WO2023041358A1 - Verfahren zum herstellen eines elektrischen energiespeichers, energiespeicher sowie vorrichtung - Google Patents

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WO2023041358A1
WO2023041358A1 PCT/EP2022/074559 EP2022074559W WO2023041358A1 WO 2023041358 A1 WO2023041358 A1 WO 2023041358A1 EP 2022074559 W EP2022074559 W EP 2022074559W WO 2023041358 A1 WO2023041358 A1 WO 2023041358A1
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WO
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energy storage
support structure
storage cell
arranging
mounting element
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PCT/EP2022/074559
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Christian Girolstein
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/244—Secondary casings; Racks; Suspension devices; Carrying devices; Holders characterised by their mounting method
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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 for producing an electrical energy store, an energy store and a device.
  • Energy stores of the type in question include a large number of energy storage cells which are connected to one another.
  • a wide variety of methods are used to fasten the energy storage cells in appropriate housings, on carriers, cooling elements, etc.
  • Energy storage cells are often attached, for example, by means of gluing. This results in the production of the problem that it must be ensured that certain areas of the energy storage cell, such. B. those areas in which the degassing valves are arranged remain free of adhesive.
  • a method for producing an electrical energy store comprises the steps:
  • Providing a support structure for arranging at least one energy storage cell wherein the support structure comprises an arrangement surface for arranging at least one energy storage cell and wherein the support structure has at least one opening which extends transversely to the arrangement surface;
  • the aforementioned support structure is an element or component which preferably serves to arrange a large number of energy storage cells.
  • the housings of the energy storage cells have a cylindrical shape.
  • the energy storage cells are preferably round cells.
  • they are arranged with their bottom surface formed on the face side on the arrangement surface.
  • a degassing valve for example, is formed on the aforesaid bottom surface. This is expediently in the masking area and is therefore covered or shielded when the same is arranged by the mounting element or its masking surface.
  • the at least one opening can be formed during the manufacture of the support structure or can be produced subsequently.
  • the opening or recess may be formed through the structure of the support structure.
  • a support structure that has a lattice-like shape has, for example, a large number of angular recesses.
  • the support structure particularly preferably comprises a multiplicity of openings. The opening can serve to ventilate the support structure.
  • the energy storage cells can also be arranged individually or in sections, such as in rows.
  • the shape of the mounting element or the shapes of the mounting elements are adapted to the shape or shapes of the openings in such a way that the mounting element or elements are guided, in particular when shifting, in particular in a form-fitting manner. In particular, they are adapted to one another accordingly.
  • the assembly element or elements can also be designed to be smaller than the opening/s, viewed transversely to the longitudinal axis of the opening/s.
  • a plurality of mounting elements can also be arranged in an opening, in particular if the opening is designed in the form of a slot, for example.
  • the method includes the step: - Application of adhesive to a contact surface of the energy storage cell and/or the arrangement surface.
  • the contact surface of the energy storage cell is that surface which serves to arrange and attach the energy storage cell to the arrangement surface.
  • the adhesive can be applied to the contact surface and/or the arrangement surface. Typically, when the contact surface and the placement surface meet, the adhesive is displaced laterally, which can result in adhesive penetrating into areas that must not be wetted with adhesive. In the present case, this effect is advantageously prevented via the mounting elements, which cover the energy storage cell at least in regions at the point in time at which the contact surface comes into contact with the arrangement surface.
  • the mounting elements advantageously act as an "adhesive barrier".
  • the method comprises the step:
  • the mounting element has a multiplicity of masking areas. This means that, for example, the end of the mounting element is shaped or structured accordingly so that a number of areas of the energy storage cell that are spaced apart or are different can be covered or shielded.
  • the masking areas are perpendicular to the longitudinal axis. Alternatively, at least one masking surface is inclined to the longitudinal axis or oriented parallel to it.
  • the shape of the housing of the energy storage cells is not limited to the aforementioned round cell shape.
  • the energy storage cells are, for example, energy storage cells with prismatic housings.
  • the method comprises the steps:
  • One energy storage cell is expediently provided for each assembly element.
  • several energy storage cells can also be arranged on a mounting element, depending on the geometry of the corresponding opening.
  • the support structure has a large number of openings or recesses, for example with a round or angular cross section, with a round cell being arranged in the extension of each opening or recess.
  • the aforementioned recesses or openings expediently serve to aerate/vent the energy storage cell.
  • the energy storage cells or round cells are expediently arranged around the edge of the respective opening.
  • the method comprises the step:
  • either the support structure can be displaced in such a way that the energy storage cell is arranged on the arrangement surface.
  • the support structure can be relocated to the energy storage cells. Further alternatively, both the support structure and the carrying structure can be moved accordingly.
  • the method comprises the step:
  • the mounting elements and/or also the entire support structure can be shifted, for example, via the arrangement of the energy storage cells.
  • the mounting elements or the at least one mounting element or the support structure are resiliently mounted.
  • the energy storage cells are moved against the spring force onto the arrangement surface.
