EP4677674A1 - Transporteinheit und verfahren zur bereitstellung eines batteriematerials für die batteriefertigung sowie fertigungseinheit und fertigungssystem - Google Patents

Transporteinheit und verfahren zur bereitstellung eines batteriematerials für die batteriefertigung sowie fertigungseinheit und fertigungssystem

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Publication number
EP4677674A1
EP4677674A1 EP24713907.4A EP24713907A EP4677674A1 EP 4677674 A1 EP4677674 A1 EP 4677674A1 EP 24713907 A EP24713907 A EP 24713907A EP 4677674 A1 EP4677674 A1 EP 4677674A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
unit
transport unit
housing
battery material
production
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
EP24713907.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marius HELLER
Oliver Krätzig
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.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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 Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP4677674A1 publication Critical patent/EP4677674A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
    • F24F3/16—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by purification, e.g. by filtering; by sterilisation; by ozonisation
    • F24F3/167—Clean rooms, i.e. enclosed spaces in which a uniform flow of filtered air is distributed
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • 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
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/256—Carrying devices, e.g. belts
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P72/00—Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof
    • H10P72/30—Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof for conveying, e.g. between different workstations
    • H10P72/34—Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof for conveying, e.g. between different workstations the wafers being stored in a carrier, involving loading and unloading
    • H10P72/3406—Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof for conveying, e.g. between different workstations the wafers being stored in a carrier, involving loading and unloading involving removal of lid, door or cover

Definitions

  • the invention relates to a transport unit and a method for providing a battery material for battery production, a production unit for processing a battery material and a production system for producing batteries and/or battery semi-finished products.
  • Transport units for providing a battery material for battery production are generally known.
  • Battery material is generally processed within a clean and/or dry room, the atmosphere of which, in particular the air in the clean and/or dry room, has a predetermined purity class on the one hand and a low humidity on the other. The low humidity is particularly necessary when processing the battery material, for example an electrode material, in order to meet the high requirements for batteries, for example for the automotive industry.
  • Electrode production can be divided into electrode production, cell assembly and cell finalization.
  • Electrode production includes a dry and wet mixing process in which various components are prepared into a paste, a so-called slurry. The paste is applied to current collector foils, then dried and compacted in a so-called calendering process. These coated, dried, compacted and usually wound into a coil are then cut to a specific foil width. Finally, the electrodes produced in this way are dried under vacuum.
  • Cell assembly involves assembling the battery components, particularly the electrodes, to form a functional battery cell.
  • the assembly steps are designed depending on the cell format.
  • the electrodes, particularly the anodes and cathodes, are placed in a housing together with other components, such as separators and conductor tabs.
  • the housing is then filled with an electrolyte and sealed. This is followed by the cell finalization process, in which the cell is charged and discharged. The functionality of the cell is also tested during cell finalization.
  • the quality of the battery cells produced is determined in particular by the manufacturing technology used and by the atmosphere in electrode production and cell assembly.
  • One requirement of battery cell production is a clean and dry production environment due to the sensitive cell materials to be processed.
  • Two parameters of the production environment are cleanliness, in particular the absence of particles, and air humidity. Since the air humidity values to be achieved are low, the dew point is usually specified, for example -20 °C, - 40 °C or - 60 °C. In some cases, oxygen and/or CO2 reduction may also be necessary.
  • Moisture ingress can lead to surface passivation and electrolyte decomposition, forming toxic hydrofluoric acid, which The performance of the cell is negatively affected. In addition, increased gas formation and degradation effects occur in the cell, resulting in safety risks for operation.
  • Another aspect of producing high-quality battery cells is that the electrode production and cell assembly are essentially contamination-free.
  • the greatest moisture input is caused by humans and represents a critical source of moisture for the process. People release water into the environment through their breathing, perspiration or moisture in their clothing. In particular, the local moisture influence through exhalation in the product or process environment represents a critical and uncontrollable factor. Another source of moisture input occurs at locks when people and/or materials are transferred through them.
  • JP6897654B2 discloses a transport box for individual, layered electrodes in order to shield them from the atmosphere.
  • the transport box has a device that uses dry air to enable a higher air pressure in the interior of the transport box than atmospheric pressure, so that no air from the atmosphere surrounding the transport box gets into the transport box.
  • One disadvantage of this transport box is that it can be contaminated from the outside and this contamination and/or adhering moisture is introduced into the battery cell production.
  • DE 10 2021 004 571 A1 discloses a method for cleaning exhaust air generated during a processing process in a clean room or dry room, as well as a system for carrying out the method. However, contamination is not prevented when semi-finished products and/or personnel are fed in and out.
  • the CN112193597A discloses a transport box for batteries with a protective housing. This transport box also does not allow contamination-free and/or moisture-free transfer of the batteries within a battery cell production facility.
  • US2022140435A1 discloses a container for transporting and/or storing batteries, wherein openings are provided on a lid to flush gas under high pressure into the storage space of the container. This container also has the disadvantage that battery cell production would be contaminated by the introduction of the transport container.
  • a transport unit for providing a battery material for the Battery production comprising a fluid-tight sealable housing, an interior space formed within the housing for arranging the battery material, a handling interface for loading and unloading the interior space with battery material, wherein the handling interface is arranged and designed to couple the transport unit to a manufacturing unit designed for battery production in such a way that a battery material arranged within the interior space can be removed independently of an atmosphere surrounding the transport unit in order to make it available to the manufacturing unit.
  • the invention is based on the finding that battery cell production arranged exclusively within a clean and/or dry room does not meet current and, in particular, future requirements with regard to dew point and purity, or only meets them to a limited extent. Therefore, production units are further atmospherically decoupled from the clean and/or dry room, so that optimized conditions prevail within the production unit to ensure a given material quality compared to the clean and/or dry room. Such atmospherically decoupled production units are also referred to as mini and/or micro environments. In order to provide the battery material to the production units within battery cell production in a sensible manner, the difference in atmosphere between the production unit and the clean and/or dry room must be taken into account during the handover.
  • the transport unit addresses these requirements, namely, with this transport unit, the battery material can be transported into the clean and/or dry room and also within the clean and/or dry room between different production units and made available to the individual production units free of contamination and independent of the humidity within the clean and/or dry room.
  • the battery material can thus be transported independently of the atmosphere of the clean and/or dry room and then processed within the production unit.
  • the statements on clean and/or dry rooms apply analogously to clean and/or gray rooms, which are particularly included in the terms clean and/or dry room.
  • the transport unit is designed to provide a battery material for battery production. Provision is preferably also understood to mean storage and intermediate buffering.
  • the battery material can be a semi-finished product, for example.
  • the battery material can also relate to electrode foils, solid electrolytes, substrate foils, separators, intermediately manufactured products, preferably intermediate products that are transported in batches in magazines, for example, or housing elements.
  • the transport unit is designed such that it can be moved within a clean and/or dry room.
  • the transport unit is preferably designed to be moved within the clean and/or dry room to one, two or more production units.
  • the transport unit is designed in particular such that the battery material can be arranged within the interior, taking into account that the battery material is provided in the form of large-volume coils.
  • the transport unit comprises the fluid-tight sealable housing.
  • a fluid-tight sealable housing is understood to mean in particular that an atmosphere can be formed within the housing that is essentially unaffected by the atmosphere surrounding the transport unit. Fluid-tight can also mean particle-tight.
  • the interior space is formed within the housing.
  • the housing preferably encloses the interior space, in particular in sections.
  • the interior space is designed for arranging the battery material.
  • the transport unit also comprises the handling interface for loading and unloading the interior with battery material.
  • the housing preferably has the handling interface. It is preferred that the handling interface is the only opening in the housing. Alternatively, the housing can also have further openings that can be closed.
  • the handling interface is provided for loading and unloading the interior with battery material.
  • the handling interface preferably has a closable opening through which the battery material can be moved.
  • the handling interface preferably has an openable closing element, for example a gate.
  • the openable closing element is preferably designed in such a way arranged and designed such that it can be opened and/or closed vertically and/or horizontally.
  • the openable closing element can, for example, be designed to be rollable.
  • the openable closing element preferably has a hydrophobic surface.
  • the handling interface preferably has a rolling unit which is arranged and designed to roll up and/or unroll the rollable closing element.
  • the rolling unit preferably has a drive.
  • the handling interface is arranged and designed to couple the transport unit to a production unit designed for battery production.
  • This coupling is carried out in such a way that a battery material arranged within the interior can be removed independently of an atmosphere surrounding the transport unit in order to make it available to the production unit.
  • the fact that the battery material can be removed preferably also means that the battery material can be moved into the interior independently of an atmosphere surrounding the transport unit.
  • the handling interface preferably comprises coupling means with which the transport unit can be coupled to a closable opening of a production unit, for example a lock. Such opening units on production units are known to those skilled in the art.
  • the handling interface is in particular arranged and designed in such a way that the battery material is accessible after coupling with a production unit so that it can be moved out of the transport unit.
  • different technical design variants are shown with which handling of the battery material from the transport unit is possible.
  • a preferred embodiment of the transport unit is characterized in that the handling interface is formed by a detachable housing element, and the detachable housing element is arranged and designed such that it can be removed from the transport unit after being coupled to the production unit. Furthermore, the handling interface can be the detachable housing element.
  • the detachable housing element can be a complete side of the housing or a side section of the housing. The side or this side section can be aligned horizontally, vertically or at an angle during normal operation. Removing the detachable housing element can mean removing or moving the detachable housing element. Moving can be, for example, folding, pivoting or moving together.
  • the handling interface is designed in such a way that after removal of the detachable housing element, the housing can be connected to the production unit in a fluid-tight manner. Alternatively or additionally, the connection between the housing and the production unit can also be made before removal of the detachable housing element.
  • the housing not having the detachable housing element can be arranged on the production unit with a sealing element. It is particularly preferred that the sealing element is arranged in such a way that the connection between the housing and the production unit is independent of the detachable housing element, so that it can be removed without affecting the atmosphere within the housing and/or the production unit.
  • the sealing element is preferably designed to be inflatable.
  • the sealing element can be designed as a flat seal.
  • the sealing element can have a cross section of more than 5 mm.
  • a further preferred development of the transport unit is characterized in that the detachable housing element forms a base, a lid and/or a side of the housing.
  • a housing element forming the base has the advantage that the transport unit can be arranged vertically above the production unit, so that a contact pressure between the transport unit and the production unit is caused by gravity. This advantageously enables a seal between the transport unit and the production unit.
  • a detachable housing element designed as a side of the housing has the
  • the transport unit can be easily attached to the intended position of the production unit, for example by placing it to the side next to the production unit. It is preferred that the transport unit in this case is pulled and/or pressed towards the production unit using pressing elements.
  • the detachable housing element forms a cover of the housing.
  • the fact that the detachable housing element forms a base, a cover and/or a side of the housing means in particular that it forms part of the base, the cover and/or the side of the housing.
  • a pre-tensioning force and a pre-alignment of the detachable housing element can be carried out by peripheral units or by the drive unit.
  • the detachable housing element comprises a sealing unit on a side facing away from the interior, which is arranged and designed to interact with a production system, in particular a removal element of a production system.
  • the transport unit has a movable, in particular foldable, cover element that is arranged and designed to cover the sealing unit in order to protect the sealing unit from contamination.
  • the cover element is preferably arranged and designed in such a way that it releases the sealing unit before the transport unit is coupled to a production system, so that it can interact with the production system, in particular the removal element.
  • the transport unit preferably comprises at least one closing element which is arranged and designed to connect the detachable housing element to the housing in a substantially fluid-tight manner. It is preferred that the at least one closing element is arranged outside the atmosphere formed for the battery material.
  • the closing element is preferably arranged on an outer wall of the housing. Alternatively, the closing element can be arranged on the detachable housing element. It can also be preferred that the closing element is arranged inside the detachable housing element.
  • a further preferred embodiment of the transport unit comprises a second housing which is detachably arranged within the housing, wherein the second housing is fluidically separated from the housing, wherein preferably the housing is particle-tight and the second housing is fluid-tight.
  • the fact that the second housing is fluidically separated from the housing means in particular that an atmosphere different from the housing prevails in the second housing, for example a third atmosphere.
  • the fact that the second housing is detachably arranged within the housing means in particular that the second housing can be removed from the housing and/or moved into the housing during normal operation.
  • the second housing has the advantage that the battery material is more decoupled from the environment of the transport unit.
  • the housing and the second housing can provide different functions.
  • loading and unloading can be made more contamination-free, for example by using airlocks.
  • the second housing is fixedly arranged within the housing.
  • An intermediate chamber is preferably formed between the second housing and the housing.
  • the transport unit is preferably designed such that a controlled atmosphere can be formed in the intermediate chamber.
  • This controlled atmosphere is formed in particular with an inert gas, for example nitrogen and/or argon.
