EP4342015A1 - Bestückungsvorrichtung, montagevorrichtung und verfahren dazu - Google Patents

Bestückungsvorrichtung, montagevorrichtung und verfahren dazu

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Publication number
EP4342015A1
EP4342015A1 EP21727818.3A EP21727818A EP4342015A1 EP 4342015 A1 EP4342015 A1 EP 4342015A1 EP 21727818 A EP21727818 A EP 21727818A EP 4342015 A1 EP4342015 A1 EP 4342015A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
battery cells
cell
battery
placement
item
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21727818.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marco Zichner
Sebastian Prengel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Abacs GmbH
Original Assignee
Abacs GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Abacs GmbH filed Critical Abacs GmbH
Publication of EP4342015A1 publication Critical patent/EP4342015A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • 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
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/244—Secondary casings; Racks; Suspension devices; Carrying devices; Holders characterised by their mounting method
    • 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
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/213—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • 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

Definitions

  • the invention relates to placement devices, assembly arrangements with such placement devices and methods for placing items to be placed in a target position, in particular a battery pack with battery cells.
  • Battery packs which have standardized, in particular cylindrical, battery cells as energy stores are used for various purposes--for example for stationary energy supply, for motor vehicles or for intermediate storage.
  • Such battery packs are available in a wide variety of designs with a wide variety of battery cells, battery voltages and storage capacities. What the known battery packs have in common is that the multiplicity of standardized battery cells must be separated according to the layout of the battery pack and inserted into a housing of the battery pack.
  • the battery cells are normally provided in containers in which the battery cells are already separated (for the purposes of assembly) and, above all, are present with a predetermined pole position, so that an assembler can grip the battery cell and assemble it with the desired pole position.
  • the battery cell represents an item to be assembled. The assembler can rely on the pole position in which the battery cell is present in the container.
  • a first aspect relates to a device, in particular for equipping a battery pack, set up to:
  • a pick and place device can be any device which can move an item to be placed into a target position.
  • An equipping device can be a pick-and-place device, for example, which transports battery cells into a cell holder.
  • an assembly device can be a medical or analytical device that conveys samples into a sample container.
  • An assembly device can also be used in electrical engineering. In this context, assembly stands for the application of the individual components such as resistors, diodes and other SMD components to the carrier material, e.g. B. a circuit board or a ceramic substrate. An item to be placed and a target position result from the application.
  • a positioning force is applied in such a way that an item to be placed is transported to the target position.
  • An axial positioning force is applied at least partially along an axis passing through the target position.
  • the item to be placed can be conveyed to the target position along this axis by the axial positioning force.
  • a positioning force can be applied in particular by a ram, a hammer, or a cam.
  • a positioning force can also be applied by an end effector, for example a robot.
  • a guide is applied to guide the load to the target position.
  • forces that originate from the gravitational force and/or from the positioning force will be counteracted.
  • the executive can also depend on the target position, especially if the target position is time-varying. In particular, several executives can be generated. In particular, a leader or all leaders is less than a positioning force.
  • a guiding force can be generated in particular by a hose, a tube and/or one or more guide rails.
  • the solution allows items to be fitted quickly and in close proximity to each other.
  • An embodiment of the first aspect relates to a device configured to release the guiding force before the positioning force.
  • the guiding force can be applied by a snout which is arranged between the target position and the device for applying the positioning force. If now the placement goods is transported to the target position by the positioning force and the positioning force is reduced first, then the load could “stick” to the snout when it is moved and be unintentionally transported out of the target position again. This is avoided in that the positioning force remains on the item to be fitted until the risk of unwanted adhesion to the snout has passed.
  • An embodiment of the first aspect relates to a device that is set up to check the one or more quality parameters of the placement item and, depending on the check, to apply the positioning force and/or the guiding force or to eject the placement item (B) from the placement device.
  • An embodiment of the first aspect relates to a device which is set up to simultaneously check a plurality of items to be placed at the same time.
  • a simultaneous test includes a time-overlapping test of two items to be placed, e.g. so that a test of a second item begins when a test of a first item has not yet been completed.
  • An embodiment of the first aspect relates to a device that is set up to convey the item to be placed in a predetermined orientation to the target position.
  • a specified orientation can in particular include the electrical orientation.
  • a plurality of items to be placed can be arranged in such a way that they have the same orientation.
  • a plurality of items to be placed can be arranged in such a way that they have an unequal orientation; in particular, an orientation can be such be specified that a plurality of equipment, in particular battery cells, are arranged in alternating electrical orientation.
  • An embodiment of the first aspect relates to a device comprising a mechanically flexible connection for accommodating the provided item to be placed.
  • An embodiment of the first aspect relates to an apparatus wherein the positioning force is applied non-uniformly to convey the load to the target position.
  • a positioning force can be applied in such a way that a final positioning of the item to be fitted takes place by repeatedly applying a positioning force to the item to be fitted.
  • the item to be placed can be 'hammered' into the target position by the positioning force.
  • An embodiment of the first aspect relates to a device that is set up to apply the guiding force through a guide sleeve and/or a guide rail, along which the item to be placed is conveyed by the positioning force, and wherein the guide sleeve and/or the guide rail are lateral relative to the target position is moved to a position whose distance from the target position is less than the length of the item to be placed.
  • a device for applying one or more guides becomes jammed with an item to be placed that has already been positioned. This can be done in particular by moving the guide sleeve in a straight line towards the target position and parallel to items that have already been fitted.
  • a sideways approach, however, which next ends at a position at which jamming can no longer occur and the positioning force is then exerted is, on the other hand, advantageous.
  • an equipping device for equipping a battery pack with, in particular cylindrical, battery cells, for example of the 18650, 20650 and/or 21700 type, is disclosed.
  • the assembly device has:
  • a cell aligner for, in particular, individual (i.e. in particular only one battery cell at a time) positional alignment of the battery cells, in particular taken over by the conveyor, in particular before the battery cell is discharged, in a specific, in particular a desired and/or intended, pole position (the term polar alignment can also be used synonymously); and or
  • an assembly effector for, in particular, individually (i.e. in particular only one battery cell at a time) discharging the battery cells, in particular taken from the conveyor, into the battery pack, the discharging taking place by means of a, in particular axial, positioning force on the aligned battery cell;
  • a battery cell guide for applying a radial guiding force to the aligned battery cell.
  • the placement effector and the battery cell guide are set up to adjust the axial positioning force and the radial guiding force independently of one another. In particular, this can be done as already explained in connection with the first aspect.
  • the battery cells can be provided unsorted, in particular not sorted according to pole position. This means an enormous saving in staging areas for the battery cells to be installed. Thus - especially when assembling battery packs from a large number of battery cells - the provision of the battery cells is much easier and therefore cheaper.
  • the assembly can be done with a shorter cycle time because the travel distances between the individual assembly locations - i.e. between two adjacent receiving points for a battery cell - are minimized.
  • the advantages of the invention occur - both in terms of space saving and in terms of simplification of the assembly and the effects of a possible cycle time reduction - the more battery cells in the battery pack to be assembled (per pack level but also overall) have to be used.
  • the placement device may form an integrated means with the cell aligner and the battery cell guide. This can then, for example, be moved by a robot as a positioning unit over a cell holder or battery pack in such a way that it can be quickly fitted with battery cells.
  • a mounting arrangement for equipping a battery pack with battery cells is disclosed.
  • the assembly arrangement has:
  • (F) in particular if the placement device does not have a cell aligner, a cell aligner for, in particular individual, positional alignment of the battery cells taken over from the cell store and/or the cell separator and/or the conveyor.
  • Such a mounting arrangement requires a much smaller installation space than known mounting arrangements, which provide more space for orderly preparation of the battery cells to be assembled in a cell storage facility for pole-aligned battery cells.
  • a method for equipping a battery pack with battery cells having the following method steps:
  • the invention is based, among other things, on the idea of minimizing the travel distances during robot-based loading of a battery pack with standardized battery cells.
  • the disclosure thus provides in particular a technology for aligning the individual battery cells to be assembled with regard to the required pole position first on the assembly device and thus preferably on the effector of the assembly robot.
  • One embodiment of the invention is based, among other things, on the idea of also carrying out any quality tests of the individual battery cells that may be required on the assembly device. With these ideas, the traverse paths of the placement effector between the individual placement locations can be minimized; In addition, the individual battery cells can be provided in a completely unordered manner.
  • the equipping device has a test device for checking one or more electrical and/or electronic and/or structural-mechanical quality parameters of the battery cells to be discharged.
  • quality parameters in particular barcodes, internal resistance, internal impedance (i.e. DC voltage and AC voltage resistance), open-circuit voltage, polarity, weight, shape, geometric dimensions, and/or mechanical resonance.
  • internal resistance i.e. DC voltage and AC voltage resistance
  • open-circuit voltage i.e. DC voltage and AC voltage resistance
  • polarity i.e. weight, shape, geometric dimensions, and/or mechanical resonance.
  • the test means is set up to test more than one, in particular two or three or four or more, battery cells simultaneously and/or with a time overlap.
  • the test means has a turret mount for the battery cells to be tested.
  • a turret mount for the battery cells to be tested.
  • the turret mount can have a capacity of 2, 3, 4 or 5 battery cells, for example.
  • the pick and place device has an ejection device for items that have been sorted out, for example those that have not been tested OK (not OK), battery cells up. This allows battery cells with an unsatisfactory test result to be sorted out.
  • the ejection device is set up to direct the ejected battery cells to a reject store. This can ensure that the battery cells that have been sorted out can be put to further use, for example in a battery pack with lower demands on the quality of the battery cells used.
  • the ejection device is set up to direct the ejected battery cells to a specific one of a number of reject stores.
  • the test result of the battery cells can be taken into account in a differentiated manner: for example, battery cells that can still be used in other battery packs with lower quality requirements can be separated from those battery cells that are completely rejected based on the test result.
  • the cell aligner is arranged at a discharge position of the placement device. This enables the pole position of the battery cell to be aligned with a minimal conveying distance and thus supports a short assembly cycle time. In addition, this ensures that battery cells are aligned that have already passed a quality test that may have been carried out, so that energy can be saved.
  • the cell aligner has a pole position detector which, in particular in cooperation with a control unit of the placement device and/or the assembly arrangement, is set up to detect and/or identify a pole position of the battery cell, in particular when the battery cell arrives at a discharge position to compare it with a pole position of the battery cell required at the intended assembly point of the battery pack, and if necessary to align, in particular rotate, the battery cell towards the required pole position.
  • a required pole position of a battery cell at an intended assembly point can be appropriately stored in the control unit of the assembly device and/or the assembly arrangement, for example in an imported assembly plan that the control unit needs in any case to assemble the battery pack.
  • the cell aligner is set up to rotate an in particular isolated battery cell, in particular in a position-accurate manner, about an axis which runs perpendicular to a longitudinal axis of the battery cell and in particular intersects the longitudinal axis, in particular in or near the center of a longitudinal extent of the battery cell.
