Kurzfassung
Bei der Fertigung von Lithium-Ionen-Zellen müssen aus beschichteten Materialbahnen einzelne Elektrodenblätter ausgestanzt und anschließend mit hoher Präzision deckungsgleich übereinandergestapelt werden. Um Batteriezellen mit hoher Qualität zu erzielen, muss die Beschichtungskante der Materialbahn unmittelbar vor dem Stanzvorgang detektiert und zum Stanzwerkzeug ausgerichtet werden. Dieser Beitrag beschreibt den Konzeptions- und Entwicklungsprozess eines hierfür geeigneten Sensorsystems. Zu Beginn finden hierzu eine Analyse und eine Bewertung der physikalischen Effekte statt, die sich zur Detektion der Beschichtungskante nutzen lassen. Im Anschluss werden die Entwicklung und die Realisierung des Sensorsystems auf der Basis eines Zeilenkameramoduls beschrieben. Dies umfasst sowohl den Hardwareaufbau als auch die Funktionsweise des Auswertealgorithmus, der auf einer Mikrocontrollerplattform umgesetzt wurde. Den Abschluss des Beitrags bildet die Validierung des Sensorsystems als Messglied innerhalb einer Regelschleife am Beispiel eines am KIT befindlichen Demonstrators zur Zellfertigung.
Abstract
In the manufacturing of lithium-ion cells single electrode sheets have to be embossed and then stacked congruently with high precision. In order to produce battery cells with high quality, the coating edge of the material web must be detected and aligned shortly before the material web enters the embossing tool. This article describes the design and the development process of a suitable sensor system for this challenge. Initially an analysis and evaluation of the physical effects that can be used for the detection of the coating edge will take place. Thereafter the article describes the development and the realization of the sensor system based on a line camera module. This includes both, the hardware configuration and the functional principle of the evaluation algorithm which was implemented on a microcontroller platform. At the end of the article the validation of the sensor system as a measuring element within a control loop is depicted using a machine for the production of lithiumion cell stacks at KIT.
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