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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Fahrzeugbatterien für Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge herzustellen, in welchen prismatische Batteriezellen in einem Zellstapel angeordnet sind. Die Batteriezellen haben also eine Zylinderform mit einem Polygon – beispielsweise einem Rechteck – als Grundfläche. In dem Zellstapel sind die Batteriezellen unter einem von außen auf diese einwirkenden Druck gehalten, welcher verhindert, dass sich Wände der Batteriezellen aufwölben. Dies ist einerseits für die Leistungsfähigkeit der Fahrzeugbatterie und andererseits für die Sicherheit von Bedeutung. In dem verpressten Zellstapel sorgen äußere Begrenzungswände des Stapels dafür, dass der notwendige Pressdruck aufrecht erhalten bleibt.
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Bei der Herstellung der Fahrzeugbatterie werden die gestapelten Batteriezellen mit dem gewünschten Druck beaufschlagt. Hierfür sind Anlagen bekannt, bei welchen der Druck von einer Bedienperson manuell aufgebracht wird. Dies bringt eine gewisse Gefährdung der Bedienperson mit sich, da die Batteriezellen bersten können, wenn ein zu großer Druck auf sie einwirkt. Aus einer beschädigten Batteriezelle können nämlich Inhaltsstoffe austreten, bei Lithium-Ionen-Zellen etwa in Form eines heißen Gasstroms.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Verpresseinrichtung für prismatische Batteriezellen einer Fahrzeugbatterie, sowie ein verbessertes Verfahren zum Verpressen eines Zellstapels prismatischer Batteriezellen zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verpresseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Verpresseinrichtung für prismatische Batteriezellen einer Fahrzeugbatterie weist einen Aufnahmeraum für wenigstens zwei Batteriezellen und eine Pressstempeleinrichtung auf. Die Pressstempeleinrichtung umfasst einen Pressstempel und eine Einrichtung zur Bereitstellung von Druck für den Pressstempel. Mittels der Pressstempeleinrichtung ist ein die wenigstens zwei Batteriezellen umfassender, in den Aufnahmeraum eingebrachter Zellstapel mit Druck beaufschlagbar. Durch das Vorsehen der Pressstempeleinrichtung kann der Verpressvorgang ohne den manuellen Eingriff einer Bedienperson erfolgen. Dies macht den Verpressvorgang besonders sicher, da so die Bedienperson selbst bei einer mechanischen Beschädigung einer Batteriezelle während des Verpressens keiner Gefährdung ausgesetzt ist. Die Bedienperson braucht nämlich nicht manuell den Pressstempel zu bedienen, sondern dafür sorgt die Druckbereitstellungseinrichtung. Die verbesserte Verpresseinrichtung ermöglicht somit ein besonders sicheres Verpressen des Zellstapels.
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Die Verpresseinrichtung ist insbesondere für das Verpressen von Batteriezellen einer Fahrzeugbatterie ausgelegt, es können mit dieser jedoch auch Batteriezellen für Batterien anderer Anwendungsgebiete verpresst werden.
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Vorteilhaft ist ein den Aufnahmeraum begrenzender verstellbarer Anschlag vorgesehen, mittels welchem sich wenigstens zwei unterschiedliche Größen des Aufnahmeraums einstellen lassen. Dadurch können unterschiedlich große Zellstapel mittels ein und derselben Verpresseinrichtung mit Druck beaufschlagt werden. Besonders einfach ist es, wenn der Anschlag manuell verstellbar ist.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn eine Messeinrichtung zum Messen einer Größe des Aufnahmeraums vorgesehen ist. Dadurch kann überprüft werden, ob für einen Zellstapel gewünschter Größe ein ausreichend großer Aufnahmeraum eingestellt ist, sofern der Aufnahmeraum durch den verstellbaren Anschlag begrenzt ist. Insbesondere kann so sichergestellt werden, dass die Größe des Aufnahmeraums derart eingestellt wird, dass nicht mehr als eine vorbestimmte Anzahl von Batteriezellen in den Aufnahmeraum eingebracht werden können.