  • the energy storage cells are thus subjected to a force which is expediently maintained until the energy storage cells are completely fastened and/or the supporting structure or the assembly elements are removed.
  • the spring bias of the assembly element or elements can ensure that a reliable contact of the assembly elements or their masking areas is maintained during the entire process of arranging the energy storage cells.
  • the masking surfaces of the assembly elements are/are provided with a structure and/or coating that enables better adhesion of the energy storage cells. It can thus be ensured that the energy storage cells are held securely during the arrangement.
  • the method includes the step:
  • the mounting element or mounting elements is/are expediently removed from the support structure.
  • the assembly elements are pulled out of the component/out of the support structure, so that in the event of previous contact with adhesive, this is automatically stripped off, depending on the geometry of the opening or recess. Any adhesive left in the support structure is not a problem.
  • the use of the assembly elements advantageously enables a variable joining device which prevents the adhesive from flowing into functional areas of the energy storage cell (in particular the degassing valve).
  • the invention also relates to an energy storage device, comprising a large number of energy storage cells, produced using the method according to the invention, a large number of energy storage cells being arranged, in particular fastened, on the support structure.
  • the attachment takes place in particular in a materially bonded manner, in particular by means of an adhesive.
  • the support structure is made of a plastic, in particular a foamed plastic.
  • the aforementioned openings and recesses expediently extend transversely to an arrangement surface of the support structure.
  • the support structure can also have channels or the like transversely and/or obliquely to the arrangement surface, in particular for connecting the openings or recesses to one another.
  • the energy store expediently comprises a housing to which the support structure is attached in a form-fitting and/or force-fitting and/or material-fitting manner.
  • the housing comprises a housing upper part and a housing base.
  • the support structure is preferably attached to the lower housing part, for example by means of an adhesive.
  • Typical housing materials include metallic as well as non-metallic materials or a combination of the aforementioned materials.
  • a support structure made of a foamed plastic, as mentioned above, is characterized in particular by very good crash behavior and low weight.
  • the invention also relates to a device for carrying out the method according to the invention, the device comprising a support structure which has at least one mounting element which extends along a longitudinal axis and has a masking surface at the end which is designed and shaped to cover an area or section of an energy storage cell .
  • the masking area has a structure and/or coating. This is provided and designed to enable a secure arrangement of one or more energy storage cells. In particular, a secure sealing of the masking area or areas should also be made possible.
  • the structure and/or coating has, for example, a slightly flexible or soft surface, such as a rubberized surface.
  • the mounting element has the shape of the masking surface along its longitudinal axis.
  • the mounting element is cylindrical.
  • the cylindrical shape is expediently adapted to the opening or recess of the support structure in such a way that the mounting element expediently bears in a form-fitting manner along its entire length within the opening during displacement.
  • an opening can also be designed in such a way that several mounting elements can be arranged.
  • Such an opening can, for example, be essentially slit-shaped.
  • the edges of the openings or recesses expediently form the arrangement surface or surfaces for the energy storage cells.
  • the mounting element comprises a web element which has a plate-shaped element at the end, on which the masking surface is formed.
  • the mounting element is not guided within or through the opening.
  • the aforementioned web element is, for example, significantly thinner than the corresponding opening.
  • the aforementioned plate-shaped element may or may not have the shape of the respective opening, for example, in cross section.
  • Fig. 1 b a schematic view of a device or a sketch for
  • FIG. 2 shows the arrangement known from FIG. 1b when the energy storage cells come into contact with the supporting structure
  • FIGS. 1b and 2 the arrangement known from FIGS. 1b and 2, with the carrying structure being pulled out of the supporting structure;
  • FIGS. 1b to 3a the arrangement known from FIGS. 1b to 3a after the removal of the supporting structure
  • FIG. 1a shows a schematic view of an embodiment of an energy storage cell 10, which in the present case is designed as a round cell.
  • the energy storage cell 10 has a cylindrical base body which has a contact surface 12 on its underside.
  • a degassing valve which cannot be seen here, is arranged in the area or on the contact surface 12 . This should be, for example, when attaching the energy storage cell 10 indirectly via the underside not be wetted with glue.
  • the area that is not to be wetted with adhesive is also called “masking area” 14 in the present case.
  • the energy storage cell In the top half of the image, the energy storage cell can be seen from below, so that the position of the masking area 14 relative to or within the contact surface 12 can be identified as such.
  • a large number of such energy storage cells 10 are arranged in energy storage devices, for example standing next to one another. In this case, for example, cooling elements run between the energy storage cells 10, but cooling can also be carried out from other sides in addition or as an alternative.
  • FIG. 1 b shows a support structure 20 in a schematic view, which has an arrangement surface 22 .
  • a multiplicity of energy storage cells 10, as known from FIG. 1a, are to be arranged or in particular fastened on the arrangement surface 22, preferably by means of an adhesive.
  • the support structure has a multiplicity of openings or recesses 24 essentially transversely to the arrangement surface 22 .
  • An energy storage cell 10 is arranged in each case as an extension of these openings or recesses 24 .
  • the degassing valves are each in the area of the openings 24, so that degassing is advantageously possible in the event of damage.
