EP4566120A1 - Befüllvorrichtung zur befüllung von batteriezellen mit einer elektrolytflüssigkeit - Google Patents

Befüllvorrichtung zur befüllung von batteriezellen mit einer elektrolytflüssigkeit

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Publication number
EP4566120A1
EP4566120A1 EP23741275.4A EP23741275A EP4566120A1 EP 4566120 A1 EP4566120 A1 EP 4566120A1 EP 23741275 A EP23741275 A EP 23741275A EP 4566120 A1 EP4566120 A1 EP 4566120A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filling device
metering
intermediate container
piston
filling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23741275.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Weiler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Industrie-Partner Radebeul-Coswig GmbH
Original Assignee
Industrie-Partner Radebeul-Coswig GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Industrie-Partner Radebeul-Coswig GmbH filed Critical Industrie-Partner Radebeul-Coswig GmbH
Publication of EP4566120A1 publication Critical patent/EP4566120A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/60—Arrangements or processes for filling or topping-up with liquids; Arrangements or processes for draining liquids from casings
    • H01M50/673—Containers for storing liquids; Delivery conduits therefor
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M50/60—Arrangements or processes for filling or topping-up with liquids; Arrangements or processes for draining liquids from casings
    • H01M50/609—Arrangements or processes for filling with liquid, e.g. electrolytes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F11/00—Apparatus requiring external operation adapted at each repeated and identical operation to measure and separate a predetermined volume of fluid or fluent solid material from a supply or container, without regard to weight, and to deliver it
    • G01F11/02—Apparatus requiring external operation adapted at each repeated and identical operation to measure and separate a predetermined volume of fluid or fluent solid material from a supply or container, without regard to weight, and to deliver it with measuring chambers which expand or contract during measurement
    • G01F11/04—Apparatus requiring external operation adapted at each repeated and identical operation to measure and separate a predetermined volume of fluid or fluent solid material from a supply or container, without regard to weight, and to deliver it with measuring chambers which expand or contract during measurement of the free-piston type
    • G01F11/06—Apparatus requiring external operation adapted at each repeated and identical operation to measure and separate a predetermined volume of fluid or fluent solid material from a supply or container, without regard to weight, and to deliver it with measuring chambers which expand or contract during measurement of the free-piston type with provision for varying the stroke of the piston
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a filling device for filling battery cells with an electrolyte liquid, with a metering cylinder in which a predetermined amount of the electrolyte liquid can be absorbed, and a metering piston by means of which the amount of electrolyte liquid taken up in the metering cylinder is released can be driven out of the dosing cylinder and transferred into a battery cell.
  • Battery cells filled with electrolyte liquid are assembled in large numbers to assemble batteries, in particular batteries for the drive system of motor vehicles. Accordingly, these battery cells must be filled with electrolyte liquid with comparatively little technical effort, and the filling process must be designed as precisely and accurately as possible.
  • the invention is based on the object of developing a filling device for filling battery cells with an electrolyte liquid of the type described at the beginning in such a way that an exact and precisely predeterminable filling of the battery cells with electrolyte liquid is made possible, without ne that there is a noticeably increased technical and constructive quality
  • both the metering cylinder and the metering piston are arranged within an intermediate container of the filling device filled with electrolyte liquid.
  • the resulting direct fluid connection between the intermediate container on the one hand and the metering cylinder on the other hand ensures that the filling process of battery cells can be carried out accurately and quickly with as little effort as possible.
  • the metering cylinder is arranged in a foot part of the intermediate container, on the one hand the forward and return stroke of the metering piston movable in the metering cylinder can be realized in a simple manner, with the liquid containing electrolyte advantageously below the foot part of the intermediate container Battery cell to be filled can be arranged.
  • the piston rod of the metering piston protrudes through a cover of the intermediate container and is sealed by means of a gap seal or a scraper ring to seal the intermediate container.
  • a drive means arranged externally with respect to the intermediate container, the forward and return stroke movements of the dosing piston can then be realized while keeping the container interior of the intermediate container sealed.
  • a further advantageous embodiment of the filling device according to the invention is achieved if a fluid inlet is arranged between the intermediate container on the one hand and the metering cylinder arranged in the intermediate container on the other hand, in which a refill valve is located, by means of which the fluid inlet between the intermediate container and the metering cylinder can be blocked during a pre-stroke of the metering piston During a return stroke of the metering piston, the fluid inlet can be released. This ensures that during the forward stroke of the dosing piston within the dosing cylinder, all of the electrolyte liquid located within the dosing cylinder is transferred into the battery cell, with exact filling of the dosing cylinder being achieved again during the return stroke of the dosing piston.