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Die Messeinrichtung kann auch bei einem Aufnahmeraum mit fixer Anschlag dafür sorgen, dass vor dem Einlegen des Zellstapels in den Aufnahmeraum der Pressstempel lediglich so weit von dem Anschlag entfernt wird, dass nicht mehr als eine vorbestimmte Anzahl von Batteriezellen in dem Aufnahmeraum Platz finden. Würden nämlich versehentlich zu viele Batteriezellen in den Aufnahmeraum eingebracht und anschließend der Pressstempel mittels der Druckbereitstellungseinrichtung eine vorbestimmte Wegstrecke weit auf den Anschlag zu bewegt, so könnte bei einer zu großen Anzahl in den Aufnahmeraum eingelegter Batteriezellen eine Beschädigung derselben auftreten. Mit der Messeinrichtung kann des Weiteren überwacht werden, dass der Pressstempel sich nicht weiter als eine vorbestimmte Wegstrecke bewegt, wenn er die Batteriezellen des Zellstapels verpresst. Für das Überwachen der Bewegung des Presstempels ist die Messeinrichtung bevorzugt mit der Presstempeleinrichtung gekoppelt, etwa derart, dass die Messeinrichtung Messsignale an eine Steuerungseinrichtung der Presstempeleinrichtung übermittelt, welche die Druckbereitstellungseinrichtung ansteuert.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Messeinrichtung dazu ausgelegt sein, eine beim Verpressen des Zellstapels auf den Zellstapel aufgebrachte Kraft zu messen. Auch dadurch kann sichergestellt werden, dass die Batteriezellen keiner sie beschädigenden Druckbeaufschlagung ausgesetzt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Verpresseinrichtung eine Prüfeinrichtung, welche wenigstens ein Messelement zum Erfassen einer elektrischen Größe zumindest einer der Batteriezellen des verpressten Zellstapels aufweist. Dadurch können im verpressten Zustand der Batteriezellen diese auf ihre elektrischen Kennwerte hin überprüft werden. Sollte sich hierbei herausstellen, dass eine Batteriezelle beispielsweise eine Zellspannung aufweist, welche von einem vorgegebenen Wert zu stark abweicht, so können der Pressstempel wieder vom Zellstapel entfernt und die fehlerhafte Batteriezelle aus dem Aufnahmeraum entnommen werden.
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Bevorzugt umfasst die Prüfeinrichtung drei Messelemente je zu prüfender Batteriezelle, wobei zwei Messelemente den elektrischen Polen der zu überprüfenden Batteriezelle zugeordnet sind. Bei diesen beiden Messelementen ist es vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen ihnen einstellbar ist. Dann können sie besonders einfach und komfortabel für Batteriezellen mit unterschiedlich weit voneinander entfernten Polen genutzt werden. Das Einstellen der Entfernung zwischen den beiden Messelementen kann manuell und/oder mittels eines Stellglieds erfolgen.
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Die dritte Messzelle kann dazu herangezogen werden, die Spannungsfreiheit eines zwei benachbarte Batteriezellen elektrisch voneinander isolierenden Trennelements festzustellen. Auch kann die Intaktheit einer die jeweilige Batteriezelle umgebenden aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Material gefertigten Hülle mittels des dritten Messelements festgestellt werden. Insbesondere kann durch Verwendung dreier Messelemente die Spannungsfestigkeit bzw. der Isolationswiderstand von elektrischen Isolatoren des Zellstapels ermittelt werden.
