WO2012069349A1 - Verfahren zum verbinden einer batteriezelle mit einem kühlkörper, sowie verwendung des verfahrens zur herstellung einer elektrischen batterie - Google Patents

Verfahren zum verbinden einer batteriezelle mit einem kühlkörper, sowie verwendung des verfahrens zur herstellung einer elektrischen batterie Download PDF

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WO2012069349A1
WO2012069349A1 PCT/EP2011/070303 EP2011070303W WO2012069349A1 WO 2012069349 A1 WO2012069349 A1 WO 2012069349A1 EP 2011070303 W EP2011070303 W EP 2011070303W WO 2012069349 A1 WO2012069349 A1 WO 2012069349A1
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battery cell
heat sink
flat
battery
flat side
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PCT/EP2011/070303
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Steffen Schuberth
Reinhard Kassen
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Continental Automotive Gmbh
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a method of bonding (at least) one battery cell with (at least) a cooling ⁇ body according to the preamble of claim 1.
  • Such a method can be used, in particular, in the production of an electric battery composed of a plurality of battery cells in order to ensure a uniform and good temperature control or cooling of the individual battery cells during later operation of the battery.
  • Electric batteries are usually constructed from a plurality of battery cells connected in parallel and / or in series (for example nickel-metal hydride, nickel-cadmium, nickel-zinc or lithium-ion cell).
  • Such batteries or battery cells are subject to the mechanical and chemical structure of a certain aging, the temperature of the battery cell has a great influence on the rate of aging.
  • EV electric vehicles
  • HEV hybrid vehicles
  • PHEV plug-in hybrids
  • the cooling should also be done evenly across all battery cells.
  • One of the biggest challenges is the creation of a good thermal connection of the individual battery cells to one or more heat sinks, so that a good heat transfer between the battery cell and heat sink is achieved.
  • z. B. a qua- derförmiger cell block are formed as a stack of flatly bonded together battery cells in the form of "flat cells” and cooling plates, wherein the flat cells and the cooling plates z. B. may have a substantially rectangular format.
  • the ratio of the number of battery cells to the number of cooling plates as well as the specific stacking sequence of the respective application can be adjusted.
  • a thermally conductive connection of battery cells immediately adjacent to one another in the stack is generally less important, but a connection which is as heat-conductive as possible (eg bonding) at each transitional surface between a battery cell and a heat sink.
  • connection between battery cell and heat sink by a simple assembly of corresponding flat sides, of which at least one is provided with a (heat-conducting) adhesive layer, often provides a below the expectations remaining thermal conductivity. This is presumably due to air pockets distributed over the connection surface.
  • the procedure of the invention enables a good me chanical ⁇ as well as a good thermal connection between the "joining partners" battery cell (N-body) and the heat sink.
  • this may be an inclusion of air between the Kle ⁇ be Mrs and the joining partners are avoided and thus the effective bonding surface are advantageously increased.
  • the invention thus ensures a significant improvement in the heat conduction between the battery cell (s) and heat sink (s).
  • heat sink within the meaning of the invention is to be understood in a very broad sense, as it is intended to include any body which allows a heat transfer by conduction of heat between the battery cell and this body during operation of the battery cell connected thereto.
  • an overall flexible, d. H. for the mentioned bending of suitable battery cell body more preferably a flexible battery cell body of a flat expanded format (“flat cell”) is used.
  • the battery cell as "flat cell” of the battery cell body thereof abste ⁇ Henden terminal lugs and the electrochemical flat cell enclosing sheath of film material comprises an electrochemical flat cell (eg., Lithium-ion cell) with the edge (z. B. Kunststofffo - Lie), wherein the terminal lugs each protrude through the sheath out of the sheath.
  • an electrochemical flat cell eg., Lithium-ion cell
  • the edge z. B. Kunststofffo - Lie
  • Such a battery cell body is known from the prior art z. B. known as a "soft pack cell”.
  • a concept for the production of a battery cell based on internal company developments by the applicant consists of, for example, constructing a flat cell from two to four (connected in parallel) individual cells and by transforming them into a flat cell. Sheath made of plastic film material or plastic / aluminum foil composite material to produce the battery cell.
  • the uniform cooling achieved with the invention is more or less critical for the function and service life of the battery cell.
  • the battery cell according to a preferred embodiment is a lithium-ion cell. Designs based on other electrochemical technologies energy storage are also possible.
  • the heat sink comprises a plate or a pattenförmigen portion and the "flat side of the heat sink" is formed by one of the flat sides of the plate or the plate-shaped portion.
  • the gluing of the flat sides can be carried out using adhesives known per se, preferably with good thermal conductivity.
  • the adhesive in question is applied before the actual assembly on at least one of the respective flat sides (the battery cell and / or the heat sink), and may, for. B. have a liquid, pasty or solid consistency.
  • the adhesive can also be used in the form of an "adhesive tape", which is applied to one of these flat sides before joining the flat sides.
  • the bending of the joining partner or partners can be uniaxial or biaxial.
  • the curving is a uniaxial curving, and accordingly, the first bonded together Flachsei ⁇ tenabête and then successively bonded flat ⁇ side portions are each linear (or strip-shaped).
  • This joining method is particularly for the mentioned flat cells, z. B. "soft pack cells", due to their relatively large flexibility (curvature) excellently suitable.
  • the curvature or curvature can be made longitudinally or transversely to an axis of the battery cell in question, or even diagonally, depending on the type of cell.
  • inflexible battery cell body for. B. battery cells in a prismatic solid housing, are connected to the heat sink. In this case, the heat sink must have sufficient flexibility.
  • the flat side sections which are first glued together are located on corresponding edge regions of the flat sides of the bodies to be joined.
  • the flat side sections which are first glued together are located in corresponding central areas of the flat sides of the bodies to be joined together.
  • the successive further connection can take place simultaneously from these middle areas in several directions.
  • the first glued-on flat-side sections and the subsequently glued flat-side sections are each linear (or strip-shaped).
  • Flat pages can z. B. the bonding on a rectangular edge started and then successively, in the direction orthogonal to this rectangle edge, continued.
  • j edoch z. B. also a diagonal bonding course possible, for. B. proceeding from a corner of the rectangle in a diagonal direction progressing.
  • the adhesion is begun in a middle region, then it can in particular be a linear (or strip-shaped) middle region, which, for B. can represent a parallel to two rectangular edges extending center line of the rectangle.
  • vacuum applied is intended to mean that at the molding surface vacuum passages open to press the body concerned (battery cell body or heat sink) by the ambient air pressure to the surface.
  • the tool can also comprise mechanical holding means (grippers, etc.) in order to hold the body against the shaping surface.
  • the shaping ⁇ upper surface of the tool has an unchanged form during the process.
  • An example of this is a surface that is formed by the lateral surface or a lateral surface segment of a pressure roller or pressure roller used as a pressure agent. By a rolling movement of the pressure roller and thus the body held curved thereon, this body can be gradually joined together with the respective flat side of the other body.
  • a shaping surface is used whose shape is changed during the course of the process.
  • a surface can, for. Example, as a surface of a flat and made of flexible material (eg., Plastic material) Antikmitteis be represented.
  • the pressure means may, for. B. a material-related flexible "on ⁇ pressure mat", a flat extended “link chain” (ge ⁇ lenkig interconnected chain links), or a combination of both, so z.
  • the surface pressure means can, for. B. be actuated by suitable actuators acting thereon to realize the assembly process, in which the (uniaxial or biaxial) curvature of the body resting on the pressure means in the successive assembly with the other body is reversed.
  • the two-dimensional pressure means for this purpose from its underside be deformed by a pressure roller rolling on it or the like.
  • the pressure means comprises a punch, on the die surface of which the body in question is held, wherein the punch is formed from a series of juxtaposed individual punches which are individually actuated transversely to the arrangement direction in the row of punches by respective actuators.
  • a stamp of this kind allows almost any desired action by appropriate actuation of the actuators
  • Such a stamp preferably has at least three individual punches arranged next to one another.
  • each individual stamp on its surface which forms a respective section of the overall stamping surface, may be provided with at least one mouth of the vacuum passage.
  • the heat sink comprises a plate (or a plate-shaped section) and the method (eg in a first production step) for connecting a first battery cell body to the cooling plate on one of the cooling plate flat sides is performed, and the method (For example, in a second manufacturing step) is performed again for connecting a second battery cell body with the cooling plate at the other cooling plate flat side.