  • the cell separator has a step conveyor.
  • a step conveyor is capable of separating completely unsorted, in particular cylindrical, battery cells with great reliability and feeding them further in a suitably designed conveyor.
  • the conveying means has a hose, in particular with an at least essentially cross-sectionally stable and/or flexible hose, for guiding the separated battery cells.
  • the hose takes into account the fact that the batteries are separated in a stationary manner on the cell separator, while the batteries on the Placement device are required in a flexible location, namely depending on the current position of the robot arm on which the placement device is arranged. Due to its flexible, but at the same time cross-sectionally stable design, the hose enables the battery cells to be conveyed in this way.
  • a filling device is provided at a transfer position between the cell separator and the conveyor.
  • the cell separator is designed with a step conveyor and the conveying means with a hose, it can be provided that a push-in arrangement pushes a separated battery cell from the top step of the step conveyor into the hose for each cycle.
  • the cell store has an inclined plane and/or an inclination toward the cell separator. This ensures that more and more battery cells are fed to the cell separator without further manual or automatic intervention, until the last battery cell provided in the cell store has been separated in the cell separator and conveyed further.
  • the assembly arrangement has one or more scrap stocks.
  • the test result of the battery cells can be taken into account in a differentiated manner: for example, battery cells that can still be used in other battery packs with lower quality requirements can be collected.
  • scrap stores for example, battery cells that can be reused can be separated from battery cells that are completely scrap based on the test result.
  • the method has the following method step: checking one or more electrical and/or electronic and/or structural-mechanical quality parameters of the battery cells intended for assembly, in particular by means of a test device. It can thus be ensured that only battery cells of sufficient quality are installed in the battery pack and/or that possibly battery cells of poorer quality can be put to another use.
  • a tested battery cell is assigned “passed” as the test result, and the battery pack is then equipped with this battery cell.
  • a tested battery cell is assigned “failed” as the test result, and the battery cell is then sent to a scrap store.
  • 1 shows an assembly device in a schematic view and in different states for positioning an assembly item according to an embodiment of the present disclosure
  • 2 shows a schematic view of a mounting arrangement according to an exemplary embodiment of the invention in a schematic view.
  • FIG. 3 shows a schematic detailed view of an assembly device of the assembly arrangement according to FIG. 2.
  • Fig. 4 shows a flowchart to explain a method according to an exemplary embodiment for equipping a battery pack with battery cells using the assembly arrangement according to Figures 2 and 3.
  • a corresponding device for carrying out or producing the method, or for a corresponding system which comprises one or more devices, and vice versa.
  • a corresponding device may include a feature to perform the method step described, even if that feature is not explicitly described or illustrated.
  • a corresponding method can include a step that performs the described functionality or can be used to produce a corresponding structure, even if such steps are not explicitly described or illustrated are.
  • a system with corresponding device features be provided or with features to perform a specific process step.
  • a corresponding device for carrying out or producing the method, or for a corresponding system which comprises one or more devices, and vice versa.
  • a corresponding device may include a feature to perform the method step described, even if that feature is not explicitly described or illustrated.
  • a corresponding method can include a step that performs the described functionality or can be used to produce a corresponding structure, even if such steps are not explicitly described or illustrated are.
  • a system can also be provided with corresponding device features or with features in order to carry out a specific method step.
  • FIG. 1 shows a placement device of an embodiment of the present disclosure, wherein the placement device is shown in different states a) to e). These states can occur during an assembly process, by which an item to be placed B is moved to a target position 101.
  • a state a an item B to be fitted, for example a battery cell, is already arranged in the correct orientation on a straight axis 74 .
  • the axis 74 is directed towards the target position 101 .
  • a force is required in the vertical direction. This force is applied by the placement effector 70 .
  • the placement effector 70 can be designed in particular as a cylindrical wedge that is struck or pressed against the item to be placed from above in order to convey it to the target position 101 .
  • the assembly effector 70 has already applied a force to the assembly item B and conveyed it through the sleeve 73 to the target position. After that, the pick-and-place device has to be moved back into a starting position in such a way that the item B to be placed and placed continues to remain in the target position 101 .
  • the sleeve 73 is first moved upwards. This occurs while the placement effector 70 applies a positioning force to the placement good B . This ensures that the item B to be fitted does not stick to the sleeve 73 and is removed from the target position 101 again by moving the sleeve 73 .
  • the placement effector 70 can also be moved back into its starting position. This is shown in state d). After both the sleeve 73 and the placement effector 70 have been removed from the placement goods B, the placement device is moved to a new target position 102 . An item to be placed can then be conveyed to the target position 102 .
  • 2 shows an exemplary assembly arrangement 1 for equipping a battery pack 100 with battery cells B, for example of the 18650, 20650 and/or 21700 type.
  • the assembly arrangement 1 has a cell store 10 for the unordered provision of the battery cells B to be assembled at an assembly station 3 .
  • the assembly arrangement 1 has a cell separator 20 for individually removing the battery cells B from the cell store 10 .
  • the cell separator 20 has a step conveyor 21 which is capable of separating the completely unsorted cylindrical battery cells B with great reliability (virtually error-free) and feeding them to further conveyance by means of the conveying means 30 .
  • the cell store 10 has an inclined plane with an incline toward the lowest step 22 of the step conveyor 21 . This ensures that more and more battery cells B are automatically fed to the step conveyor 21 (i.e. due to the effect of gravity) until the last battery cell B provided in the cell store has been separated and conveyed further.
  • the assembly arrangement 1 has an assembly device 2, which is explained in more detail in particular with reference to FIG.
  • the mounting arrangement 1 has an industrial robot 4 with a robot arm 5 for arranging and moving the equipping device 2 . This can be selected by a specialist according to the requirements of the operation of the pick and place device 2 in the exemplary embodiment.
  • the assembly arrangement 1 has a conveyor 30 for conveying the isolated battery cells B from the cell separator 20 to the placement device 2 .
  • the conveying means 30 has an at least essentially cross-sectionally stable but flexible tube 31 for guiding the isolated battery cells B along a longitudinal axis of the tube 31 .
  • a filling device 33 of the conveying means 30 is provided at a transfer position 32 between the uppermost step 23 of the step conveyor 21 and an inlet of the hose 31 .
  • a push-in arrangement 34 of the filling device 33 pushes a single battery cell B from the top step 23 of the step conveyor 30 into the hose 31 for each cycle.
  • the battery cells B previously separated by the cell separator 30 can be supplied to the equipping device 2 .
  • the use of the flexible hose 31 makes it possible to separate the battery cells B in a stationary manner on the cell separator 20, although the battery cells B are required to be flexible in terms of location on the placement device 2, depending on the current position of the robot arm 5.
  • Such a mounting arrangement 1 requires a much smaller installation space than known mounting arrangements, which require more space for the orderly provision of the battery cells to be mounted in a cell store for pole-aligned battery cells.
  • FIG. 3 the assembly device 2 of the assembly arrangement 1 from FIG. 2 is shown.
  • the section of FIG. 2 shown in FIG. 3 is labeled “Detail A” there.
  • the placement device 2 has a robot interface 6 for receiving the placement device 2 on the robot arm 5 of the industrial robot 4 .
  • the placement device 2 also has a cell interface 40 for taking over battery cells from the hose 31 of the conveyor 30.
  • the cell interface 40 is designed in such a way that the battery cells B removed from the hose 31 can be placed next to each other with respect to their respective longitudinal axis, so that they can then be placed individual can be transferred into a test means 50.
  • the cell interface 40 can also be designed in such a way that the battery cells B are transferred directly from the hose 31 into the test means 50 .
  • the placement device 2 has a test means 50 for checking various electrical and/or electronic and/or structural-mechanical quality parameters of the battery cells to be discharged.
  • the test means 50 is set up to test more than one battery cell B at the same time. This ensures that there is sufficient time to test each individual battery cell B.
  • the test means 50 has a turret mount 51 with a plurality of cell mounts 52 for the battery cells B to be tested, which are spaced evenly apart from one another in the circumferential direction.
  • the turret holder 51 can be used to implement an intermediate store for battery cells B that can be continuously filled and emptied, in which the battery cells B can be tested for more than one cycle time using a test head 53 .
  • the turret mount 51 is designed and arranged in the assembly device 2 in such a way that, for example, four battery cells B can be tested simultaneously.
  • the equipping device 2 also has an ejection device 80 for battery cells B sorted out by the test means, that is to say those tested as not OK. Battery cells B with an unsatisfactory test result can thus be sorted out.
  • the ejection device 80 is set up to direct the ejected battery cells to a scrap store 90 of the assembly arrangement 80, in particular by a suitable movement of the robot arm 5. This can ensure that the sorted out battery cells B can be used further, for example in a battery pack with lower requirements the quality of the battery cells used B.
  • the ejector device 80 is set up to direct the ejected battery cells B to a specific one of a number of shelves 91 , 92 , 93 in the reject store 90 .
  • the scrap store 90 of the assembly arrangement 1 consequently has three separate shelves 91, 92 and 93; the ejection device 80 has three separate ejection means 81, 82 and 83 for this purpose. This makes it possible to store a certain number of sorted battery cells B in the separate ones before the robot arm 5 has to move to the scrap store 90 .
  • only one ejection means can also be provided.
  • the robot then has to move to the scrap store 90 each time a battery cell B that has been sorted out is to be discarded.
  • test result of the battery cells B can be taken into account in a differentiated manner: for example, battery cells B that can still be used in other battery packs with lower quality requirements can be separated from those battery cells B that are completely rejected based on the test result. This can also be ensured that only battery cells are aligned where this is necessary with regard to the planned assembly.
  • the equipping device 2 also has a cell aligner 60 for aligning the pole positions of the battery cells B that have been tested as OK. The alignment takes place before the battery cell B is discharged, towards a planned pole position P1 or P2.
  • the cell aligner 60 has a pole position detector 61 which, in cooperation with a control unit (not shown) of the assembly arrangement 1, is set up to recognize the current pole position P2 of the battery cell B when the battery cell B arrives at a discharge position 71, and with one at the intended assembly point 101 of the battery pack 100 to compare the required pole position P1 of the battery cell B and, if necessary, to carry out an alignment, in particular a rotation, of the battery cell towards the required pole position P1 by means of an alignment means 62 .
  • a required pole position P1 or P2 of a battery cell B at an intended assembly point 101 is stored for all assembly points in the control unit (not shown) of the assembly arrangement 1 in an assembly plan that has been read in and that the control unit needs to assemble the battery pack 100 anyway.
  • the cell aligner 60 is set up to use the alignment means 62 to rotate the battery cell B in a position-accurate manner about an axis 63 in the center of a longitudinal extent of the battery cell, with the axis 63 running perpendicular to a longitudinal axis L of the battery cell and intersecting the longitudinal axis. This enables the pole position of the battery cell to be aligned in the tightest of spaces.
