CN110710020B - 电池单元在壳体中的安装方法及其安装设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将电池单元(131)的电池堆叠(130)无预应力地安装在电池模块的壳体(150)中的方法，其中在电池堆叠(130)的每个外侧面上布置优选地由至少一个膜形成的滑动元件(141、142)，壳体(150)和电池堆叠(130)沿安装方向相对于彼此移动，使得首先至少一个滑动元件(141、142)的至少一个端部(141A、141B、142A、142B)被引入到壳体(150)中或者壳体(150)被引导经过滑动元件(141、142)的至少一个端部(141A、141B、142A、142B)，并且随后在另一步骤中，彼此相邻排列的、优选地无预应力地彼此相邻排列的电池单元(131)的电池堆叠(130)连同至少一个滑动元件(141、142)被推入到壳体(150)中或者壳体(150)被推动经过彼此相邻排列的、优选地无预应力地彼此相邻排列的电池单元(131)的电池堆叠(130)连同至少一个滑动元件(141、142)，其中内部壳体表面和至少一个滑动元件(141、142)的背离电池堆叠(130)的外部滑动表面相对于彼此滑动，直到电池堆叠(130)已经到达其在壳体(150)中的预定位置。

Description

电池单元在壳体中的安装方法及其安装设备
技术领域
本发明涉及一种用于将电池单元的电池堆叠安装在电池模块的壳体中的方法以及用于执行该方法的安装设备，其中每个电池堆叠具有外侧面，该外侧面在安装过程之后分别紧贴在壳体的内部壳体表面上，并且在安装过程期间，电池堆叠和/或壳体横向于堆叠方向沿所定义的安装方向移动。
背景技术
许多目前的锂离子电池在充电/放电时以及由于使用寿命中的老化效应而具有一定的体积增大。为了在考虑体积变化的情况下确保尽可能均匀的预应力，在模块壳体中构建电池单元而没有其他措施通常是不够的。为此，通常将平衡元件(通常称为压缩垫)、尤其是弹性元件构建在模块中的经堆叠电池单元的端部或之间。通过相应的设计，即使在电池单元的体积变化的情况下，这些平衡元件也可以确保将电池单元上的预应力保持在指定范围内。平衡元件的另一功能是经堆叠电池单元的机械固定。为了能够确保整个使用寿命上的功能，平衡元件通常具有体积要求，这对电池模块可达到的能量密度有负面影响，因为可供使用的用于装入电池单元的可利用空间较小。
由于这些平衡元件在空载的状态下增大了电池堆叠的外部尺寸，因此在需要电池的预应力的电池模块概念的情况下，其通常不适于在空载的状态下容纳在模块壳体中。
已知使用分开的壳体，其中通过使两个壳体部分收紧来实现预应力。壳体部分的收紧和紧固是借助于紧固带或系带、螺钉或不可拆卸的接合方法(例如焊接)来进行的。
这些措施通常意味着额外开支和/或电池单元的额外负载，由此不能排除电池单元的损坏或过早老化。
发明内容
本发明的任务是避免这些缺点，以减少安装开支和电池单元的负载。
根据本发明，该任务藉由开头提及的方法通过如下方式来解决：在第一步骤中，在安装过程之前，在电池堆叠的每个外侧面上布置至少一个、优选地由至少一个膜形成的滑动元件，其中该滑动元件的至少一个端部突出超过电池堆叠的至少一个安装侧上的相应外侧面；在另一步骤中，壳体和电池堆叠沿安装方向相对于彼此移动，使得首先至少一个滑动元件的至少一个端部被引入到壳体中或者壳体被引导经过滑动元件的至少一个端部，并且随后在另一步骤中，彼此相邻排列的、优选地无预应力地彼此相邻排列的电池单元的电池堆叠连同至少一个滑动元件一起被推入到壳体中，或者壳体被推动经过彼此相邻排列的、优选地无预应力地彼此相邻排列的电池单元的电池堆叠连同至少一个滑动元件，其中内部壳体表面和至少一个滑动元件的背离电池堆叠的外部滑动表面相对于彼此滑动，直到电池堆叠已经到达其在壳体中的预定位置。
