DE102022115246A1

DE102022115246A1 - Montagevorrichtung für eine Batterie

Info

Publication number: DE102022115246A1
Application number: DE102022115246.4A
Authority: DE
Inventors: Lars Fietkau; Alexander Breuer; Frederik Grau; Talia Fernanda Batres Hermosillo; Erik Witte
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2022-06-20
Filing date: 2022-06-20
Publication date: 2023-12-21

Abstract

Montagevorrichtung (1) für eine Batterie (7), die ein Gehäuse und mindestens eine innerhalb des Gehäuses aufgenommene Batteriezelle aufweist, wobei das Gehäuse einen die mindestens eine Batteriezelle umgebenden Gehäusemantel (8) umfasst, der mindestens eine Zugangsöffnung (17) aufweist, die mittels eines Gehäusedeckels (10) verschlossen wird, und wobei die Montagevorrichtung (1) einen Mantelträger (6) mit einer Mantelfixiervorrichtung (13) zur Fixierung des Gehäusemantels (8) an dem Mantelträger (6) und mindestens einen Deckelträger (9) mit einer Deckelfixiervorrichtung (16) zur Fixierung des Gehäusedeckels (10) an dem Deckelträger (9) umfasst, wobei der Deckelträger (9) derart relativbeweglich bezüglich des Mantelträgers (6) angeordnet ist, dass der Gehäusedeckel (10) in einer Ausgangsstellung des Deckelträgers (9) von dem Gehäusemantel (8) separiert ist und in einer Verschlussstellung des Deckelträgers (9) die Zugangsöffnung (17) des Gehäusemantels (8) verschließt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Montagevorrichtung für eine Batterie sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie unter Verwendung einer solchen Montagevorrichtung.
Eine Batterie ist ein Speicher für elektrische Energie auf elektrochemischer Basis, bei deren Entladung gespeicherte chemische Energie durch eine elektrochemische Redoxreaktion in elektrische Energie gewandelt wird. Im Kontext der Erfindung werden als Batterien sowohl sogenannte Primärbatterien, die nur für eine einmalige Entladung und nicht für ein erneutes Laden vorgesehen sind, als auch sogenannte Sekundärbatterien beziehungsweise Akkumulatoren, die für ein mehrfaches Laden vorgesehen und entsprechend ausgelegt sind, verstanden. Ein Laden einer Sekundärbatterie stellt dabei die elektrolytische Umkehrung der bei der Entladung ablaufenden elektrochemischen Redoxreaktion dar, die durch das Anlegen einer elektrischen Spannung realisiert wird.
Eine Batterie umfasst eine oder, üblicherweise, mehrere galvanische Zellen beziehungsweise Batteriezellen, die innerhalb einer Umhüllung, üblicherweise in Form einer als „Pouch“ bezeichneten Folienumhüllung oder eines formstabilen Gehäuses, angeordnet sind. Die Batteriezellen umfassen jeweils zwei Elektroden, einen zwischen den Elektroden angeordneten Separator zur elektrischen Separierung der Elektroden und einen Elektrolyten, wobei der Separator und der Elektrolyt auch kombiniert ausgestaltet sein können. Die beiden Elektroden einer Batteriezelle unterschieden sich hinsichtlich eines umfassten Aktivmaterials, wodurch eine der Elektroden anodisch und die andere kathodisch wirksam ist (jeweils bezogen auf ein Entladen der Batteriezelle). Weiterhin umfasst eine Batterie üblicherweise zwei Batteriepole, die in die Umhüllung integriert sind und die innenseitig der Umhüllung über sogenannte Stromableiter mit den Elektroden elektrisch leitend verbunden sind. Dabei sind alle anodisch wirksamen Elektroden mit einem der Batteriepole und alle kathodisch wirksamen Elektroden mit dem anderen der Batteriepole verbunden.
Im Rahmen der Herstellung einer Batterie mit Gehäuse kann vorgesehen, den oder die Batteriezellen, beispielsweise in Form einer vorgefertigten Stapelung oder Wickelung der Elektroden und Separatoren, in einen Gehäusemantel einzubringen, wozu der Gehäusemantel mindestens eine entsprechend dimensionierte Zugangsöffnung aufweist. Diese Zugangsöffnung wird dann mit einem Gehäusedeckel verschlossen.
Die KR 2 043 115 B1 und die CN 212 286 447 U offenbaren jeweils eine Montagevorrichtung, mittels der ein Gehäusedeckel eines Batteriegehäuses mit einem Gehäusemantel verschweißt werden kann.
Die CN 207 358 443 U offenbart eine Montagevorrichtung, die einen Niederhalter aufweist, mittels dessen ein Gehäusedeckel eines Batteriegehäuses gegen einen Gehäusemantel gedrückt werden kann, wobei der Niederhalter Durchgangsöffnungen aufweist, durch die der Laserstrahl einer Laserschweißvorrichtung geführt werden kann, um Vor- beziehungsweise Heftschweißpunkte zur Verbindung des Gehäusedeckels mit dem Gehäusemantel zu setzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung einer Batterie zu verbessern.
Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren zur Herstellung einer Batterie gemäß dem Patentanspruch 15, bei dem eine Montagevorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 verwendet wird, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Montagevorrichtung und bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist Montagevorrichtung für eine Batterie, die ein Gehäuse und mindestens eine innerhalb des Gehäuses aufgenommene Batteriezelle aufweist, wobei das Gehäuse einen die mindestens eine Batteriezelle umgebenden Gehäusemantel umfasst, der an mindestens einer Stirnseiten eine Zugangsöffnung aufweist, die (jeweils) mittels eines Gehäusedeckels verschlossen wird, vorgesehen. Die Montagevorrichtung umfasst einen Mantelträger mit einer Mantelfixiervorrichtung zur vorzugsweise unbeweglichen Fixierung des Gehäusemantels an dem Mantelträger und mindestens einen Deckelträger mit einer Deckelfixiervorrichtung zur vorzugsweise unbeweglichen Fixierung des Gehäusedeckels an dem Deckelträger, wobei der Deckelträger derart relativbeweglich bezüglich des Mantelträgers angeordnet, vorzugsweise geführt angeordnet ist, dass der Gehäusedeckel in einer Ausgangsstellung des Deckelträgers von dem Gehäusemantel separiert ist und in einer Verschlussstellung des Deckelträgers die Zugangsöffnung des Gehäusemantels verschließt.
Durch eine Bewegung des Deckelträgers relativ zu dem Mantelträger kann demnach eine definierte Relativbewegung des Gehäusedeckels zu dem Gehäusemantel realisiert werden, was ermöglicht, den Gehäusedeckel möglichst schonend, d.h. insbesondere möglichst kontaktfrei, derart zu dem Gehäusemantel zu positionieren, dass diese beiden Komponenten dann miteinander verbunden werden können. Eine Beschädigung des Gehäusemantels und/oder des Gehäusedeckels und/oder der mindestens einen innerhalb des Gehäuses aufgenommenen Batteriezelle im Rahmen der Herstellung der Batterie kann dadurch vermieden werden. Weiterhin ermöglicht die exakte Positionierung des Gehäusedeckels zu dem Gehäusemantel mittels der Montagevorrichtung die Herstellung der Batterie mit möglichst exakten beziehungsweise exakt reproduzierbaren Außenabmessungen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Batterie unter Verwendung einer solchen Montagevorrichtung umfasst zumindest ein Fixieren des Gehäusemantels der Batterie mittels der Mantelfixiervorrichtung an dem Mantelträger und des mindestens einen Gehäusedeckels der Batterie mittels der Deckelfixiervorrichtung an dem Deckelträger. Die mindestens eine Batteriezelle des Gehäuses kann bereits innerhalb des Gehäusemantels positioniert sein, wenn diese an dem Mantelträger fixiert wird. Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, die mindestens eine Batteriezelle des Gehäuses erst dann in den Gehäusemantel einzubringen, nachdem der Gehäusemantel an dem Mantelträger fixiert wurde. Anschließend wird mindestens ein Stromableiter der mindestens einen Batteriezelle der Batterie elektrisch leitfähig und vorzugsweise auch mechanisch fest mit einem in den Gehäusedeckel integrierten Batteriepol verbunden, wobei sich der Deckelträger in der Ausgangsstellung befindet. Daraufhin erfolgt ein Bewegen des Deckelträgers zusammen mit dem Gehäusedeckel in die Verschlussstellung. Dadurch wird ermöglicht, den Gehäusedeckel anschließend mit dem Gehäusemantel zu verbinden, insbesondere gasdicht und/oder unlösbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Montagevorrichtung kann vorgesehen sein, dass der Deckelträger derart relativbeweglich (geführt) angeordnet ist, dass der Gehäusedeckel zwischen einer Zwischenstellung des Deckelträgers und der Verschlussstellung ausschließlich translatorisch bewegbar ist beziehungsweise im Rahmen der Verwendung der Montagevorrichtung bewegt wird. Hierzu kann insbesondere vorgesehen sein, dass auch der Deckelträger zwischen der Zwischenstellung und der Verschlussstellung ausschließlich translatorisch bewegbar ist beziehungsweise bewegt wird. Dadurch ist eine möglichst schonende Positionierung des Gehäusedeckels relativ zu dem Gehäusemantel realisierbar. Dies gilt insbesondere, wenn dabei der Gehäusedeckel innerhalb der Zugangsöffnung des Gehäusemantels positioniert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Montagevorrichtung kann vorgesehen sein, dass der Deckelträger zwischen der Ausgangsstellung und der Zwischenstellung oder zwischen der Ausgangsstellung und der Verschlussstellung (auch oder ausschließlich) rotatorisch bewegbar ist. Dies ermöglicht eine relativ kompakte Ausgestaltung der Montagevorrichtung.
Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Mantelträger und der mindestens eine Deckelträger direkt miteinander (beweglich) verbunden sind, wodurch wiederum eine möglichst kompakte und einfach handhabbare Montagevorrichtung realisiert werden kann.
