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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Energiespeicheranordnung, umfassend mehrere gegeneinander verspannte, nebeneinander angeordnete, jeweils ein Gehäuse aufweisende Energiespeicher.
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Bekanntermaßen werden Energiespeicher respektive Energiespeicherzellen bzw. Energiespeicher respektive Energiespeicherzellen aufnehmende Gehäuse im Rahmen des Zusammenbaus einer mehrere entsprechende Energiespeicher aufweisenden Energiespeicheranordnung typischerweise, z. B. in Reihen, nebeneinander angeordnet und mechanisch gegeneinander verspannt, d. h. unter einem bestimmen Pressdruck angeordnet und in einer Aufnahmevorrichtung gegeneinander verspannt gelagert. Dies gilt insbesondere für prismatische, d. h. quaderförmige Energiespeicher.
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So ist beispielsweise in der Druckschrift
DE 10 2010 013 002 A1 eine Batterie offenbart, bei der eine als Zuganker ausgebildete Spanneinrichtungen einen Zellenstapel gleichzeitig zusammenpresst und zudem in einem Batteriegehäuse festhält.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2009 016 573 A1 ist ein Verfahren zum Zusammenbau einer Batterie bekannt. Hierbei ist vorgesehen, dass eine Batteriepaket-Baugruppe umfassend zwei Batteriezellen sowie ein dazwischen schichtartig angeordnetes Federelement zusammengepresst wird, sodass die Batteriepaket-Baugruppe in den Raum zwischen zwei Kühlplatten geschoben werden kann. Hiernach ist vorgesehen, dass eine Montagespanneinrichtung, die das Zusammenpressen der Batteriepaket-Baugruppe bewirkt, gelöst wird, womit sich das Federelement ausdehnt und die Batteriezellen gegen die Kühlplatten drückt.
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Die Druckschrift
DE 10 2011 112 535 A1 offenbart eine Verpresseinrichtung für prismatische Batteriezellen, bei der ein Zellstapel zunächst über eine Pressstempeleinrichtung verpresst wird. Vor der Entnahme des Zellstapels aus der Verpresseinrichtung ist vorgesehen, dass Endplatten des Zellstapels mit einer Seitenwand verschraubt werden.
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Dabei ist es häufig problematisch, entsprechende gegeneinander verspannte Energiespeicher nach Außen abzudichten, um diese vor äußeren, insbesondere korrosiven, Einflüssen, wie sie z. B. bedingt durch korrosive Umgebungen auftreten können, zu schützen.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer entsprechenden Energiespeicheranordnung anzugeben, mit dem sich eine gut nach Außen abdichtbare bzw. abgedichtete Energiespeicheranordnung herstellen lässt.
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Das Problem wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird demnach im Rahmen der Herstellung einer mehrere gegeneinander verspannte Energiespeicher umfassenden Energiespeicheranordnung eine besonders gestaltete Aufnahmevorrichtung verwendet, welche eine gute Abdichtung der in diese in einem gegeneinander verspannten Zustand eingesetzten Energiespeicher ermöglicht. Dies ergibt sich durch den nur zu einer Seite hin offenen Aufnahmeraum der Aufnahmevorrichtung. Die Aufnahmevorrichtung weist also nur eine eine Zugangsmöglichkeit in den Aufnahmeraum ermöglichende Öffnung auf und ist sonst allseitig geschlossen und somit nach Außen abgedichtet. Über die Öffnung können die gegeneinander verspannten Energiespeicher in den Aufnahmeraum eingeführt werden. Die in den Aufnahmeraum eingesetzten gegeneinander verspannten Energiespeicher sind durch die verspannungsbedingt auftretenden Querkräfte stabil, d. h. insbesondere unverlierbar, in dem Aufnahmeraum angeordnet. Nach dem Einbringen der gegeneinander verspannten Energiespeicher in den hierfür vorgesehenen Aufnahmebereich der Aufnahmevorrichtung kann diese mit den darin aufgenommenen, gegeneinander verspannten Energiespeichern in einer bestimmten, über die aus den gegeneinander verspannten Energiespeichern gebildete Energiespeicheranordnung mit Energie zu versorgenden Anwendung installiert werden.
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Die Abmessungen des Aufnahmeraums wie auch die Abmessungen der eine Zugangsmöglichkeit in den Aufnahmeraum schaffenden Öffnung sind an die Abmessungen der gegeneinander verspannten Energiespeicher angepasst. Die Abmessungen des Aufnahmeraums sind dabei insbesondere derart gewählt, dass eine gegebene Anzahl bzw. Anordnung an gegeneinander verspannten, zu einer Energiespeicheranordnung zusammengefassten Energiespeichern vollständig in den Aufnahmeraum einsetzbar bzw. einpressbar sind.