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Die Prüfeinrichtung kann auch jeweiligen Batteriezellen zugeordnete Messelemente umfassen, welche zeitgleich in Kontakt mit wenigstens zwei Batteriezellen gebracht werden können. Wenn beispielsweise zum Überprüfen einer einzelnen Batteriezelle eine Gruppe von zwei oder drei Messelementen vorgesehen ist, so kann die Prüfeinrichtung zumindest zwei solche Gruppen aufweisen, welche dann zeitgleich hin zu den zu prüfenden Batteriezellen bewegt werden können. Es können auch drei, vier, fünf oder noch mehr den jeweiligen Batteriezellen zugeordnete Gruppen an Messelementen an der Prüfeinrichtung angeordnet sein, so dass zeitgleich entsprechend viele Batteriezellen geprüft werden können. Dadurch lässt sich ein besonders rascher Prüfvorgang selbst einer vergleichsweise großen Anzahl von Batteriezellen realisieren.
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Die Prüfeinrichtung kann einen Abstandsmesser umfassen. Mit diesem ist es möglich festzustellen, ob es durch den Verpressvorgang zu einer Verschiebung von Batteriezellen kommt, infolge welcher die Batteriezellen in dem Zellstapel voneinander verschiedene Höhenlagen aufweisen. Wird dies festgestellt, so können der Presstempel wieder vom Zellstapel entfernt, die Batteriezellen in dem Aufnahmeraum nochmals ausgerichtet und anschließend der Zellstapel erneut verpresst werden. Für die Entfernungsmessung kann insbesondere ein optisches, etwa einen Laser nutzendes, Messverfahren zum Einsatz kommen.
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Wenn gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Prüfeinrichtung wenigstens eine Kamera aufweist, so können die Batteriezellen auch optisch untersucht werden. Auch auf diese Weise kann eine etwaige Beschädigung einer Batteriezelle und/oder von Isolationsmaterial festgestellt werden, welche durch den Verpressvorgang verursacht wurde. Mittels der Kamera kann auch erfasst werden, ob zwischen zwei benachbarten Batteriezellen oder um eine Batteriezelle herum überhaupt Isolationsmaterial vorhanden ist.
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Hierbei hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die wenigstens eine Kamera zum Erfassen einer Polarität der Batteriezellen ausgebildet ist. So können fehlerhaft in dem Zellstapel angeordnete Batteriezellen erkannt werden, bevor die Pole der Batteriezellen – nach dem Verpressen des Zellstapels – seriell und/oder in Reihe elektrisch miteinander verbunden werden.
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Bevorzugt ist die Kamera zusätzlich oder alternativ zum Erfassen einer die jeweilige Batteriezelle identifizierenden Kennung ausgebildet. Eine solche Kennung – etwa in Form eines zweidimensionalen Codes, insbesondere eines Datamatrix-Codes, eines Strichcodes oder einer Seriennummer – erlaubt es festzustellen, an welcher Position im Zellstapel die jeweilige Batteriezelle verbaut wurde. Zudem kann so jede Batteriezelle eindeutig dem jeweiligen Zellstapel und der Fahrzeugbatterie zugeordnet werden.
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Wenn die Kamera zusätzlich zu dem wenigstens einen Messelement vorgesehen ist, so ist die Kamera bevorzugt zum Überprüfen einer Position des Messelements relativ zu einer Batteriezelle des Zellstapels ausgebildet. Dies erlaubt es, die Messelemente so zu steuern, dass sie die Batteriezelle bzw. Isolationsmaterial, welches sich zwischen zwei Batteriezellen befindet, an vorbestimmten Positionen kontaktieren.
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Bevorzugt umfasst die Verpresseinrichtung des Weiteren eine Führung, entlang welcher die Prüfeinrichtung in Längsrichtung des Zellstapels bewegbar ist. Dadurch kann die Prüfeinrichtung jeweils im Bereich der zu überprüfenden Batteriezelle positioniert werden, um die Überprüfung durchzuführen. Anschließend kann die Prüfeinrichtung hin zur benachbarten Batteriezelle verfahren werden. Hierbei ist vorteilhaft ein Antrieb vorgesehen, damit die Prüfeinrichtung automatisch entlang der Führung bewegt werden kann.
