Typunterscheidung und Verpolungssicherung an der Batteriezelle: Zellformat, Polarität und Ableitermaterial am Erscheinungsbild erkennen

In einer Zell- oder Modullinie ist selten die Frage, ob überhaupt eine Zelle im Halter steckt. Schwieriger ist die Frage, welche es ist. Laufen zwei Formate über dieselbe Anlage, unterscheiden sich die Varianten oft nur im Durchmesser oder um einige Millimeter in Länge und Breite. Eine Rundzelle kann vollständig und unbeschädigt sein und trotzdem mit dem falschen Pol nach oben liegen. Am Ableiter einer Pouchzelle bestimmt das Material, ob Aluminium oder Kupfer an der Stelle sitzt, an der es sitzen soll. Dieser Leitfaden folgt der Zelle vom Format über die Polarität bis zu Ableiter und Elektrode und endet mit der Frage, welche Geräteklasse wie viele Varianten tragen kann. Die Beispiele stammen aus dokumentierten Anwendungen und Versuchen der Batteriefertigung.

Wichtige Punkte im Überblick

Die Typfrage lautet, welcher Typ vorliegt und ob er an diese Stelle passt, und sie kommt ohne Messwert aus: Eine fehlende Zelle ist eine Anwesenheitsfrage, eine falsche oder verpolte Zelle eine Verwechslung.
Unterscheiden sich zwei Zellformate um mehrere Millimeter in Durchmesser, Länge oder Breite, zeigt sich das an der Kontur, und der Sortiermodus des AI Vision-Sensors der Modellreihe IV4 ordnet jedes Teil einem von bis zu acht registrierten Typen zu.
Ob Plus- oder Minuspol einer Rundzelle oben liegt, ist keine Winkelmessung, sondern die Unterscheidung zweier Ansichten desselben Teils, Polkappe gegen Boden, und wird deshalb als Verpolungssicherung behandelt.
Oberhalb von acht Varianten bleiben Programmumschaltung durch die Steuerung, mehrere Sensoren oder die AI-Klassifizierung der All-in-One Kamera mit bis zu 32 Produkttypen je Werkzeug, und bei mehreren Dutzend Varianten werden diese vorher nach dem Merkmal gruppiert, das die Prüfung tatsächlich trägt.
Am Ableiter ist das Material der Typ: Aluminium und Kupfer unterscheiden sich bei gleicher Form in der Farbe, und für ein solches Merkmal an fester Stelle genügt ein Farbsensor wie der Vollspektrumsensor der Modellreihe LR-W, der ein Signal je Prüfpunkt ohne Bild liefert.

Welche Zelle ist das, und liegt sie richtig herum? Die Typfrage vor Anwesenheit, Lage und Maß

Die Typfrage lautet: Welcher Typ liegt vor, und passt er an diese Stelle? Sie kommt ohne Messwert aus und bewertet keinen Fehler. Eine dokumentierte Anwendung bringt das auf den Punkt: Gefragt ist kein Messwert, sondern eine reine Typunterscheidung.

Die Nachbarfragen haben eigene Artikel in dieser Reihe. Ob eine Zelle überhaupt im Halter steckt, klärt die Anwesenheitsprüfung. In welchem Winkel ein Ableiter oder ein Ventil steht, beantwortet die Lageprüfung. Wie lang eine Zelle innerhalb einer Toleranz ist, gehört zur Maßprüfung, und was ein Code auf der Zelle sagt, zum Codelesen und zur Kennzeichnung. Kratzer, Dellen und Beschichtungsfehler am richtigen Teil behandelt die Oberflächen- und Defektprüfung.

Für die Zuordnung an der Station genügt meist eine einfache Unterscheidung. Fehlt eine Zelle, ist das eine Frage der Anwesenheit; steckt eine falsche oder verpolte Zelle im Halter, liegt eine Verwechslung vor. Kennt die Station die Variante bereits aus dem Auftrag und prüft nur, ob die zugehörigen Teile da sind, bleibt es eine Vollständigkeitsprüfung. Muss sie die Variante erst aus dem Bild bestimmen, ist es eine Typprüfung.

