfassen oder veranlassen und / oder das Bestimmen, dass die Batteriezelle dicht ist, ein Verarbeiten oder Einbauen der Batteriezelle umfassen oder veranlassen. Dadurch kann die Dichtigkeitsprüfung weiter integriert und die Prozesse automatisiert werden.
  • Zweckmäßiger Weise kann die Batteriezelle als prismatische Batteriezelle oder Polymerzelle mit zwei einander gegenüberliegenden größten Flächen ausgebildet sein und das Erfassen des ersten Messwerts und das Erfassen des zweiten Messwerts an einander gegenüberliegenden Mittelpunkten der größten Flächen erfolgen. Dadurch kann die Dichtigkeitsprüfung mittels einer vergleichsweise einfachen Dickenmessung ausgeführt werden. Dabei kann die Dichtigkeitsprüfung vereinfacht und / oder automatisiert werden.
  • Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Verfahrensschritte nicht zwangsläufig in der beschriebenen Reihenfolge auszuführen. In einer weiteren Ausführungsform können die Verfahrensschritte auch ineinander verschachtelt sein (Interleaving).
  • Weiterhin ist es möglich, dass einzelne Abschnitte des beschriebenen Verfahrens als einzelne verkaufsfähige Einheiten und restliche Abschnitte des Verfahrens als andere verkaufsfähige Einheiten ausgebildet werden können. Damit kann das erfindungsgemäße Verfahren als verteiltes System auf unterschiedlichen Computer-basierten Instanzen, zum Beispiel Client-Server-Instanzen, zur Ausführung kommen. So ist es beispielsweise möglich, dass ein Modul seinerseits unterschiedliche Sub-Module umfasst.
  • Die Erfindung stellt weiterhin ein Computerprogramm bereit, das auf einem Datenträger oder in einem Speicher eines Computers gespeichert ist und das von dem Computer lesbare Befehle umfasst, die zur Ausführung eines der zuvor beschriebenen Verfahren bestimmt sind, wenn die Befehle auf dem Computer ausgeführt werden.
  • Die Erfindung stellt weiterhin ein Computerprogrammprodukt bereit, das das zuvor beschriebene Computerprogramm umfasst.
  • Die Erfindung stellt weiterhin eine Batteriezelle bereit, die die zuvor beschriebene Vorrichtung und / oder das zuvor beschriebene Verfahren durchlaufen hat.
  • Die Erfindung stellt weiterhin ein Batteriemodul bereit, das die zuvor beschriebene Batteriezelle umfasst.
  • Die Erfindung stellt weiterhin eine Batterie bereit, die die zuvor beschriebene Batteriezelle oder das zuvor beschriebene Batteriemodul umfasst.
  • Die Erfindung stellt weiterhin ein Batteriesystem bereit, das die zuvor beschriebene Batteriezelle, das zuvor beschriebene Batteriemodul oder die zuvor beschriebene Batterie umfasst.
  • Die Erfindung stellt weiterhin ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug wie Elektrokraftfahrzeug, Hybridfahrzeug, Plug-In Hybridfahrzeug oder Elektromotorrad (Elektro-Bike, E-Bike), Elektrofahrrad (Pedal Electric Cycle, Pedelec), ein Seefahrzeug wie Elektroboot oder Unterseeboot (U-Boot), ein Luftfahrzeug oder ein Raumfahrzeug, bereit, das die zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batteriezelle, das zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batteriemodul, die zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batterie oder das zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batteriesystem umfasst.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Batteriezelle 10 bei einer ersten Messung zur Dichtigkeitsprüfung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
  • 2 zeigt eine schematische Ansicht der Batteriezelle 10‘ bei einer zweiten Messung zur Dichtigkeitsprüfung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und
  • 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Verfahrens 20 zur Dichtigkeitsprüfung einer Batteriezelle 10; 10‘ gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Batteriezelle 10 bei einer ersten Messung zur Dichtigkeitsprüfung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Die Batteriezelle 10 kann, wie in 1 beispielhaft gezeigt, als prismatische Batteriezelle ausgebildet sein und einen Batteriedeckel 110 1 mit Batterieanschlüssen (Zellterminals, Terminals) 115 1, 115 2 und ein Batteriegehäuse mit einem Batteriegehäuseboden (Gehäuseboden) 110 2, zwei einander gegenüberliegenden Gehäuseseitenwänden (Seitenwänden) 120 1, 120 2 und zwei einander gegenüberliegenden Gehäusestirnflächen (Stirnwänden) 130 1, 130 2 umfassen. Der Batteriedeckel 110 1, die Batterieanschlüsse 115 1, 115 2 und / oder das Batteriegehäuse können Metall wie Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Stahl oder Edelstahl umfassen. Übergänge zwischen dem Batteriedeckel 110 1 und den Batterieanschlüssen 115 1, 115 2 und / oder dem Batteriegehäuse müssen dicht beispielsweise hermetisch dicht wie gasdicht oder flüssigkeitsdicht ausgebildet sein, sodass die Batteriezelle 10 dicht verschlossen und somit ihr Inneres vor Umwelteinflüssen durch Umgebungsluft beispielsweise Feuchtigkeit wie Luftfeuchtigkeit und / oder Schadstoffen geschützt ist.