  • the second atmosphere preferably has an overpressure relative to the ambient atmosphere, so that essentially no particles and/or moist air can penetrate into the intermediate chamber.
  • the intermediate chamber preferably has a smaller volume than the interior.
  • the volume of the intermediate chamber is preferably several times smaller than the volume of the interior.
  • the atmosphere to be controlled within the intermediate chamber can therefore have a small volume, which reduces the media requirement.
  • From the intermediate chamber a targeted overflow can be brought about in the interior. It is preferred that there is a vacuum in the interior and an overpressure in the intermediate chamber, in particular with an inert gas, for example nitrogen and/or argon.
  • an overpressure can be created in the interior and in the intermediate chamber, wherein the pressure in the interior is preferably greater than the overpressure in the intermediate chamber.
  • the detachable housing element is preferably double-walled, so that it also forms an intermediate chamber. It is preferred that the intermediate chamber between the first housing and the second housing and the intermediate chamber of the detachable housing element are fluidically coupled to one another. It is also preferred that the first housing and/or the second housing and the detachable housing element have corresponding fluid channels, for example bores, which are arranged and designed to fluidically couple them to one another.
  • a further preferred embodiment of the transport unit comprises a holding device for holding the battery material within the interior, wherein the holding device is connected to the detachable housing element and can be removed with the housing element.
  • the holding device can be designed as a suspension, for example.
  • the holding device for holding the battery material is arranged with a first end on the housing, in particular an inner wall of the housing, and a second end forms a fixed and/or loose bearing with the detachable housing element, so that the battery material is held securely during normal operation of the transport unit.
  • the detachable housing element is released from the housing, the fixed and/or loose bearing is canceled.
  • the holding device is designed such that the battery material can be provided automatically, in particular with a handling unit, for example a gantry crane unit and/or an articulated arm robot.
  • the holding device can be a manipulator of a handling unit. If the holding device is connected to the detachable housing element, there is the advantage that the battery material can be moved directly into the production unit with the housing element. This reduces the required handling steps because the unit consisting of or comprising the holding device, housing element and battery material is moved.
  • the transport unit comprises a media supply unit which is arranged and designed to create an overpressure, in particular in a micro-overpressure range, in the interior, so that contamination particles and/or a moist fluid can be transported out of the interior and/or contamination particles and/or a moist fluid can be kept away from the interior.
  • the media supply unit preferably comprises a particle space in which the contamination particles and/or the moist fluid and/or a fluid separated from the moist fluid are stored. It is preferred that the overpressure is created with an inert gas.
  • the media supply unit preferably comprises a fluid container, in particular for inert gas, for example nitrogen and/or argon.
  • the fluid container has a filling interface that is arranged and designed such that the fluid container can be filled using the filling interface.
  • the filling interface is designed in particular such that the fluid container can be filled automatically.
  • the transport unit can be moved to a fluid filling nozzle, in particular by means of the drive unit, which interacts with the filling interface in such a way that the fluid container can be filled with the fluid.
  • the media supply unit is alternatively or additionally arranged and designed to apply a fluid flow to the battery material arranged in the interior in such a way that particles are removed from the battery material and the fluid flow containing particles is fed to a Filter so that the particles are separated.
  • the or an additional filter can be designed to dry the fluid flow.
  • the fluid flow influenced in this way is preferably fed to the interior.
  • the filter or filters are preferably arranged in the particle space.
  • a further preferred embodiment of the transport unit comprises a drive unit which is arranged and designed to move the transport unit and which has a fluid reservoir, and a coupling interface which is arranged and designed to position the housing on the drive unit and/or to fluidically connect the fluid reservoir to the interior.
  • the coupling between the drive unit and the housing can be direct or indirect.
  • the fluid reservoir can be enclosed by the housing and/or fluidically coupled to the housing.
  • the fluid reservoir is preferably arranged outside the interior.
  • the fluid reservoir is preferably arranged on an outer wall, in particular on a lateral outer wall, of the housing.
  • the fluid reservoir can be cylindrical and/or prismatic.
  • the drive unit can be designed to be fixed or detachable with the transport unit. It is also preferred that the transport unit and the drive unit are designed and arranged in such a way that the drive unit can be moved under the transport unit and coupled to it.
  • the drive unit is designed to be rail- or vehicle-guided, for example.
  • a further preferred development of the transport unit comprises a control device which is coupled to the drive unit by means of signals and which is set up to receive a positioning command characterizing a position to be approached by the transport unit and to control the drive unit based on the positioning command.
  • the control of the drive unit based on the positioning command is carried out in particular in such a way that the position to be approached is approached.
  • the transport unit comprises a movement device which is arranged and is designed to move the battery material and/or the holding device out of the interior and/or into the interior.
  • the movement device can be designed as a linear unit, for example.
  • the movement device can have rails, for example, on which the battery material and/or the holding device can be arranged so as to be movable.
  • the movement device can preferably be actuated by means of a medium, in particular compressed air and/or electrical power.
  • the medium is preferably provided by the media supply unit.
  • the transport unit preferably comprises a media interface for coupling the transport unit to the production unit.
  • the media interface is designed in particular to receive the medium.
  • the media interface is preferably designed to receive compressed air of up to 10 bar.
  • the media interface is arranged and designed in such a way that after coupling the transport unit to a production unit, pressure equalization occurs between the interior and the production unit.
  • the transport unit has a fluid unit with a drying agent, which is arranged and designed to generate a dried fluid flow.
  • the drying agent is arranged and designed to dry the fluid.
  • the drying agent is or comprises preferably a water-binding material.
  • the drying agent is or comprises, for example, silica gel and/or a molecular sieve.
  • the drying agent is preferably integrated into an exchangeable drying module.
  • the fluid from the fluid unit and/or the fluid reservoir is preferably provided as needed.
  • the fluid unit and/or the drying agent, in particular the drying module is or are preferably arranged outside the interior. It is also preferred that the fluid unit and/or the drying agent, in particular the drying module, is or are arranged on an outer wall, in particular an upper outer wall.
  • the transport box comprises at least one fluid flow guide element, which is arranged and designed to direct the fluid flow within the interior according to a predefined flow pattern.
  • the fluid flow is directed in the direction of the detachable housing element in such a way that contamination is avoided or reduced when the housing element is removed. It is also preferred that the fluid flow is directed in such a way that an air wall is formed adjacent to the detachable housing element. Air slots can also be provided to form an air curtain.
  • a preferred development of the transport unit comprises a dew point sensor and/or a pressure sensor, which are arranged and designed to measure the dew point and/or the pressure in the interior.
  • a production unit for processing a battery material comprising a removal unit for removing a detachable housing element, a transport unit, in particular a transport unit according to one of the embodiments described above, so that a battery material arranged in the transport unit and/or on the housing element can be removed, and/or a handling unit which is arranged and designed to remove the battery material.
  • the production unit can be designed to process and/or store the battery material.
  • the production unit preferably comprises a production room and/or storage room in which the battery material can be processed and/or stored.
  • the production room and/or storage room is preferably designed to be fluid-tight with respect to the environment of the production unit.
  • the detachable housing element When the detachable housing element is removed from the transport unit, this particularly involves moving the housing element away from the transport unit.
  • the transport unit means in particular in an interior space of a housing of the transport unit.
  • the removal unit is preferably designed for translational movement of the housing element.
  • the removal unit is designed for vertical translational movement of the housing element.
  • the handling unit can be, for example, a gantry crane unit and/or an articulated arm robot and/or a linear unit. It can also be preferred that the handling unit is translationally movable, so that it can be moved, for example, by a lock unit described below. Furthermore, a translationally movable handling unit can serve several production lines, so that only one interface is required for several production lines.
  • the handling unit is preferably designed to move the battery material into the production room and/or storage room.
  • the removal unit has a removal element corresponding to the detachable housing element, in particular to an outer side of the detachable housing element, for coupling to the detachable housing element.
  • a removal element minimizes contamination by the housing of the transport unit. This is achieved in particular by covering a large part of the contaminated surface of the housing element by the removal element.
  • the removal unit for coupling to the detachable housing element is arranged and designed in such a way that contaminated surfaces of the housing element are covered.
  • the removal unit can, for example, have sleeves, in particular rubber sleeves, into which the housing element can be inserted in sections, so that contaminated surfaces of the housing element do not cause contamination of the production unit.
  • Contaminated surfaces are to be understood in particular as the surfaces that face outwards during normal operation of the transport unit and thus come into contact with the atmosphere of the environment of the production unit, for example a clean and/or dry room.
  • An outward-facing surface of the production unit or the lock unit can also be a contaminated surface.
  • the transport unit and/or the production unit preferably have a coupling to connect them to one another.
  • the coupling is also preferably designed to be mechanical. Mechanical couplings in particular comprise physical connections such as screws, bolts or springs.
  • the coupling is also preferably designed to be magnetic. Magnetic couplings have magnets to connect the transport unit to the production unit without contamination.
  • the coupling can also be designed to be pneumatic and/or electrical. Pneumatic couplings are arranged and designed to provide compressed air in such a way that the transport unit can be connected to the production unit without contamination.
  • the coupling can also be designed as a flange coupling.
  • Flange couplings use flanges to connect the transport unit to the production unit without contamination.
  • the coupling can also be designed as a quick coupling.
  • Quick couplings include locking elements to connect the transport unit to the production unit without contamination.
  • the removal unit with the detachable housing element is arranged to be movable from a coupling position in which the removal unit can be coupled to the detachable housing element to a transfer position in which the battery material can be removed using the handling unit.
  • the coupling position can be vertically spaced from the transfer position.
  • the coupling position is vertically above the transfer position.
  • the latter comprises a lock unit with a lock chamber which has a first closable side and a second closable side, wherein the transport unit can be coupled to the production unit on the first closable side and the second closable side adjoins a production chamber and wherein an atmosphere of the lock chamber can be adjusted with a fluid device.
  • the lock unit preferably comprises a fluid overflow unit which is arranged and designed to build a fluid barrier in order to avoid or reduce contamination.
  • the fluid barrier can be, for example, an air bulkhead or an air sword.
  • a production system for producing batteries and/or battery semi-finished products comprising a production unit according to one of the embodiments described above and/or a transport unit according to one of the embodiments described above.
  • Such a manufacturing system has the advantage that battery production can take place in an environment that meets even higher requirements than battery production that takes place exclusively in a clean and/or dry room. Furthermore, the manufacturing system makes it possible for not all production units to be located in a clean and/or dry room, so that the disadvantages of a clean and/or dry room described above are avoided or reduced.
  • the transport unit has the detachable housing element and the production unit has the removal unit for removing the detachable housing element, so that a coupling between the transport unit and the production unit for removing the battery material is advantageously possible.
  • the removal unit can preferably be connected to the detachable housing element using a removal element, so that the detachable housing element can be removed from the housing, so that the battery material is accessible.
  • the production unit is arranged within a clean and/or dry room and has a production room which is designed such that a first atmosphere in the production room is independent of a second atmosphere of the clean and/or dry room, and the first atmosphere prevails in the interior of the transport unit, so that the battery material can be moved by means of the handling interface from the transport unit to the production room without being influenced by the second atmosphere.
  • the second atmosphere of the clean and/or dry room may contain persons who introduce moisture and/or particles.
  • the object mentioned at the outset is achieved by a method for providing a battery material for battery production, comprising the steps of: arranging a battery material within a housing of a transport unit and closing the housing in a fluid-tight manner, moving the transport unit to a production unit for processing the battery material, fluid-tightly coupling the transport unit to the production unit by means of a handling interface and opening the handling interface so that the battery material is provided to the production unit independently of an atmosphere surrounding the transport unit.
  • the arrangement of the battery material within the housing can take place in electrode production and/or in cell assembly.
  • the arrangement takes place after the pre-processing of the battery material, in particular into a coil.
  • the battery material was preferably pre-processed in a clean room and/or dry room atmosphere, whereby the last process step can be vacuum drying.
  • the handling interface is formed by a detachable housing element of the housing and the opening of the handling interface comprises the step of removing the detachable housing element so that the battery material is accessible and can be made available to the production unit.
  • the removal is preferably carried out using a removal device, comprising the step of moving the housing element into an interior of the production unit.
  • the housing element is preferably moved vertically.
  • Figure 1 a schematic, three-dimensional view of an exemplary
  • Figure 2 a schematic, two-dimensional sectional view of the manufacturing system shown in Figure 1;
  • Figure 3 a schematic, two-dimensional side view of the manufacturing system shown in Figure 1;
  • Figure 4 a schematic, two-dimensional view of an exemplary
  • Figure 5 a schematic, two-dimensional view of an exemplary
  • Embodiment of a production unit with a transport unit Embodiment of a production unit with a transport unit
  • Figure 6 a schematic, two-dimensional view of an exemplary
  • Embodiment of a production unit with a transport unit Embodiment of a production unit with a transport unit
  • Figure 7 a schematic, two-dimensional view of an exemplary
  • Embodiment of a production unit with a transport unit Embodiment of a production unit with a transport unit
  • Figure 8 a schematic, two-dimensional view of an exemplary
  • Figure 9 a schematic, two-dimensional view of an exemplary
  • Figure 10 a schematic view of an exemplary process.