Eine erfindungsgemäße Montagevorrichtung kann vorzugsweise eine Verbindungsvorrichtung zur Ausbildung einer (festen und insbesondere unlösbaren) Verbindung zwischen dem Gehäusemantel und dem Gehäusedeckel und/oder eine Verbindungsvorrichtung zur Ausbildung einer (festen und vorzugsweise unlösbaren) Verbindung zwischen einem Stromableiter der mindestens einen Batteriezelle und einem in den Gehäusedeckel integrierten Batteriepol umfassen. Hierbei kann die Verbindungsvorrichtung oder können die Verbindungsvorrichtung weiterhin vorzugsweise automatisch betreibbar sein, um eine möglichst vollautomatisierte Herstellung der Batterie zu ermöglichen. Mindestens eine und vorzugsweise beide der Verbindungsvorrichtungen können weiterhin bevorzugt eine Schweißvorrichtung sein oder eine solche umfassen, um auf möglichst einfache Weise eine Verbindung zwischen dem Gehäusemantel und dem Gehäusedeckel, insbesondere auch eine gasdichte Verbindung zwischen diesen Komponenten, und/oder zwischen dem Stromableitern und dem Batteriepol ausbilden zu können. Besonders bevorzugt kann dann noch vorgesehen sein, dass die Verbindungsvorrichtung zur Ausbildung der Verbindung zwischen dem Gehäusemantel und dem Gehäusedeckel eine Laserschweißvorrichtung ist oder umfasst und/oder die Verbindungsvorrichtung zur Ausbildung der Verbindung zwischen dem Stromableiter und dem Batteriepol eine Pressschweißvorrichtung ist oder umfasst.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Montagevorrichtung kann vorgesehen sein, dass der Deckelträger mindestens eine Öffnung aufweist, die nur einen Abschnitt einer zur Ausbildung der Verbindung zwischen dem Gehäusemantel und dem Gehäusedeckel vorgesehenen Verbindungsstelle freigibt. Dadurch wird ermöglicht, eine provisorische Verbindung beziehungsweise Vor- oder Heftverbindung zwischen dem Gehäusemantel und dem Gehäusedeckel auszubilden, solange deren Positionierung zueinander noch mittels der Montagevorrichtung gesichert wird. Sobald diese provisorische Verbindung ausgebildet wurde, kann die Deckelfixiervorrichtung gelöst und der Deckelträger von dem Gehäusedeckel entfernt werden, was dann ermöglichen kann, die vollständige beziehungsweise abschließende Verbindung zwischen dem Gehäusemantel und dem Gehäusedeckel auszubilden. Das Verbinden des Gehäusedeckels mit dem Gehäusemantel im Rahmen eines erfindungsgemäßes Verfahren, insbesondere unter Verwendung einer solchen erfindungsgemäßen Montagevorrichtung, kann demnach ein Vorverbinden des Gehäusedeckels mit dem Gehäusemantel, während der Gehäusedeckel noch an dem Deckelträger fixiert ist, sowie ein abschließendes Verbinden des Gehäusedeckels mit dem Gehäusemantel, nachdem der Gehäusedeckel von dem Deckelträger gelöst und der Deckelträger von dem Gehäusedeckel entfernt wurde, umfassen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Montagevorrichtung kann vorgesehen sein, dass der Mantelträger zusammen mit dem Deckelträger (zumindest) in der Verschlussstellung zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung bewegbar angeordnet ist, wobei sich die Stellungen vorzugsweise hinsichtlich der räumlichen Ausrichtung, die der Gehäusemantel jeweils aufweisen würde, unterscheiden. Insbesondere kann dabei die Zugangsöffnung beziehungsweise die von dieser ausgebildete Öffnungsfläche des Gehäusemantels in der ersten Stellung eine vertikale Ausrichtung und in der zweiten Stellung eine horizontale Ausrichtung (jeweils bezogen auf eine vorgesehene Positionierung der Montagevorrichtung für die Benutzung, insbesondere auf einem festen Untergrund stehend) aufweisen würde. Dies kann insbesondere das Verbinden des Gehäusedeckels mit dem Gehäusemantel vereinfachen. Beispielsweise dann, wenn der Gehäusedeckel mit dem Gehäusemantel mittels einer Laserschweißvorrichtung verbunden wird, kann bei einer horizontalen Ausrichtung der Zugangsöffnung und damit gegebenenfalls auch des Verlaufs einer Schweißnaht in einer horizontalen Ebene gewährleistet werden, dass der Laserstrahl gut abgeschirmt werden kann. Eine vertikale Ausrichtung der Zugangsöffnung kann dagegen ein Einbringen der mindestens einen Batteriezelle in den Gehäusemantel vereinfachen, sofern im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen ist, dies erst dann durchzuführen, wenn der Gehäusemantel bereits an dem Mantelträger der Montagevorrichtung fixiert ist.
Eine konstruktiv vorteilhafte Bewegbarkeit des Mantelträgers und des Deckelträger in Kombination zwischen der ersten Stellung der zweiten Stellung kann dadurch realisiert werden, dass der Mantelträger (und damit auch der vorzugsweise mit diesem direkt oder indirekt verbundene Deckelträger) um zwei Achsen schwenkbar bezüglich einer Basis der Montagevorrichtung gelagert ist.
Eine erfindungsgemäße Montagevorrichtung kann vorzugsweise mindestens einen Aktor zur automatischen Bewegung des Deckelträgers zwischen der Ausgangsstellung und der Verschlussstellung und/oder zwischen der Ausgangsstellung und der Zwischenstellung und/oder zwischen der Zwischenstellung und der Verschlussstellung umfassen. Ergänzend oder alternativ kann mindestens ein Aktor zur automatischen Bewegung des Mantelträgers zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung und/oder der mindestens einen Batteriezelle zum Einbringen in den Gehäusemantel vorgesehen sein. Durch einen solchen Aktor oder mehrere solcher Aktoren kann ein möglichst vollautomatischer Betrieb der Montagevorrichtung mit dem Ziel einer möglichst vollautomatischen Herstellung einer Batterie realisiert werden. der oder die Aktoren können beispielsweise in Form von elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Linear- oder Rotationsantrieben ausgestaltet sein.
