DE102022117045A1

DE102022117045A1 - Verfahren und Bearbeitungsvorrichtung zum Herstellen einer Speicherzelle für einen elektrischen Energiespeicher, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, sowie Verwendung einer Bearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102022117045A1
Application number: DE102022117045.4A
Authority: DE
Inventors: Simon Haerle; Seokyoon Yoo; Christoph Born; Alexander Beaury
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2022-07-08
Filing date: 2022-07-08
Publication date: 2024-01-25
Also published as: WO2024008349A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Speicherzelle für einen elektrischen Energiespeicher, bei welchem ein Elektrodenwickel (1) bereitgestellt wird, welcher eine Elektrodenfolie (3) aufweist. Es wird eine Bearbeitungsvorrichtung (2) bereitgestellt, welche eine um eine Basisdrehachse (8) drehbare Basis (7) und Bearbeitungselemente (9) aufweist, welche jeweils um eine Elementdrehachse (10) relativ zu der Basis (7) drehbar sind und in eine jeweilige, dem jeweiligen Bearbeitungselement (9) zugeordnete, bogenförmige Führung (11) der Basis (7) eingreifen. Die Basis (2) wird relativ zu dem Elektrodenwickel (1), relativ zu den Elementdrehachsen (10) und relativ zu den Bearbeitungselementen (9) um die Basisdrehachse (8) gedreht, wodurch mittels der Führungen (11) eine jeweilige, relativ zu dem Elektrodenwickel (1), relativ zu der Basis (2) und in Richtung der Basisdrehachse (8) erfolgende Schwenkbewegung der Bearbeitungselemente (9) um die Elementdrehachsen (10) bewirkt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Bearbeitungsvorrichtung zum Herstellen einer Speicherzelle für einen elektrischen Energiespeicher, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung einer solchen Bearbeitungsvorrichtung.
Der DE 10 2012 208 726 B4 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Separators zur Verwendung in einer elektrochemischen Batteriezelle einer Lithium-Ionen-Batterie als bekannt zu entnehmen. Die EP 2 684 235 B1 offenbart eine Energiespeichervorrichtung mit einer Mehrzahl von Speicherzellen. Des Weiteren ist aus der WO 2017/129323 A1 ein Folienaufbau für eine Batterie zum Verspenden auf einem Rundkörper bekannt. Außerdem offenbart die DE 10 2021 001 982 A1 einen Zellverbinder zum Verbinden von wenigstens zwei Ableitern und/oder Litzen miteinander.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren, eine Bearbeitungsvorrichtung und eine Verwendung einer solchen Bearbeitungsvorrichtung zu schaffen, sodass Speicherzellen für elektrische Energiespeicher, insbesondere von Kraftfahrzeugen, besonders zeit- und kostengünstig und besonders prozesssicher hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Bearbeitungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 sowie durch eine Verwendung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer einfach auch als Zelle bezeichneten Speicherzelle für einen elektrischen Energiespeicher, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Mittels der Speicherzelle kann, insbesondere in vollständig hergestelltem Zustand der Speicherzelle, elektrische Energie, insbesondere elektrochemisch, gespeichert werden. Der elektrische Energiespeicher weist in seinem vollständig hergestellten Zustand die Speicherzelle sowie mehrere, weitere Speicherzellen auf, wobei die vorigen und folgenden Ausführungen zu der Speicherzelle ohne Weiteres auch auf die anderen, weiteren Speicherzellen übertragen werden können und umgekehrt. In fertig hergestelltem Zustand des elektrischen Energiespeichers sind die Speicherzellen des elektrischen Energiespeichers beispielsweise elektrisch miteinander verbunden, sodass mittels des elektrischen Energiespeichers elektrische Energie, insbesondere elektrochemisch, gespeichert werden kann. Vorzugsweise ist der elektrische Energiespeicher eine Hochvolt-Komponente, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebsspannung oder Nennspannung, vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist und ganz vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt. Der elektrische Energiespeicher wird beispielsweise als sogenannter Traktionsspeicher verwendet. Dies bedeutet, dass in vollständig hergestelltem Zustand des mit dem elektrischen Energiespeicher ausgestatteten Kraftfahrzeugs das Kraftfahrzeug wenigstens eine elektrische Maschine aufweist, mittels welcher das Kraftfahrzeug, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Um das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine anzutreiben, wird die elektrische Maschine mit der in dem elektrischen Energiespeicher gespeicherten, elektrischen Energie versorgt. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine eine Hochvolt-Komponente, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebs- oder Nennspannung, vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere vorzugsweise größer als 60 Volt, ist und ganz vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen der Speicherzelle wird ein Elektrodenwickel bereitgestellt. Der Elektrodenwickel weist wenigstens eine Elektrodenfolie auf, welche auch als erste Elektrodenfolie bezeichnet wird. Die Elektrodenfolie ist, beispielsweise um eine beispielsweise gedachte Wickelachse, zu dem Elektrodenwickel aufgewickelt. Insbesondere weist beispielsweise der Elektrodenwickel eine weitere, zweite Elektrodenfolie auf, welche, insbesondere um die gedachte Wickelachse, zu dem Elektrodenwickel aufgewickelt ist, sodass die Elektrodenfolien, insbesondere um die beispielsweise gedachte Wickelachse, zu dem Elektrodenwickel aufgewickelt sind. Ganz insbesondere weist der Elektrodenwickel beispielsweise einen zwischen den Elektrodenfolien angeordneten Separator auf, welcher, insbesondere mit den Elektrodenfolien, zu dem Elektrodenwickel aufgewickelt ist, insbesondere um die beispielsweise gedachte Wickelachse. Der Elektrodenwickel wird auch als Jelly-Roll bezeichnet. Im vollständig hergestellten Zustand der Speicherzelle ist oder bildet beispielsweise die erste Elektrodenfolie einen ersten elektrischen Pol der Speicherzelle, wobei der erste elektrische Pol eine erste elektrische Polarität aufweist. Beispielsweise bildet in vollständig hergestelltem Zustand der Speicherzelle die zweite Elektrodenfolie einen zweiten elektrischen Pol der Speicherzelle, wobei der zweite elektrische Pol eine von der ersten elektrischen Polarität unterschiedliche, zweite elektrische Polarität aufweist. Wenn zuvor und im Folgenden von der Elektrodenfolie die Rede ist, so ist darunter, falls nichts anderes angegeben ist, die erste Elektrodenfolie zu verstehen. Die vorigen und folgenden Ausführungen zur Elektrodenfolie, mithin zur ersten Elektrodenfolie, können ohne Weiteres auch auf die zweite Elektrodenfolie übertragen werden und umgekehrt.
