用于测量能源电池工业的分段的对准和/或取向的测量设备以及用于生产分段的方法与流程

本发明涉及一种用于测量能量电池生产工业的分段在分段堆叠上的对准和/或取向的测量设备以及一种用于生产能量电池生产工业的分段的方法。

背景技术：

1、例如从de 10 2017 216 138 a1和de 10 2017 216 213 a1已知用于生产用于电池组电池制造的电池堆叠的设备。

2、在电池组电池制造中，将单个的复合分段——例如包括层分隔器、阴极、分隔器、阳极的单电池——堆叠成分段堆叠，其也称为复合电池或联合电池。在此非常重要的是，这些分段恰好在定义的容差范围内彼此上下堆叠在一起。

技术实现思路

1、本发明的任务在于，提供一种测量设备和一种方法，利用该测量设备和该方法可以在连续生产过程中识别或测量单个分段到分段堆叠的存放精度，尤其是位置和旋转角度偏差。

2、本发明利用独立权利要求的特征解决了该任务。

3、根据本发明，测量设备具有至少一个光学距离测量装置，所述光学距离测量装置布置成与分段堆叠的侧面成测量关系，并且被设置用于在沿着堆叠轴的至少一个位置处测量所述分段堆叠距离。堆叠轴在此是垂直于堆叠中分段的平坦伸展的轴。堆叠中的分段通常被构造为平坦的，平坦伸展于是由分段表面的平面限定。通常，堆叠轴平行于存放方向取向，即分段存放在分段堆叠上的方向。堆叠轴常常垂直取向。到分段堆叠的距离测量允许确定分段堆叠在垂直于堆叠轴的至少一个方向上以及在沿堆叠轴的至少一个位置处的偏差。由于在分段堆叠的侧面处的测量，因此根据本发明的测量设备适用于透明的以及不透明的分段或分段组件，例如分隔膜。根据本发明的测量设备适合于实时测量每个存放在分段堆叠上的分段相对于已经存放在分段堆叠上的分段的偏差，并且因此实时确定存放精度。

4、通过根据本发明的测量设备可以在对分段进行堆叠期间就识别出分段相对于分段堆叠的定位和/或对准是否在允许的容差范围内。在无法容忍的偏差的情况下，可以自动启动适当的措施。例如，可以整理出有故障的分段堆叠。在另一个实施方式中，可以操控用于对错误定位的分段进行位置校正的装置，以便将其带到期望的位置。通过借助于本发明实现的分段彼此相叠的精确定位，提高了由此构建的能量电池的容量和使用寿命。

5、优选地，测量设备具有多个光学距离测量装置，这些光学距离测量装置被布置为与分段堆叠的不同侧面成测量关系。以这种方式，可以有利地在垂直于堆叠轴的两个方向上确定分段堆叠的偏差。

6、优选地，测量设备具有多个光学距离测量装置，这些光学距离测量装置被布置为在不同的测量位置处与分段堆叠的同一侧面成测量关系。这允许通过适当的几何评估来确定所测量的分段绕堆叠轴的旋转角度。到分段堆叠的距离可以有利地根据分配给分段堆叠的同一侧面的距离测量装置的平均值来求取。可替换地，可以使用由一个距离测量装置所测量的距离。

7、优选地，分配给分段堆叠的同一侧面的距离测量装置的光轴布置为彼此平行并且彼此间具有正间距。在这种情况下，要测量的旋转角度仅取决于所测量距离的差值，这显著简化了评估。在该实施方式中，可以借助于对相对于两个光轴彼此之间的已知距离的两个所测量的距离之差进行三角评估、例如求反正切来以简单的方式确定旋转角度。为了改进测量精度，距离测量设备被布置为使得测量位置彼此之间的间距至少是分段堆叠的对应边长的一半大。

8、根据上文所述，测量设备具有至少三个光学距离测量装置，以便能够确定每个分段相对于已经存放在堆叠上的分段在垂直于堆叠轴的两个方向上的位置偏差和围绕堆叠轴的旋转角度。利用各个距离测量装置有利地测量分段到相应的距离测量装置的绝对间距或距离。然后可以借助于这些测量值计算所期望的值。方位精度因此在三个位置处被确定，以便能够高质量地确保对经堆叠的分段进行无差错的进一步处理。存放堆叠的位置精度在此对于将分段堆栈进一步处理成电池组电池及其使用寿命至关重要。

