DE102013205574A1

DE102013205574A1 - Handhabung grossformatiger zellen zum schnellen zusammenbau

Info

Publication number: DE102013205574A1
Application number: DE102013205574A
Authority: DE
Inventors: Raymond D. Turner III.
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: US20130255068A1; CN103384015A; US9048462B2; CN103384015B; DE102013205574B4; US9912004B2; US20150255826A1

Abstract

Batteriesatzanordnung und Verfahren zum Herstellen derselben. Das Verfahren umfasst, dass Hebeeinrichtungen mit einem mit Nocken versehenen Fördereinrichtungszuführungsmechanismus verwendet werden, um das hochkantige Stapeln von allgemein ebenen Batteriezellen zu erleichtern. Die Hebeeinrichtungsbeabstandung und das Nockenprofil sind in solch einer Weise ausgelegt, um einzelne Batteriezellenfahnen und Kühlrippenanordnungen zu orientieren, um sie eng aneinander zu halten, ohne aber wesentliche Kräfte auf die stapelbaren Komponenten anzuwenden. Das Kombinieren der Fördereinrichtungsströme gestattet es, die Komponenten parallel und in eine korrekte Reihenfolge gebracht auf einer einzigen Fördereinrichtung zu verarbeiten. Die Verwendung eines in der Hebeeinrichtung integrierten Förderbandes mit Nocken und Führungen für die Orientierung und Reihenfolgenbildung einzelner Batteriezellen begünstigt einen schnellen Zusammenbau ohne die Notwendigkeit, Komponentenrichtungen zu ändern. Die Verwendung einer schnellen Komponentenzuführung ist damit vereinbar, dass eine größere Komponentenablageschwankung zugelassen wird, wobei die hochkantige Orientierung der Komponenten, die zusammengebaut werden, den Einsatz kleiner Fertigungsstellflächen ermöglicht.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-Anmeldung 61/617,171, eingereicht am 29. März 2012.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft allgemein eine Möglichkeit zur Verbesserung der Fertigung von einzelnen Batteriezellen zu zusammengebauten Modulen und im Spezielleren den Zusammenbau solcher Batteriemodule in einem Durchlaufverfahren.
Der steigende Bedarf, die Fahrzeugkraftstoffökonomie zu verbessern und Fahrzeugemissionen zu reduzieren, hat zu der Entwicklung von sowohl Hybridfahrzeugen als auch reinen Elektrofahrzeugen geführt. Reine Elektrofahrzeuge können von einem Batteriesatz (der aus vielen kleineren Modulen oder Zellen besteht) betrieben werden, während Hybridfahrzeuge zwei oder mehr Energiequellen wie z. B. einen Benzinmotor (auch als ein Verbrennungsmotor bezeichnet), der entweder als eine Unterstützung für oder in Zusammenwirken mit einem Batteriesatz verwendet wird, umfassen. Derzeit sind zwei verbreitete Versionen von Hybridfahrzeugen in Verwendung. In einer ersten Version (bekannt als eine Ladung verbrauchende Hybridarchitektur) kann die Batterie von einem herkömmlichen Stromnetz wie z. B. einer 120 V-Wechselstrom- oder 240 V-Wechselstromleitung geladen werden. In einer zweiten Version (als ladungserhaltende Hybridarchitektur bekannt) empfängt die Batterie ihre gesamte elektrische Ladung von einem oder beiden von dem Verbrennungsmotor und einer Nutzbremsung. In einer Form jeder Version besteht der Satz aus vielen Modulen, die wiederum aus vielen einzelnen Zellen gebildet sind.
Typischerweise weisen die einzelnen Zellen, die ein Modul bilden, eine allgemein ebene (oder prismatische) Struktur auf, die alternierende Stapel von plattenartigen positiven und negativen Elektroden umfasst, welche einen ähnlich geformten elektrolytischen Separator aufweisen, der zwischen jedem positiven und negativen Elektrodenpaar angeordnet ist; diese Separatoren werden verwendet, um einen physikalischen Kontakt zwischen den positiven Elektroden und den negativen Elektroden innerhalb jeder Zelle zu verhindern, während ein Ionentransport zwischen diesen ermöglicht wird. In einer Form sind die Separatoren ausgestaltet, um den flüssigen Elektrolyt der Zelle zu absorbieren. Oft werden auch Kühlmerkmale verwendet, um die von den verschiedenen einzelnen Zellen während der Lade- und Entladeaktivitäten in Verbindung mit dem Batteriebetrieb erzeugte Wärme weg zu befördern; in einer Form können solche Kühlmerkmale aus einer noch anderen, allgemein ebenen, plattenförmigen Vorrichtung gebildet sein, die zwischen den verschiedenen Zellen als Teil der gestapelten Anordnung der Komponenten hinzugefügt sein können, die das Modul bilden. Von einer Umfangskante jeder Zelle erstrecken sich Verbindungsfahnen weg, um eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen den Elektroden der einzelnen Batteriezellen zuzulassen. Im Allgemeinen ist eine korrekte Ausrichtung der verschiedenen Kontaktfahnen erforderlich, um einen geringen elektrischen Widerstand zu Sammelschienen oder ähnliche Leitern sicherzustellen, wie auch für eine robuste mechanische Verbindungsfähigkeit. Diese prismenförmigen Zellen weisen üblicherweise ein weiches flexibles Gehäuse („Beutelzellen” genannt) oder ein hartes Gehäuse („Dosenzellen” genannt) auf. Abhängig von der Anwendung können die einzelnen Batteriezellen in Reihe, parallel oder Kombinationen davon angeordnet sein, um die erwünschte Spannung und Kapazität zu produzieren. Es können verschiedene Rahmen, Batterietröge, Abdeckungen und ähnliche Strukturen umfasst sein, um eine Unterstützung für die verschiedenen Zellen, Module und Sätze bereitzustellen und als solche dabei zu helfen, eine größere Anordnung solcher Zellen, Module oder Sätze zu definieren.