  • the equipping device 2 also has an equipping effector 70 for discharge of the battery cell B arranged in the required pole position at the discharge position 71 into the battery pack 100 at the assembly point 101.
  • the assembly effector 70 has an ejection arrangement 72, which ejects an aligned battery cell B for each cycle.
  • the battery cells B can be provided completely unsorted, as indicated in FIG. This means an enormous saving in staging areas for the battery cells B to be installed.
  • the placement device 2 i.e. on the robot arm 5
  • the placement can take place with a shorter cycle time because the travel paths between the individual placement points 101 and 102 are minimized.
  • FIG. 4 shows an exemplary method for equipping a battery pack 100 with battery cells B by means of the assembly arrangement 2 that is described for FIGS. 2 and 3.
  • the exemplary method has the following steps S, which are carried out in particular in the sequence shown in FIG. 4:
  • S30 Conveying the removed, separated and unaligned battery cells B from the cell separator 20 to the placement device 2 by means of the conveyor 30.
  • S40 Inserting the battery cells B conveyed to the placement device 2 into the test means 50, in particular at or after passing the cell interface 40.
  • S50 Testing of the battery cells B: Checking one or more electrical and/or electronic and/or structural-mechanical quality parameters of the battery cells B intended for assembly using test means 50.
  • step S50 is followed by steps S54 to S70:
  • S60 Checking the pole position P of the battery cell B and comparing it with a desired pole position P stored in the control unit in the cell aligner 60.
  • step S50 is followed by steps S51 and S81 or S52 and S82 or S53 and S83:
  • the result of the quality test from step S50 includes a statement of a level of failure of the test.
  • a test result "n.i.O. Level 1" is awarded for battery cells B, which do not quite meet the requirements of the battery pack 100 to be equipped, but can certainly be installed in other battery packs with lower quality requirements.
  • Battery cells B with the test result "NOK Level 1” go through the following procedural steps:
  • a test result "n.i.O. Level 2" is awarded for battery cells B, which cannot be installed in battery packs but can be used in everyday applications with low quality requirements. Battery cells B with the test result "NOK Level 2” go through the following procedural steps:
  • a test result "n.i.O. Level 3" is assigned to battery cells B that can no longer be used. Battery cells B with the test result "NOK Level 3” go through the following procedural steps:
  • S53 Insertion into the third ejection means 83 for level 3 rejects from the turret mount 53.
  • S83 Discard battery cell B to third tray 93 for level 3 scrap in scrap store 90.
  • the exemplary method an enormous saving in staging areas for the battery cells B to be installed can be achieved.
  • the provision of the battery cells B is much simpler and therefore also cheaper.
  • the exemplary method enables a shorter cycle time when equipping the battery pack 100 with battery cells B.
  • target position S10 providing the battery cells S20 separating the battery cells S30 conveying the battery cells

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Montageanordnung mit einer / sowie eine Bestückungsvorrichtung, insbesondere zum Bestücken eines Batteriepacks mit Batteriezellen, aufweisend: eine Roboterschnittstelle zur Aufnahme der Bestückungsvorrichtung an einem Industrieroboter, eine Zellenschnittstelle zur Übernahme von Batteriezellen von einem Fördermittel, einen Zellausrichter zur Ausrichtung der Batteriezellen in einer bestimmten Pollage, einen Bestückungseffektor zum Austragen der Batteriezellen in das Batteriepack. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestücken eines Batteriepacks mit Batteriezellen.

Description

Bestückungsvorrichtung, Montagevorrichtung und Verfahren dazu
Die Erfindung betrifft Bestückungsvorrichtungen, Montageanordnungen mit solchen Bestückungsvorrichtungen und Verfahren zum Bestücken von Bestückungsgütern in eine Zielposition, insbesondere eines Batteriepacks mit Batteriezellen.
Für verschiedene Zwecke - beispielsweise zur stationären Energieversorgung, für Kraftfahrzeuge oder zum Zwischenspeichern - werden Batteriepacks eingesetzt, die als Energiespeicher standardisierte, insbesondere zylindrische, Batteriezellen aufweisen.
Solche Batteriepacks gibt es in verschiedensten Ausführungen mit unterschiedlichster Anzahl von Batteriezellen, unterschiedlichsten Batteriespannungen und Speicherkapazitäten. Den bekannten Batteriepacks ist gemein, dass die Vielzahl von standardisierten Batteriezellen entsprechend dem Layout des Batteriepacks vereinzelt und in ein Gehäuse des Batteriepacks eingesetzt werden muss.
Bei der Montage der Batteriezellen in Batteriepacks muss insbesondere berücksichtigt werden, welche Pollage die einzelne Batteriezelle im Verbund aufweisen muss.
Dazu werden die Batteriezellen normalerweise in Gebinden bereitgestellt, in welchen die Batteriezellen bereits (für die Zwecke der Montage) vereinzelt und vor allem mit einer vorbestimmten Pollage vorliegen, sodass ein Bestücker die Batteriezelle greifen und mit der gewünschten Pollage montieren kann. Die Batteriezelle stellt dabei ein Bestückungsgut dar. Der Bestücker kann er sich dabei auf die Pollage, in welcher die Batteriezelle im Gebinde vorliegt, verlassen.
Die Bereitstellung der Gebinde erfordert jedoch viel Raum in der Montageumgebung, was die Montage letzten Endes umständlich und teuer macht. Dies gilt nicht nur für Batteriezellen, sondern für alle möglichen Arten von Bestückungsgut.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Bestückungsprozess zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen entsprechende Weiterbildungen. Im Folgenden werden verschiedene Aspekte und Ausführungsformen dieser Aspekte offenbart, die zusätzliche Merkmale und Vorteile bereitstellen.
Ein erster Aspekt bezieht sich auf eine Vorrichtung, insbesondere zum Bestücken eines Batteriepacks, dazu eingerichtet:
- ein bereitgestelltes Bestückungsgut (B), insbesondere Batteriezellen, aufzunehmen;
- auf das Bestückungsgut (B) eine axiale Positionierkraft aufzubringen, um das Bestückungsgut in eine Zielposition (101), insbesondere in einem Batteriezellen- Aufnehmer, zu befördern;
- auf das Bestückungsgut (B) ein radiale Führungskraft aufzubringen, um das Bestückungsgut (B) in die Zielposition (101) zu befördern;
- die Führungskraft unabhängig von der Positionierkraft aufzubringen.
Eine Bestückungsvorrichtung kann jede Vorrichtung sein, welche ein Bestückungsgut in eine Zielposition verfahren kann. Eine Bestückungsvorrichtung kann beispielsweise eine Pick-and-Place-Vorrichtung sein, welches Batteriezellen in einen Zellaufnehmer befördert. Eine Bestückungsvorrichtung kann des Weiteren ein Medizin- oder Analysegerät sein, welches Proben in einen Probenbehälter befördert. Auch in der Elektrotechnik kann eine Bestückungsvorrichtung Anwendung finden. In diesem Zusammenhang steht Bestückung für das Aufbringen der einzelnen Komponenten wie Wderstände, Dioden und andere SMD-Komponenten auf das Trägermaterial, z. B. einer Leiterplatte oder einem Keramiksubstrat. Ein Bestückungsgut sowie eine Zielposition ergibt sich der Anwendung entsprechend.
Eine Positionierkraft wird so aufgebracht, dass ein Bestückungsgut in die Zielposition befördert wird. Eine axiale Positionierkraft wird zumindest teilweise entlang einer Achse aufgebracht, die durch die Zielposition verläuft. Insbesondere kann durch die axiale Positionierkraft das Bestückungsgut entlang dieser Achse in die Zielposition befördert werden. Eine Positionierkraft kann insbesondere durch einen Stößel, einen Hammer, eine Nocke aufgebracht werden. Ebenso kann eine Positionierkraft durch einen Endeffektor, beispielsweise eines Roboters, aufgebracht werden.
Eine Führungskraft wird aufgebracht, um das Bestückungsgut in die Zielposition zu führen. Dabei wird insbesondere Kräften entgegengewirkt werden, die von der Gravitationskraft stammen und/oder von der Positionierkraft. Die Führungskraft kann auch von der Zielposition abhängen, insbesondere wenn die Zielposition zeitvariant ist. Es können insbesondere mehrere Führungskräfte generiert werden. Insbesondere ist eine Führungskraft oder alle Führungskräfte geringer als eine Positionierkraft. Eine Führungskraft kann insbesondere durch einen Schlauch, ein Rohr und/oder ein oder mehrere Führungsschienen erzeugt werden.
Vorteilhaft kann durch die Lösung Bestückungsgut schnell und nah beieinander bestückt werden.
Eine Ausführungsform des ersten Aspekts bezieht sich auf eine Vorrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Führungskraft vor der Positionierungskraft abzubauen.
Insbesondere kann dadurch sichergestellt werden, dass durch Reibkräfte an der die Führungskraft aufbringende Einheit das Bestückungsgut nicht wieder aus der Zielposition verfahren wird. Beispielsweise kann die Führungskraft durch einen Rüssel aufgebracht werden, weicher zwischen der Zielposition und der Einrichtung zum Aufbringen der Positionierkraft angeordnet ist. Wenn nun das Bestückungsgut durch die Positionierkraft in die Zielposition befördert wird und die Positionierkraft zuerst abgebaut wird, dann könnte das Bestückungsgut beim Verfahren des Rüssels in diesem „kleben“ bleiben und ungewollt wieder aus der Zielposition befördert werden. Dies wird dadurch vermieden, dass die Positionierkraft solange auf dem Bestückungsgut verbleibt, bis die Gefahr einer ungewollten Haftung am Rüssel vorbei ist.
Eine Ausführungsform des ersten Aspekts bezieht sich auf eine Vorrichtung, die dazu eingerichtet ist, die einen oder mehreren Qualitätsparameter des Bestückungsgutes zu überprüfen und in Abhängigkeit der Überprüfung die Positionierkraft und/oder die Führungskraft aufzubringen oder das Bestückungsgut (B) aus der Bestückungsvorrichtung auszuschleusen.
Eine Ausführungsform des ersten Aspekts bezieht sich auf eine Vorrichtung, die dazu eingerichtet ist, gleichzeitig eine Mehrzahl von gleichzeitig Bestückungsgütern zu überprüfen.
Insbesondere umfasst eine gleichzeitige Prüfung eine zeitlich überlappende Prüfung zweier Bestückungsgüter, z.B. so dass eine Prüfung eines zweiten Bestückungsgutes beginnt, wenn eine Prüfung eines ersten Bestückungsgutes noch nicht abgeschlossen ist.
Eine Ausführungsform des ersten Aspekts bezieht sich auf eine Vorrichtung, die dazu eingerichtet ist, das Bestückungsgut in einer vorgegebenen Orientierung in die Zielposition zu befördern.