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Wenn die Prüfeinrichtung zusätzlich oder alternativ quer zu der Längsrichtung des Zellstapels bewegbar ist, so kann sie auch in dieser Richtung wie gewünscht relativ zu der zu überprüfenden Batteriezelle positioniert werden. Insbesondere wenn die Prüfeinrichtung lediglich in die Längsrichtung des Zellstapels bewegbar ist, kann der Zellstapel durch Verschieben desselben quer zu seiner Längsrichtung im Aufnahmeraum ausgerichtet werden, so dass mittels der Prüfeinrichtung alle Bereiche des Zellstapels besonders gut erreichbar sind.
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Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die Verpresseinrichtung ein den Aufnahmeraum begrenzendes L-förmiges Profilteil umfasst, durch welches eine Aufstandsfläche für die Batteriezellen und eine Seitenwand des Zellstapels bereitgestellt ist. Durch diese Art der Gestaltung des Profilteils kann es für Batteriezellen unterschiedlicher Größe genutzt werden. Zudem sind durch die L-Form zwei Anschläge bereitgestellt, welche ein einfaches, bündiges Ausrichten der Batteriezellen in dem Aufnahmeraum ermöglichen.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, zwei mit dem Profilteil verbindbare Endplatten vorzusehen, mittels welcher sich der auf den Zellstapel aufgebrachte Druck bei von dem Zellstapel entferntem Pressstempel aufrechterhalten lässt. Dadurch kann der mit dem Pressdruck beaufschlagte Zellstapel für die weitere Verarbeitung aus der Verpresseinrichtung entnommen werden, ohne dass hierbei der die Batteriezellen am Aufbauchen hindernde Pressdruck nachlässt.
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Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Verpresseinrichtung wenigstens ein bewegbares Begrenzungselement umfasst, mittels welchem sich die in den Aufnahmeraum eingebrachten Batteriezellen ausrichten lassen. Ein solches Begrenzungselement kann seitlich des Aufnahmeraums angeordnete Klappe ausgebildet sein, welche durch ein Hochklappen mit den Batteriezellen des Zellstapels in Anlage gebracht werden kann. Es kann jedoch auch als bewegbares Begrenzungselement ein Schieber vorgesehen sein, um die Batteriezellen im Aufnahmeraum bündig auszurichten. Wenn das Begrenzungselement während des Verpressvorgangs in Anlage mit dem Zellstapel verbleibt, so verhindert es eine Lageänderung der Batteriezellen während des Verpressens. Hierbei kann durch das wenigstens eine Begrenzungselement insbesondere ein Ausweichen der Batteriezellen zu einer Seite des Zellstapels hin und/oder in dessen Hochrichtung verhindert werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Beaufschlagen eines wenigstens zwei prismatische Batteriezellen für eine Fahrzeugbatterie umfassenden Zellstapels mit Druck wird eine erfindungsgemäße Verpresseinrichtung eingesetzt.
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Die für die erfindungsgemäße Verpresseinrichtung beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine Verpresseinrichtung für prismatische Lithium-Ionen-Batteriezellen vor dem Einlegen der Batteriezellen in einen Aufnahmeraum der Verpresseinrichtung;
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2 die Verpresseinrichtung gemäß 1 mit einem Zellstapel, welcher die mit einem Pressdruck beaufschlagten Batteriezellen umfasst;
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3 eine vergrößerte, rückwärtige Ansicht eines Ausschnitts der Verpresseinrichtung, welche einen Prüfschlitten zum Prüfen der verpressten Batteriezellen aufweist;
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4 den Prüfschlitten in einer Ruheposition, welche dieser vor und nach dem Prüfen der Batteriezellen einnimmt; und
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5 den an einer Führungsschiene geführten Prüfschlitten beim Prüfen von Batteriezellen des Zellstapels.