Die derzeitige allgemeine Praxis zur Handhabung von Zellen während des Zusammenbaus ist die Verwendung eigenständiger Träger. Es ist bekannt, eine Batteriemodulanordnung in einer Form durch ein Roboter-„Aufnahme- und Ablege”-System zu fertigen. Solche Ansätze entfernen die Zellen aus der Versandverpackung, transportieren die Zelle über eine Fördereinrichtung zu einem ersten Prozessschritt (typischerweise in der Form einer elektrischen Verifizierung) und transportieren sie dann über die Aufnahme und Ablage zu dem Hochpräzisionsträger. Solche Ansätze sind zweckmäßig für den Zusammenbau von geschichteten Zellen mit engen Ablegetoleranzanforderungen wie auch für solche mit speziellen Handhabungserfordernissen. Während dieses Verfahren wirksam für den Schutz der Zelle während des Zusammenbauarbeitsschrittes ist, führt es auch zu einer kostspieligen Werkzeugbestückung und verschwendeter Zusammenbauzeit, um den Träger in Position anzuordnen, das Teil für den spezifischen Stationsarbeitsschritt zu entfernen und dann das Teil zu dem Träger zurückzubringen, um es zu dem nächsten Arbeitsschritt zu bewegen. Dies bringt wiederum den Zwang mit sich, dass die Verpackungs- und Werkzeugbestückungs-Arbeitsschritte komplexer und kostspieliger werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Zusammenbau von Batteriesatzkomponenten zu einer Batteriemodulanordnung offenbart. Das Verfahren umfasst, dass eine im Wesentlichen ebene Batteriezelle und eine im Wesentlichen ebene Kühlrippe kombiniert werden, so dass sie miteinander entlang einer gemeinsamen Fläche in Kontakt stehen. Daraus wird die Zellen- und Rippenkombination neu orientiert, so dass dieser zugewandt benachbarte Kontakt von sich in einer im Wesentlichen horizontalen Ebene auf dem Fördermechanismus befindend dazu übergeht, sich in einer vertikalen Ebene zu befinden, wonach viele der nun vertikal orientierten Kombinationen zwischen Endplatten entlang einer Langsachse ausgerichtet sind, welche durch den Fördermechanismus gebildet ist. Sobald diese Ausrichtung abgeschlossen ist, wird der aus vielen ausgerichteten Zellen- und Rippenkombinationen und Endplatten gebildete Stapel entlang der Achse zusammengedrückt, die im Wesentlichen normal zu der ebenen Grenzfläche zwischen den Zellen und den Rippen steht; diese im Wesentlichen Normale liegt bevorzugt in derselben Langsachse, die durch den Fördermechanismus gebildet ist. Sobald die Zellen und die zugehörigen Komponenten (wie z. B. Kühlrippen, Endplatten oder dergleichen), welche den Stapel bilden, richtig zusammengedrückt wurden, wird zumindest ein Abschnitt des Stapels innerhalb einer geeigneten tragenden Struktur umschlossen und dann mit einer oder mehreren elektrischen Stromkreiskomponenten verbunden, um ein zusammengebautes Modul zu bilden. Das System, welches zum Befördern und Stapeln verwendet wird, bildet ein integriertes Ganzes, welches aus einer feststehenden, mit Nocken versehenen Struktur (hierin auch als ein Nocken bezeichnet), Rollen, Hebevorrichtungen und einem Förderband gebildet wird. Wenn sich ein Band oder eine ähnliche allgemein ebene Förderfläche bewegt, ändert das Nockenprofil die Zellenorientierung für den nächsten Arbeitsschritt. Die Vorteile des Systems der vorliegenden Erfindung umfassen geringe Kosten, einen schnelleren Zusammenbau von Batteriemodulen und Batteriesätzen durch Eliminieren der Notwendigkeit einer hoch präzisen Verpackung und Werkzeugbestückung. Des Weiteren begünstigt das System reduzierte Einzelteilkosten, indem eine größere Maßabweichung als von einem herkömmlichen „Aufnahme- und Ablege”-System zugelassen wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Stapeln einzelner Zellen eines größeren Batteriemoduls oder Batteriesatzes offenbart. Das Verfahren umfasst, dass eine erste und eine zweite im Wesentlichen ebene Batteriezelle und eine jeweilige erste und zweite im Wesentlichen ebene Kühlrippe kombiniert werden, so dass ein zugewandt benachbarter Kontakt dazwischen hergestellt wird. Die positiven und negativen Kontaktfahnen, die sich von den Kanten der Zellen der ersten Zellen- und Rippenkombination weg erstrecken, bilden ein Kontaktfahnenpaar, das eine erste Kontaktfahnenorientierung definiert, während jene, die sich von den Kanten der Zellen der zweiten Zellen- und Rippenkombination weg erstrecken, ein Kontaktfahnenpaar bilden, das eine zweite Kontaktfahnenorientierung definiert. Die beiden Zellen- und Rippenkombinationen werden in einer Weise befördert, um die von einer im Wesentlichen horizontalen Ebene in eine im Wesentlichen vertikale Ebene zu ändern; sobald sie sich in der allgemein vertikalen Orientierung befinden, werden sie in einer alternierenden (d. h. beabstandeten) Anordnung entlang des Fördermechanismus (bei Bedarf zusätzlich zu Endplatten) angeordnet. Von hier können sie auf einem Auslaufträger oder einem/r ähnlichen Aufnahmewerkzeug oder -plattform für ein Zusammendrücken oder andere nachfolgende Schritte gestapelt werden.
Gemäß einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Zusammenbauen eines Batteriemoduls offenbart. Das System umfasst eine Fördereinrichtung, die aus zumindest zwei Förderbändern gebildet ist, so dass eine erste Zellen- und Rippenkombination (mit einer speziellen Orientierung der positiven zu den negativen Kontaktfahnen) entlang eines ersten der Förderbänder befördert wird, während eine zweite Zellen- und Rippenkombination, die eine andere spezielle Orientierung der positiven zu den negativen Kontaktfahnen definiert, entlang eines zweiten der Förderbänder befördert wird. Eine Vielzahl von Hebeeinrichtungen kann dabei helfen, die Orientierung einer oder mehrerer der Zellen- und Rippenkombinationen entlang eines jeden von dem ersten und dem zweiten Förderband zu verstellen; diese Hebeeinrichtungen werden durch die Wirkung eines oder mehrerer Nocken entlang einer im Wesentlichen vertikalen Richtung bewegt, so dass Öffnungen oder ähnliche Leerräume in den Förderbändern gestatten, dass die Hebeeinrichtungen gegen eine Kante (bevorzugt – aber nicht unbedingt – die Vorderkante) des Kontakts drücken, um eine Änderung der Orientierung der Zellen- und Rippenkombination zu bewirken. Eine im Wesentlichen feststehende Führung wirkt mit einem oder mehreren Förderbändern zusammen, um eine alternierend ausgerichtete Anordnung der ersten und zweiten Zellen- und Rippenkombinationen (die sich in ihrer im Wesentlichen vertikalen Orientierung befinden) zu einem Stapel zu begünstigen. Es sind auch zusätzliche Vorrichtungen zum Aufnehmen und Zusammendrücken des Stapels wie auch eine Vorrichtung zum Anordnen einer tragenden Struktur auf dem Stapel, während sich der Stapel in seinem zusammengedrückten Zustand befindet, als Teil des Systems umfasst, während auch eine Vorrichtung zum Befestigen zumindest einer elektrischen Komponente an dem unterstützten Stapel umfasst ist. In einer anderen Form sind die Fördereinrichtungen, Nocken, Hebevorrichtungen und Führungen als ein Stapelsystem zur Verwendung bei der Bereitstellung der alternierenden Ausrichtung der ersten und zweiten Zellen/Rippenkombinationen (zusammen mit den entsprechenden Endplatten und Hilfsstrukturen) in die gewünschte gestapelte Beziehung ausgestaltet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die nachfolgende detaillierte Beschreibung spezifischer Ausführungsformen ist am besten beim Lesen in Verbindung mit den nachfolgenden Zeichnungen verständlich, in denen gleiche Strukturen mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind und in denen:
1 ein fiktives Fahrzeugantriebssystem in der Form eines Batteriesatzes zeigt;
2 in getrennter Form verschiedene Batteriekomponenten zeigt, die in dem Batteriesatz von 1 verwendet werden;
3 einen Verfahrensfluss zeigt, der verwendet wird, um ein Batteriemodul gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zu produzieren;
4 einen ersten Abschnitt des Stapelarbeitsschritts von 3 zeigt;
5 einen zweiten Abschnitt des Stapelarbeitsschritts von 3 zeigt; und
6 das Entfernen der Komponenten von der Förderlinie zum Beenden des Modulstapel-Arbeitsschritts zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Zu Beginn Bezug nehmend auf 1 ist ein Batteriesatz 1, der mehrere Batteriemodule 10 mit Zellen 100 verwendet, in partieller Explosionsdarstellung gezeigt. Abhängig von dem erwünschten Leistungsausgang können viele Batteriemodule 10 zu größeren Gruppen oder Teilabschnitten kombiniert werden; diese können ausgerichtet werden, um durch einen gemeinsamen Batterietrog 2 unterstützt zu sein, der auch als eine Unterstützung für Kühlmittelschläuche 3 dienen kann, wenn gegebenenfalls eine ergänzende Kühlung erwünscht ist. In dem vorliegenden Kontext werden die Ausdrücke „Batteriezelle”, „Batteriemodul” und „Batteriesatz” (wie auch ihre Kurzformen „Zelle”, „Modul” und „Satz”) verwendet, um verschiedene Niveaus von Komponenten eines gesamten Leistungssystem auf Batteriebasis wie auch ihren Zusammenbau zu beschreiben. Beispielsweise können viele einzelne Batteriezellen die Baublöcke von Batteriemodulen bilden. Viele Batteriemodule (in Verbindung mit Zusatzeinrichtungen) wiederum bilden den fertigen Batteriesatz.
