CN110710021B - 电池单元的装配方法及其操纵装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于使电池模块(20)的壳体(11)装配有经压缩电池单元(13)的电池堆叠(12)的方法。为了减少安装开支和电池单元(13)的负载，规定如下：电池单元(13)的电池堆叠(12)被引入到操纵装置(1)中的至少两个滑轨(3、4)或多组滑轨(3、4)之间，其中操纵装置(1)的至少一个滑轨(3、4)或一组滑轨(3、4)分别作用于最外侧的电池单元(13)，并且电池单元(13)保持在所定义的压缩下，电池单元(13)的电池堆叠(12)通过操纵装置(1)垂直于电池堆叠(12)的堆叠方向(14)被插入到壳体(11)中并且应用在壳体(11)中，电池单元(13)从滑轨(3、4)分离，并且滑轨(3、4)再次从壳体(11)中被抽出。

Description

电池单元的装配方法及其操纵装置
技术领域
本发明涉及一种用于使电池模块的壳体装配有经压缩电池单元的电池堆叠的方法。此外，本发明涉及一种用于执行该方法的操纵装置。
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单元堆叠的外部尺寸，因此在需要电池的预应力的电池模块概念的情况下，其通常不适于空载地容纳在壳体中。因此，必须降低电池堆叠的堆积密度以将该电池堆叠安置在壳体中。
已知在安装期间在电池单元的电池堆叠中构造预应力并且该电池堆叠通过滑动板被插入壳体中，该壳体从插入方向来看具有闭合轮廓。此外，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，以在最大堆积密度的情况下减少安装开支和电池单元的负载。
根据本发明，该任务的解决方案是通过以下操作来完成的：电池单元的电池堆叠被引入到操纵装置中的至少两个滑轨或多组滑轨之间，其中操纵装置的至少一个滑轨或一组滑轨分别作用于最外侧的电池单元，并且电池单元保持在所定义的压缩下，电池单元的电池堆叠通过操纵装置垂直于堆叠方向被插入到壳体中并且应用在壳体中，电池单元从滑轨分离，并且滑轨再次从壳体中被抽出。分离被理解为所定义的压缩的消除，这使得滑轨基本上可以在不对电池堆叠施加力的情况下再次从壳体中被抽出。
本发明的一个有利的实施方式规定，电池单元在被引入到操纵装置中之后通过滑轨来进行压缩。
因此，具有弹性平衡元件的电池堆叠借助于操纵装置来抓持并被压缩到所定义的程度。现在，经压缩的电池堆叠具有外部尺寸，该外部尺寸适合电池模块的壳体并且可基本上在不对电池堆叠施加力的情况下通过传送装置来引入。如果电池堆叠完全被引入，则该电池堆叠通过滑轨的轻微反向运动来消除应力并支撑在壳体的内侧上。
尤其有利的是，壳体的内壁和/或平衡元件的外表面具有相应的释放部(例如，纵向凹槽)，由此操纵装置的滑轨可基本上在不对电池堆叠施加力的情况下被抽出。
为了实现自动装配，在本发明的范围中规定，操纵装置具有传送装置以用于沿第二方向移动承载支架，其中该传送装置优选地具有至少一个作用在至少一个滑轨上的滑轮组。
具有至少一个第一滑轨和至少一个第二滑轨的操纵装置适合于执行该方法，其中第一滑轨和第二滑轨的纵轴基本上彼此平行布置并且沿垂直于纵轴的方向彼此间隔开，其中第一滑轨和第二滑轨的距离基本上对应于电池单元的电池堆叠的高度，并且操纵装置可沿平行于滑轨的纵轴的第二方向移动。
为了能在将电池堆叠应用于壳体中之后基本上在没有对电池堆叠施加力的情况下将滑轨抽出，有利的是，第一和/或第二滑轨可沿垂直于滑轨的纵轴且垂直于第二方向的第一方向移动。
在至少两个第一和/或第二滑轨在第一方向的法向平面中叉状地、优选为彼此平行地布置的情况下，电池单元的电池堆叠的特别简单的处理是可能的。因此，滑轨可以(类似于叉车的升降托架)在将电池堆叠应用于壳体中之后在平衡元件与壳体之间沿平行于滑轨的纵轴的方向被抽出。
