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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befüllung und zum Verschließen einer Batteriezelle sowie eine Batteriezelle mit in einer Befüllöffnung angeordnetem Hohlkörper, insbesondere mit einem Hohlniet. Insbesondere betrifft die Erfindung Batteriezellen für Kraftfahrzeuge, vorzugsweise Batteriezellen von Antriebsenergiespeichern, d.h. solchen Energiespeichern, die Antriebsenergie für den unmittelbaren Antrieb eines Kraftfahrzeuges liefern. In diesem Zusammenhang wird insbesondere auf Lithium-lonen-Batteriezellen und/oder Batteriezellen von Batteriesystemen mit einer Spannung von mindestens 48 V, mindestens 100 V oder mindestens 200 V verwiesen. Insbesondere betrifft die Erfindung Batteriezellen, die zu einem Batteriesystem mit einer Spannung zwischen 48 V und 1.200 V verschaltet sind, insbesondere 100 V bis 800 V oder 200 V bis 800 V. Die Erfindung betrifft im Speziellen Batteriezellen mit einem prismatischen Gehäuse.
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Aus der Praxis ist es bekannt, Batteriezellen mit prismatischem Gehäuse, die eine oder mehrere Befüllöffnungen aufweisen, über diese Befüllöffnungen mit Elektrolyt zu befüllen. Durch die Verwendung von zwei Befüllöffnungen - insbesondere zwei Befüllöffnungen, die auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind - kann die Befüllung beschleunigt werden, indem eine Befüllöffnung für das Einströmen von Elektrolyt verwendet und die andere Befüllöffnung zum Absaugen von Luft und sonstigen Fluiden verwendet wird. Die aus der Praxis bekannten Befüllöffnungen werden üblicherweise mit einem Deckel verschlossen, nach einer etwaigen Formulierung der Batteriezellen in einem Modulgehäuse oder einem sonstigen Behältnis erneut geöffnet, um die Batteriezelle zu entgasen und ggf. mit weiterem Elektrolyt zu befüllen. Abschließend werden die aus der Praxis bekannten Befüllöffnungen mit dem Deckel mittels eines Laserschweißprozesses endgültig verschlossen. Dieses Verfahren ist relativ zeit- und kostenintensiv.
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Aus
US 8,940,422 B2 ist eine Batteriezelle einer Alkali-Batterie bekannt, die im Öffnungsbereich als Befüllöffnung einen Hohlniet und eine Anordnung weiterer Elemente aufweist. Zum Verschließen der Zelle wird oberseitig der Öffnung ein speziell geformtes Dichtungsgummi (seal rubber) aufgebracht, welches anschließend mittels einer im Querschnitt hutförmig ausgebildeten Kappe (cap) oberseitig abgedeckt und von dieser angepresst wird. Für das Verschließen der Öffnung sind eine Vielzahl von Elementen nötig, was mit einer zeit- und kostenintensiven Montage verbunden ist. Auf die Befüllung der Batteriezelle mit Elektrolyt wird in dem Dokument nicht im Detail Bezug genommen.
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Aus
US 10,381,631 B2 ist eine Batteriezelle bekannt, an welcher ein Hohlniet im Bereich einer oberseitigen Öffnung angeordnet ist. Bei dieser Batteriezelle ist im Bereich der Öffnung eine Stromunterbrechungsvorrichtung vorgesehen. Details zur Befüllung und zum Verschließen der Batteriezelle sind in dem Dokument nicht offenbart.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Befüllung und zum Verschließen einer Batteriezelle sowie eine Batteriezelle zur Verfügung zu stellen, welche eine einfache und kostengünstige Befüllung und Montage der Batteriezelle ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Befüllung und zum Verschließen einer Batteriezelle, die ein Gehäuseelement und mindestens eine in dem Gehäuseelement ausgebildete Befüllöffnung aufweist, wird in einem ersten Verfahrensschritt ein Hohlkörper, der eine Durchgangsöffnung aufweist, durch die Befüllöffnung geführt und in einer ersten Fügephase durch plastische Verformung mit dem Gehäuseelement derart verbunden, dass die Durchgangsöffnung noch mindestens teilweise erhalten bleibt. In einem zweiten Verfahrensschritt wird dann die Durchgangsöffnung für die Befüllung des Gehäuses der Batteriezelle mit Elektrolyt und/oder zur Entgasung genutzt und in einem dritten Verfahrensschritt wird dann die Durchgangsöffnung verschlossen. Das Verschließen kann zwar grundsätzlich beliebig erfolgen, indem die Durchgangsöffnung auf geeignete Weise unmittelbar oder mittelbar verschlossen wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das vollständige Verschließen in einer zweiten Fügephase durch weitere plastische Verformung des Hohlkörpers.