Ein Querblech 4 kann eine primäre tragende Struktur definieren, welche als eine Schnittstelle für die Kühlmittelschläuche 3 fungieren wie auch eine Batterieabklemmeinheit für den Fall umfassen kann, dass eine Batteriewartung erforderlich ist. Außer dass sie eine Unterstützung für die vielen Batteriemodule 10 bereitstellen, können der Batterietrog 2 und das Querblech 4 andere Module wie z. B. ein Spannungs-, Strom- und Temperaturmessmodul 5 unterstützen. Das Anordnen einzelner Batteriezellen 100 (welches nachfolgend in größerem Detail beschrieben ist) innerhalb eines der Batteriemodule 10 ist ebenso gezeigt wie die Abdeckung davon durch ein Spannungs- und Temperatur-Submodul 6 in der Form von Steckerverbindungen, Sammelschienen, Sicherungen oder dergleichen.
Wenngleich fiktiv in einer T-förmigen Ausgestaltung gezeigt, werden Fachleute einsehen, dass der Batteriesatz 1 auch zu anderen geeigneten Ausgestaltungen ausgebildet werden kann. Gleichermaßen kann der Batteriesatz 1 – in exemplarischen Ausgestaltungen – zwischen etwa zweihundert und dreihundert einzelne Batteriezellen 100 umfassen, wenngleich (wie die Anordnung) die Anzahl der Zellen 100 abhängig von dem Leistungsbedarf des Fahrzeuges größer oder kleiner sein kann. In einer exemplarischen Form ist der Batteriesatz 1 aus drei Teilabschnitten gebildet, von denen ein erster aus zwei Modulen 10 mit sechsunddreißig Zellen 100 in jedem Modul 10 gebildet ist, um einen Teilabschnitt von zweiundsiebzig Zellen zu ergeben, der entlang der Fahrzeuglängsachse des T-förmigen Batteriesatz angeordnet ist, von denen ein zweiter aus zwei Modulen 10 mit sechsunddreißig Zellen 100 in jedem Modul 10 und einem Modul mit achtzehn Zellen 100 gebildet ist, um einen Teilabschnitt von neunzig Zellen (ebenfalls entlang der Fahrzeuglängsachse angeordnet) zu ergeben, und ein dritter (auf der Fahrzeugquerachse des T-förmigen Batteriesatzes 1 angeordnet) aus drei Modulen 10 mit sechsunddreißig Zellen 100 in jedem Modul 10 und einem Modul mit achtzehn Zellen 100 gebildet ist, um einen Teilabschnitt von einhundertsechsundzwanzig Zellen für insgesamt zweihundertachtundachtzig solcher Zellen zu ergeben. Andere Merkmale wie z. B. eine Wartungstrenneinrichtung 7, eine Isolierung 8 und eine Abdeckung 9 vervollständigen den Batteriesatz 1. Außer der zuvor erwähnten Batterietrenneinheit können andere elektronische Leistungskomponenten (nicht gezeigt) einschließlich eines Batteriemanagementsystems oder ähnlicher Steuereinrichtungen verwendet werden.
Als Nächstes Bezug nehmend auf 2 ist eine Ausführungsform eines Abschnitts (hierin auch als Untergruppe 110 bezeichnet) eines Batteriemoduls 10 in einer Explosionsdarstellung gezeigt. Um das Modul 10 zu bilden, können zumindest einige der unten erläuterten Komponenten in einer sich wiederholenden stapelartigen Weise in der aus vielen Zellen 100 gebildeten Untergruppe 110 angeordnet werden. Ein Endrahmen (auch als Endplatte bezeichnet) 104 und ein Wiederholungsrahmen 106 bilden die Basis für die Struktur der Untergruppe, wobei jeder Wiederholungsrahmen 106 dazu dienen kann, eine sichere Befestigungsposition für eine entsprechende Zelle 100 bereitzustellen. Ferner können eine Flüssigkeit führende Kühlrippen (oder -platten) 102 in thermischer Verbindung mit den Batteriezellen 100 als eine Möglichkeit angeordnet werden, um das Wärmeaufnahmevermögen und die nachfolgende Wärmeübertragung weiter zu erhöhen; ihre Nähe zu einem der Wiederholungsrahmen 106 ermöglicht eine bequeme Befestigungsstelle in einer Weise, die allgemein jener der Zellen 100 ähnlich ist. Die Endrahmen 104 und die Wiederholungsrahmen 106 sind typischerweise aus einem leichtgewichtigen, nicht-leitfähigen Material wie z. B. einem Kunststoff (z. B. Polypropylen, Nylon 6-6) und anderen kostengünstigen Materialien hergestellt und können zur strukturellen Festigkeit faserverstärkt sein, falls erwünscht. In einer optionalen Form kann eine Isolierplatte 108 zwischen der Batteriezelle 100 und der Kühlrippe 102 oder den Rahmen 104, 106 angeordnet werden, um die Batteriezelle 100 zu schützen. In einer bevorzugten Form ist die Isolierplatte 108 aus einem Kunststoff oder einem ähnlichen Material hergestellt und kann an der Kühlrippe 102 angebracht sein.