Eine erfindungsgemäße Montagevorrichtung kann vorzugsweise für eine Montage einer Batterie, bei der der Gehäusemantel an mindestens oder exakt zwei Seiten, die weiterhin bevorzugt zueinander gegenüberliegend angeordnet sind, jeweils eine Zugangsöffnung aufweist, die mittels jeweils eines Gehäusedeckels verschlossen werden, eingerichtet sein. Hierfür kann die Montagevorrichtung mindestens oder exakt zwei Deckelträger mit jeweils einer Deckelfixiervorrichtung zur Fixierung des Gehäusedeckels umfasst, wobei die Deckelträger jeweils relativ zwischen einer Ausgangsstellung und einer Verschlussstellung beweglich angeordnet sind. Die zuvor beschriebene Ausgestaltung der Montagevorrichtung hinsichtlich der Details bezüglich des mindestens einen Deckelträgers bezieht sich dann auf mindestens einen der Deckelträger und vorzugsweise auf beide oder alle der Deckelträger.
Bei einer im Rahmen eines erfindungsgemäßen herzustellenden Batterie kann es sich insbesondere um eine Traktionsbatterie oder einen Teil einer solchen Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug handeln. Mittels einer solchen Traktionsbatterie kann einem elektrischen Traktionsmotor des Kraftfahrzeugs, der eine Antriebsleistung des Kraftfahrzeugs bereitstellt, elektrische Energie zur Verfügung gestellt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungs- und Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt, teilweise in vereinfachter Darstellung:

1: eine erfindungsgemäße Montagevorrichtung mit einer Basis und mit einer Montageeinheit, die einen Mantelträger und zwei schwenkbar mit dem Mantelträger verbundene Deckelträger umfasst;
2: die Montagevorrichtung mit einem auf einem Mantelträger der Montageeinheit fixierten Gehäusemantel einer Batterie und mit auf den Deckelträgern der Montageeinheit fixierten Gehäusedeckeln der Batterie, wobei sich die Deckelträger in einer Ausgangsstellung befinden;
3: die Montagevorrichtung gemäß der 2 mit den Deckelträgern in einer Zwischenstellung;
4: die Montagevorrichtung gemäß der 3 in einer Seitenansicht;
5: die Montagevorrichtung mit den Deckelträgern jeweils in einer Verschlussstellung;
6: eine Ausrichtung der Montageeinheit nach einem Schwenken um 90° relativ zu der Basis;
7: eine Ausrichtung der Montageeinheit nach einem weiteren Schwenken um 90° relativ zu der Basis und ein Vorverbinden des Gehäusemantels mit einem der Gehäusedeckel durch das Erzeugen von Heftschweißpunkten;
8: ein abschließendes Verbinden des Gehäusemantels mit dem Gehäusedeckel durch das Ausbilden einer umlaufenden Schweißnaht; und
9: einen Batteriezellstapel der Batterie.

Die Zeichnungen zeigen eine erfindungsgemäße Montagevorrichtung bei der Verwendung im Rahmen der Herstellung einer Batterie.
Die Montagevorrichtung 1 umfasst eine Basis 2, die für ein Abstellen und gegebenenfalls eine Befestigung auf einem nicht dargestellten Fundament eingerichtet ist, eine Montageeinheit 3 sowie eine Schwenkvorrichtung 4, über die die Montageeinheit 3 drehbar um zwei senkrecht zueinander ausgerichtete Drehachsen 5 an die Basis 2 angebunden ist. Die Montageeinheit 3 umfasst einen Mantelträger 6, der dafür eingerichtet ist, dass auf diesem ein Gehäusemantel 8 einer herzustellenden Batterie 7 in einer definierten Lage angeordnet und fixiert wird, sowie zwei Deckelträger 9, die an zwei sich gegenüberliegenden Seiten des Mantelträgers 6 angeordnet und mit dem Mantelträger 6 jeweils um eine Drehachse 5, die entlang dieser Seiten des Mantelträgers 6 verlaufen, drehbar verbunden sind. Die Deckelträger 9 sind dafür eingerichtet, dass auf diesen jeweils ein Gehäusedeckel 10 der Batterie 7 in einer definierten Lage angeordnet und fixiert wird.
Für die definierte Anordnung des Gehäusemantels 8 auf dem Mantelträger 6 bildet dieser auf einer Ablagefläche 11 eine rechteckige Vertiefung 12 aus, die an die Größe einer rechteckigen Außenfläche (eine der Großflächen) des quaderförmigen Gehäusemantels 8 angepasst ist (vgl. 2). Eine Lagesicherung des Gehäusemantels 8 auf dem Mantelträger 6 erfolgt mittels einer Mantelfixiervorrichtung 13 in Form eines in den Zeichnungen nur schematisch dargestellten Niederhalters, der den Gehäusemantel 8 gegen die Auflagefläche 11 drückt.