  • Die Seitenflächen 120 1, 120 2 können, wie in 1 gezeigt, im Vergleich zum Gehäusedeckel 110 1, dem Gehäuseboden 110 2 und den Stirnflächen 130 1, 130 2, den größten Flächeninhalt aufweisen. Auf den Seitenflächen 120 1, 120 2 bestimmt jeweils ein Schnittpunkt von zwei Diagonalen einen Mittelpunkt 125 1 der Seitenflächen 120 1, 120 2. Ein Abstand der Mittelpunkte 125 1 bestimmt einen Dickenwert der Batteriezelle 10.
  • Alternativ kann die Batteriezelle 10 beispielsweise als Nussschalenzelle (nutshell cell) mit zwei Gehäuseschalen ausgebildet sein. Dabei können Grundflächen der Gehäuseschalen, im Vergleich zu Mantelflächen der Gehäuseschalen, den größten Flächeninhalt aufweisen. Auf den Grundflächen kann jeweils ein Schnittpunkt von zwei Diagonalen einen Mittelpunkt der Grundflächen bestimmen.
  • Die Batteriezelle 10 kann ein Identifikationsmittel 140 zur eindeutigen Identifikation der Batteriezelle 10 umfassen. Das Identifikationsmittel 140 kann eine Identifikationsnummer umfassen. Die Identifikationsnummer kann als ein Kode beispielsweise maschinenlesbarer Kode wie Barcode ausgeführt sein.
  • 1 zeigt die Batteriezelle 10 bei der ersten Messung zur Dichtigkeitsprüfung der Batteriezelle 10. Die erste Messung umfasst ein erstes Erfassen von ersten mechanischen Messwerten wie gravimetrischen und / oder volumetrischen Messwerten der Batteriezelle 10. Die gravimetrischen Messwerte können beispielsweise Gewichtsmesswerte oder Massemesswerte der Batteriezelle 10 umfassen. Die volumetrischen Messwerte können beispielsweise Streckenmesswerte wie Breitenmesswerte bzw. Messwerte des Dickenwerts (Dickenmesswerte), Längenmesswerte und / oder Höhenmesswerte der Batteriezelle 10 oder Volumenmesswerte umfassen. Die erste Messung kann weiterhin ein erstes Erfassen von ersten elektrischen Messwerten wie Ladungs-(state of charge-, SoC-)messwerten Spannungsmesswerten, Strommesswerten, Widerstandsmesswerten der Batteriezelle 10 umfassen.
  • Die erste Messung kann beispielsweise nach einer Herstellung der Batteriezelle 10, vor einer Lagerung der hergestellten Batteriezelle 10 oder vor einem Transport wie Bahntransport, Lufttransport, Seetransport oder Straßentransport der hergestellten oder gelagerten Batteriezelle 10 erfolgen. Die erste Messung kann beispielsweise bei einem Hersteller von Batteriezellen (Batteriezellenhersteller, Zellenhersteller), in einer Herstellungsanlage bzw. Produktionsanlage für Batteriezellen oder in einem Warenausgang erfolgen.