在第一方法步骤中，优选地在电池堆叠的两个彼此相对的侧面上放置滑动元件，使得每个滑动元件的端部突出超过电池堆叠的至少一个侧面。滑动元件的突出端部在安装过程期间用作应用和安装辅助。
“电池堆叠的侧面”在本公开的范围中被理解为电池堆叠的基本上平行于电池单元的纵向中心平面并且因此垂直于堆叠方向延伸的两个彼此相对的外表面。
在安装到壳体中之前，电池堆叠的尺寸关于壳体的由相对的内部壳体表面限定的净宽度略大。尽管如此，根据本发明，电池堆叠仍可被插入到壳体中，而不必在单独的方法步骤中预先压缩电池单元。在此，滑动元件在壳体与电池堆叠之间在电池堆叠上施加类似鞋拔的功能。通过作为电池堆叠的引导件起作用的滑动元件，电池堆叠在运送和供应过程中被自动压缩到必需的尺寸，由此电池堆叠可仅以较小的力消耗在侧面沿安装方向插入到壳体中。在此，壳体不需要被实施为分开的，并因此可具有封闭的横截面。
为此，优选地设置至少一个抓持元件，该至少一个抓持元件在准备安装过程中被引导穿过壳体，并且该至少一个抓持元件尤其是在电池堆叠滑动进入壳体期间与滑动元件的至少一个端部接合。
在构造为膜的滑动元件的两个膜带在电池堆叠的外端面的区域中布置在彼此之上的情况下，确保了电池堆叠到壳体中的特别安全的运送，其中该至少一个抓持元件与两个端部接合。
为此，特别优选地规定，该至少一个抓持元件具有两个固定装置，其中第一固定装置接合在滑动元件的第一端部中，并且第二固定装置接合在滑动元件的第二端部中。
在将电池堆叠定位在壳体中之后，特别优选的是，一旦电池堆叠在壳体中达到预定位置，该至少一个滑动元件就被移除，其中为此，该滑动元件在内部壳体表面与电池堆叠的外侧面之间沿安装方向或与安装方向相反地从壳体中被拉出。
为此，在第一变型中，形成滑动元件的彼此叠置的两个膜带中的仅一个、优选地外部膜带可被拉动以用于移除滑动元件。
为此，在本发明的一个优选变型中，该至少一个滑动元件借助于至少一个抓持元件从壳体中被拉出。
此外，在本发明的另一实施方式中，在滑动元件由可卷绕的膜形成的情况下，滑动元件的拉出可特别简单地通过以下操作来进行：滑动元件通过在卷绕元件上卷绕来从壳体中拉出，并且在必要时缠绕在卷材或卷轴上，以例如再次将其用作滑动元件。
此外，根据本发明，该任务藉由用于将电池单元的电池堆叠安装在电池模块的壳体中的安装设备通过如下方式来解决：该安装设备具有用于布置和/或接纳电池单元的至少一个电池堆叠的第一操纵装置以及用于接纳优选地具有封闭横截面的一体式壳体的第二操纵装置，至少一个滑动元件、优选地可卷绕的膜可布置在电池堆叠的至少一个侧面上，并且针对该至少一个滑动元件的至少一个抓持元件可移动穿过壳体。
在本发明的一种实施方式中提议，至少一个滑动元件优选地由可卷绕的膜形成。特别有利的是，每个滑动元件由两个彼此叠置的膜带形成，其中特别优选地，布置在电池堆叠的安装面上的膜的两个端部突出超过该安装面，以便可以更容易地被至少一个抓持元件的固定装置接纳。
在此，优选地规定，电池堆叠的至少一个侧面具有粘合层，其中电池堆叠的侧面优选地由平衡元件形成。该粘合层用于将至少一个滑动元件在必要时临时固定在电池堆叠的至少一个侧面上。
为此，替换地或附加地，在本发明的另一实施方式中，在组装状态中面向电池堆叠的至少一个侧面的至少一个内部壳体表面具有粘合层，其中该内部壳体表面优选地由平衡元件形成。
特别地，在本发明的另一实施方式中，关于在安装过程之后该至少一个滑动元件在必要时所需的移除而规定，滑动元件的材料和粘合层的粘合剂彼此匹配，使得作用在滑动元件上的粘合力或粘附力至少在该至少一个滑动元件在电池堆叠与壳体之间被拉出时不超过限定值。
对于安装过程特别有利的是，第二操纵装置和/或布置在第二操纵装置中的壳体可沿安装方向线性移动。在此，壳体被带到紧靠电池堆叠，并且被引导穿过壳体的至少一个抓持元件抓住至少一个滑动元件，以将电池堆叠拉入壳体。