  • the heat sink used is not sufficiently flexible (bendable), then the battery cells must be sufficiently flexible to realize this imple mentation form. In this regard is again in particular, the use of the mentioned "soft pack cells" advantage.
  • a heat sink (or a cooling plate) is provided sequentially or preferably simultaneously with two battery cell bodies (on both sides of the heat sink).
  • two battery cell bodies (on both sides of the heat sink).
  • Bi-pack two identically designed battery ⁇ cells for the production of such a construct.
  • the invention further provides a method for producing an electric battery, comprising connecting a plurality of battery cells with a plurality of heat sinks by a plurality of times
  • the battery cells / heatsink constructs may in particular z. B. to the aforementioned, from a cooling plate and two battery cells (especially flat cells) formed constructs ("bi-packs") act.
  • the methods described above for connecting a battery cell body with a cooling body or for making an electrical battery may be used to particular advantage for the manufacture ⁇ position of an electrical battery for an electric or hybrid vehicle. Above all, the production of a so-called traction battery should be considered (energy source for an electric drive system of the vehicle in question).
  • FIG. 2 shows a heat sink according to an embodiment
  • FIG. 3 shows a composite of two battery cells according to FIG. 1 and a heat sink according to FIG. 2
  • FIG. 4 and 5 is a schematic representation for illustrating a variant embodiment relating to the assembly of a battery cell and a heat sink
  • FIGS. 6 and 7 a corresponding representation of another
  • FIG. 8 shows an embodiment relating to the Reali ⁇ tion of a joining process of the type shown in Figs. 4 and 5,
  • Fig. 9 shows a further embodiment relating to this
  • FIGS. 6 and 7 show a punch for the realization of the joining process according to FIGS. 6 and 7, and
  • FIG. 11 shows a stamp according to a further embodiment ⁇ example.
  • Fig. 1 shows a battery cell 10, hereinafter also as
  • Battery cell body in the form of a flat cell, comprising a lithium-ion flat cell electrochemical cell 12 of a rectangular format, which is housed in a sheathing or casing 14 of film material.
  • the film material is z.
  • Example a single or multi-layer, flexible and preferably gas-tight film made of plastic or a plastic composite material.
  • the electrochemical flat cell in this case lithium-ion flat cell 12, has in FIG. 1, at an upper edge thereof, projecting connection lugs 16 and 18 ("Abieiter"), which are used as anode (mi). nuspol) and cathode (positive pole) of the flat cell 12 and battery cell 10 serve.
  • the sheath 14 has a rectangular format with an edge length of z. B. about 10 to 30 cm and a thickness of z. B. about 5 to 15 mm.
  • the casing 14 was first produced as a film pocket open at the top in FIG. 1, into which the flat cell 12 was introduced, whereupon the initially open pocket edge as "sealing edge” evacuating the interior of the film bag by a welding process (eg thermal or by ultrasound) was sealed.
  • the evacuation before the final sealing advantageously ensures that the jacket 14 rests firmly against the electrochemical flat cell 12 ("plate set").
  • the battery cell 10 may correspond in structure to a conventional "lithium ion soft pack".
  • Fig. 2 shows a heat sink 20, which is designed as a curved metal sheet comprising a cooling plate portion 22 and a heat sink ⁇ foot portion 24th
  • a thermally conductive adhesive layer 26 which is applied to the front in Fig. 2 flat side of thedeplat ⁇ tenabiteses 22. On the not visible in Fig. 2 rear flat side also (and de ⁇ congruent) is applied such an adhesive layer.
  • the adhesive layers serve to produce the cell body / heat sink construct illustrated in FIG. 3 by joining two battery cells 10 of the type shown in FIG. 1 and the heat sink 20 of FIG. 2.
  • the construct 30, hereinafter also referred to as "bi-pack” thus consists of the Heatsink 20 and arranged on both sides thereof, in banksleittell thus standing battery cells 10th
  • a matching orientation of the two battery cells 10 is such that their terminal lugs 16, 18 are arranged on the same, here upper edge of the construct 30 (around these terminal lugs in the later process of manufacturing an electric battery in easy way to connect (contact) electrically.
  • the cells 10 are arranged congruent to both sides of the interposed heat sink 20.
  • the "reversal of the curvature” can be realized in the simplest case, namely in previously purely elastic curvature of the body in question, by successively repealing the forces exerted on the elastic body curvature of the body concerned in a suitable manner, so that the elasticity of the body finally returns this to its original form.
  • FIGS. 4 and 5 illustrate a first embodiment of the method for connecting the battery cell body 10 to the heat sink 20.
  • the battery cell body 10 is curved and with an edge region (in Fig. 4 left) of its in this example uniaxial curved, convex flat side with a corresponding (in Fig. 4 left) edge region of the heat sink 20 joined together (see arrow in Fig. 4) and thus glued.
  • This "very first bonding" thus takes place only via a linear or strip-shaped section of the mutually facing flat sides of the bodies 10, 20.
  • the adhesive used can be applied to one or both of the flat sides to be joined before the process steps shown in FIGS.
  • the application is provided only on the be ⁇ striking flat side of the heat sink 20.
  • the method described above with reference to FIGS. 4 and 5 is, as it were, carried out a second time around the "second battery cell 10" on the other side of the heat sink 20 applied. To illustrate this repeated
  • FIGS. 4 and 5 Carrying out the gluing process, FIGS. 4 and 5 can also be used. It is merely to be considered that the body 10 shown in these figures is then the "second battery cell body 10", the upper and lower sides of the illustrated heat sink 20 are interchanged, and the heat sink 20 on the side facing away from the "second battery cell body 10" already provided with the "first battery cell body 10". In a preferred embodiment, the gluing of the battery cells 10 takes place simultaneously on both sides of the heat sink 20.
  • FIGS. 6 and 7 illustrate, in a representation corresponding to FIGS. 4 and 5, a slightly modified embodiment variant of the method for connecting a battery cell 10a to a heat sink 20a.
  • the very first merging / bonding does not take place at an edge area but in a middle area of the flat sides.
  • the curvature of the body 10a is reversed, ie the body 10a returned to its original shape.
  • the body to be connected may be provided for most of the designs of interest here, that the curvature (s ) are provided as elastic deformations of these bodies, which can thus be quasi self-cancel (or by successive cancellation of those force effects, which have previously brought the body concerned in the curved configuration).
  • a simultaneous application of a respective battery cell takes place on each of the two flat sides of the heat sink.
  • FIG. 8 illustrates, for example, a possibility of a battery cell body 10b held on the lateral surface of a pressure roller 40b and thus correspondingly curved or curved at an edge region and placed on a heat sink 20b by a rolling movement of the pressure roller 4 Ob (in FIG. 8 to the right ) is glued successively to the heat sink 20b.
  • the pressure roller 40b thereby rotates about a rotation axis 42b, which again moves to the right during this rolling process.
  • the body 10b was previously fixed to the entire surface of the outer surface of the pressure roller 40b fitting, such as by "rolling” or “winding” of the body 10b on the rotating roller 40b, and holding provided by, provided on the roller 40b holding means.
  • Fig. 9 illustrates a modified tool to Reali ⁇ tion of the same assembly (and gluing) of a body 10c, 20c with a body.
  • the modification consists in that a pressure roller 40c does not directly act to unroll a body 10c located or held on the lateral surface of the pressure roller 40c. is set, but this pinch roller 40 c is used to load a total curvilinear (and initially curved) chain link mechanism 44 c initially towards the body 20 c and then to roll this, between the chain link mechanism 44 c and the respective flat side of the heat sink 20 c, at a forming surface of the chains ⁇ link mechanism 44c, the body is held 10c.
  • FIGS. 8 and 9 special tools (pinch roller 40b or pinch roller 40c in conjunction with the chain link mechanism 44c) are used, whose arrangement or orientation during the method are suitably changed in order to realize the desired assembly of the bodies. It is understood that the tools shown in FIGS. 8 and 9, after slight modification, can also be used to realize the method of joining according to FIGS. 6 and 7.
  • the example of FIG. 8 could be z. B. be modified so that two smaller pinch rollers are used instead of the illustrated pinch roller 40b and these two pinch rollers, starting from a central region to the outside (to the left and to the right) are unrolled.
  • FIGS. 10 and 11 illustrate further embodiments of tools that can be used for the joining method according to FIGS. 6 and 7.
  • 10 shows a "multi-part punch" 50d, which is composed of several (here: three) punch segments or individual punches 50d-l, 50d-2 and 50d-3 arranged side by side and orthogonal to their arrangement direction by (not shown) Actuators are movable, as symbolized by the double arrows in Fig. 10.