Warum die Typfrage eine eigene Prüfaufgabe ist, zeigen die Anwendungen selbst. Eine verlangt ausdrücklich den konkreten Typ statt einer Gut/Schlecht-Bewertung, eine andere die richtige Lage der Pole, bevor die Stromschiene gesetzt wird.

Zwei Formate auf einer Linie: Durchmesser, Länge und Zelltyp ohne Messwert entscheiden

Eine dokumentierte Anwendung betrifft gewickelte Zellen, die auf Länge geschnitten werden. Es gibt mehrere Varianten, aber nur zwei Durchmesser und mehrere Längen. Die Station soll erkennen, welche Variante vor ihr liegt. Die Aufgabe verlangt außerdem, dass die Kamera die Länge prüft; sobald daraus ein Wert mit Toleranz wird, ist das eine Aufgabe der Maßprüfung.

In einem zweiten Fall ist der Wortlaut noch eindeutiger. Gefragt ist eine Typunterscheidung an einer Batteriezelle und ihrer Öffnung, ausdrücklich ohne Messwert. Ein drittes Beispiel stammt aus der Planung eines Zell- und Modulprogramms. Dort sollen Länge und Breite der Zellen zur Unterscheidung dienen, bei Unterschieden von mehreren Millimetern.

In zwei dieser Fälle liegt der Unterschied in Durchmesser, Länge oder Breite und damit in der Kontur. Unterschiede von mehreren Millimetern zeigen sich im Bild, lange bevor eine Messung mit Toleranz nötig wäre. Für wenige Typen an einer Station eignet sich der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4. Sein Sortiermodus registriert bis zu acht Bauteilvarianten und ordnet jedes aufgenommene Teil einem registrierten Typ zu. Ausgegeben wird damit der Typ selbst und nicht nur ein Gut oder Schlecht.

Liegen mehr als acht Varianten an, oder lässt sich der Unterschied nicht an einem einzelnen Merkmal festmachen, kommt die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS in Frage. Ihre AI-Klassifizierung unterscheidet bis zu 32 Produkttypen je Werkzeug, und neue Typen kommen durch Nachtrainieren hinzu. Das passt zu Linien, auf denen das Zellportfolio wächst, während die Station dieselbe bleibt.

Verpolungssicherung: Plus- und Minuspol an Dutzenden Zellen in einem Bild

Eine Rundzelle hat zwei Stirnseiten, und nur eine davon gehört nach oben. Ob Plus- oder Minuspol oben liegt, ist keine Winkelmessung. Die Station unterscheidet zwei Ansichten desselben Teils, Polkappe gegen Boden. Deshalb wird die Polarität hier als Verpolungssicherung behandelt, als eine Form der Verwechslungssicherung.

Die dokumentierten Anwendungen zeigen, wie viele Zellen dabei in einem Bild liegen. Ein Packhersteller will die Verpolung von Rundzellen in mehreren Dutzend Varianten prüfen, bei einem Bildfeld bis etwa 400 x 300 mm. Die Farbe der Umhüllung soll für die Prüfung ohne Bedeutung sein. Ein Test verlief mit dem Vision-Sensor wie mit der All-in-One Kamera positiv.

An einer Modullinie sollen Zellen in einem Tray richtig herum im Raster einsortiert sein. Die Frontflächen sind unterscheidbar, und darauf soll die Prüfung aufbauen. Dass jede Rasterstelle belegt ist, prüft dieselbe Station mit, fachlich gehört dieser Teil zur Anwesenheitsprüfung.

In einer Sortieranlage soll eine Batterie auf Lagerichtigkeit geprüft werden, bei rund zehn Varianten in mehreren Farben und zwei Durchmessern, mit mehreren Programmen und einer Auswertung im Abstand von Sekundenbruchteilen. Im Test lief die Prüfung. Im oben genannten Zell- und Modulprogramm soll vor dem Setzen der Stromschiene die richtige Lage von Plus- und Minuspol geprüft werden, ein Gut/Schlecht-Ergebnis reicht dort aus. Eine weitere Anwendung nennt die Polaritätskontrolle an zwei bis drei Zellen eines Blisters als Nebenpunkt einer Vollständigkeitsprüfung.