  • the recesses/openings 24 or the energy storage cells 10 extend along longitudinal axes L.
  • the energy storage cells 10 are also arranged along these longitudinal axes L, cf. the arrangement direction A, which is outlined by corresponding arrows.
  • the energy storage cells 10 are now arranged indirectly via the mounting elements 42 of the support structure 40.
  • the energy storage cells 10 advantageously bear against the mounting element 42 at the front, as a result of which the middle region of the energy storage cells 10, cf. the masking regions 14, is covered. It can be seen that in the state shown in FIG. 1 b the mounting elements 42 still protrude beyond the arrangement surface 22 at the front.
  • adhesive has expediently already been applied to the arrangement surface 22 and/or to the underside of the energy storage cells 10 (not shown here).
  • the energy storage cells 10 are now moved along the arrangement direction A in the direction of the arrangement surface 22, making contact with the mounting elements 42 and being masked in some areas.
  • FIG. 2 essentially shows the arrangement known from FIG. It is precisely in this state that the applied material is displaced to the side adhesive. Since the energy storage cells 10 are partially covered by the assembly elements 42, the masking areas 14 remain free of adhesive (cf. also Fig. 1a in this respect). The support structure 40 is now pulled out of the support structure further along the arrangement direction A or is displaced over the energy storage cells 10, see FIGS.
  • FIG. 3b shows the state in which the energy storage cells 10 are arranged completely on the support structure 20.
  • the support structure 20 is made of a plastic, for example. According to a preferred embodiment, a foamed plastic is used to form the support structure 20, for example. This material is very light and can absorb a lot of energy in the event of a crash.
  • An arrangement as can be seen in FIG. 3b, comprising a multiplicity of energy storage cells arranged on a support structure, is arranged or fastened, for example, on a lower housing part of an energy storage device.
  • the support structure can be attached to the lower housing part, for example, by means of an adhesive. With this arrangement, the structure of the lower housing part is reinforced indirectly via the support structure 20 .
  • a corresponding upper part of the housing is provided, which is oriented in the direction of the passenger compartment when the energy storage cell is used in a passenger vehicle.
  • the energy stores of the type in question are expediently used in the present case for land vehicles, such as for passenger cars, motorcycles and/or commercial vehicles.
  • FIG. 4 shows a support structure 20 in a plan view, wherein an arrangement surface 22 and a multiplicity of openings or recesses 24 can be seen. In the present case, these are designed to be round, in particular circular, with the shape not being restricted to this configuration.
  • the top left corner shows an example of adhesive 25 being applied around an opening 24 .
  • An energy storage cell (not shown here) is fastened through this ring-shaped surface. Adhesive may be applied around the other openings 24 in the same manner. Alternatively, the entire arrangement surface 22 with Adhesive are wetted, since the energy storage cells are advantageously masked over the mounting elements.

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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Energiespeichers, umfassend die Schritte: − Bereitstellen einer Stützstruktur zur Anordnung zumindest einer Energiespeicherzelle, wobei die Stützstruktur eine Anordnungsfläche zur Anordnung zumindest einer Energiespeicherzelle umfasst und wobei die Stützstruktur zumindest eine Öffnung aufweist, welche sich quer zur Anordnungsfläche erstreckt; − Verwenden der zumindest einen Öffnung zur Anordnung eines entlang einer Längsachse der Öffnung verlagerbaren Montageelements; − Anordnen einer Energiespeicherzelle auf dem Montageelement, wodurch ein Bereich der Energiespeicherzelle abgedeckt wird; − Anordnen der Energiespeicherzelle auf der Anordnungsfläche über ein Verlagern des Montageelements und/oder der Stützstruktur zueinander, wobei der vorgenannte Bereich der Energiespeicherzelle bis zum Kontakt derselben mit der Anordnungsfläche über das Montageelement abgedeckt wird.

Description

Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Energiespeichers, Energiespeicher sowie Vorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Energiespeichers, einen Energiespeicher sowie eine Vorrichtung.
Energiespeicher der in Rede stehenden Art umfassen eine Vielzahl von Energiespeicherzellen, welche miteinander verschaltet sind. Zur Befestigung der Energiespeicherzellen in entsprechenden Gehäusen, auf Trägern, Kühlelementen etc. kommen die verschiedensten Verfahren zum Einsatz. Oftmals werden Energiespeicherzellen beispielsweise mittels Kleben befestigt. Hierbei ergibt sich in der Fertigung das Problem, dass sichergestellt werden muss, dass bestimmte Bereiche der Energiespeicherzelle, wie z. B. diejenigen Bereiche, in welchen die Entgasungsventile angeordnet sind, frei von Klebstoff bleiben.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichers, einen Energiespeicher sowie eine Vorrichtung anzugeben, wobei sichergestellt werden kann, dass bestimmte Bereiche der Energiespeicherzelle bei deren Befestigung zuverlässig maskiert sind.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 , durch einen Energiespeicher gemäß Anspruch 9 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 12 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Energiespeichers die Schritte:
Bereitstellen einer Stützstruktur zur Anordnung zumindest einer Energiespeicherzelle, wobei die Stützstruktur eine Anordnungsfläche zur Anordnung zumindest einer Energiespeicherzelle umfasst und wobei die Stützstruktur zumindest eine Öffnung aufweist, welche sich quer zur Anordnungsfläche erstreckt;
Verwenden der zumindest einen Öffnung zur Anordnung eines entlang einer Längsachse der Öffnung verlagerbaren Montageelements;
- Anordnen einer Energiespeicherzelle auf dem Montageelement, wodurch ein Bereich der Energiespeicherzelle (Maskierbereich) abgedeckt wird; - Anordnen der Energiespeicherzelle auf der Anordnungsfläche über ein Verlagern des Montageelements und/oder der Stützstruktur zueinander, wobei der vorgenannte Bereich der Energiespeicherzelle bis zum Kontakt derselben mit der Anordnungsfläche über das Montageelement abgedeckt wird.