  • the metering piston and/or the metering cylinder can expediently be made of a ceramic or a stainless steel material.
  • the dosing piston can have a sealing element or have a gap seal.
  • a 2/2-way valve or a check valve is arranged in a fluid connection between the metering cylinder on the one hand and a battery cell to be filled with electrolyte liquid by means of the filling device on the other hand , by means of which the fluid connection can be released during the forward stroke of the metering piston and blocked during the return stroke of the metering piston.
  • the intermediate container preferably in the The area of its cover has a fluid connection by means of which the intermediate container is connected to the electrolyte storage container.
  • a ventilation connection is formed on the intermediate container, by means of which the intermediate container can be vented.
  • This ventilation connection can also advantageously be provided in the area of the cover of the intermediate container.
  • a receiving and guiding member is provided above the cover of the intermediate container, by means of which the metering piston is received on its piston rod protruding through the cover from the intermediate container and when Forward and return strokes can be carried out. Accordingly, the piston rod is attached to this receiving and guiding member at its end section protruding through the cover, with a movement of the receiving and guiding member in the upward and downward direction correspondingly resulting in a movement of the metering piston within the metering cylinder.
  • a linear drive has proven to be advantageous as a drive means for such a filling device, by means of which the metering piston can be driven in the desired manner.
  • the filling volume of the dosing cylinder is dimensioned such that it corresponds to the volume of the battery cell to be filled, this can be done by means of a pre-stroke movement of the dosing piston
  • Each battery cell in the dosing cylinder must be filled with electrolyte liquid, exactly in the intended amount.
  • filling a battery cell with the respective intended amount of electrolyte liquid can also be achieved if the filling volume of the metering cylinder is dimensioned such that the volume of the battery cell to be filled is an integer multiple of the filling volume of the metering cylinder, in which case a corresponding number of Pre-stroke movements of the metering piston are required.
  • End position metering is then advantageously provided for the linear drive.
  • the filling volume of the metering cylinder is arbitrary, in which case an adjustable linear drive is provided. Accordingly, the metering piston can be brought to a standstill in any position within the metering cylinder as soon as a battery cell is filled with the amount of electrolyte liquid required for the respective battery cell.
  • the dosing cylinder of the filling device according to the invention has a venting slot in the area of its upper end, through which the dosing cylinder can be vented if a cone tip of the dosing piston is arranged in the area of the upper end of the dosing cylinder.
  • the filling device includes a vacuum chamber, in which a battery cell designed as a pouch cell or hard-walled battery cell, which is to be filled with electrolyte liquid in doses using the filling device, can be accommodated.
  • Figure 1 is a perspective view of an embodiment of the filling device according to the invention.
  • Figure 2 is a perspective view of an intermediate container of the filling device according to the invention shown in Figure 1 with its cover and its foot part;
  • Figure 3 is a top view of the intermediate container shown in Figure 2;
  • Figure 4 shows section B - B in Figure 3
  • Figure 5 shows a further top view of the intermediate container shown in Figure 2.
  • FIG. 1 shows the section D - D in Figure 5.
  • An embodiment of a filling device 1 according to the invention shown in a perspective view in FIG. 1, serves to fill battery cells (not shown in the figures) with an electrolyte liquid. It should be possible to fill the battery cells not shown in the figures in a metered manner in vacuum, ambient pressure or excess pressure. Using suitable adapter parts etc.
  • the filling device 1 according to the invention described in more detail below can be used to fill battery cells of different designs.
  • the filling device 1 according to the invention can also include a vacuum chamber, in which a battery cell designed as a pouch cell or hard-walled to be filled by means of the filling device 1 can be accommodated.
  • the embodiment of the filling device 1 according to the invention shown in FIG. 1 includes a frame part 2 by means of which the filling device 1 is held.
  • the individual components of the filling device 1 described below are mounted on the frame part 2.
  • the filling device 1 includes an intermediate container 3 which is attached to the frame part 2 of the filling device 1.
  • the intermediate container 3 has a foot part 4, a cover 5 and, in the embodiment of the intermediate container 3 shown, a cylindrical glass wall 6, which, together with the foot part 4 and the cover 5, forms a container interior 7 of the intermediate container 3.
  • the foot part 4 is firmly connected to the cover 5 of the intermediate container 3 by means of screw connections 8, the screw connections 8 being arranged at the corners of the foot part 4 and the cover 5.
  • the filling device 1 according to the invention shown in FIG. 1 also includes a metering cylinder 9.
  • An amount of electrolyte liquid that can be predetermined by the freely configurable volume of the metering cylinder 9 can be accommodated in the dosing cylinder 9.
  • the metering cylinder 9 is arranged essentially within the foot part 4 of the intermediate container 3.