Beispielsweise ist oder bildet die Elektrodenfolie eine Elektrode der Speicherzelle, sodass beispielsweise in vollständig hergestelltem Zustand der Speicherzelle die Elektrodenfolie die genannte Elektrode ist, bildet oder ein Bestandteil der Elektrode ist. Somit wird beispielsweise bei dem erfindungsgemäßen Verfahren aus der Elektrodenfolie die genannte Elektrode der Speicherzelle hergestellt. Beispielsweise ist die Elektrodenfolie eine Anodenfolie, sodass die genannte Elektrode eine Anode der Speicherzelle ist, und sodass beispielsweise der durch die Elektrodenfolie gebildete, elektrische Pol der Speicherzelle ein elektrischer Minuspol der Speicherzelle ist. Ferner ist es denkbar, dass die Elektrodenfolie eine Kathodenfolie ist, sodass die Elektrode eine Kathode der Speicherzelle ist. Somit ist der durch die Elektrodenfolie gebildete, elektrische Pol der Speicherzelle ein elektrischer Pluspol der Speicherzelle. Mittels der Elektrode und somit mittels der Elektrodenfolie kann die elektrische Energie, insbesondere elektrochemisch, in der Speicherzelle gespeichert werden. Außerdem kann die in der Speicherzelle gespeicherte, elektrische Energie mittels der Elektrode von der Speicherzelle bereitgestellt und somit beispielsweise an eine zusätzlich zu der Speicherzelle vorgesehene Komponente übertragen werden, wodurch die Komponente mit der in der Speicherzelle gespeicherten, elektrischen Energie versorgbar ist. Beispielsweise handelt es sich bei der Komponente um die genannte, elektrische Maschine. Beispielsweise wird bei dem Verfahren ein einfach auch als Gehäuse bezeichnetes Zellgehäuse der Speicherzelle bereitgestellt, wobei der Elektrodenwickel in dem Gehäuse angeordnet werden kann.
Um nun die Speicherzelle zeit- und kostengünstig und prozesssicher herstellen zu können, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Bearbeitungsvorrichtung bereitgestellt. Die einfach auch als Vorrichtung bezeichnete Bearbeitungsvorrichtung weist eine um eine Basisdrehachse drehbare Basis auf, welche auch als Basiselement bezeichnet wird. Beispielsweise ist die Basis als eine Scheibe ausgebildet, sodass die Basis auch als Basisscheibe bezeichnet wird. Die Bearbeitungsvorrichtung weist außerdem mehrere Bearbeitungselemente auf, welche auch als Segmente oder Bearbeitungssegmente bezeichnet werden. Die Bearbeitungselemente sind jeweils um eine jeweilige, parallel zu der Basisdrehachse verlaufende und von der Basisdrehachse beabstandete Elementdrehachse relativ zu der Basis drehbar. Mit anderen Worten kann das jeweilige Bearbeitungselement um seine jeweilige, parallel zu der Basisdrehachse verlaufende und von der Basisdrehachse beabstandete Elementdrehachse relativ zu der Basis gedreht beziehungsweise verschwenkt werden. Dabei sind die Elementdrehachsen insbesondere in um die Basisdrehachse verlaufender Umfangsrichtung der Basis voneinander beabstandet angeordnet. Insbesondere sind die Elementdrehachsen auf einem gemeinsamen Kreis angeordnet, dessen Mittelpunkt vorzugsweise auf der Basisdrehachse liegt. Beispielsweise sind die Bearbeitungselemente um die Elementdrehachsen relativ zu einer Grundeinrichtung, insbesondere Bearbeitungsvorrichtung, drehbar, insbesondere verschwenkbar, an der Grundeinrichtung gehalten. Dabei ist es insbesondere denkbar, dass die Basis um die Basisdrehachse relativ zu der Grundeinrichtung und insbesondere auch relativ zu den Elementdrehachsen drehbar ist.
Dem jeweiligen Bearbeitungselement ist eine jeweilige, bogenförmige Führung der Basis zugeordnet. Die Basis ist um die Basisdrehachse relativ zu den Elementdrehachsen und somit vorzugsweise auch relativ zu der Grundeinrichtung drehbar. Insbesondere ist die Führung eine beispielsweise als Nut oder Durchgangsschlitz ausgebildete Führungskulisse, wobei das jeweilige Bearbeitungselement in die jeweilige, dem jeweiligen Bearbeitungselement zugeordnete Führung eingreift.