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Es ist jedoch auch denkbar, dass die Abmessungen der gegeneinander verspannten Energiespeicher im Vergleich zu den Abmessungen des Aufnahmeraums ein gewisses, geringfügiges Übermaß aufweisen, so dass die Aufnahmevorrichtung bedingt durch den Unterschied zwischen den Abmessungen des Aufnahmeraums und den Abmessungen der gegeneinander verspannten Energiespeicher zusätzlich eine bestimmte Spann-, Press-, Klemm- oder allgemein Haltekraft auf die gegeneinander verspannten, in dem Aufnahmeraum befindlichen Energiespeicher ausübt. In diesem Fall kann es erforderlich sein, die gegeneinander verspannten Energiespeicher in den Aufnahmeraum der Aufnahmevorrichtung einzupressen.
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Die Gestalt des Aufnahmeraums ist an die Gestalt der gegeneinander verspannten Energiespeicher entsprechend angepasst. Regelmäßig weisen die gegeneinander verspannten Energiespeicher eine Quaderform auf, so dass auch der Aufnahmeraum regelmäßig quaderförmig ist. Demnach kann die Aufnahmevorrichtung eine trogartige Gestalt aufweisen. Insbesondere umfasst die Aufnahmevorrichtung eine, insbesondere rechteckige, Bodenplatte mit davon vertikal oder im Wesentlichen vertikal abragenden Wandungen. Die Bodenplatte und die Wandungen begrenzen den Aufnahmeraum der Aufnahmevorrichtung.
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Wie erwähnt, weisen die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer entsprechenden Energiespeicheranordnung verwendeten Energiespeicher jeweils ein eigenes Gehäuse auf, d. h. die die jeweiligen Energiespeicher bildenden Energiespeicherzellen sind in eigenen, den Energiespeichern jeweils zugehörigen Gehäusen aufgenommen. Wenn im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung von einem Energiespeicher die Rede ist, ist stets ein in einem eigenen Gehäuse aufgenommener Energiespeicher gemeint. Die Energiespeicher können Lithiumzellen umfassen und sonach als Lithium-Energiespeicher oder Lithium-Batterien bezeichnet werden. Zwischen den einzelnen Energiespeichern können, z. B. aus Kunststoff gebildete, Isolationselemente angeordnet sein, welche eine thermische und/oder elektrische Isolation der einzelnen Energiespeicher gegeneinander ermöglichen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann vollautomatisch ausgeführt werden. Insbesondere ist dann eine entsprechende Steuereinrichtung vorgesehen, die die einzelnen Verfahrensschritte steuert und überwacht. Denkbar ist es jedoch auch, dass erfindungsgemäße Verfahren manuell auszuführen.
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Zweckmäßig wird der Aufnahmeraum nach dem Einsetzen der gegeneinander verspannten Energiespeicher mittels eines Abdeckelements verschlossen. Das Abdeckelement, welches gemeinhin als den Aufnahmeraum abdeckender Deckel verstanden werden kann, dichtet sonach die in dem Aufnahmeraum innerhalb der Aufnahmevorrichtung befindlichen gegeneinander verspannten Energiespeicher vollständig nach Außen ab, so dass diese vor sämtlichen äußeren, insbesondere korrosiv wirkenden, Einflüssen geschützt sind. Dadurch, dass zu einer vollständigen Abdichtung der in den Aufnahmeraum eingesetzten, gegeneinander verspannten Energiespeicher nur ein Abdeckelement vorgesehen ist, ist eine vollständige Abdichtung der Energiespeicher besonders einfach und schnell möglich. Das Abdeckelement kann lösbar oder unlösbar mit der Aufnahmevorrichtung verbunden sein. Als mögliche An- bzw. Verbindungsmöglichkeit des Abdeckelements an bzw. mit der Aufnahmevorrichtung sind kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssigen Fügearten denkbar. Lediglich beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf Bördeln, Verschrauben, Verkleben, Verlöten, Verschweißen oder Vernieten verwiesen.
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Es wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise eine als Tiefziehteil ausgebildete Aufnahmevorrichtung verwendet. Tiefziehteile sind einfach und schnell mit hoher Präzision herstellbar. Daneben lassen sich über Tiefziehen unterschiedliche Geometrien darstellen, so dass ein hoher gestalterischer Freiheitsgrad im Hinblick auf die Geometrie der Aufnahmevorrichtung sowie des Aufnahmebereichs herstellen lässt. Tiefziehteile werden üblicherweise aus metallischen Blechen und somit ebenso einem vergleichsweise kostengünstigen Material gefertigt. Tiefziehteile sind insbesondere einstückig ausgebildet und deshalb besonders dicht. Die Aufnahmevorrichtung kann beispielsweise aus einem tiefziehbaren Stahl (Tiefziehstahl) gebildet sein.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung gemäß des Patentanspruchs 4.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet.