  • a metering piston 10 of the filling device 1 can be moved within the metering cylinder 9 in the up and down directions in Figures 1, 2, 4 and 6. In its upper position shown in FIGS. 4 and 6, the metering piston 10 has just performed a return stroke movement.
  • the metering cylinder 9 is filled with electrolyte fluid from the container interior 7 of the intermediate container 3 filled with electrolyte liquid filled with liquid.
  • a fluid inlet 11 is formed in the foot part 4 of the intermediate container 3, which is connected to the lower end section of the metering cylinder 9 via a refill valve 12.
  • the refill valve 12 blocks the connection between the fluid inlet 11 and the lower end section of the metering cylinder 9.
  • the electrolyte liquid located in the metering cylinder 9 is discharged by means of the metering piston 10 through a portion at the lower end section of the metering cylinder 9.
  • Fluid connection 13 formed in the interior of the battery cell, not shown in the figures, connected to the filling device 1.
  • a 2/2-way valve or a check valve is arranged in the fluid connection 13.
  • a ventilation slot is formed at the upper end section of the metering cylinder 9, through which the metering cylinder 9 can be vented.
  • the drive movement for the forward stroke and return stroke of the metering piston 10 is transmitted to it by means of a piston rod 15, to which the metering piston 10 is attached and which protrudes from the cover 5 of the intermediate container 3.
  • a suitable gap seal 16 is provided for sealing between the outer surface of the piston rod 15, which is movable with respect to the cover 5 of the intermediate container 3, and the cover 5.
  • a scraper ring or a similar sealant can also be provided.
  • the metering piston 10 is designed to be cylindrical, with its external dimensions corresponding to the internal dimensions of the metering cylinder 9. At its lower end portion facing the lower end portion of the metering cylinder 9, the metering piston 10 has a cone tip. By designing the lower end of the metering piston 10 as a cone tip, the ventilation slot formed in the metering cylinder 9 at its upper end section 14 is released comparatively early during the return stroke movement of the metering piston 10.
  • the intermediate container 3 has a fluid connection 17 on its cover 5, through which the intermediate container 3 of the filling device 1 can be filled with electrolyte liquid from an electrolyte storage container not shown in the figures.
  • a ventilation connection 18 is provided on the cover 5 of the intermediate container 3, through which the container interior 7 of the intermediate container 3 can be ventilated.
  • a linear drive 19 is arranged on the frame part 2 of the filling device 1.
  • the linear drive 19 is connected to a receiving and guiding member 21 via a drive member 20, which is only indicated in the drawing in FIG.
  • the receiving and guiding member 21 to which the upper end of the piston rod 15 projecting upward through the cover 5 of the intermediate container 3, is fastened, and thus the piston rod 15 and the metering piston 10 in the upward and downward directions in the figures movable.
  • the receiving and guiding member 21 is guided and held in a suitable, movable manner on the frame part 2.
  • the linear drive 19 can be designed with an end position metering, in which case the filling volume of the metering cylinder 9 can correspond to the volume of the battery cell to be filled or the volume of the battery cell to be filled can be a whole. is a numerical multiple of the filling volume of the metering cylinder 9.
  • the linear drive 19 can also be designed as an arbitrarily controllable linear drive.
  • the filling volume of the dosing cylinder 9 can then be designed as desired without impairing the filling of battery cells.

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Abstract

Eine Befüllvorrichtung (1) zur Befüllung von Batteriezellen mit einer Elektrolytflüssigkeit hat einen Dosierzylinder, in dem eine vorgegebene Menge der Elektrolytflüssigkeit aufnehmbar ist, und einen Dosierkolben (10), mittels dem die im Dosierzylinder aufgenommene Menge der Elektrolytflüssigkeit aus dem Dosierzylinder austreib- und in eine Batteriezelle überführbar ist. Um den Befüllvorgang der Batteriezellen unter Minimierung des technisch-konstruktiven Aufwands zuverlässiger und genauer realisieren zu können wird vorgeschlagen, dass sowohl der Dosierzylinder als auch der Dosierkolben (10) innerhalb eines mit Elektrolytflüssigkeit gefüllten Zwischenbehälters (3) der Befüllvorrichtung (1) angeordnet sind.

Description

„Befüllvorrichtung zur Befüllung von Batteriezellen mit einer
Elektrolytflüssigkeit"
Die Erfindung bezieht sich auf eine Befüllvorrichtung zur Befüllung von Batteriezellen mit einer Elektrolytf lüs sigkeit , mit einem Dosierzylinder , in dem eine vorgegebene Menge der Elektrolyt f lüssigkeit aufnehmbar ist , und einem Dos ierkolben, mittels dem die im Dosierzylinder aufgenommene Menge der Elektrolyt f lüssigkeit aus dem Dosierzylinder austreib- und in eine Batteriezelle überführbar ist .