Bei dem Verfahren wird die Basis relativ zu dem Elektrodenwickel und relativ zu den Elementdrehachsen und somit beispielsweise auch relativ zu der Grundeinrichtung um die Basisdrehachse gedreht, wodurch mittels der Führungen eine jeweilige, relativ zu dem Elektrodenwickel, relativ zu der Basis und beispielsweise auch relativ zu der Grundeinrichtung und in Richtung der Basisdrehachse erfolgende Schwenkbewegung der Bearbeitungselemente um die Elementdrehachsen bewirkt wird. Mit anderen Worten, dadurch, dass die Basis um die Basisdrehachse relativ zu dem Elektrodenwickel und relativ zu den Elementdrehachsen und vorzugsweise auch relativ zur Grundeinrichtung gedreht wird, während die Bearbeitungselemente in die zugeordneten, jeweiligen Führungen eingreifen, bewirken die Führungen, dass die in die Führung eingreifenden Bearbeitungselemente die jeweilige, beschriebene Schwenkbewegung ausführen, in deren Rahmen das jeweilige Bearbeitungselement um seine jeweilige Elementdrehachse in Richtung der Basisdrehachse verschwenkt wird. Somit ist durch die Führungen und dadurch, dass die Bearbeitungselemente in die Führungen eingreifen, eine Zwangsführung geschaffen, durch die die Bearbeitungselemente um die Elementdrehachsen relativ zu der Basis und auch relativ zu dem Elektrodenwickel hin zu der Basisdrehachse verschwenkt werden, wenn die Basis um die Basisdrehachse relativ zu den Elementdrehachsen gedreht wird.
Mittels der Bearbeitungselemente wird zumindest ein auf einer Stirnseite der Elektrodenfolie angeordneter Teilbereich der Elektrodenfolie infolge der bewirkten Schwenkbewegungen der Bearbeitungselemente umgeklappt, insbesondere umgebogen, insbesondere um eine Klappachse, insbesondere Biegeachse. Beispielsweise wird der Teilbereich mittels der Bearbeitungselemente infolge der bewirkten Schwenkbewegungen der Bearbeitungselemente in Richtung der Basisdrehachse umgeklappt. Mittels der Bearbeitungselemente und deren Schwenkbewegungen kann der, insbesondere gesamte, Teilbereich zeitgünstig und präzise umgeklappt werden, das heißt ohne jeweilige Teile des Teilbereiches nacheinander und/oder per Hand umklappen zu müssen.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die zu dem Elektrodenwickel aufgewickelte Elektrodenfolie des Elektrodenwickels auf ihrer Stirnseite Kontaktierungsfahnen auf, die auch einfach als Fahnen oder Laschen bezeichnet werden und von einem Grundkörper der Elektrodenfolie, insbesondere in axialer Richtung des Elektrodenwickels, abstehen. Die axiale Richtung des Elektrodenwickels verläuft entlang der Wickelachse, wobei insbesondere die axiale Richtung des Elektrodenwickels mit der Wickelachse zusammenfällt. Dabei weist der Teilbereich die Kontaktierungsfahnen auf. Mit anderen Worten sind die Kontaktierungsfahnen Bestandteile, insbesondere die zuvor genannten Teile, des Teilbereiches der Elektrodenfolie. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt: Die Kontaktierungsfahnen sind Bereiche der Elektrodenfolie, wobei die Bereiche in um die axiale Richtung des Elektrodenwickels verlaufender Umfangsrichtung aufeinanderfolgen und voneinander getrennt sind, wobei jedoch die Bereiche, mithin die Kontaktierungsfahnen, mit dem Grundkörper verbunden beziehungsweise an dem Grundkörper gehalten und somit über den Grundkörper miteinander verbunden beziehungsweise aneinander gehalten sind. Insbesondere ist die Elektrodenfolie spiralförmig zu dem Elektrodenwickel aufgewickelt, sodass die Elektrodenfolie auf ihrer Stirnseite, auf der die Kontaktierungsfahnen angeordnet sind, entlang einer spiralförmigen Linie verläuft. Unter dem zuvor genannten Merkmal, dass die Kontaktierungsfahnen in um die axiale Richtung des Elektrodenwickels und somit um die Wickelachse verlaufender Umfangsrichtung des Elektrodenwickels voneinander getrennt und zumindest teilweise aufeinanderfolgen, ist insbesondere zu verstehen, dass die Kontaktierungsfahnen entlang der spiralförmigen Linie betrachtet aufeinanderfolgen und voneinander getrennt sind, wobei die Kontaktierungsfahnen an dem Grundkörper gehalten und über den Grundkörper aneinander gehalten sind. Hierdurch ist es möglich, die jeweilige Kontaktierungsfahne, insbesondere um eine jeweilige Klapp- oder Biegeachse, relativ zu dem Grundkörper und insbesondere in Richtung des Grundkörpers umzuklappen, insbesondere umzubiegen. Da die Kontaktierungsfahnen in Umfangsrichtung des Elektrodenwickels beziehungsweise entlang der spiralförmigen Linie betrachtet voneinander getrennt sind, ist es beispielsweise grundsätzlich möglich, beispielsweise eine der Kontaktierungsfahnen insbesondere um die Klapp- oder Biegeachse der einen Kontaktierungsfahne relativ zu dem Grundkörper und relativ zu den anderen Kontaktierungsfahnen insbesondere in Richtung des Grundkörpers umzuklappen, insbesondere umzubiegen. Dabei ist es jedoch wünschenswert, die oder alle Kontaktierungsfahnen, insbesondere gleichzeitig, relativ zu dem Grundkörper umzuklappen, insbesondere umzubiegen, um dadurch beispielsweise eine großflächige, insbesondere elektrische und/oder mechanische, Anbindung an ein separat von der Elektrodenfolie ausgebildetes Kontaktelement zu ermöglichen. Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Kontaktierungsfahnen mittels der Bearbeitungselemente infolge der bewirkten Schwenkbewegungen der Bearbeitungselemente in Richtung des Grundkörpers umgeklappt, insbesondere umgebogen, werden, insbesondere um eine jeweilige Klappachse, insbesondere Biegeachse, der jeweiligen Kontaktierungsfahnen. Hierdurch können die oder alle Kontaktierungsfahnen, insbesondere gleichzeitig, relativ zu dem Grundkörper und insbesondere in Richtung des Grundkörpers zeit- und kostengünstig sowie prozessicher umgeklappt, insbesondere umgebogen, werden.
