WO2022253518A1 - Verfahren zum herstellen eines energiespeichers, energiespeicher sowie vorrichtung - Google Patents

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WO2022253518A1
WO2022253518A1 PCT/EP2022/062113 EP2022062113W WO2022253518A1 WO 2022253518 A1 WO2022253518 A1 WO 2022253518A1 EP 2022062113 W EP2022062113 W EP 2022062113W WO 2022253518 A1 WO2022253518 A1 WO 2022253518A1
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channel
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energy store
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Simon Wuerzinger
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • H01M50/213—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing an energy store, an energy store and a device for carrying out the process.
  • Energy stores in particular electrical energy stores of the type in question, are known in principle from the prior art. They include a large number of energy storage cells, which are connected to traction batteries, for example. Preferred types of energy storage cells include prismatic cells or round cells. In order to be able to provide the required ranges for partially or fully electrically operated motor vehicles, the known energy stores are very large. Setting up the systems is correspondingly time-consuming and costly.
  • energy storage devices can be produced that meet the highest quality requirements while at the same time being flexible in production and low in costs.
  • a method for producing an energy store in particular an electrical energy store, preferably for a motor vehicle as a traction battery, comprises the steps:
  • the energy storage cells are so-called round cells.
  • the length of the rows can advantageously be used to adapt the geometry of the energy store that is generated or that is to be generated as required. If all rows have the same length, an energy storage device is created with an essentially quadrilateral, for example square or rectangular, base area.
  • one or more rows can also be made longer or shorter in order to adapt the shape of the energy store to vehicle-specific conditions.
  • energy stores can be produced with little effort, which do not have a square or rectangular base area, but instead have, for example, a polygonal, round or curved shape that deviates therefrom.
  • the bending expediently takes place in such a way that the channel element runs in a meandering or serpentine shape or is brought into a meandering or serpentine shape.
  • the method includes the step: providing the channel element as an endless material, in particular as an extruded profile.
  • the channel element is in particular a channel profile, for example made of a metal material, particularly preferably made of a light metal material such as an aluminum material or an aluminum alloy. Alternatively, plastics, composite materials and/or mixtures or combinations of the aforementioned materials can also be used as the material.
  • the channel element has a multiplicity of chambers along its vertical axis. Such a geometry is easy to produce, for example, by means of extrusion.
  • the channel element is an (aluminium) extruded profile.
  • the channel element is expediently designed and provided to condition the energy storage cells, in particular to temper them, for example to heat them up or, in particular, to cool them.
  • Such a duct element or cooler profile can advantageously be delivered (wound up) on a coil and advantageously processed directly.
  • the method includes the step:
  • energy storage cells are arranged on both sides of it.
  • the attachment is preferably cohesive.
  • An adhesive is preferably used to produce the material connection. This can be applied to the energy storage cells and/or to the channel element.
  • the method permits the manufacture of an electrical energy storage device of infinite size or length. It is advantageously possible to produce a basic energy storage device from which smaller energy storage devices are subsequently separated. To do this, the channel element is separated at the desired point.
  • the adjoining segments are not or not yet glued in the area of the separation points.
  • the adhesive must first be activated in order to provide or develop its adhesive effect.
  • the method comprises the step:
  • the energy storage cells in particular the round cells, can be arranged individually on the channel element.
  • the energy storage cells are preferably arranged as pre-assembled units. These units include rows of, for example, 10 to 20 energy storage cells, which are already connected to one another in a form-fitting and/or non-positive and/or material-locking manner, for example by means of an adhesive. Such a “row” or array of energy storage cells can conveniently be handled as a unit, which further simplifies the overall process.
  • the method comprises the step:
  • the channel element Structuring the channel element to adapt to a shape of the energy storage cells or the rows of energy storage cells.
  • the channel element has a corrugated profile, viewed along its vertical axis.
  • the corrugated profile is expediently adapted to the outer shape of the round cells and enables surface contacting or connection of the round cells to the channel element.
  • the structuring is expediently carried out by means of reshaping, in particular via a pressing process of the channel element.
  • the geometry of the structuring can be individually adapted via the geometry of the pressing tool. The geometry is therefore not limited to a wave profile.
  • the method comprises the step:
  • the thermally conductive casting compound fulfills the function of the aforementioned adhesive.
  • the heat conducting potting compound advantageously enables the cooling capacity to be optimized.
  • Each segment initially comprises a channel section and a memory section.
  • the channel section is that area or section of the channel element on which no energy storage cells are or will be arranged.
  • the storage section is that area of the segment on which the energy storage cells are arranged.
  • the segments are spaced apart from one another along the longitudinal direction of the channel element.
  • the thereby formed/arising distance or the area between two segments in which no energy storage cells are arranged is expediently used as a forming or bending area.
  • the method comprises the step: - Supporting the area between two, in particular consecutive, segments during forming or folding.
  • Shaping during bending or folding is advantageously carried out via the support.
  • a correspondingly shaped bolt or the like is introduced for this purpose at the corresponding end of the respective row, around which the channel element can be bent. After forming, this can be removed again along the vertical axis of the channel element.
  • the bolt expediently has a round shape in cross section, seen along the vertical axis of the channel element.
  • the method comprises the step:
  • a tool for reshaping or folding which acts on the channel section of the corresponding segment, the tool preferably being in the form of a rotating arm.