  • the latter forms a substantially uniformly curved stamp surface on which one of the bodies to be joined, in this case a body 10d, is held.
  • the entire punch 50d can then be brought to the other of the two bodies to be joined, in this case a body 20d, upward in FIG. 10, and then moved by moving the outer punch segments 50d-l and 50d-3 with respect to FIG middle punch segment 50d-2 upward the successive introduction of the outer portions of the body lOd to corresponding outer portions of the body 20d to betechnik ⁇ digit.
  • FIG. 11 shows a slightly modified tool in the form of a punch 50e, which is composed of a plurality of punch segments 50e-1, 50e-2 and 50e-3, again arranged next to one another, of which at least the outer punch segments 50e-1 and 50e-1 are assembled. 3 again individually in the vertical direction are movable (see double arrows in Fig. 11).
  • a pneumatically or hydraulically inflatable pressure pad 52e is arranged in this disclosed embodiment, whose
  • Top forms a central region of the stamp surface of the punch 50 e.
  • average Flachnocab ⁇ sections of bodies 10e and 20e can be glued together by the entire punch 50e is initially adjusted in the vertical direction and / or the pressure pad 52e with compressed air or Hydraulic fluid is filled. Then, as already described in the example according to FIG. 10, the outer punch segments 50e-1 and 50e-3 can be actuated in order to successively assemble further flat side sections starting from the already glued middle flat side sections.
  • Air cushion and / or “hydro cushion” may also be provided on more than one of the individual punches (if appropriate, the operability of such pillows can also render the movability of the individual punches dispensable).
  • suitable means of curvature or retention must be provided in order to place the tool-based body (in these examples: 10b, 10c, 10d or 10e) on a "shaping surface" of the body Tool to keep and release it during the process ⁇ process or at the latest after completion of the bonding process of the tool.
  • these holding means have a plurality of vacuum passage openings at the corresponding shaping, e.g. B. uniaxially curved or biaxially curved tool surface.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden einer Batteriezelle (10) mit einem Kühlkörper (20), umfassend ein Verkleben einer Flachseite der Batteriezelle (10) mit einer Flachseite des Kühlkörpers (20). Um die Qualität der damit geschaffenen Wärmeübergangsverbindung zu verbessern, wird gemäß der Erfindung zunächst wenigstens einer (10) der zu verbindenden Körper (10, 20), Batteriezelle (10) und/oder Kühlkörper (20), gekrümmt, dann ein Flachseitenabschnitt des einen Körpers (10) mit einem Flachseitenabschnitt des anderen Körpers (20) zusammengefügt und miteinander verklebt, und schließlich ausgehend von den bereits verklebten Flachseitenabschnitten sukzessive weitere Flachseitenabschnitte unter Rückgängigmachung der Krümmung zusammengefügt und miteinander verklebt.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Verbinden einer Batteriezelle mit einem Kühlkörper, sowie Verwendung des Verfahrens zur Herstellung einer elekt- rischen Batterie
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden (wenigstens) einer Batteriezelle mit (wenigstens) einem Kühl¬ körper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges Verfahren kann insbesondere bei der Herstellung einer aus mehreren Batteriezellen zusammengesetzten elektrischen Batterie eingesetzt werden, um bei einem späteren Betrieb der Batterie eine gleichmäßige und gute Temperierung bzw. Kühlung der einzelnen Batteriezellen sicherzustellen.
Elektrische Batterien sind üblicherweise aus einer Mehrzahl von elektrisch parallel und/oder in Reihe geschalteten Batteriezellen aufgebaut (z. B. Nickel-Metallhydrid-, Nickel-Cadmium- , Ni- ckel-Zink- oder Lithium-Ionen-Zelle) .
Derartige Batterien bzw. Batteriezellen unterliegen abhängig vom mechanischen und chemischen Aufbau einer bestimmten Alterung, wobei die Temperatur der Batteriezelle einen großen Einfluss auf die Alterungsgeschwindigkeit hat. Je nach Anwendung der Batterie, beispielsweise als Energiespeicher für Elektrofahrzeuge ("EV") oder Hybridfahrzeuge ("HEV"), einschließlich so genannter "Plug-In-Hybride (PHEV)", werden oftmals Spitzenleistungen von 10 kW bis zu über 100 kW gefordert. Obwohl die Anforderungen an kontinuierliche Leistungen deutlich darunter liegen können, stellen insbesondere periodisch auftretende Spitzenleistungen besonders hohe Anforderungen an die Kühlung bzw. Anbindung der Batteriezelle an einen Kühlkörper, zumal die Bauräume für Energiespeicher in der Regel begrenzt sind. Für die Lebensdauer der Batteriezelle ist es nicht nur von Bedeutung, dass diese absolut bzw. insgesamt gekühlt wird, sondern auch, was oft noch einen höheren Stellenwert besitzt, dass die Kühlung eine möglichst gleichmäßige Temperatur, d. h. mit möglichst geringen Temperaturgradienten über die Zelle bewirkt.
Im Falle der Verschaltung von mehreren Batteriezellen zu einer Batterie bzw. einem "Zellenblock" für eine Batterie sollte die Kühlung außerdem gleichmäßig über alle Batteriezellen erfolgen.
Eine der größten Herausforderungen ist die Schaffung einer guten thermischen Anbindung der einzelnen Batteriezellen an jeweils einen oder mehrere Kühlkörper, damit eine gute Wärmeübertragung zwischen Batteriezelle und Kühlkörper erreicht wird.
Hierzu ist es aus dem Stand der Technik bekannt, eine Flachseite der betreffenden Batteriezelle mit einer Flachseite eines Kühlkörpers zu verkleben. Auf diese Weise kann z. B. ein qua- derförmiger Zellenblock als ein Stapel von flächig miteinander verklebten Batteriezellen in Form von "Flachzellen" und Kühlplatten ausgebildet werden, wobei die Flachzellen und die Kühlplatten z. B. ein im Wesentlichen rechteckiges Format besitzen können. In einem solchen Batteriezellen/Kühlplatten-Stapel kann das Verhältnis der Anzahl von Batteriezellen zur Anzahl von Kühlplatten wie auch die konkrete Stapelfolge der jeweiligen Anwendung angepasst werden. Eine wärmeleitende Verbindung von im Stapel unmittelbar einander benachbarten Batteriezellen ist im Allgemeinen weniger wichtig, wohl aber eine möglichst gut wärmeleitende Verbindung (z. B. Verklebung) an jeder Übergangsfläche zwischen einer Batteriezelle und einem Kühlkörper.
Die nach dem Stand der Technik geschaffene Verbindung zwischen Batteriezelle und Kühlkörper durch ein einfaches Zusammenfügen von entsprechenden Flachseiten, von denen wenigstens eine mit einer (Wärmeleit- ) Kleberschicht versehen ist, liefert oftmals eine hinter den Erwartungen zurückbleibende Wärmeleitfähigkeit. Dies ist vermutlich auf über die Anbindungsfläche verteilte Lufteinschlüsse zurückzuführen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs erwähnte Verfahren zum Verbinden einer Batteriezelle, nachfolgend auch als "Batteriezellenkörper" bezeichnet, mit einem Kühlkörper hinsichtlich der Qualität der damit geschaffenen Wärmeübergangsverbindung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass - zunächst wenigstens einer der Körper (Batteriezellenkörper und/oder Kühlkörper) gekrümmt wird, z. B. einachsig (alternativ: zweiachsig) ,
- dann ein Flachseitenabschnitt des einen Körpers (z. B. Bat- teriezelle) mit einem Flachseitenabschnitt des anderen Körpers
(z. B. Kühlkörper) zusammengefügt und miteinander verklebt wird,
- und schließlich ausgehend von den bereits verklebten Flachseitenabschnitten sukzessive weitere Flachseitenabschnitte (unter Rückgängigmachung der Krümmung) zusammengefügt und miteinander verklebt werden.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht eine gute me¬ chanische wie auch eine gute thermische Anbindung zwischen den "Fügepartnern" Batteriezelle (nkörper) und Kühlkörper. Insbesondere kann damit ein Einschluss von Luft zwischen der Kle¬ beschicht und den Fügepartnern vermieden werden und somit die effektive Anbindungsfläche vorteilhaft vergrößert werden. Die Erfindung gewährleistet somit eine erhebliche Verbesserung der Wärmeleitung zwischen Batteriezelle (n) und Kühlkörper (n) .