  • 2 zeigt eine schematische Ansicht der Batteriezelle 10‘ bei einer zweiten Messung zur Dichtigkeitsprüfung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Die in 2 gezeigte Batteriezelle 10‘ ist die in 1 gezeigte Batteriezelle 10 nach einem Zeitabschnitt (Zeitraum, Zeitintervall).
  • Wenn die Batteriezelle 10‘ undicht ist, kann sie während des Zeitabschnitts aus der Umgebungsluft Luftfeuchtigkeit aufnehmen und einlagern. Dadurch können eine Masse und / oder ein Volumen der Batteriezelle 10‘ zunehmen. Somit werden, wie in 2 veranschaulicht, der Abstand der Mittelpunkte 125 1‘ und der Dickenwert der Batteriezelle 10‘ zunehmen. Die Batteriezelle 10‘ dehnt sich aus, insbesondere wölben sich bzw. bombieren dabei die Seitenflächen 120 1, 120 2 nach außen.
  • 2 zeigt die Batteriezelle 10‘ bei der zweiten Messung zur Dichtigkeitsprüfung der Batteriezelle 10‘. Wie mit Bezug auf 1 beschrieben, umfasst die zweite Messung ein zweites Erfassen von zweiten mechanischen Messwerten der Batteriezelle 10‘. Die zweite Messung kann weiterhin ein zweites Erfassen von zweiten elektrischen Messwerten der Batteriezelle 10‘ umfassen.
  • Die zweite Messung kann beispielsweise nach der Lagerung der hergestellten Batteriezelle 10‘, nach dem Transport der hergestellten oder gelagerten Batteriezelle 10‘ oder vor einer Herstellung eines Batteriemoduls, das die Batteriezelle 10‘ umfasst, erfolgen. Die zweite Messung kann beispielsweise bei einem Hersteller von Batteriemodulen (Batteriemodulhersteller, Modulhersteller), in einem Wareneingang oder in einer Herstellungsanlage bzw. Produktionsanlage für Batteriemodule erfolgen.
  • Ein Vergleichen der zweiten mechanischen Messwerte und / oder zweiten elektrischen Messwerte mit den ersten mechanischen Messwerten und / oder ersten elektrischen Messwerten erlaubt Rückschlüsse auf die Dichtigkeit der Batteriezelle 10; 10‘. Wenn eine Masse und / oder ein Volumen der Batteriezelle 10; 10‘ nachdem Zeitabschnitt, ggf. unter Berücksichtigung zugenommen hat, ist die Batteriezelle 10; 10‘ und für eine weitere Verwendung beispielsweise in einem Batteriemodul ungeeignet.
  • Eine Vorrichtung zur Dichtigkeitsprüfung der Batteriezelle 10; 10‘ umfasst eine erste Messeinrichtung und ggf. eine zweite Messeinrichtung zum ersten Erfassen der ersten mechanischen Messwerte der Batteriezelle 10 und zum zweiten Erfassen der zweiten mechanischen Messwerte der Batteriezelle 10‘ nach einem Zeitabschnitt und eine Verarbeitungseinrichtung, die beispielsweise als Prozessor, Mikroprozessor oder Mikrocontroller ausgebildet sein kann, zum programmgesteuerten Verarbeiten der Messwerte, Bestimmen und Vergleichen von Massewerten und / oder Volumenwerten der Batteriezelle 10; 10‘, eine Speichereinrichtung, die mit der Verarbeitungseinrichtung verbunden ist und beispielsweise als Speicher wie nichtflüchtiger Speicher und / oder flüchtiger Speicher ausgebildet sein kann, zum Speichern von Befehlen und / oder Daten wie Identifikationsnummern, Messwerten, Schwellenwerten und / oder Stellwerten, und eine Verbindungseinrichtung, die mit der Verarbeitungseinrichtung verbunden ist und beispielsweise als Schnittstelle ausgebildet sein kann, zum Übertragen von Daten wie Identifikationsnummern und Messwerten. Die Vorrichtung kann in einer Herstellungsanlage für Batteriezellen oder Batteriemodule integriert sein. Die Vorrichtung kann durch ein Produktionsplanungs- und Steuerungssystem (PPS) verwirklicht werden. Alternativ kann die Vorrichtung durch einen entfernten bzw. verteilten Computer bzw. Rechner beispielsweise einen zentralen Server verwirklicht werden. Dabei können die Daten beispielsweise über das Internet oder drahtlos übertragen werden.