  • Such a rotating or bending arm has, for example, a support section which extends along the respective segment and is designed to support it over its entire surface, in particular in the region of the channel section, or to lie against it.
  • the rotating arm has a rotating section, the rotating section fulfilling the function of the aforementioned bolt.
  • a forming section is provided opposite the rotary section, ie at the other end of the support section, viewed along its longitudinal direction. This is designed and shaped to support or preform the next free section of the channel element, ie the area between two segments.
  • the support section is rotatably mounted relative to the rotary section.
  • the method uses two oppositely arranged rotary arms for arranging the segments.
  • the segments are arranged next to one another by means of a preferably counter-rotating movement.
  • the rotary arms are expediently movable along a vertical axis of the channel element in order to be able to be inserted into the areas between the adjacent segments and removed again.
  • the method includes the step of making openings in the channel element for fluid-conducting connection of the different segments.
  • the channel element is expediently opened in the area of the forming areas.
  • a fluid inlet or a fluid outlet can be realized.
  • the opening can take place, for example, by means of drilling, particularly preferably by means of flow drilling.
  • One or more holes or openings/bores can be provided or arranged along a vertical axis of the channel element. As already mentioned, a number of channels can be formed within the channel element along or also transversely to the vertical axis.
  • a distributor element is arranged on the energy store.
  • the distributor element is expediently provided to connect various segments of the energy storage device to one another in a fluid-conducting manner.
  • the distribution element can be used to set how fluid flows through the channel element.
  • the distributor element is explained in more detail below.
  • the fluid can be gaseous. It is preferably liquid.
  • the invention also relates to an energy store, produced by the method according to the invention, comprising at least one distributor element, the at least one distributor element being arranged on the channel element and being designed to connect different segments in a fluid-conducting manner.
  • the at least one distributor element is preferably arranged on the side of the energy store and is oriented perpendicularly or essentially perpendicularly to the rows/segments. The arrangement/fastening takes place preferably in the area of the deformed sections of the channel element.
  • the manufacturing method of the energy store requires a meandering course of the channel element and a corresponding course of a fluid transported therein, for example a cooling medium.
  • the course can be influenced and controlled via the distributor element.
  • distribution elements are arranged opposite one another on the energy store.
  • the distributor element is a plastic component, such as an injection molded component.
  • the distributor element is expediently connected to the channel element in a form-fitting and/or non-positive and/or material-locking manner. A wide variety of methods are suitable for the connection, in particular for the fluid-tight connection.
  • the distributor element expediently has also has metallic inserts, at least in some areas, which facilitate the connection to the metallic channel element in the area of the openings.
  • the at least one distributor element has a large number of connection elements, which are connected via line elements.
  • the connection elements extend along a vertical axis of the channel element.
  • the connection elements are expediently provided for connection to the openings of the channel element.
  • Adjacent connection elements are expediently connected via at least one line element, preferably via a large number of line elements.
  • at least one of the line elements preferably several or all of them, has a control device which makes it possible to influence a fluid flow, for example to limit or minimize it or even to stop it completely.
  • the fluid flow within the channel element can thus advantageously be adjusted individually.
  • Such control devices can also be referred to as decoupling elements.
  • the invention also relates to a device for carrying out the method according to the invention, comprising a conveyor device, the conveyor device being designed to transport the channel element along its longitudinal direction.
  • the conveying device comprises a conveyor belt and/or a straightening device.
  • the straightening device is expediently a straightening apparatus such as is used for straightening, transporting and guiding wire, ribbon or steel cables.
  • the arrangement of the energy storage cells is expediently provided along or in the area of the conveyor belt.
  • the conveyor belt is expediently synchronized with the feed of the straightening device.
  • the sensor wheels are designed for length determination.
  • the pre-treatment unit is expediently used for pre-treatment of the cooling element.
  • the pre-treatment can include cleaning the channel element.
  • a coating can be applied to the channel element during the pretreatment.
  • a pressing station is expediently provided after or before the pre-treatment unit. Appropriately takes place in the pressing station a structuring of the channel element in order to adapt its shape to the outer shape of the energy storage cells for better contacting.
  • the energy storage cells or preferably the rows, in particular the prefabricated rows of energy storage cells, can be fed in by hand or by machine, for example robot-guided.
  • the applied heat conducting potting compound and/or the applied adhesive can harden along the conveyor belt.
  • an application device is also arranged in the area of the conveyor belt, which is designed for applying adhesive/heat-conducting casting compound to the energy storage cells and/or the channel element.
  • the rotary arms are expediently arranged, which bring about the bending or folding of the segments.
  • the functionality of the rotary arms corresponds to known mandrel bending devices, adapted to the requirements at hand.
  • FIG. 1 a schematic view for visualizing an embodiment of the method for producing an energy store
  • FIG. 2 a detailed view of FIG. 1;
  • Fig. 3 a detailed view of Fig. 2.
  • a channel element for example in the form of an extruded profile made from an aluminum material, is supplied as a strip or coil material and positioned in an unwinding device 50 . From there, the channel element 10 is unwound. This is expediently also a Directing the channel element 10.
  • a sensor wheel 52 determines the length.
  • the channel element 10 can be cleaned and/or coated, etc.