Eine definierte Anordnung der Gehäusedeckel 10 auf den Deckelträgern 9 der Montageeinheit 3 erfolgt mittels jeweils eines quaderförmigen Batteriepols 14, die jeweils integraler Bestandteil der Gehäusedeckel 10 sind, wobei die Batteriepole 14 außenseitig der Gehäusedeckel 10 jeweils einen Vorsprung darstellen, der in eine entsprechend dimensionierte Ausrichtöffnung 15 in dem jeweiligen Deckelträger 9 ragt. Eine Lagesicherung der Gehäusedeckel 10 auf den Deckelträgern 9 erfolgt jeweils mittels einer Deckelfixiervorrichtung 16 in Form einer in den Zeichnungen nur schematisch dargestellten Klemmvorrichtung.
Der Gehäusemantel 8 und die beiden Gehäusedeckel 10 bilden ein Gehäuse der herzustellenden Batterie 1 aus. Dabei können sowohl der Gehäusemantel 8 als auch die Gehäusedeckel 10 zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig aus Metall, beispielsweise aus Aluminium und/oder aus Kuper ausgestaltet sein. Der Gehäusemantel 8 weist grundsätzlich die Form eines Rohrstücks mit rechteckigen Querschnitten auf, so dass an den zwei längsaxialen Enden Zugangsöffnungen 17 ausgebildet sind. Diese Zugangsöffnungen 17 des Gehäusemantels 8 werden im Rahmen der Herstellung der Batterie 7 mit jeweils einem der Gehäusedeckel 10 verschlossen und die Gehäusedeckel 10 dabei gasdicht mit dem Gehäusemantel 8 verbunden, konkret verschweißt.
Die herzustellende Batterie 7 umfasst neben dem Gehäuse eine Mehrzahl von innerhalb des Gehäuses angeordneten Batteriezellen. Die Batteriezellen beziehungsweise die diese ausbildenden Komponenten können dabei in Form eines Batteriezellstapels 18 vorliegen (vgl. 9). Der Batteriezellstapel 3 kann bereits innerhalb des Gehäusemantels 8 angeordnet sein, wenn dieser auf dem Mantelträger 6 der Montagevorrichtung 1 positioniert wird. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Batteriezellstapel 18 erst über eine der Zugangsöffnungen 17 in den Gehäusemantel 8 eingebracht wird, nachdem der Gehäusemantel 8 auf dem Mantelträger 6 positioniert wurde. In diesem Fall wird dieses Einbringen vorzugsweise durchgeführt, bevor die Gehäusedeckel 10 auf den Deckelträgern 9 positioniert werden, um eine Beschädigung des Batteriezellstapels 18 und/oder der Gehäusedeckel 10 infolge eines Kontakts dieser Komponenten beim Einbringen des Batteriezellstapels 18 zu vermeiden.
Der Batteriezellstapel 18 umfasst gemäß der 9 in abwechselnder Reihenfolge plattenförmige Elektroden 19 und elektrisch isolierende, plattenförmige Separatoren 20. Die Elektroden 19 liegen dabei in dem Zellstapel 18 wiederum abwechselnd als erste Elektroden 19a, die bei einem Entladen der Batterie 7 als Anoden fungieren, und als zweite Elektroden 19b, die bei einem Entladen der Batterie 7 als Kathoden fungieren, vor. Die Separatoren 20 können gleichzeitig auch ein Festelektrolyt der Batteriezellen sein. Alternativ wird ein insbesondere flüssiger Elektrolyt in das Gehäuse eingebracht, nachdem die Gehäusedeckel 10 mit dem Gehäusemantel 8 verbunden wurden. Die plattenförmigen Elektroden 19 und Separatoren 20 weisen rechteckige Großflächen auf, wodurch sich in Verbindung mit der Stapelung eine Quaderform des Batteriezellstapels 18 ergibt, die hinsichtlich der Abmessungen an das Innenvolumen des Gehäusemantels 8 angepasst ist.
Die Batteriezellen umfassen weiterhin Stromableiter 21, die jeweils elektrisch leitend mit einer der Elektroden 19 verbunden sind, wobei erste Stromableiter 21a zu den ersten Elektroden 19a und zweite Stromableiter 21b zu den zweiten Elektroden 19b gehören. Sämtliche erste Stromableiter 21 a sind an einer ersten Seite und sämtliche zweite Stromableiter 21b an einer zweiten Seite des Batteriezellstapels 18 angeordnet. Dabei grenzen die ersten Stromableiter 21a an eine erste der Zugangsöffnungen 17 und die zweiten Stromableiter 21b an eine zweite der Zugangsöffnungen 17, wenn der Batteriezellstapel 18 innerhalb des Gehäusemantels 8 angeordnet ist. Dies ermöglicht eine vorteilhafte Verbindung der verschiedenen (ersten und zweiten) Stromableiter 21, jeweils in Form eines Stromableiterstapels, mit jeweils demjenigen Batteriepol 14, der in den angrenzenden Gehäusedeckel 10 integriert ist.
Die Stromableiter 21 sind mit den Elektroden 19 integral ausgestaltet, indem jeweils ein flächiges Substrat 22 aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise einer Metallfolie, in einem Abschnitt, der Teil der Elektrode 19 ist, beidseitig mit einem anodisch oder kathodisch wirksamen Aktivmaterial 23 beschichtet ist, während ein unbeschichteter Abschnitt des Substrats 22 den zu der jeweiligen Elektrode 19 gehörenden Stromableiter 21 darstellt. Dabei kann das Substrat 22 der ersten Elektroden 19a vorzugsweise aus Kupfer und/oder Nickel und/oder Aluminium bestehen, während das Substrat 22 der zweiten Elektroden 19b vorzugsweise aus Aluminium ausgestaltet sein kann.