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Unter einem Hohlkörper im Sinne der Erfindung werden insbesondere Hohlnieten oder Hohlschrauben verstanden, mittels welchen die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte durchführbar sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend insbesondere in Verbindung mit einem Hohlniet beschrieben. Sie ist jedoch auch mittels einer Hohlschraube realisierbar, wenn außenseitig des Dorns ein Gewinde ausgebildet ist und die beim Niet erforderliche Zugkraft durch Einschrauben einer Hohlschraube aufgebracht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass mittels eines Hohlkörpers in der ersten Fügephase eine einfach herstellbare, insbesondere kraftschlüssige, Verbindung zu dem Gehäuseelement herstellbar ist, wobei die Durchgangsöffnung des Hohlkörpers auch nach der ersten Fügephase noch zur Entgasung und Durchleitung von Fluid, insbesondere Elektrolyt, nutzbar bleibt. Anschließend kann die verbleibende Durchgangsöffnung zur Entgasung und Befüllung des Gehäuses mit Elektrolyt eingesetzt werden. Schließlich ist der Hohlkörper darüber hinaus so ausgebildet, dass er in einer zweiten Fügephase durch weitere plastische Verformung vollständig verschließbar ist. Dadurch ergibt sich eine im Vergleich zu aus der Praxis bekannten Verfahren sehr einfache und kostengünstige Möglichkeit, eine Batteriezelle zu verschließen.
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In einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Hohlkörper als Blindniet mit einem langgestreckten Zugdorn ausgebildet, und die erste Fügephase und/oder die zweite Fügephase wird durch Ausübung einer Zugkraft auf den Zugdorn bewirkt. Im Falle eines als Blindniet ausgebildeten Hohlkörpers ergibt sich eine besonders einfache und nur wenig Zeit erfordernde Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, weil lediglich Zugkräfte aufgebracht werden müssen. Es ist besonders bevorzugt, wenn sowohl die erste Fügephase als auch die zweite Fügephase durch Ausübung einer Zugkraft auf den Zugdorn bewirkt werden kann. Denn in diesem Fall kann mit einer einzigen Maschine sowohl die erste als auch die zweite Fügephase durchgeführt werden. Wenn die Maschine ferner dazu ausgebildet ist, Elektrolyt durch die Durchgangsöffnung in die Batteriezelle zu leiten, kann mit dieser Maschine auch gleichzeitig noch eine Befüllung stattfinden, nachdem die erste Fügephase durchgeführt wurde.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Gehäuseelement aus zwei Teilelementen gebildet, wobei in der ersten Fügephase die Teilelemente aneinander fixiert werden. Diese Ausführungsform kann insbesondere vorteilhaft verwendet werden, wenn das Gehäuseelement aus einem Ableiterelement und einem Deckelelement gebildet ist. Unter einem Ableiterelement im Sinne der Erfindung ist dabei insbesondere ein Blech zu verstehen, an welchem eine Vielzahl von Ableiter-Fähnchen fixiert sind. In aus der Praxis bekannten Batteriezellen sind meist mehrere Dutzend Ableiter-Fähnchen an einem Ableiter befestigt, insbesondere mehr als 20, mehr als 30 oder mehr als 50 Ableiter-Fähnchen. Wenn das Gehäuseelement aus einem Ableiterelement und einem Deckelelement gebildet ist, können in der ersten Fügephase das Ableiterelement und das Deckelelement aneinander fixiert werden, so dass sich eine kompakte Einheit ergibt und mit der Fixierung des Hohlkörpers auch unmittelbar eine Fixierung des Ableiterelements an dem Deckelelement erfolgen kann. Es ergibt sich insoweit ein weiterer Vorteil dadurch, dass die Fixierung des Hohlkörpers an dem Gehäuseelement einen weiteren Prozessschritt einspart, nämlich die Fixierung des Ableiters an dem Deckelelement.