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Grundsätzlich gelten bezüglich der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere bezüglich der von dieser umfassten Aufnahmevorrichtung samt dem von dieser begrenzten Aufnahmeraum, sämtliche Anmerkungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens analog.
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Die Pressvorrichtung dient dazu eine bestimmte Anordnung mehrerer, insbesondere prismatischer, d. h. quaderförmiger Energiespeicher in einen gegeneinander verspannten bzw. verpressten Zustand zu bringen. Hierfür bringt die Pressvorrichtung eine Presskraft auf die Energiespeicher auf, über welche die Energiespeicher gegeneinander verspannt bzw. miteinander verpresst werden. Die Energiespeicher können über die Pressvorrichtung mit einer bestimmten Presskraft gegen ein lagefestes Gegenlager gepresst werden.
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Beispielsweise umfasst die Pressvorrichtung ein über ein Antriebsmittel bewegbares Presselement im Sinne eines Presstempels, welches seitlich gegen die nebeneinander angeordneten Energiespeicher bewegbar ist, um diese gegeneinander zu verspannen bzw. zu verpressen.
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Das Antriebsmittel kann als ein wenigstens eine Antriebsspindel aufweisender Spindelantrieb ausgebildet sein. Spindelantriebe sind hinsichtlich Steuerung und Kraftaufbringung vorteilhaft sowie besonders zuverlässig.
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Die Handhabungsvorrichtung ist zum Einsetzen der gegeneinander verspannten Energiespeicher in eine Aufnahmevorrichtung ausgebildet. Der gegeneinander verspannte Zustand der Energiespeicher bleibt selbstverständlich während des Einsetzens in die Aufnahmevorrichtung aufrecht erhalten. Hierzu können z. B. separate, die gegeneinander verspannten Energiespeicher umgebende Spannmittel erforderlich sein. Denkbar ist es auch, wenn die Handhabungsvorrichtung eine entsprechende, den gegeneinander verspannten Zustand der Energiespeicher aufrecht erhaltende Haltekraft aufbringen kann.
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Insofern kann es in Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zweckmäßig sein, wenn die Handhabungsvorrichtung eine (weitere) Pressvorrichtung zur Ausübung einer die Verspannung der gegeneinander verspannten Energiespeicher haltenden Haltekraft umfasst.
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Die einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung bildende Aufnahmevorrichtung ist deshalb besonders vorteilhaft, da sie eine gute Abdichtung der in diese eingesetzten gegeneinander verspannten Energiespeicher und somit einen guten Schutz vor äußeren, insbesondere korrosiven, Einflüssen ermöglicht. Die Aufnahmevorrichtung, welche zweckmäßig als Tiefziehteil und somit einstückig ausgebildet ist, umschließt die in den Aufnahmeraum eingesetzten gegeneinander verspannten Energiespeicher mit Ausnahme eines der Öffnung in den Aufnahmeraum entsprechenden Bereichs. Um die Energiespeicher vollständig abzudichten ist lediglich ein die Öffnung des Aufnahmeraums verschließendes Abdeckelement aufzusetzen bzw. mit der Aufnahmevorrichtung lösbar oder unlösbar zu verbinden.
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Die Aufnahmevorrichtung kann, sofern in deren Aufnahmeraum gegeneinander verspannte Energiespeicher eingesetzt sind, aus der Vorrichtung entnommen werden. Es ist dann eine neue Aufnahmevorrichtung in die Vorrichtung einzusetzen, in welche wiederum gegeneinander verspannte Energiespeicher einzusetzen sind. Die jeweiligen Aufnahmevorrichtungen respektive die von diesen begrenzten Aufnahmeräume können in Abhängigkeit der Gestalt der in diese einzusetzenden, gegeneinander verspannten Energiespeicher unterschiedlich dimensioniert sein. Beispielsweise kann ein Aufnahmeraum einer ersten Aufnahmevorrichtung eine quadratische Grundform und ein Aufnahmeraum einer zweiten Aufnahmevorrichtung eine rechteckige Grundform aufweisen.
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Wie erwähnt, ist die Aufnahmevorrichtung vorteilhaft als Tiefziehteil ausgebildet. Tiefziehteile sind einfach und schnell mit hoher Präzisionsgenauigkeit herstellbar. Daneben können Tiefziehteile in unterschiedlichen Geometrien realisiert werden, so dass ein hoher gestalterischer Freiheitsgrad im Hinblick auf mögliche Geometrien der Aufnahmevorrichtung sowie des Aufnahmebereichs gegeben ist. Tiefziehteile werden üblicherweise aus metallischen Blechen und somit einem vergleichsweise kostengünstigen Material gefertigt. Die Aufnahmevorrichtung kann z. B. aus einem tiefziehbaren Stahl (Tiefziehstahl) gebildet sein.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 - 3 jeweils eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
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Die 1 -3 zeigen jeweils eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Anhand der 1 - 3 werden sowohl das erfindungsgemäße Verfahren als auch eine zu dessen Durchführung ausgebildete Vorrichtung 1 erläutert.
