Die Produktion von Batteriezellen – gleich für welchen Einsatzzweck – gliedert sich in drei wesentliche Prozessschritte – die Elektrodenfertigung, Zellmontage sowie Formation und Aging. Dank industrieller Bildverarbeitung (Machine Vision) können bei all diesen Schritten die Abläufe automatisiert und optimiert werden. Dabei ebnet die Technologie den Weg für präzise Workflows und hohe Qualität – und das bei gesteigerter Produktionsgeschwindigkeit. Dafür sorgen durchdachte und robuste Methoden zur Fehlererkennung, was eine entsprechende Nachbearbeitung ermöglicht. Dies erhöht die Kundenzufriedenheit, minimiert den Ausschuss und schont die für den Herstellungsprozess erforderlichen Ressourcen.
Beginnen wir mit dem initialen Prozessschritt der Batteriezellproduktion, der Elektrodenfertigung: Hierbei wird zunächst eine Kupfer- oder Aluminiumfolie beidseitig mit einem Aktivmaterial beschichtet. Wichtig ist dabei das exakte Auftragen der Beschichtung. Schon kleinste Fehler oder Verunreinigungen würden die Qualität und Leistungsfähigkeit der gesamten Batterie stark beeinträchtigen.
Hier kommt Machine Vision ins Spiel: Die Technologie prüft die Oberfläche, Maßhaltigkeit und Ausrichtung der beschichteten Elektrodenbahnen, was eine optimale Qualität gewährleistet. Zudem wird die Gleichmäßigkeit der Beschichtung sowie die konstant richtige Breite der Elektroden kontrolliert. Auch etwaige Rückstände der Beschichtung an den Rändern lassen sich damit verlässlich erkennen.
Im Anschluss muss die beschichtete Elektrodenfolie an das jeweilige Batteriezellformat angepasst werden. Um die für die folgende Zellmontage erforderlichen Abmessungen zu erreichen, wird die Folie in Electrode Sheets zerteilt. Auch hier sorgen Bildverarbeitungsalgorithmen für höchste Präzision und überprüfen die jeweiligen Maße exakt. Dabei erkennt die Software jegliche Anomalien wie Grate, Verunreinigungen, Risse oder unsaubere Zuschnitte zuverlässig. Sogar unbekannte und schwer definierbare Fehler können gefunden werden. Mit geeigneter Beleuchtung kann Machine-Vision-Software bei der Oberflächeninspektion der beschichteten Elektrodenfolie selbst unter schwierigen Kontrast- und Lichtverhältnissen zuverlässig Defekte erkennen.
Auf die Elektrodenfertigung folgt im nächsten Prozessschritt die Zellmontage. Diese gestaltet sich je nach Zelltyp unterschiedlich: Wird die Elektrodenfolie, bestehend aus einer Anode, Kathode und einem Separator bei prismatischen oder Pouch-Zellen gestapelt, erfolgt bei zylindrischen Zellen ein Prozess des Aufwickelns. So werden diese Bestandteile stets präzise in das jeweilige Batteriegehäuse integriert. Dieses wird im Anschluss verschweißt und durch eine Öffnung mit Elektrolyt befüllt, bevor die Zelle vollständig verschlossen wird. Dabei müssen die gestapelten Elektrodenblätter vor allem bei der Fertigung von prismatischen und Pouch-Zellen hochgenau und ohne Beschädigungen ausgerichtet werden.
Auch hier unterstützt die industrielle Bildverarbeitung mit durchdachten Kontrollmechanismen entlang des gesamten Stapelvorgangs. Dieser läuft mit einer hohen Geschwindigkeit von bis zu einer Sekunde pro Bogen ab, was die Komplexität des Inspektionsprozesses erhöht. Dank Machine-Vision-Software lassen sich bei der Prüfung von Elektrodenoberflächen und Kontaktterminals sowie bei der Messung
der Schnittgeometrie Fehler verlässlich vermeiden. Dabei kommen sowohl KI-basierte Deep-Learning-Algorithmen als auch klassische, regelbasierte Bildverarbeitungsmethoden zum Einsatz. Beide Ansätze sind in der Lage, auch in gering aufgelösten Bildern verschiedenste Defekte zu entdecken, die für das menschliche Auge nicht sichtbar sind. Überdies trägt Machine Vision dazu bei, die Position der Electrode Sheets präzise zu identifizieren und die Stapel korrekt auszurichten. Zudem werden auch weitere mögliche Fehler während des Stapelprozesses, wie etwa durch Kratzer beschädigte Elektrodenoberflächen, Defekte an den Kontaktterminals und eine ungenaue Positionierung der Anoden- und Kathodenfolien erkannt. Bei letzterem ist es wichtig, dass beide sauber durch einen Separator voneinander getrennt sind.
Abgeschlossen wird die Zellmontage durch den Einsatz des Stapels in das Zellgehäuse. Um die Batterie dicht zu verschließen, müssen die Nähte korrekt verschweißt werden. Mit verschiedenen Machine-Vision-Verfahren lassen sich die Schweißnähte verlässlich prüfen und mögliche Fehler erkennen. So sorgt die Technologie für präzise Schweißvorgänge, die eine zentrale Bedeutung für die Qualität der Batterie haben.
Der dritte und letzte Prozessschritt bei der Produktion von Batteriezellen nennt sich Formation und Aging. Hierbei werden die Batterien testweise geladen, entladen und einer umfassenden Qualitätsprüfung unterzogen. Durch eine Vielzahl von End-of-Line- Tests, wie etwa visuellen Prüfungen und Messungen der Oberfläche, wird eine optimale Qualität der Produkte sichergestellt. Auch hierbei leistet die industrielle Bildverarbeitung wertvolle Unterstützung: Beispielsweise werden verformte Zellen erkannt – etwa zylindrische Zellen, die nicht dem vorgeschriebenen Zelldurchmesser entsprechen oder sonstige Oberflächenschäden aufweisen. Dadurch lassen sich defekte Zellen verlässlich aussortieren, bevor sie das Werk verlassen und an die Kunden ausgeliefert werden.
Batterien müssen immer schneller und effizienter gefertigt werden, um die steigende Nachfrage des Marktes nachhaltig zu bedienen. Eine entscheidende Rolle spielt dabei die industrielle Bildverarbeitung. Sie trägt dazu bei, den komplexen Prozess der Batteriefertigung zu optimieren, zu automatisieren und eine durchgängig hohe Qualität der Produkte zu sichern.
