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Die Erfindung betrifft eine Füllvorrichtung zum Befüllen einer Zelle einer Batterie mit Elektrolytflüssigkeit, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Bei der Fertigung von elektrochemischen Zellen einer Batterie bzw. eines Akkumulators, insbesondere eines Lithium-Ionen-Akkumulators, muss Elektrolytflüssigkeit in die jeweilige Zelle eingefüllt werden. Dies gilt sowohl für gewickelte Zellen als auch für so genannte Pouchzellen jeglicher Bauart.
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Beim Einfüllen der Elektrolytflüssigkeit können Verschleppungen oder Tröpfchen entstehen, die ein unerwünschtes Kontaminieren von Oberflächen der Zelle mit Elektrolytflüssigkeit bewirken. Eine derartige Kontamination ist jedoch zu vermeiden. Beispielsweise können in Verbindung mit Luft bzw. mit Feuchtigkeit korrosive Verbindungen auf den zum Teil metallischen Oberflächen der Zelle entstehen. Hierdurch wird die Dauerhaltbarkeit der Zelle beeinträchtigt. Darüber hinaus kann die Kontamination zu einer überhöhten Selbstentladung der betroffenen Zelle führen, da die kontaminierte Oberfläche eine gewisse elektrische Leitfähigkeit besitzt, so dass zwischen den Polen oder von einem Pol zum Gehäuse ein Entladestrom fließen kann. Des Weiteren können andere Bauteile der Zelle, wie z. Bsp. eine Elektronik, durch die äußerst aggressive Elektrolytflüssigkeit korrosiven Einflüssen ausgesetzt sein. Bei Pouchzellen ist zudem ein Kontakt der Elektrolytflüssigkeit mit Bereichen einer späteren Klebenaht der äußeren Hülle, in der Regel ein Folienbeutel, zu vermeiden, da ansonsten eine sichere und dauerhafte Abdichtung nicht gewährleistet werden kann. Ein einfaches Abwischen oder Abwaschen der Elektrolytflüssigkeit reicht nicht aus, da die Elektrolytflüssigkeit in der Regel bereits aufgrund kapillarer Wirkungen in nicht mehr erreichbare Bereiche des kontaminierten Bauteils eingedrungen sein kann.
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Aus der
EP 1 412 992 B1 ist eine derartige Füllvorrichtung bekannt. Sie weist ein Füllrohr auf, das durch eine Einfüllöffnung der Zelle in die Zelle einführbar ist und durch das die Elektrolytflüssigkeit in die Zelle einfüllbar ist.
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Die bekannte Füllvorrichtung ist außerdem mit Mitteln zum Rückhalten von überschüssiger Elektrolytflüssigkeit aus einem mit dem Füllrohr verbundenen Füllkopf oder aus dem Füllrohr nach Beendigung des Befüllens der Zelle ausgestattet. Ferner besitzt das Füllrohr ein Anschlussstück, das mit den genannten Mitteln zum Rückhalten von überschüssiger Elektrolytflüssigkeit verbunden oder mit diesen Mitteln versehen ist und welches axial verschiebbar am Füllrohr gelagert sowie entlang des Füllrohrs von einer abgesenkten Position im Bereich des freien Endes des Füllrohrs hin zu einer angehobenen Position weg vom freien Ende verstellbar ist. Dabei stützt sich das Anschlussstück in der angehobenen Position an einer Stirnwandung der Zelle im Bereich der Einfüllöffnung ab.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Füllvorrichtung der eingangs genannten Art eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass die Gefahr einer unerwünschten Kontamination mit der Elektrolytflüssigkeit reduziert ist. Außerdem soll vorzugsweise der hierzu erforderliche Aufwand reduziert sein.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Füllvorrichtung mit einem Hüllrohr auszustatten, welches das Füllrohr koaxial umhüllt. Des Weiteren sind Hüllrohr und Füllrohr hinsichtlich ihrer Dimensionen so abgestimmt, dass auch das Hüllrohr durch die Einfüllöffnung in die Zelle einführbar ist.
