DE102022116265A1 - Method for making a battery assembly and assembly device - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Montagevorrichtung (1) zum Montieren eines Stapels (12) von Pouch-Zellen (8) in eine Batterieanordnung (100), umfassend eine Mehrzahl von zwischen zwei in einer Stapelrichtung (3) relativ zueinander verschiebbaren Vorspannkörpern (2) in Stapelrichtung (3) nebeneinander angeordneten und in Stapelrichtung (3) relativ zueinander verschiebbaren Zellaufnahmen (4) zum Aufnehmen je einer Pouch-Zelle (8), wobei die Vorspannkörper (2) ausgebildet und eingerichtet sind, in Stapelrichtung (3) zwischen einem Bestückzustand und einem Vorspannzustand verschiebbar zu sein, wobei im Bestückzustand ein Abstand (11') der Vorspannkörper (2) zueinander in Stapelrichtung (3) größer ist als eine Summe der Dicken der Mehrzahl von aufzunehmenden Pouch-Zellen (8) in Stapelrichtung (3), und im Vorspannzustand zum Ausüben einer Vorspannung auf die in den Zellaufnahmen (4) aufgenommenen Pouch-Zellen (8) die Vorspannkörper (2) aus ihrer Position im Bestückzustand aufeinander zu bewegt sind, so dass eine Länge (11) des verspannten Stapels (12) von Pouch-Zellen (8) kleiner ist als eine Einbaulänge des Stapels (12) von Pouch-Zellen (8) im in der Batterieanordnung (100) eingebauten Zustand des Stapels (12), wobei die Montagevorrichtung (1) ausgebildet und eingerichtet ist, im Vorspannzustand zum Einsetzen des verspannten Stapels (12) in ein Batteriegehäuse (13) quer zur Stapelrichtung (3) einführbar zu sein, und nach dem Einsetzen des Stapels (12) durch Lösen der Vorspannung auf den Stapel (12) aus dem Batteriegehäuse (13) entnehmbar zu sein. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Batterieanordnung.The present invention relates to a mounting device (1) for mounting a stack (12) of pouch cells (8) in a battery arrangement (100), comprising a plurality of biasing bodies (2) which can be displaced relative to one another in a stacking direction (3). Cell receptacles (4) arranged next to one another in the stacking direction (3) and displaceable relative to one another in the stacking direction (3) for accommodating one pouch cell (8), the biasing bodies (2) being designed and set up in the stacking direction (3) between a loading state and to be displaceable in a biasing state, wherein in the assembly state a distance (11 ') of the biasing bodies (2) from one another in the stacking direction (3) is greater than a sum of the thicknesses of the plurality of pouch cells (8) to be accommodated in the stacking direction (3), and In the preloading state, in order to exert a preloading on the pouch cells (8) accommodated in the cell receptacles (4), the preloading bodies (2) are moved towards one another from their position in the assembly state, so that a length (11) of the clamped stack (12) is of Pouch cells (8) is smaller than an installation length of the stack (12) of pouch cells (8) in the state of the stack (12) installed in the battery arrangement (100), the mounting device (1) being designed and set up, in Preload state for inserting the clamped stack (12) into a battery housing (13) to be insertable transversely to the stacking direction (3), and after inserting the stack (12) by releasing the preload on the stack (12) from the battery housing (13) to be removable. The present invention also relates to a method for producing a battery assembly.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Batterieanordnung und eine Montagevorrichtung zum Montieren eines Stapels von Pouch-Zellen in eine Batterieanordnung, beispielsweise eine Batterieanordnung zum Bereitstellen der Primär-Antriebsenergie eines Elektrofahrzeuges.The present invention relates to a method for producing a battery arrangement and a mounting device for mounting a stack of pouch cells in a battery arrangement, for example a battery arrangement for providing the primary drive energy of an electric vehicle.
Stand der TechnikState of the art
Es ist bekannt, zu Bereitstellung von Batterien mit vorgegebener Stromstärke und Spannung diese durch Zusammenschaltung einzelner Batteriezellen auszubilden. Bei der Erstellung eines Pouch-Zell-Moduls werden herkömmlicherweise einzelne Pouch-(Batterie-)Zellen zueinander positioniert und mittels einer Spannmatte und einer Klebefolie gestapelt. Anschließend werden die Kontaktfahnen, mithin die Polkontakte der Pouch-Zellen, auf einer Seite des durch das Stapeln der Pouch-Zellen erhaltenen Stapels mittels Auffädeln auf einem Gitterrahmen-artigen Bauteil einzeln aufgefädelt. Der gleiche Prozess des Auffädelns findet dann auf der anderen Seite statt. In einem nachgeschalteten Produktionsvorgang werden die Kontaktfahnen zur Vorbereitung der Verschweißung derselben umgebogen. Pouch-Zellen werden meist oftmals in kleineren Baueinheiten in separaten Gehäusen, in so genannten Batteriemodulen, eingesetzt.It is known to provide batteries with a specified current and voltage by interconnecting individual battery cells. When creating a pouch cell module, individual pouch (battery) cells are conventionally positioned relative to one another and stacked using a tension mat and an adhesive film. The contact tabs, hence the pole contacts of the pouch cells, are then individually threaded onto a grid frame-like component on one side of the stack obtained by stacking the pouch cells. The same process of threading then takes place on the other side. In a subsequent production process, the contact tabs are bent in preparation for welding them. Pouch cells are often used in smaller units in separate housings, in so-called battery modules.
Um die Pouch-Zellen in einem Batteriemodul in der vorgesehenen Position zu halten, ist es bekannt, die Pouch-Zellen bzw. den Stapel aus in einer Stapelrichtung aneinander gereihter Pouch-Zellen mit einem Spannrahmen in Stapelrichtung gegeneinander zu verklemmen. Mit anderen Worten wirkt auf den Stapel von Pouch-Zellen eine Druckkraft, die beidseitig durch in Stapelrichtung den Stapel einhausende Endplatten, welche via beidseits des Stapels in Stapelrichtung verlaufender Spannelemente gegen den Stapel gedrückt werden, aufgebracht.In order to hold the pouch cells in a battery module in the intended position, it is known to clamp the pouch cells or the stack of pouch cells lined up in a stacking direction against one another using a clamping frame in the stacking direction. In other words, a compressive force acts on the stack of pouch cells, which is applied on both sides by end plates housing the stack in the stacking direction, which are pressed against the stack via clamping elements running in the stacking direction on both sides of the stack.