Der Begriff "Kühlkörper" im Sinne der Erfindung ist insofern sehr breit zu verstehen, als damit jeder Körper umfasst sein soll, welcher im Betrieb der daran angebundenen Batteriezelle einen Wärmetransfer durch Wärmeleitung zwischen der Batteriezelle und diesem Körper ermöglicht. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein insgesamt flexibler, d. h. für das erwähnte Krümmen geeigneter Batteriezellenkörper, weiter bevorzugt ein flexibler Batteriezellenkörper eines flächig ausgedehnten Formats ("Flachzelle") verwendet .
In einer Aus führungs form der Batteriezelle als "Flachzelle" umfasst der Batteriezellenkörper eine elektrochemische Flachzelle (z. B. Lithium-Ionen-Zelle) mit randseitig davon abste¬ henden Anschlussfahnen und eine die elektrochemische Flachzelle umschließende Ummantelung aus Folienmaterial (z. B. Kunststofffo- lie) , wobei die Anschlussfahnen jeweils die Ummantelung durchsetzend aus der Ummantelung herausragen.
Ein derartiger Batteriezellenkörper ist aus dem Stand der Technik z. B. als "Softpack-Zelle" bekannt.
Es soll nicht ausgeschlossen sein, dass die erwähnte elektro¬ chemische Flachzelle einen inneren Aufbau besitzt, der sich wiederum als eine Verschaltung mehrerer "Einzelzellen" darstellt. Ein auf internen betrieblichen Entwicklungen der Anmelderin beruhendes Konzept zur Herstellung einer Batteriezelle besteht beispielsweise darin, aus zwei bis vier (parallel geschalteten) Einzelzellen eine Flachzelle auszubilden und durch deren Um- mantelung aus Kunststoff-Folienmaterial oder Kunststoff/Aluminium-Folienverbundmaterial die Batteriezelle herzustellen.
Je nach verwendetem Batteriezellentyp ist die mit der Erfindung erzielte gleichmäßige Kühlung für die Funktion und Lebensdauer der Batteriezelle mehr oder weniger kritisch. In dieser Hinsicht handelt es sich bei der Batteriezelle gemäß einer bevorzugten Aus führungs form um eine Lithium-Ionen-Zelle . Ausführungen mit auf anderen elektrochemischen Technologien basierenden Energiespeichern sind ebenfalls möglich.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Kühlkörper eine Platte oder einen pattenförmigen Abschnitt umfasst und die "Flachseite des Kühlkörpers" von einer der Flachseiten der Platte bzw. des plattenförmigen Abschnittes gebildet ist.
Das Verkleben der Flachseiten kann unter Verwendung an sich bekannter, bevorzugt gut wärmeleitender Klebstoffe durchgeführt werden. Der betreffende Kleber ist vor dem eigentlichen Zusammenfügen auf wenigstens einer der betreffenden Flachseiten (der Batteriezelle und/oder des Kühlkörpers) aufzubringen, und kann z. B. eine flüssige, pastöse oder feste Konsistenz besitzen.
Der Kleber kann auch in Form eines "Klebebandes" eingesetzt werden, welches vor dem Zusammenfügen der Flachseiten auf eine dieser Flachseiten aufgebracht wird.
Das Krümmen des oder der Fügepartner kann einachsig oder zweiachsig erfolgen. In einer speziellen Aus führungs form ist vorgesehen, dass das Krümmen ein einachsiges Krümmen ist, wobei dementsprechend die zuerst miteinander verklebten Flachsei¬ tenabschnitte sowie die danach sukzessive verklebten Flach¬ seitenabschnitte jeweils linienförmig (bzw. streifenförmig) sind . Durch ein solches zunächst " linienförmiges Anlegen" der Füge¬ partner und nachfolgendes sukzessives Zusammenfügen von weiteren Flachseitenbereichen der Fügepartner lässt sich während des Verklebungsprozesses vorteilhaft mögliche Luft aus dem Grenz¬ flächenbereich zwischen den Fügepartnern herausdrücken.
Diese Fügemethode ist insbesondere für die erwähnten Flachzellen, z. B. "Softpack-Zellen" , aufgrund deren relativ großer Flexibilität (Krümmbarkeit ) hervorragend geeignet. Die Krümmung bzw. Wölbung kann hierbei längs oder auch quer zu einer Achse der betreffenden Batteriezelle vorgenommen werden, oder auch diagonal, je nach Zellentyp. Prinzipiell ist es mit der Erfindung jedoch auch möglich, dass unflexible Batteriezellenkörper, z. B. Batteriezellen in einem prismatischen festen Gehäuse, an den Kühlkörper angebunden werden. In diesem Fall muss der Kühlkörper eine ausreichende Flexibilität aufweisen.
In einer Aus führungs form der Erfindung ist vorgesehen, dass die zuerst miteinander verklebten Flachseitenabschnitte sich an korrespondierenden Randbereichen der Flachseiten der zu verbindenden Körper befinden.
In diesem Fall kann die sukzessive weitere Zusammenfügung ausgehend von diesen Randbereichen z. B. in einer Richtung erfolgen, bis die beiden Flachseiten vollständig miteinander verbunden/verklebt sind.
In einer anderen Aus führungs form der Erfindung ist vorgesehen, dass die zuerst miteinander verklebten Flachseitenabschnitte sich in korrespondierenden mittleren Bereichen der Flachseiten der miteinander zu verbindenden Körper befinden. In diesem Fall kann die sukzessive weitere Verbindung ausgehend von diesen mittleren Bereichen gleichzeitig in mehrere Richtungen erfolgen .
Für beide vorstehend genannten Aus führungs formen kann vorgesehen sein, dass die zuerst verklebten Flachseitenabschnitte sowie die danach sukzessive verklebten Flachseitenabschnitte jeweils linienförmig (bzw. streifenförmig) sind.
Bei zu verklebenden Körpern mit rechteckigem Format der
Flachseiten kann z. B. die Verklebung an einer Rechteckkante begonnen und sodann sukzessive, in Richtung orthogonal zu dieser Rechteckkante, fortgesetzt werden.
Alternativ ist j edoch z . B. auch ein diagonaler Verklebungsverlauf möglich, z. B. ausgehend von einer Ecke des Rechtecks in einer Diagonalrichtung fortschreitend.
Falls bei rechteckigem Format der Flachseiten die Verklebung in einem mittleren Bereich begonnen wird, so kann es sich insbesondere um einen linienförmigen (bzw. streifenförmigen) mittleren Bereich handeln, der z. B. eine parallel zu zwei Rechteckkanten verlaufende Mittellinie des Rechteckes darstellen kann.
In einer Aus führungs form ist vorgesehen, dass zum Krümmen und/oder zur Rückgängigmachung der Krümmung der betreffende Körper an einer formgebenden Oberfläche, insbesondere z. B. an einer
vakuumbeaufschlagten Formgebungsoberfläche, eines Werkzeuges gehalten wird.
Der Begriff "vakuumbeaufschlagt" soll bedeuten, dass an der Formgebungsoberfläche Vakuumpassagen ausmünden, um den betreffenden Körper (Batteriezellenkörper oder Kühlkörper) durch den Umgebungsluftdruck an die Oberfläche anzudrücken. Alternativ oder zusätzlich zur Vakuumbeaufschlagung kann das Werkzeug auch mechanische Haltemittel (Greifer etc . ) umfassen, um den Körper an der formgebenden Fläche zu halten.
Gemäß einer Ausführungsvariante besitzt die formgebende Ober¬ fläche des Werkzeuges eine während des Verfahrens unveränderte Form. Ein Beispiel hierfür ist eine Oberfläche, die von der Mantelfläche bzw. einem Mantelflächensegment einer als An- druckmittel verwendeten Andruckwalze bzw. Andruckrolle gebildet ist. Durch eine abrollende Bewegung der Andruckrolle und somit des daran gekrümmt gehaltenen Körpers kann dieser Körper nach und nach mit der betreffenden Flachseite des anderen Körpers zusammengefügt werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsvariante wird eine formgebende Oberfläche verwendet, deren Form während des Verfahrensablaufes verändert wird. Eine solche Oberfläche kann z. B. als Oberfläche eines flächigen und aus flexiblem Material (z. B. Kunststoff- material) gebildeten Andruckmitteis dargestellt werden. Das Andruckmittel kann z. B. eine materialbedingt flexible "An¬ druckmatte", eine flächig ausgedehnte "Gliederkette" (aus ge¬ lenkig miteinander verbundenen Kettengliedern) , oder eine Kombination von beidem sein, also z. B. eine Gliederkette mit wenigstens einseitig darauf angeordneter Andruckmatte.