为此，替换地，具有封闭的横截面的一体式壳体在横向于堆叠方向的安装方向上线性地沿着滑动元件被推动经过电池单元的电池堆叠。在此，膜又类似于鞋拔地起到安装辅助的作用，其中壳体沿安装方向被引导经过电池堆叠，并且在此，为了克服尺寸过大而在堆叠方向上压缩电池堆叠。此外，在将电池堆叠安装在壳体中时可以借助于膜来使摩擦力最小化。
在本发明的进一步改进中，一旦电池堆叠在壳体内达到预定义位置，滑动元件就可借助于第三操纵装置来在电池堆叠与壳体之间被拉出。当设置用于卷绕滑动元件的至少一个优选地由辊子或卷轴形成的卷绕元件时，可实现由膜形成的滑动元件的特别简单的移除，该卷绕元件可通过致动器来施加有驱动力矩。
附图说明
以下根据具有相关附图的非限制性实施例进一步阐释本发明。附图中示出：
图1示出了在实际安装过程的准备中的根据本发明的安装设备的示意图；
图2示出了处于第一打开位置的根据本发明的抓持元件的示意图；
图3示出了处于闭合位置的图2的抓持元件；
图4示出了在安装过程期间处于第二位置的图1的安装设备；
图5示出了在安装过程期间处于第三位置的图1的安装设备；
图5示出了在安装过程期间处于第四位置的图1的安装设备；
图6示出了在电池堆叠已被安装在壳体中之后的图1的安装设备；
图7示出了在移除滑动元件时处于部分闭合位置的图2的抓持元件；以及
图8示出了在移除滑动元件时的图1的安装设备的第二操纵装置。
具体实施方式
在图1中以示意图示出了具有第一操纵装置110以及第二操纵装置120的安装设备100。
具有多个电池单元131的电池堆叠130被布置在第一操纵装置110中并且经由固定装置111固定在其位置中，而固定装置111未在电池堆叠130上施加压力和/或预应力。
两个滑动元件141、142布置在电池堆叠130的侧面上。在本发明的该实施方式中，两个滑动元件141、142作为双层膜来实施，第一滑动元件141的端部141A、141B以及第二滑动元件142的端部142A、142B突出超过电池堆叠130的安装面132。在此，第一端部141A突出超过第一滑动元件141的第二端部141B，并且第一端部142A突出超过第二滑动元件142的第二端部142B。在本发明的该实施方式中，滑动元件141、142借助于处于其位置中的粘合层可拆卸地布置在电池堆叠130的侧面上。
“电池堆叠的安装面132”在本公开的范围中被理解为电池堆叠130的面向第二操纵装置120的侧面。
壳体150布置在第二操纵装置120中，根据本发明，在该壳体150中无预应力地引入电池堆叠130。壳体150(也被称为“单框”)在此被构造为基本上管状的，具有优选为正方形或矩形的横截面，例如作为异形管。
两个抓持元件161、162穿过布置在第二操纵装置120中的壳体150，其中处于图2的打开位置的这些抓持元件161、162的示意图可被提取出。每个抓持元件161、162具有带有固定元件164A、164B的抓持装置163，这些固定元件164A、164B被设置成在抓持装置163中彼此独立地分别固定和松开两个滑动元件141、142的端部141A、141B、142A、142B。
为了借助于两个抓持元件161、162将电池堆叠130无预应力地运送到壳体150中，首先在第一步骤中，具有电池单元131的电池堆叠130布置在第一操纵装置110中，并且两个滑动元件141、142优选地借助于粘合层安装在电池堆叠130的侧面上。在将壳体150布置在第二操纵装置120内之后，将第二操纵装置120相对于第一操纵装置110对齐，使得壳体150被布置成与电池堆叠130基本上对准。
随后，两个抓持元件161、162穿过壳体150，并且第一滑动元件141的两个端部141A、141B被第一抓持元件161抓住，其中第一固定元件164A将第一滑动元件141的第一端部141A并且第二固定装置164B将第一滑动元件141的第二端部141B固定在抓持装置163中(图3)。以相同的方式，通过第二抓持元件162来固定第二滑动元件142的两个端部142A、142B。