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Eine in 1 gezeigte Verpresseinrichtung 10 dient dem Verpressen von prismatischen Batteriezellen 12 für eine Lithium-Ionen-Fahrzeugbatterie, welche einen Zellstapel 14 bilden (vgl. 2). In dem Zellstapel 14 liegen die Batteriezellen 12 in einem verpressten Zustand vor, welcher verhindert, dass sich die Wände der Batteriezellen 12 aufwölben. Dies ist sowohl im Hinblick auf die Leistungsfähigkeit der Batteriezellen 12 als auch aus Gründen der Sicherheit beim Betrieb der Fahrzeugbatterie von Bedeutung.
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Die Verpresseinrichtung 10 umfasst eine Grundplatte 16, an welcher ein manuell verstellbarer Anschlag 18 angeordnet ist Der Anschlag 18 begrenzt einen Aufnahmeraum 20 zu einer Seite hin. An der in Längsrichtung des Zellstapels 14 gesehen dem Anschlag 18 gegenüberliegenden Seite des Aufnahmeraums 20 ist eine Pressstempeleinrichtung 22 vorgesehen. Die Pressstempeleinrichtung 22 umfasst einen Pressstempel 24, welcher mittels eines Druckzylinders 26 aus seiner in 1 gezeigten Ruheposition heraus auf den Anschlag 18 zu bewegbar ist. Beim Bewegen des Pressstempels 24 hin zu dem Anschlag 18 wird der sich in dem Aufnahmeraum 20 befindende Zellstapel 14 mit einem Pressdruck beaufschlagt, welcher dafür sorgt, dass sich die Batteriezellen 12 nicht aufwölben können.
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Bevor eine gewünschte Anzahl von Batteriezellen 12 in den Aufnahmeraum 20 eingelegt wird, wird der Anschlag 18 so eingestellt, dass in dem Aufnahmeraum 20 – also zwischen dem verstellbaren Anschlag 18 und dem Pressstempel 24 – lediglich die gewünschte Anzahl der Batteriezellen Platz findet. Dies verhindert, dass versehentlich zu viele Batteriezellen 12 in den Aufnahmeraum 20 eingelegt werden können. Das korrekte Einstellen des verstellbaren Anschlags 18 wird mit einer Entfernungsmesseinrichtung überprüft. Anschließend werden die Batteriezellen 12 in den Aufnahmeraum 20 eingelegt, wobei ein den Aufnahmeraum 20 nach unten und zu einer Seite hin begrenzendes L-förmiges Profilteil 28 als Anschlag für die Batteriezellen 12 dient.
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Zum bündigen Ausrichten der Batteriezellen 12 in dem Aufnahmeraum 20 kann ein Seitenteil 29 der Grundplatte 16 hochgeklappt werden. Der Zellstapel 14 ist nach dem Hochklappen des Seitenteils 29 zu zwei Seiten hin von dem L-förmigen Profilteil 28 einerseits und von dem Seitenteil 29 andererseits eingefasst und beim Verpressen zu zwei weiteren Seiten hin von dem verstellbaren Anschlag 18 und dem Presstempel 24 eingefasst. Das Seitenteil 29 verhindert im Zusammenwirken mit den übrigen Begrenzungen des Aufnahmeraums 20, dass sich Batteriezellen 12 beim Verpressen zur Seite hin aus dem Zellstapel 14 herausbewegen können. Zusätzlich kann ein (nicht gezeigter) bewegbarer Niederhalter als weiteres Begrenzungselement dafür sorgen, dass die Batteriezellen 12 beim Verpressen nicht nach oben hin ausweichen können.
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Der Pressstempel 24 fährt soweit auf, dass in dem Aufnahmeraum 20 nicht mehr als die vorgegebene Anzahl an Batteriezellen 12 Platz findet. Auch dies wird mit der Entfernungsmesseinrichtung überwacht, welche hierfür mit einem zum Ansteuern der Pressstempeleinrichtung 22 ausgebildeten Steuergerät gekoppelt ist.