9、有利地，测量设备具有评估单元，该评估单元被设置用于求取分段堆叠的至少一个分段在垂直于堆叠轴的两个方向上的位置以及围绕堆叠轴的旋转角度。评估单元尤其可以是数字数据处理装置。评估单元可以是测量设备的单独单元和/或机器控制装置的一部分。

10、在一个有利的实施方式中，所述或全部光学距离测量装置借助于三角测量来工作，即它们是三角测量传感器，尤其是激光三角测量传感器。在此，激光被投射到分段堆叠的相应侧面或边缘上，并由检测器或成像传感器以不同角度检测，所述检测器优选地具有线或矩阵形式的光敏像素布置。由此可以按照三角测量原理以几何方式测量距离，因为激光在检测器上的位置取决于到分段堆叠的距离。

11、在一个优选的实施方式中，激光线被投射到分段堆叠的相应侧面或边缘上，其中所述激光线优选地平行于堆叠轴取向。因此它优选地是二维测量装置。这所具有的优点是，可以同时测量分段堆栈的多个或全部经堆叠的分段。

12、可能的是，使用更便宜的一维测量系统来代替二维测量系统。在该实施方式中，有利地将激光点投射到分段堆叠的相应侧面或边缘上。

13、有利地，用于分段堆叠的存放装置可以以受控方式相对于测量设备沿着堆叠轴移动。由此，要么分段堆叠要么测量设备沿着堆叠轴移动，以便可以检测全部经堆叠的分段。这尤其是在被投射到分段堆叠上的激光点的情况下是有利的。存放装置可以例如是存放台或顶部打开的存放容器。

14、因此，所述或全部光学距离测量装置优选为激光扫描装置，它们被设置用于将激光点或激光线投射到分段堆叠的相应侧面上。

15、在另一有利的实施方式中，所述或全部光学距离测量装置借助于传播时间测量来工作。它们在此有利地是激光雷达传感器。

16、根据本发明的一个方面，提供了一种用于生产能量电池的机器，所述机器包括用于在存放装置上将分段堆叠成分段堆叠的堆叠部分，其中该堆叠部分具有先前描述的测量设备。

17、评估单元有利地被设置用于随时间记录测量值。优选地，评估单元被设置用于将时间测量值与存放装置沿着堆叠轴的位置相关联，由此获得时间和/或位置相关的数据字段。评估单元优选地被设置用于评估数据字段并且借助于该评估来求取各个分段位置。

18、用于生产能量电池的机器优选地具有用于提供类型a的电极材料的提供装置a和/或用于提供类型b的电极材料的提供装置b和/或用于提供类型c的分隔器材料的提供装置c、用于输送以轨形方式提供的类型a的电极材料的输送装置f1a、用于将以轨形方式提供的类型a的电极材料切割成类型as的分段(31)的切割装置、用于输送类型as的分段(31)的输送装置f2a、以及用于在存放装置(41)上将分段(31)堆叠成分段堆叠(30)的堆叠部分(40)。

19、输送装置f1a优选地具有用于收回以轨形方式提供的类型a的电极材料的回收单元和多个偏转元件(uml enkorgane)，所述多个偏转元件彼此在形成暴露地或无攻击地构造的引导部分的情况下间隔地布置，优选地呈以下形式：旋转体装置f1ar由彼此间隔地布置在下游的旋转体组成，尤其是以由彼此间隔地布置在下游的滚筒组成的滚筒装置f1 at的形式。

20、输送装置f2a优选地具有旋转体装置f2ar，优选地呈多个彼此相邻布置的旋转体的形式，所述旋转体分别或至少部分地承受能够以受控方式打开和关闭的保持力、尤其是真空。

21、用于生产能量电池的机器优选地具有：输送装置f1b，用于输送以轨形方式提供的类型b的电极材料；切割装置，用于将以轨形方式提供的类型b的电极材料切割成类型bs的分段(31)；以及输送装置f2b，用于输送类型bs的分段(31)。