  • Figures 1, 2 and 3 show a production system 1 for producing batteries and/or battery semi-finished products.
  • the production system 1 comprises a production unit 200 to which two transport units 100, 100' are coupled.
  • the production unit has the production room 201, in which a laser separation is shown as an example.
  • the production system 1 is arranged within a clean and/or dry room 208. Alternatively, the production system 1 can be arranged partially or completely in an environment that is not a clean and/or dry room.
  • the transport unit 100 comprises a housing 104 which encloses an interior space 106.
  • a battery material 102 is arranged within the interior space 106, which can be an electrode material, for example.
  • Figure 2 shows, by way of example, a second housing 118 which is detachably arranged within the housing 104. The second housing 118 is fluidically separated from the housing 104.
  • the transport unit 100 also includes the handling interface 108.
  • the handling interface 108 enables the housing 104 to be opened so that a removal unit 202 and/or a handling unit 206 can reach the transport unit 100.
  • the removal unit 202 and/or the handling unit 206 can be designed as a pivotable robot system on a linear axis.
  • the battery material 102 is arranged on a mounting device 110.
  • the transport unit 100 comprises a drive unit 112, which can be designed as an AGV (Automated Guided Vehicle, also: driverless transport system).
  • the housing 104 is arranged on the drive unit 112.
  • the drive unit 112 comprises a control device 114, which is set up to characterize a positioning command with the To receive the position to be approached by the transport unit 100 and to control the drive unit 102 based on the positioning command.
  • the transport unit 100 further comprises a media supply unit 116, which is arranged and designed to maintain an atmosphere, for example the first atmosphere, in the interior 106.
  • the media supply unit 116 can, for example, form an air sword and/or an airlock.
  • the media supply unit 116 can cause an overpressure in the interior 106 so that contamination particles and/or a moist fluid can be transported out of the interior 106.
  • the transport unit 100' is constructed in an analogous manner.
  • the media supply unit 116 is fluidically coupled to the interior 106 by means of a valve 148 and a quick coupling unit 150.
  • the media supply unit and/or the control device 114 is supplied with electrical power by a power supply unit 146. Parameters of the atmosphere in the interior 106 can be determined by means of a sensor unit 152.
  • Figure 4 shows a sectional drawing in which the coupling of the transport unit 100 to the production unit 200 is shown in detail.
  • the handling interface 108 can open.
  • the battery material 102 can then be removed by means of the handling unit 206.
  • the handling unit 206 is arranged within a lock unit with a lock chamber 209.
  • the lock unit comprises a first lockable lock 210 and a second lockable lock 212.
  • the handling unit 206 is moved with the movement unit 214 in the direction of the second lock 212.
  • the battery material 102 is then introduced into the production chamber 201 of the production unit 200 with the handling unit 206. In the state shown, the battery material 102' is arranged in the production chamber 201.
  • the lock chamber 209 can be cleaned with a fluid device 216.
  • the fluid device 216 comprises a fresh air inlet 218, a filter 220, a drying, inert gas and/or vacuum unit 222, a further Filter 224, a fluid supply 226 and a fluid discharge 228.
  • a fluid device 216 comprises a fresh air inlet 218, a filter 220, a drying, inert gas and/or vacuum unit 222, a further Filter 224, a fluid supply 226 and a fluid discharge 228.
  • Figures 5 to 7 show an alternative variant in which the handling interface 136 has a detachable housing element 132 designed as a base element 130.
  • the transport unit 120 has a housing 124, an interior 134, a holding device 138 and a media supply unit 140, analogous to the transport unit 100 described above.
  • the battery material 122 is held with the holding device 138.
  • the housing 124 comprises four side walls 126, a cover 128 and a base element 130.
  • the base element 130 is designed as the detachable housing element 132.
  • the base element 130 is arranged in particular so as to be replaceable.
  • the base element 130 can be designed so as to be modular and adaptable.
  • the base element 130 can be designed in several parts so that contaminated surfaces can be kept away from the first atmosphere.
  • the transport unit 120 is arranged on the production unit 200.
  • the removal unit 202 with the removal element 204 is then moved to the base element 130 so that the removal unit 202 is in a coupling position.
  • the base element 130 is decoupled from the rest of the housing 124 by a mechanism (not shown) so that the base element 130 with the removal element 204 can be moved downwards in a vertical direction. This state is shown in particular in Figure 6.
  • the production unit 200 can be designed to be openable with a lock element (not shown).
  • Figure 6 shows a sleeve 142 that covers the contaminated surfaces of the housing element 132.
  • the housing 124 comprises seals 144 in order to form a fluid-tight coupling with the production unit 200.
  • Figure 7 shows the transfer position of the removal unit 202.
  • the handling unit 206 can now handle the battery material 122, optionally with the holding device 138 and the manufacturing unit 200 for further processing.
  • Figures 8 and 9 show further preferred embodiments of a transport unit 100".
  • the transport unit 100" comprises an outer housing 104 and an inner, second housing 118.
  • a first intermediate chamber 154 is formed between the housings 104 and 118.
  • the transport unit 100" further comprises the detachable housing element 129, which has an outer housing element 129a and an inner housing element 129b.
  • a second intermediate chamber 156 is formed between the outer housing element 129a and the inner housing element 129b.
  • the intermediate chambers 154, 156 enable the maintenance of a predefined atmosphere, the volume for this predefined atmosphere being small compared to the interior 106.
  • the predefined atmosphere can thus be maintained more safely and with less effort.
  • the predefined atmosphere is maintained and formed, among other things, by the prismatic media supply unit 140.
  • the transport unit 100" comprises a fluid unit 166 for forming a fluid flow and a drying agent 168 for drying the fluid flow.
  • Figure 9 shows that a mandrel 164 is arranged within the interior space 106.
  • a battery material coil can be arranged on the mandrel 164 in a particularly preferred manner.
  • the mandrel 164 interacts with a mandrel bearing 162.
  • the mandrel bearing 162 is arranged on the detachable housing element 129.
  • the fluid channel couplings 158, 160 are arranged and designed for the exchange of fluid between the intermediate chambers 154, 156.
  • the method in Figure 10 comprises six main steps.
  • step 300 the battery material 102, 102', 122 is arranged within the housing 104, 124 of the transport unit 100, 100', 120.
  • step 302 the housing 104, 124 is sealed in a fluid-tight manner.
  • step 304 the transport unit 100, 100', 120 is moved to a manufacturing unit 200 for processing the battery material 102, 102', 122.
  • step 306 the transport unit 100, 100', 120 is coupled to the production unit 200 in a fluid-tight manner by means of the handling interface 108, 136.
  • step 308 the handling interface 108, 136 is opened so that the battery material 102, 102', 122 is provided to the manufacturing unit 200 independently of an atmosphere surrounding the transport unit 100, 100', 120.
  • step 310 the detachable housing element 132 is removed so that the battery material 102, 102', 122 is accessible and can be provided to the manufacturing unit 100.
  • the transport unit 100, 100', 120, the manufacturing unit 200, the manufacturing system 1 and the method described above enable higher quality and energy-efficient production of batteries, since the battery material 102, 102', 122 processed into the batteries has lower contamination and is handled in an atmosphere with a lower dew point. In general, higher quality batteries can thus be produced and the amount of waste and subsequent testing steps are reduced.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Transporteinheit (100, 100', 120) zur Bereitstellung eines Batteriematerials (102, 102', 122) für die Batteriefertigung, umfassend ein fluiddicht verschließbares Gehäuse (104, 124), einen innerhalb des Gehäuses (104, 124) ausgebildeten Innenraum (106, 134) zum Anordnen des Batteriematerials (102, 102', 122), eine Handhabungsschnittstelle (108, 136) zum Beladen und Entladen des Innenraums (106, 134) mit Batteriematerial (102, 102', 122), wobei die Handhabungsschnittstelle (108, 136) angeordnet und ausgebildet ist, die Transporteinheit (100, 100', 120) mit einer für die Batteriefertigung ausgebildeten Fertigungseinheit derart zu koppeln, dass ein innerhalb des Innenraums (106, 134) angeordnetes Batteriematerial (102, 102', 122) unabhängig von einer die Transporteinheit (100, 100', 120) umgebenden Atmosphäre entnehmbar ist, um dieses der Fertigungseinheit bereitzustellen.

Description

Transporteinheit und Verfahren zur Bereitstellung eines Batteriematerials für die Batteriefertigung sowie Fertigungseinheit und Fertigungssystem
Die Erfindung betrifft eine Transporteinheit und ein Verfahren zur Bereitstellung eines Batteriematerials für die Batteriefertigung, eine Fertigungseinheit zur Verarbeitung eines Batteriematerials und ein Fertigungssystem zur Herstellung von Batterien und/oder Batteriehalbzeugen. Transporteinheiten zur Bereitstellung eines Batteriematerials für die Batteriefertigung sind grundsätzlich bekannt. In der Regel erfolgt die Verarbeitung von Batteriematerial innerhalb eines Rein- und/oder Trockenraumes, dessen Atmosphäre, insbesondere die Luft im Rein- und/oder Trockenraum, einerseits eine vorgegebene Reinheitsklasse und andererseits eine geringe Feuchtigkeit aufweist. Insbesondere die geringe Feuchtigkeit ist bei der Verarbeitung des Batteriematerials, beispielsweise eines Elektrodenmaterials, erforderlich, um die hohen Anforderungen an Batterien, beispielsweise für die Automobilindustrie, zu erfüllen.
Die Anforderungen hinsichtlich einer Restfeuchte sowie der noch enthaltenen Partikel im Rein- und/oder Trockenraum steigen kontinuierlich. Die
Investitionskosten derartiger Reinräume und Trockenräume sind hoch. Ferner verursachen diese Anforderungen hohe Kosten und einen hohen technischen Aufwand zur Aufrechterhaltung der Funktionalität eines solchen Rein- und/oder Trockenraumes.
Eine Batteriefertigung ist zu unterteilen in die Elektrodenfertigung, die Zellassemblierung und Zellfinalisierung. Die Elektrodenherstellung umfasst einen Trocken- und einen Nassmischprozess, in dem verschiedene Komponenten zu einer Paste, einem sogenannten Slurry, aufbereitet werden. Die Paste wird auf Stromabnehmerfolien aufgetragen, anschließend getrocknet und in einem sogenannten Kalandrierprozess verdichtet. Anschließend werden diese so beschichteten, getrockneten, verdichteten und in der Regel zu einem Coil aufgewickelten Folien auf eine spezifische Folienbreite zugeschnitten. Abschließend werden die so hergestellten Elektroden unter Vakuum getrocknet.
Die Zellassemblierung umfasst die Montage der Batteriekomponenten, insbesondere der Elektroden, zu einer funktionsfähigen Batteriezelle. In Abhängigkeit des Zellformats sind die Assemblierungsschritte ausgelegt. Die Elektroden, insbesondere die Anoden und die Kathoden, werden zusammen mit weiteren Komponenten, beispielsweise Separatoren und Ableiterfahnen in ein Gehäuse eingebracht. Anschließend wird das Gehäuse mit einem Elektrolyten befüllt und verschlossen. Abschließend folgt der Prozess der Zellfinalisierung, bei dem die Zelle geladen und entladen wird. Ferner wird bei der Zellfinalisierung die Funktionsfähigkeit der Zelle geprüft.
Die Qualität der hergestellten Batteriezellen wird insbesondere durch die eingesetzte Fertigungstechnik und durch die Atmosphäre in der Elektrodenfertigung und Zellassemblierung bestimmt. Eine Anforderung der Batteriezellfertigung ist eine reine und trockene Fertigungsumgebung aufgrund der zu verarbeitenden sensiblen Zellmaterialien. Zwei Parameter der Fertigungsumgebung sind die Reinheit, insbesondere die Partikelfreiheit, und die Luftfeuchtigkeit. Da die zu erreichenden Werte der Luftfeuchtigkeit gering sind, wird in der Regel der Taupunkt angegeben, beispielsweise -20 °C, - 40°C oder - 60 °C. Unter Umständen ist ferner eine Sauerstoff- und/oder CO2-Reduktion erforderlich.