  • the channel element 10, which extends along the longitudinal direction L, can be structured in a pressing station 58.
  • the shape of the channel element 10 can be adapted to the shape of the energy storage cells by structuring.
  • the energy storage cells are expediently arranged alternately in the form of stacks or rows 2 on channel element 10 . This creates segments 20 along the longitudinal direction L of the channel element 10. As can be seen even more clearly in FIGS.
  • the energy storage cells are arranged alternately on the channel element 10 since the energy storage device 1 is formed by folding, folding or bending the channel element 10 .
  • two rotating arms 40 are expediently provided, which fold the segments in opposite directions in the direction of the energy store 1 already formed.
  • FIG. 2 shows the left area of FIG. 1 enlarged.
  • the channel element 10, comprising the already arranged energy storage cells 3, is folded over the rotary arms 40 to form the energy storage device 1.
  • the channel element 10 each has a free section. This area is used for reshaping or bending the channel element 10.
  • the two rotary arms expediently each have a support section 42, which preferably acts on a respective channel section 24 of the respective segment.
  • a storage section 22 for each segment 20 is provided opposite the channel section 24 .
  • the energy storage cells 3 are arranged there on the respective section of the channel element 10 .
  • the support section 42 of the rotating arm or bending arm 40 expediently acts flatly on the channel section 24.
  • the rotating or bending arms 40 expediently comprise rotating sections 44 and oppositely formed deforming sections 46.
  • the rotating sections 44 and the deforming sections 46 serve in particular to deform or shape the Channel member 10 in bending.
  • the rotary arms 40 are rotatably mounted about the respective rotary sections 44 around. It can be seen that the support sections 42 expediently have a structure which advantageously corresponds to the structure of the channel element 10 .
  • the channel element 10 has a wavy shape in plan view.
  • a distributor element 70 is arranged at the bottom of the energy store 1 .
  • the energy store 1 that has already been produced is fixed or held. This applies in particular to the time when the rotary arms 40 are rotated away from the energy storage device 1 again.
  • a contact pressure is applied to the energy store 1 via the rotary arms 40, which pressure is preferably maintained when the rotary arms 40 are or will be removed again.
  • a kind of comb tool is possible, which threads into the cells from above and maintains the contact pressure on the energy storage device when a turning/bending arm lets go for threading out.
  • FIG. 3 shows the energy store 1 essentially known from FIG. 2, comprising the multiplicity of round cells 3, the meandering course of the channel element 10 between the rows of energy store cells 3 being recognizable here.
  • the shape or configuration of the rotating or bending arm 40 can also be seen more clearly here.
  • the element 70 which is already known from FIG. 2 is shown enlarged.
  • Connection elements 72 which are connected via line elements 74 can be seen.
  • the connection elements 72 are expediently provided to be connected to the channel element 10 in a fluid-conducting manner. This expediently has corresponding openings 26 for this purpose.
  • the reference number 76 designates control devices which are provided on each line element 74 in the present case. These are expediently designed to control or regulate a fluid flow within the channel element 10 or the distributor element 70 .

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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichers, umfassend die Schritte: − Bereitstellen eines Kanalelements; − Wechselseitiges Anordnen von Reihen von Energiespeicherzellen zum Formen von entlang einer Längsrichtung des Kanalelements zueinander beabstandeter Segmente; − Aneinander Anordnen der Segmente durch bereichsweises Umformen, insbesondere bereichs- oder abschnittsweise Biegen, des Kanalelements, sodass die Reihen parallel zueinander orientiert sind.

Description

Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichers, Energiespeicher sowie Vorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Energiespei chers, einen Energiespeicher sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah rens.
Energiespeicher, insbesondere elektrische Energiespeicher der in Rede stehenden Art, sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Sie umfassen eine Viel zahl von Energiespeicherzellen, welche beispielsweise zu Traktionsbatterien ver schaltet sind. Bevorzugte Typen von Energiespeicherzellen sind unter anderem pris matische Zellen oder Rundzellen. Um die geforderten Reichweiten bei teilweise o- der vollelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen zur Verfügung stellen zu können, sind die bekannten Energiespeicher sehr groß. Der Aufbau der Systeme ist entspre chend zeit- und kostenintensiv.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Energiespeichers, einen Energiespeicher sowie eine Vorrichtung anzugeben, wobei das Verfahren und die Vorrichtung insbesondere einen schnellen und flexib len Aufbau von Energiespeichern ermöglichen sollen. Damit können Energiespei cher erzeugt werden, welche, bei gleichzeitiger Flexibilität in der Fertigung und ge ringen Kosten, höchsten Qualitätsanforderungen genügen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, durch einen Energie speicher gemäß Anspruch 11 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 14 ge löst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichers, insbesondere eines elektrischen Energiespeichers, bevorzugt für ein Kraftfahrzeug als Traktionsbatterie, die Schritte:
Bereitstellen eines Kanalelements;
Wechselseitiges Anordnen von Reihen von Energiespeicherzellen zum For men von entlang einer Längsrichtung des Kanalelements zueinander beab- standeter Segmente; - Aneinander Anordnen der Segmente durch bereichsweises Umformen, ins besondere bereichs- oder abschnittsweises Biegen, des Kanalelements, so- dass die Reihen parallel zueinander orientiert sind oder zu liegen kommen. Bei den Energiespeicherzellen handelt es sich gemäß einer bevorzugten Ausfüh rungsform um sogenannte Rundzellen. Die Erfindung ist allerdings nicht auf diesen Zelltyp beschränkt. Über die Länge der Reihen kann mit Vorteil die Geometrie des erzeugten oder des zu erzeugenden Energiespeichers bedarfsgerecht angepasst werden. Weisen alle Reihen die gleiche Länge auf, entsteht ein Energiespeicher mit einer im Wesentlichen viereckigen, beispielsweise quadratischen oder rechteckigen, Grundfläche. Alternativ können eine oder mehrere Reihen auch länger oder kürzer ausgebildet werden, um die Form des Energiespeichers an fahrzeugspezifische Ge gebenheiten anzupassen. Mit Vorteil können aufwandsarm Energiespeicher erzeugt werden, welche gerade eine nicht quadratische oder rechteckige Grundfläche auf weisen, sondern beispielsweise eine davon abweichende vieleckige, runde oder ge schwungene Form haben. Das Biegen erfolgt zweckmäßigerweise derart, dass das Kanalelement mäanderförmig oder serpentinenförmig verläuft bzw. in eine mäander förmige oder serpentinenförmige Form gebracht wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt: Bereitstellen des Kanalelements als Endlosmaterial, insbesondere als Strangpressprofil.