Beispielsweise wird bei dem Verfahren der Elektrodenwickel relativ zu der Bearbeitungsvorrichtung derart bewegt, dass zumindest der Teilbereich, insbesondere jeweilige Fahnenteilbereiche der Kontaktierungsfahnen, in einen Wirkbereich der Bearbeitungselemente hineinbewegt werden, wonach der Teilbereich, insbesondere zumindest die jeweiligen Fahnenteilbereiche der Kontaktierungsfahnen, in dem Wirkbereich angeordnet ist oder sind. Beispielsweise befinden sich die Bearbeitungselemente zunächst außerhalb des Wirkbereichs. Dadurch, dass die Bearbeitungselemente, wie oben beschrieben, in Richtung der Basisdrehachse verschwenkt werden, werden die Bearbeitungselemente in den Wirkbereich hineinbewegt, wodurch beispielsweise die Bearbeitungselemente in zumindest mittelbare, insbesondere direkte, Stützanlage mit dem Teilbereich der Elektrodenfolie, insbesondere mit den jeweiligen Kontaktierungsfahnen, kommen und, insbesondere bei weiterem Verschwenken der Bearbeitungselemente in Richtung der Basisdrehachse, den Teilbereich, insbesondere die Kontaktierungsfahnen, umklappen, insbesondere umbiegen.
Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Für erste Musterteile und Prototypen wurden die Kontaktierungsfahnen zwar präzise, jedoch sehr aufwendig per Hand nach innen gestrichen und dadurch in Richtung des Grundkörpers umgeklappt. Dies kommt zur Herstellung von größeren Stückzahlen in einer hinreichenden Serienqualität nicht infrage, da es durch Handschweiß, Handpartikel etc. zu unerwünschten Verschmutzungen kommen kann. Außerdem ist das Umklappen der Kontaktierungsfahnen per Hand sehr zeit- und somit kostenaufwendig. Demgegenüber ermöglicht nun die Erfindung ein zeit- und kostengünstiges sowie prozesssicheres Umklappen, insbesondere Umbiegen, der Kontaktierungsfahnen in Richtung des Grundkörpers. Hierfür wird die Basis gedreht, welche somit eine besonders platzsparende Drehbewegung ausführt. Durch die beschriebene Zwangsführung werden infolge der Drehbewegung der Basis die Bearbeitungselemente in Richtung der Basisdrehachse, mithin nach innen verschwenkt, sodass das jeweilige Bearbeitungselement seine jeweilige, zuvor beschriebene Schwenkbewegung ausführt. Infolge der Schwenkbewegung der Bearbeitungselemente werden die Kontaktierungsfahnen in Richtung des Grundkörpers, insbesondere in Richtung der Wickelachse, umgeklappt, insbesondere umgebogen. Die Erfindung ermöglicht es dabei, die Kontaktierungsfahnen gleichzeitig und platzsparend und somit zeit- und kostengünstig sowie prozesssicher umzuklappen, wobei übermäßige Verschmutzungen und anderweitige Beeinträchtigungen vermieden werden können.
Die Kontaktierungsfahnen können beispielsweise rechteckig sein oder eine von einem Rechteck unterschiedliche Form aufweisen. Beispielsweise können die Kontaktierungsfahnen trapezförmig ausgebildet sein.
Um durch die Zwangsführung eine besonders vorteilhafte Schwenkbewegung der Bearbeitungselemente realisieren und somit in der Folge den Teilbereich, insbesondere die Kontaktierungsfahnen, besonders vorteilhaft umklappen zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die jeweilige Führung ellipsenförmig, das heißt in Form eines Ellipsenbogensegments, ausgebildet ist.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Basis eine erste Verzahnung, insbesondere eine erste Außenverzahnung, aufweist, in welche eine zweite Verzahnung, insbesondere eine zweite Außenverzahnung, eines auch als Ritzel bezeichneten Zahnrads eingreift. Das Zahnrad wird um eine parallel zur Basisdrehachse und parallel zur jeweiligen Elementdrehachse verlaufende und von der Basisdrehachse und von der jeweiligen Elementdrehachse beabstandete Zahnraddrehachse gedreht, wodurch die Basis angetrieben und dadurch um die Basisdrehachse gedreht wird. Hierdurch kann die Basis besonders präzise und zeit- und kostengünstig gedreht werden, sodass die Kontaktierungsfahnen präzise und zeit- und kostengünstig umgeklappt werden können.
Um die Speicherzelle besonders zeit- und kostengünstig herstellen zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Teilbereich, insbesondere die Kontaktierungsfahnen, nach seinem, insbesondere nach ihrem jeweiligen, Umklappen mit dem zuvor genannten, insbesondere den Kontaktierungsfahnen gemeinsamen, separat von dem Teilbereich, insbesondere separat von den Kontaktierungsfahnen, ausgebildeten Kontaktelement mechanisch und elektrisch verbunden wird oder werden. Bei dem Kontaktelement handelt es sich beispielsweise um eine Kontaktplatte. Über das Kontaktelement kann die Speicherzelle die elektrische Energie vorteilhaft bereitstellen. Das Umklappen des Teilbereiches, insbesondere der Kontaktierungsfahnen, ermöglicht eine besonders großflächige, mechanische und elektrische Anbindung des Teilbereiches, insbesondere der Kontaktierungsfahnen, an das Kontaktelement, sodass die Speicherzelle die elektrische Energie besonders vorteilhaft, insbesondere besonders effektiv und effizient, bereitstellen und in sich speichern kann.