Eine vorgegebene Orientierung kann insbesondere die elektrische Orientierung umfassen. Insbesondere kann eine Mehrzahl von Bestückungsgütern so angeordnet werden, dass diese eine gleiche Orientierung aufweisen. Insbesondere kann eine Mehrzahl von Bestückungsgütern so angeordnet werden, dass diese eine ungleiche Orientierung aufweisen, insbesondere kann eine Orientierung so vorgebeben werden, dass eine Mehrzahl von Bestückungsgütern, insbesondere Batteriezellen, in abwechselnder elektrischer Orientierung angeordnet werden.
Eine Ausführungsform des ersten Aspekts bezieht sich auf eine Vorrichtung, umfassend eine mechanisch flexible Verbindung zum Aufnehmen des bereitgestellten Bestückungsgutes.
Eine Ausführungsform des ersten Aspekts bezieht sich auf eine Vorrichtung, wobei die die Positionierkraft ungleichförmig aufgebracht wird, um das Bestückungsgut in die Zielposition zu befördern.
Insbesondere kann eine Positionierkraft so aufgebracht werden, dass eine abschließende Positionierung des Bestückungsgutes durch ein mehrmaliges Aufbringen einer Positionierkraft auf das Bestückungsgut erfolgt. Insbesondere kann das Bestückungsgut durch die Positionierkraft in die Zielposition .gehämmert' werden.
Eine Ausführungsform des ersten Aspekts bezieht sich auf eine Vorrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Führungskraft durch eine Führungshülse und/oder einer Führungsschiene aufzubringen, entlang der das Bestückungsgut durch die Positionierkraft befördert wird und wobei die Führungshülse und/oder die Führungsschiene relativ zur Zielposition seitlich bis auf eine Position verfahren wird, deren Abstand zur Zielposition geringer als eine Länge des Bestückungsgutes ist.
Insbesondere kann dadurch bei einer engen Anordnung einer Vielzahl Bestückungsgütern erreicht werden, dass eine Einrichtung zur Aufbringung einer oder mehrerer Führungskräfte sich mit einem bereits positionierten Bestückungsgut verklemmt. Dies kann insbesondere durch ein geradliniges Zubewegen der Führungshülse auf die Zielposition und parallel zu bereits bestückten Bestückungsgütern erfolgen. Eine seitliche Annäherung jedoch, welche zunächst an einer Position endet, bei der eine Verklemmung nicht mehr erfolgen kann und wobei danach die Positionierkraft ausgeübt wird, ist demgegenüber vorteilhaft.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Bestückungsvorrichtung zum Bestücken eines Batteriepacks mit, insbesondere zylindrischen, Batteriezellen, beispielsweise vom Typ 18650, 20650 und/oder 21700, offenbart. Die Bestückungsvorrichtung weist auf:
(a) eine Schnittstelle, insbesondere zur Aufnahme der Bestückungsvorrichtung an einem Industrieroboter, beispielsweise an einem Roboterarm eines Industrieroboters]; und/oder
(b) eine Zellenschnittstelle zur Übernahme von Batteriezellen von einem Fördermittel; und/oder
(c) einen Zellausrichter zur, insbesondere einzelnen (d.h. insbesondere nur eine Batteriezelle auf einmal), Lageausrichtung der, insbesondere von dem Fördermittel übernommenen, Batteriezellen, insbesondere vor einem Austragen der Batteriezelle, in einer bestimmten, insbesondere einer gewünschten und/oder vorgesehenen, Pollage (synonym kann auch der Begriff Polausrichtung verwendet werden); und/oder
(d) einen Bestückungseffektor zum, insbesondere einzelnen (d.h. insbesondere nur eine Batteriezelle auf einmal), Austragen der, insbesondere von dem Fördermittel übernommenen, Batteriezellen in das Batteriepack, wobei das Austragen mittels einer, insbesondere axialen, Positionierkraft auf die ausgerichtete Batteriezelle erfolgt; und/oder
(e) eine Batteriezellenführung, zum Aufbringen einer radialen Führungskraft auf die ausgerichtete Batteriezelle. Der Bestückungseffektor und die Batteriezellenführung sind dazu eingerichtet, die axiale Positionierkraft und die radiale Führungskraft unabhängig voneinander einzustellen. Dies kann insbesondere so erfolgen, wie in Zusammenhang mit dem ersten Aspekt bereits erläutert.
Bei Verwendung einer solchen Bestückungsvorrichtung können die Batteriezellen unsortiert, insbesondere nicht nach Pollage sortiert, bereitgestellt werden. Dies bedeutet eine enorme Einsparung an Bereitstellungsflächen für die zu verbauenden Batteriezellen. Somit wird - insbesondere bei der Montage von Batteriepacks aus einer Vielzahl von Batteriezellen - die Bereitstellung der Batteriezellen viel einfacher und damit auch günstiger.
Zudem kann mit der Ausrichtung der Batteriezellen an der Bestückungsvorrichtung, sprich am Roboterarm, die Bestückung mit einer geringeren Taktzeit erfolgen, weil die Verfahrwege zwischen den einzelnen Bestückungsorten - also zwischen zwei benachbarten Aufnahmestellen für eine Batteriezellen - minimiert werden.
Die Vorteile der Erfindung treten - sowohl hinsichtlich der Bauraumeinsparung als auch hinsichtlich der Vereinfachung des Bestückens und der Effekte einer möglich werdenden Taktzeitverkürzung - umso stärker auf, je mehr Batteriezellen in das zu bestückende Batteriepacks (pro Packebene aber auch insgesamt) eingesetzt werden müssen.
Ohne den Zellausrichter müsste bei bekannten Lösungen hingegen entweder eine In-Sequence-Bereitstellung der Batteriezellen (mit exakt vorbestimmter Entnahmereihenfolge aus einem Zellenlagen bei Beachtung der benötigten Folge der Pollagen) sichergestellt sein, oder die Bestückungsvorrichtung am Roboterarm muss große Verfahren Wege zwischen Bestückungsort und Zellenlager zurücklegen, um sich jeweils mit einer korrekt ausgerichteten Batteriezellen zu versorgen. ln einer Ausführungsform kann die Bestückungsvorrichtung mit dem Zellausrichter und der Batteriezellenführung ein integriertes Mittel bilden. Dieses kann dann beispielsweise von einem Roboter als Positioniereinheit über einem Zellaufnehmer oder Batteriepack so verfahren werden, dass dieser schnell mit Batteriezellen bestückt werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Montageanordnung zur Bestückung eines Batteriepacks mit Batteriezellen offenbart. Die Montageanordnung weist auf:
(A) ein Zellenlager zur ungeordneten Bereitstellung der zu montierenden Batteriezellen, insbesondere an einem Montageplatz; und/oder
(B) einen Zellvereinzeler zur einzelnen Entnahme der Batteriezellen aus dem Zellenlager; und/oder
(C) eine Bestückungsvorrichtung, insbesondere gemäß einer Ausführung der Erfindung, mittels welcher insbesondere die Batteriezellen einzeln in das Batteriepack einsetzbar sind; und/oder
(D) einen Industrieroboter mit einem Roboterarm zum Anordnen und/oder Verfahren der Bestückungsvorrichtung; und/oder
(E) ein Fördermittel zur Förderung der vereinzelten Batteriezellen von dem Zellvereinzeler hin zu der Bestückungsvorrichtung; und/oder
(F) insbesondere, wenn die Bestückungsvorrichtung keinen Zellausrichter aufweist, einen Zellausrichter zur, insbesondere einzelnen, Lageausrichtung der [on dem Zellenlager und/oder dem Zellvereinzeler und/oder dem Fördermittel übernommenen Batteriezellen.
Eine derartige Montageanordnung benötigt einen viel kleineren Bauraum als bekannte Montageanordnungen, die mehr Raum für das geordnete Bereit-steilen der zu montierenden Batteriezellen in einem Zellenlager für polausgerichtete Batteriezellen erfordern.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Bestücken eines Batteriepacks mit Batteriezellen offenbart, aufweisend folgende Verfahrensschritte:
(i) Bereitstellen, insbesondere unausgerichtetes und/oder ungeordnetes Bereitstellen, der zu montierenden Batteriezellen, insbesondere in einem Zellenlager; und/oder
(ii) Entnehmen von, einzelnen und unausgerichteten, Batteriezellen aus dem Zellenlager, insbesondere mittels eines Zellvereinzelers; und/oder
(iii) Fördern der entnommenen, insbesondere vereinzelten und unausgerichteten, Batteriezellen von dem Zellvereinzeler hin zu einer Bestückungsvorrichtung, insbesondere mittels eines Fördermittels; und/oder
(iv) nötigenfalls (insbesondere, wenn ermittelt wurde, dass die Batteriezelle nicht eine gewünschte Pollage aufweist) Ausrichten der Batteriezellen in einer bestimmten, insbesondere gewünschten und/oder vorgesehenen Pollage, insbesondere mittels eines Zellausrichters; und/oder
(v) Austragen der ausgerichteten Batteriezelle, insbesondere in das Batteriepack (insbesondere mittels einer Bestückungsvorrichtung, die insbesondere gemäß einer Ausführung der Erfindung ausgebildet ist) oder in ein Ausschusslager (insbesondere mittels eines Auswurfs), wobei das Austragen durch eine axiale Kraft auf die Batteriezellen erfolgt und durch eine radiale Kraft die Batteriezellen in eine Zielposition geführt werden. Dabei sind die axiale Kraft und die radiale Kraft voneinander unabhängig.
Damit kann eine enorme Einsparung an Bereitstellungsflächen für die zu verbauenden Batteriezellen erreicht werden. Insbesondere wird bei der Montage von Batteriepacks aus einer Vielzahl von Batteriezellen die Bereitstellung der Batteriezellen viel einfacher und damit auch günstiger.
Der Erfindung liegt unter anderem die Überlegung zugrunde, die Verfahrwege beim Roboter-basierten Bestücken eines Batteriepacks mit standardisierten Batteriezellen zu minimieren.
Die Offenbarung stellt damit insbesondere eine Technologie bereit um die Ausrichtung der einzelnen zu montierenden Batteriezellen hinsichtlich der benötigten Pollage erst an der Bestückungsvorrichtung und damit vorzugsweise am Effektor des Bestückungsroboters durchzuführen. Eine Ausführung der Erfindung basiert unter anderem auf der Idee, an der Bestückungsvorrichtung zusätzlich auch gegebenenfalls benötigte Qualitätstests der einzelnen Batteriezellen vorzunehmen. Mit diesen Ideen können die Verfahrwege des Bestückungseffektors zwischen den einzelnen Bestückungsort minimiert werden; zudem können die einzelnen Batteriezellen völlig ungeordnet bereitgestellt werden.
Gemäß einer Ausführung weist die Bestückungsvorrichtung ein Testmittel zum Überprüfen eines oder mehrerer, elektrischer und/oder elektronischer und/oder strukturmechanischer, Qualitätsparameter der auszutragenden Batteriezellen.