Mit Elektrolyt f lüssigkeit gefüllte Batteriezellen werden in großer Anzahl zur Zusammenstellung von Batterien, insbesondere Batterien für die Antriebsanlage von Kraftfahrzeugen, zusammengestellt . Entsprechend müssen diese Batteriezellen mit einem vergleichsweise geringen technischen Aufwand mit Elektrolytflüssigkeit befüllt werden, wobei der Befüllvorgang möglichst exakt und genau zu gestalten ist .
Ausgehend von dem vorstehend geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde , eine Befüllvorrichtung zur Befüllung von Batteriezellen mit einer Elektrolytflüssigkeit der eingangs geschilderten Art derart weiterzubilden, dass eine exakte und genau vorgebbare Befüllung der Batteriezellen mit Elektrolyt f lüssigkeit ermöglicht wird, oh- ne dass sich ein spürbar erhöhter technisch-konstruktiver
Aufwand für die Ausgestaltung der Befüllvorrichtung ergibt .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst , dass sowohl der Dosierzylinder als auch der Dosierkolben innerhalb eines mit Elektrolyt flüssigkeit gefüllten Zwischenbehälters der Befüllvorrichtung angeordnet sind . Durch die hieraus entstehende unmittelbare Fluidverbindung zwischen dem Zwischenbehälter einerseits und dem Dosierzylinder andererseits ist gewährleistet , dass mit einem möglichst geringen Aufwand der Befüllvorgang von Batteriezellen genau und schnell durchgeführt werden kann . Wenn gemäß einer vorteilhaften Aus führungs form der erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung der Dosierzylinder in einem Fußteil des Zwischenbehälters angeordnet ist , kann zum einen der Vor- und Rückhub des im Dosierzylinder beweglichen Dosierkolbens in einfacher Weise realisiert werden, wobei unterhalb des Fußteils des Zwischenbehälters vorteilhaft die mit Elektrolyt flüssigkeit zu befüllende Batteriezelle angeordnet werden kann .
Zwecks möglichst einfacher Ausgestaltung der Antriebseinrichtung für den Vor- und Rückhub des Dosierkolbens ist es vorteilhaft , wenn die Kolbenstange des Dosierkolbens durch eine Abdeckung des Zwischenbehälters vorsteht und mittel s einer Spaltdichtung oder eines Abstrei frings zur Abdichtung des Zwischenbehälters abgedichtet ist . Mittels eines extern in Bezug auf den Zwischenbehälter angeordneten Antriebsmittels ist dann unter Dichthaltung des Behälterinnenraums des Zwischenbehälters die Vor- und Rückhubbewegung des Dos ierkolbens realisierbar . Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung wird erreicht , wenn zwischen dem Zwischenbehälter einerseits und dem im Zwischenbehälter angeordneten Dosierzylinder andererseits ein Fluidzulauf angeordnet ist , in dem ein Nachfüllventil sitzt , mittels dem bei einem Vorhub des Dosierkolbens der Fluidzulauf zwischen dem Zwischenbehälter und dem Dosierzylinder sperrbar und bei einem Rückhub des Dosierkolbens der Fluidzulauf freigebbar ist . Hierdurch wird sichergestellt , dass beim Vorhub des Dosierkolbens innerhalb des Dosierzylinders die gesamte innerhalb des Dosierzylinders befindliche Elektrolyt flüssigkeit in die Batteriezelle überführt wird, wobei beim Rückhub des Dosierkolbens erneut eine exakte Befüllung des Dosierzylinders bewerkstelligt wird .
Der Dosierkolben und/oder der Dosierzylinder können zweckmäßig aus einem Keramik- oder aus einem Edelstahlwerkstof f ausgebildet werden . Je nach Ausgestaltung kann der Dos ierkolben ein Dichtelement bzw . eine Spaltdichtung aufweisen .
Um eine exakte Befüllung des Dosierzylinders mit dem gewünschten Füllvolumen beim Rückhub des Dosierkolbens sicherzustellen ist es vorteilhaft , wenn in einer Fluidverbindung zwischen dem Dosierzylinder einerseits und einer mittels der Befüllvorrichtung mit Elektrolyt flüssigkeit zu befüllenden Batteriezelle andererseits ein 2 /2-Wegeventil oder ein Rückschlagventil angeordnet ist , mittels dem die Fluidverbindung beim Vorhub des Dosierkolbens freigebbar und beim Rückhub des Dosierkolbens sperrbar ist .