Um den Teilbereich, insbesondere die Kontaktierungsfahnen, besonders zeit- und kostengünstig sowie besonders sicher an das Kontaktelement anbinden zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Teilbereich, insbesondere die Kontaktierungsfahnen, mit dem Kontaktelement verschweißt und dadurch mechanisch und elektrisch mit dem Kontaktelement verbunden wird oder werden.
Um eine besonders zeit- und kostengünstige Herstellung realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Kontaktierungsfahnen einstückig mit dem Grundkörper und dadurch einstückig miteinander ausgebildet sind. Dies bedeutet, dass die Kontaktierungsfahnen und der Grundkörper aus einem einzigen Stück gebildet sind, sodass die Kontaktierungsfahnen und der Grundkörper durch einen Monoblock gebildet oder als ein Monoblock ausgebildet sind. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt sind die Kontaktierungsfahnen und der Grundkörper nicht aus mehreren, separat voneinander ausgebildeten und miteinander verbundenen Elementen zusammengesetzt, sondern die Kontaktierungsfahnen und der Grundkörper sind durch einen einstückig und somit integral ausgebildeten, integralen Körper gebildet, welcher aus einem einzigen Stück gebildet ist und beispielsweise als der zuvor genannte Monoblock ausgebildet ist.
Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Teilbereich, insbesondere die Kontaktierungsfahnen, aus einem metallischen Werkstoff gebildet sind. Dadurch kann eine besonders zeit- und kostengünstige Herstellung dargestellt werden.
Vorzugsweise sind der Teilbereich, insbesondere die Kontaktierungsfahnen, und das Kontaktelement aus dem gleichen, insbesondere metallischen, Werkstoff gebildet.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Basis mittels eines Elektromotors um die Basisdrehachse gedreht wird. Dadurch kann die Basis besonders präzise sowie zeit- und kostengünstig gedreht werden, sodass die Speicherzelle zeit- und kostengünstig hergestellt werden kann.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Bearbeitungsvorrichtung zum Herstellen einer Speicherzelle für einen elektrischen Energiespeicher. Ganz vorzugsweise wird die Bearbeitungsvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung als die Bearbeitungsvorrichtung des ersten Aspekts der Erfindung verwendet. Die Bearbeitungsvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist eine um eine Basisdrehachse drehbare Basis und mehrere Bearbeitungselemente auf, welche jeweils um eine jeweilige, parallel zu der Basisdrehachse verlaufende und von der Basisdrehachse beabstandete Elementdrehachse relativ zu der Basis drehbar sind und die eine jeweilige, dem jeweiligen Bearbeitungselement zugeordnete, bogenförmige Führung der um die Basisdrehachse relativ zu den Elementdrehachsen drehbaren Basis eingreifen, sodass durch relativ zu den Elementdrehachsen um die Basisdrehachse verlaufendes Drehen der Basis mittels der Führungen eine jeweilige, relativ zu der Basis und in Richtung der Basisdrehachse erfolgende Schwenkbewegung der Bearbeitungselemente bewirkbar ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Die Bearbeitungsvorrichtung ist sozusagen nach Art einer Irisblende aufgebaut, da die Bearbeitungselemente wie Segmente einer solchen Irisblende relativ zu der Basis nach innen, mithin in Richtung der Basisdrehachse verschwenkbar sind oder verschwenkt werden, wenn die Basis um die Basisdrehachse relativ zu den Elementdrehachsen gedreht wird. Dadurch können die oder alle Kontaktierungsfahnen gleichzeitig und somit zeit- und kostengünstig sowie prozesssicher umgebogen werden.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Verwendung einer Bearbeitungsvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, wobei die Bearbeitungsvorrichtung verwendet wird, um eine Speicherzelle für einen elektrischen Energiespeicher, insbesondere des Kraftfahrzeugs, herzustellen. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts und des zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:

1 eine schematische Perspektivansicht eines Elektrodenwickels für eine Speicherzelle eines elektrischen Energiespeichers, wobei der Elektrodenwickel bei einem Verfahren zum Herstellen der Speicherzelle mittels einer Bearbeitungsvorrichtung bearbeitet wird;
2 eine schematische und perspektivische Vorderansicht der Bearbeitungsvorrichtung;
3 eine schematische Vorderansicht der Bearbeitungsvorrichtung, wobei sich Bearbeitungselemente der Bearbeitungsvorrichtung in einer Ausgangsstellung befinden;
4 eine schematische Rückansicht der Bearbeitungsvorrichtung gemäß 3;
5 eine schematische Vorderansicht der Bearbeitungsvorrichtung, wobei sich die Bearbeitungselemente in einer jeweiligen, ersten Zwischenstellung befinden;
6 eine schematische Rückansicht der Bearbeitungsvorrichtung gemäß 5;
7 eine schematische Vorderansicht der Bearbeitungsvorrichtung, wobei sich die Bearbeitungselemente in einer jeweiligen, zweiten Zwischenstellung befinden;
8 eine schematische Rückansicht der Bearbeitungsvorrichtung gemäß 7;
9 eine schematische Vorderansicht der Bearbeitungsvorrichtung, wobei sich die Bearbeitungselemente in einer jeweiligen Umklappstellung befinden;
10 eine schematische Rückansicht der Bearbeitungsvorrichtung gemäß 9; und
11 eine schematische, abgewickelte Ansicht einer Elektrodenfolie des Elektrodenwickels.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Im Folgenden wird anhand der Fig. ein Verfahren zum Herstellen einer Speicherzelle für einen elektrischen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs erläutert. Bei dem Verfahren wird ein in 1 in einer schematischen Perspektivansicht gezeigter Elektrodenwickel 1 der Speicherzelle hergestellt. Insbesondere wird bei dem Verfahren der Elektrodenwickel 1 mittels einer Bearbeitungsvorrichtung 2 bearbeitet. Bei dem Verfahren wird der Elektrodenwickel 1 bereitgestellt. Der Elektrodenwickel 1 weist eine erste Elektrodenfolie, eine zweite Elektrodenfolie und einen Separator auf, wobei die Elektrodenfolien und der Separator insbesondere um eine gedachte Wickelachse zu dem Elektrodenwickel 1 aufgewickelt sind. Beispielsweise werden die Elektrodenfolien und der Separator, bevor sie zu dem Elektrodenwickel 1 aufgewickelt werden, zunächst insbesondere entlang einer Stapelrichtung aufeinander gestapelt, insbesondere derart, dass der Separator zwischen den Elektrodenfolien angeordnet ist. Dadurch bilden die Elektrodenfolien und der Separator einen Stapel, in welchem der Separator insbesondere entlang der Stapelrichtung betrachtet zwischen den Elektrodenfolien angeordnet ist. Der Stapel wird, insbesondere um die gedachte Wickelachse, zu dem Elektrodenwickel 1 aufgewickelt.