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In Verbindung mit dem aneinander Fixieren von zwei oder mehr Teilelementen ist es besonders vorteilhaft, wenn mit oder vor dem ersten Verfahrensschritt zusätzlich eine Hülse mit einer Hülsenöffnung durch die Befüllöffnung geführt wird, wobei der Hohlkörper durch die Hülsenöffnung der Hülse geführt wird. In diesem Fall kann durch Zusammenwirken der Hülse mit dem Hohlkörper eine großflächige Klemmkraft erzeugt werden, um die Teilelemente des Gehäuseelements klemmend miteinander zu fixieren.
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In diesem Zusammenhang wird insbesondere auf eine praktische Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen, gemäß welchem die Hülse eine Anlagefläche und einen sich von der Anlagefläche erstreckenden Schaftabschnitt aufweist, wobei der Schaftabschnitt eine größere Länge aufweist als die Dicke des Gehäuseelements (gemeint ist die Summe aller Teilelemente), wobei der Hohlkörper derart ausgebildet ist, dass das der Anlagefläche gegenüberliegende Ende des Schaftabschnitts in der ersten Fügephase aufgespreizt wird, um die Hülse gegenüber dem Gehäuseelement zu fixieren. Dies kann insbesondere dadurch bewirkt werden, dass der Hohlkörper einen verdickten kopfartigen Abschnitt aufweist, welcher mit dem der Anlagefläche gegenüberliegenden Ende des Schaftabschnitts in der ersten Fügephase zusammenwirkt. Bei der Anlagefläche der Hülse kann es sich insbesondere um eine glatte, ebene Fläche handeln, welche mit einer glatten, ebenen Fläche eines Deckelelements zusammenwirkt.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Hohlkörper, insbesondere wenn der Hohlkörper als Blindniet ausgebildet ist, in der ersten Fügephase und/oder in der zweiten Fügephase zusätzlich in eine Drehbewegung versetzt. Durch eine zusätzliche Drehbewegung kann die Reibung zwischen einem an dem Blindniet ausgebildeten Nietkopf und dem Gehäuseelement oder einem Ende einer Hülse erhöht werden, um die Verbindungsqualität zwischen dem Hohlkörper und der Hülse bzw. dem Hohlkörper und dem Gehäuseelement zu verbessern. Der gleiche Effekt kann auch bei Verwendung einer Hohlschraube erzielt werden, wenn der Schraubenkopf einen geeignet gestalteten Schraubkopf aufweist. Allerdings sind dann die Drehbewegung und die Zugbewegung miteinander gekoppelt und können nicht mehr unabhängig voneinander gesteuert werden. Insbesondere ist es dann nicht möglich, Reibung nur mit einer Drehbewegung ohne zusätzliche Zugkraft zu erzielen, solange das Gewinde der Hohlschraube greift.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist an dem Zugdorn ein Sollbruchbereich ausgebildet, und der Zugdorn wird durch Ausübung einer Zugkraft genutzt, um die Durchgangsöffnung zu verschließen, um nach dem Verschließen durch weitere Ausübung und/oder Erhöhung der Zugkraft ein Abreißen des Zugdorns an dem Sollbruchbereich zu bewirken. Dabei ist der Sollbruchbereich vorzugsweise an einer solchen Stelle des Zugdorns ausgebildet, welche sich nach dem Abreißen immer noch innerhalb einer Hülse befindet, so dass der Zugdorn mit dem einem Kopf des Hohlkörpers gegenüberliegenden Ende vollständig innerhalb der Hülse angeordnet ist und nicht nach außen aus dem Gehäuse herausragt.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach dem ersten Verfahrensschritt eine Durchflussprüfung und/oder eine Dichtigkeitsprüfung durchgeführt. So kann, insbesondere vor dem Verschließen einer Öffnung eines Batteriegehäuses mit einem Deckel, die korrekte Montage des Hohlkörpers, insbesondere in der ersten Fügephase, relativ einfach überprüft werden. So können Fehlfunktionen in Bezug auf den Hohlkörper im Bereich der Befüllöffnung vollständig ausgeschlossen werden, indem überprüft wird, dass durch den Hohlkörper noch Elektrolyt eingefüllt werden kann und das Deckelelement im Bereich des Hohlkörpers im Übrigen den Dichtheitsanforderungen des Deckelelements entspricht.