  • Die Funktionsweise der Vorrichtung wird im Folgenden mit Bezug auf die 3 ausführlich beschrieben.
  • 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Verfahrens 20 zur Dichtigkeitsprüfung einer Batteriezelle 10; 10‘ gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
  • Das Verfahren 20, das beispielsweise in der Vorrichtung und / oder als Computer-implementiertes Verfahren ausgeführt werden kann, kann, wie in 3 beispielhaft gezeigt, in einer ersten Stufe und einer zweiten Stufe ausgeführt werden.
  • Die erste Stufe des Verfahrens 200 beginnt mit Schritt 210. In Schritt 210 werden beispielsweise Befehle, die in der Speichereinrichtung gespeichert sind, in die Verarbeitungseinrichtung übertragen.
  • In Schritt 215 wird ein erster Messwert eines Parameters der Batteriezelle 10; 10’ erfasst. Der Parameter kann eine Masse, ein Volumen, eine Dimension und /oder eine Dicke der Batteriezelle 10; 10‘ umfassen. Der Schritt 215 kann beispielsweise nach Herstellung der Batteriezelle 10; 10‘ oder in einem Warenausgang erfolgen. Wenn die Batteriezelle 10; 10‘ als prismatische Batteriezelle oder Polymerzelle mit zwei einander gegenüberliegenden größten Flächen 120 1, 120 2 ausgebildet ist, kann der erste Messwert an einander gegenüberliegenden Mittelpunkten 125 1 der größten Flächen (120 1, 120 2) erfasst werden.
  • In Schritt 220 kann der erste Messwert zum Übertragen des ersten Messwerts an die zweite Stufe gesendet werden. Der erste Messwert kann gespeichert beispielsweise zwischengespeichert werden.
  • In Schritt 225 kann eine Identifikation der Batteriezelle 10; 10‘ zum Übertragen der Identifikation der Batteriezelle 10; 10‘ an die zweite Stufe gesendet werden. Die Identifikation der Batteriezelle 10; 10‘ kann gespeichert beispielsweise zwischengespeichert werden. Der erste Messwert und die Identifikation der Batteriezelle 10; 10‘ können als Datenpaar oder, in einer Tabelle für eine Vielzahl von Batteriezellen, als Datensatz übertragen und / oder gespeichert bzw. zwischengespeichert werden.
  • Die erste Stufe endet mit Schritt 230.
  • Während eines Zeitabschnitts kann die Batteriezelle 10; 10‘ beispielsweise gelagert und / oder transportiert werden. Die Länge des Zeitabschnitts kann beispielsweise im Bereich von Stunden, Tagen, Wochen oder Monaten liegen. Dabei können während des Zeitabschnitts ein vorbestimmter Ladezustand und / oder Mindestladezustand der Batteriezelle 10; 10‘ eingestellt werden. Weiterhin kann während des Zeitabschnitts eine vorbestimmte Umgebungsbedingung wie Umgebungstemperatur, Umgebungsdruck und / oder Umgebungsfeuchtigkeit für die Batteriezelle 10; 10‘ eingestellt werden. Alternativ oder ergänzend können während des Zeitabschnitts Messwerten von weiteren Parametern beispielsweise eine Länge des Zeitabschnitts, eine tatsächliche Spannung der Batteriezelle 10; 10‘, einen tatsächlichen Ladezustand der Batteriezelle 10; 10‘, eine tatsächliche Umgebungsbedingung wie Umgebungstemperatur, Umgebungsdruck und / oder Umgebungsfeuchtigkeit für die Batteriezelle 10; 10‘ erfasst werden.
  • Die zweite Stufe des Verfahrens 200 beginnt mit Schritt 235. In Schritt 235 werden beispielsweise Befehle, die in der Speichereinrichtung gespeichert sind, in die Verarbeitungseinrichtung übertragen.