Eine der Elektrodenfolien ist in einer abgewickelten Ansicht beispielhaft in 11 gezeigt und mit 3 bezeichnet. Die Elektrodenfolie 3 kann die erste Elektrodenfolie oder die zweite Elektrodenfolie sein, sodass die vorigen und folgenden Ausführungen zur Elektrodenfolie 3 sowohl auf die erste Elektrodenfolie als auch auf die zweite Elektrodenfolie übertragen werden können und umgekehrt. Die Elektrodenfolie 3 kann beispielsweise eine Kathodenfolie sein und somit eine als Kathode ausgebildete Elektrode der Speicherzelle sein oder bilden. Ferner ist es denkbar, dass die Elektrodenfolie 3 eine Anodenfolie ist und somit eine als Anode ausgebildete Elektrode der Speicherzelle ist oder bildet. Die Elektrodenfolie 3 ist vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Kupfer oder Aluminium, gebildet. Insbesondere zeigt 11 die Elektrodenfolie 3 in einem Zustand, in welchem die Elektrodenfolie 3 noch nicht zu dem Elektrodenwickel 1 aufgewickelt ist. Es ist erkennbar, dass die Elektrodenfolie 3 einen Grundkörper 4 und von dem Grundkörper 4 abstehende Kontaktierungsfahnen 5 aufweist. Vorzugsweise sind die Kontaktierungsfahnen 5 einstückig mit dem Grundkörper 4 und somit einstückig miteinander ausgebildet.
Die insbesondere gedachte Wickelachse, um welche die Elektrodenfolien und der Separator zu dem Elektrodenwickel 1 aufgewickelt sind, ist in 1 mit 6 bezeichnet. Die Elektrodenfolie 3 weist dann, wenn sie zu dem Elektrodenwickel 1 aufgewickelt ist, auf ihrer axialen Stirnseite S1 die Kontaktierungsfahnen 5 auf. Aus 1 ist erkennbar, dass die axiale Stirnseite S1 der zu dem Elektrodenwickel 1 aufgewickelten Elektrodenfolie 3 mit einer ersten axialen Stirnseite des Elektrodenwickels 1 insgesamt zusammenfällt. Die Elektrodenfolie 3 weist in ihrem zu dem Elektrodenwickel 1 aufgewickelten Zustand auch eine zweite axiale Stirnseite S2 auf, die in axialer Richtung des Elektrodenwickels 1 und somit entlang der Wickelachse 6 betrachtet der ersten axialen Stirnseite S1 gegenüberliegt beziehungsweise von der ersten axialen Stirnseite S1 abgewandt ist. Die zweite axiale Stirnseite S2 der zu dem Elektrodenwickel 1 aufgewickelten Elektrodenfolie 3 fällt mit einer zweiten axialen Stirnseite des Elektrodenwickels 1 insgesamt zusammen, sodass die axialen Stirnseiten des Elektrodenwickels 1 und somit der Elektrodenfolie 3 in axialer Richtung des Elektrodenwickels 1, dessen axiale Richtung entlang der Wickelachse 6 verläuft, voneinander abgewandt sind. Dabei stehen die Kontaktierungsfahnen 5 in axialer Richtung des Elektrodenwickels 1 von dem Grundkörper 4 ab. In 1 ist die erste axiale Stirnseite S1, auf welcher die Kontaktierungsfahnen 5 angeordnet sind, von dem Betrachter von 1 abgewandt. Erkennbar ist, dass die Kontaktierungsfahnen 5 in einem auf der Stirnseite S1 angeordneten Teilbereich der Elektrodenfolie 3 angeordnet sind, mithin Bestandteile des Teilbereiches der Elektrodenfolie 3 sind.
Bei dem Verfahren wird die Bearbeitungsvorrichtung 2 bereitgestellt. Die Bearbeitungsvorrichtung 2 weist eine vorliegend als Scheibe ausgebildete und auch als Basisscheibe bezeichnete Basis 7 auf, welche um eine Basisdrehachse 8 drehbar ist.
Vorliegend fällt die Basisdrehachse 8 mit der Wickelachse 6 zusammen. Besonders gut aus 2 bis 10 ist erkennbar, dass die Bearbeitungsvorrichtung 2 mehrere Bearbeitungselemente 9 aufweist. Das jeweilige Bearbeitungselement 9 ist um eine jeweilige Elementdrehachse 10 relativ zu der Basis 7 und auch relativ zu dem Elektrodenwickel 1 drehbar. Die jeweilige Elementdrehachse 10 verläuft parallel zu der Basisdrehachse 8 und ist von der Basisdrehachse 8 beabstandet. Außerdem sind die Elementdrehachsen 10, welche parallel zueinander verlaufen, voneinander beabstandet.