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Die Vorrichtung 1 ist zur Herstellung einer Energiespeicheranordnung 2, umfassend mehrere gegeneinander verspannte, nebeneinander angeordnete, jeweils ein Gehäuse 3 aufweisende Energiespeicher 4 ausgebildet. Bei den Energiespeichern 4 handelt es sich beispielsweise um wiederaufladbare Lithium-Energiespeicher bzw. Lithium-Batterien. Ersichtlich sind zwischen den einzelnen, die Energiespeicheranordnung 2 bildenden Energiespeichern 4 bzw. den diese jeweils aufnehmenden Gehäusen 3 Isolationselemente 5 aus einem Kunststoffmaterial angeordnet, welche eine thermische wie auch elektrische Isolation der Energiespeicher 4 gegeneinander ermöglicht.
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Der Vorrichtung 1 ist eine Pressvorrichtung 6 zugehörig. Die Pressvorrichtung 6 umfasst ein über ein Antriebsmittel 7 bewegbares Presselement 8 in Form eines Presstempels, welches um einen definierten Weg axial bzw. seitlich gegen die nebeneinander angeordneten Energiespeicher 4 bewegbar ist (vgl. Pfeil 9), wobei eine die Energiespeicher 4 gegeneinander verspannende horizontal wirkende Presskraft aufgebaut wird, da die Energiespeicher 4 an der der Pressvorrichtung 6 respektive dem dieser zugehörigen Antriebsmittel 7 gegenüber liegenden Seite gegen ein lagefestes Gegenlager 10 gepresst werden. Das im Wesentlichen senkrecht verlaufende, plattenförmige Presselement 8 ist über eine Spindel 11 mit dem Antriebsmittel 7 verbunden. Das Antriebsmittel 7 ist demnach als Spindelantrieb zu erachten.
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Im gegeneinander verspannten bzw. verpressten Zustand der Energiespeicher 4 sind diese fluchtend mit der Öffnung einer trogförmigen Aufnahmevorrichtung 12 angeordnet bzw. werden gegebenenfalls entsprechend positioniert bzw. ausgerichtet (vgl. 2). Die gegeneinander verspannten Energiespeicher 4 werden demnach unmittelbar oberhalb eines von den Wandungen der Aufnahmevorrichtung 12 begrenzten, quaderförmigen und in seinen Abmessungen an die Abmessungen der gegeneinander verspannten Energiespeicher 4 angepassten Aufnahmeraums 13 angeordnet. Die Form und das Volumen des Aufnahmeraums 13 entsprechen der Form und dem Volumen der gegeneinander verspannten Energiespeicher 4, d. h. der Energiespeicheranordnung 2. Die Aufnahmevorrichtung 12 ist ein Tiefziehteil, das z. B. aus einem tiefziehbaren Stahl (Tiefziehstahl) gebildet ist.
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Über eine einer Handhabungsvorrichtung 14 zugeordnete Druckplatte 15 wird eine vertikal wirkende Kraft auf die gegeneinander verspannten Energiespeicher 4 ausgeübt, so dass diese aus der Pressvorrichtung 6, d. h. ihrer Lage zwischen dem Gegenlager 10 und dem Presselement 8 vertikal nach unten in den Aufnahmeraum 13 der Aufnahmevorrichtung 12 eingesetzt werden (vgl. Pfeil 16).
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Die Handhabungsvorrichtung 14 kann, um die gegeneinander verspannten Energiespeicher 4 aus der Pressvorrichtung 6 in den Aufnahmeraum 13 der Aufnahmevorrichtung 12 einzusetzen, eine eine vertikal wirkende Presskraft ausbildende Pressvorrichtung (nicht gezeigt) umfassen, so dass die gegeneinander verspannten Energiespeicher 4 über die mit der Presskraft beaufschlagte Druckplatte 15 aus der Pressvorrichtung 6 in den Aufnahmeraum 13 der Aufnahmevorrichtung 12 gepresst werden können.
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Die in den Aufnahmeraum 13 der Aufnahmevorrichtung 12 eingesetzten Energiespeicher 4 sind dort aufgrund der bedingt durch deren Verspannung wirkenden Querkräfte stabil angeordnet (vgl. 3). Über ein die Öffnung der Aufnahmevorrichtung 12 abdeckendes und den Aufnahmeraum 13 somit verschließendes Abdeckelement 17 sind die innerhalb des Aufnahmeraums 12 gegeneinander verspannt angeordneten Energiespeicher 4 vollständig nach Außen abgedichtet und so vor äußeren, insbesondere korrosiven, Einflüssen geschützt.