Das Kanalelement ist insbesondere ein Kanalprofil, beispielsweise aus einem Me- tallwerkstoff, insbesondere bevorzugt aus einem Leichtmetallwerkstoff, wie einem Aluminiumwerkstoff oder einer Aluminiumlegierung. Alternativ können als Werkstoff auch Kunststoffe, Verbundwerkstoffe und/oder Mischungen oder Kombinationen der vorgenannten Materialien verwendet werden. Gemäß einer Ausführungsform weist das Kanalelement entlang seiner Hochachse eine Vielzahl von Kammern auf. Eine derartige Geometrie ist beispielsweise mittels Strangpressen gut herzustellen. Das Kanalelement ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein (Aluminium- )Strangpressprofil. Das Kanalelement ist zweckmäßigerweise ausgelegt und dazu vorgesehen, die Energiespeicherzellen zu konditionieren, insbesondere zu tempe rieren, beispielsweise zu erwärmen oder insbesondere zu kühlen. Mit Vorteil kann ein derartiges Kanalelement bzw. Kühlerprofil auf einem Coil (aufgewickelt) angelie fert und mit Vorteil unmittelbar verarbeitet werden. Besonders vorteilhaft ist in die sem Zusammenhang das Formen bzw. Bilden der Segmente und das bereichs weise Umformen des Kanalelements. Die vorgenannten Prozessschritte können so lange wiederholt werden, bis ein Energiespeicher der gewünschten Größe erzeugt ist.
Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren den Schritt:
Stoffschlüssiges Befestigen der Reihen von Energiespeicherzellen am Ka nalelement.
Nach dem Biegen oder Umformen des Kanalelements sind an diesem zu beiden Seiten Energiespeicherzellen angeordnet. Die Befestigung erfolgt bevorzugt stoff schlüssig. Zur Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung wird bevorzugt ein Kleb stoff verwendet. Dieser kann auf die Energiespeicherzellen und/oder auf das Kanal element aufgebracht werden.
Das Verfahren erlaubt mit Vorteil die Herstellung eines elektrischen Energiespei chers endloser Größe oder Länge. Es ist mit Vorteil möglich, einen Basis-Energie speicher herzustellen, von welchem nachträglich kleinere Energiespeicher abge trennt werden. Hierzu wird das Kanalelement an der gewünschten Stelle getrennt. Vorteilhafterweise sind im Bereich der Trennstellen die angrenzenden Segmente nicht oder noch nicht verklebt.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass gemäß einer Ausführungsform der Klebstoff erst aktiviert werden muss, um seine Klebewirkung bereitzustellen oder zu entfalten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- Anordnen der Reihen von Energiespeicherzellen als zusammenhängende, insbesondere vorkonfektionierte, Einheiten.
Die Energiespeicherzellen, insbesondere die Rundzellen, können einzeln am Kanal element angeordnet werden. Bevorzugt werden die Energiespeicherzellen als vor konfektionierte Einheiten angeordnet. Diese Einheiten umfassen Reihen von bei spielsweise 10 bis 20 Energiespeicherzellen, welche bereits miteinander form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssig, beispielsweise mittels Klebstoff, verbunden sind. Ein derartige „Reihe“ oder Anordnung von Energiespeicherzellen kann zweck mäßigerweise als Einheit gehandhabt werden, was das gesamt Verfahren weiter vereinfacht.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
Strukturieren des Kanalelements zum Anpassen an eine Form der Energie speicherzellen bzw. der Reihen von Energiespeicherzellen. Bei der Verwendung von Rundzellen weist das Kanalelement gemäß einer bevor zugten Ausführungsform, entlang seiner Hochachse gesehen, ein Wellenprofil auf. Das Wellenprofil ist zweckmäßigerweise an die äußere Form der Rundzellen ange passt und ermöglicht eine flächige Kontaktierung bzw. Verbindung der Rundzellen mit dem Kanalelement. Die Strukturierung erfolgt zweckmäßigerweise mittels Um formen, insbesondere über einen Pressvorgang des Kanalelements. Über die Geo metrie des Presswerkzeugs kann individuell die Geometrie der Strukturierung ange passt werden. Die Geometrie ist also nicht auf ein Wellenprofil beschränkt. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- Aufbringen von Wärmeleitvergussmasse auf die Energiespeicherzellen und/oder das Kanalelement vor dem Anordnen der Energiespeicherzellen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfüllt die Wärmeleitvergussmasse die Funktion des zuvor genannten Klebstoffs. Die Wärmeleitvergussmasse ermöglicht mit Vorteil eine Optimierung der Kühlleistung.