Im Speziellen definieren die vielen einzelnen Batteriezellen 100 einen allgemein prismenförmigen Aufbau, der aus einer Anode und einer Kathode, welche durch eine elektrolytische Membran getrennt sind (Einzelheiten sind nicht gezeigt), hergestellt ist. In einer bevorzugten Form sind die Zellen 100 aus einer Lithium-Ionen-Verbindung oder einer ähnlichen Zusammensetzung hergestellt, wie Fachleuten bekannt, um eine elektrochemische Reaktion bereitzustellen. Von einer Umfangskante der jeweiligen Anode und Kathode erstrecken sich positive und negative Verbindungsfahnen nach außen, um eine elektrische Verbindungsfähigkeit mit anderen Batteriezellen bereitzustellen. Die Kontaktfahnen sind bevorzugt aus Materialien auf Aluminiumbasis (positive Kontaktfahne) und auf Kupferbasis (negative Kontaktfahne) gebildet, und sind oft nicht gleichartig. Es können Fügeverfahren wie z. B. mithilfe z. B. verschiedener Formen des Schweißens verwendet werden, um die notwendige mechanische und elektrische Verbindung zwischen den Kontaktfahnen zu bilden. Gleichermaßen definieren die zugehörige Struktur der Rahmen 104, 106 die Kühlplatten 102 und die Isolierplatte 108 (wenn zumindest eines der letzten drei vorhanden ist) einen ähnlichen, allgemein prismenförmigen Aufbau und sind typischerweise zwischen benachbarten Zellen in einer gestapelten Anordnung angeordnet, wie gezeigt. In einer Form kann der Endrahmen 104 in der Form einer Platte vorhanden sein, die als eine Einschlussstruktur für den zusammengebauten Stapel einzelner Zellen 100 dient. In einer geplanten Ausführungsform besteht ein gestapeltes Modul 10 aus zwei Endplatten 104, dreizehn Kühlplatten 102 und zwölf prismenförmigen Dosenzellen für insgesamt siebenundzwanzig Teile.
Als Nächstes Bezug nehmend auf die 3 bis 6 ist ein Verfahren 1000 zum Fertigen vieler Batterie-Untergruppen 110 zu verschiedenen Modulen 10 mit einer hoch produktiven Montagelinie gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung gezeigt. Während die hierin abgebildeten Untergruppen 110 als einen Dosenzellenaufbau verwendend gezeigt sind, werden Fachleute einsehen, dass sie ebenso gut auf Beutelzellenausgestaltungen angewendet werden können. Bedeutsamerweise bildet die Montagelinie 1100 eine einzige Linie (anstatt vieler Linien) für den Zusammenbau des Moduls 10. Mit spezieller Bezugnahme auf 3 ist eine Übersicht über die wichtigsten Schritte in dem Verfahren gezeigt, wobei zuerst erste einzelne Zellen 100 einem Leerlaufspannungs (OCV, vom engl. open circuit voltage)-test 1005 unterzogen werden, um deren elektrische Eignung zu bestimmen. In einer Form werden die Zellen 100 von einem Magazin (nicht gezeigt) oder einem ähnlichen Träger abgeladen. Als ein Beispiel kann das Magazin viele darin definierte Durchbrechungen aufweisen, um einen einfachen Zugriff für den Prüfer (nicht gezeigt) zuzulassen. Sobald durch den Prüfer festgestellt wurde, dass eine einzelne Zelle 100 zufriedenstellend ist, wird sie (z. B. durch eine Schubeinrichtung oder eine ähnliche Vorrichtung (nicht gezeigt)) auf die Montagelinie 1100 bewegt, wobei zu diesem Zeitpunkt eine Kühlrippe 102 hinzugefügt werden kann 1010, um sie in zugewandter Anordnung mit der Zelle 100 abzulegen. Es können parallele Aktivitäten mit der Endplatte 104 und den Kühlrippen 102 stattfinden (erspart die Notwendigkeit, einen OCV-Test auf der Endplatte 104 durchzuführen). Sobald alle von den Zellen 100, den Kühlrippen 102 und den zugehörigen Komponenten (wie z. B. den Endplatten 104) zusammengebaut wurden, bewegen sie sich weiter zu einem Stapelarbeitsschritt 1015, bei dem sie für das anschließende Zusammendrücken 1020 entlang ihrer Längsachse bis zu einer vorbestimmten Kraft und Verschiebung ausgerichtet werden. Fachleute werden einsehen, dass die Kraft und die Verschiebung für das Zusammendrücken mit der Zellenchemie und dem Kühlrippenaufbau in Beziehung stehen werden, wobei typische Druckkräfte im Bereich von hundert bis viertausend Newton und eine Zusammendrückungsverschiebung von einem bis dreißig Millimeter liegen und dann ein Einschließen innerhalb von einer geeigneten schachtelartigen Struktur 1025 während eines Umrahmungs- und Abdeckungsarbeitsschritts 1030 stattfindet. Von hier aus werden Sammelschienen und ähnliche elektrische Verbindungen (die ein Teil des zuvor erwähnten Spannungs- und Temperatur-Submoduls 6 sein können) und eine anschließende Qualitätskontrolle und elektrische Tests 1040 ausgeführt.
Mit spezieller Bezugnahme auf 4 in Verbindung mit 3 ist eine kantenseitige Aufrissdarstellung des Montagelinien (oder Werkzeugbestückungs)-Systems 1100 gezeigt, wobei eine Fördereinrichtung 1110 mit einer Vielzahl von Nocken 1120 und mit Rädern versehenen Hebeeinrichtungen 1130 zusammenwirkt, um die Stapelorientierung jeder einzelnen Zellen 100- und Kühlrippen 102-kombination zu ändern, die in einem Batteriemodul gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet wird. In einer bevorzugten (wenngleich nicht notwendigen) Form weist die Kühlrippe 102 eine Tiefe von etwa 10 Millimeter auf, während die Zelle 100 eine Tiefe von etwa 12 Millimeter aufweist. In der gezeigten Ansicht bewegt die Fördereinrichtung 1110 (welche in einer speziellen Ausführungsform in Bandform vorhanden ist) die allgemein horizontal orientierten Zellen 100 in einer Richtung von links nach rechts, um zuzulassen, dass das Profil der Nocken 1120 die (z. B. durch Schwerkraft- oder Federbelastung) nach unten vorgespannte Hebeeinrichtung 1130 nach oben durch Öffnungen hindurch drückt, welche entlang der Fördereinrichtung 1100 gebildet sind. Dies wiederum bewirkt, dass sich die Zellen 100 von ihrer horizontalen Orientierung an der linken Seite in ihre im wesentlichen vertikale Orientierung auf der rechten Seite in Vorbereitung für das Stapeln ändern. Es ist wesentlich, dass die Hebeeinrichtungs-1130-Beabstandung (die in einer Form etwa 25 Millimeter betragen kann) und das Nocken 1120-Profil in solch einer Weise ausgelegt sind, damit die Zellen 100 orientiert werden, ohne zu bewirken, dass wesentliche Kräfte auf die Zellen 100, die Kühlrippen 102 und Zusatzkomponenten angewendet werden, oder zuzulassen, dass sie sich voneinander trennen; allerdings befinden sich benachbarte Hebeeinrichtungen 1130 (die eigentlich plattenförmige Vorrichtungen sind) eng genug aneinander, sodass, sobald die einzelnen Zellen 100/Rippen 102-Kombinationen in ihre vertikale Orientierung bewegt werden, diese nicht frei stehen, wenn sie sich zwischen solchen benachbarten Hebeeinrichtungen 1130 befinden.