Herkömmliche Batterie(modul)anordnungen, bei welchen ein Stäbe zu Verspannen umfassende Spannrahmen zum Spannen der Zellen zu einem Stapel vorgesehen ist, und welcher nach der Herstellung in der Batterie(modul)anordnung verbleibt, können beispielsweise der
Technische Schlüsselparameter, auch als „Key Performance Indicators“ (KPI) für Batterien bezeichnet, für die Batterieentwicklung sind insbesondere die gravimetrische Energiedichte und die volumetrische Energiedichte. Die gravimetrische Energiedichte ist eine spezifische Größe, die angibt, wie viel Energie pro Gewichtseinheit (also bezogen auf die Masse) der Batterie gespeichert werden kann. Sie hat die Einheit „Kilowattstunden pro Kilogramm“ (kWh/kg). Je höher die gravimetrische Energiedichte, desto leichter ist eine Batterie bei gleicher speicherbarerer Energiemenge. Die volumetrische Energiedichte gibt an, wie viel Energie pro Volumeneinheit aus einer Batterie entnommen werden kann. Sie weist die Einheit „Kilowattstunden pro Liter“ (kWh/L) auf. Je höher die volumetrische Energiedichte, umso kleinere Maße hat eine Batterie bei gleicher speicherbarer Energiemenge. Aus der Energiedichte generell lässt sich ableiten, wie lange ein Elektrofahrzeug fahren kann, bevor es aufgeladen werden muss, im Gegensatz zur Leistungsdichte, welche ein Maß für das Beschleunigungsvermögen eines Elektrofahrzeuges ist.Key technical parameters, also known as “Key Performance Indicators” (KPI) for batteries, for battery development are in particular the gravimetric energy density and the volumetric energy density. The gravimetric energy density is a specific quantity that indicates how much energy can be stored per unit weight (i.e. based on the mass) of the battery. It has the unit “kilowatt hours per kilogram” (kWh/kg). The higher the gravimetric energy density, the lighter a battery is with the same amount of energy that can be stored. The volumetric energy density indicates how much energy can be extracted from a battery per unit volume. It has the unit “kilowatt hours per liter” (kWh/L). The higher the volumetric energy density, the smaller the size of a battery with the same amount of energy that can be stored. The energy density in general can be used to determine how long an electric vehicle can drive before it needs to be charged, in contrast to the power density, which is a measure of the acceleration ability of an electric vehicle.
Je kleinteiliger eine Batterieanordnung mit Batteriemodulen aufgebaut ist, desto geringer sind die volumetrische und insbesondere die gravimetrische Energiedichten. Da jedes Batteriemodul einen Spannrahmen umfasst, verschlechtern diese insbesondere bei Batterieanordnungen mit einer Mehrzahl von Batteriemodulen die vorgenannten Energiedichten erheblich.The smaller a battery arrangement with battery modules is, the lower the volumetric and, in particular, the gravimetric energy densities. Since each battery module includes a clamping frame, these significantly worsen the aforementioned energy densities, particularly in battery arrangements with a plurality of battery modules.
Alternativ können Pouch-Zellen direkt in einem Gehäuse gestapelt werden, wobei ein Teil des Gehäuses als Teil eines Spannrahmens fungiert. Herkömmliche Verfahren zum Herstellen derartiger Batterieanordnungen sind kompliziert und taktzeitintensiv. Denn die Pouch-Zellen sind einzeln in das Gehäuse einzusetzen und danach in einem schlecht zugänglichen und engen Raum, welcher zwischen der Gehäuseinnenwand, anderer darin aufgenommener Bauteile und/oder benachbarten Zellstapeln vorliegt, vorzuspannen, zu kontaktieren und zu fixieren.Alternatively, pouch cells can be stacked directly in a housing, with part of the housing acting as part of a tension frame. Conventional methods for producing such battery arrangements are complicated and cycle time-intensive. The pouch cells must be inserted individually into the housing and then prestressed, contacted and fixed in a poorly accessible and narrow space between the inner wall of the housing, other components accommodated therein and/or adjacent cell stacks.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Batterieanordnung, sowie eine Montagevorrichtung zum Montieren eines Stapels von Pouch-Zellen in eine Batterieanordnung bereitzustellen.Based on the known prior art, it is an object of the present invention to provide an improved method for producing a battery assembly, as well as a mounting device for mounting a stack of pouch cells in a battery assembly.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer Batterieanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.The object is achieved by a method for producing a battery arrangement with the features of
Entsprechend wird ein Verfahren zum Herstellen einer Batterieanordnung vorgeschlagen, umfassend das Bereitstellen einer Mehrzahl von zwischen zwei in einer Stapelrichtung relativ zueinander verschiebbaren Vorspannkörpern in Stapelrichtung nebeneinander angeordneten und in Stapelrichtung relativ zueinander verschiebbaren Zellaufnahmen zum Aufnehmen je einer Pouch-Zelle in einem Bestückzustand, das Einsetzen einer Mehrzahl von Pouch-Zellen in die Zellaufnahmen, das Vorspannen der Pouch-Zellen mit einer vorgegebenen Vorspannung durch Annähern der Vorspannkörper aus ihrer Position in Bestückzustand aufeinander zu, so dass eine Länge des dadurch verspannten Stapels von Pouch-Zellen kleiner ist als eine vorgegebene Einbaulänge des Stapels von Pouch-Zellen im in der Batterieanordnung eingebauten Zustand des Stapels, das Einsetzen des durch die Vorspannung in den Zellaufnahmen gehaltenen Stapels von Pouch-Zellen in ein Batteriegehäuse quer zur Stapelrichtung, das Lösen der durch die Vorspannkörper auf den verspannten Stapel ausgeübten Vorspannung, und das Entnehmen des Verbunds von Zellaufnahmen und Vorspannkörpern aus dem Gehäuse.Accordingly, a method for producing a battery arrangement is proposed, comprising the provision of a plurality of cell receptacles arranged next to one another in the stacking direction between two biasing bodies which can be displaced relative to one another in a stacking direction and which can be displaced relative to one another in the stacking direction for receiving one pouch cell each in an assembly state, the insertion of a A plurality of pouch cells in the cell receptacles, the prestressing of the pouch cells with a predetermined pretension by approaching the pretensioning bodies towards one another from their position in the assembly state, so that a length of the stack of pouch cells clamped thereby is smaller than a predetermined installation length of the Stack of pouch cells in the state of the stack installed in the battery arrangement, inserting the stack of pouch cells held by the preload in the cell receptacles into a battery housing transversely to the stacking direction, releasing the preload exerted by the preload bodies on the clamped stack, and removing the assembly of cell holders and preload bodies from the housing.