Ein Feuchtigkeitseintrag kann zur Oberflächenpassivierung und Elektrolytzersetzung führen, wodurch toxische Flusssäure gebildet wird, die die Leistung der Zelle negativ beeinflusst. Darüber hinaus entstehen in der Zelle so eine erhöhte Gasbildung, Degradationseffekte und somit Sicherheitsrisiken für den Betrieb. Ein weiterer Aspekt zur Herstellung hochqualitativer Batteriezellen besteht darin, dass die Elektrodenfertigung und Zellassemblierung im Wesentlichen kontaminationsfrei erfolgt.
Feuchtigkeit kann auf verschiedenen Wegen in die Batteriezellproduktion gelangen. Um unter möglichst geringem Energieverbrauch den erforderlichen Taupunkt zu halten, sollte der Feuchtigkeitseintritt präventiv vermieden werden.
Der größte Feuchteeintrag wird durch den Menschen verursacht und stellt für den Prozess eine kritische Feuchtigkeitsquelle dar. Personen geben durch ihre Atmung, Transpiration oder durch Feuchtigkeit in der Kleidung Wasser an die Umgebung ab. Insbesondere stellt der lokale Feuchteeinfluss durch Ausatmen in der Produkt- beziehungsweise Prozessumgebung eine kritische und unkontrollierbare Größe dar. Ein weiterer Eintrag von Feuchtigkeit findet an Schleusen statt, wenn durch diese ein Personen- und/oder Materialtransfer erfolgt.
Die JP6897654B2 offenbart eine Transportbox für vereinzelte, schichtförmige Elektroden, um diese von einer Atmosphäre abzuschirmen. Die Transportbox weist eine Vorrichtung auf, um mittels trockener Luft einen höheren Luftdruck im Innenraum der Transportbox zu ermöglichen, als der Atmosphärendruck, sodass keine Luft der die Transportbox umgebenden Atmosphäre in die Transportbox gelangt. Ein Nachteil dieser Transportbox besteht unter anderem darin, dass diese von außen kontaminiert werden kann und diese Kontamination und/oder angehaftete Feuchtigkeit in die Batteriezellfertigung eingebracht wird.
Die DE 10 2021 004 571 A1 offenbart ein Verfahren zum Reinigen von bei einem Bearbeitungsprozess in einem Reinraum oder Trockenraum entstehender Abluft sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens. Eine Kontamination wird bei einem Ein- und Ausschleusen von Halbzeugen und/oder Personal jedoch nicht verhindert.
Die CN112193597A offenbart eine Transportbox für Batterien mit einem Schutzgehäuse. Auch diese T ransportbox ermöglicht nicht die kontaminationsfreie und/oder feuchtigkeitsfreie Übergabe der Batterien innerhalb einer Batteriezellfertigung.
Die US2022140435A1 offenbart einen Behälter zum Transportieren und/oder lagern von Batterien, wobei an einem Deckel Öffnungen vorgesehen sind, um Gas unter hohem Druck in den Lagerraum des Behälters zu spülen. Auch dieser Behälter hat den Nachteil, dass eine Batteriezellfertigung durch das Einbringen des Transportbehälters kontaminiert werden würde.
In der Industrie besteht ein Bedarf nach einer hochreinen Batteriezellfertigung, die unabhängig von der Feuchtigkeit und Kontamination einer die Batteriezellfertigung umgebenden Atmosphäre erfolgen kann. Insbesondere durch die voraussichtlich weiter steigenden Anforderungen an den Taupunkt beziehungsweise die Kontaminationsfreiheit der Luft innerhalb der Batteriezellfertigung sind Konzepte erforderlich, die über die Verwendung eines bisherigen Rein- und/oder Trockenraums hinausgehen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Transporteinheit, eine Fertigungseinheit, ein Fertigungssystem und ein Verfahren bereitzustellen, die einen oder mehrere der genannten Nachteile vermindern oder beseitigen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, die eine verbesserte Batteriezellfertigung ermöglicht. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, die einen stabileren Batterieherstellungsprozess zu geringeren Kosten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Transporteinheit, einer Fertigungseinheit, einem Fertigungssystem und einem Verfahren nach den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Aspekte sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen offenbarten Merkmale sind einzeln, in beliebiger, technologisch sinnvollerweise miteinander kombinierbar, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Gemäß einem ersten Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch eine Transporteinheit zur Bereitstellung eines Batteriematerials für die Batteriefertigung, umfassend ein fluiddicht verschließbares Gehäuse, einen innerhalb des Gehäuses ausgebildeten Innenraum zum Anordnen des Batteriematerials, eine Handhabungsschnittstelle zum Beladen und Entladen des Innenraums mit Batteriematerial, wobei die Handhabungsschnittstelle angeordnet und ausgebildet ist, die Transporteinheit mit einer für die Batteriefertigung ausgebildeten Fertigungseinheit derart zu koppeln, dass ein innerhalb des Innenraums angeordnetes Batteriematerial unabhängig von einer die Transporteinheit umgebenden Atmosphäre entnehmbar ist, um dieses der Fertigungseinheit bereitzustellen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine ausschließlich innerhalb eines Rein- und/oder Trockenraumes angeordnete Batteriezellfertigung die heutigen und insbesondere zukünftigen Anforderungen hinsichtlich des Taupunkts und der Reinheit nicht oder lediglich eingeschränkt erfüllt. Daher werden Fertigungseinheiten atmosphärisch von dem Rein- und/oder Trockenraum weiter abgekoppelt, sodass innerhalb der Fertigungseinheit zur Gewährleistung einer vorgegebenen Materialbeschaffenheit optimierte Bedingungen herrschen im Vergleich zum Rein- und/oder Trockenraum. Derartige atmosphärisch abgekoppelte Fertigungseinheiten werden auch als Mini- und/oder Mikro- Environments bezeichnet. Um den Fertigungseinheiten innerhalb der Batteriezellfertigung das Batteriematerial sinnvollerweise bereitzustellen, ist bei der Übergabe der Atmosphärenunterschied zwischen Fertigungseinheit und Rein- und/oder Trockenraum zu berücksichtigen.
Die Transporteinheit adressiert diese Anforderungen, nämlich kann mit dieser Transporteinheit das Batteriematerial in den Rein- und/oder Trockenraum hinein und auch innerhalb des Rein- und/oder Trockenraumes zwischen verschiedenen Fertigungseinheiten transportiert werden und den einzelnen Fertigungseinheiten kontaminationsfrei und unabhängig von der Feuchtigkeit innerhalb des Rein- und/oder Trockenraumes bereitgestellt werden. Somit kann das Batteriematerial unabhängig von der Atmosphäre des Rein- und/oder Trockenraumes transportiert und anschließend innerhalb der Fertigungseinheit verarbeitet werden. Die Ausführungen zu Rein- und/oder Trockenräumen gelten analog für Sauber- und/oder Grauräume, die insbesondere von den Begriffen Rein- und/oder Trockenraum mit umfasst sind. Die Transporteinheit ist zur Bereitstellung eines Batteriematerials für die Batteriefertigung ausgebildet. Unter einer Bereitstellung wird vorzugsweise auch eine Lagerung und Zwischenpufferung verstanden. Das Batteriematerial kann beispielsweise ein Halbzeug sein. Das Batterie mate rial kann ferner Elektrodenfolien, Festelektrolyte, Substratfolien, Separatoren, zwischengefertigte Produkte, vorzugsweise Zwischenerzeugnisse, die beispielsweise in Magazinen batchweise transportiert werden, oder Gehäuseelemente betreffen. Insbesondere ist die Transporteinheit derart ausgebildet, dass diese innerhalb eines Rein- und/oder Trockenraumes bewegbar ist. Ferner ist die Transporteinheit vorzugsweise ausgebildet, innerhalb des Rein- und/oder Trockenraums zu einer, zwei oder mehr Fertigungseinheiten bewegt zu werden. Ferner ist die Transporteinheit insbesondere so ausgebildet, dass innerhalb des Innenraums das Batteriematerial angeordnet werden kann, wobei zu berücksichtigen ist, dass das Batteriematerial in Form von großvolumigen Coils bereitgestellt wird.
Die Transporteinheit umfasst das fluiddicht verschließbare Gehäuse. Unter einem fluiddicht verschließbaren Gehäuse ist insbesondere zu verstehen, dass innerhalb des Gehäuses eine Atmosphäre ausbildbar ist, die von einer die Transporteinheit umgebenden Atmosphäre im Wesentlichen nicht beeinflusst wird. Fluiddicht kann auch partikeldicht bedeuten.
Innerhalb des Gehäuses ist der Innenraum ausgebildet. Das Gehäuse umschließt vorzugsweise den Innenraum, insbesondere abschnittsweise. Der Innenraum ist zum Anordnen des Batteriematerials ausgebildet.
Die Transporteinheit umfasst darüber hinaus die Handhabungsschnittstelle zum Beladen und Entladen des Innenraums mit Batteriematerial. Vorzugsweise weist das Gehäuse die Handhabungsschnittstelle auf. Es ist bevorzugt, dass die Handhabungsschnittstelle die einzige Öffnung des Gehäuses ist. Alternativ kann das Gehäuse auch weitere Öffnungen, die verschließbar sind, aufweisen.
Die Handhabungsschnittstelle ist zum Beladen und Entladen des Innenraums mit Batteriematerial vorgesehen. Die Handhabungsschnittstelle weist vorzugsweise eine verschließbare Öffnung auf, durch die das Batteriematerial bewegbar ist. Die Handhabungsschnittstelle weist vorzugsweise ein öffenbares Schließelement, beispielsweise ein Tor, auf. Das öffenbare Schließelement ist vorzugsweise derart angeordnet und ausgebildet, dass dieses vertikal und/oder horizontal öffen- und/oder verschließbar ist. Das öffenbare Schließelement kann beispielsweise aufrollbar ausgebildet sein. Das öffenbare Schließelement weist vorzugsweise eine hydrophobe Oberfläche auf. Die Handhabungsschnittstelle weist vorzugsweise eine Rolleinheit auf, die angeordnet und ausgebildet ist, das aufrollbar ausgebildete Schließelement auf- und/oder abzurollen. Die Rolleinheit weist vorzugsweise einen Antrieb auf.
Ferner ist die Handhabungsschnittstelle angeordnet und ausgebildet, die Transporteinheit mit einer für die Batteriefertigung ausgebildeten Fertigungseinheit zu koppeln. Diese Kopplung erfolgt derart, dass ein innerhalb des Innenraums angeordnetes Batteriematerial unabhängig von einer die Transporteinheit umgebenden Atmosphäre entnehmbar ist, um dieses der Fertigungseinheit bereitzustellen. Dass das Batterie mate rial entnehmbar ist, bedeutet vorzugsweise auch, dass das Batteriematerial unabhängig von einer die Transporteinheit umgebenden Atmosphäre in den Innenraum hineinbewegbar ist. Vorzugsweise umfasst die Handhabungsschnittstelle Kopplungsmittel, mit denen die Transporteinheit an eine verschließbare Öffnung einer Fertigungseinheit koppelbar ist, beispielsweise eine Schleuse. Derartige Öffnungseinheiten an Fertigungseinheiten sind dem Fachmann bekannt.
Die Handhabungsschnittstelle ist insbesondere derart angeordnet und ausgebildet, dass das Batterie mate rial nach der Kopplung mit einer Fertigungseinheit zugänglich ist, sodass dieses aus der Transporteinheit hinausbewegt werden kann. Im Folgenden werden noch unterschiedliche technische Ausführungsvarianten aufgezeigt, mit denen eine Handhabung des Batteriematerials aus der Transporteinheit möglich sind.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante der Transporteinheit zeichnet sich dadurch aus, dass die Handhabungsschnittstelle durch ein lösbares Gehäuseelement ausgebildet ist, und das lösbare Gehäuseelement derart angeordnet und ausgebildet ist, dass dieses nach einer Kopplung mit der Fertigungseinheit von der Transporteinheit entnehmbar ist. Ferner kann die Handhabungsschnittstelle das lösbare Gehäuseelement sein. Das lösbare Gehäuseelement kann eine vollständige Seite des Gehäuses oder ein Seitenabschnitt des Gehäuses sein. Die Seite oder dieser Seitenabschnitt kann im bestimmungsgemäßen Betrieb horizontal oder vertikal oder schräg ausgerichtet sein. Entnehmen des lösbaren Gehäuseelements kann ein entfernen oder verschieben des lösbaren Gehäuseelements sein. Ein Verschieben kann beispielsweise ein Klappen, schwenken oder zusammenfahren sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Transporteinheit ist vorgesehen, dass die Handhabungsschnittstelle derart ausgebildet ist, dass nach einer Entnahme des lösbaren Gehäuseelements das Gehäuse mit der Fertigungseinheit fluiddicht verbindbar ist. Alternativ oder ergänzend kann die Verbindung zwischen dem Gehäuse und der Fertigungseinheit auch vor der Entnahme des lösbaren Gehäuseelements erfolgen.