Für die Geräteauswahl zählt zuerst die Zellzahl im Bild. Viele Zellen in einem Feld dieser Größe sprechen für die All-in-One Kamera. Für kleinere Felder genügt oft der Vision-Sensor. Sein Werkzeug AI Identify beginnt mit einem einzigen registrierten Bild, und zusätzliches Anlernen unterscheidet Vorder- und Rückseite, hier also die beiden Stirnseiten.

Die Verpolungsprüfung selbst braucht keine Variantenerkennung. Die Variante kommt aus dem Auftrag, und die Steuerung wählt das passende Programm. Bei mehreren Dutzend Varianten wird die Programmzahl deshalb zur Planungsfrage, denn der Vision-Sensor schaltet über externe Eingänge bis zu 32 Programme um. Teilen sich mehrere Varianten dieselbe Stirnseite und denselben Durchmesser, lassen sie sich in einem Programm zusammenfassen, zumal die Umhüllung ohnehin nicht zählt. Ob diese Gruppierung trägt, zeigt der Test am Originalteil.

Aluminium oder Kupfer, beschichtet oder blank: Ableiter und Elektrode am Erscheinungsbild

Am Ableiter und an der Elektrode ist das Material der Typ. Eine Aluminiumlasche und eine Kupferlasche können dieselbe Form haben, sie unterscheiden sich in der Farbe. In einem dokumentierten Fall sollen an Pouchzellen in einem Batteriepack die Aluminium- von den Kupferableitern unterschieden werden, von der Seite und schräg aus etwa 100 mm Abstand, mit mehreren Sensoren. Ein Versuch verlief erfolgreich. Offen ist noch der Hintergrund hinter den Ableitern, den der Kunde mit seiner Konstruktion klärt.

An der Elektrode geht es um den Beschichtungszustand. Ein Sensor soll erkennen, ob schwarze Beschichtung oder blankes Kupfer vor ihm liegt, und davon abhängig einen Drucker oder Laser für einen QR-Code auslösen. Die Kante zwischen Kupfer und mattem Schwarz verläuft nicht immer gerade. Getestet wurde auf kurze Distanz. Der Code auf der Bahn gehört zur Kennzeichnung der Elektrodenbahn, Randüberhöhung und Grat gehören zur Maßprüfung.

Für beide Aufgaben passt der Vollspektrumsensor der Modellreihe LR-W. Er bestätigt laut Katalog den richtigen Farbton und unterscheidet auch sehr ähnliche Farben. Sein Erfassungsbereich liegt je nach Ausführung bei 30 bis 500 mm oder 30 bis 70 mm; der schräge Blick aus etwa 100 mm liegt im Bereich der längeren Ausführung. Das Ergebnis ist ein Schaltsignal, das die nächste Station direkt verarbeitet, ob Drucker, Laser oder Steuerung. Eine unregelmäßige Kante und ein wechselnder Hintergrund gehören in den Versuch, bevor die Einbauposition des Sensors feststeht.

Farbsensor, Vision-Sensor oder Kamera: wie viele Varianten ein Prüfplatz tragen muss

Welche Geräteklasse eine Typprüfung trägt, hängt an zwei Größen, dem Merkmal und der Zahl der Varianten. Ist der Typ an einer einzigen Farbe an einer festen Stelle erkennbar, etwa am Ableiter, genügt ein Farbsensor wie der Vollspektrumsensor. Er liefert ein Signal je Prüfpunkt und braucht kein Bild.

Sobald Form, Kontur oder mehrere Merkmale zusammen den Typ ausmachen, ist ein Bild nötig. Der Vision-Sensor arbeitet mit einem Arbeitsabstand von 50 mm bis über 3 m und erfasst so auch Trays aus rund einem Meter. Sein Sortiermodus deckt bis zu acht Varianten ab, sein Farbwerkzeug unterscheidet anhand von Farbe und Helligkeit, und AI Identify nutzt Form, Farbe, Helligkeit und Kanten.