Das flächige Andruckmittel kann z. B. durch geeignete, daran angreifende Aktoren betätigt werden, um den Zusammenfügungs- prozess zu realisieren, bei welchem die (einachsige oder zweiachsige) Krümmung des am Andruckmittel aufliegenden Körpers bei der sukzessiven Zusammenfügung mit dem anderen Körper rückgängig gemacht wird. Alternativ oder zusätzlich kann das flächige Andruckmittel zu diesem Zweck von seiner Unterseite her durch eine daran abrollende Andruckwalze oder dergleichen verformt werden.
In einer wieder anderen Ausführungsform umfasst das Andruckmittel einen Stempel, an dessen Stempelfläche der betreffende Körper gehalten wird, wobei der Stempel aus einer Reihe von nebeneinander angeordneten Einzelstempeln gebildet ist, die einzeln quer zur Anordnungsrichtung in der Stempelreihe durch jeweilige Aktoren betätigbar sind. Ein derartiger Stempel ermöglicht durch ent- sprechende Ansteuerung der Aktoren eine nahezu beliebige
Stempelfläche auszubilden und diese Stempelfläche den jeweiligen Erfordernissen angepasst zu verändern.
Bevorzugt weist ein solcher Stempel wenigstens drei nebeneinander angeordneten Einzelstempel auf.
Auch bei einem derartigen Stempel ist eine Vakuumbeaufschlagung möglich, um den betreffenden Körper an der Stempelfläche zu halten. Hierzu kann z. B. jeder Einzelstempel an seiner Ober- fläche, die einen jeweiligen Abschnitt der Gesamtstempelfläche ausbildet, mit wenigstens einer Vakuumpassagenmündung versehen sein .
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Kühlkörper eine Platte (bzw. einen plattenförmigen Abschnitt) umfasst und das Verfahren (z. B. in einem ersten Fertigungsschritt) zum Verbinden eines ersten Batteriezellenkörpers mit der Kühlplatte an einer der Kühlplattenflachseiten durchgeführt wird, und das Verfahren (z. B. in einem zweiten Fertigungsschritt) nochmals zum Verbinden eines zweiten Batteriezellenkörpers mit der Kühlplatte an deren anderer Kühlplattenflachseite durchgeführt wird. Falls der verwendete Kühlkörper nicht ausreichend flexibel (krümmbar) ist, so müssen die Batteriezellen ausreichend flexibel sein, um diese Aus führungs form zu realisieren. In dieser Hinsicht ist wieder insbesondere die Verwendung der erwähnten "Softpack-Zellen" von Vorteil .
Bei dieser Aus führungs form wird demnach ein Kühlkörper (bzw. eine Kühlplatte) aufeinanderfolgend oder bevorzugt gleichzeitig mit zwei Batteriezellenkörpern (zu beiden Seiten des Kühlkörpers) versehen. Zweckmäßigerweise werden zur Herstellung eines solchen Konstruktes ("Bi-Pack") zwei identisch ausgebildete Batterie¬ zellen verwendet.
Mehrere derartige vorgefertigte Konstrukte können sodann z. B. gestapelt werden, um einen Zellenblock einer elektrischen Batterie auszubilden. Ein solcher Zellenblock besitzt bei Verwendung von "Bi-Packs" im einfachsten Fall dann doppelt so viele Batteriezellen wie Kühlplatten.
Hinsichtlich der Herstellung von "Bi-Packs" mit nacheinander am Kühlkörper aufgeklebten Batteriezellen ist anzumerken, dass ein Krümmen im Wesentlichen lediglich der Batteriezellen (und al- lenfalls in geringfügigem Ausmaß des Kühlkörpers) schon deshalb vorteilhaft wenn nicht sogar erforderlich sein kann, weil eine stärkere Krümmung der Kühlplatte mit der (bei der ersten Verfahrensdurchführung) auf einer Seite daran bereits angebundenen Batteriezelle die bereits geschaffene Klebeverbindung (bei der zweiten Verfahrensdurchführung) schädigen könnte.
Daher sieht eine insbesondere zur Herstellung von "Bi-Packs" besonders praktikable Aus führungs form vor, dass im Wesentlichen lediglich der Batteriezellenkörper gekrümmt wird, d. h. der Kühlkörper allenfalls einer sehr viel kleineren Krümmung unterworfen wird. In einer bevorzugten Weiterbildung erfolgt die Aufbringung der beiden Batteriezellen am Kühlkörper gleichzeitig. Die Erfindung sieht des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Batterie vor, umfassend ein Verbinden mehrerer Batteriezellen mit mehreren Kühlkörpern durch mehrfaches
Durchführen eines Verfahrens der vorstehend erläuterten Art, und ein Zusammenfügen und elektrisches Verschalten der so geschaffenen Batteriezellen/Kühlkörper-Konstrukte .
Bei den Batteriezellen/Kühlkörper-Konstrukten kann es sich insbesondere z. B. um die bereits erwähnten, aus einer Kühlplatte und zwei Batteriezellen (insbesondere Flachzellen) gebildeten Konstrukte ("Bi-Packs") handeln.
Die vorstehend erläuterten Verfahren zum Verbinden eines Batteriezellenkörpers mit einem Kühlkörper bzw. zum Herstellen einer elektrischen Batterie können besonders vorteilhaft zur Her¬ stellung einer elektrischen Batterie für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug verwendet werden. Vor allem ist hierbei an die Herstellung einer so genannten Traktionsbatterie zu denken (Energiequelle für ein elektrisches Antriebssystem des be- treffenden Fahrzeuges) .
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:
Fig. 1 eine Batteriezelle gemäß eines Ausführungsbei¬ spiels ( "Softpack"-Flachzelle) ,
Fig. 2 einen Kühlkörper gemäß eines Ausführungsbeispiels, Fig. 3 einen Verbund aus zwei Batteriezellen gemäß Fig. 1 und einem Kühlkörper gemäß Fig. 2, Fig. 4 und 5 eine schematische Darstellung zur Veranschauli¬ chung einer Ausführungsvariante betreffend die Zusammenfügung von einer Batteriezelle und einem Kühlkörper,
Fig. 6 und 7 eine entsprechende Darstellung einer anderen
Aus führungsVariante,
Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel betreffend die Reali¬ sierung eines Fügeprozesses der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Art,
Fig. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel betreffend diesen
Fügeprozess ,
Fig. 10 einen Stempel zur Realisierung des Fügeprozesses gemäß der Fig. 6 und 7, und
Fig. 11 einen Stempel gemäß eines weiteren Ausführungs¬ beispiels .
Fig. 1 zeigt eine Batteriezelle 10, nachfolgend auch als
"Batteriezellenkörper" 10 bezeichnet, in Form einer Flachzelle, umfassend eine elektrochemische Lithium-Ionen-Flachzelle 12 eines rechteckigen Formats, die in einer Umhüllung bzw. Um- mantelung 14 aus Folienmaterial untergebracht ist. Bei dem Folienmaterial handelt es sich z. B. um eine ein- oder mehrlagige, flexible und bevorzugt gasdichte Folie aus Kunststoff oder einem Kunststoffverbundmaterial .
Die elektrochemische Flachzelle, hier Lithium-Ionen-Flachzelle 12, besitzt in Fig. 1 an einem oberen Rand davon abstehende Anschlussfahnen 16 und 18 ("Abieiter"), welche als Anode (Mi- nuspol) und Kathode (Pluspol) der Flachzelle 12 bzw. Batteriezelle 10 dienen.
Im dargestellten Beispiel besitzt die Ummantelung 14 ein rechteckiges Format mit einer Kantenlänge von z. B. etwa 10 bis 30 cm und einer Dicke von z. B. etwa 5 bis 15 mm. Die Ummantelung 14 wurde zunächst als eine in Fig. 1 oben offene Folientasche hergestellt, in welche die Flachzelle 12 eingebracht wurde, woraufhin der zunächst noch offene Taschenrand als "Siegelrand" unter Evakuierung des Innenraumes der Folientasche durch einen Verschweißungsprozess (z. B. thermisch oder durch Ultraschall) verschlossen wurde. Durch die Evakuierung vor der finalen Versiegelung wird vorteilhaft gewährleistet, dass die Ummantelung 14 fest an der elektrochemischen Flachzelle 12 ("Plattensatz") anliegt.