Beispielsweise kann das das lösbare Gehäuseelement nicht aufweisende Gehäuse mit einem Dichtelement an der Fertigungseinheit angeordnet werden. Es ist insbesondere bevorzugt, dass das Dichtelement derart angeordnet ist, dass die Verbindung zwischen dem Gehäuse und der Fertigungseinheit unabhängig von dem lösbaren Gehäuseelement erfolgt, sodass dieses entnommen werden kann, ohne dass eine Atmosphäre innerhalb des Gehäuses und/oder der Fertigungseinheit beeinflusst wird. Das Dichtelement ist vorzugsweise aufblasbar ausgebildet. Das Dichtelement kann als Flachdichtung ausgebildet sein. Das Dichtelement kann einen Querschnitt von mehr als 5 mm aufweisen.
Eine weitere bevorzugte Fortbildung der Transporteinheit zeichnet sich dadurch aus, dass das lösbare Gehäuseelement einen Boden, einen Deckel und/oder eine Seite des Gehäuses ausbildet.
Ein den Boden ausbildendes Gehäuseelement hat den Vorteil, dass die Transporteinheit vertikal über der Fertigungseinheit anordenbar ist, sodass ein Anpressdruck zwischen der Transporteinheit und der Fertigungseinheit gravitätisch bewirkt wird. Somit ist eine Abdichtung zwischen der Transporteinheit und der Fertigungseinheit in vorteilhafterweise möglich.
Ein als Seite des Gehäuses ausgebildetes lösbares Gehäuseelement hat den
Vorteil, dass die Transporteinheit mit geringem Aufwand an die bestimmungsgemäße Position der Fertigungseinheit bewegbar ist, beispielsweise indem diese seitlich neben der Fertigungseinheit abgestellt wird. Es ist bevorzugt, dass die Transporteinheit in diesem Fall mit Anpresselementen an die Fertigungseinheit herangezogen und/oder gedrückt wird.
Ein ähnlicher Vorteil entsteht dadurch, wenn das lösbare Gehäuseelement einen Deckel des Gehäuses ausbildet. Dass das lösbare Gehäuseelement einen Boden, einen Deckel und/oder eine Seite des Gehäuses ausbildet, bedeutet insbesondere, dass dieses einen Teil des Bodens, des Deckels und/oder der Seite des Gehäuses ausbildet. Eine Vorspannkraft und eine Vorausrichtung des lösbaren Gehäuseelements kann durch Peripherieeinheiten erfolgen oder durch die Antriebseinheit.
Es ist bevorzugt, dass das lösbare Gehäuseelement auf einer dem Innenraum abgewandten Seite eine Dichteinheit umfasst, die angeordnet und ausgebildet ist, mit einem Fertigungssystem, insbesondere einem Entnahmeelement eines Fertigungssystems, zusammenzuwirken. Ferner ist es bevorzugt, dass die Transporteinheit ein bewegliches, insbesondere klappbares, Abdeckelement aufweist, das angeordnet und ausgebildet ist, die Dichteinheit abzudecken, um die Dichteinheit vor Kontaminationen zu schützen. Das Abdeckelement ist vorzugsweise derart angeordnet und ausgebildet, dass dieses die Dichteinheit vor der Kopplung der Transporteinheit mit einem Fertigungssystem freigibt, sodass diese mit dem Fertigungssystem, insbesondere dem Entnahmeelement, Zusammenwirken kann.
Die Transporteinheit umfasst vorzugsweise mindestens ein Verschließelement, das angeordnet und ausgebildet ist, das lösbare Gehäuseelement mit dem Gehäuse im Wesentlichen fluiddicht zu verbinden. Es ist bevorzugt, dass das mindestens eine Verschließelement außerhalb der für das Batteriematerial ausgebildeten Atmosphäre angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Verschließelement an einer Außenwandung des Gehäuses angeordnet. Alternativ kann das Verschließelement an dem lösbaren Gehäuseelement angeordnet sein. Ferner kann es bevorzugt sein, dass das Verschließelement innerhalb des lösbaren Gehäuseelements angeordnet ist. Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Transporteinheit umfasst ein zweites Gehäuse, das lösbar innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, wobei das zweite Gehäuse fluidisch von dem Gehäuse getrennt ist, wobei vorzugsweise das Gehäuse partikeldicht und das zweite Gehäuse fluiddicht ausgebildet ist.
Dass das zweite Gehäuse fluidisch von dem Gehäuse getrennt ist, bedeutet insbesondere, dass in dem zweiten Gehäuse eine von dem Gehäuse verschiedene Atmosphäre herrscht, beispielsweise eine dritte Atmosphäre. Dass das zweite Gehäuse lösbar innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, bedeutet insbesondere, dass das zweite Gehäuse im bestimmungsgemäßen Betrieb aus dem Gehäuse entnehmbar und/oder in das Gehäuse bewegbar ist.
Das zweite Gehäuse hat den Vorteil, dass das Batteriematerial stärker von der Umgebung der Transporteinheit entkoppelt ist. Insbesondere können das Gehäuse und das zweite Gehäuse unterschiedliche Funktionen zur Verfügung stellen. Ferner kann das Be- und Entladen beispielsweise durch Luftschleusen kontaminationsfreier gestaltet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Transporteinheit ist vorgesehen, dass das zweite Gehäuse fest innerhalb des Gehäuses angeordnet ist.
Zwischen dem zweiten Gehäuse und dem Gehäuse wird vorzugsweise eine Zwischenkammer ausgebildet. Die Transporteinheit ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass in der Zwischenkammer eine kontrollierte Atmosphäre ausbildbar ist. Diese kontrollierte Atmosphäre wird insbesondere mit einem Inertgas, beispielsweise Stickstoff und/oder Argon, ausgebildet. Die zweite Atmosphäre weist vorzugsweise einen Überdruck relativ zu der Umgebungsatmosphäre auf, sodass in die Zwischenkammer im Wesentlichen keine Partikel und/oder feuchte Luft eindringen können bzw. kann.
Die Zwischenkammer weist vorzugsweise ein geringeres Volumen als der Innenraum auf. Vorzugsweise ist das Volumen der Zwischenkammer um ein Vielfaches geringer als das Volumen des Innenraums. Die zu kontrollierende Atmosphäre innerhalb der Zwischenkammer kann somit ein geringes Volumen aufweisen, wodurch der Medienbedarf verringert wird. Aus der Zwischenkammer kann eine gezielte Überströmung in den Innenraum bewirkt werden. Es ist bevorzugt, dass in dem Innenraum ein Vakuum herrscht und in der Zwischenkammer ein Überdruck, insbesondere mit einem Inertgas, beispielsweise Stickstoff und/oder Argon. Ferner kann in dem Innenraum und in der Zwischenkammer ein Überdruck ausgebildet werden, wobei vorzugsweise der Druck in dem Innenraum größer als der Überdruck in der Zwischenkammer ist.
Das lösbare Gehäuseelement ist vorzugsweise doppelwandig ausgebildet, sodass dieses ebenfalls eine Zwischenkammer ausgebildet. Es ist bevorzugt, dass die Zwischenkammer zwischen dem ersten Gehäuse und dem zweiten Gehäuse sowie die Zwischenkammer des lösbaren Gehäuseelements fluidisch miteinander gekoppelt sind. Es ist ferner bevorzugt, dass das erste Gehäuse und/oder das zweite Gehäuse und das lösbare Gehäuseelement korrespondierende Fluidkanäle, beispielsweise Bohrungen aufweisen, die angeordnet und ausgebildet sind, diese miteinander fluidisch zu koppeln.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Transporteinheit umfasst eine Halterungsvorrichtung zum Halten des Batteriematerials innerhalb des Innenraums, wobei die Halterungsvorrichtung mit dem lösbaren Gehäuseelement verbunden und mit dem Gehäuseelement entnehmbar ist. Die Halterungsvorrichtung kann beispielsweise als eine Aufhängung ausgebildet sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Halterungsvorrichtung zum Halten des Batteriematerials mit einem ersten Ende an dem Gehäuse, insbesondere einer Innenwandung des Gehäuses, angeordnet ist und ein zweites Ende mit dem lösbaren Gehäuseelement eine Fest- und/oder Loslagerung ausbildet, sodass das Batteriematerial im bestimmungsgemäßen Betrieb der Transporteinheit sicher gehalten wird. Beim Lösen des lösbaren Gehäuseelementes von dem Gehäuse wird die Fest- und/oder Loslagerung aufgehoben.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Halterungsvorrichtung derart ausgebildet ist, dass das Batteriematerial automatisiert, insbesondere mit einer Handhabungseinheit, beispielsweise einer Portalkraneinheit und/oder einem Knickarmroboter, bereitstellbar ist. Darüber hinaus kann die Halterungsvorrichtung ein Manipulator einer Handhabungseinheit sein. Wenn die Halterungsvorrichtung mit dem lösbaren Gehäuseelement verbunden ist, besteht der Vorteil, dass das Batteriematerial unmittelbar mit dem Gehäuseelement in die Fertigungseinheit hineinbewegt werden kann. Somit werden die erforderlichen Handhabungsschritte reduziert, da die Einheit, bestehend aus oder umfassend Halterungsvorrichtung, Gehäuseelement und Batteriematerial bewegt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Transporteinheit ist vorgesehen, dass diese eine Medienversorgungseinheit umfasst, die angeordnet und ausgebildet ist, einen Überdruck, insbesondere in einem Mikroüberdruckbereich, in dem Innenraum zu bewirken, sodass Kontaminationspartikel und/oder ein feuchtes Fluid aus dem Innenraum herausbeförderbar ist beziehungsweise sind und/oder Kontaminationspartikel und/oder ein feuchtes Fluid von dem Innenraum fernhaltbar sind. Die Medienversorgungseinheit umfasst hierfür vorzugsweise einen Partikelraum, in dem die Kontaminationspartikel und/oder das feuchte Fluid und/oder ein von dem feuchten Fluid abgeschiedenes Fluid gespeichert werden. Es ist bevorzugt, dass der Überdruck mit einem Inertgas bewirkt wird. Vorzugsweise umfasst die Medienversorgungseinheit einen Fluidbehälter, insbesondere für Inertgas, beispielsweise Stickstoff und/oder Argon.
In einer weiteren bevorzugten Fortbildung der Transporteinheit ist vorgesehen, dass der Fluidbehälter eine Auffüllschnittstelle aufweist, die derart angeordnet und ausgebildet ist, dass der Fluidbehälter mittels der Auffüllschnittstelle auffüllbar ist. Die Auffüllschnittstelle ist insbesondere derart ausgebildet, dass der Fluidbehälter automatisiert auffüllbar ist. Beispielsweise kann die Transporteinheit zu einem Fluidauffüllstutzen bewegt werden, insbesondere mittels der Antriebseinheit, der mit der Auffüllschnittstelle derart zusammenwirkt, dass der Fluidbehälter mit dem Fluid auffüllbar ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Transporteinheit ist vorgesehen, dass die Medienversorgungseinheit alternativ oder zusätzlich angeordnet und ausgebildet ist, das im Innenraum angeordnete Batteriematerial mit einem Fluidstrom derart zu beaufschlagen, dass Partikel von dem Batteriematerial entfernt werden und den Partikel aufweisenden Fluidstrom einem Filter zuzuführen, sodass die Partikel abgeschieden werden. Alternativ oder ergänzend kann der oder ein zusätzlicher Filter zur Trocknung des Fluidstroms ausgebildet sein. Der derart beeinflusste Fluidstrom wird vorzugsweise dem Innenraum zugeführt. Der oder die Filter sind vorzugsweise in dem Partikelraum angeordnet.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Transporteinheit umfasst eine Antriebseinheit, die angeordnet und ausgebildet ist, die Transporteinheit zu bewegen, und die einen Fluidspeicher aufweist, und eine Kopplungsschnittstelle, die angeordnet und ausgebildet ist, das Gehäuse an der Antriebseinheit zu positionieren und/oder den Fluidspeicher fluidisch mit dem Innenraum zu verbinden. Die Kopplung zwischen der Antriebseinheit und dem Gehäuse kann unmittelbar oder mittelbar erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann der Fluidspeicher von dem Gehäuse umfasst und/oder mit dem Gehäuse fluidisch gekoppelt sein. Der Fluidspeicher ist vorzugsweise außerhalb des Innenraums angeordnet. Ferner vorzugsweise ist der Fluidspeicher an einer Außenwand, insbesondere an einer seitlichen Außenwand, des Gehäuses angeordnet. Der Fluidspeicher kann zylindrisch und/oder prismatisch ausgebildet sein.