Beim vorgeschlagenen Verfahren werden die Pouch-Zellen damit außerhalb ihrer Endlage im eingebauten Zustand zu einem Stapel zusammengefasst. Sie sind damit besonders einfach zu positionieren und deren Kontaktfahnen gut zugänglich. So ist ein einfaches und präzises Handling der Pouch-Zellen und der Kontaktfahnen, insbesondere in Hinblick auf deren Verschaltung und Kontaktierung außerhalb eines Gehäuses, in welches sie im eingebauten Zustand eingesetzt sind, ermöglicht.In the proposed method, the pouch cells are combined into a stack outside of their final position when installed. This makes them particularly easy to position and their contact tabs are easily accessible. This enables simple and precise handling of the pouch cells and the contact lugs, especially with regard to their interconnection and contacting outside of a housing in which they are inserted when installed.
Zudem kann in Vergleich zu herkömmlichen Verfahren, bei welchen jedes Batteriemodul ein eigenes Modulgehäuse und/oder einen die Pouch-Zellen verdeckenden Spannrahmenstrukturen vorgesehen ist, ein thermischer Vorteil im Gesamtsystem erzielt werden. Der Stapel von Pouch-Zellen kann nämlich beispielsweise direkt mit Wärmeleitklebstoff im Gehäuse eingebettet werden und im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen kann auf gewisse Bauteile und diesen zugehörige Toleranzketten verzichtet werden.In addition, in comparison to conventional methods in which each battery module has its own module housing and/or a clamping frame structure that covers the pouch cells, a thermal advantage can be achieved in the overall system. The stack of pouch cells can, for example, be embedded directly in the housing with thermally conductive adhesive and, in comparison to conventional solutions, certain components and the tolerance chains associated with them can be dispensed with.
Ferner kann ein einfaches und präzises Positionieren des vorgefertigten Stapels von Pouch-Zellen im Gehäuse mit in Vergleich zu herkömmlichen Lösungen geringem Fixierungsaufwand erzielt werden.Furthermore, simple and precise positioning of the prefabricated stack of pouch cells in the housing can be achieved with little fixation effort compared to conventional solutions.
Der Entfall von komplexen, präzisen Einzelteilen, wie sie in herkömmlichen Lösungen vorgesehen sind, beispielsweise Modulgehäuse oder Spannrahmen zum Verspannen des Stapels von Pouch-Zellen, genau wie der Entfall von taktzeitaufwendigen Produktionsprozessen und der Entfall von für herkömmliche Verfahren vorzusehende Logistik durch Entfall von Einzel- oder Zwischenprodukten, insbesondere bei der Batteriemodulfertigung, resultieren ferner in einem Kostenvorteil für das vorgeschlagene Verfahren.The elimination of complex, precise individual parts as provided in conventional solutions, for example module housings or clamping frames for clamping the stack of pouch cells, as well as the elimination of production processes that require a lot of cycle time and the elimination of the logistics required for conventional processes due to the elimination of individual or intermediate products, especially in battery module production, also result in a cost advantage for the proposed method.
Ferner kann aufgrund des Entfalls von Einzelteilen auch eine gesteigerte Qualität in der Herstellung erzielt werden. Zudem weisen durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Batterieanordnungen eine hohe gravimetrische Energiedichte und eine vorteilhafte volumetrische Energiedichte auf.Furthermore, increased quality in production can also be achieved due to the elimination of individual parts. In addition, battery arrangements produced by the method according to the invention have a high gravimetric energy density and an advantageous volumetric energy density.
Dadurch, dass die in die Zellaufnahmen eingesetzten Pouch-Zellen mit einer vorgegebenen Vorspannung vorgespannt werden, so dass die Länge des dadurch verspannten Stapels von in den Aufnahmen gehaltenen Pouch-Zellen kleiner ist als eine vorgegebene Einbaulänge des Stapels von Pouch-Zellen im in der Batterieanordnung eingebauten Zustand des Stapels, kann der Stapel von Pouch Zellen in das Batteriegehäuse frei, anders ausgedrückt spielbehaftet, eingesetzt werden. Durch das Lösen der durch die Vorspannkörper auf den verspannten Stapel ausgeübten Vorspannung erfolgt elastizitätsbedingt eine Vergrößerung des Stapels von Pouch-Zellen in Stapelrichtung, so dass die Enden des Stapels in Stapelrichtung an vorgesehene Anschlagelemente im Gehäuse anschlagen, und der Stapel von Pouch-Zellen zwischen den Anschlagelementen in Stapelrichtung verspannt ist. Der Abstand der gegenüberliegenden Anschlagelemente im Gehäuse im Stapelrichtung, welcher der Einbaulänge des Stapels entspricht, ist für die Bereitstellung der Vorspannung entsprechend um einen vorgegebenen Betrag kleiner auszubilden als eine Länge des Stapels, welcher dieser in einem unverspannten Zustand der Pouch-Zellen aufweisen würde. So kann der Stapel von Pouch-Zellen in einfacher Weise präzise in das Batteriegehäuse eingesetzt werden, und der Verbund von Zellaufnahmen und Vorspannkörpern aus dem Batteriegehäuse entnommen werden, so dass dieser keine negativen Auswirkungen auf die spezifischen Energiedichten hat.The fact that the pouch cells inserted into the cell receptacles are prestressed with a predetermined bias voltage, so that the length of the thereby clamped stack of pouch cells held in the receptacles is smaller than a predetermined installation length of the stack of pouch cells in the battery arrangement When the stack is installed, the stack of pouch cells can be inserted freely into the battery housing, in other words with play. By releasing the pre-stress exerted by the pre-stressing bodies on the clamped stack, the stack of pouch cells is enlarged in the stacking direction due to elasticity, so that the ends of the stack in the stacking direction abut against stop elements provided in the housing, and the stack of pouch cells between the Stop elements are braced in the stacking direction. To provide the preload, the distance between the opposing stop elements in the housing in the stacking direction, which corresponds to the installation length of the stack, must be made smaller by a predetermined amount than a length of the stack that it would have in an unstressed state of the pouch cells. In this way, the stack of pouch cells can be inserted precisely into the battery housing in a simple manner, and the assembly of cell holders and biasing bodies can be removed from the battery housing, so that this has no negative effects on the specific energy densities.