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Alternativ oder in Ergänzung dazu ist in einer weiteren praktischen Ausführungsform das Gehäuseelement ein Deckelelement, und nach dem ersten Verfahrensschritt wird das Deckelelement mit einem weiteren Gehäuseelement verbunden, insbesondere so, dass ein geschlossener Behälter entsteht, der mit Hilfe der Befüllöffnung noch entgast und mit Elektrolyt befüllt werden kann. Insbesondere erfolgt eine derartige Verbindung durch Verschweißen des Deckelelements mit dem Gehäuseelement. Es ist auch möglich, dass der geschlossene Behälter dadurch entsteht, dass zwei Deckelelemente, insbesondere an jeweils gegenüberliegenden Seiten mit einem Gehäuseelement so verschweißt werden, dass mit den Deckelelementen offene Seiten verschlossen werden.
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Die Erfindung betrifft auch eine Batteriezelle, die ein Gehäuseelement und mindestens eine in dem Gehäuseelement ausgebildete Befüllöffnung aufweist, wobei in der Befüllöffnung mindestens ein Hohlkörper angeordnet ist, der eine Öffnung aufweist, welche durch plastische Verformung eines innenseitig des Gehäuseelements angeordneten Abschnitts verschlossen ist. Dies entspricht dem Zustand einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren endmontierten Batteriezelle, deren Hohlkörper für das Verschließen der Befüllöffnung verwendet wurde. Auf die vorstehend bereits in Verbindung mit dem Verfahren beschriebenen Vorteile, die auch für die Batteriezelle gelten, wird hiermit noch einmal verwiesen.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform der Batteriezelle ist das Gehäuseelement aus mindestens zwei Teilelementen gebildet, beispielsweise aus einem Ableiterelement und einem Deckelelement, wie vorstehend bereits beschrieben. Ferner sind mit dem mindestens einen Hohlkörper und/oder mit einem weiteren Hohlkörper die mindestens zwei Teilelemente miteinander fixiert. In diesem Fall kann der Hohlkörper - ggf. in Verbindung mit einem weiteren Hohlkörper, insbesondere in Verbindung mit einer Hülse - vorteilhaft auch dafür genutzt werden, zwei oder mehr Teilelemente miteinander zu fixieren. In diesem Fall können weitere Montageschritte, die in aus der Praxis bekannten Verfahren noch separat durchgeführt werden, mit der Montage und der ersten Fügephase des Hohlkörpers miterledigt werden. Dadurch kann Fertigungszeit eingespart werden. Insbesondere wird in diesem Zusammenhang auf die Möglichkeit verwiesen, als erstes Gehäuseelement ein Ableiterelement an einem zweiten Gehäuseelement in Form eines Deckelelements zu fixieren. Dazu müssen die bereits mit dem Ableiterelement verbundenen Ableiter-Fähnchen eine ausreichende Länge aufweisen, um die Montage an dem Deckelelement durchführen zu können und das Deckelelement anschließend noch mit dem Gehäuse verbinden zu können, insbesondere durch Verschweißen.