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Nach dem Einlegen der Batteriezellen 12 in den Aufnahmeraum 20 wird eine Klappe 30 einer die Grundplatte 16 umschließenden Haube 32 der Verpresseinrichtung 10 geschlossen. Die Haube 32 und die Klappe 30 sind vorliegend bereichsweise durchsichtig ausgebildet, so dass der anschließende Verpressvorgang beobachtet werden kann. Das Verschließen der Haube 32 durch Schließen der Klappe 30 bewirkt, dass ein Sicherheitsstromkreis geschlossen wird. Nur bei geschlossenem Sicherheitsstromkreis kann der Druckzylinder 26 den Pressstempel 24 hin zum Anschlag 18 bewegen. Innerhalb der Haube 32 können Sensoren vorgesehen sein, mittels welchen ein Austreten eines Fluids aus einer beim Verpressen beschädigten Batteriezelle 12 erfassbar ist. Zusätzlich oder alternativ können die Sensoren zum Erfassen eines Brennens einer Batteriezelle 12 ausgebildet sein. Als Sensor kann beispielsweise eine Wärmebildkamera vorgesehen sein. Wird ein Störfall wie ein Brand oder das Austreten des Fluids festgestellt, so kann eine Absaugeinrichtung aus dem von der Haube 32 umschlossenen Raum Medium absaugen. An einen im Bereich der Haube 32 der Verpresseinrichtung 10 angeordneten Einlass 33 kann hierfür eine Leitung der (im Übrigen nicht näher gezeigten) Absaugeinrichtung angeschlossen werden.
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Eine Wegmesseinrichtung misst die vom Pressstempel 24 beim Verpressen des Zellstapels 14 zurückgelegte Wegstrecke. Eine Kraftmesseinrichtung misst die beim Verpressen des Zellstapels 14 auf diesen aufgebrachte Kraft. So kann beispielsweise sichergestellt werden, dass die Kraft beim Verpressen mehrere kN nicht übersteigt.
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Während der Pressstempel 24 die Batteriezellen 12 zusammenpresst, wird der Zellstapel 14 mit einer Seitenwand 34 versehen, etwa durch Verschrauben der Seitenwand 34 mit Endplatten 35, 36 des Zellstapels 14 (vgl. 3 und 4). Zusätzlich oder alternativ können die Seitenwand 34 und die Endplatten 35, 36 über eine Nut-Feder-Verbindung aneinander festgelegt werden.
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2 zeigt den fertig verpressten Zellstapel 14, welcher sich noch in dem Aufnahmeraum 20 befindet, wobei jedoch der Pressstempel 24 bereits wieder in seine in 1 gezeigte Ruheposition verfahren ist und nicht mehr an dem Zellstapel 14 anliegt.
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In 3 ist ein Schließteil 38 gezeigt, welches das L-förmige Profilteil 28 mit der auf Seiten des Pressstempels 24 angeordneten ersten Endplatte 35 des Zellstapels 14 koppelt, sobald der Zellstapel 14 verpresst ist. Das Schließteil 38 kann hierfür mit dem L-förmigen Profilteil 28 und mit der Endplatte 35 verschraubt werden. Die auf Seiten des verstellbaren Anschlags 18 angeordnete zweite Endplatte 36 weist Zungen 40 auf, welche in eine korrespondierende Ausnehmung in dem L-förmigen Profilteil 28 eingeführt sind, um das Profilteil 28 und die Endplatte 36 aneinander zu befestigen.
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In 3 ist des Weiteren ein Prüfschlitten 42 der Verpresseinrichtung 10 gezeigt, welcher entlang einer Führung 44 verschiebbar ist (vgl. 5). Der Prüfschlitten 42 dient dazu, am verpressten Zellstapel 14 Messungen vorzunehmen und diesen zu inspizieren.