Die Batteriezelle 10 kann in ihrem Aufbau einem herkömmlichen "Lithium- Ionen-Softpack" entsprechen . Fig. 2 zeigt einen Kühlkörper 20, der als gebogenes Metallblech umfassend einen Kühlplattenabschnitt 22 und einen Kühlkörper¬ fußabschnitt 24 ausgebildet ist.
Außerdem erkennt man in Fig. 2 eine wärmeleitende KlebstoffSchicht 26, die auf der in Fig. 2 vorderen Flachseite des Kühlplat¬ tenabschnittes 22 aufgebracht ist. Auf der in Fig. 2 nicht ersichtlichen hinteren Flachseite ist ebenfalls (und de¬ ckungsgleich) eine solche KlebstoffSchicht aufgebracht. Die Klebstoffschichten dienen dazu, durch ein Aneinanderfügen von zwei Batteriezellen 10 der in Fig. 1 dargestellten Art und dem Kühlkörper 20 von Fig. 2 das in Fig. 3 dargestellte Zellen- körper/Kühlkörper-Konstrukt herzustellen. Das Konstrukt 30, nachfolgend auch als "Bi-Pack" bezeichnet, besteht somit aus dem Kühlkörper 20 und den zu beiden Seiten davon angeordneten, in Wärmeleitverbindung damit stehenden Batteriezellen 10.
Wie in Fig. 3 dargestellt, ist hierbei eine übereinstimmende Orientierung der beiden Batteriezellen 10 dergestalt zweckmäßig, dass deren Anschlussfahnen 16, 18 an dem selben, hier oberen Rand des Konstruktes 30 angeordnet sind (um diese Anschlussfahnen im späteren Prozess der Herstellung einer elektrischen Batterie in einfacher Weise elektrisch verschalten (kontaktieren) zu können) . Bei dem dargestellten "Bi-Pack" 30 sind die Zellen 10 deckungsgleich zu beiden Seiten des zwischengefügten Kühlkörpers 20 angeordnet .
Aus dem Stand der Technik sind bereits Verfahren zum Verbinden einer Batteriezelle wie der dargestellten Batteriezelle 10 mit einem Kühlkörper wie dem dargestellten Kühlkörper 20 bekannt, umfassend ein Verkleben einer ebenen Flachseite der Batteriezelle mit einer ebenen Flachseite des Kühlkörpers. Bei den bekannten Verfahren werden die betreffenden Körper, nach Aufbringung der benötigten KlebstoffSchicht (en) , in Richtung orthogonal zu ihren Flachseiten zusammengefügt.
Dies führt jedoch oftmals zu einer nicht optimalen Anbindung der Fügepartner aneinander bzw. zu einer somit nicht optimalen Wärmeleitverbindung zwischen Batteriezellenkörper und Kühlkörper .
Zur Verbesserung der Anbindungsqualität bei der Herstellung des in Fig. 3 dargestellten Zellenkörper/Kühlkörper-Konstruktes wird daher ein nachfolgend beschriebenes, verbessertes Verfahren zum Verbinden der betreffenden Körper verwendet.
Bei diesem Verfahren ist vorgesehen, dass zunächst wenigstens einer der beiden miteinander zu verbindenden Körper, also Batteriezellenkörper 10 und/oder Kühlkörper 20, gekrümmt wird (bezogen auf dessen Form in einem aus seiner Fertigung resultierenden "Ausgangszustand") . Im dargestellten Ausführungs¬ beispiel bedeutet "Krümmen", dass wenigstens eine der zu ver¬ klebenden Flachseiten aus ihrer in diesem Ausführungsbeispiel ursprünglich ebenen Form gebracht wird.
Dann werden zunächst lediglich ein Flachseitenabschnitt des einen Körpers und ein Flachseitenabschnitt des anderen Körpers zu¬ sammengefügt und miteinander verklebt.
Schließlich werden ausgehend von den bereits verklebten
Flachseitenabschnitten sukzessive weitere Flachseitenabschnitte unter Rückgängigmachung der zuvor vorgenommenen Krümmung zusammengefügt und miteinander verklebt.
Die "Rückgängigmachung der Krümmung" lässt sich im einfachsten Fall, nämlich bei zuvor rein elastischer Krümmung des betreffenden Körpers, dadurch realisieren, dass man die zur elastischen Krümmung auf den betreffenden Körper ausgeübten Kräfte sukzessive in geeigneter Weise wieder aufhebt, so dass die Elastizität des Körpers diesen letzlich wieder in seine ursprüngliche Form zurückführt .
Dieses Verfahren sei anhand einiger Beispiele mit Bezug auf die Fig. 4 bis 7 näher erläutert.
Die Fig. 4 und 5 veranschaulichen eine erste Ausführungsvariante des Verfahrens zum Verbinden des Batteriezellenkörpers 10 mit dem Kühlkörper 20.
Zunächst, wie in Fig. 4 dargestellt, wird der Batteriezellenkörper 10 gekrümmt und mit einem Randbereich (in Fig. 4 links) seiner in diesem Beispiel einachsig gekrümmten, konvexen Flachseite mit einem korrespondierenden (in Fig. 4 linken) Randbereich des Kühlkörpers 20 zusammengefügt (vgl. Pfeil in Fig. 4) und somit verklebt. Diese "allererste Verklebung" erfolgt somit lediglich über einen linienförmigen bzw. streifenförmigen Abschnitt der einander zugewandten Flachseiten der Körper 10, 20.
In einem zweiten Verfahrensschritt, wie in Fig. 5 dargestellt, werden ausgehend von den bereits verklebten Flachseitenab¬ schnitten (in Fig. 5 links) sukzessive weitere Flachseitenab- schnitte (in Fig. 5 weiter rechts) unter Rückgängigmachung der Krümmung des Körpers 10 zusammengefügt (vgl. Pfeil in Fig. 5) und somit ebenfalls verklebt. Dadurch erhält man eine linienförmige Ausbreitung der Klebeverbindung. Mit anderen Worten erfolgt das Fügen der betreffenden Körper, z. B. einer
Softpack-Lithium-Ionen-Batteriezelle und des Kühlkörpers, mit gekrümmten Oberflächen (Flachseiten) .
Am Ende dieses zweiten, in Fig. 5 dargestellten Schrittes ist ein Verbund aus einer Batteriezelle 10 und einem Kühlkörper 20 mit gegenüber dem Stand der Technik erheblich verbesserter Wärmeübertragungsverbindung geschaffen .
Es versteht sich, dass der verwendete Klebstoff (z. B. als Klebefolie) vor dem in den Fig. 4 und 5 dargestellten Pro- zessschritten entweder auf eine oder auf beide der zusammenzufügenden Flachseiten aufgebracht werden kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Aufbringung lediglich an der be¬ treffenden Flachseite des Kühlkörpers 20 vorgesehen. Um die Herstellung des in Fig. 3 dargestellten Konstruktes 30 umfassend zwei Batteriezellen 10 abzuschließen, wird das vorstehend mit Bezug auf die Fig. 4 und 5 beschriebene Verfahren gewissermaßen ein zweites Mal durchgeführt, um die "zweite Batteriezelle 10" auf der anderen Seite des Kühlkörpers 20 aufzubringen. Zur Veranschaulichung dieser wiederholten
Durchführung des Klebeverfahrens können ebenfalls die Fig. 4 und 5 herangezogen werden. Hierbei ist lediglich zu berücksichtigen, dass der in diesen Figuren dargestellte Körper 10 dann der "zweite Batteriezellenkörper 10" ist, die Ober- und Unterseiten des dargestellten Kühlkörpers 20 miteinander vertauscht sind, und der Kühlkörper 20 auf der dem "zweiten Batteriezellenkörper 10" abgewandten Seite bereits mit dem "ersten Batteriezellenkörper 10" versehen ist. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Aufkleben der Batteriezellen 10 zu beiden Seiten des Kühlkörpers 20 gleichzeitig.
In diesem Ausführungsbeispiel werden nur die beiden Batterie¬ zellen 10 (erste und zweite Batteriezelle) gekrümmt und zu- rückgekrümmt, nicht jedoch der Kühlkörper 20 bzw. der zunächst gebildete Verbund aus Kühlkörper 20 und erster Batteriezelle 10. Falls die beiden Batteriezellen 10 nacheinander aufgeklebt werden, so besitzt dies den Vorteil, dass die Verklebung zwischen Kühlkörper 20 und erster Batteriezelle 10 durch die Ausbildung der weiteren Verklebung zwischen Kühlkörper 20 und zweiter Batteriezelle 10 nicht gekrümmt und somit möglicherweise geschädigt wird .