Die Antriebseinheit kann fest oder lösbar mit der T ransporteinheit ausgebildet sein. Es ist darüber hinaus bevorzugt, dass die Transporteinheit und die Antriebseinheit derart ausgebildet und anordenbar sind, dass die Antriebseinheit unter die Transporteinheit bewegbar und mit dieser koppelbar ist.
Die Antriebseinheit ist beispielsweise schienen- oder fahrzeuggeführt ausgebildet.
Eine weitere bevorzugte Fortbildung der Transporteinheit umfasst eine mit der Antriebseinheit signaltechnisch gekoppelte Steuerungsvorrichtung, die eingerichtet ist, einen Positionierungsbefehl, charakterisierend eine mit der Transporteinheit anzufahrende Position zu empfangen und die Antriebseinheit, basierend auf dem Positionierungsbefehl, zu steuern. Die Steuerung der Antriebseinheit, basierend auf dem Positionierungsbefehl, erfolgt insbesondere derart, dass die anzufahrende Position angefahren wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Transporteinheit ist vorgesehen, dass diese eine Bewegungsvorrichtung umfasst, die angeordnet und ausgebildet ist, das Batteriematerial und/oder die Halterungsvorrichtung aus dem Innenraum heraus- und/oder in den Innenraum hineinzubewegen. Die Bewegungsvorrichtung kann beispielsweise als eine Lineareinheit ausgebildet sein. Die Bewegungsvorrichtung kann beispielsweise Schienen aufweisen, auf denen das Batteriematerial und/oder die Halterungsvorrichtung bewegbar anordenbar sind. Die Bewegungsvorrichtung ist vorzugsweise mittels eines Mediums, insbesondere Druckluft und/oder elektrischer Leistung, betätigbar. Das Medium wird vorzugsweise durch die Medienversorgungseinheit bereitgestellt.
Ferner vorzugsweise umfasst die Transporteinheit eine Medienschnittstelle zur Kopplung der Transporteinheit an die Fertigungseinheit. Die Medienschnittstelle ist insbesondere zum Empfang des Mediums ausgebildet. Vorzugsweise ist die Medienschnittstelle ausgebildet, um eine Druckluft von bis zu 10 bar zu empfangen. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Medienschnittstelle derart angeordnet und ausgebildet ist, dass sich nach Kopplung der Transporteinheit mit einer Fertigungseinheit ein Druckausgleich zwischen dem Innenraum und der Fertigungseinheit einstellt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Transporteinheit ist vorgesehen, dass diese eine Fluideinheit mit einem Trockenmittel aufweist, die angeordnet und ausgebildet ist, einen getrockneten Fluidstrom zu erzeugen. Das Trockenmittel ist zum Trocknen des Fluids angeordnet und ausgebildet. Das Trockenmittel ist oder umfasst vorzugsweise ein wasserbindendes Material. Das T rockenmittel ist oder umfasst beispielsweise Silicagel und/oder ein Molekularsieb. Das Trockenmittel ist vorzugsweise in ein austauschbares Trockenmodul eingebunden. Das Fluid von der Fluideinheit und/oder dem Fluidspeicher wird vorzugsweise bedarfsorientiert bereitgestellt. Die Fluideinheit und/oder das Trocken mittel, insbesondere das Trockenmodul, ist bzw. sind vorzugsweise außerhalb des Innenraums angeordnet. Ferner ist es bevorzugt, dass die Fluideinheit und/oder das Trockenmittel, insbesondere das Trockenmodul, an einer Außenwand, insbesondere einer oberen Außenwand, angeordnet ist bzw. sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Transportbox ist vorgesehen, dass diese mindestens ein Fluidstromleitelement umfasst, das angeordnet und ausgebildet ist, den Fluidstrom innerhalb des Innenraums gemäß einem vordefinierten Strommuster zu leiten. Insbesondere ist es bevorzugt, dass der Fluidstrom derart in Richtung des lösbaren Gehäuseelementes geleitet wird, dass eine Kontamination bei der Entnahme des Gehäuseelementes vermieden oder verringert wird. Ferner ist es bevorzugt, dass der Fluidstrom derart geleitet wird, dass angrenzend an das lösbare Gehäuseelement eine Luftwand ausgebildet wird. Ferner können Luftschlitze zur Ausbildung eines Luftvorhangs vorgesehen sein.
Eine bevorzugte Fortbildung der Transporteinheit umfasst einen Taupunktsensor und/oder einen Drucksensor, die angeordnet und ausgebildet sind, den Taupunkt und/oder den Druck in dem Innenraum zu messen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch eine Fertigungseinheit zur Verarbeitung eines Batteriematerials, umfassend eine Entnahmeeinheit zur Entnahme eines lösbaren Gehäuseelements, einer Transporteinheit, insbesondere einer Transporteinheit nach einer der im Vorherigen beschriebenen Ausführungsvarianten, sodass ein in der Transporteinheit und/oder an dem Gehäuseelement angeordnetes Batteriematerial entnehmbar ist, und/oder eine Handhabungseinheit, die angeordnet und ausgebildet ist, das Batteriematerial zu entnehmen.
Die Fertigungseinheit kann zur Verarbeitung und/oder Lagerung des Batteriematerials ausgebildet sein. Die Fertigungseinheit umfasst vorzugsweise einen Fertigungsraum und/oder Lagerraum, in dem das Batteriematerial verarbeitbar und/oder lagerbar ist. Der Fertigungsraum und/oder Lagerraum ist vorzugsweise fluiddicht gegenüber einer Umgebung der Fertigungseinheit ausgebildet.
Bei der Entnahme des lösbaren Gehäuseelements von der Transporteinheit handelt es sich insbesondere um ein Wegfahren oder Wegbewegen des Gehäuseelements von der Transporteinheit. In der Transporteinheit bedeutet insbesondere, in einem Innenraum eines Gehäuses der Transporteinheit.
Die Entnahmeeinheit ist vorzugsweise zur translatorischen Bewegung des Gehäuseelements ausgebildet. Insbesondere ist die Entnahmeeinheit zur vertikalen translatorischen Bewegung des Gehäuseelements ausgebildet. Die Handhabungseinheit kann beispielsweise eine Portalkraneinheit und/oder ein Knickarmroboter und/oder eine Lineareinheit sein. Ferner kann es bevorzugt sein, dass die Handhabungseinheit translatorisch bewegbar ist, sodass diese beispielsweise durch eine im Folgenden beschriebene Schleuseneinheit bewegbar ist. Ferner kann eine translatorisch bewegbare Handhabungseinheit mehrere Fertigungslinien bedienen, sodass lediglich eine Schnittstelle für mehrere Fertigungslinien erforderlich ist. Die Handhabungseinheit ist vorzugsweise ausgebildet, das Batteriematerial in den Fertigungsraum und/oder Lagerraum zu bewegen.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Fertigungseinheit ist vorgesehen, dass die Entnahmeeinheit ein zu dem lösbaren Gehäuseelement, insbesondere zu einer Außenseite des lösbaren Gehäuseelements, korrespondierendes Entnahmeelement zur Kopplung mit dem lösbaren Gehäuseelement aufweist. Durch ein derartiges Entnahmeelement wird eine Kontamination durch das Gehäuse der Transporteinheit minimiert. Dies erfolgt insbesondere dadurch, dass ein Großteil der kontaminierten Fläche des Gehäuseelements von dem Entnahmeelement abgedeckt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Fertigungseinheit ist vorgesehen, dass die Entnahmeeinheit zur Kopplung mit dem lösbaren Gehäuseelement derart angeordnet und ausgebildet ist, dass kontaminierte Flächen des Gehäuseelements bedeckt sind. Die Entnahmeeinheit kann beispielsweise Manschetten, insbesondere Gummimanschetten aufweisen, in die das Gehäuseelement abschnittsweise einführbar ist, sodass kontaminierte Flächen des Gehäuseelements keine Kontamination der Fertigungseinheit bewirken. Unter kontaminierten Flächen sind insbesondere die Flächen zu verstehen, die im bestimmungsgemäßen Betrieb der Transporteinheit nach außen gerichtet sind und somit mit der Atmosphäre der Umgebung der Fertigungseinheit, beispielsweise eines Rein- und/oder Trockenraums, in Kontakt kommen. Eine nach außen gerichtete Fläche der Fertigungseinheit oder der Schleuseneinheit kann ebenfalls eine kontaminierte Fläche sein. Die Transporteinheit und/oder die Fertigungseinheit weisen vorzugsweise eine Kupplung auf, um diese miteinander zu verbinden. Die Kupplung ist ferner vorzugsweise mechanisch ausgebildet. Mechanische Kupplungen umfassen insbesondere physische Verbindungen wie Schrauben, Bolzen oder Federn. Ferner vorzugsweise ist die Kupplung magnetisch ausgebildet. Magnetische Kupplungen weisen Magnete auf, um die Transporteinheit mit der Fertigungseinheit kontaminationsfrei zu verbinden. Die Kupplung kann darüber hinaus pneumatisch und/oder elektrisch ausgebildet sein. Pneumatische Kupplungen sind angeordnet und ausgebildet, Druckluft derart zu bereitstellen, dass die Transporteinheit mit der Fertigungseinheit kontaminationsfrei verbindbar ist.
Die Kupplung kann ferner als Flanschkupplung ausgebildet sein. Flanschkupplungen verwenden Flansche, um die Transporteinheit mit der Fertigungseinheit kontaminationsfrei zu verbinden. Des Weiteren kann die Kupplung als eine Schnellkupplung. Schnellkupplungen umfassend Verriegelungselemente, um die Transporteinheit mit der Fertigungseinheit kontaminationsfrei zu verbinden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Fertigungseinheit ist vorgesehen, dass die Entnahmeeinheit mit dem lösbaren Gehäuseelement von einer Kopplungsposition, in der die Entnahmeeinheit mit dem lösbaren Gehäuseelement koppelbar ist, zu einer Übergabeposition, in der das Batteriematerial mit der Handhabungseinheit entnehmbar ist, bewegbar angeordnet ist. Beispielsweise kann die Kopplungsposition vertikal von der Übergabeposition beabstandet sein. Vorzugsweise ist die Kopplungsposition vertikal über der Übergabeposition.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Fertigungseinheit umfasst diese eine Schleuseneinheit mit einem Schleusenraum, der eine erste verschließbare Seite und eine zweite verschließbare Seite aufweist, wobei die Transporteinheit an der ersten verschließbaren Seite mit der Fertigungseinheit koppelbar ist und die zweite verschließbare Seite an einen Fertigungsraum angrenzt und wobei eine Atmosphäre des Schleusenraums mit einer Fluidvorrichtung einstellbar ist. Die Schleuseneinheit umfasst vorzugsweise eine Fluidüberströmeinheit, die angeordnet und ausgebildet ist, eine Fluidbarriere aufzubauen, um Kontaminationen zu vermeiden oder zu verringern. Die Fluidbarriere kann beispielsweise ein Luftschott oder ein Luftschwert sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Fertigungssystem zur Herstellung von Batterien und/oder Batteriehalbzeugen, umfassend eine Fertigungseinheit nach einer der im vorherigen beschriebenen Ausführungsvarianten und/oder eine Transporteinheit nach einer der im Vorherigen beschriebenen Ausführungsvarianten.
Ein derartiges Fertigungssystem hat den Vorteil, dass die Batterieherstellung in einer Umgebung erfolgen kann, die noch höheren Ansprüchen genügt als eine Batterieherstellung, die ausschließlich in einem Rein- und/oder Trockenraum abläuft. Ferner ermöglicht das Fertigungssystem, dass sich nicht alle Fertigungseinheiten in einem Rein- und/oder Trockenraum befinden müssen, sodass die oben beschriebenen Nachteile eines Rein- und/oder Trockenraums vermieden oder vermindert werden.
Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Transporteinheit das lösbare Gehäuseelement und die Fertigungseinheit die Entnahmeeinheit zur Entnahme des lösbaren Gehäuseelements aufweist, sodass in vorteilhafterweise eine Kopplung zwischen der Transporteinheit und der Fertigungseinheit zur Entnahme des Batteriematerials möglich ist. Vorzugsweise ist die Entnahmeeinheit mit einem Entnahmeelement mit dem lösbaren Gehäuseelement verbindbar, sodass das lösbare Gehäuseelement von dem Gehäuse entnehmbar ist, sodass das Batteriematerial zugänglich ist.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante des Fertigungssystems ist vorgesehen, dass die Fertigungseinheit innerhalb eines Rein- und/oder Trockenraums angeordnet ist und einen Fertigungsraum aufweist, der derart ausgebildet ist, dass eine erste Atmosphäre im Fertigungsraum unabhängig von einer zweiten Atmosphäre des Rein- und/oder Trockenraums ist, und in dem Innenraum der Transporteinheit die erste Atmosphäre herrscht, sodass das Batteriematerial mittels der Handhabungsschnittstelle von der Transporteinheit zu dem Fertigungsraum ohne Beeinflussung durch die zweite Atmosphäre bewegbar ist. In der zweiten Atmosphäre des Rein- und/oder Trockenraums können sich im bestimmungsgemäßen Betrieb des Fertigungssystems Personen befinden, die Feuchtigkeit und/oder Partikel einbringen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Bereitstellung eines Batteriematerials für die Batteriefertigung, umfassend die Schritte: Anordnen eines Batteriematerials innerhalb eines Gehäuses einer Transporteinheit und fluiddichtes Verschließen des Gehäuses, Bewegen der Transporteinheit zu einer Fertigungseinheit zur Verarbeitung des Batteriematerials, fluiddichtes Koppeln der Transporteinheit mit der Fertigungseinheit mittels einer Handhabungsschnittstelle und Öffnen der Handhabungsschnittstelle, sodass das Batteriematerial der Fertigungseinheit unabhängig von einer die T ransporteinheit umgebenden Atmosphäre bereitgestellt wird.