  • In Schritt 240 kann der übertragene erste Messwert empfangen werden.
  • In Schritt 245 kann die übertragene Identifikation der Batteriezelle 10; 10‘ empfangen werden.
  • In Schritt 250 kann der erste Messwert bereitgestellt werden. Der erste Messwert kann mittels der Identifikation der Batteriezelle 10; 10‘ bereitgestellt werden.
  • In Schritt 255 wird, nach dem Zeitabschnitt, ein zweiter Messwerts des Parameters der Batteriezelle 10; 10‘ erfasst. Der Schritt 255 kann beispielsweise in einem Wareneingang oder vor Herstellung eines Batteriemoduls erfolgen. Wenn die Batteriezelle 10; 10‘ als prismatische Batteriezelle oder Polymerzelle mit zwei einander gegenüberliegenden größten Flächen 120 1, 120 2 ausgebildet ist, kann der zweite Messwert wiederum an den einander gegenüberliegenden Mittelpunkten 125 1 der größten Flächen (120 1, 120 2) erfasst werden.
  • In Schritt 260 kann ein Schwellenwert bestimmt werden. Dabei kann der Schwellenwert unter Berücksichtigung der Messwerte für die weiteren Parameter bestimmt werden.
  • In Schritt 265 wird der zweite Messwert mit dem ersten Messwert verglichen. Wenn sich der zweite Messwert und der erste Messwert um mehr als den vorbestimmten Schwellenwert unterscheiden 265.1, wird in Schritt 270 bestimmt, dass die Batteriezelle 10; 10‘ undicht bzw. „schlecht“ ist. Weiterhin kann in Schritt 270 ein Aussortieren der Batteriezelle 10; 10) ausführt oder veranlasst werden. Wenn sich der zweite Messwert und der erste Messwert um weniger als den vorbestimmten Schwellenwert unterscheiden 265.2, wird in Schritt 275 bestimmt, dass die Batteriezelle 10; 10‘ dicht bzw. „gut“ ist. Weiterhin kann in Schritt 275, ein Verarbeiten oder Einbauen der Batteriezelle 10; 10‘ beispielsweie in ein Batteriemodul ausführt oder veranlasst werden.
  • Die zweite Stufe endet mit Schritt 280.
  • Für eine Vielzahl von Batteriezellen 10; 10‘ kann das Verfahren wiederholt ausgeführt werden.
  • Abschließend wird angemerkt, dass Ausdrücke wie „umfassend“ und „aufweisend“ oder dergleichen nicht ausschließen, dass weitere Elemente oder Schritte vorgesehen sein können. Die verwendeten Anzahlen sind lediglich beispielhaft, sodass eine Vielzahl zwei, vier, fünf, sechs, oder mehr Elemente oder Schritte umfassen kann. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass Artikel wie „ein“ oder „eine“ keine Vielzahl ausschließen. Weiterhin wird angemerkt, dass Zahlwörter bzw. Ordnungszahlen wie „erste“, „zweite“ usw. ausschließlich zur Unterscheidung von Elementen und Schritten dienen, ohne dabei eine Reihenfolge der Anordnung der Elemente oder der Ausführung der Schritte festzulegen bzw. zu beschränken. Außerdem können die in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden. Schließlich wird angemerkt, dass die Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.

Claims (13)

  1. Vorrichtung zur Dichtigkeitsprüfung einer Batteriezelle (10; 10‘), gekennzeichnet durch: – eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen (215) eines ersten Messwerts eines Parameters der Batteriezelle (10; 10‘), wobei der Parameter eine Masse, ein Volumen, eine Dimension oder eine Dicke der Batteriezelle (10; 10‘) umfasst und zum, nach einem Zeitabschnitt, Erfassen (255) eines zweiten Messwerts des Parameters der Batteriezelle (10; 10‘); – eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen (265) des zweiten Messwerts mit dem ersten Messwert; und – eine Bestimmungseinrichtung zum, wenn sich der zweite Messwert und der erste Messwert um mehr als einen vorbestimmten Schwellenwert unterscheiden (265.1), Bestimmen (270), dass die Batteriezelle (10; 10‘) undicht ist, oder zum, wenn sich der zweite Messwert und der erste Messwert um weniger als den vorbestimmten Schwellenwert unterscheiden (265.2), Bestimmen (275), dass die Batteriezelle (10; 10‘) dicht ist.