Selbstverständlich ist es möglich, den Zwischenbehälter der
Befüllvorrichtung an einen Elektrolytvorratsbehälter anzuschließen, wobei hierzu der Zwischenbehälter, vorzugsweise im Bereich seiner Abdeckung, einen Fluidanschluss aufweist , mittels dem der Zwischenbehälter mit dem Elektrolytvorratsbehälter verbunden ist .
Damit im Zwischenbehälter nicht erwünschte Luft aus dem Zwischenbehälter entweichen kann ist es zweckmäßig, wenn am Zwischenbehälter ein Belüftungsanschluss ausgebildet i st , mittels dem der Zwischenbehälter entlüftet werden kann . Auch dieser Belüftungsanschluss kann vorteilhaft im Bereich der Abdeckung des Zwischenbehälters vorgesehen sein .
Um eine exakte Durchführung der Kolbenbewegung beim Vor- und Rückhub des Dosierkolbens sicherzustellen ist es vorteilhaft , wenn oberhalb der Abdeckung des Zwischenbehälters ein Aufnahme- und Führglied vorgesehen ist , mittels dem der Dosierkolben an seiner durch die Abdeckung aus dem Zwischenbehälter vorstehenden Kolbenstange aufgenommen ist und beim Vorhub und Rückhub führbar ist . Entsprechend ist die Kolbenstange an ihrem durch die Abdeckung vorstehenden Endabschnitt an diesem Aufnahme- und Führglied angebracht , wobei eine Bewegung des Aufnahme- und Führglieds in auf- und abwärtiger Richtung entsprechend in eine Bewegung des Dosierkolbens innerhalb des Dosierzylinders resultiert .
Als Antriebsmittel einer derartigen Befüllvorrichtung hat sich ein Linearantrieb als vorteilhaft erwiesen, mittels dem entsprechend der Dosierkolben in gewünschter Weise angetrieben werden kann .
Wenn das Füllvolumen des Dosierzylinders so bemessen ist , dass es dem Volumen der zu befüllenden Batteriezelle entspricht , kann mittels einer Vorhubbewegung des Dosierkolbens im Dosierzylinder j eweils eine Batteriezelle mit Elektrolytflüssigkeit gefüllt werden, und zwar exakt in der vorgesehenen Menge .
Entsprechend ist eine Befüllung einer Batteriezelle mit der j eweils vorgesehenen Menge an Elektrolyt flüssigkeit auch realisierbar, wenn das Füllvolumen des Dosierzylinders so bemessen ist , dass das Volumen der zu befüllenden Batteriezelle ein ganz zahliges Mehrfaches des Füllvolumens des Dosierzylinders ist , wobei dann eine entsprechende Anzahl von Vorhubbewegungen des Dosierkolbens erforderlich sind .
Für den Linearantrieb ist dann vorteilhaft eine Endlagendosierung vorgesehen .
Gemäß einer alternativen Aus führungs form der erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung ist das Füllvolumen des Dosierzylinders beliebig, wobei dann ein regelbarer Linearantrieb vorgesehen ist . Entsprechend kann der Dosierkolben in j eder beliebigen Position innerhalb des Dosierzylinders zum Stillstand gebracht werden, sobald eine Batteriezelle mit der für die j eweilige Batteriezelle erforderlichen Menge an Elektrolyt flüssigkeit befüllt ist .
Um eine Entlüftung des Dosierzylinders zu ermöglichen ist es vorteilhaft , wenn der Dosierzylinder der erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung im Bereich seines oberen Endes einen Entlüftungsschlitz aufweist , durch den hindurch der Dosierzylinder entlüftbar ist , wenn eine Kegelspitze des Dosierkolbens im Bereich des oberen Endes des Dosierzylinders angeordnet ist . Eine weitere vorteilhafte Aus führungs form der erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung wird erreicht , wenn zu der Be füllvor- richtung eine Unterdruckkammer gehört , in der eine mittels der Befüllvorrichtung dosiert mit Elektrolyt flüssigkeit zu befüllende , als Pouchzelle oder hartwandig ausgebildete Batteriezelle aufnehmbar ist .
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Aus führungs form unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert .
Es zeigen :
Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungs form der erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung;
Figur 2 eine perspektivische Darstellung eines Zwischenbehälters der in Figur 1 gezeigten erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung mit seiner Abdeckung und seinem Fußteil ;
Figur 3 eine Draufsicht auf den in Figur 2 gezeigten Zwischenbehälter ;
Figur 4 den Schnitt B - B in Figur 3 ;
Figur 5 eine weitere Draufsicht auf den in Figur 2 gezeigten Zwischenbehälter ; und
Figur 6 den Schnitt D - D in Figur 5 . Eine in Figur 1 in einer perspektivischen Darstellung gezeigte Aus führungs form einer erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung 1 dient dazu, in den Figuren nicht dargestellte Batteriezellen mit einer Elektrolyt flüssigkeit zu befüllen . Die Befüllung der in den Figuren nicht dargestellten Batteriezellen soll dosiert in Vakuum, Umgebungsdruck oder Überdruck möglich sein . Mittels geeigneter Adapterteile etc . kann die im Folgenden näher geschilderte erfindungsgemäße Befüllvorrichtung 1 zur Befüllung unterschiedlich gestalteter Batteriezellen eingesetzt werden . Zu der erfindungsgemäßen Befüllvorrichtung 1 kann auch eine Unterdruckkammer gehören, in der eine mittels der Befüllvorrichtung 1 zu befüllende , als Pouchzelle oder hartwandig ausgebildete Batteriezelle aufgenommen werden kann .
Zu der in Figur 1 gezeigten Aus führungs form der erf indungsgemäßen Befüllvorrichtung 1 gehört ein Rahmenteil 2 , mittels dem die Befüllvorrichtung 1 gehaltert ist . Am Rahmenteil 2 sind die im Folgenden beschriebenen einzelnen Bestandteile der Befüllvorrichtung 1 gelagert .
Wie sich aus einer Zusammenschau der Figuren 1 und 2 ergibt , gehört zu der Befüllvorrichtung 1 ein Zwischenbehälter 3 , der am Rahmenteil 2 der Befüllvorrichtung 1 befestigt i st . Der Zwischenbehälter 3 hat ein Fußteil 4 , eine Abdeckung 5 und eine in der dargestellten Aus führungs form des Zwischenbehälters 3 zylindrische Glaswandung 6 , die gemeinsam mit dem Fußteil 4 und der Abdeckung 5 einen Behälterinnenraum 7 des Zwischenbehälters 3 ausbildet . Das Fußteil 4 ist mit der Abdeckung 5 des Zwischenbehälters 3 mittels Schraubverbindungen 8 fest verbunden, wobei die Schraubverbindungen 8 an den Ecken des Fußteils 4 und der Abdeckung 5 angeordnet sind . Zu der in Figur 1 gezeigten erfindungsgemäßen Befül lvorrich- tung 1 gehört des Weiteren ein Dosierzylinder 9 . In dem Do- sierzylidner 9 ist eine durch das frei gestaltbare Volumen des Dosierzylinders 9 vorgebbare Menge der Elektrolyt flüssig- keit aufnehmbar . Der Dosierzylinder 9 ist im Wesentlichen innerhalb des Fußteils 4 des Zwischenbehälters 3 angeordnet . Ein Dosierkolben 10 der Befüllvorrichtung 1 ist innerhalb des Dosierzylinders 9 in in den Figuren 1 , 2 , 4 und 6 auf- und abwärtiger Richtung bewegbar . In seiner in den Figuren 4 und 6 gezeigten oberen Stellung hat der Dosierkolben 10 gerade eine Rückhubbewegung vorgenommen . Bei dieser Rückhubbewegung, bei der sich der Dosierkolben 10 von seiner in den Figuren nicht gezeigten unteren Stellung in die in den Figuren 4 und 6 gezeigte obere Stellung bewegt hat , wird aus dem mit Elektrolytflüssigkeit gefüllten Behälterinnenraum 7 des Zwischenbehälters 3 der Dosierzylinder 9 mit Elektrolytf lüs sigkeit gefüllt . Hierzu ist , wie sich aus Figur 6 ergibt , im Fußteil 4 des Zwischenbehälters 3 ein Fluidzulauf 11 ausgebildet , der über ein Nachfüllventil 12 an den unteren Endabschnitt des Dosierzylinders 9 angeschlossen ist . Beim Rückhub des Dosierkolbens in dessen in den Figuren 4 und 6 gezeigte obere Stellung gibt das Nachfüllventil 12 die Verbindung zwischen dem Fluidzulauf 11 und dem unteren Endbereich des Dosierzylinders f rei .
Bei einer Vorhubbewegung des Dosierkolbens 10 , die in in den Figuren 1 , 2 , 4 und 6 abwärtiger Richtung gerichtet ist , sperrt das Nachfüllventil 12 die Anschlussverbindung zwischen dem Fluidzulauf 11 und dem unteren Endabschnitt des Dosierzylinders 9 . Entsprechend wird die im Dosierzylinder 9 befindliche Elektrolyt f lüssigkeit mittels des Dosierkolbens 10 durch eine am unteren Endabschnitt des Dosierzylinders 9 aus- gebildete Fluidverbindung 13 in den Innenraum der in den Figuren nicht gezeigten, an die Befüllvorrichtung 1 angeschlossenen Batteriezelle verbracht . In der Fluidverbindung 13 ist ein 2 /2-Wegeventil oder ein Rückschlagventil angeordnet . Bei der Vorhubbewegung des Dosierkolbens 10 wird die Fluidverbindung 13 zur Batteriezelle freigegeben, während beim Rückhub des Dosierkolbens 10 diese Fluidverbindung 13 gesperrt wird .
