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Die Erfindung bezieht sich auf eine Befüllvorrichtung für Batteriezellen, z.B. von Li-Ion-Batteriezellen. Bei der Herstellung von aus derartigen Batteriezellen zusammengestellten Batterieanordnungen ist, wie sich herausgestellt hat, der Zeitaufwand für die Befüllung der Batteriezellen mit Batterieflüssigkeit hoch. Zu berücksichtigen hierbei sind die Stapel- oder Wickeldichte der in den Batteriezellen vorgesehenen Elektroden bzw. Separatoren. Je höher die Wickeldichte ist, desto höher ist aber auch der Zeitaufwand für die Befüllung der Batteriezellen mit Batterieflüssigkeit. Als Einflussgröße auf diesen Zeitaufwand ist auch der Unterdruck zu berücksichtigen, der in der Batteriezelle vor ihrer Befüllung appliziert wird. Hierbei sind Unterdrücke von 4 bis 6 mbar allgemein üblich. Des Weiteren lässt sich der Zeitaufwand für die Befüllung der Batteriezellen mit Batterieflüssigkeit durch den Befüll- bzw. den Dosierdruck beeinflussen, mit dem die Batterieflüssigkeit in die Batteriezelle eingefüllt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Befüllvorrichtung für Batteriezellen zur Verfügung zu stellen, mittels der sichergestellt werden kann, dass der Zeitaufwand für das Befüllen der Batteriezellen mit Batterieflüssigkeit minimiert werden kann, ohne dass Risiken hinsichtlich des Berstens oder des Auftretens von Beschädigungen der Außenwandung der Batteriezellen auftreten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Befüllvorrichtung ein Zellnest aufweist, in dem die Batteriezelle aufnehmbar und die Außenwandung der Batteriezelle abstützbar ist. Infolge der Abstützung der Außenwandung der Batteriezelle kann der Befüllvorgang unter Realisierung eines im Vergleich zum Stand der Technik erheblich erhöhten Dosier- bzw. Befülldrucks vorgenommen werden, sodass der Zeitaufwand für die zeitkritische Befüllung der Batteriezellen mit Batterieflüssigkeit erheblich reduziert werden kann.
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Um eine allseitige Abstützung der Batteriezelle während des Befüllvorgangs sicherzustellen, ist es zweckmäßig, wenn das Zellnest einseitig offen und mittels einer Verschließwandung verschließbar ist, wobei dann auch das Einbringen der Batteriezelle in die Befüllvorrichtung erheblich vereinfacht ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung ist das Zellnest an seiner Oberseite offen und mittels eines Deckels abdeckbar. Um die Befüllung der Batteriezelle mit Batterieflüssigkeit mit einem möglichst geringen technisch-konstruktiven Aufwand zu realisieren, ist es vorteilhaft, wenn die im Zellnest befindliche Batteriezelle durch einen Befüllstutzen oder eine Dosiernadel befüllbar ist, der bzw. die durch die Verschließwandung bzw. durch den Deckel hindurch verläuft.
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Zur Vereinfachung des Einbringens der Batteriezelle in die erfindungsgemäße Befüllvorrichtung ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung die Verschließwandung oder der Deckel bzw. das Zellnest zum Einlegen der Batteriezelle in das Zellnest vom Zellnest bzw. von der Verschließwandung oder vom Deckel abstellbar und nach dem Einlegen der Batteriezelle in das Zellnest zum Zellnest bzw. zur Verschließwandung oder zum Deckel zustellbar. Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung entspricht die Innenkontur des Zellnests der Außenkontur der Batteriezelle, sodass die Batteriezelle formschlüssig im Zellnest bzw. in der Befüllvorrichtung aufnehmbar ist, wodurch unzulässige Beanspruchungen der Außenwandung der Batteriezelle sicher ausgeschlossen werden können.
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Alternativ ist es möglich, einen der Aufnahme der Batteriezelle dienenden Aufnahmeraum des Zellnests druckbeaufschlagbar zu gestalten und mittels der Druckbeaufschlagung im Aufnahmeraum des Zellnests die Außenwandung der Batteriezelle beim Befüllvorgang abzustützen. Je nach Vorgabe für die Druckbeaufschlagung des Aufnahmeraums des Zellnests kann dann ein entsprechend erhöhter Befüll- bzw. Dosierdruck realisiert werden.
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Um eine möglichst hohe Druckbeaufschlagung des Aufnahmeraums des Zellnests zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn zwischen der Verschließwandung bzw. dem Deckel einerseits und dem Zellnest andererseits eine Dichtung angeordnet ist.
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Beim Einsatz der vorstehend geschilderten Befüllvorrichtung bzw. bei der Durchführung eines darauf realisierbaren Befüllverfahrens für Batteriezellen wird die Au8enwandung der Batteriezellen beim Befüllvorgang gestützt. Zur Stützung ist die Batteriezelle beim Befüllvorgang entweder formschlüssig in einem Zellnest der Befüllvorrichtung aufgenommen oder die Außenwandung der Batteriezelle wird beim Befüllvorgang innerhalb des Zellnests durckbeaufschlagt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine prinzipielle Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung für Batteriezellen; und
- 2 eine prinzipielle Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung für Batteriezellen.