Die vorgenannte Stützstruktur ist ein Element oder Bauteil, welches der Anordnung bevorzugt einer Vielzahl von Energiespeicherzellen dient. Die Gehäuse der Energiespeicherzellen weisen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine zylindrische Form auf. Die Energiespeicherzellen sind entsprechend bevorzugt Rundzellen. Deren Anordnung erfolgt gemäß einer Ausführungsform mit ihrer stirnseitig ausgebildeten Bodenfläche auf der Anordnungsfläche. Auf der vorgenannten Bodenfläche ist beispielsweise ein Entgasungsventil ausgebildet. Dieses liegt zweckmäßigerweise im Maskierbereich und ist daher bei der Anordnung derselben über das Montageelement bzw. deren Maskierfläche abgedeckt oder abgeschirmt.
Die zumindest eine Öffnung kann bei der Herstellung der Stützstruktur ausgebildet oder nachträglich erzeugt werden. Die Öffnung oder Ausnehmung kann durch die Struktur der Stützstruktur geformt sein. Eine Stutzstruktur, welche eine gitterförmige Gestalt aufweist, weist beispielsweise eine Vielzahl von eckigen Ausnehmungen auf. Besonders bevorzug umfasst die Stützstruktur eine Vielzahl von Öffnung. Die Öffnung können der Ventilation der Stützstruktur dienen.
Gemäß einer Ausführungsform sind so viele Montageelemente wie Energiespeicherzellen vorgesehen, sodass sämtliche anzuordnenden Energiespeicherzellen auf einmal angeordnet werden können. Alternativ kann die Anordnung der Energiespeicherzellen auch vereinzelt oder abschnittsweise, wie reihenweise, erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Form des Montageelements oder sind die Formen der Montageelemente an die Form oder Formen der Öffnungen derart angepasst, dass das oder die Montageelemente geführt, insbesondere beim Verlagern, insbesondere formschlüssig, geführt sind. Insbesondere sind die entsprechend aufeinander angepasst. Das oder die Montageelemente können auch, quer zur Längsachse der Öffnung/en gesehen, kleiner als diese ausgebildet sind. Weiter alternativ können in einer Öffnung auch mehrere Montageelement angeordnet sind, insbesondere wenn die Öffnung beispielsweise schlitzförmig ausgebildet ist.
Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren den Schritt: - Aufbringen von Klebstoff auf ein Kontaktfläche der Energiespeicherzelle und/oder die Anordnungsfläche.
Die Kontaktfläche der Energiespeicherzelle ist diejenige Fläche, welche der Anordnung und Befestigung der Energiespeicherzelle auf der Anordnungsfläche dient. Der Klebstoff kann auf der Kontaktfläche und/oder der Anordnungsfläche aufgebracht sein. Typischerweise wird der Klebstoff beim Aufeinandertreffen der Kontaktfläche und der Anordnungsfläche seitlich verdrängt, was dazu führen kann, dass Klebstoff in Bereiche vordringt, welche nicht mit Klebstoff benetzt werden dürfen. Dieser Effekt wird vorliegend vorteilhafterweise über die Montageelemente verhindert, welche zum Zeitpunkt des Kontakts der Kontaktfläche mit der Anordnungsfläche die Energiespeicherzelle zumindest bereichsweise abdecken. Die Montageelemente wirken vorteilhafterweise als „Klebstoffsperre“.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- Aufbringen von Klebstoff um den Rand der zumindest einen Öffnung herum. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass nicht bereits beim Auftrag des Klebstoffs versehentlich Bereiche der Energiespeicherzelle unbeabsichtigt mit Klebstoff benetzt werden. Entsprechend erfolgt das Aufbringen von Klebstoff ausschließlich auf die Anordnungsfläche bzw. beispielsweise um den Rand der zumindest einen Öffnung bzw. um den Rand der Öffnungen herum.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Montageelement eine Vielzahl von Maskierflächen auf. Darunter ist zu verstehen, dass beispielsweise das Montageelement endseitig entsprechend geformt oder strukturiert wird, dass mehrere, voneinander beabstandete bzw. unterschiedliche Bereiche der Energiespeicherzelle abgedeckt oder abgeschirmt werden können. Die Maskierflächen stehen gemäß einer Ausführungsform senkrecht zur Längsachse. Alternativ ist zumindest eine Maskierfläche zur Längsachse geneigt oder parallel zu dieser orientiert.