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Durch das im Inneren des Hüllrohrs angeordnete Füllrohr kann die Gefahr einer Kontamination mit Elektrolytflüssigkeit signifikant reduziert werden, da bspw. ein direkter Kontakt des Füllrohrs mit gefährdeten Oberflächen der Zelle, insbesondere im Bereich eines die Einfüllöffnung einfassenden Öffnungsrands, effektiv vermieden wird. Bestenfalls kommt das Hüllrohr mit den gefährdeten Oberflächen in Kontakt, das an seiner Außenseite jedoch nicht mit der Elektrolytflüssigkeit in Berührung kommt.
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Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Füllvorrichtung so ausgestaltet sein, dass durch das Hüllrohr hindurch eine Gasabsaugung aus der Zelle durchführbar ist. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, Elektrolytdampf abzusaugen, der während des Einfüllvorgangs entstehen kann. Die Gefahr eines Niederschlags von Elektrolyt an den gefährdeten Oberflächen kann dadurch erheblich reduziert werden.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, das Füllrohr relativ zum Hüllrohr axial verstellbar auszugestalten. Hierdurch ist es insbesondere möglich, einen Einfüllzustand einzustellen, in dem das Füllrohr axial über das Hüllrohr vorsteht und darüber hinaus in die Zelle hineinragt. Ferner kann ein Ausziehzustand eingestellt werden, in dem das Hüllrohr axial über das Füllrohr vorsteht, so dass sich das Füllrohr vollständig innerhalb des Hüllrohrs befindet. Durch den vorgeschlagenen Einfüllzustand kann eine Kontamination des Hüllrohrs während des Befüllungsvorgangs mit Elektrolytflüssigkeit vermieden werden. Durch den vorgeschlagenen Ausziehzustand kann eine Berührung des gegebenenfalls kontaminierten Füllrohrs mit den kritischen Oberflächen der Zelle vermieden werden, da bestenfalls eine Kontaktierung mit dem Hüllrohr möglich ist.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung im Längsschnitt einer Füllvorrichtung im Bereich eines Füllrohrs in einem Einfüllzustand,
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2 eine Ansicht wie in 1, jedoch in einem Ausziehzustand.
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Entsprechend den 1 und 2 umfasst eine nur teilweise dargestellte Füllvorrichtung 1, mit deren Hilfe eine Zelle 2 einer Batterie 3 mit einer Elektrolytflüssigkeit 4 befüllt werden kann, ein Füllrohr 5 und ein Hüllrohr 6. Bei der Batterie 3 handelt es sich bevorzugt um einen Akkumulator, also um eine wiederaufladbare Batterie 3. Insbesondere handelt es sich um einen Lithium-Ionen-Akku.
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Das Füllrohr 5 ist durch eine Einfüllöffnung 7 der Zelle 2 in die Zelle 2 einführbar, so dass das Füllrohr 5 in einen Elektrolytraum 8 der Zelle 2 hineinragt, in den die Elektrolytflüssigkeit 4 eingefüllt werden soll. Durch das Füllrohr 5 hindurch ist die Elektrolytflüssigkeit 4 in die Zeile 2 bzw. in den Elektrolytraum 8 einfüllbar. Hierzu kann das Füllrohr 5 an eine Zuführleitung 9 angeschlossen sein, in der eine Fördereinrichtung 10 angeordnet sein kann und die mit einem Tank 11 verbunden ist. Im Tank 11 ist die Elektrolytflüssigkeit 4 bevorratet. Die Fördereinrichtung 10 fördert die Elektrolytflüssigkeit über die Zuführleitung 9 zum Füllrohr 5. Aus dem Füllrohr 5 tritt die Elektrolytflüssigkeit 4 entsprechend einem Pfeil 12 aus und in die Zelle 2 bzw. in deren Elektrolytraum 8 ein. In der Zuführleitung 9 kann ein Sperrventil 13 angeordnet sein, mit dem die Zuführung von Elektrolyt 4 zum Füllrohr 4 gesteuert werden kann.
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Das Hüllrohr 6 ist koaxial zum Füllrohr 5 angeordnet, derart, dass das Hüllrohr 6 das Füllrohr 5 umhüllt. Die Abmessungen des Hüllrohrs 6 und des Füllrohrs 5 sind auf die Einfüllöffnung 7 so abgestimmt, dass auch das Hüllrohr 6 durch die Einfüllöffnung 7 in die Zelle 2 einführbar ist, derart, dass auch das Hüllrohr 6 bis in den Elektrolytraum 8 hineinragt.