Zudem kann das Schwingungsverhalten der Batterieanordnung im Vergleich zu herkömmlichen Anordnungen verbessert werden, da die Massefixierung, mithin der Kraftfluss, des Stapels nicht über zusätzliche Verbindungselemente, wie Verschraubungen, erfolgt, sondern dieser direkt in das Batteriegehäuse geklemmt und vorzugsweise zusätzlich direkt verklebt wird.In addition, the vibration behavior of the battery arrangement can be improved in comparison to conventional arrangements, since the mass fixation, i.e. the power flow, of the stack does not take place via additional connecting elements such as screw connections, but rather it is clamped directly into the battery housing and preferably also glued directly.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können nach dem Vorspannen der Pouch-Zellen zum Stapel von verspannten Pouch-Zellen die zur Stapelrichtung seitlich von den Pouch-Zellen hervorstehenden Kontaktfahnen der Mehrzahl von Pouch-Zellen elektrisch miteinander kontaktiert werden, bevorzugt via eines dauerhaften Verbindens zumindest zweier angrenzenden Kontaktfahnen, besonders bevorzugt via Verschweißen, wobei bevorzugt die Pouch-Zellen seriell elektrisch verschalten werden, und/oder dass zumindest ein Hochvolt-Kontakt mit einer Kontaktfahne einer der Pouch-Zellen verbunden wird. Nach dem Vorspannen weisen die Pouch-Zellen im Stapel im Wesentlichen die in Einbaulage vorgesehene Lage zueinander auf, so dass ein Verbinden erfolgen kann, ohne dass im Einbauzustand an den Kontaktfahnen Zugspannungen vorliegen.According to a preferred embodiment, after prestressing the pouch cells to form a stack of tensioned pouch cells, the contact tabs of the plurality of pouch cells protruding laterally from the pouch cells in the stacking direction can be Cells are electrically contacted with one another, preferably via a permanent connection of at least two adjacent contact lugs, particularly preferably via welding, wherein preferably the pouch cells are electrically connected in series, and / or that at least one high-voltage contact is connected to a contact lug of one of the pouch cells becomes. After prestressing, the pouch cells in the stack essentially have the position intended in the installed position relative to one another, so that connection can take place without tensile stresses being present on the contact tabs in the installed state.
Da der Stapel noch nicht im Batteriegehäuse eingesetzt ist, sind die Kontaktfahnen des Stapels hierbei im Wesentlichen frei zugänglich. So kann für deren Verbindung bzw. Kontaktierung ein einfaches, preiswertes, präzises und robustes Verfahren Anwendung finden, beispielsweise ein Rollschweißverfahren.Since the stack is not yet inserted into the battery housing, the contact tabs of the stack are essentially freely accessible. A simple, inexpensive, precise and robust process can be used to connect or contact them, for example a roll welding process.
Entsprechend kann auch auf einfache Weise, wie gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, an zumindest eine Kontaktfahne der Mehrzahl von Pouch-Zellen ein Sensorkontakt zur Zellspannungsüberwachung und/oder Temperaturüberwachung, bevorzugt in Form eines Folienkontaktes, angebracht werden, und/oder zumindest auf eine bezogen auf die Stapelrichtung laterale Seite des Stapels von Pouch-Zellen, bevorzugt über zumindest eine Kontaktfahne der Mehrzahl von Pouch-Zellen, eine Isolationsfolie aufgebracht werden.Accordingly, a sensor contact for cell voltage monitoring and/or temperature monitoring, preferably in the form of a film contact, can also be attached to at least one contact tab of the plurality of pouch cells in a simple manner, as provided according to a further embodiment, and/or at least based on one An insulating film is applied to the stacking direction on the lateral side of the stack of pouch cells, preferably via at least one contact tab of the plurality of pouch cells.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vor dem Aufbringen der Vorspannung durch die Vorspannkörper zwischen zumindest einem Vorspannkörper und der Mehrzahl von Zellaufnahmen eine Abschlussplatte in eine zu der Mehrzahl von Zellaufnahmen relativ verschiebbare Abschlussplattenaufnahme eingesetzt werden, wobei bevorzugt zwischen beiden Vorspannkörpern und der Mehrzahl von Zellaufnahmen jeweils eine Abschlussplatte eingesetzt wird. Durch die Abschlussplatten kann die Vorspannung auf die Pouch-Zellen besonders exakt aufgebracht werden. Die Abschlussplatten bilden hierbei vorzugsweise einen Teil des Stapels von Pouch-Zellen, welcher nach dem Entfernen des Verbundes der Aufnahmen zusammen mit den Pouch-Zellen im Batteriegehäuse verbleiben. Entsprechend umfasst der vorgespannte Stapel von Pouch-Zellen ebenfalls die zumindest eine Abschlussplatte. Mit anderen Worten bildet die zumindest eine Abschlussplatte einen Abschluss des Stapels zumindest an einer Endseite bzw. Stirnseite des Stapels in Stapelrichtung aus.According to a further embodiment, before the prestressing body is applied by the prestressing bodies, an end plate can be inserted between at least one prestressing body and the plurality of cell receptacles into an end plate receptacle that is relatively displaceable to the plurality of cell receptacles, with an end plate preferably being placed between both prestressing bodies and the plurality of cell receptacles is used. The end plates allow the preload to be applied to the pouch cells particularly precisely. The end plates preferably form part of the stack of pouch cells, which remain in the battery housing together with the pouch cells after the assembly of the receptacles has been removed. Accordingly, the prestressed stack of pouch cells also includes the at least one end plate. In other words, the at least one end plate forms a termination of the stack at least on one end side or front side of the stack in the stacking direction.