Am oberen Endabschnitt des Dosierzylinders 9 ist ein Entlüftungsschlitz ausgebildet , durch den hindurch der Dosierzylinder 9 entlüftet werden kann .
Die Antriebsbewegung zum Vorhub und zum Rückhub des Dosierkolbens 10 wird auf diesen mittels einer Kolbenstange 15 übertragen, an der der Dosierkolben 10 befestigt ist und die durch die Abdeckung 5 des Zwischenbehälters 3 aus diesem vorsteht . Zur Abdichtung zwischen der Außenfläche der in Bezug auf die Abdeckung 5 des Zwischenbehälters 3 beweglichen Kolbenstange 15 und der Abdeckung 5 ist eine geeignete Spaltdichtung 16 vorgesehen . Anstelle der Spaltdichtung 16 kann auch ein Abstrei fring oder ein ähnliches Dichtmittel vorgesehen sein .
Der Dosierkolben 10 ist im dargestellten Aus führungsbeispiel zylindrisch gestaltet , wobei seine Außenabmessungen den Innenabmessungen des Dosierzylinders 9 entsprechen . An seinem dem unteren Endabschnitt des Dosierzylinders 9 zugewandten unteren Endabschnitt weist der Dosierkolben 10 eine Kegelspitze auf . Durch die Ausgestaltung des unteren Endes des Dosierkolbens 10 als Kegelspitze wird der im Dosierzylinder 9 an dessen oberem Endabschnitt ausgebildete Entlüftungsschlitz 14 bei der Rückhubbewegung des Dosierkolbens 10 schon vergleichsweise frühzeitig freigegeben .
Im dargestellten Aus führungsbeispiel weist der Zwischenbehälter 3 an seiner Abdeckung 5 einen Fluidanschluss 17 auf , durch den hindurch der Zwischenbehälter 3 der Befül lvorrich- tung 1 aus einem in den Figuren nicht gezeigten Elektrolytvorratsbehälter mit Elektrolyt flüssigkeit befüllbar ist . Darüber hinaus ist an der Abdeckung 5 des Zwischenbehälters 3 ein Belüftungsanschluss 18 vorgesehen, durch den hindurch der Behälterinnenraum 7 des Zwischenbehälters 3 entlüftet werden kann .
Zur Durchführung der Vor- und Rückhubbewegung des Dosierkolbens 10 ist am Rahmenteil 2 der Befüllvorrichtung 1 ein Linearantrieb 19 angeordnet . Der Linearantrieb 19 ist über ein in Figur 1 zeichnerisch lediglich angedeutetes Antriebsglied 20 mit einem Aufnahme- und Führglied 21 verbunden . Mittels des Linearantriebs 19 ist das Aufnahme- und Führglied 21 , an dem das durch die Abdeckung 5 des Zwischenbehälters 3 aufwärts vorragende obere Ende der Kolbenstange 15 befestigt ist , und damit die Kolbenstange 15 und der Dosierkolben 10 in in den Figuren auf- und abwärtiger Richtung bewegbar . Um eine exakte mechanische Verbindung zwischen dem Linearantrieb 19 einerseits und der Kolbenstange 15 andererseits zu gewährleisten, ist das Aufnahme- und Führglied 21 in geeigneter Weise beweglich am Rahmenteil 2 geführt und gehaltert .
Der Linearantrieb 19 kann in einer Endlagendosierung ausgeführt sein, wobei dann das Füllvolumen des Dosierzylinders 9 dem Volumen der zu befüllenden Batteriezelle entsprechen kann oder das Volumen der zu befüllenden Batteriezelle ein ganz- zahliges Mehrfaches des Füllvolumens des Dosierzylinders 9 ist .
Der Linearantrieb 19 kann auch als beliebig regelbarer Linearantrieb ausgestaltet sein . Das Füllvolumen des Dosierzylinders 9 kann dann beliebig gestaltet werden, ohne dass Beeinträchtigungen bei der Befüllung von Batteriezellen auftreten .