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Alternativ oder in Ergänzung kann die Befüllöffnung zusätzlich auch als Berstventil ausgelegt sein. Dies hat insbesondere dann Vorteile, wenn eine oder zwei Befüllöffnungen als einziges Berstventil einer Batteriezelle dienen, so dass die Ausbildung und Montage eines separaten Berstventils nicht erforderlich ist.
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Zusammenfassend lassen sich folgende Vorteile mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielen:
- - Die Erfindung ermöglicht ein einfaches „kaltes“ Fügen von Ableiterelementen an ein anderes Gehäuseelement, insbesondere an einer Deckelelement einer prismatischen Batteriezelle.
- - Die Erfindung ermöglicht eine einfache und schnelle Befüllung von Batteriezellen, insbesondere wenn zwei (oder mehr) Befüllöffnungen vorgesehen sind.
- - Die Erfindung ermöglicht ein Verschließen der Befüllöffnung durch „kaltes“ Fügen, d.h. es ist nicht erforderlich, für das Verschließen der Befüllöffnung auf ein „warmes“ Fügeverfahren, wie z.B. Laserschweißen, zurückzugreifen.
- - Die Befüllöffnung kann durch geeignete Auslegung auch als Berstventil genutzt werden.
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Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hohlkörpers in Form eines Blindniets in einer schematisch dargestellten Anordnung an zwei Gehäuseelementen einer Batteriezelle in einem ersten Montagezustand,
- 2 den Hohlkörper aus 1 in einer Anordnung an einer Gehäusewand einer Batteriezelle in einem zweiten Montagezustand nach einer ersten Fügephase und
- 3 den Hohlkörper aus den 1 und 2 in einer Anordnung an einer Gehäusewand einer Batteriezelle in einem dritten Montagezustand nach einer zweiten Fügephase im Endmontagezustand.
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In den 1 bis 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines ersten Hohlkörpers 10 in einer Anordnung an einem ersten Gehäuseelement 12 und einem zweiten Gehäuseelement 14 einer Batteriezelle in verschiedenen Montagezuständen gezeigt.
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In dem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem ersten Gehäuseelement 12 um ein Deckelelement 16. Das Deckelelement 16 ist ein flächiges Element mit einer konstanten Dicke d1, wobei in den Figuren von dem Deckelelement 16 nur ein exemplarischer Ausschnitt dargestellt ist.
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Bei dem zweiten Gehäuseelement 14 handelt es sich um ein Ableiterelement 18. Das Ableiterelement 18 ist innenseitig des Deckelelements 16 angeordnet. Es ist ebenfalls ein flächiges Element mit einer konstanten Dicke d2, wobei in den Figuren von dem Ableiterelement 18 ebenfalls nur ein exemplarischer Ausschnitt dargestellt ist. An dem Ableiterelement 18 sind ein Vielzahl nicht dargestellter Ableiter-Fähnchen befestigt, die innerhalb des Batteriegehäuses angeordnet sind.
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In den beiden Gehäuseelementen 12, 14 ist eine Befüllöffnung 20 ausgebildet. Diese weist in dem Ausführungsbeispiel einen kreisförmigen Querschnitt mit dem Durchmesser b auf. In die Befüllöffnung 20 ist eine Hülse 22 mit einer Hülsenöffnung 30 eingesetzt. Die Hülse 22 weist eine im Querschnitt T-förmige Grundform auf. Die Grundform ist im Wesentlichen definiert durch einen Anlageabschnitt 26 mit dem Durchmesser a und einen hohlzylindrischen Schaftabschnitt 28, der ausgehend von einer an dem Gehäuseelement 14 anliegenden Anlagefläche 24 die Länge I aufweist.