Das Anordnen des Batteriematerials innerhalb des Gehäuses kann in der Elektrodenfertigung und/oder in der Zellassemblierung erfolgen. Beispielsweise erfolgt das Anordnen nach der Vorverarbeitung des Batteriematerials, insbesondere zu einem Coil. Das Batteriematerial wurde vorzugsweise in Reinraum- und/oder Trockenraumatmosphäre vorverarbeitet, wobei der letzte Prozessschritt ein Vakuumtrocknen sein kann.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Handhabungsschnittstelle durch ein lösbares Gehäuseelement des Gehäuses ausgebildet wird und das Öffnen der Handhabungsschnittstelle den Schritt umfasst: Entnehmen des lösbaren Gehäuseelements, sodass das Batteriematerial zugänglich ist und der Fertigungseinheit bereitgestellt werden kann. Das Entnehmen erfolgt vorzugsweise mit einer Entnahmevorrichtung, umfassend den Schritt: Bewegen des Gehäuseelements in einen Innenraum der Fertigungseinheit. Vorzugsweise wird das Gehäuseelement vertikal bewegt.
Für weitere Vorteile, Ausführungsvarianten und Ausführungsdetails der einzelnen Aspekte und ihrer möglichen Fortbildungen wird auch auf die erfolgte Beschreibung zu den weiteren Aspekten, den entsprechenden Merkmalen und Fortbildungen verwiesen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden exemplarisch anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:
Figur 1 : eine schematische, dreidimensionale Ansicht einer beispielhaften
Ausführungsform eines Fertigungssystems;
Figur 2: eine schematische, zweidimensionale Schnittansicht des in Figur 1 gezeigten Fertigungssystems;
Figur 3: eine schematische, zweidimensionale Seitenansicht des in Figur 1 gezeigten Fertigungssystems;
Figur 4: eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer beispielhaften
Ausführungsform eines Fertigungssystems;
Figur 5: eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer beispielhaften
Ausführungsform einer Fertigungseinheit mit einer T ransporteinheit;
Figur 6: eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer beispielhaften
Ausführungsform einer Fertigungseinheit mit einer T ransporteinheit;
Figur 7: eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer beispielhaften
Ausführungsform einer Fertigungseinheit mit einer T ransporteinheit;
Figur 8: eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer beispielhaften
Ausführungsform einer Transporteinheit;
Figur 9: eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer beispielhaften
Ausführungsform einer Transporteinheit;
Figur 10: eine schematische, Ansicht eines beispielhaften Verfahrens.
In den Figuren sind gleiche oder im Wesentlichen funktionsgleiche bzw. -ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
Die Figuren 1 , 2 und 3 zeigen ein Fertigungssystem 1 zur Herstellung von Batterien und/oder Batteriehalbzeugen. Das Fertigungssystem 1 umfasst eine Fertigungseinheit 200 an der zwei Transporteinheiten 100, 100‘ gekoppelt sind. Die Fertigungseinheit weist den Fertigungsraum 201 auf, in dem exemplarisch eine Laservereinzelung gezeigt ist. Das Fertigungssystem 1 ist innerhalb eines Rein- und/oder Trockenraums 208 angeordnet. Alternativ kann das Fertigungssystem 1 teilweise oder vollständig in einer Umgebung angeordnet sein, die kein Rein- und/oder Trockenraum ist.
Die Transporteinheit 100 umfasst ein Gehäuse 104, das einen Innenraum 106 umschließt. Innerhalb des Innenraums 106 ist ein Batterie mate rial 102 angeordnet, das beispielsweise ein Elektrodenmaterial sein kann. In Figur zwei ist beispielhaft ein zweites Gehäuse 118 gezeigt, das lösbar innerhalb des Gehäuses 104 angeordnet ist. Das zweite Gehäuse 118 ist fluidisch von dem Gehäuse 104 getrennt.
Die Transporteinheit 100 umfasst darüber hinaus die Handhabungsschnittstelle 108. Die Handhabungsschnittstelle 108 ermöglicht das Öffnen des Gehäuses 104, sodass eine Entnahmeeinheit 202 und/oder eine Handhabungseinheit 206 zu der Transporteinheit 100 gelangt. Die Entnahmeeinheit 202 und/oder die Handhabungseinheit 206 kann bzw. können als schwenkbares Robotersystem auf einer Linearachse ausgebildet sein. Das Batteriematerial 102 ist an einer Halterungs-vorrichtung 110 angeordnet.
Darüber hinaus umfasst die Transporteinheit 100 eine Antriebseinheit 112, die als AGV (engl.: Automated Guided Vehicle, auch: fahrerloses Transportsystem) ausgebildet sein kann. Das Gehäuse 104 ist auf der Antriebseinheit 112 angeordnet. Ferner umfasst die Antriebseinheit 112 eine Steuerungsvorrichtung 114, die eingerichtet ist, einen Positionierungsbefehl charakterisierend eine mit der Transporteinheit 100 anzufahrende Position zu empfangen und die Antriebseinheit 102, basierend auf dem Positionierungsbefehl, zu steuern.
Die Transporteinheit 100 umfasst ferner eine Medienversorgungseinheit 116, die angeordnet und ausgebildet ist, eine Atmosphäre, beispielsweise die erste Atmosphäre, in dem Innenraum 106 aufrechtzuerhalten. Die Medienversorgungseinheit 116 kann beispielsweise ein Luftschwert und/oder eine Luftschleuse ausbilden. Beispielsweise kann die Medienversorgungseinheit 116 einen Überdruck in dem Innenraum 106 bewirken, sodass Kontaminationspartikel und/oder ein feuchtes Fluid aus dem Innenraum 106 herausbeförderbar sind. Die Transporteinheit 100‘ ist analog aufgebaut. Die Medienversorgungseinheit 116 ist mittels eines Ventils 148 und einer Schnellkupplungseinheit 150 mit dem Innenraum 106 fluidisch gekoppelt. Ferner wird die Medienversorgungseinheit und/oder die Steuerungsvorrichtung 114 mit einer Stromversorgungseinheit 146 mit elektrischer Leistung versorgt. Mittels einer Sensoreinheit 152 können Parameter der Atmosphäre in dem Innenraum 106 ermittelt werden.
In Figur 4 ist eine Schnittzeichnung dargestellt, in der die Kopplung der Transporteinheit 100 mit der Fertigungseinheit 200 im Detail gezeigt ist. Nachdem die Transporteinheit 100 an der Fertigungseinheit 200 angekoppelt ist, kann die Handhabungsschnittstelle 108 öffnen. Anschließend kann das Batterie mate rial 102 mittels der Handhabungseinheit 206 entnommen werden.
Die Handhabungseinheit 206 ist innerhalb einer Schleuseneinheit mit einem Schleusenraum 209 angeordnet. Die Schleuseneinheit umfasst eine erste verschließbare Schleuse 210 und eine zweite verschließbare Schleuse 212. Nachdem die Handhabungseinheit 206 das Batteriematerial 102 entnommen hat, wird die Handhabungseinheit 206 mit der Bewegungseinheit 214 in Richtung der zweiten Schleuse 212 bewegt. Anschließend wird das Batteriematerial 102 mit Handhabungseinheit 206 in den Fertigungsraum 201 der Fertigungseinheit 200 eingebracht. In dem Fertigungsraum 201 ist im gezeigten Zustand das Batteriematerial 102‘ angeordnet.
Der Schleusenraum 209 kann mit einer Fluidvorrichtung 216 gereinigt werden. Hierfür umfasst die Fluidvorrichtung 216 einen Frischlufteinlass 218, einen Filter 220, eine Trocknungs-, Inertgas- und/oder Vakuumeinheit 222, einen weiteren Filter 224, eine Fluidzuführung 226 und eine Fluidabführung 228. Somit können Restpartikel oder Restfeuchte, die trotz der Handhabungsschnittstelle 108 in den Schleusenraum 209 gelangt sind, entsorgt werden.
In den Figuren 5 bis 7 ist eine alternative Variante gezeigt, in der die Handhabungsschnittstelle 136 ein lösbares, als Bodenelement 130 ausgebildetes Gehäuseelement 132 aufweist. Die Transporteinheit 120 weist analog zur im Vorherigen beschriebenen Transporteinheit 100 ein Gehäuse 124, einen Innenraum 134, eine Halterungsvorrichtung 138 und eine Medienversorgungseinheit 140 auf.
Das Batteriematerial 122 ist mit der Halterungsvorrichtung 138 gehalten. Das Gehäuse 124 umfasst vier Seitenwände 126, einen Deckel 128 und ein Bodenelement 130. Das Bodenelement 130 ist als das lösbare Gehäuseelement 132 ausgebildet. Das Bodenelement 130 ist insbesondere austauschbar angeordnet. Ferner kann das Bodenelement 130 modular anpassbar ausgebildet sein. Das Bodenelement 130 kann mehrteilig ausgebildet sein, sodass kontaminierte Flächen von der ersten Atmosphäre ferngehaltbar sind.
Im bestimmungsgemäßen Betrieb wird die Transporteinheit 120 auf der Fertigungseinheit 200 angeordnet. Anschließend wird die Entnahmeeinheit 202 mit dem Entnahmeelement 204 an das Bodenelement 130 herangefahren, sodass sich die Entnahmeeinheit 202 in einer Kopplungsposition befindet. Durch einen nicht gezeigten Mechanismus wird das Bodenelement 130 von dem restlichen Gehäuse 124 entkoppelt, sodass das Bodenelement 130 mit dem Entnahmeelement 204 in vertikaler Richtung nach unten bewegt werden kann. Dieser Zustand ist insbesondere in der Figur 6 gezeigt. Die Fertigungseinheit 200 kann mit einem nicht gezeigten Schleusenelement öffenbar ausgebildet sein.
Ferner ist in Figur 6 eine Manschette 142 gezeigt, die die kontaminierten Flächen des Gehäuseelements 132 bedeckt. Ferner umfasst das Gehäuse 124 Dichtungen 144, um eine fluiddichte Kopplung mit der Fertigungseinheit 200 auszubilden.
In Figur 7 ist die Übergabeposition der Entnahmeeinheit 202 gezeigt. Mit der Handhabungseinheit 206 kann nun das Batteriematerial 122, gegebenenfalls mit der Halterungsvorrichtung 138 und der Fertigungseinheit 200 zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt werden.
Die Figuren 8 und 9 zeigen weitere bevorzugte Ausführungsvarianten einer Transporteinheit 100“. In Figur 8 ist gezeigt, dass die Transporteinheit 100“ ein äußeres Gehäuse 104 und ein inneres, zweites Gehäuse 118 umfasst. Zwischen den Gehäusen 104 und 118 wird eine erste Zwischenkammer 154 ausgebildet. Die Transporteinheit 100“ umfasst ferner das lösbare Gehäuseelement 129, das ein äußeres Gehäuseelement 129a und ein inneres Gehäuseelement 129b aufweist. Zwischen dem äußeren Gehäuseelement 129a und dem inneren Gehäuseelement 129b wird eine zweite Zwischenkammer 156 ausgebildet. Mittels der Zwischenkammern 154, 156 wird die Aufrechterhaltung einer vordefinierten Atmosphäre ermöglicht, wobei das Volumen für diese vordefinierte Atmosphäre im Vergleich zum Innenraum 106 gering ist. Somit kann die vordefinierte Atmosphäre sicherer und mit geringerem Aufwand aufrechterhalten werden. Die vordefinierte Atmosphäre wird unter anderem durch die prismatisch ausgebildete Medienversorgungseinheit 140 aufrechterhalten und ausgebildet. Ferner umfasst die Transporteinheit 100“ eine Fluideinheit 166 zur Ausbildung eines Fluidstroms und ein Trocknungsmittel 168 zur Trocknung des Fluidstroms.