Als Qualitätsparameter kommen insbesondere elektrische, strukturmechanische, und/oder geometrischer Qualitätsparameter in Betracht, insbesondere Barcodes, Innenwiderstand, Innenimpedanz (also Gleichspannungs- und Wechselspannungswiderstand), Ruhespannung, Polung, Gewicht, Form, geometrische Abmessungen, und/oder mechanische Resonanz.
Dies ermöglicht die Bereitstellung ungetesteter Batteriezellen, weil bei der Montage selbst noch sichergestellt werden kann, dass nur Batteriezellen, die eine vorbestimmte Güte erreichen bzw. überschreiten, im Batteriepack verbaut werden. Gemäß einer Ausführung ist das Testmittel dazu eingerichtet, gleichzeitig und/oder zeitlich überlappend mehr als eine, insbesondere zwei oder drei oder vier oder mehr, Batteriezellen zu testen.
Damit ist sichergestellt, dass ausreichend Zeit für den Test jeder einzelnen Batteriezelle vorhanden ist. Wenn mehr Zeit für den Test einer Batteriezellen vorhanden ist, können hochwertigere, aussagekräftigere und/oder verlässlichere Tests mit der Batteriezellen durchgeführt werden.
Auch bei einer hohen Taktung der Befüllung des Batteriepacks mit einzelnen Batteriezellen kann dann noch ausreichend Zeit für den Test einer einzelnen Batteriezelle vorhanden sein, indem die zur Verfügung stehende Zeit für den Test von der Taktzeit dahingehend entkoppelt wird, dass beispielsweise 2, 3, 4 oder 5 Taktzeiten für den Test zur Verfügung steht. Dies kann insbesondere erreicht werden, indem die Tests überlappend durchgeführt werden, beispielsweise mit einem kleinen Zwischenlager für die zu testende Batteriezellen, das mit jeder Taktzeit mit einer neuen Batteriezelle befüllt, und aus dem mit jeder Taktzeit eine Batteriezelle entnommen wird. Die Zeit, die jede der beispielsweise 2, 3, 4 oder 5 Batteriezellen in dem kleinen Zwischenlager verbringt, kann dann für den Test genutzt werden.
Gemäß einer Ausführung weist das Testmittel eine Revolveraufnahme für die zu testenden Batteriezellen auf. Mit der Revolveraufnahme lässt sich auf einfache Weise eine kontinuierlich - insbesondere in der Taktzeit - befüllbares und entleerbares, kleines Zwischenlager für Batteriezellen realisieren, in welchem die Batteriezellen für mehr als eine Taktzeit getestet werden können. Die Revolveraufnahme kann beispielsweise eine Kapazität von 2, 3, 4 oder 5 Batteriezellen aufweisen.
Gemäß einer Ausführung weist die Bestückungsvorrichtung eine Abwurfeinrichtung für, insbesondere aussortierte, beispielsweise nicht-in-Ordnung (n.i.O.) getestete, Batteriezellen auf. Damit können Batteriezellen mit einem nicht zufriedenstellenden Testergebnis aussortiert werden.
Gemäß einer Ausführung ist die Abwurfeinrichtung dazu eingerichtet, die abgeworfenen Batteriezellen einem Ausschusslager zuzuleiten. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die aussortierten Batteriezellen einerweiteren Verwendung zugeführt werden können, beispielsweise in einem Batteriepacks mit geringeren Anforderungen an die Güte der verwendeten Batteriezellen.
Gemäß einer Ausführung ist die Abwurfeinrichtung dazu eingerichtet, die abgeworfenen Batteriezellen einem bestimmten von mehreren Ausschusslagern zuzuleiten. Auf diese Weise kann das Testergebnis der Batteriezellen differenziert berücksichtigt werden: so können beispielsweise Batteriezellen, die in anderen Batteriepacks mit geringeren Qualitätsanforderungen noch Verwendung finden können, von solchen Batteriezellen getrennt werden, die aufgrund des Testergebnis kompletter Ausschuss sind.
Gemäß einer Ausführung ist der Zellausrichter an einer Austrageposition der Bestückungsvorrichtung angeordnet. Dies ermöglicht eine Ausrichtung der Pollage der Batteriezelle mit einem minimalen Förderweg und unterstützt so eine geringe Taktzeit der Bestückung. Zudem ist damit sichergestellt, dass Batteriezellen ausgerichtet werden, die bereits einer gegebenenfalls durchgeführten Qualitätstest bestanden haben, sodass Energie eingespart werden kann.
Gemäß einer Ausführung weist der Zellausrichter eine Pollagenerkennung auf, die, insbesondere in Zusammenwirken mit einer Steuereinheit der Bestückungsvorrichtung und/oder der Montageanordnung, dazu eingerichtet ist, eine Pollage der Batteriezelle, insbesondere bei einer Ankunft der Batteriezelle an einer Austrageposition, zu erkennen und/oder mit einer an der vorgesehenen Bestückungsstelle des Batteriepacks benötigten Pollage der Batteriezelle zu vergleichen, und nötigenfalls eine Ausrichtung, insbesondere Drehung, der Batteriezelle hin zu der benötigten Pollage durchzuführen. Eine benötigte Pollage einer Batteriezelle an einer vorgesehenen Bestückungsstelle kann gemäß einer Ausführung in der Steuereinheit der Bestückungsvorrichtung und/oder der Montageanordnung fachmännisch geeignet hinterlegt sein, beispielsweise in einem eingelesenen Bestückungsplan, den die Steuereinheit ohnehin zum Bestücken des Batteriepacks benötigt.
Damit kann sichergestellt werden, dass nur Batteriezellen ausgerichtet werden, bei denen dies hinsichtlich der vorgesehenen Bestückung notwendig ist.
Gemäß einer Ausführung ist der Zellausrichter dazu eingerichtet, eine, insbesondere vereinzelte Batteriezelle, insbesondere positionstreu, um eine Achse zu drehen, die senkrecht zu einer Längsachse der Batteriezelle verläuft, und insbesondere die Längsachse schneidet, insbesondere in oder nahe der Mitte einer Längserstreckung der Batteriezelle.
Dies ermöglicht eine Ausrichtung der Pollage der Batteriezelle auf engstem Raum, also mit geringst möglicher Bauraumerfordernis. Insbesondere für eine Anordnung des Zellausrichters am Roboterarm ist das wünschenswert.
Gemäß einer Ausführung weist der Zellvereinzeler einen Stufenförderer auf. Ein Stufenförderer ist in der Lage, völlig unsortierten, insbesondere zylindrischen, Batteriezellen mit großer Zuverlässigkeit zu vereinzelten und einerweiteren Förderung in einem geeignet ausgebildeten Fördermittel zuzuführen.
Gemäß einer Ausführung weist das Fördermittel einen, insbesondere zumindest im Wesentlichen querschnittsstabilen und/oder biegsamen Schlauch zur Führung der vereinzelten Batteriezellen auf.
Dies ermöglicht auf einfache Art und Weise, die zuvor mit dem Zellvereinzeler vereinzelten Batteriezellen der Bestückungsvorrichtung zuzuführen. Ins-besondere wird mit dem Schlauch der Tatsache Rechnung getragen, dass die Batterien an dem Zellvereinzeler ortsfest vereinzelt werden, während die Batterien an der Bestückungseinrichtung ortsflexibel benötigt werden, nämlich je nach aktueller Position des Roboterarms, an welchem die Bestückungseinrichtung angeordnet ist. Durch seine biegsame, aber gleichzeitig querschnittsstabile Ausführung ermöglicht der Schlauch eine derartige Förderung der Batteriezellen.
Insbesondere ist an einer Übergabeposition zwischen dem Zellvereinzeler und dem Fördermittel eine Befüllungseinrichtung vorgesehen. Wenn beispielsweise der Zellvereinzeler mit einem Stufenförderer ausgebildet ist und das Fördermittel mit einem Schlauch, kann vorgesehen sein, dass eine Einschiebeanordnung zu jedem Takt eine vereinzelte Batteriezelle von der obersten Stufe des Stufenförderers in den Schlauch schiebt.
Gemäß einer Ausführung weist das Zellenlager eine schräge Ebene und/oder eine Neigung hin zu dem Zellvereinzeler auf. Damit wird sichergestellt, dass dem Zellvereinzeler ohne weiteren manuellen oder automatischen Eingriff immer weitere Batteriezellen zugeführt werden, bis die letzte im Zellenlager bereitgestellte Batteriezellen im Zellvereinzeler vereinzelt und weiter gefördert wurde.
Gemäß einer Ausführung weist die Montageanordnung ein oder mehrere Ausschusslager auf. Auf diese Weise kann das Testergebnis der Batteriezellen differenziert berücksichtigt werden: so können beispielsweise Batteriezellen, die in anderen Batteriepacks mit geringeren Qualitätsanforderungen noch Verwendung fin-den können, gesammelt werden. Mit mehreren Ausschusslagern können beispielsweise weiterverwendbare Batteriezellen von solchen Batteriezellen getrennt werden, die aufgrund des Testergebnis kompletter Ausschuss sind.
Gemäß einer Ausführung weist das Verfahren den folgenden Verfahrensschritt auf: Überprüfen eines oder mehrerer, elektrischer und/oder elektronischer und/oder strukturmechanischer, Qualitätsparameter der zur Bestückung vorgesehenen Batteriezellen, insbesondere mittels eines Testmittels. Damit kann sichergestellt werden, dass ausschließlich Batteriezellen mit einer ausreichenden Güte im Batteriepack verbaut werden und/oder dass gegebenenfalls Batteriezellen mit einer schlechteren Güte einer anderweitigen Verwendung zugeführt werden können.
Gemäß einer Ausführung wird einer getesteten Batteriezelle als Testergebnis „bestanden“ zugeordnet wird, und das Batteriepack anschließend mit dieser Batteriezelle bestückt.
Gemäß einer Ausführung wird einer getesteten Batteriezelle als Testergebnis „nicht bestanden“ zugeordnet, und die Batteriezelle anschließend einem Ausschusslager zugeleitet.
Gemäß einer Ausführung können mehrere Niveaus von „nicht bestanden“ zugeordnet werden, und die Batteriezelle anschließend in Abhängigkeit von dem zugeordneten Niveau einem diesem Niveau zugeordneten Ausschusslager zugeleitet.
Auf diese Weise können beim Testen unterschiedliche Qualitätsstufen der Batteriezellen unterschieden werden und entsprechend der ermittelten Qualitätsstufe im Batteriepack verbaut oder in - ggf. unterschiedliche - Ausschusslager abgeworfen werden.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den folgenden Ausführungsformen, die sich auf die Figuren beziehen. Die Figuren zeigen die Ausführungsformen nicht maßstabsgetreu. Die Abmessungen der verschiedenen Merkmale können insbesondere zur Klarheit der Beschreibung entsprechend vergrößert oder verkleinert sein. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
Fig. 1 zeigt eine Bestückungsvorrichtung in schematischer Ansicht und in verschiedenen Zuständen zu Positionierung eines Bestückungsgutes nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung Fig. 2 zeigt eine Montageanordnung in schematischer Ansicht nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung in einer schematischen Ansicht.