Wie bereits erwähnt, kann über ein gezieltes Nicht-Aufbringen von Wärmeleitver gussmasse ein späteres Trennen des Energiespeichers erleichtert werden. Jedes Segment umfasst zunächst einen Kanalabschnitt und einen Speicherab schnitt. Der Kanalabschnitt ist derjenige Bereich oder Abschnitt des Kanalelements, an welchem keine Energiespeicherzellen angeordnet sind bzw. werden. Entspre chend ist der Speicherabschnitt derjenige Bereich des Segments, an welchem die Energiespeicherzellen angeordnet werden. Das Verfahren umfasst zweckmäßiger- weise den Schritt:
Klappen des jeweiligen Speicherabschnitts in der Richtung des vorangehen den Kanalabschnitts beim aneinander Anordnen der Segmente.
Es hat sich herausgestellt, dass das Klappen des jeweiligen Speicherabschnitts in Richtung des vorangehenden Kanalabschnitts prozesssicher umsetzbar ist. Alterna- tiv kann aber auch der jeweilige Kanalabschnitt in Richtung des vorangehenden Speicherabschnitts geklappt werden, wenn dies im Einzelfall zielführend ist.
Wie eingangs erwähnt, sind die Segmente entlang der Längsrichtung des Kanalele ments zueinander beabstandet. Der dabei gebildete/entstehende Abstand bzw. der Bereich zwischen zwei Segmenten, in welchem keine Energiespeicherzellen ange ordnet sind, dient zweckmäßigerweise als Umform- oder Biegebereich. Gemäß ei ner bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt: - Abstützen des Bereichs zwischen zwei, insbesondere aufeinanderfolgenden, Segmenten beim Umformen oder Klappen.
Über das Abstützen erfolgt mit Vorteil eine Formgebung beim Biegen bzw. Klappen.
Gemäß einer Ausführungsform wird hierzu am entsprechenden Ende der jeweiligen Reihe ein entsprechend geformter Bolzen oder dergleichen eingeführt, um welchen herum das Kanalelement gebogen werden kann. Nach dem Umformen kann dieser entlang der Hochachse des Kanalelements wieder entfernt werden. Der Bolzen weist im Querschnitt, entlang der Hochachse des Kanalelements gesehen, zweck mäßigerweise eine runde Form auf.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
Verwenden eines Werkzeugs zum Umformen oder Klappen, welches auf den Kanalabschnitt des entsprechenden Segments wirkt, wobei das Werk zeug bevorzugt als Dreharm ausgebildet ist.
Ein derartiger Dreh- oder Biegearm weist beispielsweise einen Stützabschnitt auf, welcher sich entlang des jeweiligen Segments erstreckt und ausgelegt ist, dieses, insbesondere im Bereich des Kanalabschnitts, vollflächig abzustützen bzw. dort an zuliegen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Dreharm einen Drehabschnitt auf, wobei der Drehabschnitt die Funktion des vorgenannten Bolzens erfüllt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist gegenüberliegend dem Dreh abschnitt, also am anderen Ende des Stützabschnitts, entlang dessen Längsrich tung gesehen, ein Umformabschnitt vorgesehen. Dieser ist ausgelegt und geformt, den nächsten freien Abschnitt des Kanalelements, also den Bereich zwischen zwei Segmenten, abzustützen bzw. vorzuformen. Der Stützabschnitt ist gemäß einer Ausführungsform relativ zum Drehabschnitt drehbar gelagert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden bei dem Verfahren zwei gegen überliegend angeordnete Dreharme zum Anordnen der Segmente verwendet. Über eine bevorzugt gegenläufige Drehbewegung werden die Segmente aneinander an geordnet. Die Dreharme sind zweckmäßigerweise entlang einer Hochachse des Ka nalelements verfahrbar, um so in die Bereiche zwischen den aneinander grenzen den Segmenten eingeführt bzw. auch wieder entfernt werden zu können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt: Einbringen von Öffnungen in das Kanalelement zum fluidleitenden Verbin den verschiedener Segmente. Zweckmäßigerweise wird das Kanalelement im Bereich der Umform bereiche geöff net. Hierdurch kann ein Fluideintritt bzw. ein Fluidaustritt realisiert werden. Das Öff nen kann beispielsweise mittels Bohren, insbesondere bevorzugt mittels Fließboh ren, erfolgen. Entlang einer Hochachse des Kanalelements können ein oder meh rere Löcher bzw. Öffnungen/Bohrungen vorgesehen bzw. angeordnet werden. Wie bereits erwähnt, können entlang, oder auch quer zur Hochachse, mehrere Kanäle innerhalb des Kanalelements ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform wird an dem Energiespeicher ein Verteilerelement angeordnet. Das Verteilerelement ist zweckmäßigerweise vorgesehen, verschie dene Segmente des Energiespeichers fluidleitend miteinander zu verbinden. Zweck mäßigerweise kann über das Verteilerelement eingestellt werden, wie das Kanalele ment mit Fluid durchströmt wird. Das Verteilerelement wird im Folgenden noch ge nauer erläutert. Das Fluid kann gasförmig sein. Bevorzugt ist es flüssig.