In Figur 9 ist gezeigt, dass innerhalb des Innenraums 106 ein Dorn 164 angeordnet ist. An dem Dorn 164 kann in besonders bevorzugter Weise ein Batteriematerialcoil angeordnet werden. Um einen besonders sicheren Transport des Batteriematerialcoils zu ermöglichen, wirkt der Dorn 164 mit einem Dornlager 162 zusammen. Das Dornlager 162 ist an dem lösbaren Gehäuseelement 129 angeordnet. Die Fluidkanalkopplungen 158, 160 sind zum Austausch von Fluid zwischen den Zwischenkammern 154, 156 angeordnet und ausgebildet.
Das Verfahren in Figur 10 umfasst sechs Hauptschritte. In Schritt 300 wird das Batteriematerial 102, 102‘, 122 innerhalb des Gehäuses 104, 124 der Transporteinheit 100, 100‘, 120 angeordnet. In Schritt 302 wird das Gehäuse 104, 124 fluiddicht verschlossen.
In Schritt 304 wird die Transporteinheit 100, 100‘, 120 zu einer Fertigungseinheit 200 zur Verarbeitung des Batteriematerials 102, 102‘, 122 bewegt. In Schritt 306 wird die Transporteinheit 100, 100‘, 120 mit der Fertigungseinheit 200 mittels der Handhabungsschnittstelle 108, 136 fluiddicht gekoppelt.
In Schritt 308 wird die Handhabungsschnittstelle 108, 136 geöffnet, sodass das Batteriematerial 102, 102‘, 122 der Fertigungseinheit 200 unabhängig von einer die Transporteinheit 100, 100‘, 120 umgebenden Atmosphäre bereitgestellt wird.
In Schritt 310 wird das lösbare Gehäuseelement 132 entnommen, sodass das Batteriematerial 102, 102‘, 122 zugänglich ist und der Fertigungseinheit 100 bereitgestellt werden kann.
Die im Vorherigen beschriebene Transporteinheit 100, 100‘, 120, die Fertigungseinheit 200, das Fertigungssystem 1 und das Verfahren, ermöglichen eine qualitativ und energieeffiziente hochwertigere Herstellung von Batterien, da das zu den Batterien verarbeitete Batteriematerial 102, 102‘, 122 geringere Kontaminationen aufweist und in einer Atmosphäre mit einem geringeren Taupunkt gehandhabt wird. Somit können allgemein qualitativ hochwertigere Batterien hergestellt werden und der Ausschuss sowie anschließende Prüfschritte werden verringert.
BEZUGSZEICHEN
Fertigungssystem
100, 100', 100“ Transporteinheit
102, 102' Batteriematerial
104 Gehäuse
106 Innenraum
108 Handhabungsschnittstelle
110 Halterungsvorrichtung
112 Antriebseinheit
114 Steuerungsvorrichtung
116 Medienversorgungseinheit
118 zweites Gehäuse
120 Transporteinheit
122 Batteriematerial
124 Gehäuse
126 Seitenwand
128 Deckel
129 lösbares Gehäuseelement
129a äußeres Gehäuseelement
129b inneres Gehäuseelement
130 Bodenelement
132 Gehäuseelement
134 Innenraum
136 Handhabungsschnittstelle Halterungsvorrichtung Medienversorgungseinheit Manschette Dichtung Stromversorgungseinheit Ventil Schnellkupplungseinheit Sensoreinheit erste Zwischenkammer zweite Zwischenkammer erste Fluidkanalkopplung zweite Fluidkanalkopplung Dornlager Dorn Fluideinheit Trocknungsmittel Fertigungseinheit Fertigungsraum Entnahmeeinheit Entnahmeelement Handhabungseinheit Rein- und/oder Trockenraum Schleusenraum erste Schleuse 212 zweite Schleuse
214 Bewegungseinheit
216 Fluidvorrichtung
218 Frischlufteinlass 220 Filter
222 Trocknungs-, Inertgas- und/oder Vakuumeinheit
224 Filter
226 Fluidzuführung
228 Fluidabführung
300-310 Verfahrensschritte

Claims

ANSPRÜCHE
1. Transporteinheit (100, 100', 120) zur Bereitstellung eines Batteriematerials (102, 102’, 122) für die Batteriefertigung, umfassend ein fluiddicht verschließbares Gehäuse (104, 124), einen innerhalb des Gehäuses (104, 124) ausgebildeten Innenraum (106, 134) zum Anordnen des Batteriematerials (102, 102’, 122), eine Handhabungsschnittstelle (108, 136) zum Beladen und Entladen des Innenraums (106, 134) mit Batteriematerial (102, 102’, 122), wobei die Handhabungsschnittstelle (108, 136) angeordnet und ausgebildet ist, die Transporteinheit (100, 100’, 120) mit einer für die Batteriefertigung ausgebildeten Fertigungseinheit derart zu koppeln, dass ein innerhalb des Innenraums (106, 134) angeordnetes Batteriematerial (102, 102’, 122) unabhängig von einer die Transporteinheit (100, 100’, 120) umgebenden Atmosphäre entnehmbar ist, um dieses der Fertigungseinheit bereitzustellen.
2. Transporteinheit (100, 100’, 120) nach Anspruch 1 , wobei die Handhabungsschnittstelle (108, 136) durch ein lösbares Gehäuseelement (132) ausgebildet ist, und das lösbare Gehäuseelement (132) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass dieses nach einer Kopplung mit der Fertigungseinheit von der Transporteinheit (100, 100’, 120) entnehmbar ist.
3. Transporteinheit (100, 100’, 120) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Handhabungsschnittstelle (108, 136) derart ausgebildet ist, dass nach einer Entnahme des lösbaren Gehäuseelements (132) das Gehäuse (104, 124) mit der Fertigungseinheit fluiddicht verbindbar ist.
4. Transporteinheit (100, 100’, 120) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das lösbare Gehäuseelement (132) einen Boden (130), einen Deckel (128) und/oder eine Seite (126) des Gehäuses (104, 124) ausbildet.
5. Transporteinheit (100, 100’, 120) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend ein zweites Gehäuse (118), das lösbar innerhalb des Gehäuses (104, 124) angeordnet ist, wobei das zweite Gehäuse (118) fluidisch von dem Gehäuse (104, 124) getrennt ist, wobei vorzugsweise das Gehäuse (104, 124) partikeldicht und das zweite Gehäuse (118) fluiddicht ausgebildet ist.
6. Transporteinheit (100, 100’, 120) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine Halterungsvorrichtung (110, 138) zum Halten des
Batteriematerials (102, 102’, 122) innerhalb des Innenraums (106, 134), wobei die Halterungsvorrichtung (110, 138) mit dem lösbaren Gehäuseelement (132) verbunden und mit dem Gehäuseelement (132) entnehmbar ist.
7. Transporteinheit (100, 100’, 120) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine Medienversorgungseinheit (116, 140), die angeordnet und ausgebildet ist, eine Atmosphäre in dem Innenraum (106) aufrechtzuerhalten.
8. Transporteinheit (100, 100’, 120) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine Antriebseinheit (112), die angeordnet und ausgebildet ist, die Transporteinheit (100, 100’, 120) zu bewegen, und die einen Fluidspeicher aufweist, und eine Kopplungsschnittstelle, die angeordnet und ausgebildet ist, das Gehäuse (104, 124) an der Antriebseinheit (112) zu positionieren und/oder den Fluidspeicher fluidisch mit dem Innenraum (106, 134) zu verbinden.
9. Transporteinheit (100, 100’, 120) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine mit der Antriebseinheit (112) signaltechnisch gekoppelte Steuerungsvorrichtung (114), die eingerichtet ist, einen Positionierungsbefehl charakterisierend eine mit der Transporteinheit (100, 100’, 120) anzufahrende Position zu empfangen und die Antriebseinheit (112) basierend auf dem Positionierungsbefehl zu steuern.
10. Fertigungseinheit (200) zur Verarbeitung eines Batteriematerials (102, 102’, 122), umfassend eine Entnahmeeinheit (202) zur Entnahme eines lösbaren Gehäuseelements (132) einer Transporteinheit (100, 100’, 120), insbesondere einer Transporteinheit (100, 100’, 120) nach einem der vorherigen Ansprüche 1-9, sodass ein in der Transporteinheit (100, 100’, 120) und/oder an dem Gehäuseelement (132) angeordnetes Batteriematerial (102, 102’, 122) entnehmbar ist, und/oder eine Handhabungseinheit (206), die angeordnet und ausgebildet ist, das Batteriematerial (102, 102’, 122) zu entnehmen.
11. Fertigungseinheit (200) nach dem vorherigen Anspruch 10, wobei die Entnahmeeinheit (202) ein zu dem lösbaren Gehäuseelement (132) korrespondierendes Entnahmeelement (204) zur Kopplung mit dem lösbaren Gehäuseelement (132) aufweist.
12. Fertigungseinheit (200) nach einem der vorherigen Ansprüche 10-11 , wobei die Entnahmeeinheit (202) zur Kopplung mit dem lösbaren Gehäuseelement (132) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass kontaminierte Flächen des Gehäuseelements (132) bedeckt sind.
13. Fertigungseinheit (200) nach einem der vorherigen Ansprüche 10-12, wobei die Entnahmeeinheit (202) mit dem lösbaren Gehäuseelement (132) von einer Kopplungsposition, in der die Entnahmeeinheit (202) mit dem lösbaren Gehäuseelement (132) koppelbar ist, zu einer Übergabeposition, in der das Batteriematerial (102, 102’, 122) mit der Handhabungseinheit (206) entnehmbar ist, bewegbar angeordnet ist.
14. Fertigungseinheit (200) nach einem der vorherigen Ansprüche 10-13, umfassend eine Schleuseneinheit mit einem Schleusenraum (209), der eine erste verschließbare Seite (210) und eine zweite verschließbare Seite (212) aufweist, wobei die Transporteinheit (100, 100’, 120) an der ersten verschließbaren Seite mit der Fertigungseinheit koppelbar ist und die zweite verschließbare Seite an einen Fertigungsraum (201) angrenzt, und wobei eine Atmosphäre des Schleusenraums (209) mit einer Fluidvorrichtung (216) einstellbar ist.
15. Fertigungssystem (1) zur Herstellung von Batterien und/oder Batteriehalbzeugen, umfassend eine Fertigungseinheit (200) nach einem der vorherigen Ansprüche 10-14, und/oder eine Transporteinheit (100, 100’, 120) nach einem der vorherigen Ansprüche 1-9.
16. Fertigungssystem (1) nach dem vorherigen Anspruch 15, wobei die Fertigungseinheit (200) innerhalb eines Rein- und/oder Trockenraums (208) angeordnet ist und einen Fertigungsraum (201) aufweist, der derart ausgebildet ist, dass eine erste Atmosphäre im Fertigungsraum (201) unabhängig von einer zweiten Atmosphäre des Rein- und/oder Trockenraums (208) ist, und in dem Innenraum (106, 134) der Transporteinheit (100, 100’, 120) die erste Atmosphäre herrscht, sodass das Batteriematerial (102, 102’, 122) mittels der Handhabungsschnittstelle (108, 136) von der Transporteinheit (100, 100’, 120) zu dem Fertigungsraum (201) ohne Beeinflussung durch die zweite Atmosphäre bewegbar ist.
17. Verfahren zur Bereitstellung eines Batteriematerials (102, 102’, 122) für die Batteriefertigung, insbesondere mit einer Transporteinheit nach einem der vorherigen Ansprüche 1-9, umfassend die Schritte:
- Anordnen eines Batteriematerials (102, 102’, 122) innerhalb eines Gehäuses (104, 124) einer Transporteinheit (100, 100’, 120) und fluiddichtes Verschließen des Gehäuses (104, 124), Bewegen der Transporteinheit (100, 100’, 120) zu einer Fertigungseinheit zur Verarbeitung des Batteriematerials (102, 102’, 122), fluiddichtes Koppeln der Transporteinheit (100, 100’, 120) mit der Fertigungseinheit mittels einer Handhabungsschnittstelle (108, 136), und
Öffnen der Handhabungsschnittstelle (108, 136), sodass das Batteriematerial (102, 102’, 122) der Fertigungseinheit unabhängig von einer die Transporteinheit (100, 100’, 120) umgebenden Atmosphäre bereitgestellt wird.
18. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch 17, wobei die Handhabungsschnittstelle (108, 136) durch ein lösbares Gehäuseelement (132) des Gehäuses (104, 124) ausgebildet wird und das Öffnen der Handhabungsschnittstelle (108, 136) den Schritt umfasst:
Entnehmen des lösbaren Gehäuseelements (132), sodass das Batteriematerial (102, 102’, 122) zugänglich ist und der Fertigungseinheit bereitgestellt werden kann.
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