Dabei sei erwähnt, dass die Form der Gehäuse der Energiespeicherzellen nicht auf die vorgenannte Rundzellenform beschränkt ist. Alternativ sind die Energiespeicherzellen beispielsweise Energiespeicherzellen mit prismatischen Gehäusen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte:
Bereitstellen einer Tragstruktur, umfassend eine Vielzahl von Montageelementen;
- Anordnen der Stützstruktur auf der T ragstruktur; - Anordnen von Energiespeicherzellen auf den Montageelementen, welche über die Anordnungsfläche hinausragen.
Zweckmäßigerweise ist je Montageelement eine Energiespeicherzelle vorgesehen. Alternativ können auf einem Montageelement, abhängig von der Geometrie der entsprechenden Öffnung, auch mehrere Energiespeicherzellen angeordnet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Stützstruktur eine Vielzahl von Öffnungen oder Ausnehmungen auf, mit beispielsweise rundem oder eckigem Querschnitt, wobei jeweils in Verlängerung jeder Öffnung oder Ausnehmung eine Rundzelle angeordnet ist. Die vorgenannten Ausnehmungen bzw. Öffnungen dienen zweckmäßigerweise der Belüftung/Entlüftung der Energiespeicherzelle. Die Anordnung der Energiespeicherzellen bzw. Rundzellen erfolgt zweckmäßigerweise um den Rand der jeweiligen Öffnung herum.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
Verlagern der T ragstruktur und/oder der Stützstruktur beim Anordnen der Energiespeicherzellen auf der Anordnungsfläche.
Nach dem Anordnen der Stützstruktur auf der Tragstruktur kann entweder die Tragstruktur derart verlagert werden, dass die Energiespeicherzelle auf der Anordnungsfläche angeordnet werden. Alternativ kann die Stützstruktur zu den Energiespeicherzellen hin verlagert werden. Weiter alternativ können sowohl die Stützstruktur als auch die Tragstruktur entsprechend bewegt werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
Verlagern des Montageelements oder der Montageelemente über die Anordnung der Energiespeicherzellen.
Die Montageelemente und/oder auch die gesamte Tragstruktur kann beispielsweise über die Anordnung der Energiespeicherzellen verlagert werden. Gemäß einer Ausführungsform sind die Montageelemente oder ist das zumindest eine Montageelement bzw. die Tragstruktur federnd gelagert. Die Energiespeicherzellen werden entgegen der Federkraft auf die Anordnungsfläche bewegt. Die Energiespeicherzellen werden also mit Kraft beaufschlagt, welche zweckmäßigerweise so lange aufrecht erhalten wird, bis die Energiespeicherzellen vollständig befestigt sind und/oder die Tragstruktur bzw. die Montageelemente entfernt sind. Durch die Federvorspannung des oder der Montageelemente kann sichergestellt sein, dass eine zuverlässige Anlage der Montageelemente bzw. deren Maskierbereiche während des gesamten Anordnungsprozesses der Energiespeicherzellen aufrechterhalten wird. Gemäß einer Ausführungsform ist oder sind die Maskierflächen der Montageelemente mit einer Struktur und/oder Beschichtung versehen, welche eine bessere Haftung der Energiespeicherzellen ermöglicht. Damit kann sichergestellt werden, dass die Energiespeicherzellen während des Anordnens sicher gehalten werden.
Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren den Schritt:
Entfernen des zumindest einen Montageelements von oder aus der Stützstruktur nach dem Anordnen der zumindest einen Energiespeicherzelle.
Zweckmäßigerweise wird das bzw. werden die Montageelemente aus der Stützstruktur entfernt.
Die Montageelemente werden nach dem Fügeprozess aus dem Bauteil/aus der Stützstruktur herausgezogen, wodurch im Falle eines vorherigen Kontakts mit Klebstoff dieser, je nach Geometrie der Öffnung bzw. Ausnehmung, automatisch abge- striffen wird. Etwaiger in der Stützstruktur zurückbleibender Klebstoff ist unproblematisch.
Das Verwenden der Montageelemente ermöglicht mit Vorteil eine variable Fügevorrichtung, welche ein Fließen des Klebstoffs in Funktionsbereiche der Energiespeicherzelle (insbesondere Entgasungsventil) verhindert.
Die Erfindung betrifft auch einen Energiespeicher, umfassend eine Vielzahl von Energiespeicherzellen, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei auf der Stützstruktur eine Vielzahl von Energiespeicherzellen angeordnet, insbesondere befestigt, ist. Die Befestigung erfolgt insbesondere stoffschlüssig, insbesondere mittels Klebstoff.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Stützstruktur aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem geschäumten Kunststoff, gefertigt. Die vorgenannten Öffnungen und Ausnehmungen erstrecken sich zweckmäßigerweise quer zu einer Anordnungsfläche der Stützstruktur. Quer und/oder schräg zur Anordnungsfläche kann die Stützstruktur, insbesondere zur Verbindung der Öffnungen oder Ausnehmungen untereinander, ebenso Kanäle oder dergleichen aufweisen.