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vor dem Aufbringen der Vorspannung durch die Vorspannkörper zumindest eine die Mehrzahl von Pouch-Zellen in Stapelrichtung unterteilende Zwischenwand zwischen der Mehrzahl von Zellaufnahmen in eine zu der Mehrzahl von Zellaufnahmen relativ verschiebbare Zwischenwandaufnahme eingesetzt bzw. angeordnet werden. Entsprechend umfasst der vorgespannte Stapel von Pouch-Zellen dann ebenfalls die zumindest eine Zwischenwand. Die Zwischenwand kann der verbesserten Verteilung der Vorspannung auf die Pouch-Zellen im Stapel dienen.According to a further embodiment, before the prestressing is applied by the prestressing bodies, at least one intermediate wall dividing the plurality of pouch cells in the stacking direction can be inserted or arranged between the plurality of cell receptacles in an intermediate wall receptacle that is relatively displaceable to the plurality of cell receptacles. Accordingly, the prestressed stack of pouch cells then also includes the at least one intermediate wall. The intermediate wall can serve to improve the distribution of the preload on the pouch cells in the stack.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Einsetzen des vorgespannten Stapels in das Gehäuse geführt erfolgen, wobei bevorzugt der verspannte Stapel zumindest ein Führungsbereich aufweist, welcher in einen korrespondierenden Führungsabschnitt am Batteriegehäuse einführbar ist, wobei bevorzugt zumindest eine Abschlussplatte und/oder zumindest eine Zwischenwand im verspannten Stapel zumindest einen Führungsbereich aufweist. Entsprechend kann der Stapel durch Interagieren seines zumindest einen Führungsbereichs und des zumindest einen Führungsabschnitts des Batteriegehäuses lagegenau eingesetzt werden. Vorzugsweise bilden die korrespondierenden Führungsbereiche und Führungsabschnitte jeweils zueinander wirkende Anschläge in Stapelrichtung aus, wobei der Stapel über die als Anschlag in Stapelrichtung ausgebildeten Führungsbereiche nach Lösen der Vorspannung durch die Vorspannkörper aufgrund deren Anschlagens an die Führungsabschnitte des Batteriegehäuses in einem eingesetzten und im Batteriegehäuse verspannten Zustand gehalten wird.According to a further embodiment, the insertion of the prestressed stack into the housing can be carried out in a guided manner, with the prestressed stack preferably having at least one guide region which can be inserted into a corresponding guide section on the battery housing, with preferably at least one end plate and/or at least one intermediate wall in the clamped stack has at least one management area. Accordingly, the stack can be inserted in a precise position by interacting with its at least one guide region and the at least one guide section of the battery housing. Preferably, the corresponding guide areas and guide sections each form mutually acting stops in the stacking direction, the stack being held in an inserted state and clamped in the battery housing by the guide areas designed as a stop in the stacking direction after the preload has been released by the preloading bodies due to their striking against the guide sections of the battery housing becomes.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können zumindest die Pouch-Zellen des Stapels mit dem Batteriegehäuse verklebt werden, wobei bevorzugt ein Klebstoff, vorzugsweise ein Wärmeleitklebstoff, vor, während und/oder nach dem Einsetzen des verspannten Stapels in das Batteriegehäuse und/oder auf zumindest eine Seite des verspannten Stapels aufgebracht wird, und/oder die Pouch-Zellen mit einer Vergussmasse, bevorzugt einem expandierenden, zumindest teilweise aushärtendem Schaummaterial, zumindest teilweise mit dem Gehäuse vergossen werden, wobei die Vergussmasse bevorzugt eine expandierende und/oder wärmeleitende und/oder elektrisch isolierende Vergussmasse ist.According to a further embodiment, at least the pouch cells of the stack can be glued to the battery housing, with an adhesive, preferably a thermally conductive adhesive, being applied before, during and/or after the clamped stack is inserted into the battery housing and/or on at least one side of the battery housing braced stack is applied, and / or the pouch cells are at least partially cast with the housing with a casting compound, preferably an expanding, at least partially hardening foam material, the casting compound preferably being an expanding and / or heat-conducting and / or electrically insulating casting compound .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann nach dem Einsetzten der Pouch-Zellen in die Zellaufnahmen und vor dem Verspannen eine Positionierplatte quer zur Stapelrichtung mit den Pouch-Zellen in Kontakt gebracht werden, um die Pouch-Zellen in eine vorgegebene Position zueinander zu bringen. So kann insbesondere erzielt werden, dass alle Pouch-Zellen des Stapels an der zur Positionierplatte weisenden Seite, welche entgegen der Richtung des Einsetzens der Pouch-Zellen in die Zellaufnahmen orientiert ist, wie vorgesehen positionier sind. Diese Seite entspricht in der Einbaulage des Stapels bevorzugt der Seite, mit welcher die Pouch-Zellen mit einer Temperiervorrichtung der Batterieanordnung in thermischen Kontakt stehen, und/oder einem Boden des Batteriegehäuses.According to a further embodiment, after inserting the pouch cells into the cell holders and before clamping, a positioning plate can be brought into contact with the pouch cells transversely to the stacking direction in order to bring the pouch cells into a predetermined position relative to one another. In particular, it can be achieved that all pouch cells of the stack are on the side facing the positioning plate, which is opposite to the direction When the pouch cells are inserted into the cell holders, they are positioned as intended. In the installed position of the stack, this side preferably corresponds to the side with which the pouch cells are in thermal contact with a temperature control device of the battery arrangement and/or a bottom of the battery housing.
Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch eine Montagevorrichtung zum Montieren eines Stapels von Pouch-Zellen in eine Batterieanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.The above-mentioned object is further achieved by a mounting device for mounting a stack of pouch cells in a battery arrangement with the features of
Entsprechend wird eine Montagevorrichtung zum Montieren eines Stapels von Pouch-Zellen in eine Batterieanordnung vorgeschlagen, umfassend eine Mehrzahl von zwischen zwei in einer Stapelrichtung relativ zueinander verschiebbaren Vorspannkörpern in Stapelrichtung nebeneinander angeordneten und in Stapelrichtung relativ zueinander verschiebbaren Zellaufnahmen zum Aufnehmen je einer Pouch-Zelle, wobei die Vorspannkörper ausgebildet und eingerichtet sind, in Stapelrichtung zwischen einem Bestückzustand und einem Vorspannzustand verschiebbar zu sein, wobei im Bestückzustand ein Abstand der Vorspannkörper zueinander in Stapelrichtung größer ist als eine Summe der Dicken der Mehrzahl von in den Zellaufnahmen aufzunehmenden Pouch-Zellen in Stapelrichtung, und im Vorspannzustand zum Ausüben einer Vorspannung auf die in den Zellaufnahmen aufgenommenen Pouch-Zellen die Vorspannkörper aus ihrer Position im Bestückzustand aufeinander zu bewegt sind, so dass eine Länge des verspannten Stapels von Pouch-Zellen kleiner ist als eine vorgesehene Einbaulänge des Stapels von Pouch-Zellen im in der Batterieanordnung eingebauten Zustand des Stapels, wobei die Montagevorrichtung ausgebildet und eingerichtet ist, im Vorspannzustand zum Einsetzen des verspannten Stapels in ein Batteriegehäuse quer zur Stapelrichtung einführbar zu sein, und nach dem Einsetzen des Stapels durch Lösen der Vorspannung auf den Stapel aus dem Batteriegehäuse entnehmbar zu sein.Accordingly, a mounting device for mounting a stack of pouch cells in a battery arrangement is proposed, comprising a plurality of cell receptacles arranged next to one another in the stacking direction between two biasing bodies which can be displaced relative to one another in a stacking direction and which can be displaced relative to one another in the stacking direction for receiving one pouch cell each, wherein the biasing bodies are designed and set up to be displaceable in the stacking direction between a loading state and a biasing state, wherein in the loading state a distance between the biasing bodies from one another in the stacking direction is greater than a sum of the thicknesses of the plurality of pouch cells to be accommodated in the cell receptacles in the stacking direction, and in the biasing state, in order to exert a biasing tension on the pouch cells accommodated in the cell receptacles, the biasing bodies are moved towards one another from their position in the assembly state, so that a length of the braced stack of pouch cells is smaller than an intended installation length of the stack of pouch cells in the state of the stack installed in the battery arrangement, the mounting device being designed and set up to be insertable transversely to the stacking direction in the preloaded state for inserting the clamped stack into a battery housing, and after inserting the stack by releasing the preload on the stack from the battery housing to be removable.
Eine „Montagevorrichtung“ ist hierin definiert als eine Vorrichtung, welche zum und nur während des Montierens eines Endproduktes verwendet wird, ohne nach Abschluss der Montage im Endprodukt zu verbleiben, mithin wieder entnommen wird, im Gegensatz zu beispielsweise einem Spannrahmen zum Vorspannen von Batteriezellen eines Batteriemodules im Batteriemodul oder eines Gitterträgers zum Halten und Positionieren von Batteriezellen im Batteriemodul.A “mounting device” is defined herein as a device that is used for and only during the assembly of an end product, without remaining in the end product after assembly has been completed, and is therefore removed again, in contrast to, for example, a clamping frame for pre-tensioning battery cells of a battery module in the battery module or a lattice support for holding and positioning battery cells in the battery module.