Als Nächstes Bezug nehmend auf 5 in Verbindung mit 3 ist eine Ansicht des Ausrichtens und Stapelns 1015 der Zellen 100 von 4 von oben nach unten gezeigt. Wie oben erwähnt, weisen die Hebeeinrichtungen 1130 eine allgemein plattenähnliche Form auf, welche eine seitliche Dimension umfassen, die sich über einen Großteil der Breite der Fördereinrichtung 1110 hinweg erstreckt. Der Stapelvorgang wird abgeschlossen, indem die Zellen 100, die von parallelen Fördereinrichtungen 1110 durch eine oder mehrere Führungen 1140 kommen, welche die Teile positionieren und unterstützen, während die Hebeeinrichtungen 1130 zurückgezogen werden, weitergeschaltet werden. Es ist wesentlich, dass die Führungen 1140 die zwei zuvor getrennten Fördereinrichtungsströme 1110A und 1110B kombinieren, um zuzulassen, dass die Teile parallel und in der korrekten Reihenfolge auf einer einzigen Fördereinrichtung 1110 verarbeitet werden. In einer Form können die feststehenden Führungen 1140 aus einem harten Kunststoffaufbau bestehen, um eine hohe Verschleißfestigkeit zu begünstigen. Was die Verwendung von zwei parallelen Fördereinrichtungen betrifft, die in eine zulaufen, kann eine erste Fördereinrichtung 1110A die nun vertikalen Zellen 100 so bewegen, dass sich die positive Kontaktfahne (d. h. die auf Aluminiumbasis) 105A einer darunter liegenden Zelle 100A in einem Fördereinrichtungs 1110A-Strom auf einem seitlich äußeren Abschnitt der kombinierten Fördereinrichtung 1110 befindet, während sich die negative Kontaktfahne (d. h. die auf Kupferbasis) 105B auf einem seitlich inneren Abschnitt der kombinierten Fördereinrichtung 1110 befindet. Diese erste Fördereinrichtung 1110A kann einer ersten Kontaktfahnenposition oder -orientierung entsprechen. Die zweite Fördereinrichtung 1110B ist in einer genau entgegengesetzten Weise ausgestaltet, wobei insbesondere die Kontaktfahnen 105A und 105B von der darunterliegenden Zelle 100B derart angeordnet sind, dass, sobald die jeweiligen Untergruppen, welche die ersten und zweiten Zellen 100A, 100B enthalten, nebeneinander liegen, sich die positive Kontaktfahne 105A von einer Zelle benachbart zu einer negativen Kontaktfahne 105B der angrenzenden Zelle befindet, wie an der Stelle 1115 gezeigt. Die zweite Fördereinrichtung 1110B kann einer zweiten Kontaktfahnenposition oder -orientierung entsprechen. Das enge Zusammenwirken der Führung 1140 und der Hebeeinrichtung 1130, gekoppelt mit einem geeigneten niedrigen Reibungskoeffizienten zwischen diesen und den Zellen 100 hilft dabei, einen festen Sitz der zugewandt benachbarten Zellen 100 zu begünstigen, wenn sie sich die Fördereinrichtung 1110 nach unten bewegen, um das Zusammendrücken abzuwarten. Fachleute werden einsehen, dass die Wahl des Materials, der Oberflächengüte und der Geometrie der Führung 1140 von den Zellen- und Kühlrippenmaterialien, Dimensionen und deren Zusammenbaugeschwindigkeit abhängig sein wird. Wie aus den verschiedenen Orientierungsänderungen ersichtlich, die während der Einflussnahme auf die Zelle 100 stattfinden, müssen die Zelle 100 und die Zusatzkomponenten (wie z. B. Kühlrippen 102, Separatoren oder dergleichen) hinreichend aneinander angebracht sein, so dass sie sich während solch einer Orientierungsänderung, die ihre Bewegung entlang der aus der Fördereinrichtung 1110, den Nocken 1120, den Hebeeinrichtungen 1130 und der Führung 1140 gebildeten Montagelinie 1100 begleitet, nicht voneinander trennen. Ferner müssen die Oberflächen der Zellen 100, welche mit den Hebeeinrichtungen 1130 in Kontakt stehen, hinreichend steif sein, um ihre Form beizubehalten, wenn die Teile die Orientierung ändern. Überdies müssen die Zellen 100 Selbstpositionierungsmerkmale aufweisen, um zuzulassen, dass sie sich natürlich miteinander verschachteln, wenn sie zusammenkommen. In 4 weist die Kühlrippe 102 Merkmale auf der Ecke auf, die mit der Zelle 100 in Eingriff stehen, mit der sie sich in einer zugewandten Anordnung befindet, wobei etwa vier Millimeter Material und eine Vertiefung auf der Rückseite von etwa vier Millimeter vorhanden sind, um die nächste Zelle zu fassen. Diese Merkmale gestatten es, die Zelle 100 auf einer einfachen Montagelinie 1100 auf der Basis einer Fördereinrichtung ohne die Notwendigkeit für Präzisionsträger zu verarbeiten und dadurch andernfalls unnötige Zusammenbauschritte zu reduzieren. In einer speziellen Form können zwischen etwa zwölf und vierundzwanzig Zellen 100/Kühlrippen 102-Kombinationen zwischen einem Paar Endplatten 104 (von denen eine sich entlang einer zweiten Fördereinrichtung 1110B bewegend gezeigt ist) gestapelt werden.
Die Verwendung eines integrierten Ansatzes zwischen der Hebeeinrichtung 1130 und der Fördereinrichtung 1110 mit Nocken 1120 und Führungen 1140 für die Zellen 100-Orientierung und die Einzelteil-Reihenfolgenbildung erleichtert den schnellen Zusammenbau für Untergruppen 110 und ähnliche großformatige Zellen, indem die Teile zum Stapeln positioniert werden, ohne die Notwendigkeit, die Richtungen zu ändern, wie es mit einer herkömmlichen Ausrüstung auf Aufnahme- und Ablegebasis erforderlich ist. Solch ein System wie das vorliegend offenbarte handhabt nicht nur Teile exakt, die lose zusammengebaut sind und sich mit hohen Geschwindigkeiten bewegen (was eine größere Einzelteil-Maßabweichung zulässt), sondern gestattet, da die Teile, die zusammengebaut werden, eine hochkantige Orientierung definieren, die Verwendung von kleinen Fertigungsstellflächen. Das Montageliniensystem 1100 ist einfach an höhere oder niedrigere Geschwindigkeiten anpassbar, entweder, indem die Liniengeschwindigkeit verstellt wird, oder indem die Länge des Systems 1100 verstellt wird. Im Gegensatz dazu würde eine funktionell gleichwertiger Ansatz unter Verwendung von traditionellen Aufnahme- und Ablegesystemen oder -robotern die Verwendung komplexer Gelenksköpfe und Werkzeugbestückungen erfordern, um die Komponenten einzuengen. Der gegenständliche Erfinder schätzt, dass ein auf der vorliegenden Erfindung basierendes System 1100 ungefähr zehn Mal schneller laufen würde als ein System auf Aufnahme- und Ablegebasis oder ein System auf Roboterbasis; das auch eine wesentlich größere Fertigungsstellfläche in Anspruch nimmt und viel mehr Kapitaleinsatz erfordert, um sich für große Fertigungsvolumina zu eignen.