Fig. 3 zeigt eine schematische Detailansicht einer Bestückungsvorrichtung der Montageanordnung gemäß der Fig. 2.
Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführung zum Bestücken eines Batteriepacks mit Batteriezellen mittels der Montageanordnung gemäß den Figuren 2 und 3.
In der folgenden Beschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Aspekte gezeigt sind, in denen die vorliegende Offenbarung verstanden werden kann. In den folgenden Beschreibungen beziehen sich identische Bezugszeichen auf identische bzw. zumindest funktional oder strukturell ähnliche Merkmale.
Generell gilt eine Offenbarung über ein beschriebenes Verfahren auch für eine entsprechende Vorrichtung, um das Verfahren durchzuführen oder herzustellen, oder für ein entsprechendes System, welches ein oder mehrere Vorrichtungen umfasst, und umgekehrt. Wenn beispielsweise ein spezieller Verfahrensschritt beschrieben wird, kann eine entsprechende Vorrichtung ein Merkmal umfassen, um den beschriebenen Verfahrensschritt durchzuführen, auch wenn dieses Merkmal nicht explizit beschrieben oder dargestellt ist. Wenn andererseits beispielsweise eine spezielle Vorrichtung auf der Grundlage von Funktionseinheiten und/oder Strukturmerkmalen beschrieben wird, kann ein entsprechendes Verfahren einen Schritt umfassen, der die beschriebene Funktionalität ausführt oder mit dem eine entsprechende Struktur hergestellt werden kann, auch wenn solche Schritte nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind. Ebenso kann ein System mit entsprechenden Vorrichtungsmerkmalen versehen werden oder mit Merkmalen, um einen bestimmten Verfahrensschritt auszuführen. Merkmale der verschiedenen zuvor oder nachfolgend beschriebenen Aspekte und Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben.
In der folgenden Beschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Aspekte gezeigt sind, in denen die vorliegende Offenbarung verstanden werden kann. In den folgenden Beschreibungen beziehen sich identische Bezugszeichen auf identische bzw. zumindest funktional oder strukturell ähnliche Merkmale.
Generell gilt eine Offenbarung über ein beschriebenes Verfahren auch für eine entsprechende Vorrichtung, um das Verfahren durchzuführen oder herzustellen, oder für ein entsprechendes System, welches ein oder mehrere Vorrichtungen umfasst, und umgekehrt. Wenn beispielsweise ein spezieller Verfahrensschritt beschrieben wird, kann eine entsprechende Vorrichtung ein Merkmal umfassen, um den beschriebenen Verfahrensschritt durchzuführen, auch wenn dieses Merkmal nicht explizit beschrieben oder dargestellt ist. Wenn andererseits beispielsweise eine spezielle Vorrichtung auf der Grundlage von Funktionseinheiten und/oder Strukturmerkmalen beschrieben wird, kann ein entsprechendes Verfahren einen Schritt umfassen, der die beschriebene Funktionalität ausführt oder mit dem eine entsprechende Struktur hergestellt werden kann, auch wenn solche Schritte nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind. Ebenso kann ein System mit entsprechenden Vorrichtungsmerkmalen versehen werden oder mit Merkmalen, um einen bestimmten Verfahrensschritt auszuführen. Merkmale der verschiedenen zuvor oder nachfolgend beschriebenen Aspekte und Ausführungsformen können.
Fig. 1 zeigt eine Bestückungsvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wobei die Bestückungsvorrichtung in verschiedenen Zuständen a) bis e) dargestellt ist. Diese Zustände können während eines Bestückungsvorgangs, durch den ein Bestückungsgut B in eine Zielposition 101 verfahren wird eingenommen werden. In einem Zustand a) ist ein Bestückungsgut B, zum Beispiel eine Batteriezelle, bereits orientierungsrichtig auf einer geraden Achse 74 angeordnet. Die Achse 74 ist auf die Zielposition 101 gerichtet. Um das Bestückungsgut B in die Zielposition 101 zu verfahren, ist eine Kraft in vertikaler Richtung erforderlich. Diese Kraft wird durch den Bestückungseffektor 70 aufgebracht. Der Bestückungseffektor 70 kann insbesondere als zylinderförmiger Keil ausgeführt sein, der von oben gegen das Bestückungsgut geschlagen oder gedrückt wird, um dieses in die Zielposition 101 zu befördern. Insbesondere durch den Bestückungseffektor 70 können jedoch bei diesem Vorgang auch Kräfte auf das Bestückungsgut B aufgebracht werden, welche nicht exakt entlang der Achse 74 gerichtet sind. Damit das Bestückungsgut B jedoch genau in Richtung der Zielposition 101 bewegt wird, ist eine Führungshülse 73 zwischen der Zielposition 101 und dem Bestückungsgut B (in Zustand a) angeordnet. Durch die Positionierkraft wird das Bestückungsgut B zunächst in die Führungshülse 73 befördert. Sollte das Bestückungsgut B in seinem Weg von der Achse 74 abweichen, so werden durch die Hülse 73 Führungskräfte auf das Bestückungsgut B aufgebracht. Im Zustand b) hat der Bestückungseffektor 70 bereits eine Kraft auf das Bestückungsgut B aufgebracht und dieses durch die Hülse 73 in die Zielposition befördert. Danach muss die Bestückungsvorrichtung wieder in eine Ausgangsposition verfahren werden, und zwar so, dass das Bestückungsgut B weiterhin in der Zielposition 101 verbleibt. Im Zustand c) wird dazu zunächst die Hülse 73 nach oben bewegt. Dies erfolgt, während der Bestückungseffektor 70 eine Positionierkraft auf das Bestückungsgut B aufbringt. Dadurch wird sichergestellt, dass das Bestückungsgut B nicht an der Hülse 73 haften bleibt und durch ein Bewegen der Hülse 73 wieder aus der Zielposition 101 entfernt wird. Nachdem die Hülse 73 von dem Bestückungsgut B fortbewegt wurde, kann auch der Bestückungseffektor 70 wieder in seine Ausgangsposition verfahren werden. Dies ist in Zustand d) dargestellt. Nachdem sowohl die Hülse 73 als auch der Bestückungseffektor 70 von den Bestückungsgut B entfernt wurden, wird die Bestückungsvorrichtung zu einer neuen Zielposition 102 bewegt. Danach kann ein Bestückungsgut in die Zielposition 102 befördert werden. ln Fig. 2 ist eine beispielhafte Montageanordnung 1 zur Bestückung eines Batteriepacks 100 mit Batteriezellen B, beispielsweise vom Typ 18650, 20650 und/oder 21700, dargestellt. Die Montageanordnung 1 weist ein Zellenlager 10 zur ungeordneten Bereitstellung der zu montierenden Batteriezellen B an einem Montageplatz 3 auf.
Ferner weist die Montageanordnung 1 einen Zellvereinzeler 20 zur einzelnen Entnahme der Batteriezellen B aus dem Zellenlager 10 auf.
Im Ausführungsbeispiel weist der Zellvereinzeler 20 einen Stufenförderer 21 auf, der in der Lage ist, die völlig unsortierten zylindrischen Batteriezellen B mit großer Zuverlässigkeit (quasi fehlerfrei) zu vereinzeln und einer weiteren Förderung mittels des Fördermittels 30 zuzuführen.
Dazu weist das Zellenlager 10 eine schräge Ebene mit einer Neigung hin zu der untersten Stufe 22 des Stufenförderers 21 auf. Damit wird sichergestellt, dass dem Stufenförderer 21 von selbst (d.h. aufgrund der Wirkung der Schwerkraft) immer weitere Batteriezellen B zugeführt werden, bis die letzte im Zellenlager bereitgestellte Batteriezelle B vereinzelt und weiter gefördert wurde.
Ferner weist die Montageanordnung 1 eine Bestückungsvorrichtung 2 auf, die insbesondere zu Fig. 3 näher erläutert ist, und mittels welcher die Batteriezellen B einzeln und hinsichtlich ihrer Pollage P1 oder P2 wie gewünscht ausgerichtet in das Batteriepack 100 einsetzbar sind.
Ferner weist die Montageanordnung 1 einen Industrieroboter 4 mit einem Roboterarm 5 zum Anordnen und Verfahren der Bestückungsvorrichtung 2 auf. Dieser kann an sich fachmännisch entsprechend der Anforderungen des Betriebs der Bestückungsvorrichtung 2 im Ausführungsbeispiel ausgesucht werden. Ferner weist die Montageanordnung 1 ein Fördermittel 30 zur Förderung der vereinzelten Batteriezellen B von dem Zellvereinzeler 20 hin zu der Bestückungsvorrichtung 2 auf.
Das Fördermittel 30 weist einen zumindest im Wesentlichen querschnittsstabilen, aber biegsamen Schlauch 31 zur Führung der vereinzelten Batteriezellen B entlang einer Längsachse des Schlauchs 31 auf.
An einer Übergabeposition 32 zwischen der obersten Stufe 23 des Stufenförderers 21 und einem Eingang des Schlauchs 31 ist eine Befüllungseinrichtung 33 des Fördermittels 30 vorgesehen. Eine Einschiebeanordnung 34 der Befüllungseinrichtung 33 schiebt zu jedem Takt eine vereinzelte Batteriezelle B von der obersten Stufe 23 des Stufenförderers 30 in den Schlauch 31.
So können die zuvor mit dem Zellvereinzeler 30 vereinzelten Batteriezellen B der Bestückungsvorrichtung 2 zugeführt werden. Die Verwendung des biegsamen Schlauchs 31 ermöglicht es, die Batteriezellen B an dem Zellvereinzeler 20 ortsfest zu vereinzeln, obwohl die Batteriezellen B an der Bestückungsvorrichtung 2 je nach aktueller Position des Roboterarms 5 ortsflexibel benötigt werden.
Eine derartige Montageanordnung 1 benötigt einen viel kleineren Bauraum als bekannte Montageanordnungen, die mehr Raum für das geordnete Bereitstellen der zu montierenden Batteriezellen in einem Zellenlager für polausgerichtete Batteriezellen erfordern.
In Fig. 3 ist die Bestückungsvorrichtung 2 der Montageanordnung 1 aus Fig. 2 dargestellt. Der in Fig. 3 dargestellte Ausschnitt der Fig. 2 ist dort mit „Detail A“ bezeichnet.