Zweckmäßigerweise umfasst der Energiespeicher ein Gehäuse, an welchem die Stützstruktur form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssig befestigt ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Gehäuse ein Gehäuseoberteil und ein Gehäuseunterteil. Die Stützstruktur ist bevorzugt am Gehäuseunterteil, beispielsweise mittels Klebstoff, befestigt. Typische Gehäusematerialien umfassen metallische, wie auch nicht metallische Werkstoffe bzw. eine Kombination der vorgenannten Materialien. Eine Stützstruktur aus einem geschäumten Kunststoff, wie vorher erwähnt, zeichnet sich insbesondere auch durch ein sehr gutes Crash-Verhalten und ein geringes Gewicht aus.
Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Vorrichtung eine Tragstruktur umfasst, welche zumindest ein Montageelement aufweist, welches sich entlang einer Längsachse erstreckt und endseitig eine Maskierfläche aufweist, welche ausgelegt und geformt ist, einen Bereich oder Abschnitt einer Energiespeicherzelle abzudecken.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass für die Vorrichtung sowie den Energiespeicher die im Zusammenhang mit dem Verfahren erwähnten Vorteile und Merkmale analog bzw. entsprechend gelten, wie auch umgekehrt.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Maskierfläche eine Struktur und/oder Beschichtung auf. Diese ist vorgesehen und ausgelegt, eine sichere Anordnung einer oder mehrerer Energiespeicherzellen zu ermöglichen. Insbesondere soll auch ein sicheres Abdichten des oder der Maskierbereiche ermöglicht werden. Hierzu weist die Struktur und/oder Beschichtung beispielsweise eine leicht nachgiebige oder weiche, wie eine gummierte, Oberfläche auf.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Montageelement entlang seiner Längsachse die Form der Maskierfläche auf. Gemäß einer Ausführungsform ist das Montageelement zylindrisch ausgebildet. Die Zylinderform ist zweckmäßigerweise an die Öffnung oder Ausnehmung der Stützstruktur derart angepasst, dass das Montageelement zweckmäßigerweise entlang seiner ganzen Länge innerhalb der Öffnung beim Verlagern formschlüssig anliegt.
Wie bereits erwähnt, kann eine Öffnung auch derart ausgebildet sein, dass mehrere Montageelemente angeordnet werden können. Eine derartige Öffnung kann beispielsweise im Wesentlichen schlitzförmig ausgebildet sein. Die Ränder der Öffnungen oder Ausnehmungen bilden zweckmäßigerweise die Anordnungsfläche oder die Anordnungsflächen für die Energiespeicherzellen. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Montageelement ein Stegelement, welches endseitig ein tellerförmiges Element aufweist, an welchem die Maskierfläche ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform wird das Montageelement nicht innerhalb der Öffnung bzw. durch diese geführt. Das vorgenannte Stegelement ist beispielsweise deutlich dünner als die entsprechende Öffnung. Das vorgenannte tellerförmige Element kann beispielsweise im Querschnitt die Form der jeweiligen Öffnung aufweisen oder auch nicht.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform des Verfahrens bzw. eines Energiespeichers bzw. einer Vorrichtung mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
Es zeigen:
Fig. 1a: eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Energiespeicherzelle;
Fig. 1 b: eine schematische Ansicht einer Vorrichtung bzw. eine Skizze zur
Veranschaulichung eines Verfahrensschritts;
Fig. 2: die aus der Fig. 1 b bekannte Anordnung beim Kontakt der Energiespeicherzellen mit der Stützstruktur;
Fig. 3a: die aus den Figuren 1b und 2 bekannte Anordnung, wobei die Tragstruktur aus der Stützstruktur herausgezogen wird;
Fig. 3b: die aus den Figuren 1b bis 3a bekannte Anordnung nach dem Entfernen der Tragstruktur;
Fig. 4: eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Stützstruktur.
Fig. 1a zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Energiespeicherzelle 10, welche vorliegend als Rundzelle ausgebildet ist. Die Energiespeicherzelle 10 weist einen zylindrischen Grundkörper auf, welcher an seiner Unterseite eine Kontaktfläche 12 aufweist. Im Bereich bzw. an der Kontaktfläche 12 ist ein Entgasungsventil angeordnet, welches vorliegend nicht zu sehen ist. Dieses soll beim Befestigen der Energiespeicherzelle 10 mittelbar über die Unterseite beispielsweise nicht mit Klebstoff benetzt werden. Der Bereich, der nicht mit Klebstoff benetzt werden soll, wird vorliegend auch „Maskierbereich“ 14 genannt. In der oberen Bildhälfte ist die Energiespeicherzelle von unten zu sehen, sodass die Lage des Maskierbereichs 14 relativ bzw. innerhalb der Kontaktfläche 12 als solche erkennbar ist. In Energiespeichern sind eine Vielzahl derartiger Energiespeicherzellen 10, beispielsweise stehend nebeneinander, angeordnet. Zwischen den Energiespeicherzellen 10 verlaufen dabei beispielsweise Kühlelemente, zusätzlich oder alternativ kann aber auch von anderen Seiten gekühlt werden.