Besonders gut aus 3 und 4 ist erkennbar, dass dem jeweiligen Bearbeitungselement 9 eine jeweilige Führung 11 der auch als Basiselement bezeichneten Basis 7 zugeordnet ist, wobei das jeweilige Bearbeitungselement 9 in die jeweilige, dem jeweiligen Bearbeitungselement 9 zugeordnete Führung 11 der Basis 7 eingreift. Wie aus 4 erkennbar ist, weist hierfür beispielsweise das jeweilige Bearbeitungselement 9 einen jeweiligen Vorsprung 12 auf, der, insbesondere entlang einer Erstreckungsrichtung, von einem jeweiligen Basiskörper 13 des jeweiligen Bearbeitungselements 9 absteht. Die Erstreckungsrichtung verläuft beispielsweise parallel oder schräg zur jeweiligen Elementdrehachse 10. Die jeweilige Führung 11 ist bei dem in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel als Durchgangsschlitz ausgebildet. Dabei ist die jeweilige Führung 11 bogenförmig, insbesondere ellipsenförmig. Außerdem ist die Basis 7 um die Basisdrehachse 8 relativ zu den Elementdrehachsen 10 drehbar.
Bei dem Verfahren wird die Basis 7 relativ zu dem Elektrodenwickel 1 und relativ zu den Elementdrehachsen 10 um die Basisdrehachse 8 gedreht, wodurch mittels der Führungen 11 eine jeweilige, relativ zu dem Elektrodenwickel 1, relativ zu der Basis 7 und in Richtung der Basisdrehachse 8 erfolgende Schwenkbewegung der in die Führungen 11 eingreifenden Bearbeitungselemente 9 um die Elementdrehachsen 10 bewirkt wird. Die Kontaktierungsfahnen 5 werden mittels der Bearbeitungselemente 9 infolge der Schwenkbewegungen der Bearbeitungselemente 9 in Richtung des Grundkörpers 4 und dabei insbesondere in Richtung der Wickelachse 6 umgeklappt, insbesondere umgebogen, insbesondere um eine jeweilige Klappachse, insbesondere Biegeachse, der jeweiligen Kontaktierungsfahne 5.
In 1 und 2 sind unterschiedliche Stellungen des jeweiligen Bearbeitungselements 9 gezeigt. Eine erste der Stellungen des jeweiligen Bearbeitungselements 9 ist eine Ausgangsstellung A. Eine zweite der Stellungen des jeweiligen Bearbeitungselements 9 ist eine erste Zwischenstellung Z1, und eine dritte der jeweiligen Stellungen des jeweiligen Bearbeitungselements 9 ist eine zweite Zwischenstellung Z2. Eine vierte der jeweiligen Stellungen des jeweiligen Bearbeitungselements 9 ist eine jeweilige Umklappstellung U des jeweiligen Bearbeitungselements 9. Durch das Drehen der Basis 7 werden die Bearbeitungselemente 9 aus der jeweiligen Ausgangsstellung A in die jeweilige Umklappstellung U verschwenkt. Das jeweilige Bearbeitungselement 9 kommt auf seinem jeweiligen Weg aus der Ausgangsstellung A in die Umklappstellung U in die Zwischenstellungen Z1 und Z2.
In 3 und 4 befindet sich die Basis 7 in einer Ausgangsdrehstellung AD. Dadurch befinden sich die Bearbeitungselemente 9 in den Ausgangsstellungen A. Wird die Basis 7 aus der Ausgangsdrehstellung AD um beispielsweise 20 Grad gedreht, so werden hierdurch die Bearbeitungselemente 9 aus der jeweiligen Ausgangsstellung A in die jeweilige, erste Zwischenstellung Z1 verschwenkt, was in 5 und 6 dargestellt ist. Wird die Basis 7 beispielsweise aus der Ausgangsdrehstellung AD um 45 Grad gedreht, so werden hierdurch die Bearbeitungselemente 9 beispielsweise in die jeweilige, zweite Zwischenstellung Z2 verschwenkt, was in 7 und 8 erkennbar ist. Wird die Basis 7 aus der Ausgangsdrehstellung AD um beispielsweise 45 Grad gedreht, so werden hierdurch die Bearbeitungselemente 9 in die jeweilige Umklappstellung U verschwenkt, was in 9 und 10 dargestellt ist. Um die Kontaktierungsfahnen 5 umzuklappen, werden die Bearbeitungselemente 9 durch das beschriebene Drehen der Basis 7 aus der jeweiligen Ausgangsstellung A in die jeweilige Umklappstellung U verschwenkt, mithin bewegt.