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In 4 ist der Prüfschlitten 42 in seiner Ruheposition gezeigt, in welcher er oberhalb des Druckzylinders 26 angeordnet ist. Von hier aus ist der Prüfschlitten 42 mittels eines elektrischen Antriebs in Längsrichtung L des Zellstapels 14 verschiebbar.
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Der Prüfschlitten 42 umfasst drei Messspitzen 46, 48, 50 zur Spannungsmessung. Der Prüfschlitten 42 wird zur Erfassung der Spannung einer jeweiligen Batteriezelle 12 so verfahren, dass die beiden auf gleicher Höhe angeordneten Messspitzen 46, 48 die elektrischen Pole der jeweiligen Batteriezelle 12 kontaktieren können, indem die Messspitzen 46, 48 abgesenkt werden. Ein Abstand zwischen den beiden den Polen der jeweiligen Batteriezelle 12 zugeordneten Messspitzen 46,48 ist bevorzugt einstellbar.
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Die Pole der jeweiligen Batteriezelle 12 können zum Schutz vor einer Berührung durch eine Bedienperson mit einer Tülle 52 aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Material versehen sein (vgl. 5). Damit die Messspitzen 46, 48 präzise durch die Tüllen 52 hindurch zu den Polen der Batteriezelle 12 geführt werden können, ist an dem Prüfschlitten 42 eine Kamera 54 vorgesehen. Die Kamera 54 ermöglicht ein automatisiertes Nachführen der Messspitzen 46, 48 um sicherzustellen, dass sich die Messspitzen 46, 48 beim Absenken genau über den Tüllen 52 befinden.
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Über die dritte Messspitze 50 kann festgestellt werden, ob zwischen einem jeweiligen Pol der Batteriezelle 12 und einem zwei Batteriezellen 12 elektrisch voneinander isolierenden Separator Spannungsfreiheit besteht oder nicht. Zudem kann die Spannungsfestigkeit bzw. der Isolationswiderstand der Batteriezellen 12 bestimmt werden, etwa indem die dritte Messspitze 50 mit einer hohen Spannung beaufschlagt wird. Dies erfolgt vorliegend im verpressten Zustand des Zellstapels 14, sodass überprüft werden kann, ob durch das Verpressen die elektrische Isolierung einer Batteriezelle 12 und/oder der zwischen zwei Batteriezellen 12 angeordnete Separator beschädigt wurde. Eine solche Beschädigung ist darüber hinaus mittels der Kamera 54 erfassbar.
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Die dritte Messspitze 50 ist relativ zu den beiden anderen Messspitzen 46, 48 in die Längsrichtung L des Zellstapels 14 bewegbar. Hierbei wird mittels der Kamera 54 die jeweilige Position der Messspitzen 46, 48, 50 erfasst, sodass die Messergebnisse der sequenziell erfolgenden Messungen eindeutig der jeweiligen Position der Messspitzen 46, 48, 50 zugeordnet werden können.
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Vorliegend wird eine Gruppe von drei Messspitzen 46, 48, 50 von einer Batteriezelle 12 zur nächsten bewegt, die elektrischen Größen der Batteriezellen 12 werden also sequenziell erfasst. Es kann an dem Prüfschlitten 42 jedoch auch eine Mehrzahl solcher jeweils drei Messspitzen 46, 48, 50 umfassenden Gruppen angeordnet sein, welche dann zeitgleich zu einer entsprechenden Mehrzahl von Batteriezellen 12 hin bewegt werden. Dann lassen sich die elektrischen Größen mehrerer Batteriezellen 12 parallel, also gleichzeitig messen, und der Prüfvorgang kann besonders rasch durchgeführt werden.
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Die Kamera 54 erfasst auch, ob die Batteriezellen 12 so in dem Aufnahmeraum 20 der Verpresseinrichtung 10 angeordnet wurden, wie es von der Polarität der Batteriezellen 12 in dem Zellstapel 14 her vorgesehen ist. Außerdem erfasst die Kamera 54 einen Datamatrix-Code, einen Barcode oder eine Seriennummer der jeweiligen Batteriezelle 12, sodass die Position jeder einzelnen Batteriezelle 12 in dem Zellstapel 14 bekannt ist.