Die Fig. 1b zeigt in einer schematischen Ansicht eine Stützstruktur 20, welche eine Anordnungsfläche 22 aufweist. Auf der Anordnungsfläche 22 soll eine Vielzahl von Energiespeicherzellen 10, wie aus der Fig. 1a bekannt, angeordnet bzw. insbesondere befestigt werden, bevorzugt mittels Klebstoff. Die Stützstruktur weist im Wesentlichen quer zur Anordnungsfläche 22 eine Vielzahl von Öffnungen oder Ausnehmungen 24 auf. Jeweils in Verlängerung dieser Öffnungen bzw. Ausnehmungen 24 ist jeweils eine Energiespeicherzelle 10 angeordnet. Somit liegen die Entgasungsventile jeweils im Bereich der Öffnungen 24, sodass mit Vorteil im Schadensfall ein Entgasen möglich ist. Die Ausnehmungen/Öffnungen 24 bzw. die Energiespeicherzellen 10 erstrecken sich entlang von Längsachsen L. Entlang dieser Längsachsen L erfolgt auch die Anordnung der Energiespeicherzellen 10, vgl. die Anordnungsrichtung A, welche über entsprechende Pfeile skizziert ist. Vorteilhafterweise erfolgt nun die Anordnung der Energiespeicherzellen 10 mittelbar über die Montageelemente 42 der Tragstruktur 40. Die Energiespeicherzellen 10 liegen vorteilhafterweise stirnseitig an dem Montageelement 42 an, wodurch der mittlere Bereich der Energiespeicherzellen 10, vgl. die Maskierbereiche 14, abgedeckt ist. Zu erkennen ist, dass in dem in der Fig. 1b gezeigten Zustand die Montageelemente 42 stirnseitig noch über die Anordnungsfläche 22 hinausragen. Zu diesem Zeitpunkt ist zweckmäßigerweise auf der Anordnungsfläche 22 und/oder auf der Unterseite der Energiespeicherzellen 10 bereits Klebstoff aufgetragen (hier nicht dargestellt). Die Energiespeicherzellen 10 werden nun entlang der Anordnungsrichtung A in Richtung der Anordnungsfläche 22 verfahren, wobei sie die Montageelemente 42 kontaktieren und dabei bereichsweise maskiert sind.
Fig. 2 zeigt im Wesentlichen die aus der Fig. 1b bekannte Anordnung, wobei die Energiespeicherzellen 10 die Anordnungsfläche 22 der Stützstruktur 20 kontaktieren. Gerade in diesem Zustand erfolgt ein seitliches Verdrängen des aufgebrachten Klebstoffs. Da die Energiespeicherzellen 10 bereichsweise über die Montageelemente 42 abgedeckt sind, bleiben die Maskierbereiche 14, vgl. diesbezüglich auch die Fig. 1 a, frei von Klebstoff. Die T ragstruktur 40 wird nun weiter entlang der Anordnungsrichtung A aus der Stützstruktur herausgezogen oder über die Energiespeicherzellen 10 verlagert, vgl. diesbezüglich die Figuren 3a und 3b.
Beim Herausziehen bzw. allgemein „Verlagern“ der Montageelemente 42 bzw. der Tragstruktur 40 aus der Stützstruktur 20, vgl. beispielsweise die Fig. 3a, kann es dazu kommen, dass Klebstoff, welcher an den Montageelementen 42 anhaftet, seitlich innerhalb der Öffnungen 24 abgestriffen wird. Dies ist allerdings unproblematisch.
Fig. 3b zeigt den Zustand, in welchem die Energiespeicherzellen 10 vollständig auf der Stützstruktur 20 angeordnet sind. Die Stützstruktur 20 ist beispielsweise aus einem Kunststoff gefertigt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird beispielsweise zum Formen der Stützstruktur 20 ein geschäumter Kunststoff verwendet. Dieses Material ist sehr leicht und kann im Crash-Fall viel Energie aufnehmen. Eine Anordnung wie in der Fig. 3b zu sehen, umfassend eine Vielzahl von Energiespeicherzellen, angeordnet auf einer Stützstruktur, ist beispielsweise auf einem Gehäuseunterteil eines Energiespeichers angeordnet bzw. befestigt. Die Befestigung der Stützstruktur am Gehäuseunterteil kann beispielsweise mittels Klebstoff erfolgen. Durch diese Anordnung wird die Struktur des Gehäuseunterteils mittelbar über die Stützstruktur 20 verstärkt. Zum Schließen des Gehäuses ist ein entsprechendes Gehäuseoberteil vorgesehen, welches in Richtung Fahrgastraum orientiert ist, wenn die Energiespeicherzelle bei einem Personenkraftwagen verwendet wird. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die Energiespeicher der in Rede stehenden Art vorliegend zweckmäßigerweise für Landfahrzeuge, wie für Personenkraftwagen, Krafträder und/oder auch Nutzfahrzeuge verwendet werden.