Die Bestückungsvorrichtung 2 weist eine Roboterschnittstelle 6 zur Aufnahme der Bestückungsvorrichtung 2 an dem Roboterarm 5 des Industrieroboters 4 auf. Ferner weist die Bestückungsvorrichtung 2 eine Zellenschnittstelle 40 zur Übernahme von Batteriezellen aus dem Schlauch 31 des Fördermittels 30. Die Zellenschnittstelle 40 ist im Ausführungsbeispiel so ausgebildet, dass die aus dem Schlauch 31 entnommenen Batteriezellen B bezüglich ihrer jeweiligen Längsachse nebeneinander aufgestellt werden können, sodass sie anschließend einzelnen in ein Testmittel 50 überführt werden können. Alternativ kann die Zellenschnittstelle 40 auch so ausgebildet sein, dass die Batteriezellen B direkt aus dem Schlauch 31 in das Testmittel 50 überführt werden.
Ferner weist die Bestückungsvorrichtung 2 ein Testmittel 50 zum Überprüfen verschiedener elektrischer und/oder elektronischer und/oder strukturmechanischer Qualitätsparameter der auszutragenden Batteriezellen.
Dies ermöglicht die Bereitstellung ungetesteter Batteriezellen B, weil im Testmittel 50 ermittelt werden kann, welche der vereinzelt bereitgestellten Batteriezellen B die benötigte Güte erreichen und daher im Batteriepack 100 verbaut werden können.
Das Testmittel 50 ist dazu eingerichtet mehr als eine Batteriezelle B gleichzeitig zu testen. Damit ist sichergestellt, dass ausreichend Zeit für den Test jeder einzelnen Batteriezelle B vorhanden ist.
Im Ausführungsbeispiel weist das Testmittel 50 dazu eine Revolveraufnahme 51 mit mehreren in Umfangsrichtung voneinander gleichmäßig beabstandeten Zellaufnahmen 52 für die zu testenden Batteriezellen B auf. Mit der Revolveraufnahme 51 lässt sich ein kontinuierlich befüllbares und entleerbares Zwischenlager für Batteriezellen B realisieren, in welchem die Batteriezellen B für mehr als eine Taktzeit mittels eines Testkopfes 53 getestet werden können. Die Revolveraufnahme 51 ist im Ausführungsbeispiel so ausgebildet und in der Bestückungsvorrichtung 2 angeordnet, dass beispielsweise vier Batteriezellen B gleichzeitig getestet werden können. Ferner weist die Bestückungsvorrichtung 2 eine Abwurfeinrichtung 80 für durch das Testmittel aussortierte, also nicht-in-Ordnung (n.i.O.) getestete, Batteriezellen B auf. Damit können Batteriezellen B mit einem nicht zufriedenstellenden Testergebnis aussortiert werden.
Die Abwurfeinrichtung 80 ist dazu eingerichtet, die abgeworfenen Batteriezellen einem Ausschusslager 90 der Montageanordnung 80 zuzuleiten, insbesondere durch ein geeignetes Verfahren des Roboterarms 5. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die aussortierten Batteriezellen B einerweiteren Verwendung zugeführt werden können, beispielsweise in einem Batteriepack mit geringeren Anforderungen an die Güte der verwendeten Batteriezellen B.
Im Ausführungsbeispiel ist die Abwurfeinrichtung 80 dazu eingerichtet, die abgeworfenen Batteriezellen B einer bestimmten von mehreren Ablagen 91 , 92, 93 im Ausschusslager 90 zuzuleiten. Im Ausführungsbeispiel weist folglich das Ausschusslager 90 der Montageanordnung 1 drei separate Ablagen 91 , 92 und 93 auf; die Abwurfeinrichtung 80 weist dazu drei separate Abwurfmittel 81, 82 und 83 auf. Dies ermöglicht es, in den separaten eine gewisse Anzahl aussortierter Batteriezellen B zu speichern, bevor der Roboterarm 5 zu dem Ausschusslager 90 verfahren muss.
Natürlich kann in einem anderen, ansonsten unveränderten Ausführungsbeispiel auch lediglich ein Abwurfmittel vorgesehen sein. Allerdings muss dann der Roboter jedes Mal zum Ausschusslager 90 verfahren, wenn eine aussortierte Batteriezelle B abzuwerfen ist.
Auf diese Weise kann das Testergebnis der Batteriezellen B differenziert berücksichtigt werden: so können beispielsweise Batteriezellen B, die in anderen Batteriepacks mit geringeren Qualitätsanforderungen noch Verwendung finden können, von solchen Batteriezellen B getrennt werden, die aufgrund des Testergebnisses kompletter Ausschuss sind. Damit kann auch sichergestellt werden, dass nur Batteriezellen ausgerichtet werden, bei denen dies hinsichtlich der vorgesehenen Bestückung notwendig ist.
Ferner weist die Bestückungsvorrichtung 2 einen Zellausrichter 60 zur Pollagen- Ausrichtung der in-Ordnung (i.O.) getesteten Batteriezellen B auf. Das Ausrichten erfolgt vor einem Austragen der Batteriezelle B, hin zu einer vorgesehenen Pollage P1 oder P2.
Der Zellausrichter 60 weist eine Pollagenerkennung 61 auf, die in Zusammenwirken mit einer nicht dargestellten Steuereinheit der Montageanordnung 1 dazu eingerichtet ist, die aktuelle Pollage P2 der Batteriezelle B bei Ankunft der Batteriezelle B an einer Austrageposition 71 , zu erkennen und mit einer an der vorgesehenen Bestückungsstelle 101 des Batteriepacks 100 benötigten Pollage P1 der Batteriezelle B zu vergleichen, und nötigenfalls mittels eines Ausrichtmittels 62 eine Ausrichtung, insbesondere Drehung, der Batteriezelle hin zu der benötigten Pollage P1 durchzuführen.
Eine benötigte Pollage P1 oder P2 einer Batteriezelle B an einer vorgesehenen Bestückungsstelle 101 ist für alle Bestückungsstellen in der nicht dargestellten Steuereinheit der Montageanordnung 1 in einem eingelesenen Bestückungsplan hinterlegt, den die Steuereinheit ohnehin zum Bestücken des Batteriepacks 100 benötigt.
Im Ausführungsbeispiel ist der Zellausrichter 60 dazu eingerichtet, mittels des Ausrichtmittels 62 die Batteriezelle B positionstreu um eine Achse 63 in der Mitte einer Längserstreckung der Batteriezelle zu drehen, wobei die Achse 63 die senkrecht zu einer Längsachse L der Batteriezelle verläuft und die Längsachse schneidet. Dies ermöglicht eine Ausrichtung der Pollage der Batteriezelle auf engstem Raum.
Wie insbesondere in der Schnittdarstellung C - C in Fig. 3 gut erkennbar, weist die Bestückungsvorrichtung 2 ferner einen Bestückungseffektor 70 auf, zum Austragen der an der Austrageposition 71 in der benötigten Pollage angeordneten Batteriezelle B in das Batteriepack 100 an der Bestückungsstelle 101. Der Bestückungseffektor 70 weist dazu eine Ausschiebeanordnung 72 auf, die zu jedem Takt eine ausgerichtete Batteriezelle B austrägt.
Bei Verwendung dieser beispielhaften Bestückungsvorrichtung 2 in einer beispielhaften Montageanordnung 1 können die Batteriezellen B völlig unsortiert bereitgestellt werden, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist. Das bedeutet eine enorme Einsparung an Bereitstellungsflächen für die zu verbauenden Batteriezellen B. Zudem kann mit der Ausrichtung der Batteriezellen in einer Pollage P1 oder P2 an der Bestückungsvorrichtung 2, sprich am Roboterarm 5, die Bestückung mit einer geringeren Taktzeit erfolgen, weil die Verfahrwege zwischen den einzelnen Bestückungsstellen 101 und 102 minimiert werden.
In Fig. 4 ist ein beispielhaftes Verfahren zum Bestücken eines Batteriepacks 100 mit Batteriezellen B mittels der Montageanordnung 2, die zu den Figuren 2 und 3 beschrieben ist, dargestellt.
Das beispielhafte Verfahren weist folgende Schritte S auf, die insbesondere in der in Fig. 4 dargestellten Abfolge durchgeführt werden:
S10: Unausgerichtetes und ungeordnetes Bereitstellen der zu montierenden Batteriezellen B in dem Zellenlager 10.
S20: Entnehmen und damit Vereinzeln von einzelnen und (hinsichtlich ihrer Pollage P) unausgerichteten Batteriezellen B aus dem Zellenlager 10 mittels des Zellvereinzelers 20.
S30: Fördern der entnommenen, vereinzelten und unausgerichteten Batteriezellen B von dem Zellvereinzeler 20 hin zu der Bestückungsvorrichtung 2 mittels des Fördermittels 30. S40: Einlegen der zu der Bestückungsvorrichtung 2 geförderten Batteriezellen B in das Testmittel 50, insbesondere an der oder nach dem Passieren der Zellenschnittstelle 40.
S50: Testen der Batteriezellen B: Überprüfen eines oder mehrerer, elektrischer und/oder elektronischer und/oder strukturmechanischer, Qualitätsparameter der zur Bestückung vorgesehenen Batteriezellen B mittels des Testmittels 50.
Wird einer getesteten Batteriezelle B als Testergebnis „bestanden“ (also „i.O.“) zugeordnet, wird das Batteriepack 100 anschließend mit dieser Batteriezelle B bestückt. Wenn der Test „i.O.“ ergibt, folgen dem Schritt S50 also die Schritte S54 bis S70:
S54: Einlegen der getesteten und für „i.O.“ befundenen Batteriezelle B in den Zellausrichter 60.
S60: Überprüfen der Pollage P der Batteriezelle B und Vergleichen mit einer in der Steuereinheit hinterlegten, gewünschten Pollage P in dem Zellausrichter 60.
S61 : Falls die Überprüfung der Pollage P der Batteriezelle B ergibt, dass diese nicht die gewünschte Pollage P1 bzw. P2 aufweist, Ausrichten der Batteriezelle B in die gewünschte bzw. vorgesehene Pollage P2 bzw. P1 mittels des Zellausrichters 60.
S70: Austragen der nötigenfalls ausgerichteten Batteriezelle B in das Batteriepack 100 an die vorgesehene Bestückungsstelle 101 mittels der Ausschiebeanordnung 72.
Wrd einer getesteten Batteriezelle B als Testergebnis „nicht bestanden“ (also „n.i.O.“) zugeordnet, und die Batteriezelle B anschließend einem Ausschusslager 90 zugeleitet. Wenn der Test in Schritt S50 als Ergebnis „n.i.O.“ hat, folgen dem Schritt S50 also die Schritte S51 und S81 bzw. S52 und S82 bzw. S53 und S83: lm beispielhaften Verfahren beinhaltet das Ergebnis des Qualitätstest aus Schritt S50 eine Aussage über ein Niveau des Nicht-Bestehens des Tests.
Ein Testergebnis „n.i.O. Niveau 1“ wird für Batteriezellen B vergeben, die zwar nicht ganz den Anforderungen des zu bestückenden Batteriepacks 100 gerecht wird, aber in anderen Batteriepacks mit geringeren Qualitätsanforderungen durchaus verbaut werden können. Batteriezellen B mit dem Testergebnis „n.i.O. Niveau 1“ durchlaufen folgende Verfahrensschritte:
S51 : Einlegen in das erste Abwurfmittel 81 für Niveau-1 -Ausschuss aus der Revolveraufnahme 51.