随后，壳体150移近第一操纵装置110，如在图4中示出的。通过借助于抓持元件161、162拉动滑动元件141、142来将电池堆叠130拉入壳体150(图5)。由于处于未压紧状态下的电池堆叠130的大小略大于壳体150的横截面，因此在通过沿壳体150的边缘滑动滑动元件141、142从前表面开始拉入电池堆叠130时，电池堆叠130被略微压缩。
如图6所示，一旦电池堆叠130处于第二操纵装置120内，就将滑动元件141、142从电池堆叠130剥离。如图7所示，为此，首先打开第二抓持装置164B，使得第一滑动元件141的第二端部141B露出。通过拉出第一抓持元件161，将膜状的滑动元件141在其继续布置在第一固定装置164A中的第一端部141A处从电池堆叠130的侧面剥离。为此重要的是，在电池堆叠130的侧面上的滑动元件141、142的粘合力对于将电池堆叠130从第一操纵装置110运送到第二操纵装置120而言足够高，然而在完成运送之后，该粘合力足够低，以使得可将滑动元件141、142从电池堆叠130的侧面剥离。
一旦从电池堆叠130移除滑动元件141、142，该电池堆叠130就在壳体150内膨胀，其中必要时可规定，在剥离滑动元件141、142之后，粘合层保留在电池堆叠130的侧面上，该粘合层随后与壳体150的两个壳体内表面接触，这导致电池堆叠130在壳体150内的附加固定。

Claims (14)

1.一种用于将电池单元(131)的电池堆叠(130)安装在电池模块的壳体(150)中的方法，其中每个电池堆叠(130)具有外侧面，所述外侧面在安装过程之后分别紧贴在所述壳体的内部壳体表面上，并且在安装过程期间，所述电池堆叠(130)和/或所述壳体(150)横向于堆叠方向沿所定义的安装方向移动，其特征在于，在安装过程之前，在第一步骤中，在所述电池堆叠(130)的每个外侧面上布置至少一个、由至少一个膜形成的滑动元件(141、142)，其中所述滑动元件(141、142)的至少一个端部(141A、141B、142A、142B)突出超过所述电池堆叠(130)的至少一个安装侧上的相应外侧面，在另一步骤中，所述壳体(150)和所述电池堆叠(130)沿所述安装方向相对于彼此移动，使得首先所述至少一个滑动元件(141、142)的至少一个端部(141A、141B、142A、142B)被引入到所述壳体(150)中或者所述壳体(150)被引导经过所述滑动元件(141、142)的至少一个端部(141A、141B、142A、142B)，并且随后在另一步骤中，彼此相邻排列的所述电池单元(131)的所述电池堆叠(130)连同所述至少一个滑动元件(141、142)被推入到所述壳体(150)中或者所述壳体(150)被推动经过彼此相邻排列的所述电池单元(131)的所述电池堆叠(130)连同所述至少一个滑动元件(141、142)，其中所述内部壳体表面和所述至少一个滑动元件(141、142)的背离所述电池堆叠(130)的外部滑动表面相对于彼此滑动，直到所述电池堆叠(130)已经到达其在所述壳体(150)中的预定位置，其中设置至少一个抓持元件(161、162)，所述至少一个抓持元件(161、162)在准备安装过程中被引导穿过所述壳体(150)，并且所述至少一个抓持元件(161、162)在所述电池堆叠(130)滑动进入所述壳体(150)期间与所述滑动元件(141、142)的至少一个端部(141A、141B、142A、142B)接合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，构造为膜的所述滑动元件(141、142)的两个膜带在所述电池堆叠(130)的外侧面的区域中布置在彼此之上，其中所述至少一个抓持元件(161、162)与两个端部(141A、141B、142A、142B)接合。