22、传送装置f1 b优选地具有用于收回以轨形方式提供的类型b的电极材料的回收单元和多个偏转元件，所述多个偏转元件彼此在形成暴露地或无攻击地构造的引导部分的情况下间隔地布置，优选地呈以下形式：旋转体装置f1br由彼此间隔地布置在下游的旋转体组成，尤其是以由彼此间隔地布置在下游的滚筒组成的滚筒装置f1bt的形式。

23、输送装置f2b优选地具有旋转体装置f2br，该旋转体装置f2br优选地呈多个彼此相邻布置的旋转体的形式，所述旋转体分别或至少部分地承受能够以受控方式打开和关闭的保持力、尤其是真空。

24、用于生产能量电池的机器优选地具有：用于将分段(31)堆叠成堆叠分段(30)的堆叠部分(40)。在堆叠部分(40)中优选地设有用于容纳分段(31)的存放装置(41)。存放装置(41)优选地布置为可垂直和/或水平移动。输送装置(39)优选地被分配给堆叠部分(40)，优选地在存放设备(41)上方。输送装置(39)优选地构造为可被旋转驱动的旋转体，尤其是以输送滚筒的形式。

25、输送装置(39)优选地被构造为可旋转驱动的旋转体，其中旋转被设为在旋转体的循环期间、尤其是逐部分循环地(uml aufab s chnittweise)可加速、可减速和/或均匀地可控。

26、可旋转驱动的旋转体优选地具有一组径向凸起和/或一组径向凹陷，它们优选地在圆周方向上分布并且彼此间隔开地布置，尤其是以交替的顺序，例如凸起、凹陷、凸起、凹陷、凸起。可旋转驱动的旋转体具有一组轴向凸起和/或一组轴向凹陷，它们优选地在旋转体的纵向延伸方向上分布并且彼此间隔地布置，尤其是在旋转体的外壳面上。

27、优选地，输送装置(39)如在de 102021207342a1中例如在段落[0031]和[0035](在那里移除设备11)中那样构造和/或在de 102022105399.7中的第29页第13行至第50页第9行、de 102022105396.2中的第21页第8行至第36页第4行和/或de 102022105397.0中的第28页第19行至第53页第14行(在那里每个移除设备111具有所属的存放元件112)描述，它们的公开内容就此包含在本技术中。

28、测量设备(10)、尤其是测量设备(10)的评估单元(20)优选地经由数据线——有线或无线地——与控制装置连接。控制装置优选地经由数据线——有线或无线地——与输送装置(39)连接并且被构造和设置成将控制信号传送到输送装置(39)。优选地，基于所评估的测量信号以及它们与额定预设的比较来求取控制信号。

29、控制装置控制输送装置(39)，所述输送装置优选地被构造为可旋转驱动的旋转体。根据所评估的测量信号及其与可预先给定的额定预设(例如绝对预设、极限值、平均值和/或容差范围)的比较，控制装置在旋转体的循环期间、尤其是逐部分循环地以加速、减速和/或均匀循环移动的方式控制旋转体的旋转。

30、在一个优选实施方式中，用于生产能量电池的机器被构造和设置为按照z形折叠方法来生产能量电池并且在堆叠部分(40)中在用于容纳分段(31)的存放设备(41)上形成堆叠，其中各个电极层彼此通过以蜿蜒形状围绕每个电极层引导的分隔轨彼此分开地定位，并且其中在两个彼此相对的侧面处分隔轨的多个折叠部分被构造为在垂直方向上相叠。

31、为此，在该实施方式中，用于生产能量电池的机器有利地具有分隔轨引导装置，该分隔轨引导装置被构造成将待围绕每个电极层引导的分隔轨从用于提供类型c的分隔材料的提供装置c移走并且将其带入直至存放部分(41)中。

32、在机器的该实施方式中，提供了测量设备(10)，该测量设备定位成与具有多个折叠部分的堆叠的一侧对齐和/或定位成与堆叠的一侧对齐，所述侧邻接具有多个折叠部分的堆叠的一侧。

33、这里描述的测量设备可以有利地用于测试z形折叠的堆叠，尤其是用于测试具有z形折叠的分隔轨的折叠部分的堆叠侧面。

34、本发明同样提供了一种用于生产能量电池的方法，其中分段被堆叠成分段堆叠。借助于至少一个光学距离测量装置，所述光学距离测量装置布置成与分段堆叠的侧面成测量关系，在沿着堆叠轴的至少一个位置处测量到分段堆叠的距离。