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Befüllvorrichtung zur Befüllung von Batteriezellen mit einer Elektrolytf lüssigkeit , mit einem Dosierzylinder (9) , in dem eine vorgegebene Menge der Elektrolyt f lüssigkeit aufnehmbar ist, und einem Dosierkolben (10) , mittels dem die im Dosierzylinder (9) aufgenommene Menge der Elektrolytf lüssigkeit aus dem Dosierzylinder (9) austreib- und in eine Batteriezelle überführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Dosierzylinder (9) als auch der Dosierkolben (10) innerhalb eines mit Elektrolyt f lüssigkeit gefüllten Zwischenbehälters (3) der Befüllvorrichtung (1) angeordnet sind.
2. Befüllvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Dosierzylinder (9) in einem Fußteil (4) des Zwischenbehälters (3) angeordnet ist.
3. Befüllvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, deren Dosierkolben (10) mit seiner Kolbenstange (15) durch eine Abdeckung (5) des Zwischenbehälters (3) vorsteht und mittels einer Spaltdichtung (16) oder eines Abstreifrings zur Abdeckung (5) des Zwischenbehälters (3) abgedichtet ist.
4. Befüllvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der zwischen dem Zwischenbehälter (3) einerseits und dem im Zwischenbehälter (3) angeordneten Dosierzylinder (9) andererseits ein Fluidzulauf (11) angeordnet ist, in dem ein Nachfüllventil (12) sitzt, mittels dem bei einem Vorhub des Dosierkolbens (10) der Fluidzulauf (11) zwischen dem Zwischenbehälter (3) und dem Dosierzylinder (9) sperrbar und bei ei- nem Rückhub des Dosierkolbens (10) der Fluidzulauf (11) freigebbar ist.
5. Befüllvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Dosierkolben (10) und/oder der Dosierzylinder (9) aus einem Keramik- oder aus einem Edelstahlwerkstoff ausgebildet ist bzw. sind.
6. Befüllvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Dosierkolben (10) aus einem Edelstahlwerkstoff ausgebildet ist und ein Dichtelement aufweist.
7. Befüllvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Dosierkolben (10) aus einem Keramikwerkstoff ausgebildet ist und mittels einer Spaltdichtung abgedichtet ist.
8. Befüllvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der in einer Fluidverbindung (13) zwischen dem Dosierzylinder (9) einerseits und einer mittels der Befüllvorrichtung (1) mit Elektrolyt flüssigkeit zu befüllenden Batteriezelle andererseits ein 2/2-Wegeventil oder ein Rückschlagventil angeordnet ist, mittels dem die Fluidverbindung (13) beim Vorhub des Dosierkolbens (10) freigebbar und beim Rückhub des Dosierkolbens (10) sperrbar ist.
9. Befüllvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, zu der ein Fluidanschluss (17) gehört, mittels dem der Zwischenbehälter (3) der Befüllvorrichtung (1) mit einem Elektrolyt- Vorratsbehälter verbindbar ist.
10. Befüllvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der am Zwischenbehälter (3) ein Belüftungsanschluss (18) aus- gebildet ist, mittels dem der Zwischenbehälter (3) entlüftbar ist .
11. Befüllvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, die oberhalb der Abdeckung (5) des Zwischenbehälters (3) ein Aufnahme- und Führglied (21) aufweist, mittels dem der Dosierkolben (10) an seiner durch die Abdeckung (5) aus dem Zwischenbehälter (3) vorstehenden Kolbenstange (15) aufnehm- und beim Vorhub und Rückhub führbar ist.
12. Befüllvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, die einen Linearantrieb (19) aufweist, mittels dem der Dosierkolben (10) antreibbar ist.
13. Befüllvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der das Füllvolumen des Dosierzylinders (9) so bemessen ist, dass es dem Volumen der zu befüllenden Batteriezelle entspricht .
14. Befüllvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der das Füllvolumen des Dosierzylinders (9) so bemessen ist, dass das Volumen der zu befüllenden Batteriezelle ein ganzzahliges Mehrfaches des Füllvolumens ist.
15. Befüllvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, bei der ein Linearantrieb (19) mit Endlagendosierung vorgesehen ist.
16. Befüllvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der das Füllvolumen des Dosierzylinders (9) beliebig und ein regelbarer Linearantrieb (19) vorgesehen ist.
17. Befüllvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, deren Dosierzylinder (9) im Bereich seines oberen Endes einen Entlüftungsschlitz (14) aufweist, durch den hindurch der Dosierzylinder (9) entlüftbar ist, wenn eine Kegelspitze des Dosierkolbens (10) im Bereich des oberen Endes des Dosierzylinders (9) angeordnet ist.
18. Befüllvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, mit einer Unterdruckkammer, in der eine mittels der Befüllvorrichtung (1) dosiert mit Elektrolyt flüssigkeit zu befüllende, als Pouchzelle oder hartwandig ausgebildete Batteriezelle aufnehmbar ist.
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