Grundsätzlich ist es abweichend von dem obigen Beispiel (Fig. 4 und 5) jedoch auch möglich, dass beim miteinander Verbinden der beiden betreffenden Körper 10 und 20 (z. B. Batteriezelle 10 und Kühlkörper 20) zunächst beide diese Körper gekrümmt werden (und am Ende des Verfahrens dementsprechend beide zurückgekrümmt, d. h. in ihre ursprüngliche Form gebracht werden) . Vorteilhaft kann damit die "Krümmungsbeanspruchung" zwischen den beteiligten Körpern 10, 20 aufgeteilt werden.
Durch das erfindungsgemäß vorgesehene Wölben/Durchbiegen der betreffenden Körper bzw. Fügepartner (Batteriezelle 10 und/oder Kühlkörper 20), sei es ein- oder zweiachsig, kann im Ferti- gungsprozess vorteilhaft der Einschluss von Luft in die Kle¬ beverbindung reduziert werden. Somit wird neben einer Erhöhung der Wärmeübertragungsfähigkeit und Steigerung der Festigkeit der beiden Fügepartner eine deutliche Reduzierung von Falschver- klebungen (mit Lufteinschlüssen) erreicht und somit der Pro- duktionsausschuss bei der Herstellung von Konstrukten wie z. B. dem dargestellten Zellenkörper/Kühlkörper-Konstrukt 30 redu¬ ziert .
Bei der nachfolgenden Beschreibung von weiteren Ausführungsbeispielen werden für gleichwirkende Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils ergänzt durch einen kleinen Buchstaben zur Unterscheidung der Ausführungsform. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw. den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung vorangegangener Ausführungsbeispiele verwiesen.
Die Fig. 6 und 7 veranschaulichen in einer den Fig. 4 und 5 entsprechenden Darstellung eine geringfügig modifizierte Aus¬ führungsvariante des Verfahrens zum Verbinden einer Batteriezelle 10a mit einem Kühlkörper 20a.
Wie bei der zuvor mit Bezug auf die Fig. 4 und 5 beschriebenen Ausführungsvariante ist auch bei der in den Fig. 6 und 7 dar¬ gestellten Ausführungsvariante vorgesehen, dass lediglich der Batteriezellenkörper 10a und nicht der Kühlkörper 20a eine Krümmung erfährt.
Abweichend von der zuvor beschriebenen Ausführungsvariante erfolgt nach Krümmung des Körpers 10a jedoch die allererste Zusammenführung/Verklebung (vgl. Pfeil in Fig. 6) nicht an einem Randbereich sondern in einem mittleren Bereich der Flachseiten. Im weiteren Verfahrensverlauf, wie in Fig. 7 dargestellt, werden dann ausgehend von den bereits verklebten mittleren Flachseitenabschnitten in zwei einander entgegengesetzte Richtungen (in Fig. 7 nach links und nach rechts) sukzessive weitere Flach¬ seitenabschnitte der Körper 10a, 20a zusammengefügt und mit¬ einander verklebt. Bei diesem Verfahrensschritt wird die Krümmung des Körpers 10a rückgängig gemacht, d. h. der Körper 10a in seine Ausgangsform zurückgebracht.
Unabhängig von der konkret vorgesehenen Fügeart (z. B. wie einerseits mit den Fig. 4 und 5 und andererseits mit den Fig. 6 und 7 veranschaulicht) kann für die meisten hier interessierenden Gestaltungen der zu verbindenden Körper vorgesehen sein, dass die Krümmung (en) als elastische Verformungen dieser Körper vorgesehen sind, die sich also quasi von selbst rückgängig machen lassen (bzw. durch sukzessive Aufhebung derjenigen Krafteinwirkungen, welche den betreffenden Körper zuvor in die gekrümmte Konfiguration gebracht haben) .
In einer Modifikation der in den Fig. 4 bis 7 veranschaulichten Fügearten erfolgt eine gleichzeitige Aufbringung jeweils einer Batteriezelle auf jeder der beiden Flachseiten des Kühlkörpers. Für das Beispiel gemäß der Fig. 4 und 5 bedeutet dies, dass neben der Aufbringung des dargestellten Körpers 10 gleichzeitig eine (bevorzugt spiegelbildlich durchgeführte) Aufbringung einer zweiten Batteriezelle 10 auf der in Fig. 4 oberen Seite des Kühlkörpers 20 erfolgt. Nachfolgend werden anhand der Fig. 8 bis 11 noch beispielhaft einige Werkzeuge beschrieben, die bei einem Verfahren zum Verbinden (wenigstens) einer Batteriezelle mit (wenigstens) einem Kühlkörper verwendet werden können. Fig. 8 veranschaulicht beispielsweise eine Möglichkeit, wie ein an der Mantelfläche einer Andruckrolle 40b gehaltener und somit entsprechend gekrümmter bzw. gewölbter Batteriezellenkörper 10b an einem Randbereich auf einen Kühlkörper 20b aufgesetzt und durch eine rollende Bewegung der Andruckrolle 4 Ob (in Fig. 8 nach rechts) sukzessive mit dem Kühlkörper 20b verklebt wird. Die Andruckrolle 40b dreht sich hierbei um eine Drehachse 42b, welche sich während dieses Rollvorganges wiederum nach rechts bewegt. Der Körper 10b wurde hierfür zuvor vollflächig an der Mantelfläche der Andruckrolle 40b anliegend fixiert, etwa durch ein "Aufrollen" bzw. "Aufwickeln" des Körpers 10b auf die sich drehende Rolle 40b, und Halten durch hierzu vorgesehene, an der Rolle 40b angeordnete Haltemittel. Beim nachfolgenden Abrollen des Körpers 10b werden diese Haltemittel sukzessive gelöst. Im dargestellten Ausfüh¬ rungsbeispiel wird damit verhindert, dass bereits miteinander verklebte Flachseitenabschnitte der Körper 10b und 20b nicht wieder voneinander abgelöst werden. Anstatt der dargestellten Andruckrolle 40b kann selbstverständlich auch ein ausreichend groß dimensioniertes Andruck¬ rollensegment, gewissermaßen als ein "abrollender Stempel" verwendet werden. Auch die in Fig. 8 dargestellte kreisförmige Querschnittsgestalt der Rolle 40b ist keineswegs zwingend. Es sind ohne weiteres auch andere Formgestaltungen der Rolle 40b bzw. von deren Mantelfläche möglich.
Fig. 9 veranschaulicht ein modifiziertes Werkzeug zur Reali¬ sierung derselben Zusammenfügung (und Verklebung) eines Körpers 10c mit einem Körper 20c.
Die Modifikation besteht darin, dass eine Andruckrolle 40c nicht unmittelbar zum Abrollen eines an der Mantelfläche der Andruckrolle 40c befindlichen bzw. gehaltenen Körpers 10c ein- gesetzt wird, sondern diese Andruckrolle 40c eingesetzt wird, um einen insgesamt krümmbaren (und zunächst gekrümmten) Kettengliedmechanismus 44c zunächst in Richtung zum Körper 20c hin zu belasten und sodann an diesem abzurollen, wobei zwischen dem Kettengliedmechanismus 44c und der betreffenden Flachseite des Kühlkörpers 20c, an einer formgebenden Oberfläche des Ketten¬ gliedmechanismus 44c, der Körper 10c gehalten ist.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß der Fig. 8 und 9 sind spezielle Werkzeuge (Andruckrolle 40b bzw. Andruckrolle 40c in Verbindung mit dem Kettengliedmechanismus 44c) verwendet, deren Anordnung bzw. Orientierung während des Verfahrens geeignet verändert werden, um die gewünschte Zusammenfügung der Körper zu realisiern. Es versteht sich, dass die in den Fig. 8 und 9 dargestellten Werkzeuge nach geringfügiger Modifikation auch zur Realisierung der Fügeart gemäß der Fig. 6 und 7 eingesetzt werden können. Das Beispiel gemäß Fig. 8 könnte hierzu z. B. so modifiziert werden, dass zwei kleinere Andruckrollen anstatt der dargestellten Andruckrolle 40b verwendet werden und diese beiden Andruckrollen ausgehend von einem mittleren Bereich nach außen (nach links und nach rechts) abgerollt werden. Der Kettengliedmechanismus 44c von Fig. 9 könnte in ähnlicher Weise durch zwei zunächst mittig angeordnete Andruckrollen (anstatt der dargestellten Andruckrolle 40c) belastet werden, wobei diese beiden Andruckrollen dann im weiteren Verfahrensverlauf nach außen (nach links und nach rechts) abrollen. Die Fig. 10 und 11 veranschaulichen weitere Ausführungsbeispiele von Werkzeugen, die für die Fügeart gemäß der Fig. 6 und 7 einsetzbar sind. Fig. 10 zeigt einen "mehrteiligen Stempel" 50d, der aus mehreren (hier: drei) Stempelsegmenten bzw. Einzelstempeln 50d-l, 50d-2 und 50d-3 zusammengesetzt ist, die nebeneinander angeordnet und orthogonal zu ihrer Anordnungsrichtung durch (nicht dargestellte) Aktoren verfahrbar sind, wie durch die Doppelpfeile in Fig. 10 symbolisiert .