Die Erfindung betrifft auch einen Energiespeicher, hergestellt nach dem erfindungs gemäßen Verfahren, umfassend zumindest ein Verteilerelement, wobei das zumin dest eine Verteilerelement an dem Kanalelement angeordnet und ausgelegt ist, ver schiedene Segmente fluidleitend zu verbinden. Bevorzugt ist das zumindest eine Verteilerelement seitlich am Energiespeicher angeordnet und senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu den Reihen/Segmenten orientiert. Die Anordnung/Befes tigung erfolgt bevorzugt im Bereich der Umformabschnitte des Kanalelements.
Das Herstellungsverfahren des Energiespeichers bedingt einen mäanderförmigen Verlauf des Kanalelements und einen entsprechenden Verlauf eines darin transpor tierten Fluids, beispielsweise eines Kühlmediums. Mit Vorteil kann über das Verteile relement der Verlauf beeinflusst und gesteuert werden.
Gemäß einer Ausführungsform sind gegenüberliegend an dem Energiespeicher Verteilerelemente angeordnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verteilerelement ein Kunststoff bauteil, wie ein Spritzgussbauteil. Die Anbindung des Verteilerelements an das Ka nalelement erfolgt zweckmäßigerweise form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüs sig. Zur Verbindung, insbesondere zur fluiddichten Verbindung, sind die ver schiedensten Verfahren geeignet. Zweckmäßigerweise weist das Verteilerelement zumindest bereichsweise auch metallische Einleger auf, welche die Verbindung mit dem metallischen Kanalelement im Bereich der Öffnungen erleichtern.
Gemäß einer Ausführungsform weist das zumindest eine Verteilerelement eine Viel- zahl von Anschlusselementen auf, welche über Leitungselemente verbunden sind. Die Anschlusselemente erstrecken sich gemäß einer Ausführungsform entlang einer Hochachse des Kanalelements. Zweckmäßigerweise sind die Anschlusselemente zum Verbinden mit den Öffnungen des Kanalelements vorgesehen. Aneinander an grenzende Anschlusselemente sind zweckmäßigerweise über jeweils zumindest ein Leitungselement, bevorzugt über eine Vielzahl von Leitungselementen verbunden. Zweckmäßigerweise weist zumindest eines der Leitungselemente, bevorzugt meh rere oder alle, eine Regeleinrichtung auf, welche ermöglicht, einen Fluidstrom zu be einflussen, beispielsweise zu begrenzen, oder zu minimieren bzw. auch ganz zu stoppen. Damit kann mit Vorteil der Fluidstrom innerhalb des Kanalelements indivi- duell angepasst werden. Derartige Regeleinrichtungen können auch als Entkop pelelemente bezeichnet werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemä ßen Verfahrens, umfassend eine Fördereinrichtung, wobei die Fördereinrichtung ausgelegt ist, das Kanalelement entlang seiner Längsrichtung zu transportieren. Ge mäß einer Ausführungsform umfasst die Fördereinrichtung ein Förderband und/oder ein Richtgerät. Zweckmäßigerweise ist das Richtgerät ein Richtapparat, wie er zum Richten, Transportieren und Führen von Draht-, Band- oder Stahlseilen verwendet wird.
Zweckmäßigerweise ist entlang oder im Bereich des Förderbands die Anordnung der Energiespeicherzellen vorgesehen. Zweckmäßigerweise ist das Förderband mit dem Vorschub des Richtgeräts synchronisiert. Mit Vorteil sind die Geberräder zur Längenbestimmung ausgelegt.
Die Vorbehandlungseinheit dient zweckmäßigerweise zur Vorbehandlung des Küh lelements. Die Vorbehandlung kann ein Reinigen des Kanalelements umfassen. Al ternativ oder zusätzlich kann bei der Vorbehandlung eine Beschichtung auf das Ka nalelement aufgebracht werden.
Zweckmäßigerweise ist im Anschluss an die Vorbehandlungseinheit, oder auch da vor, eine Pressstation vorgesehen. Zweckmäßigerweise erfolgt in der Pressstation eine Strukturierung des Kanalelements, um dessen Form an die äußere Form der Energiespeicherzellen zur besseren Kontaktierung anzupassen.
Das Zuführen der Energiespeicherzellen bzw. bevorzugt der Reihen, insbesondere der vorkonfektionierten Reihen von Energiespeicherzellen, kann von Hand oder auch maschinell, beispielsweise robotergeführt, erfolgen. Entlang des Förderbands können die aufgebrachte Wärmeleitvergussmasse und/oder der aufgebrachte Kleb stoff aushärten.
Zweckmäßigerweise ist im Bereich des Förderbands auch eine Applikationseinrich tung angeordnet, welche zum Aufbringen von Klebstoff/Wärmeleitvergussmasse auf die Energiespeicherzellen und/oder das Kanalelement ausgelegt ist.
