WO2024115021A1 - Verfahren zur montage einer zellstack-anordnung - Google Patents

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WO2024115021A1
WO2024115021A1 PCT/EP2023/080026 EP2023080026W WO2024115021A1 WO 2024115021 A1 WO2024115021 A1 WO 2024115021A1 EP 2023080026 W EP2023080026 W EP 2023080026W WO 2024115021 A1 WO2024115021 A1 WO 2024115021A1
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battery cells
slide
cell stack
frame
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PCT/EP2023/080026
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Michael Rabuser
Sandra SCHUMANN
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Audi Ag
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B7/00—Presses characterised by a particular arrangement of the pressing members
    • B30B7/02—Presses characterised by a particular arrangement of the pressing members having several platens arranged one above the other

Definitions

  • the invention relates to a method for assembling a cell stack arrangement according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a device for assembling a cell stack arrangement according to claim 10.
  • a modern motor vehicle traction battery has a battery housing in which at least one cell stack arrangement is inserted.
  • a predefined number of battery cells which are stacked one behind the other in a stacking direction, form a cell stack of the cell stack arrangement.
  • the battery cells of a first cell stack are inserted into a first cell receiving space of the device.
  • the battery cells are then pressed between two cell stack plates, specifically between an abutment plate and an intermediate plate, to a desired stack length under the influence of a pressing force acting in the stacking direction and fixed by means of a hold-down yoke.
  • the battery cells of a further cell stack are then inserted into a further cell receiving space of the device, with the further cell receiving space being arranged behind the intermediate plate in the stacking direction.
  • the battery cells of the further cell stack are then also pressed between a pressing plate and the intermediate plate to the desired stack length under the influence of the pressing force and fixed by means of a further hold-down yoke.
  • DE 10 2020 213 475 A1 discloses a battery module.
  • DE 10 2012 014 775 A1 discloses a device for arranging battery modules in a vehicle battery.
  • DE 10 2009 005 124 A1 discloses an electrochemical energy storage device.
  • the object of the invention is to provide a method for assembling a cell stack arrangement with which the required process time for assembling the cell stack arrangement can be shortened.
  • a method for assembling a cell stack arrangement which has at least two cell stacks comprising: a provision step in which a device for assembling the cell stack arrangement is provided, and an assembly step in which first battery cells are inserted into a first cell receiving space of the device.
  • a provision step in which a device for assembling the cell stack arrangement is provided
  • an assembly step in which first battery cells are inserted into a first cell receiving space of the device.
  • the method has a common pressing step in which both the first battery cells are compressed to a target stack length to form a first cell stack and the second battery cells are compressed to Formation of a second cell stack is pressed to the target stack length.
  • the target stack length for the first cell stack and for the second cell stack is identical. It can be provided that the target stack length is identical for all cell stacks of the cell stack arrangement.
  • the target stack length corresponds to a pitch of a cell stack and/or is referred to as a pitch of a cell stack.
  • a cell stack corresponds to a battery cell stack and/or is referred to as a battery cell stack.
  • first battery cells are inserted into the first cell receiving space of the device
  • second battery cells are inserted into the second cell receiving space of the device.
  • the device has a frame with a frame base and a frame cover, which are preferably connected to one another via frame struts.
  • the frame base can be at the bottom in the direction of gravity, whereas the frame cover can be at the top in the direction of gravity.
  • the frame base and frame cover can also be arranged in reverse. This means that the frame base can be at the top in the direction of gravity and the frame cover can be at the bottom in the direction of gravity.
  • the term common pressing step is to be understood in such a way that each cell stack of the cell stack arrangement is pressed to the desired stack length in a single, i.e. common pressing step, preferably equally and/or simultaneously.
  • the first battery cells are pressed between an intermediate plate, preferably arranged in the device, and an abutment plate, preferably adjacent to the intermediate plate and/or arranged in the device, and that in the joint pressing step the second battery cells are pressed between a press plate, preferably arranged in the device, and the intermediate plate.
  • the joint pressing step not only are the battery cells each pressed to the desired stack length, but the press plate, the abutment plate and the intermediate plate are also pressed.
  • the abutment plate and/or the at least one intermediate plate and/or the press plate are components of the cell stack arrangement.
  • the intermediate plate viewed in the device and/or in the stacking direction, is arranged between the press plate and the abutment plate.