Fig. 4 zeigt in einer Draufsicht eine Stützstruktur 20, wobei eine Anordnungsfläche 22 sowie eine Vielzahl von Öffnungen bzw. Ausnehmungen 24 zu erkennen ist. Diese sind vorliegend rund, insbesondere kreisrund ausgebildet, wobei die Form nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt ist. Beispielhaft dargestellt ist in der linken oberen Ecke, dass um eine Öffnung 24 herum Klebstoff 25 aufgetragen ist. Durch diese ringförmige Fläche erfolgt die Befestigung einer hier nicht gezeigten Energiespeicherzelle. In der gleichen Weise kann Klebstoff um die anderen Öffnungen 24 herum aufgetragen sein. Alternativ kann auch die ganze Anordnungsfläche 22 mit Klebstoff benetzt werden, da die Energiespeicherzellen vorteilhafterweise über die Montageelemente maskiert werden.
Bezugszeichenliste
10 Energiespeicherzelle
12 Kontaktfläche 14 Maskierbereich
20 Stützstruktur
22 Anordnungsfläche
24 Öffnung, Ausnehmung
25 Klebstoff 40 T ragstruktur
42 Montageelement
A Anordnungsrichtung
L Längsachse

Claims

Ansprüche Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Energiespeichers, umfassend die Schritte:
Bereitstellen einer Stützstruktur zur Anordnung zumindest einer Energiespeicherzelle (10), wobei die Stützstruktur (20) eine Anordnungsfläche (22) zur Anordnung zumindest einer Energiespeicherzelle (10) umfasst und wobei die Stützstruktur (20) zumindest eine Öffnung (24) aufweist o- der ausbildet, welche sich quer zur Anordnungsfläche (22) erstreckt;
Verwenden der zumindest einen Öffnung (24) zur Anordnung eines entlang einer Längsachse (L) der Öffnung (24) verlagerbaren Montageelements (42);
Anordnen einer Energiespeicherzelle (10) auf dem Montageelement (42), wodurch ein Bereich (14) der Energiespeicherzelle (10) abgedeckt wird; Anordnen der Energiespeicherzelle (10) auf der Anordnungsfläche (22) über ein Verlagern des Montageelements (42) und/oder der Stützstruktur (20) zueinander, wobei der vorgenannte Bereich (14) der Energiespeicherzelle (10) bis zum Kontakt derselben mit der Anordnungsfläche (22) über das Montageelement (42) abgedeckt wird. Verfahren nach Anspruch 1 , umfassend den Schritt:
Aufbringen von Klebstoff auf eine Kontaktfläche (12) der Energiespeicherzelle (10) und/oder die Anordnungsfläche (22). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, umfassend den Schritt:
Aufbringen von Klebstoff um den Rand der zumindest einen Öffnung (24) herum. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Montageelement (42) eine Vielzahl von Maskierflächen umfasst.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte:
Bereitstellen einer Tragstruktur (40), umfassend eine Vielzahl von Montageelementen (42);
Anordnen der Stützstruktur (20) auf der T ragstruktur (40);
Anordnen von Energiespeicherzellen (10) auf den Montageelementen (42), welche über die die Anordnungsfläche (22) hinausragen.
6. Verfahren nach Anspruch 5, umfassend den Schritt:
Verlagern der Tragstruktur (40) und/oder der Stützstruktur (20) zum Anordnen der Energiespeicherzellen (10) auf der Anordnungsfläche (22).
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend den Schritt:
Verlagern der Montageelemente (42) über die Anordnung der Energiespeicherzellen (10).
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt:
Entfernen des zumindest einen Montageelements (42) von oder aus der Stützstruktur (20) nach dem Anordnen der zumindest einen Energiespeicherzelle (10).
9. Energiespeicher, umfassend eine Vielzahl von Energiespeicherzellen (10), hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der Stützstruktur (20) eine Vielzahl von Energiespeicherzellen (10) angeordnet, insbesondere befestigt, ist.
10. Energiespeicher nach Anspruch 9, wobei die Stützstruktur (20) aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem geschäumten Kunststoff, gefertigt ist.
11 . Energiespeicher nach Anspruch 9 oder 10, umfassend ein Gehäuse, an welchem die Stützstruktur (20) form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssig, befestigt ist. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend eine Tragstruktur (40), welche zumindest ein Montageelement (42) aufweist, welches sich entlang einer Längsachse (L) erstreckt und endseitig eine Maskierfläche aufweist, welche ausgelegt und geformt ist, einen Bereich (14) oder Abschnitt einer Energiespeicherzelle (10) abzudecken. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Maskierfläche eine Struktur und/oder Beschichtung aufweist. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Montageelement (42) entlang der Längsachse (L) die Form der Maskierfläche aufweist. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Montagelement (42) ein Stegelement umfasst, welches endseitig ein tellerförmiges Element aufweist, an welchem die Maskierfläche ausgebildet ist.
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