Durch die Montagevorrichtung können die hinsichtlich des Verfahrens beschriebenen Vorteile und Wirkungen in analoger Weise erzielt werden, so dass an dieser Stelle auf deren Beschreibung verzichtet wird, um Redundanzen zu vermeiden.The assembly device can achieve the advantages and effects described with regard to the method in an analogous manner, so that their description is omitted here in order to avoid redundancies.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann zwischen zumindest einem Vorspannkörper und der Mehrzahl von Zellaufnahmen eine Abschlussplattenaufnahme zum Aufnehmen einer Abschlussplatte relativ verschiebbar zu der Mehrzahl von Zellaufnahmen angeordnet sein, wobei die Abschlussplattenaufnahme bevorzugt relativ verschiebbar zum angrenzenden Vorspannkörper angeordnet ist oder an dem Vorspannkörper angeordnet ist, wobei bevorzugt zwischen beiden Vorspannkörpern und der Mehrzahl von Zellaufnahmen jeweils eine Abschlussplattenaufnahme zum Aufnehmen einer Abschlussplatte angeordnet ist.According to a preferred embodiment, an end plate receptacle for receiving an end plate can be arranged so that it can be moved relative to the plurality of cell receptacles between at least one biasing body and the plurality of cell receptacles, wherein the end plate receptacle is preferably arranged so as to be relatively displaceable to the adjacent pretensioning body or is arranged on the pretensioning body, which is preferred An end plate receptacle for receiving an end plate is arranged between the two prestressing bodies and the plurality of cell receptacles.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann zumindest eine Zwischenwandaufnahme zum Aufnehmen einer die Mehrzahl von Pouch-Zellen in Stapelrichtung unterteilenden Zwischenwand zwischen der Mehrzahl von Zellaufnahmen relativ verschiebbar zu der Mehrzahl von Zellaufnahmen angeordnet sein.According to a preferred embodiment, at least one intermediate wall receptacle for receiving an intermediate wall that divides the plurality of pouch cells in the stacking direction can be arranged between the plurality of cell receptacles so as to be displaceable relative to the plurality of cell receptacles.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Vorrichtung zumindest eine Aussparung für zumindest einen am verspannten Stapel vorgesehenen Führungsbereich zum Führen des verspannten Stapels während eines Einführens in das Batteriegehäuse der Batterieanordnung umfassen, wobei vorzugsweise zumindest eine Aussparung an einer Abschlussplattenaufnahme und/oder an eine Zwischenwandaufnahme bereitgestellt ist.According to a preferred embodiment, the device can comprise at least one recess for at least one guide region provided on the clamped stack for guiding the clamped stack during insertion into the battery housing of the battery arrangement, preferably at least one recess being provided on an end plate receptacle and/or on an intermediate wall receptacle.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können die Zellaufnahmen in Bezug auf die Stapelrichtung laterale Öffnungen, bevorzugt Schlitze, zum Aufnehmen der Kontaktfahnen der Pouch-Zellen aufweisen, und/oder die Montagevorrichtung kann zumindest einen Positionierungsraum zum Positionieren eines Hochvolt-Kontakts und/oder zum Positionieren eines Sensorkontakts zur Zellspannungsüberwachung und/oder Temperaturüberwachung, bevorzugt in Form eines Folienkontaktes, und/oder zumindest einer Isolationsfolie umfassen.According to a preferred embodiment, the cell receptacles can have lateral openings, preferably slots, with respect to the stacking direction for receiving the contact tabs of the pouch cells, and/or the mounting device can have at least one positioning space for positioning a high-voltage contact and/or for positioning a sensor contact for cell voltage monitoring and/or temperature monitoring, preferably in the form of a foil contact, and/or at least one insulating foil.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Montagevorrichtung ferner eine Positionierplatte zum Positionieren der in den Zellaufnahmen aufgenommenen Pouch-Zellen in einer vorgegebenen Position zueinander umfassen, wobei die Positionierplatte ausgebildet und eingerichtet ist, nach dem Einsetzten der Pouch-Zellen in die Zellaufnahmen und vor dem Verspannen quer zur Stapelrichtung mit den Pouch-Zellen in Kontakt bringbar und wieder entfernbar zu sein.According to a preferred embodiment, the mounting device can further comprise a positioning plate for positioning the pouch cells accommodated in the cell receptacles in a predetermined position relative to one another, the positioning plate being designed and set up after the pouch cells have been inserted into the cell receptacles and before bracing transversely to be brought into contact with the pouch cells in the stacking direction and removable again.
Kurze Beschreibung der FigurenShort description of the characters
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 schematisch eine perspektivische Seitenansicht einer Montagevorrichtung Montieren eines Stapels von Pouch-Zellen in eine Batterieanordnung; -
2 schematisch eine weitere perspektivische Seitenansicht der Montagevorrichtung aus1 ; -
3 schematisch eine weitere perspektivische Seitenansicht der Montagevorrichtung aus1 in einem Bestückzustand; -
4 schematisch eine weitere perspektivische Seitenansicht der Montagevorrichtung 1aus 3 mit aufgesetzter Positionierplatte; -
5 schematisch eine weitere perspektivische Seitenansicht der Montagevorrichtung aus1 in einem Vorspannzustand; -
6 schematisch eine weitere perspektivische Seitenansicht der Montagevorrichtung aus1 im Vorspannzustand mit verbundenen Kontaktfahnen der in der Montagevorrichtung gehaltenen Pouch-Zellen; -
7 schematisch eine weitere perspektivische Seitenansicht der Montagevorrichtung aus6 ; -
8 schematisch eine perspektivische Seitenansicht der Montagevorrichtung aus7 und eines Batteriegehäuses der herzustellenden Batterieanordnung; -
9 schematisch eine perspektivische Seitenansicht der Montagevorrichtung gemäß der7 und8 in einem in das Batteriegehäuse eingestecktem Zustand; -
10 schematisch eine perspektivische Seitenansicht, in welcher die Montagevorrichtung aus ihrerPosition gemäß 9 heraus wieder aus dem Batteriegehäuse entnommen wurde; und -
11 schematisch diegemäß 10 entstandene Batterieanordnung.
-
1 schematically a perspective side view of a mounting device mounting a stack of pouch cells into a battery assembly; -
2 schematically another perspective side view of the mountingdevice 1 ; -
3 schematically another perspective side view of the mountingdevice 1 in an assembled state; -
4 schematically another perspective side view of the mountingdevice 13 with attached positioning plate; -
5 schematically another perspective side view of the mountingdevice 1 in a bias state; -
6 schematically another perspective side view of the mountingdevice 1 in the preloaded state with connected contact tabs of the pouch cells held in the mounting device; -
7 schematically another perspective side view of the mountingdevice 6 ; -
8th schematically a perspective side view of theassembly device 7 and a battery housing of the battery assembly to be produced; -
9 schematically a perspective side view of the mounting device according to7 and8th in a state inserted into the battery case; -
10 schematically a perspective side view, in which the mounting device from its position according to9 was removed from the battery housing again; and -
11 schematically the according10 resulting battery arrangement.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter AusführungsbeispieleDetailed description of preferred embodiments
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.Preferred exemplary embodiments are described below with reference to the figures. The same, similar or identical elements in the different figures are given identical reference numbers, and a repeated description of these elements is partly omitted in order to avoid redundancies.