Das Verbinden der Stromableiter 21 mit dem jeweils zugeordneten Batteriepol 14 erfolgt mittels jeweils einer Schweißverbindung unter Verwendung einer in der 2 nur schematisch dargestellten Schweißvorrichtung 24, insbesondere in einer Ausgestaltung als Pressschweißvorrichtung 24. Dabei werden die Schweißverbindungen ausgebildet, solange sich die Deckelträger 9 mit den darauf fixierten Gehäusedeckeln 10 jeweils in einer Ausgangsstellung befinden, wie dies in der 2 gezeigt ist. Die Gehäusedeckel 10 sind dabei in einer um ca. 90° gegenüber einer Verschlussstellung, in der diese die Zugangsöffnungen 17 verschließen (vgl. 5 bis 8), geschwenkt angeordnet, so dass die Innenseiten der Gehäusedeckel 10 nach oben zeigen und dadurch gut zugänglich sind, wodurch ein möglichst einfaches Verbinden der Stromableiter 21 mit dem jeweils zugeordneten Batteriepol 14 möglich ist.
In den Gehäusemantel 8 sind weiterhin ein Überdruckventil 25 in Form eines Berstelements, das bei einem einen Grenzwert überschreitenden Überdruck innerhalb des Gehäuses definiert versagt, sowie eine Einfüllöffnung 26 integriert, über die der Elektrolyt in das Gehäuse eingebracht werden kann, nachdem die Gehäusedeckel 10 mit dem Gehäusemantel 8 gasdicht verbunden wurden. Nach dem Einfüllen des Elektrolyten wird diese Einfüllöffnung 26 verschlossen, beispielsweise indem ein die Einfüllöffnung 26 überdeckendes Abdeckelement (nicht dargestellt) mit dem Gehäusemantel 8 verbunden, beispielsweise verschweißt wird.
Nachdem die Stromableiter 21 mit den Batteriepolen 14 verbunden wurden, werden die beiden Deckelträger 9 um jeweils ca. 90° in eine Zwischenstellung geschwenkt, wie dies in den 3 und 4 dargestellt ist. In dieser Zwischenstellung sind die von den Deckelträgern 9 gehaltenen Gehäusedeckel 10 bereits in einer zu den Zugangsöffnungen 17 parallelen und diese überdeckenden Ausrichtung angeordnet, dabei jedoch jeweils noch außerhalb der jeweils zugeordneten Zugangsöffnung 17 positioniert. Daraufhin erfolgt ein ausschließlich translatorisches Verschieben der Deckelträger 9 in Richtung des Gehäusemantels 8 (vgl. 5), wodurch die Gehäusedeckel 10 jeweils innerhalb der zugeordneten Zugangsöffnung 17 des Gehäusemantels 8 positioniert werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Gehäusedeckel 10 randseitig bündig mit der die zugehörige Zugangsöffnung 17 begrenzenden Randfläche des Gehäusemantels 8 abschließen. Die Deckelträger 9 und damit auch die Gehäusedeckel 10 befinden sich dann jeweils in der Verschlussstellung, in der ein Verbinden des Gehäusemantels 8 mit den Gehäusedeckel 10 erfolgen soll.
Für ein solches Verbinden wird die Montageeinheit 3 mit der darauf gehaltenen Batterie 7 mittels der Schwenkvorrichtung 4 derart bewegt, dass die (mittlerweile mittels der Gehäusedeckel 10 verschlossenen) Aufnahmeöffnungen 17 eine horizontale Ausrichtung aufweisen. Hierzu wird zunächst ein Schwenkarm 27 der Schwenkvorrichtung 4, auf dem die Montageeinheit 3 wiederum drehbar gelagert ist, um eine erste (5a) der Drehachsen 5 der Schwenkvorrichtung 4 von einer horizontalen Ausrichtung in eine vertikale Ausrichtung geschwenkt (vgl. 6). Anschließend erfolgt eine Drehung der Montageeinheit 3 um die zweite (5b) der Drehachsen 5 der Schwenkvorrichtung 4 relativ zu dem Schwenkarm 27 der Schwenkvorrichtung 4 (vgl. 7).
Das Verbinden der Gehäusedeckel 10 mit dem Gehäusemantel 8 erfolgt jeweils zweistufig. Zunächst wird eine provisorische Verbindung mittels mehrerer punktförmiger Heftverbindungsstellen ausgebildet. Diese Heftverbindungsstellen stellen eine Lagesicherung des jeweiligen Gehäusedeckels 10 auch dann sicher, wenn die Fixierung des Gehäusedeckels 10 durch den Deckelträger 9 der Montagevorrichtung 1 gelöst wird. Die Ausbildung der Heftverbindungsstellen wird mittels einer Laserschweißvorrichtung 28 realisiert, die oberhalb der Montageeinheit 3 angeordnet ist. In den Deckelträgern 9 sind jeweils mehrere Durchgangsöffnungen 29 derart positioniert ausgebildet, das der Laserstrahl 30 der Laserschweißvorrichtung 28 durch diese hindurch auf den Trennspalt zwischen dem Gehäusemantel 8 und dem jeweiligen Gehäusedeckel 10 auftreffen und dadurch eine entsprechende Anzahl an Heftverbindungsstellen in Form von Heftschweißpunkten ausbilden kann. Nachdem der erste, oben gelegene Gehäusedeckel 9 mittels Heftverbindungsstellen mit dem Gehäusemantel 8 verbunden wurde, kann die zugehörige Deckelfixiervorrichtung gelöst und der zugehörige Deckelträger um ca. 90° in die Ausgangsstellung zurückgeschwenkt werden, wodurch der gesamte umlaufende Trennspalt zwischen dem Gehäusemantel 8 und dem Gehäusedeckel 10 freigelegt wird (vgl. 8). Mittels der Laserschweißvorrichtung 28 kann dann eine abschließende Verbindung zwischen dem Gehäusemantel 8 und diesem Gehäusedeckel 10 ausgebildet werden, indem eine geschlossen umlaufende Schweißnaht erzeugt wird.