Als Nächstes Bezug nehmend auf 6 in Verbindung mit 3 zeigt die Ansicht von oben nach unten eine Gruppe von ausgerichteten Zellen 100, die dann in einer Bewegung von links nach rechts entlang der Fördereinrichtung 1110 bei einer höheren Geschwindigkeitsrate als die Fördereinrichtung auf ein feststehendes Haltewerkzeug 1150 bewegt wird, das in einer Form als ein Auslaufträger zum Aufnehmen der alternierend ausgerichteten Zellen 100 ausgestaltet sein kann. Wie gezeigt, ist eine einzige Endplatte 104 von 2 in einer zugewandt benachbarten Beziehung mit dem Haltewerkzeug 1150 angeordnet. Zusätzliche Führungen 1145 mit integrierten Bürsten befinden sich entlang der Fördereinrichtung 1110, um eine fortgesetzte Ausrichtung der Zellen 100 während ihrer Fortbewegung sicherzustellen. Wenn sich die Zellen 100 in diese Führungen 1145 hinein bewegen, werden die Hebeeinrichtungen 1130 der 4 und 5 abgesenkt und die Zellen 100-Position und -Orientierung werden durch die Beeinflussung der Bürsten beibehalten. Dann wird die Gruppe von Zellen 100 mithilfe einer Bewegung, die schneller ist als die Geschwindigkeit der Fördereinrichtung 1110 zu dem Auslaufträger 1150 bewegt. In dieser Darstellung wird die Bewegung durch einen mechanischen Arm 1160 beendet, der in Position weiterschaltet, um die letzte Zellengruppe links zu fassen und die Zellengruppen nach rechts auf den Auslaufträger 1150 zu ziehen. Der Auslaufträger 1150 als solcher ist ausgelegt, um die Zellen 100 zu führen, um die Ausrichtung beizubehalten, und weist ein feststehendes Haltewerkzeug 1152, welches sich entlang eines axialen Endes (momentan als die rechte Seite gezeigt) befindet, um die Zellen 100 zu positionieren, und ein bewegbares Haltewerkzeug 1154 (momentan als das axiale Ende an der linken Seite gezeigt) auf, das sich zurückziehen kann, um zuzulassen, dass sich die Zellen 100 sowohl auf den Auslaufträger 1150 bewegen als auch während der Weitergabe in Position gehalten werden. An dem Werkzeug befestigte Führungen 1156 sind wirksam, um die seitlichen Kanten der verschiedenen Zellen 100 der Untergruppe 110 zu enthalten. In einer bevorzugten Form definiert die Oberfläche des Auslaufträgers 1150 einen hinreichend niedrigen Reibungskoeffizienten, um das hochkantige Gleiten der Zellen 100 über die Oberfläche hinweg zu erleichtern. Wie gezeigt, definiert der Auslaufträger 1150 eine schachtelartige Struktur, so dass eines oder mehrere von dem feststehenden Haltewerkzeug 1152 und den an dem Werkzeug befestigten Führungen 1156 als vertikal aufrechte Elemente (d. h. Wände) auf verschiedenen Seiten wirken, so dass beim des beweglichen Haltewerkzeugs 1154 (das wie seine eigene aufrechte Struktur wirkt) gegen ein Ende des Stapels der Stapel in der durch den Auslaufträger 1150 gebildeten schachtelartigen Struktur zusammengedrückt wird. Sobald alle Zellen 100, welche das Modul 10 bilden, passend ausgerichtet und auf dem Auslaufträger 1150 als eine Untergruppe 110 abgelegt sind, sind sie bereit die tragenden Struktur, die elektrische Zusammenschaltung und die andere Anordnung aufzunehmen, wie unten stehend in größerem Detail erläutert. In dieser vorliegenden Form wird die Untergruppe 110 als ein weicher Stapel betrachtet.
Anschließend wird der weiche Stapel des Stapelarbeitsschrittes 1015 einem das Zusammendrück-Arbeitsschritt 1020 unterzogen, wobei der Auslaufträger 1150 (wobei die Untergruppe 110 hochkant darauf abgelegt ist und axial von dem feststehenden Haltewerkzeug 1152 und dem bewegbaren Haltewerkzeug 1154 und seitlich von den an dem Werkzeug befestigten Führungen 1156 umschlossen ist) zuerst um eine horizontale Achse gedreht wird, so dass die Komponenten der Untergruppe zu dem Bezugspunkt an der Oberseite der Zellen 100 angeordnet werden können. Dieser rotatorische Schritt wird vor dem Zusammendrücken beendet, um den Höhenunterschied von einer Zelle zu einer anderen zu reduzieren, was dabei hilft, dass sichere Fügen der Sammelschiene (nicht gezeigt) voranzutreiben, indem die Oberflächen vor dem Fügen so nahe wie möglich abgelegt werden. Fachleute werden einsehen, dass die Wahl der technischen Lösungen für den Rotationsschritt werkzeugbasierte Lösungen (nicht abgebildet) oder ein schwaches Zusammendrücken (nicht abgebildet) oder ein ähnliches Mittel umfassen kann, welches verhindert, dass sich die Komponenten trennen. Anschließend wird eine Druckkraft 180° um die axiale Dimension des weichen Stapels durch das bewegbare Haltewerkzeug 1154 hindurch in Richtung zu dem feststehenden Haltewerkzeug 1152 übertragen. Dieses Zusammendrücken erfolgt bis zu einer vorbestimmten Kraft und Distanz. Fachleute werden einsehen, dass die Kraft und die Verschiebung für das Zusammendrücken mit der Zellenchemie und der Kühlrippengestaltung in Beziehung stehen werden, wobei typische Druckkräfte von einhundert bis viertausend Newton und eine Druckverschiebung von einem bis dreißig Millimeter reichen. Sobald