Im Anschluss an das Förderband sind zweckmäßigerweise die Dreharme angeord net, welche das Biegen bzw. Klappen der Segmente bewirken. Die Funktionalität der Dreharme entspricht dabei, auf die vorliegenden Anforderungen angepasst, be kannten Dornbiegegeräten.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen des Verfahrens, des Energiespeichers bzw. der Vorrichtung mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
Es zeigen:
Fig. 1 : eine schematische Ansicht zur Visualisierung einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Energiespeichers;
Fig. 2: eine Detailansicht zur Fig. 1 ;
Fig. 3: eine Detailansicht zur Fig. 2.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Energiespeichers. Ein Kanalelement, beispielsweise in Form eines Strangpressprofils aus einem Aluminiumwerkstoff wird als Band- bzw. Coilma- terial geliefert und in einer Abwickeleinrichtung 50 positioniert. Von dort erfolgt ein Abwickeln des Kanalelements 10. Der Vorschub wird über ein Richtgerät bzw. über einen Richtapparat 54 bewerkstelligt. Hierbei erfolgt zweckmäßigerweise auch ein Richten des Kanalelements 10. Über ein Geberrad 52 erfolgt eine Längenbestim mung. In einer Vorbehandlungseinheit 56 kann ein Reinigen und/oder ein Beschich ten etc. des Kanalelements 10 erfolgen. Das Kanalelement 10, welches sich entlang der Längsrichtung L erstreckt, kann in einer Pressstation 58 strukturiert werden.
Über eine Strukturierung kann eine Anpassung der Form des Kanalelements 10 an die Form der Energiespeicherzellen erfolgen. Die Energiespeicherzellen werden zweckmäßigerweise wechselseitig in Form von Stapeln oder Reihen 2 an dem Ka nalelement 10 angeordnet. Damit entstehen Segmente 20 entlang der Längsrich tung L des Kanalelements 10. Wie in den Figuren 2 und 3 noch besser ersichtlich, sind die Segmente 20 zueinander entlang der Längsrichtung L beabstandet. Die An ordnung der Energiespeicherzellen erfolgt wechselseitig am Kanalelement 10, da der Energiespeicher 1 mittels Falten, Klappen bzw. Biegen des Kanalelements 10 gebildet wird. Hierzu sind zweckmäßigerweise zwei Dreharme 40 vorgesehen, wel che gegenläufig die Segmente in Richtung des bereits gebildeten Energiespeichers 1 umklappen.
Fig. 2 zeigt den linken Bereich der Fig. 1 vergrößert dargestellt. Zu erkennen sind das Kanalelement 10 sowie der bereits gebildete Energiespeicher 1, umfassend eine Vielzahl von Energiespeicherzellen 3, vorliegend Rundzellen. Das Kanalele ment 10, umfassend die bereits angeordneten Energiespeicherzellen 3, wird über die Dreharme 40 zum Formen des Energiespeichers 1 zusammengeklappt. Vorlie gend ist zu erkennen, dass zwischen den Segmenten 20 das Kanalelement 10 je weils einen freien Abschnitt aufweist. Dieser Bereich dient zum Umformen bzw. Bie gen des Kanalelements 10. Die beiden Dreharme weisen zweckmäßigerweise je weils einen Stützabschnitt 42 auf, welcher bevorzugt auf jeweils einen Kanalab schnitt 24 des jeweiligen Segments wirkt. Gegenüberliegend des Kanalabschnitts 24 ist ein Speicherabschnitt 22 je Segment 20 vorgesehen. Dort sind die Energiespei cherzellen 3 am jeweiligen Abschnitt des Kanalelements 10 angeordnet. Der Stütz abschnitt 42 des Dreharms oder Biegearms 40 wirkt zweckmäßigerweise flächig auf den Kanalabschnitt 24. Zweckmäßigerweise umfassen die Dreh- bzw. Biegearme 40 Drehabschnitte 44 sowie gegenüberliegend ausgebildete Umformabschnitte 46. Die Drehabschnitte 44 sowie die Umformabschnitte 46 dienen insbesondere zum Umformen bzw. zur Formgebung des Kanalelements 10 beim Biegen. Die Dreh arme 40 sind um die jeweiligen Drehabschnitte 44 herum drehbar gelagert. Zu er kennen ist, dass die Stützabschnitte 42 zweckmäßigerweise eine Strukturierung auf weisen, welche mit Vorteil der Strukturierung des Kanalelements 10 entspricht. Da es sich vorliegend um Rundzellen handelt, wobei die Erfindung nicht auf diesen Zell typ begrenzt ist, weist das Kanalelement 10 in der Draufsicht eine Wellenform auf.
Zu erkennen ist weiter, dass an dem Energiespeicher 1 unten ein Verteilerelement 70 angeordnet ist. Dieses ist in der Fig. 3 deutlicher zu erkennen. Gemäß einer Aus- führungsform wird der bereits erzeugte Energiespeicher 1 fixiert oder gehalten. Dies gilt insbesondere für den Zeitpunkt, wenn die Dreharme 40 wieder vom Energiespei cher 1 weg gedreht werden. Über die Dreharme 40 wird ein Anpressdruck auf den Energiespeicher 1 aufgebracht, welcher bevorzugt aufrechterhalten wird, wenn die Dreharme 40 wieder entfernt sind oder werden. Möglich ist eine Art Kammwerk- zeug, welches von oben in die Zellen einfädelt und den Anpressdruck am Energie speicher aufrechterhält, wenn ein Dreh-/Biegearm loslässt zum Ausfädeln.