S81 : Abwerfen der Batteriezelle B in die erste Ablage 91 für Niveau-1 -Ausschuss im Ausschusslager 90.
Ein Testergebnis „n.i.O. Niveau 2“ wird für Batteriezellen B vergeben, die zwar nicht in Batteriepacks, aber in Alltags-Anwendungen mit geringen Qualitätsanforderungen verbaut werden können. Batteriezellen B mit dem Testergebnis „n.i.O. Niveau 2“ durchlaufen folgende Verfahrensschritte:
S52: Einlegen in das zweite Abwurfmittel 82 für Niveau-2 -Ausschuss aus der Revolveraufnahme 52.
S82: Abwerfen der Batteriezelle B in die zweite Ablage 92 für Niveau-2 -Ausschuss im Ausschusslager 90.
Ein Testergebnis „n.i.O. Niveau 3“ wird für Batteriezellen B vergeben, die nicht weiter verwendet werden können. Batteriezellen B mit dem Testergebnis „n.i.O. Niveau 3“ durchlaufen folgende Verfahrensschritte:
S53: Einlegen in das dritte Abwurfmittel 83 für Niveau-3-Ausschuss aus der Revolveraufnahme 53. S83: Abwerfen der Batteriezelle B in die dritte Ablage 93 für Niveau-3-Ausschuss im Ausschusslager 90.
Auf diese Weise können beim Testen unterschiedliche Qualitätsstufen der Batte riezellen B unterschieden werden und entsprechend der ermittelten Qualitätsstufe „i.O.“ im Batteriepack verbaut, oder entsprechend der ermittelten Qualitätsstufe „n.i.O. Niveau 1“, „n.i.O. Niveau 2“ und , „n.i.O. Niveau 3“ oder in die unterschiedlichen Ablagen 91, 92, und 93 des Ausschusslagers 90 abgeworfen werden.
Mit dem beispielhaften Verfahren kann eine enorme Einsparung an Bereitstellungsflächen für die zu verbauenden Batteriezellen B erreicht werden. Insbesondere wird bei der Montage von Batteriepacks 100 aus einer Vielzahl von Batteriezellen B die Bereitstellung der Batteriezellen B viel einfacher und damit auch günstiger. Zudem ermöglicht das beispielhafte Verfahren eine kürzere Taktzeit bei der Bestückung des Batteriepacks 100 mit Batteriezellen B.
BEZUGSZEICHENLISTE
B Batteriezelle
P1 erste Pollage
P2 zweite Pollage
1 Montageanordnung
2 Bestückungsvorrichtung
3 Montageplatz
4 Industrieroboter
5 Roboterarm
6 Roboterschnittstelle
10 Zellenlager
20 Zellvereinzeler
21 Stufenförderer
22 unterste Stufe
23 oberste Stufe
30 Fördermittel
31 Schlauch
32 Übergabeposition
33 Befüllungseinrichtung
34 Einschiebeanordnung
40 Zellenschnittstelle
50 Testmittel
51 Revolveraufnahme
52 Zellaufnahme
53 T estkopf
60 Zellausrichter
61 Pollagenerkennung
62 Ausrichtmittel
63 Ausrichtachse des Zellausrichters
70 Bestückungseffektor
71 Austrageposition 72 Ausschiebeanordnung
73 Führungshülse
74 axiale Richtung der Positionierkraft
80 Abwurfeinrichtung
81 erstes Abwurfmittel
82 zweites Abwurfmittel
83 drittes Abwurfmittel
90 Ausschusslager
91 erste Ablage
92 zweite Ablage
93 dritte Ablage
100 Batteriepack
101 Bestückungsstelle, Zielposition
102 Bestückungsstelle, Zielposition S10 Bereitstellen der Batteriezellen S20 Vereinzeln der Batteriezellen S30 Fördern der Batteriezellen
S40 Einlegen der Batteriezellen ins Testmittel
550 Testen der Batteriezellen
551 Einlegen von Niveau-1 -Ausschuss in das Abwurfmittel
552 Einlegen von Niveau-2-Ausschuss in das Abwurfmittel
553 Einlegen von Niveau-3-Ausschuss in das Abwurfmittel
554 Einlegen von Batteriezellen in den Zellausrichter
560 Überprüfen der Pollage der Batteriezelle
561 nötigenfalls Ausrichten der Batteriezelle
S70 Austragen der ausgerichteten Batteriezelle in das Batteriepack
581 Abwerfen von Niveau-1 -Ausschuss
582 Abwerfen von Niveau-2-Ausschuss
583 Abwerfen von Niveau-3-Ausschuss

Claims

ANSPRÜCHE
1. Bestückungsvorrichtung, insbesondere zum Bestücken eines Batteriepacks, dazu eingerichtet:
- ein bereitgestelltes Bestückungsgut (B), insbesondere Batteriezellen, aufzunehmen;
- auf das Bestückungsgut (B) eine axiale Positionierkraft aufzubringen, um das Bestückungsgut in eine Zielposition (101), insbesondere in einen Batteriezellen- Aufnehmer, zu befördern;
- auf das Bestückungsgut (B) eine radiale Führungskraft aufzubringen, um das Bestückungsgut (B) in die Zielposition (101) zu befördern;
- die Führungskraft unabhängig von der Positionierkraft aufzubringen.
2. Die Bestückungsvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, dazu eingerichtet, die Führungskraft vor der Positionierkraft zu verringern, insbesondere vollständig abzubauen.
3. Die Bestückungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dazu eingerichtet, ein oder mehrere Qualitätsparameter des Bestückungsgutes (B) zu überprüfen und in Abhängigkeit der Überprüfung die Positionierkraft und/oder die Führungskraft aufzubringen oder das Bestückungsgut (B) aus der Bestückungsvorrichtung auszuschleusen.
4. Die Bestückungsvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, dazu eingerichtet gleichzeitig eine Mehrzahl von Bestückungsgütern (B) zu überprüfen.
5. Die Bestückungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dazu eingerichtet, das Bestückungsgut (B) in einer vorgegebenen Orientierung in die Zielposition (101) zu befördern.
6. Die Bestückungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine mechanisch flexible Verbindung zum Aufnehmen des bereitgestellten Bestückungsgutes.
7. Die Bestückungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Positionierkraft ungleichförmig aufgebracht wird, um das Bestückungsgut in die Zielposition zu befördern.
8. Die Bestückungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dazu eingerichtet, die Führungskraft durch eine Führungshülse und/oder einer Führungsschiene aufzubringen, entlang der das Bestückungsgut durch die Positionierkraft befördert wird und wobei die Führungshülse und/oder die Führungsschiene relativ zur Zielposition seitlich bis auf eine Position verfahren wird, deren Abstand zur Zielposition geringer als eine Länge des Bestückungsgutes ist.
9. Bestückungsvorrichtung (2) zum Bestücken eines Batteriepacks (100) mit Batteriezellen (B), aufweisend:
- eine Schnittstelle (6) zur Aufnahme der Bestückungsvorrichtung durch eine Positioniereinheit, insbesondere einem Industrieroboter (4),
- eine Zellenschnittstelle (40) zur Übernahme von Batteriezellen von einem Fördermittel (30), und/oder
- einen Zellausrichter (60) zur Ausrichtung der Batteriezellen in einer bestimmten Pollage (P1, P2), und/oder
- einen Bestückungseffektor (70) zum Austragen der Batteriezellen in das Batteriepack, zum Aufbringen einer axialen Positionierkraft auf die ausgerichtete Batteriezelle;
- eine Batteriezellenführung, zum Aufbringen einer radialen Führungskraft auf die ausgerichtete Batteriezelle; wobei der Bestückungseffektor und die Batteriezellenführung dazu eingerichtet sind, die axiale Positionierkraft und die radiale Führungskraft unabhängig voneinander aufzubringen.
10. Die Bestückungsvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Zellausrichter und die Batteriezellenführung ein integriertes Mittel bilden.
11. Bestückungsvorrichtung gemäß Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch ein Testmittel (50) zum Überprüfen eines oder mehrerer Qualitätsparameter der auszutragenden Batteriezellen.
12. Bestückungsvorrichtung gemäß dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Testmittel dazu eingerichtet ist, gleichzeitig und/oder zeitlich überlappend mehr als eine Batteriezelle zu testen.
13. Bestückungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 9 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellausrichter
- an einer Austrageposition (71) der Bestückungsvorrichtung angeordnet ist, und/oder
- eine Pollagenerkennung (61) aufweist, die dazu eingerichtet ist, eine Pollage der Batteriezelle zu erkennen und/oder mit einer an der vorgesehenen Bestückungsstelle (101 , 102) des Batteriepacks benötigten Pollage zu vergleichen und nötigenfalls eine Ausrichtung, insbesondere Drehung, der Batteriezelle hin zu der benötigten Pollage durchzuführen, und/oder
- dazu eingerichtet ist, eine Batteriezelle um eine Achse (63) zu drehen, die senkrecht zu einer Längsachse der Batteriezelle verläuft.
14. Montageanordnung (1) zur Bestückung eines Batteriepacks (100) mit Batteriezellen (B), aufweisend:
- ein Zellenlager (10) zur ungeordneten Bereitstellung der zu montierenden Batteriezellen,
- einen Zellvereinzeler (20) zur einzelnen Entnahme der Batteriezellen aus dem Zellenlager,
- eine Bestückungsvorrichtung (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
- einen Industrieroboter (4) mit einem Roboterarm (5) zum Anordnen und/oder Verfahren der Bestückungsvorrichtung,
- ein Fördermittel (30) zur Förderung der vereinzelten Batteriezellen von dem Zellvereinzeler hin zu der Bestückungsvorrichtung,
- einen Zellausrichter (60) zur Ausrichtung der Batteriezellen.
15. Verfahren zum Bestücken eines Batteriepacks (100) mit Batteriezellen (B), aufweisend folgende Schritte:
- Bereitstellen der zu montierenden Batteriezellen in einem Zellenlager (10),
- Vereinzeln von Batteriezellen aus dem Zellenlager,
- Fördern der vereinzelten Batteriezellen hin zu einer Bestückungseinrichtung (2),
- nötigenfalls Ausrichten der Batteriezellen in einer bestimmten Pollage (P1 , P2),
- Austragen der ausgerichteten Batteriezellen in ein Batteriepack, wobei das Austragen durch eine axiale Kraft auf die Batteriezellen erfolgt und durch eine radiale Kraft, die voneinander unabhängig sind.
16. Das Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, umfassend den Verfahrensschritt:
- Überprüfen eines oder mehrerer Qualitätsparameter der zur Bestückung vorgesehenen Batteriezellen, wobei in Abhängigkeit der Überprüfung, die jeweilige Batteriezelle einem Ausschusslager zugeleitet wird.
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