Anschließend erfolgt ein Verbinden des Gehäusemantels 8 mit dem anderen Gehäusedeckel 10. Hierzu wird die Montageeinheit 3 mit der daran befestigten Batterie 7 um 180° um die zweite Drehachse 5b der Schwenkvorrichtung 4 gedreht und der zweite Gehäusedeckel 10 in der gleichen Art und Weise, wie dies für den ersten Gehäusedeckel 10 beschrieben wurde, mit dem Gehäusemantel 8 verbunden. Demnach werden wiederum zunächst Heftschweißpunkte erzeugt, um eine Lagesicherung des zweiten Gehäusedeckels 10 auch ohne den zugehörigen Deckelträger 9 zu realisieren. Anschließend erfolgt dann eine abschließende Verbindung mittels einer umlaufenden Schweißnaht.
Alternativ zu dem Bewegen der Montageeinheit 3 mit der daran fixierten Batterie 7 in die Ausrichtung gemäß den 7 und 8, in der die (bereits verschlossenen) Zugangsöffnungen 17 horizontale Ausrichtungen aufweisen, kann auch vorgesehen sein, die Montageeinheit 3 in der Ausrichtung zu belassen, in der sich diese befindet, während die Stromableiter 21 mit den Batteriepolen 14 verbunden und die Gehäusedeckel 10 in die Verschlussstellungen gebracht werden. Dadurch kann auf die Schwenkvorrichtung 4 verzichtet werden, was sich vorteilhaft hinsichtlich der konstruktiven Komplexität und damit der Kosten der Montagevorrichtung 1 auswirken kann. Nachteilig kann gegebenenfalls sein, dass dadurch eine zusätzliche Abschirmung erforderlich sein kann, um eine unkontrollierte Ausbreitung des Laserstrahls 30 im Raum zu vermeiden, wenn diese nicht exakt auf die vorgesehene Schweißstelle auftrifft.
Weiterhin kann auch eine alternative Ausgestaltung der Montagevorrichtung 1 hinsichtlich einer Drehbarkeit vorgesehen sein, durch die die Montageeinheit 3 mit der daran fixierten Batterie 7 in die Ausrichtung gemäß der 7 und 8 gebracht werden kann. Beispielsweise kann vorgesehen sein, die gesamte Montagevorrichtung 1 drehbar um eine oder zwei Drehachsen zu lagern.
Die Montagevorrichtung umfasst mehrere Aktoren 31, beispielsweise in Form von elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Linear- oder Rotationsantrieben, zur automatischen, mittels einer Steuerungsvorrichtung (nicht dargestellt) gesteuerten Bewegung der Deckelträger 9 und der Schwenkvorrichtung 4 sowie gegebenenfalls zum Einschieben des Batteriezellstapels 3 in den Gehäusemantel 8. Diese Aktoren 31 sind in den Zeichnungen nur schematisch dargestellt.
BEZUGSZEICHENLISTE

1: Montagevorrichtung
2: Basis
3: Montageeinheit
4: Schwenkvorrichtung
5: Drehachse
5a: erste Drehachse der Schwenkvorrichtung
5b: zweite Drehachse der Schwenkvorrichtung
6: Mantelträger
7: Batterie
8: Gehäusemantel
9: Deckelträger
10: Gehäusedeckel
11: Ablagefläche
12: Vertiefung
13: Mantelfixiervorrichtung
14: Batteriepol
15: Ausrichtöffnung
16: Deckelfixiervorrichtung
17: Zugangsöffnung
18: Batteriezellstapel
19: Elektrode
19a: erste Elektrode
19b: zweite Elektrode
20: Separator
21: Stromableiter
21a: erster Stromableiter
21 b: zweiter Stromableiter
22: Substrat
23: Aktivmaterial
24: (Press-)Schweißvorrichtung
25: Überdruckventil
26: Einfüllöffnung
27: Schwenkarm
28: (Laser-)Schweißvorrichtung
29: Durchgangsöffnung
30: Laserstrahl
31: Aktor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 2043115 B1 [0005]
CN 212286447 U [0005]
CN 207358443 U [0006]

Claims

Montagevorrichtung (1) für eine Batterie (7), die ein Gehäuse und mindestens eine innerhalb des Gehäuses aufgenommene Batteriezelle aufweist, wobei das Gehäuse einen die mindestens eine Batteriezelle umgebenden Gehäusemantel (8) umfasst, der mindestens eine Zugangsöffnung (17) aufweist, die mittels eines Gehäusedeckels (10) verschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagevorrichtung (1) einen Mantelträger (6) mit einer Mantelfixiervorrichtung (13) zur Fixierung des Gehäusemantels (8) an dem Mantelträger (6) und mindestens einen Deckelträger (9) mit einer Deckelfixiervorrichtung (16) zur Fixierung des Gehäusedeckels (10) an dem Deckelträger (9) umfasst, wobei der Deckelträger (9) derart relativbeweglich bezüglich des Mantelträgers (6) angeordnet ist, dass der Gehäusedeckel (10) in einer Ausgangsstellung des Deckelträgers (9) von dem Gehäusemantel (8) separiert ist und in einer Verschlussstellung des Deckelträgers (9) die Zugangsöffnung (17) des Gehäusemantels (8) verschließt.
Montagevorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckelträger (9) derart relativbeweglich angeordnet ist, dass der Gehäusedeckel (10) zwischen einer Zwischenstellung des Deckelträgers (9) und der Verschlussstellung ausschließlich translatorisch bewegbar ist.
Montagevorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckelträger (9) zwischen der Ausgangsstellung und der Zwischenstellung oder zwischen der Ausgangsstellung und der Verschlussstellung rotatorisch bewegbar ist.
Montagevorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelträger (6) und der Deckelträger (9) miteinander verbunden sind.
Montagevorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Verbindungsvorrichtung zur Ausbildung einer Verbindung zwischen dem Gehäusemantel (8) und dem Gehäusedeckel (10) und/oder eine Verbindungsvorrichtung zur Ausbildung einer Verbindung zwischen einem Stromableiter (21) der mindestens einen Batteriezelle und einem in den Gehäusedeckel (10) integrierten Batteriepol (14).
Montagevorrichtung (1) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsvorrichtung oder mindestens eine der Verbindungsvorrichtungen eine Schweißvorrichtung (24, 28) ist oder umfasst.
Montagevorrichtung (1) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsvorrichtung zur Ausbildung der Verbindung zwischen dem Gehäusemantel (8) und dem Gehäusedeckel (10) eine Laserschweißvorrichtung (28) ist oder umfasst und/oder die Verbindungsvorrichtung zur Ausbildung der Verbindung zwischen dem Stromableiter (21) und dem Batteriepol (14) eine Pressschweißvorrichtung (24) ist oder umfasst.
Montagevorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckelträger (9) mindestens eine Öffnung (29) aufweist, die nur einen Abschnitt einer zur Ausbildung einer/der Verbindung zwischen dem Gehäusemantel (8) und dem Gehäusedeckel (10) vorgesehenen Verbindungsstelle freigibt.
Montagevorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelträger (6) zusammen mit dem Deckelträger (9) zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung bewegbar angeordnet ist.
Montagevorrichtung (1) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Stellungen hinsichtlich der räumlichen Ausrichtung, die der Gehäusemantel (8) jeweils aufweisen würde, unterscheiden.
Montagevorrichtung (1) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugangsöffnung (17) des Gehäusemantels (8) in der ersten Stellung eine vertikale Ausrichtung und in der zweiten Stellung eine horizontale Ausrichtung aufweisen würde.
Montagevorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelträger (6) um zwei Drehachsen (5a, 5b) drehbar bezüglich einer Basis (2) der Montagevorrichtung (1) gelagert ist.
Montagevorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen Aktor (31) zur automatischen Bewegung • des Deckelträgers (10) - zwischen der Ausgangsstellung und der Verschlussstellung und/oder - zwischen der Ausgangsstellung und der Zwischenstellung und/oder - zwischen der Zwischenstellung und der Verschlussstellung und/oder • des Mantelträgers (6) zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung und/oder • der mindestens einen Batteriezelle relativ zu dem Gehäusemantel.
Montagevorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese für eine Montage einer Batterie (7), bei der der Gehäusemantel (8) an mindestens oder exakt zwei Seiten jeweils eine Zugangsöffnung (17) aufweist, die mittels jeweils eines Gehäusedeckels (10) verschlossen werden, eingerichtet ist und dafür mindestens oder exakt zwei Deckelträger (10) mit jeweils einer Deckelfixiervorrichtung (16) zur Fixierung der Gehäusedeckel (10) umfasst, wobei die Deckelträger (9) jeweils relativ zwischen der Ausgangsstellung und der Verschlussstellung beweglich angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung einer Batterie (7) unter Verwendung einer Montagevorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass • ein Gehäusemantel (8) der Batterie (7) mittels der Mantelfixiervorrichtung (13) an dem Mantelträger (6) und mindestens ein Gehäusedeckel (10) der Batterie (7) mittels der Deckelfixiervorrichtung (16) an dem Deckelträger (9) fixiert werden, • anschließend mindestens ein Stromableiter (21) mindestens einer Batteriezelle der Batterie (7) elektrisch leitfähig mit einem in den Gehäusedeckel (10) integrierten Batteriepol (14) verbunden wird, wobei sich der Deckelträger (9) in der Ausgangsstellung befindet, • anschließend der Deckelträger (9) mit dem Gehäusedeckel (10) in die Verschlussstellung bewegt wird und • anschließend der Gehäusedeckel (10) mit dem Gehäusemantel (8) verbunden wird.