Oberhalb von acht Varianten bleiben mehrere Wege. Die Steuerung kann das Programm nach Variante wählen, beim Vision-Sensor bis zu 32 über externe Eingänge. Mehrere Sensoren können sich die Varianten teilen. Die All-in-One Kamera kann mit AI-Klassifizierung bis zu 32 Produkttypen je Werkzeug übernehmen. Wer von mehreren Dutzend Varianten ausgeht, gruppiert sie vor der Geräteauswahl nach dem Merkmal, das die Prüfung tatsächlich trägt, statt für jede Variante ein eigenes Programm vorzusehen.

Bei Farbtypen verdient die Bildauswertung Aufmerksamkeit. Die All-in-One Kamera extrahiert Farbe als Vorverarbeitung für nachfolgende Werkzeuge. Wird der Weißabgleich geändert, ändert sich auch die Farbextraktion, und das Programm ist danach zu prüfen. Wo die Umhüllungsfarbe gerade nicht zählen soll, wie bei der Verpolungsprüfung, bleibt sie aus der Auswertung heraus.

Nach der Zelle stellt sich die Typfrage erneut, an Trägerplatte, Stecker, Schraube und Blech in der Modul- und Packmontage. Diese Fälle behandelt ein eigener Artikel dieser Reihe.

Häufige Fragen

F Was unterscheidet die Typunterscheidung von der Anwesenheitsprüfung an der Batteriezelle?

Die Anwesenheitsprüfung fragt, ob eine Zelle an ihrer Stelle steckt. Die Typunterscheidung fragt, welche Zelle dort steckt und ob sie richtig herum liegt. Eine fehlende Zelle ist damit eine Anwesenheitsfrage, eine falsche oder verpolte Zelle eine Verwechslung.

F Wie prüft man die Polarität von Rundzellen im Zellhalter?

In den dokumentierten Anwendungen soll die Station die beiden Stirnseiten jeder Zelle am Erscheinungsbild unterscheiden, unabhängig von der Farbe der Umhüllung. Für viele Zellen in einem Bildfeld von einigen hundert Millimetern eignet sich die All-in-One Kamera, für kleinere Felder der Vision-Sensor, dessen AI Identify durch zusätzliches Anlernen Vorder- und Rückseite unterscheidet. Das Programm je Variante wählt die Steuerung.

F Wie viele Zellvarianten kann ein Vision-Sensor unterscheiden?

Der Sortiermodus des AI Vision-Sensors der Modellreihe IV4 registriert bis zu acht Bauteilvarianten und ordnet jedes Teil einem Typ zu. Für mehr Varianten kommen Programmumschaltung über externe Eingänge mit bis zu 32 Programmen, mehrere Sensoren oder die AI-Klassifizierung der All-in-One Kamera mit bis zu 32 Produkttypen je Werkzeug in Frage.

F Wie lassen sich Aluminium- und Kupferableiter unterscheiden?

Haben beide Ableiter dieselbe Form, ist die Farbe das Merkmal. Der Vollspektrumsensor der Modellreihe LR-W bestätigt den richtigen Farbton und unterscheidet sehr ähnliche Farben, mit einem Erfassungsbereich je nach Ausführung von 30 bis 500 mm oder 30 bis 70 mm. Der Hintergrund hinter den Ableitern gehört vor dem Einbau in den Versuch.

F Braucht die Verpolungsprüfung eine Variantenerkennung?

Nein, die Polarität ist eine Unterscheidung der beiden Stirnseiten und hängt nicht davon ab, welche Variante im Halter steckt. Die Variante kommt in der Regel aus dem Auftrag, und die Steuerung wählt das passende Programm. Bei vielen Varianten hilft es, Zellen mit gleicher Stirnseite und gleichem Durchmesser in einem Programm zusammenzufassen.

Weiterführende Artikel

Übergeordnete Themenseite: Messen, Kennzeichnen und Prüfen in der Batterie- und E-Mobility-Produktion: Der Überblick für Qualitäts- und Fertigungsverantwortliche

Weiterer Artikel im Thema: Varianten in der Modul- und Packmontage sicher unterscheiden: Trägerplatte, Stecker, Schraube und Blech am Erscheinungsbild erkennen