In
Die Vorspannkörper 2 weisen eine auf deren zu den Zellaufnahmen 4 weisenden Seite je eine Abschlussplattenaufnahme 5 zum Aufnehmen einer Abschlussplatte auf.The biasing
Ferner umfasst die Montagevorrichtung 1 Zwischenwandaufnahmen 6, wobei hier wiederum der Übersichtlichkeit halber nur eine dargestellt ist. Die Zwischenwandaufnahmen 6 sind jeweils zum Aufnehmen einer die Mehrzahl von Pouch-Zellen in Stapelrichtung unterteilenden Zwischenwand ausgebildet und sind jeweils zwischen den Zellaufnahmen 4 relativ verschiebbar zu den Zellaufnahmen 4 und den Vorspannkörpern 2 angeordnet.Furthermore, the mounting
Die Vorspannkörper 2, entsprechend auch deren Abschlussplattenaufnahmen 5, die Zellaufnahmen 4 und die Zwischenwandaufnahmen 6 sind vorliegend entlang einer Führung 7 in Stapelrichtung 3 geführt.The
Die Vorspannkörper 2 sind ausgebildet und eingerichtet, in Stapelrichtung 3 zwischen einem Bestückzustand (siehe
Die Zellaufnahmen 4 und Zwischenwandaufnahmen 6 sind in Stapelrichtung 3 gleichmäßig verteilt angeordnet. Dadurch ist es möglich, wie in
Im Vorspannzustand, welcher
Die Montagevorrichtung 1 ist ferner ausgebildet und eingerichtet, im Vorspannzustand zum Einsetzen des verspannten Stapels 12 in ein Batteriegehäuse (siehe
Die Montagevorrichtung 1 ist mithin eine Vorrichtung, welche zum und nur während des Montierens der Batterieanordnung 100 (siehe
Wie
Wie weiter unten hinsichtlich eines Verfahrens zum Herstellen der Batterieanordnung 100 gemäß
Wie
Die Montagevorrichtung 1 umfasst, wie
Wie in
Wie den
Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen einer Batterieanordnung anhand der
Zunächst werden die im Bestückzustand gemäß
Im Anschluss daran wird optional die Positionierplatte 26 in Einsetzrichtung 27 auf die Montagevorrichtung 1 gesetzt und die Montagevorrichtung 1 anschließend optional um 180° um die Stapelrichtung 3 gedreht bzw. umgestürzt. Dadurch liegen die Pouch-Zellen 4, Zwischenwände 9 und Abschlussplatten 10 schwerkraftbedingt auf der Positionierplatte 26 auf, wie
Nun erfolgt das Vorspannen der Pouch-Zellen 8, Zwischenwände 9 und Abschlussplatten 10 mit einer vorgegebenen Vorspannung durch Annähern der Vorspannkörper 2 aus ihrer vorgegebenen Position im Bestückzustand aufeinander zu, wie in
Wie in Hinblick auf die
Wie
Im Anschluss wird die Montagevorrichtung 1 wieder um 180° um die Stapelrichtung 3 zurück geschwenkt, so dass sie in der in
Wie in
Dann erfolgt das Lösen der durch die Vorspannkörper 2 auf den verspannten Stapel 12 ausgeübten Vorspannung. Dadurch expandiert der Stapel 12 in Stapelrichtung 3.The prestress exerted on the clamped
Die Führungsabschnitte 18 stellen Anschläge in Stapelrichtung 3 für die Führungsbereiche 14 des Stapels 12 dar. Der expandierte Stapel 12 ist entsprechend mit seiner vorgegebenen Einbaulänge in Stapelrichtung 3 mit einer vorgegebenen Verspannung in Stapelrichtung 3 im Gehäuse vorgespannt.The
Danach kann die Montagevorrichtung 1 wieder aus dem Batteriegehäuse entnommen werden.The
Optional erfolgt ferner ein Verkleben zumindest der Pouch-Zellen 4, bevorzugt ebenso der Abschlussplatten 10 und/oder der Zwischenwände 9 mit dem Gehäuse, wobei vorliegend eine expandierende, zumindest teilweise aushärtende Schaummaterial-Vergussmasse (hier nicht gezeigt), in das Batteriegehäuse 13 gegossen wird.Optionally, at least the
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.To the extent applicable, all individual features shown in the exemplary embodiments can be combined and/or exchanged with one another without departing from the scope of the invention.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- MontagevorrichtungMounting device
- 22
- Vorspannkörperpreload body
- 33
- StapelrichtungStacking direction
- 44
- ZellaufnahmeCell recording
- 55
- AbschlussplattenaufnahmeEnd plate holder
- 66
- ZwischenwandaufnahmeIntermediate wall mount
- 77
- Führungguide
- 88th
- Pouch-ZellePouch cell
- 99
- Zwischenwandpartition wall
- 1010
- AbschlussplatteEnd plate
- 1111
-
Länge des verspannten Stapels 12 im VorspannzustandLength of the braced
stack 12 in the pre-tensioned state - 11'11'
- Längelength
- 1212
- Stapelstack
- 1313
- BatteriegehäuseBattery case
- 1414
- FührungsbereichLeadership area
- 1515
- Aussparungrecess
- 1616
- StapeleinsetzrichtungStack insertion direction
- 1717
- FührungsstegGuide bridge
- 1818
- FührungsabschnittLeadership section
- 1919
- Öffnungopening
- 2020
- KontaktfahneContact flag
- 2121
- PositionierraumPositioning space
- 2222
- Hochvolt-KontaktHigh voltage contact
- 2323
- PositionierraumPositioning space
- 2424
- KontaktfolieContact foil
- 2525
- SensorkontaktSensor contact
- 2626
- PositionierplattePositioning plate
- 2727
- EinsetzrichtungDirection of insertion
- 100100
- BatterieanordnungBattery arrangement
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 3631877 A1 [0004]EP 3631877 A1 [0004]
- DE 102016118977 [0004]DE 102016118977 [0004]
- US 9225035 B1 [0004]US 9225035 B1 [0004]
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022116265.6A DE102022116265A1 (en) | 2022-06-29 | 2022-06-29 | Method for making a battery assembly and assembly device |
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---|---|---|---|
DE102022116265.6A DE102022116265A1 (en) | 2022-06-29 | 2022-06-29 | Method for making a battery assembly and assembly device |
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