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Zusätzlich oder alternativ zu den Messspitzen 46, 48, 50 und der Kamera 54 können an dem Prüfschlitten 42 weitere Geräte, insbesondere Messgeräte, angeordnet sein. Beispielsweise kann über einen Abstandsmesser, insbesondere mittels Laser, erfasst werden, ob die Position einer oder mehrerer Batteriezellen 12 aufgrund des Verpressens von einer Sollposition in Hochrichtung des Zellstapels 14 abweicht und etwa eine Batteriezelle 12 nach oben über benachbarte Batteriezellen 12 übersteht. Auch kann eine Beleuchtungseinrichtung an dem Prüfschlitten 42 angeordnet sein, um den jeweils von der Kamera 54 erfassbaren Bereich des Zellstapels 14 ausleuchten zu können. Hierbei kann insbesondere eine Infrarotlampe vorgesehen sein, wenn die Kamera 54 für Infrarotlicht empfindlich ist, da so Einflüsse des Umgebungslichts besonders weitgehend eliminiert werden können.
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Die Messergebnisse der Spannungsmessung sowie Datenwerte, welche die Polarität und die Position der einzelnen Batteriezellen 12 angeben, werden für die jeweilige Fahrzeugbatterie spezifisch in einer Datenbank abgespeichert, sodass diese Ergebnisse später jederzeit abrufbar sind. Zudem können die nach dem Verpressen gewonnenen Messergebnisse mit Messergebnissen verglichen werden, welche vor dem Verpressvorgang erhalten wurden.
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Über einen Monitor 56 wird der Verpressvorgang überwacht, und es können auf diesem die von der Kamera 54 erfassten Bilder sowie die bei der Spannungsmessung der Batteriezellen 12 erhaltenen Messergebnisse dargestellt werden.
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Wenn das Überprüfen des verpressten Zellstapels 14 ergibt, dass die Batteriezellen 12 in Ordnung und korrekt angeordnet sind, wird vor dem Auffahren des Pressstempels 24 die Seitenplatte 34 an den Batteriezellen 12 und den Endplatten 35, 36 befestigt. Ist jedoch eine der Batteriezellen 12 fehlerhaft oder ist eine Isolation beschädigt, so können die entsprechenden Batteriezellen 12 und/oder der entsprechende Separator aus dem Zellstapel 14 entnommen werden, sobald der Pressstempel 24 keinen Druck mehr auf den Zellstapel 14 ausübt. Die fehlerhaften Komponenten werden dann ausgetauscht und der Zellstapel 14 wird erneut verpresst.
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Nach dem Anbringen der Seitenwand 34 wird dann der verpresste Zellstapel 14 aus dem Aufnahmeraum 20 der Verpresseinrichtung 10 entnommen. Das L-formige Profilteil 28 kann wiederverwendbar ausgebildet sein und dann für unterschiedliche Zellstapel 14 eingesetzt werden. Beispielsweise kann nach dem Entnehmen des verpressten Zellstapels 14 aus der Verpresseinrichtung 10 das L-förmige Profilteil 28 abgenommen und durch eine Kühlplatte für den Zellstapel 14 ersetzt werden. Eine solche Kühlplatte dient im Betrieb der Fahrzeugbatterie dem Abführen von Wärme von den Batteriezellen 12.
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5 zeigt den entlang der Führung 44 sich bewegenden Prüfschlitten 42, wobei der Zellstapel 14 von der Kamera 54 erfasst wird, so dass die Messspitzen 46, 48, 50 korrekt positioniert werden können. Anschließend werden die Messspitzen 46, 48, 50 abgesenkt und so in Kontakt mit den Polen bzw. der Isolierung der Batteriezellen 12 gebracht.