Die Fig. 3 zeigt den im Wesentlichen aus der Fig. 2 bekannten Energiespeicher 1, umfassend die Vielzahl von Rundzellen 3, wobei hier der mäanderförmige Verlauf des Kanalelements 10 zwischen den Reihen von Energiespeicherzellen 3 zu erken nen ist. Auch die Form bzw. Ausgestaltung des Dreh- bzw. Biegearms 40 ist hier noch einmal deutlicher zu sehen. Das bereits aus der Fig. 2 bekannte Verteilerele ment 70 ist vergrößert dargestellt. Zu erkennen sind Anschlusselemente 72, welche über Leitungselemente 74 verbunden sind. Die Anschlusselemente 72 sind zweck- mäßigerweise vorgesehen, fluidleitend mit dem Kanalelement 10 verbunden zu wer den. Dieses weist hierzu zweckmäßigerweise entsprechende Öffnungen 26 auf. Das Bezugszeichen 76 bezeichnet Regeleinrichtungen, welche vorliegend an jedem Lei tungselement 74 vorgesehen sind. Diese sind zweckmäßigerweise ausgelegt, einen Fluidstrom innerhalb des Kanalelements 10 bzw. des Verteilerelements 70 zu steu- ern bzw. zu regeln.
Bezugszeichenliste
1 Energiespeicher
2 Reihe 3 Energiespeicherzelle
10 Kanalelement
20 Segment
22 Speicherabschnitt
24 Kanalabschnitt 26 Öffnung
40 Dreharm, Biegearm
42 Stützabschnitt
44 Drehabschnitt
46 Umformabschnitt 50 Abwickeleinrichtung
52 Geberrad
54 Richtgerät
56 Vorbehandlungseinheit 58 Pressstation 60 Förderband
70 Verteilerelement
72 Anschlusselement
74 Leitungselement
76 Regeleinrichtung L Längsrichtung

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichers, umfassend die Schritte:
Bereitstellen eines Kanalelements (10);
Wechselseitiges Anordnen von Reihen (2) von Energiespeicherzellen (3) zum Formen von entlang einer Längsrichtung (L) des Kanalelements (10) zueinander beabstandeter Segmente (20);
Aneinander Anordnen der Segmente (20) durch bereichsweises Umfor men, insbesondere bereichs- oder abschnittsweise Biegen, des Kanalele ments (10), sodass die Reihen (2) parallel zueinander orientiert sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , umfassend den Schritt:
Bereitstellen des Kanalelements (10) als Endlosmaterial, insbesondere als Strangpressprofil.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, umfassend den Schritt:
Anordnen der Reihen (2) als zusammenhängende, insbesondere vorkon fektionierte, Einheiten.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt:
Aufbringen von Wärmeleitvergussmasse auf die Energiespeicherzellen (3) und/oder das Kanalelement (10) vor dem Anordnen der Energiespeicher- zellen (3).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes Segment (20) einen Kanalabschnitt (24) und einen Speicherab schnitt (22) aufweist, umfassend den Schritt:
Klappen des jeweiligen Speicherabschnitts (22) in Richtung des vorange henden Kanalabschnitts (24).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt:
Abstützen des Bereichs zwischen zwei Segmenten (20) beim Umformen oder Klappen.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt:
Verwenden eines Werkzeugs zum Umformen oder Klappen, welches auf den Kanalabschnitt (24) des entsprechenden Segments (20) wirkt, wobei das Werkzeug als Dreharm (40) ausgebildet ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, umfassend den Schritt:
Verwenden des Werkzeugs zum Abstützen des Bereichs zwischen aufei- nanderfolgenden Segmenten (20).
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei gegenüberliegend angeordnete Dreharme (40) zum Anordnen der Segmente (20) verwendet werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt:
Einbringen von Öffnungen (26) in das Kanalelement (10) zum fluidleiten den Verbinden verschiedener Segmente (20).
11. Energiespeicher (1), hergestellt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein Verteilerelement (70), wobei das zumindest eine Verteilerelement (70) an dem Kanalelement (10) angeordnet und ausgelegt ist, verschiedene Segmente (20) fluidleitend zu ver binden.
12. Energiespeicher (1) nach Anspruch 11 , wobei das zumindest eine Verteilerelement (70) ein Kunststoffbauteil ist.
13. Energiespeicher (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 12, wobei das zumindest eine Verteilerelement (70) Anschlusselemente (72) auf weist, welche über Leitungselemente (74) verbunden sind.
14. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend eine Fördereinrichtung, wobei die Fördereinrichtung ausgelegt ist, das Kanalelement (10) entlang sei- ner Längsrichtung (L) zu transportieren.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Vorrichtung zumindest eines der folgenden Systeme umfasst: eine Abwickeleinrichtung (50), ein Richtgerät (54), eine Vorbehandlungseinheit (56), eine Pressstation (58).
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