In dem in Fig. 10 dargestellten Zustand des Stempels 50d bildet dieser eine im Wesentlichen gleichmäßig gekrümmte Stempelfläche aus, an welcher einer der zu fügenden Körper, hier ein Körper lOd, gehalten wird.
Ausgehend von dieser Situation kann sodann der gesamte Stempel 50d an den anderen der beiden zu fügenden Körper, hier einen Körper 20d, herangeführt werden, in Fig. 10 nach oben, um sodann durch Verfahren der äußeren Stempelsegmente 50d-l und 50d-3 bezüglich des mittleren Stempelsegmentes 50d-2 nach oben die sukzessive Heranführung auch der äußeren Abschnitte des Körpers lOd an entsprechende äußere Abschnitte des Körpers 20d zu bewerk¬ stelligen .
Fig. 11 zeigt ein geringfügig modifiziertes Werkzeug in Form eines Stempels 50e, der aus mehreren, hier wieder drei nebeneinander angeordneten Stempelsegmenten 50e-l, 50e-2 und 50e-3 zusammengesetzt ist, von denen zumindest die äußeren Stempelsegmente 50e-l und 50e-3 wieder individuell in Vertikalrichtung verfahrbar sind (vgl. Doppelpfeile in Fig. 11) . An der Oberseite des mittleren Stempelsegmentes 50e-2 ist in dieser Aus führungs form jedoch ein angesteuert pneumatisch oder hydraulisch füllbares Druckkissen 52e angeordnet, dessen
Oberseite einen mittleren Bereich der Stempelfläche des Stempels 50e bildet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel können mittlere Flachseitenab¬ schnitte von Körpern lOe und 20e miteinander verklebt werden, indem der gesamte Stempel 50e zunächst in Vertikalrichtung verstellt wird und/oder das Druckkissen 52e mit Druckluft bzw. Hydraulikflüssigkeit gefüllt wird. Sodann können wie bereits bei dem Beispiel gemäß Fig. 10 beschrieben die äußeren Stempelsegmente 50e-l und 50e-3 betätigt werden, um ausgehend von den bereits verklebten mittleren Flachseitenabschnitten sukzessive weiter außen liegende Flachseitenabschnitte zusammenzufügen.
Abweichend vom in Fig. 11 dargestellten Beispiel können
"Luftkissen" und/oder "Hydrokissen" auch an mehreren der Einzelstempel vorgesehen sein (Ggf. kann die Betätigbarkeit solcher Kissen auch die Verfahrbarkeit der betreffenden Einzelstempel entbehrlich machen) .
Bei den obigen Ausführungsbeispielen gemäß der Fig. 8 bis 11 sind geeignete Krümmungs- bzw. Haltemittel vorzusehen, um den am Werkzeug befindlichen Körper ( in diesen Beispielen : 10b, 10c, lOd bzw. lOe) je nach Verfahrensstadium an einer "formgebenden Oberfläche" des Werkzeuges zu halten und während des Verfah¬ rensverlaufes bzw. spätestens nach Abschluss des Verklebungs- prozesses vom Werkzeug freizugeben.
In einer Aus führungs form ist vorgesehen, dass diese Haltemittel eine Mehrzahl von Vakuumpassagenmündungen an der entsprechenden formgebenden, z. B. einachsig gekrümmten oder zweiachsig gekrümmten Werkzeugfläche umfassen.
So kann z. B. die in Fig. 8 dargestellte Andruckrolle 40b mit einer Mehrzahl von radial zur Mantelfläche hin verlaufenden und dort ausmündenden Vakuumpassagen ausgestattet sein, um an den entsprechenden Umfangsbereichen der Andruckrolle 40b die gewünschte Haltekraft (durch Vakuumbeaufschlagung) zu bewirken und durch gesteuerte Belüftung der Vakuumpassagen wieder aufzuheben. In ähnlicher Weise wirkende Vakuumpassagen können auch bei den Werkzeugen gemäß der Fig. 9 bis 11 vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich zum beschriebenen Einsatz eines Vakuums kann ein Zurückhalten des gewölbten Körpers auch durch Verwendung eines oder mehrerer Greifer oder dergleichen bewerkstelligt werden. Derartige Einrichtungen können z. B. den zu haltenden Körper umfassen bzw. umgreifen und am Ende des Ver- klebungsprozesses , gewissermaßen im letzten Moment, aus dem Fügespalt herausgezogen werden.
In einer Modifikation der in den Fig. 8 bis 11 veranschaulichten Werkzeuge sind diese "spiegelbildlich doppelt" ausgeführt, so dass damit z. B. zur Herstellung eines "Bi-Packs" vorteilhaft eine gleichzeitige Aufbringung jeweils einer Batteriezelle auf jeder der beiden Flachseiten des Kühlkörpers erfolgen kann. Für das Beispiel gemäß der Fig. 8 bedeutet dies, dass neben der Aufbringung des dargestellten Körpers 10b gleichzeitig eine (bevorzugt spiegelbildlich durchgeführte) Aufbringung einer zweiten Batteriezelle auf der in Fig. 8 oberen Seite des Kühlkörpers 20b erfolgt (mittels einer zweiten Andruckrolle) .

Claims

Verfahren zum Verbinden eines Batteriezellenkörpers (10) mit einem Kühlkörper (20), umfassend ein Verkleben einer
Flachseite des Batteriezellenkörpers (10) mit einer
Flachseite des Kühlkörpers (20), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zunächst wenigstens einer (10) der Körper (10, 20), Batteriezellenkörper (10) und/oder Kühlkörper (20), gekrümmt wird, dann ein Flachseitenabschnitt des einen Körpers (10) mit einem Flachseitenabschnitt des anderen Körpers (20) zusammengefügt und miteinander verklebt wird, und schließlich ausgehend von den bereits verklebten
Flachseitenabschnitten sukzessive weitere Flachseitenab¬ schnitte unter Rückgängigmachung der Krümmung zusammengefügt und miteinander verklebt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Batteriezellenkörper (10) eine elektrochemische Flachzelle (12) mit randseitig davon abstehenden Anschlussfahnen (16, 18) und eine die Flachzelle (12) umschließende Ummantelung (14) aus Foli¬ enmaterial umfasst, wobei die Anschlussfahnen (16, 18) jeweils die Ummantelung (14) durchsetzend aus der Ummantelung (14) herausragen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Kühlkörper (20) einen plattenförmigen Kühlabschnitt oder eine Kühlplatte (22) umfasst und die Kühlkörperflachseite von einer der Plattenflachseiten gebildet ist. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Krümmen ein einachsiges Krümmen ist, und wobei dement¬ sprechend die zuerst miteinander verklebten Flachseitenabschnitte sowie die danach sukzessive verklebten Flach¬ seitenabschnitte jeweils linienförmig sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zum Krümmen und/oder zur Rückgängigmachung der Krümmung der betreffende Körper (10, 20) an einer formgebenden Oberfläche, beispielsweise vakuumbeaufschlagten formgebenden Oberfläche, eines Werkzeuges (40, 44, 50) gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Kühlkörper (20) eine Kühlplatte (22) umfasst und das Verfahren zunächst zum Verbinden eines ersten Batteriezellenkörpers (10) mit der Kühlplatte (22) an einer der Kühlplatten- flachseiten und sodann nochmals zum Verbinden eines zweiten Batteriezellenkörpers (10) mit dem Kühlkörper (20) an deren anderer Kühlplattenflachseite durchgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Batterie, umfassend ein Verbinden mehrerer Batteriezellenkörper (10) mit mehreren Kühlkörpern (20) durch mehrfaches Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, und ein Zu¬ sammenfügen und elektrisches Verschalten der so geschaffenen Zellkörper/Kühlkörper-Konstrukte (30) .
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung einer elektrischen Batterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges.
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