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Zu einer in 1 in einer prinzipiellen Schnittdarstellung gezeigten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung 1, mittels der eine Batteriezelle, vorzugsweise eine Li-Ion-Batteriezelle 2 mit Batterieflüssigkeit befüllt werden soll, hat ein Zellnest 3, dessen Öffnungsfläche bei der in 1 gezeigten Ausführungsform der Befüllvorrichtung 1 an seiner oberen Außenfläche ausgebildet ist. Die Innenkontur des Zellnestes 3 entspricht im Falle der in 1 gezeigten Ausführungsform der Befüllvorrichtung 1 der Außenkontur eine Außenwandung 4 der Batteriezelle 2. An seiner die Öffnungsfläche aufweisenden Oberseite des Zellnests 3 ist dieses mittels einer Verschließwandung, z.B. des in 1 gezeigten Deckels 5 verschließbar, sodass die Batteriezelle 2 allseitig umschlossen innerhalb des Zellnests 3 aufnehmbar ist.
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Durch den Deckel 5 erstreckt sich eine Dosiernadel 6, durch die hindurch Batterieflüssigkeit in die hierzu mit einem Anschlusselement 7 versehene Batteriezelle 2 einfüllbar ist. Die Einfüllung der Batterieflüssigkeit durch die Dosiernadel 6 hindurch erfolgt unter einem Überdruck, um den Zeitaufwand für den Befüllvorgang möglichst gering zu halten. Da die Außenwandung 4 der Batteriezelle 2 durch die Innenkontur des Zellnests 3 bzw. die Unterfläche des Deckels 5 abgestützt wird, wenn das Zellnest 3 mittels des Deckels 5 geschlossen ist, kann der Befüllvorgang mit einem hohen Dosierdruck realisiert werden, da Beschädigungen der Außenwandung 4 der Batteriezelle 2 aufgrund der Abstützung dieser Außenwandung 4 im Zellnest 3 zuverlässig vermieden werden. Im Falle starrwandiger Batteriezellen kann anstelle der Dosiernadel 6 ein Befüllstutzen vorgesehen sein.
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Zur Einbringung der Batteriezelle 2 in das Zellnest 3 der Befüllvorrichtung 1 ist, wie in 1 prinzipiell dargestellt, das Zellnest 3 vom Deckel 5 abstellbar und zum Deckel 5 hin zustellbar. Eine entsprechende Zustellvorrichtung 8 ist in 1 lediglich prinzipiell gezeigt. Alternativ ist es möglich, anstelle des Zellnests 3 den Deckel 5 zu- und abstellbar zu gestalten.
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Aufgrund der formschlüssigen Abstützung der Außenwandung 4 der Batteriezelle 2 während des Befüllvorgangs kann die Batterieflüssigkeit mit einem im Vergleich zum Stand der Technik erheblich höheren Dosierdruck in die Batteriezelle 2 befüllt werden, sodass der Befüllvorgang mit einem vergleichsweise geringen Zeitverbrauch einhergeht.
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Die in 2 in einer prinzipiellen Schnittdarstellung gezeigte weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung 1 unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Ausführungsform der Befüllvorrichtung 1 dadurch, dass die Innenkontur eines der Aufnahme der Batteriezelle 2 dienenden Aufnahmeraums 9 des Zellnestes 3 nicht an die Kontur der Außenwandung 4 der in der Befüllvorrichtung 1 mit Batterieflüssigkeit zu befüllenden Batteriezelle 2 angepasst ist. Im Falle der in 2 gezeigten Ausführungsform der Befüllvorrichtung 1 ist der Aufnahmeraum 9 des Zellnests 3 durch einen die Wandung des Zellnests 3 durchdringenden Fluidanschluss 10 an eine in 2 nicht gezeigte Druckfluidquelle angeschlossen. Entsprechend kann im Aufnahmeraum 9 des Zellnests 3 ein Überdruck realisiert werden, mittels dem die Außenwandung 4 der im Aufnahmeraum 9 befindlichen und mit Batterieflüssigkeit zu befüllenden Batteriezelle 2 abgestützt werden kann. Je höher die Druckbeaufschlagung des Aufnahmeraums 9 ist, desto höher kann der Dosierdruck sein, mittels dem die Batteriezelle 2 mit Batterieflüssigkeit befüllt wird. Entsprechend kann im Falle der vorstehend geschilderten Befüllvorrichtung 1 der Zeitaufwand für die Befüllung der Batteriezelle 2 mit Batterieflüssigkeit erheblich reduziert werden.
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Im Falle der in 2 gezeigten Ausführungsform der Befüllvorrichtung 1 ist zwischen der dem Zellnest 3 zugewandten Unterfläche des Deckels 5 und der Oberkante des Zellnests 3 eine Dichtung 11 vorgesehen, die hohe Drücke innerhalb des Aufnahmeraums 9 ermöglicht.