  2. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: – eine Übertagungseinrichtung zum Übertragen (220, 240) des ersten Messwerts und zum Übertragen (225, 245) einer Identifikation der Batteriezelle (10; 10‘); – eine Bereitsstellungseinrichtung zum Bereitstellen (250) des ersten Messwerts, wobei das Bereitstellen (250) mittels der Identifikation erfolgen kann; – eine Lagereinrichtung zum Lagern der Batteriezelle (10; 10') während des Zeitabschnitts; – eine Transporteinrichtung zum Transportieren der Batteriezelle (10; 10') während des Zeitabschnitts; – eine Einstelleinrichtung zum Einstellen eines vorbestimmten Ladezustands oder Mindestladezustands der Batteriezelle (10; 10‘) während des Zeitabschnitts oder zum Einstellen einer vorbestimmten Umgebungsbedingung, Umgebungstemperatur, Umgebungsdruck oder Umgebungsfeuchtigkeit für die Batteriezelle (10; 10‘) während des Zeitabschnitts; – Erfassen von Messwerten von weiteren Parametern während des Zeitabschnitts, wobei die weiteren Parameter eine Länge des Zeitabschnitts, eine tatsächliche Spannung der Batteriezelle (10; 10‘), einen tatsächlichen Ladezustand der Batteriezelle (10; 10‘), eine tatsächliche Umgebungsbedingung, Umgebungstemperatur, Umgebungsdruck oder Umgebungsfeuchtigkeit für die Batteriezelle (10; 10‘) während des Zeitabschnitts umfassen; oder – Bestimmen (260) des vorbestimmten Schwellenwerts, wobei der vorbestimmte Schwellenwert unter Berücksichtigung der Messwerte für die weiteren Parameter erfolgen kann.
  3. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei: – die Erfassungseinrichtung den ersten Messwert nach Herstellung der Batteriezelle (10; 10‘) oder in einem Warenausgang erfasst; – die Erfassungseinrichtung den zweiten Messwert in einem Wareneingang oder vor Herstellung eines Batteriemoduls erfasst; – die Bestimmungseinrichtung beim Bestimmen, dass die Batteriezelle (10; 10‘) undicht ist (270), ein Aussortieren der Batteriezelle (10; 10‘) ausführt oder veranlasst; – die Bestimmungseinrichtung beim Bestimmen, dass die Batteriezelle (10; 10‘) dicht ist (275), ein Verarbeiten oder Einbauen der Batteriezelle (10; 10‘) ausführt oder veranlasst; oder – die Batteriezelle (10; 10‘) als prismatische Batteriezelle oder Polymerzelle mit zwei einander gegenüberliegenden größten Flächen (120 1, 120 2) ausgebildet ist und die Erfassungseinrichtung den ersten Messwert und den zweiten Messwert an einander gegenüberliegenden Mittelpunkten (125 1) der größten Flächen (120 1, 120 2) erfasst.
  4. Verfahren (20) zur Dichtigkeitsprüfung einer Batteriezelle (10; 10‘), gekennzeichnet durch: – Erfassen (215) eines ersten Messwerts eines Parameters der Batteriezelle (10; 10‘), wobei der Parameter eine Masse, ein Volumen, eine Dimension oder eine Dicke der Batteriezelle (10; 10‘) umfasst; – nach einem Zeitabschnitt, Erfassen (255) eines zweiten Messwerts des Parameters der Batteriezelle (10; 10‘); – Vergleichen (265) des zweiten Messwerts mit dem ersten Messwert; und – wenn sich der zweite Messwert und der erste Messwert um mehr als einen vorbestimmten Schwellenwert unterscheiden (265.1), Bestimmen (270), dass die Batteriezelle (10; 10‘) undicht ist; oder – wenn sich der zweite Messwert und der erste Messwert um weniger als den vorbestimmten Schwellenwert unterscheiden (265.2), Bestimmen (275), dass die Batteriezelle (10; 10‘) dicht ist.