根据本发明的方法所提供的另一优点在于，可以最大程度地利用电池堆叠的堆积密度，并且因此可例如使所谓的单框壳体装配有非常高堆积密度的电池堆叠。单框壳体可非常容易且廉价地生产，并且另外具有以下优点：单框壳体极其稳定且非常适合于电池单元。
附图说明
接下来根据在附图中示出的非限制性实施例进一步阐述本发明。附图中，示意地示出：
图1至图4以斜视图示出了在使电池模块装配有电池单元的不同阶段期间在第一实施变型中的根据本发明的操纵装置；
图5至图7示出了在使电池模块装配有电池单元的不同阶段期间在第二实施变型中的根据本发明的操纵装置；以及
图8以根据线VIII–VIII剖取的截面示出了电池模块和操纵装置。
功能相同的部件在各实施变型中设有相同的附图标记。
具体实施方式
图中所示的操纵装置1用于使电池模块20的壳体11装配有彼此相邻布置的电池单元13的电池堆叠12，其中堆叠方向由箭头14指示。在电池堆叠12的每个端部12a、12b上布置有平衡元件15。
图1至图4示出了操纵装置1的第一实施变型，该操纵装置具有承载支架2，在该承载支架2上布置有第一滑轨3和第二滑轨4，在当前情况下是包括三个第一滑轨3和三个第二滑轨4的滑轨组。第一滑轨3和第二滑轨4以距离a彼此平行地布置，该距离a是沿垂直于滑轨3、4的纵轴3a、4a的第一方向5测量的。距离a基本上对应于电池模块20的电池单元13的电池堆叠12的高度h。从横向于第二方向6和堆叠方向14的一侧看，承载支架2和与其垂直延伸的第一滑轨3和第二滑轨4具有“C”或“U”的形状。
图1至图4所示的操纵装置1的承载支架2连同与承载支架2连接的滑轨3、4可沿平行于第一滑轨3和第二滑轨4的纵轴3a、4a的第二方向6移动。在此，经由具有第一滑轮组7和第二滑轮组8的传送装置9沿第二方向6驱动承载支架2和滑轨3、4，其中第一滑轮组7作用于第一滑轨3的外侧3b且第二滑轮组8作用于第二滑轨4的外侧4b。
在图1所示的运送阶段中，通过操纵装置1的抓持装置17横向于第二方向6且横向于堆叠方向14运送电池单元13的电池堆叠12。为了较容易地在第一滑轨3与第二滑轨4之间穿入，电池堆叠12可由抓持装置17沿堆叠方向14稍微压缩。
图2示出了装配的第一阶段，其中电池单元13的电池堆叠12完全布置在滑轨3、4之间并且由滑轨3、4接纳。
图3示出了装配过程的第二阶段，其中承载支架2以及滑轨3和4与电池单元13的电池堆叠12一起通过传送装置9沿第二方向6向电池模块20的壳体11移动。如果滑轨3、4被实施成弹性的，则它们可能在移动过程期间相对于彼此稍微弯曲，以使将电池堆叠12穿入和移入到壳体11中变得容易。
图4示出了装配过程的第三阶段。电池单元13的电池堆叠12现在被应用在壳体11中，具有滑轨3、4的承载支架2现在可沿第二方向6从壳体11中被抽出。
图5至图7示出了根据本发明的操纵装置1的第二实施方式，该第二实施方式与图1至图4所示的第一变型的不同之处在于：在承载支架2上设有用于在装配过程期间沿第一方向5移动滑轨3、4和/或向电池单元13施加压缩力的压缩装置10。第一方向5构造为平行于堆叠方向14并且垂直于滑轨3、4的纵轴3a、4a且垂直于第二方向6。
图5示出了在用电池单元13进行装配的第一阶段期间的电池模块20和操纵装置1，其中电池单元13的电池堆叠12布置在滑轨3、4之间并且由滑轨3、4接纳。滑轨3、4由压缩装置10压靠在电池堆叠12的两个端部12a、12b处的平衡元件15上，由此电池单元13被压缩。随后，承载支架2连同由滑轨3、4保持和压缩的电池堆叠12沿第二方向6被推入电池模块20的壳体11中。