dieses vorbestimmte Niveau erreicht ist, wird ein schachtelartiger Rahmen (nicht gezeigt, aber z. B. als eine U-förmige Struktur mit ihrer eigenen Endplatte mit Verblockungsmerkmalen ausgestaltet) um den verdichteten Stapel herum (z. B. mittels Laser, Widerstands- oder mechanischer Befestigung) fixiert, wonach die Druckkraft gelöst wird, so dass der Rahmen fortfährt, den Stapel entlang der seitlichen hochkantigen Dimension des Stapels intakt zu halten. Von hier aus wird die Einheit 180° um die horizontale Achse zurückgedreht, wonach optional Barcode- und ähnliche Abtastarbeitsschritte stattfinden können. Zuletzt wird die Abdeckung des Rahmens (welche Kabelstränge, Sammelschienen, Verbinder und zusätzliche elektronische Einrichtungen umfasst, die gegebenenfalls alle in einer integrierten Zellenerfassungsplatine (ICSB, vom engl. integrated cell sensing board) enthalten sein können) an dem senkrecht gestellten Stapel und Rahmen angebracht. Diese Rahmenhinzufügungs- und Abdeckungszusatzschritte sind bei 1030 gezeigt. Von hier aus werden die Sammelschienen 1035 geschweißt. In einer bevorzugten Form werden die Schritte 1030 und 1035 in einem automatisierten (eher als in einem manuellen) Prozess ausgeführt, da offene Hochspannungskontakte in der Nähe befindliche Arbeiter gefährden könnten, während Sauberkeitsanforderungen gleichermaßen einfacher aufrechtzuerhalten wären. In einer noch stärker bevorzugten Form können die elektrischen Verbindungen (wie z. B. jene in Verbindung mit den Sammelschienen und anderen ICSB-Komponenten) in einer Sammelschienenfügestation (nicht gezeigt) vorgenommen werden, wo, sobald die Einheit in einer sicheren Weise darin aufgenommen ist, Einricht- und Schweißschritte ausgeführt werden. Die Schweißaktivitäten – die bevorzugt verwendet werden, um elektrische Verbindungen zwischen den Sammelschienen und den Kontaktfahnen 105A, 105B, die sich von jeder Zelle 100 weg erstrecken, zu fixieren, können von jeder beliebigen Form einschließlich Ultraschallschweißen oder Widerstandsschweißen oder Laserschweißen sein und können auch mit einer mechanischen Befestigung oder dergleichen ergänzt sein.
Nachdem das Schweißen 1035 der Sammelschienen beendet ist, werden ein Qualitätskontroll(QC)- und ein elektrischer Schritt 1040 ausgeführt. Es können z. B. Barcodes, welche die Seriennummer der verschiedenen Modul 10-Komponenten darstellen, angebracht werden, um eine spätere Identifizierung bestimmter Komponenten zu ermöglichen. Gleichermaßen kann eine Überprüfung an den elektrisch verbundenen Einrichtungen wie z. B. Spannungs-, Temperaturerfassungsmodul(VTSM, vom engl. voltage, temperature sensing module)-Platinen, einem Spannungs-, Strom- und Temperaturerfassungsmodul (VITM, vom engl. voltage, current and temperature module), einem Spannungs-, Strom- und Steuermodul (VICM, vom engl. voltage, current and control module) wie auch den zuvor erwähnten Sammelschienen und anderen frei liegenden elektrischen Kontakten durchgeführt werden. Es kann auch eine zusätzliche Überprüfung an den Schweißnähten vorgenommen werde, die an den Sammelschienen oder ähnlichen Einrichtungen verwendet wurden. Sobald die Überprüfung und ähnliche QC-Kontrollen ausgeführt wurden, kann die Bewegung des fertigen Moduls 10 (z. B. durch eine/n manuelle/n oder automatisierte/n Führungswagen oder Fördereinrichtung) zu anderen Arbeitstationen an der Produktionsstätte für zusätzliche Zusammenbauschritte erfolgen. Diese Schritte können das Zusammenbauen der Module 10 zu größeren paketartigen Komponenten umfassen; dies kann das Anbringen von Batterietrögen und Querblechen (wie z. B. des Batterietroges 2 und des Querblechs 4 von 1), den Einbau von Kühlfluideinrichtungen (z. B. der in 1 gezeigten Schläuche 3, von Rohren oder dergleichen) und eine Dichtheitsprüfung (z. B. mithilfe einer Luftmassenströmungs- oder einer ähnlichen flüssigkeitsfreien Technik) und eine Druckprüfung derselben, das Anbringen von elektrischen Sammelschienen, Sicherungen und des zugehörigen elektrischen Verkabelungs- und Steuerschaltkreises wie auch die Isolierung 8 und die Abdeckung 9 an dem Batterietrog 2 (ebenfalls von 1), die elektrische Überprüfung der verschiedenen Module 10 innerhalb des Batteriesatzes 1, das Verbinden von Fahrzeugbefestigungsteilen (wie z. B. einer Querstange oder eines ähnlichen Bügels (nicht gezeigt) mit dem oberen Batteriesatz 1, das Aufbringen geeigneter Barcodes, Aufkleber und ähnlicher Komponentenidentifizierungsmittel, schließlich die Qualitätskontrolle und die Verlegung zu einem Versandregal oder einem ähnlichen Behälter und dann weiter zu dem Fahrzeugmontagewerk zum Einbau in ein Fahrzeug umfassen.
Während bestimmte repräsentative Ausführungsformen und Details gezeigt wurden, um die Erfindung zu veranschaulichen, wird für Fachleute offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, der in den nachfolgenden beigefügten Ansprüchen definiert ist.