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Wie aus 1 gut ersichtlich ist, ist die Länge I größer als die Summe aus d1 und d2, wodurch der Schaftabschnitt 28 gegenüber dem innenseitigen Abschnitt des Ableiterelements 18 hervorragt.
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Die Hülsenöffnung 30 ist so ausgelegt, dass sie als Führungselement für den Hohlkörper 10 dient. Der Hohlkörper 10 ist in der gezeigten Ausführungsform als Blindniet 32 mit einem hohlzylindrisch ausgebildeten Zugdorn 34 und mit einem an einem Ende des Zugdorns 34 ausgebildeten Nietkopf 36 ausgebildet. Die Länge des Zugdorns 34 ist größer als die Länge . des Schaftabschnitts 28 der Hülse 22. Der Nietkopf 36 weist in der gezeigten Ausführungsform eine im Wesentlichen kugelförmige Form auf. Er kann alternativ auch andere Formen aufweisen. Insbesondere kann der Nietkopf 36 alternativ auch kegelförmig ausgebildet sein.
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Innenseitig des Nietkopfes 36 ist optional eine Werkstoffschicht 38 aufgebracht. Diese kann partiell oder - wie in den Figuren dargestellt - über den gesamten Umfang und/oder über die gesamte Länge des Nietkopfes 36 aufgebracht sein. Für die Werkstoffschicht 38 wird vorzugsweise ein Werkstoff verwendet, der sich schon bei geringer Krafteinwirkung plastisch gut verformen lässt und mit welchem sich bei plastischer Verformung besonders zuverlässig eine gute Dichtwirkung erzielen lässt, insbesondere eine Fluiddichtigkeit einschließlich Gasdichtigkeit. In diesem Zusammenhang wird insbesondere auf Kunststoffe und auf weiche Metallwerkstoffe, wie beispielsweise Kupfer, Blei oder Zinn verwiesen.
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Im Bereich des innenseitigen Endes der Hülse 22 kann optional ein Dichtwerksstoff 40 angeordnet sein, wobei dieser insbesondere innenseitig der Hülsenöffnung und/oder an dem innenseitigen, stirnseitigen Ende der Hülse 22 vorgesehen ist.
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Wie in 1 gut erkennbar ist, weist der Hohlkörper 10 vor der Montage eine Durchgangsöffnung 42 auf.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden schrittweise anhand der 1 bis 3 erläutert.
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Im ersten Verfahrensschritt werden das Ableiterelement 18 und das Deckelelement 16 so zur Anlage gebracht, dass diese aneinander anliegen. Die Befüllöffnung 20 ist dann entweder bereits ausgebildet oder wird in dem aneinander anliegenden Zustand von Ableiterelement 18 und Deckelelement 16 hergestellt. Dann wird die Hülse 22 von der Außenseite her durch die Befüllöffnung 20 geführt, bis die Anlagefläche 24 mit der Außenseite des Deckelelements 16 zur Anlage gekommen ist. Anschließend wird der Hohlkörper 10, hier in Form des Blindniets 32, von innen durch die Hülsenöffnung 30 geführt, bis der Zugdorn 34 greifbar ist. Das Greifen des Zugdorns 34 ist, insbesondere mittels eines Greifwerkzeuges (nicht gezeigt) leicht möglich, sobald der Zugdorn 34 nach außen gegenüber dem Anlageabschnitt 26 der Hülse 22 hervorragt.