图6示出了装配过程的一个阶段，其中电池单元13的堆叠12完全定位在电池模块20的壳体11内。压缩装置10被停用，由此滑轨3、4变得无力且沿第一方向5或堆叠方向14从电池堆叠12稍微移开或从其抬起。通过平衡元件15和电池单元13的弹性，电池堆叠12沿堆叠方向14膨胀到工作体积，并且经由平衡元件15支撑在壳体11的内壁11a上，如在图8中示出的。有利的是，平衡元件15和/或壳体11的内壁11a设有例如槽形的释放部18，滑轨3、4在其中被引导。释放部18的横截面构造为略大于滑轨3、4的相应横截面，以使得滑轨3、4在壳体11与电池堆叠12之间的低摩擦抽出成为可能。图7示出了处于其出口位置的操纵装置1，其中滑轨3、4沿第二方向6被完全从电池模块20的壳体11中抽出。

Claims (10)

1.一种用于使电池模块(20)的壳体(11)装配有经压缩电池单元(13)的电池堆叠(12)的方法，其特征在于，所述电池单元(13)的电池堆叠(12)被引入到操纵装置(1)中的至少两个滑轨(3、4)或多组滑轨(3、4)之间，其中所述操纵装置(1)的至少一个滑轨(3、4)或一组滑轨(3、4)分别作用于最外侧的电池单元(13)，并且所述电池单元(13)保持在所定义的压缩下，所述电池单元(13)的电池堆叠(12)通过所述操纵装置(1)垂直于所述电池堆叠(12)的堆叠方向(14)被插入到所述壳体(11)中并且应用在所述壳体(11)中，所述电池单元(13)从所述滑轨(3、4)分离，并且所述滑轨(3、4)再次从所述壳体(11)中被抽出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电池单元(13)在被引入到所述操纵装置(1)中的所述滑轨(3、4)之间之后通过所述操纵装置(1)进行压缩。
3.一种用于执行根据权利要求1或2所述的方法的操纵装置(1)，其特征在于，设有至少两个滑轨(3、4)或多组滑轨(3、4)，所述操纵装置(1)具有带有所述滑轨(3、4)中的至少一个第一滑轨(3)和至少一个第二滑轨(4)的承载支架(2)，其中所述第一滑轨(3)的纵轴(3a)和所述第二滑轨(4)的纵轴(4a)基本上彼此平行布置且沿垂直于所述第一滑轨(3)的纵轴(3a)和所述第二滑轨(4)的纵轴(4a)的第一方向(5)彼此间隔开地布置在所述承载支架(2)上，其中所述第一滑轨(3)和所述第二滑轨(4)的距离(a)基本上对应于所述电池单元(13)的电池堆叠(12)的高度(h)，并且所述承载支架(2)连同所述第一滑轨(3)和所述第二滑轨(4)能沿平行于所述第一滑轨(3)的纵轴(3a)和所述第二滑轨(4)的纵轴(4a)的第二方向(6)移动，其中所述第一滑轨(3)和/或第二滑轨(4)能沿垂直于所述第一滑轨(3)的纵轴(3a)和所述第二滑轨(4)的纵轴(4a)且垂直于所述第二方向(6)的所述第一方向(5)移动和/或能被施加力。
4.根据权利要求3所述的操纵装置(1)，其特征在于，至少两个第一滑轨(3)在所述第一方向(5)的法向平面中叉状地布置。
5.根据权利要求4所述的操纵装置(1)，其特征在于，至少两个第一滑轨(3)在所述第一方向(5)的法向平面中彼此平行地布置。
6.根据权利要求3所述的操纵装置(1)，其特征在于，至少两个第二滑轨(4)在所述第一方向(5)的法向平面中叉状地布置。
7.根据权利要求6所述的操纵装置(1)，其特征在于，至少两个第二滑轨(4)在所述第一方向(5)的法向平面中彼此平行地布置。
8.根据权利要求3至7之一所述的操纵装置(1)，其特征在于，所述操纵装置(1)具有传送装置(9)以用于沿所述第二方向(6)移动所述承载支架(2)，其中所述传送装置(9)优选地具有至少一个作用在至少一个滑轨(3、4)上的滑轮组(7、8)。
9.根据权利要求3至7之一所述的操纵装置(1)，其特征在于，所述壳体(11)的内壁(11a)和/或平衡元件(15)的外表面(15a)具有相应的释放部。
10.根据权利要求9所述的操纵装置(1)，所述释放部为纵向凹槽。
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