Die Basis 7 weist eine erste Verzahnung 14 auf, in welche eine zweite Verzahnung 15 eines auch als Ritzel bezeichneten Zahnrads 16 eingreift. Beispielsweise wird das Zahnrad 16, insbesondere mittels eines Elektromotors, um eine Zahnraddrehachse, insbesondere relativ zu dem Elektrodenwickel 1, gedreht, wobei die Zahnraddrehachse parallel zu der Basisdrehachse 8 und parallel zu den Elementdrehachsen 10 verläuft und von der Basisdrehachse 8 und von den jeweiligen Elementdrehachsen 10 beabstandet ist. Durch Drehen des Zahnrads 16 wird die Basis 7 um die Basisdrehachse 8 relativ zu dem Elektrodenwickel 1 gedreht, wodurch die Bearbeitungselemente 9 aus der jeweiligen Ausgangsstellung A in die jeweilige Umklappstellung U verschwenkt werden. Hierdurch werden die Kontaktierungsfahnen 5, insbesondere gleichzeitig, umgeklappt, insbesondere umgebogen, insbesondere in Richtung der Wickelachse 6 und somit in Richtung der Basisdrehachse 8. In der Folge können beispielsweise die umgeklappten Kontaktierungsfahnen besonders großflächig mit einem separat von der Elektrodenfolie 3 ausgebildeten Kontaktelement mechanisch und elektrisch verbunden, insbesondere verschweißt, werden, wodurch eine besonders vorteilhafte und feste Anbindung der Kontaktierungsfahnen 5 an das Kontaktelement darstellbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Elektrodenwickel
2: Bearbeitungsvorrichtung
3: Elektrodenfolie
4: Grundkörper
5: Kontaktierungsfahne
6: Wickelachse
7: Basis
8: Basisdrehachse
9: Bearbeitungselement
10: Elementdrehachse
11: Führung
12: Vorsprung
13: Basiskörper
14: erste Verzahnung
15: zweite Verzahnung
16: Zahnrad
A: Ausgangsstellung
AD: Ausgangsdrehstellung
S1: erste Stirnseite
S2: zweite Stirnseite
U: Umklappstellung
Z1: erste Zwischenstellung
Z2: zweite Zwischenstellung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012208726 B4 [0002]
EP 2684235 B1 [0002]
WO 2017/129323 A1 [0002]
DE 102021001982 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Speicherzelle für einen elektrischen Energiespeicher, bei welchem: - ein Elektrodenwickel (1) bereitgestellt wird, welcher wenigstens eine zu dem Elektrodenwickel (1) aufgewickelte Elektrodenfolie (3) aufweist; - eine Bearbeitungsvorrichtung (2) bereitgestellt wird, welche aufweist: o eine um eine Basisdrehachse (8) drehbare Basis (7); und o Bearbeitungselemente (9), welche jeweils um eine jeweilige, parallel zu der Basisdrehachse (8) verlaufende und von der Basisdrehachse (8) beabstandete Elementdrehachse (10) relativ zu der Basis (7) drehbar sind und in eine jeweilige, dem jeweiligen Bearbeitungselement (9) zugeordnete, bogenförmige Führung (11) der um die Basisdrehachse (8) relativ zu den Elementdrehachsen (10) drehbaren Basis (7) eingreifen; - die Basis (2) relativ zu dem Elektrodenwickel (1), relativ zu den Elementdrehachsen (10) und relativ zu den Bearbeitungselementen (9) um die Basisdrehachse (8) gedreht wird, wodurch mittels der Führungen (11) eine jeweilige, relativ zu dem Elektrodenwickel (1), relativ zu der Basis (2) und in Richtung der Basisdrehachse (8) erfolgende Schwenkbewegung der Bearbeitungselemente (9) um die Elementdrehachsen (10) bewirkt wird; und - zumindest ein auf einer Stirnseite (S1) der Elektrodenfolie (2) angeordneter Teilbereich der Elektrodenfolie (3) mittels der Bearbeitungselemente (9) infolge der Schwenkbewegungen der Bearbeitungselemente (9) umgeklappt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilbereich Kontaktierungsfahnen (5) umfasst, welche von einem Grundkörper (4) der Elektrodenfolie (3) abstehen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Führung (11) ellipsenförmig ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (7) eine erste Verzahnung (14) aufweist, in welche eine zweite Verzahnung (15) eines Zahnrads (16) eingreift, welches um eine parallel zur Basisdrehachse (8) und parallel zur jeweiligen Elementdrehachse (10) verlaufende und von der Basisdrehachse (8) und von der jeweiligen Elementdrehachse (10) beabstandete Zahnraddrehachse gedreht wird, wodurch die Basis (7) angetrieben und dadurch um die Basisdrehachse (8) gedreht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilbereich nach seinem Umklappen mit einem separat von dem Teilbereich ausgebildeten Kontaktelement mechanisch und elektrisch verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilbereich mit dem Kontaktelement verschweißt und dadurch mechanisch und elektrisch mit dem Kontaktelement verbunden werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilbereich aus einem metallischen Werkstoff gebildet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (7) mittels eines Elektromotors um die Basisdrehachse (8) gedreht wird.
Bearbeitungsvorrichtung (2) zum Herstellen einer Speicherzelle für einen elektrischen Energiespeicher, mit: - einer um eine Basisdrehachse (8) drehbaren Basis (7); und - Bearbeitungselemente (9), welche jeweils um eine jeweilige, parallel zu der Basisdrehachse (8) verlaufende und von der Basisdrehachse (8) beabstandete Elementdrehachse (10) relativ zu der Basis (7) drehbar sind und in eine jeweilige, dem jeweiligen Bearbeitungselement (9) zugeordnete, bogenförmige Führung (11) der um die Basisdrehachse (8) relativ zu den Elementdrehachsen (10) und relativ zu den Bearbeitungselementen (9) drehbaren Basis (7) eingreifen, sodass durch relativ zu den Elementdrehachsen (11) und relativ zu den Bearbeitungselementen (9) um die Basisdrehachse (8) erfolgendes Drehen der Basis (7) mittels der Führungen (11) eine jeweilige, relativ zu der Basis (7) und in Richtung der Basisdrehachse (8) erfolgende Schwenkbewegung der Bearbeitungselemente (9) bewirkbar ist.
Verwendung einer Bearbeitungsvorrichtung (2) nach Anspruch 9, wobei die Bearbeitungsvorrichtung (2) verwendet wird, um eine Speicherzelle für einen elektrischen Energiespeicher herzustellen.