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Durch Ausüben einer Zugkraft in Richtung des Pfeils Z auf den Zugdorn 34 kann dann eine erste Fügephase durchgeführt werden. Sobald der Nietkopf 36 mit dem innenseitigen Ende der Hülse 22 in Kontakt gerät, bewirkt die Zugkraft Z eine plastische Verformung der Hülse 22. Dabei sind der Blindniet 32 und die Hülse 22 so ausgelegt, dass sich das innenseitige Ende der Hülse 22 aufweitet. Dadurch werden das Deckelelement 16 und das Ableiterelement 18 form- und kraftschlüssig durch die Hülse miteinander fixiert. Es kann optional ferner zu einer Verjüngung der Durchgangsöffnung 42 des Hohlkörpers 10 kommen. Dies kann durch aneinander Annähern der Enden ohne Verformung der innenseitigen Kontur geschehen oder - wie in 1 schematisch dargestellt - durch ein nach innen Wölben der innenseitigen Kontur der Durchgangsöffnung. Wichtig ist, dass nach der ersten Fügephase eine Fügeeinheit aus den Gehäuseelementen 12, 14, der Hülse 22 und dem Hohlkörper 10 hergestellt ist und - wie aus 2 ersichtlich - eine Durchgangsöffnung 42 verbleibt, über welche eine Entgasung und auch eine Befüllung stattfinden kann.
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Die in 2 gezeigte Fügeeinheit erlaubt einen einfache Handhabung, beispielsweise indem eine Greifvorrichtung nur das Deckelelement 16 greift und relativ zu einem anderen Element bewegt, insbesondere einem (nicht dargestellten) prismatischen Batteriezellgehäuse mit einer Öffnung, in welcher sich bereits ein Zellstapel mit den oben erwähnten Ableiter-Fähnchen befindet. Ferner kann in diesem Zustand noch eine Prüfung erfolgen, ob die erste Fügephase erfolgreich abgeschlossen wurde, beispielsweise indem die Dichtzeit des Deckelelements 16 und/oder das Vorhandensein und die Funktionsfähigkeit der Durchgangsöffnung 42 überprüft wird. Anschließend kann die Fügeeinheit mit dem Deckelelement 16 fest mit dem nicht dargestellten Batteriezellgehäuse verbunden werden, insbesondere durch Verschweißen. Die verbleibende Durchgangsöffnung 42 kann dann zum Entgasen und Befüllen der Batteriezelle mit Elektrolyt verwendet werden.
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Wenn zwei baugleiche Deckelelemente 16 an einem Batteriezellgehäuse vorgesehen sind, kann die Befüllung beschleunigt werden, indem eine Befüllöffnung 20 zum Einströmen von Elektrolyt und die andere Befüllöffnung 20 zum Absaugen von Gasen und Luft verwendet wird.
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Sobald der Befüll- und Entgasungsprozess abgeschlossen ist, kann erneut eine Zugkraft in Richtung des Pfeils Z auf den Zugdorn 34 ausgeübt werden. Dies führt zunächst dazu, dass die Befüllöffnung 20 durch plastische Verformung in Bereich des Nietkopfes 36 verschlossen wird, wie in 3 dargestellt. Wird die Zugkraft weiter ausgeübt und noch weiter erhöht, reißt der Zugdorn 34 im Bereich einer als Sollbruchbereich 44 ausgebildeten Verjüngung 46 ab (vgl. 2), so dass der Blindniet 32 in Richtung Außenseite des Deckelelements 16 vollständig in der Hülse 22 angeordnet ist und nicht aus dieser herausragt.
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Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hohlkörper
- 12
- Gehäuseelement
- 14
- Gehäuseelement
- 16
- Deckelelement
- 18
- Ableiterelement
- 20
- Befüllöffnung
- 22
- Hülse
- 24
- Anlagefläche
- 26
- Anlageabschnitt
- 28
- Schaftabschnitt
- 30
- Hülsenöffnung
- 32
- Blindniet
- 34
- Zugdorn
- 36
- Nietkopf
- 38
- Werkstoffschicht
- 40
- Dichtwerkstoff
- 42
- Durchgangsöffnung
- 44
- Sollbruchbereich
- 46
- Verjüngung
- a
- Durchmesser des Anlageabschnitts
- b
- Durchmesser der Befüllöffnung
- d1
- Dicke des Deckelelements
- d2
- Dicke des Ableiterelements
- I
- Länge des Schaftabschnitts
- Z
- Zugkraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 8940422 B2 [0003]
- US 10381631 B2 [0004]