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Die Füllvorrichtung 1 kann mit einer Saugeinrichtung 14 ausgestattet sein, mit deren Hilfe ein Unterdruck erzeugt werden kann. Die Saugeinrichtung 14 ist dabei in eine Saugleitung 15 eingebunden, die an das Hüllrohr 6 so angeschlossen ist, dass mit Hilfe der Saugeinrichtung 14 eine Gasabsaugung durch das Hüllrohr 6 aus der Zelle 2 bzw. aus dem Elektrolytraum 8 durchführbar ist. Das abgesaugte Gas, das Elektrolytdampf enthalten kann, wird mit Hilfe der Saugeinrichtung 14 z. Bsp. durch ein entsprechendes Filter der Umgebung zugeführt. Bevorzugt erfolgt jedoch eine Rückführung zum Tank 11, wodurch eine Rückgewinnung der Elektrolytflüssigkeit 4 möglich ist.
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Hüllrohr 6 und Füllrohr 5 sind hinsichtlich ihrer Abmessungen zweckmäßig so aufeinander abgestimmt, dass sich radial zwischen Füllrohr 5 und Hüllrohr 6 ein ringförmiger Saugkanal 16 ausbildet, an dem die Saugeinrichtung 14 bzw. die Saugleitung 15 angeschlossen ist. In den 1 und 2 ist durch Pfeile 17 die mit Hilfe der Saugeinrichtung 14 realisierbare Gasabsaugung angedeutet und mit 17 bezeichnet.
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Gemäß 1 steht das Füllrohr 5 innerhalb der Zelle 2, also im Elektrolytraum 8, zumindest während des in 1 wiedergegebenen Einfüllvorgangs axial über das Hüllrohr 6 vor. Hierdurch kann effektiv eine Kontamination des Hüllrohrs 6 an seiner Außenseite mit Elektrolytflüssigkeit vermieden werden. Gleichzeitig sorgt die Gasabsaugung 17 dafür, dass auch Elektrolytdampf nicht mit der Außenseite des Hüllrohrs 6 in Kontakt kommt.
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Die Füllvorrichtung 1 ist zweckmäßig so ausgestaltet, dass Füllrohr 5 und Hüllrohr 6 relativ zueinander axial verstellbar sind. Entsprechende Verstellmittel sind hier jedoch nicht dargestellt. Sie können auf herkömmliche Weise realisiert sein, bspw. mittels eines entsprechenden Stellantriebs.
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Gemäß 1 kann für den Einfüllvorgang ein Einfüllzustand zwischen Füllrohr 5 und Hüllrohr 6 eingestellt werden, bei dem das Füllrohr 5 axial über das Hüllrohr 6 vorsteht und dementsprechend über das Hüllrohr 6 hinaus in den Elektrolytraum 8 hineinragt. Wie vorstehend erläutert wird durch diese Relativlage eine Kontamination der Außenseite des Hüllrohrs 6 mit Elektrolytflüssigkeit 4 vermieden.
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Gemäß 2 ist für die Relativlage zwischen Füllrohr 5 und Hüllrohr 6 auch ein Ausziehzustand einstellbar, bei dem dass Hüllrohr 6 axial über das Füllrohr 5 vorsteht, so dass beim Ausziehzustand das Hüllrohr 6 tiefer in den Elektrolytraum 8 hineinragt als das Füllrohr 5. Insbesondere ist das Füllrohr 5 hierzu vollständig in das Hüllrohr 6 zurückgezogen, so dass eine Kontaktierung des Füllrohrs 5 mit einer gefährdeten Oberfläche der Zelle 2 nicht möglich ist. Bei gesperrter Zuführleitung 9 kann dann die durch die koaxiale Anordnung des Hüllrohrs 6 und des Füllrohrs 5 gebildete Rohranordnung 18 insgesamt aus der Einfüllöffnung 7 wieder herausgezogen werden.
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Dieser Ausziehzustand gemäß 2 kann auch für das Einführen der Rohranordnung 18 in die Einfüllöffnung 7 verwendet werden, um bereits beim Einführen der Rohre 5, 6 in die Zelle 2 eine direkte Kontaktierung des Füllrohrs 5 mit einer gefährdeten Oberfläche der Zelle 2 zu vermeiden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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