  5. Das Verfahren (20) nach Anspruch 4, weiterhin umfassend: – Übertragen (220, 240) des ersten Messwerts; – Übertragen (225, 245) einer Identifikation der Batteriezelle (10; 10‘); – Bereitstellen (250) des ersten Messwerts, wobei das Bereitstellen (250) mittels der Identifikation erfolgen kann; – Lagern der Batteriezelle (10; 10') während des Zeitabschnitts; – Transportieren der Batteriezelle (10; 10') während des Zeitabschnitts; – Einstellen eines vorbestimmten Ladezustands oder Mindestladezustands der Batteriezelle (10; 10‘) während des Zeitabschnitts; – Einstellen einer vorbestimmten Umgebungsbedingung, Umgebungstemperatur, Umgebungsdruck oder Umgebungsfeuchtigkeit für die Batteriezelle (10; 10‘) während des Zeitabschnitts; – Erfassen von Messwerten von weiteren Parametern während des Zeitabschnitts, wobei die weiteren Parameter eine Länge des Zeitabschnitts, eine tatsächliche Spannung der Batteriezelle (10; 10‘), einen tatsächlichen Ladezustand der Batteriezelle (10; 10‘), eine tatsächliche Umgebungsbedingung, Umgebungstemperatur, Umgebungsdruck oder Umgebungsfeuchtigkeit für die Batteriezelle (10; 10‘) während des Zeitabschnitts umfassen; oder – Bestimmen (260) des vorbestimmten Schwellenwerts, wobei der vorbestimmte Schwellenwert unter Berücksichtigung der Messwerte für die weiteren Parameter erfolgen kann.
  6. Das Verfahren (20) nach Anspruch 4 oder 5, wobei: – das Erfassen (215) des ersten Messwerts nach Herstellung der Batteriezelle (10; 10‘) oder in einem Warenausgang erfolgt; – das Erfassen (255) des zweiten Messwerts in einem Wareneingang oder vor Herstellung eines Batteriemoduls erfolgt; – das Bestimmen, dass die Batteriezelle (10; 10‘) undicht ist (270), ein Aussortieren der Batteriezelle (10; 10‘) ausführt oder veranlasst; – das Bestimmen, dass die Batteriezelle (10; 10‘) dicht ist (275), ein Verarbeiten oder Einbauen der Batteriezelle (10; 10‘) ausführt oder veranlasst; oder – die Batteriezelle (10; 10‘) als prismatische Batteriezelle oder Polymerzelle mit zwei einander gegenüberliegenden größten Flächen (120 1, 120 2) ausgebildet ist und das Erfassen (215) des ersten Messwerts und das Erfassen (255) des zweiten Messwerts an einander gegenüberliegenden Mittelpunkten (125 1) der größten Flächen (120 1, 120 2) erfolgt.
  7. Computerprogramm, das auf einem Datenträger oder in einem Speicher eines Computers gespeichert ist und das von dem Computer lesbare Befehle umfasst, die zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 4 bis 6 bestimmt sind, wenn die Befehle auf dem Computer ausgeführt werden.
  8. Computerprogrammprodukt, das das Computerprogramm nach Anspruch 7 umfasst.
  9. Batteriezelle (10; 10‘), dadurch gekennzeichnet, dass sie die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder das Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6 durchlaufen hat.
  10. Batteriemodul, umfassend: – die Batteriezelle (10; 10‘) nach Anspruch 9.
  11. Batterie, umfassend: – die Batteriezelle (10; 10‘) nach Anspruch 9, oder – das Batteriemodul nach Anspruch 10.
  12. Batteriesystem, umfassend: – die Batteriezelle (10; 10‘) nach Anspruch 9, – das Batteriemodul nach Anspruch 10, oder – die Batterie nach Anspruch 11.
  13. Fahrzeug, umfassend: – die Batteriezelle (10; 10‘) nach Anspruch 9, verbunden mit dem Fahrzeug, – das Batteriemodul nach Anspruch 10, verbunden mit dem Fahrzeug, – die Batterie nach Anspruch 11, verbunden mit dem Fahrzeug, oder – das Batteriesystem nach Anspruch 12, verbunden mit dem Fahrzeug.
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