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个抓持元件(161、162)具有两个固定装置(164A、164B)，其中第一固定装置(164A)接合在所述滑动元件(141、142)的第一端部(141A、142A)中，并且第二固定装置(164B)接合在所述滑动元件(141、142)的第二端部(141B、142B)中。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述电池堆叠(130)定位在所述壳体(150)中之后，一旦所述电池堆叠(130)在所述壳体(150)中达到预定位置，所述至少一个滑动元件(141、142)就被移除，其中所述滑动元件(141、142)在所述内部壳体表面与所述电池堆叠(130)的外侧面之间沿所述安装方向或与所述安装方向相反地从所述壳体(150)中被拉出。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，形成所述滑动元件(141、142)的彼此叠置的两个膜带中的仅一个被拉动以用于移除所述滑动元件(141、142)。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述至少一个滑动元件(141、142)通过在卷绕元件上卷绕来从所述壳体(150)中被拉出。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述至少一个滑动元件(141、142)借助于所述至少一个抓持元件(161、162)从所述壳体(150)中被拉出。
8.一种用于执行根据权利要求1至7之一所述的用于将电池单元(131)的电池堆叠(130)安装在电池模块的壳体(150)中的方法的安装设备(100)，所述安装设备(100)具有用于布置和/或接纳电池单元(131)的至少一个电池堆叠(130)的第一操纵装置(110)以及用于接纳具有封闭横截面的一体化壳体(150)的第二操纵装置(120)，其特征在于，至少一个滑动元件(141、142)能布置在所述电池堆叠(130)的至少一个侧面上，并且针对所述至少一个滑动元件(141、142)的至少一个抓持元件(161、162)能移动穿过所述壳体(150)。
9.根据权利要求8所述的安装设备(100)，其特征在于，所述至少一个滑动元件(141、142)由能布置为两层的膜形成。
10.根据权利要求8所述的安装设备(100)，其特征在于，所述电池堆叠(130)的至少一个侧面具有粘合层，其中所述电池堆叠(130)的侧面由平衡元件形成。
11.根据权利要求8所述的安装设备(100)，其特征在于，在组装状态中，面向所述电池堆叠(130)的至少一个侧面的至少一个内部壳体表面具有粘合层，其中所述内部壳体表面由平衡元件形成。
12.根据权利要求10所述的安装设备(100)，其特征在于，所述滑动元件(141、142)的材料和所述粘合层的粘合剂彼此匹配，使得作用在所述滑动元件(141、142)上的粘合力或粘附力至少在所述至少一个滑动元件(141、142)在所述电池堆叠(130)与所述壳体(150)之间被拉出时不超过限定值。
13.根据权利要求8至12之一所述的安装设备(100)，其特征在于，所述第二操纵装置(120)和/或布置在所述第二操纵装置(120)中的所述壳体(150)能沿安装方向线性移动并且能固定。
14.根据权利要求13所述的安装设备(100)，其特征在于，设有用于卷绕所述滑动元件(141、142)的至少一个由辊子或卷轴形成的卷绕元件，所述卷绕元件能在卷绕方向上通过致动器来施加有驱动力矩。
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