Bezugszeichenliste
zu Fig. 3

100: Zelle
102: Kühlrippe
104: Endplatte
1005: OCV
1010: Rippe hinzufügen
1015: Stapeln
1020: Zusammendrücken
1025: Schachtelrahmen
1030: Rahmen hinzufügen
1030: Rahmen anbringen
1030: Abdeckung hinzufügen
1035: Schweißen der Sammelschienen
1040: QC/Elektrisch
*: Fertiges Modul

Claims

Verfahren zum Zusammenbauen von Batteriesatzkomponenten, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine im Wesentlichen ebene Batteriezelle und eine im Wesentlichen ebene Kühlrippe kombiniert werden, so dass ein zugewandt benachbarter Kontakt dazwischen hergestellt wird; die Zellen- und Rippenkombination von einer Orientierung, in welcher der zugewandt benachbarte Kontakt in einer im Wesentlichen horizontalen Ebene liegt, in eine Orientierung befördert wird, in welcher der zugewandt benachbarte Kontakt in einer im Wesentlichen vertikalen Ebene liegt; eine Vielzahl der im Wesentlichen vertikalen Zellen- und Rippenkombinationen zwischen einer Vielzahl von Endplatten entlang einer Achse ausgerichtet wird, die im Wesentlichen normal zu einer ebenen Dimension steht, welche durch den zugewandt benachbarten Kontakt definiert ist, um dadurch einen Stapel zu definieren; der Stapel entlang der im Wesentlichen normalen Achse zusammengedrückt wird; zumindest ein Abschnitt des Stapels in einer tragenden Struktur umschlossen wird; und der Stapel mit einem elektrischen Stromkreis verbunden wird, so dass dadurch ein zusammengebautes Modul gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Befördern umfasst, dass: eine erste Vielzahl der im Wesentlichen vertikalen Zellen- und Rippenkombination, die mit elektrischen Kontaktfahnen in einer ersten Position orientiert ist, entlang einer ersten Fördereinrichtung befördert wird; eine zweite Vielzahl der im Wesentlichen vertikalen Zellen- und Rippenkombination, die mit elektrischen Kontaktfahnen in einer zweiten Position orientiert ist, entlang einer zweiten Fördereinrichtung befördert wird; und zumindest eine im Wesentlichen feststehende Führung verwendet wird, um die erste und die zweite Vielzahl der im Wesentlichen vertikalen Zellen- und Rippenkombinationen alternierend zu vermischen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Befördern der ersten und der zweiten Vielzahl der im Wesentlichen vertikalen Zellen- und Rippenkombinationen umfasst, dass sie entlang einer Vielzahl von im Wesentlichen parallelen Förderbändern befördert werden, bis zumindest ein Kontakt zwischen den Führungen und der ersten und der zweiten Vielzahl der im Wesentlichen vertikalen Zellen- und Rippenkombinationen hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Befördern auf zumindest einem Förderband durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein Abschnitt des zumindest einen Förderbandes, der verwendet wird, um die Zellen- und Rippenkombinationen von einer im Wesentlichen horizontalen Orientierung in eine im Wesentlichen vertikale Orientierung zu andern, mit einer mit Nocken versehenen Struktur und einer Vielzahl von Hebeeinrichtungen zusammenwirkt, die entlang einer Längsdimension des zumindest einen Förderbandes beabstandet und in Ansprechen auf die mit Nocken versehene Struktur bewegbar sind, so dass ein Abschnitt zumindest eines der Vielzahl von Hebeeinrichtungen mit den Zellen- und Rippenkombinationen in Kontakt tritt, um eine Änderung der Orientierung derselben zu bewirken.
Verfahren zum Stapeln einzelner Zellen eines Batteriesatzes, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine erste im Wesentlichen ebene Batteriezelle und eine erste im Wesentlichen ebene Kühlrippe kombiniert werden, so dass ein zugewandt benachbarter Kontakt dazwischen hergestellt wird, wobei ein Paar aus einer positiven Kontaktfahne und einer negativen Kontaktfahne darauf eine erste Kontaktfahnenorientierung definiert, die der ersten Zellen- und Rippenkombination entspricht; eine zweite im Wesentlichen ebene Batteriezelle und eine zweite im Wesentlichen ebene Kühlrippe kombiniert werden, so dass ein zugewandt benachbarter Kontakt dazwischen hergestellt wird, wobei ein Paar aus einer positiven Kontaktfahne und einer negativen Kontaktfahne darauf eine zweite Kontaktfahnenorientierung definiert, die der zweiten Zellen- und Rippenkombination entspricht; die ersten Zellen- und Rippenkombinationen von einer Orientierung, in welcher der zugewandt benachbarte Kontakt in einer im Wesentlichen horizontalen Ebene liegt, in eine Orientierung befördert werden, in welcher der zugewandt benachbarte Kontakt in einer im Wesentlichen vertikalen Ebene liegt; und die ersten und zweiten im Wesentlichen vertikalen Zellen- und Rippenkombinationen zwischen einer Vielzahl von Endplatten entlang einer Achse beabstandet werden, die im Wesentlichen normal zu einer ebenen Dimension gebildet wird, welche durch den zugewandt benachbarten Kontakt definiert ist, um dadurch einen Stapel zu definieren.
System zum Zusammenbauen eines Batteriemoduls aus einer Vielzahl von einzelnen Batteriezellen, wobei das System umfasst: eine Fördereinrichtung mit einer Vielzahl von Förderbändern, so dass eine erste Zellen- und Rippenkombination, die eine erste Kontaktfahnenorientierung definiert, entlang eines ersten der Förderbänder befördert wird, und eine zweite Zellen- und Rippenkombination, die eine zweite Kontaktfahnenorientierung definiert, entlang eines zweiten der Förderbänder befördert wird; eine Vielzahl von Hebeeinrichtungen, die ausgestaltet sind, um die Orientierung zumindest einer Batteriezelle entlang eines jeden von dem ersten und dem zweiten Förderband zu verstellen; zumindest einen Nocken, der mit zumindest einem der Förderbänder und der Vielzahl von Hebeeinrichtungen zusammenwirkt, so dass bei einem Kontakt zwischen zumindest einer der Vielzahl von Hebeeinrichtungen und dem zumindest einen Nocken die zumindest eine der Vielzahl von Hebeeinrichtungen mit einer entsprechenden ersten oder zweiten der Zellen- und Rippenkombinationen in Kontakt steht, um eine Änderung der Orientierung derselben zu bewirken; zumindest eine im Wesentlichen feststehende Führung, die mit zumindest einem von dem ersten und dem zweiten Förderband zusammenwirkt, um eine alternierend ausgerichtete Anordnung der ersten und zweiten Zellen- und Rippenkombinationen zu einem Stapel zu begünstigen, während die alternierend ausgerichteten ersten und zweiten Zellen- und Rippenkombinationen in einer im Wesentlichen vertikalen Orientierung stehen; eine Vorrichtung zum Aufnehmen des Stapels von der Fördereinrichtung; eine Vorrichtung zum Zusammendrücken des Stapels, sobald der Stapel zum Aufnehmen an die Vorrichtung geliefert wurde; eine Vorrichtung zum Anordnen eines Abstützrahmens auf dem Stapel, während sich der Stapel in seinem zusammengedrückten Zustand befindet; und eine Vorrichtung zum Befestigen der zumindest einen elektrischen Komponente an dem abgestützten Stapel.
System nach Anspruch 7, wobei die Beabstandung zwischen der Vielzahl von Hebeeinrichtungen entlang einer Dimension der Fördereinrichtung derart ist, dass beim Anordnen zumindest einer der ersten und zweiten Zellen- und Rippenkombinationen in die im Wesentlichen vertikale Orientierung durch ein benachbartes Paar der Vielzahl von Hebeeinrichtungen jegliche schiefe Abweichung der zumindest einen der ersten und zweiten Zellen- und Rippenkombination zumindest solange im Wesentlichen eliminiert ist, bis der Stapel auf der Vorrichtung zur Aufnahme gebildet ist.
System nach Anspruch 7, ferner umfassend einen mechanischen Arm, der ausgestaltet ist, um eine Gruppe der alternierend ausgerichteten ersten und zweiten Zellen- und Rippenkombinationen in eine Position weiterzuschalten, um ein Ende der Gruppe, die sich entfernt von der Aufnahmevorrichtung befindet, zu fassen und die Gruppe zu der Aufnahmevorrichtung hin zu ziehen.
System nach Anspruch 9, wobei die Bewegung des mechanischen Armes schneller ist als eine Vorschubgeschwindigkeit, die der Gruppe durch die Fördereinrichtung mitgegeben wurde.