  • the method has a clamping step in which the cell stacks pressed to the target stack length are fixed and/or held.
  • the cell stacks pressed to the target stack length are fixed and/or held in that a clamping band is clamped, preferably under pre-tension, around the press and the abutment plate during the clamping step, so that the clamping band preferably has the shape of a rectangular ring when viewed from above.
  • the clamping band is welded to the press and/or the abutment plate during the clamping step.
  • the intermediate plate and the pressing plate are each mounted on a frame of the device so that they can move along a stacking direction, preferably a stacking direction of the battery cells and/or the cell stacks, wherein it is preferably provided that the abutment plate is fixed, preferably indirectly, in a positionally and orientationally fixed manner to the frame of the device.
  • the joint pressing step can be carried out in and by means of the device.
  • the device thus fulfils a dual function.
  • a first function of the dual function is that the battery cells are stacked one behind the other in the device and are picked up by the device.
  • a second function of the dual function is that the joint pressing step can also be carried out with the device at the same time.
  • a stack length preferably an actual stack length and/or the desired stack length, extends along and/or parallel to the stacking direction of the battery cells.
  • the cell stacks preferably just like the battery cells, are arranged one behind the other in the stacking direction at the beginning and after the joint pressing step. After the battery cells have been inserted into the cell receiving spaces and/or at the beginning of the pressing step, the battery cells assigned to a cell receiving space can have an actual stack length.
  • the intermediate plate is movably mounted on a frame of the device, preferably on a frame base of the frame, with the interposition of a lower intermediate slide, and that the intermediate plate is preferably movably mounted on a frame of the device, preferably on a frame cover of the frame, with the interposition of an upper intermediate slide.
  • the slides By arranging the slides in between, it is possible to process conventional intermediate and/or cell stack plates in the device. This means that the cell stack plates themselves do not have to be designed to be relatively can be moved to the frame of the device. This is done by means of the slides.
  • the intermediate plate is guided better on the frame of the device. In particular, tilting of the intermediate plate can be easily prevented in this way.
  • the press plate is movably mounted on the frame base with the interposition of a lower press slide, and that the press plate is preferably movably mounted on a frame cover of the frame of the device with the interposition of an upper press slide.
  • the interposition of the slides makes it possible to process conventional press plates in the device. This means that the press plates themselves do not have to be designed to be able to be moved relative to the frame of the device. This is done by means of the slides.
  • the interposition of one slide each on the frame base and on the frame cover results in improved guidance of the press plate on the frame of the device compared to just one slide. In particular, tilting of the press plate can be easily prevented in this way.
  • the lower press carriage and the lower intermediate carriage are coupled in terms of movement via at least one lower driver element, in such a way that a displacement of the lower press carriage in the stacking direction, preferably under the influence of a pressing force, until it rests against a lower press carriage end stop, equally leads to a displacement of the lower intermediate carriage until it rests against a lower intermediate carriage end stop.
  • the driver element provides the movement coupling between the press carriage and the intermediate carriage, so that in the fully assembled cell stack arrangement it is ensured that all cell stacks of the cell stack arrangement have the desired stack length and that the cell stack plates and/or the battery cells are in predefined positions in all cell stack arrangements assembled with the device. This simplifies the electrical Contacting the battery cells of a battery having the cell stack arrangement.
  • the pressing force acts along and/or parallel to the stacking direction.
  • the upper press slide and the upper intermediate slide are coupled in terms of movement via at least one upper driver element, in such a way that a displacement of the upper press slide, preferably under the influence of a pressing force, until it rests against an upper press slide end stop equally leads to a displacement of the upper intermediate slide until it rests against an upper intermediate slide end stop.
  • third battery cells are inserted into a third cell receiving space of the device, and that in the joint pressing step, preferably additionally, the third battery cells are pressed to the desired stack length to form a third cell stack.
  • the method can therefore also be used to assemble cell stack arrangements with three or more cell stacks in a simple and cost-effective manner.
  • the third battery cells are pressed between the intermediate plate and a further intermediate plate, preferably adjacent to the intermediate plate, and that in the joint pressing step the third battery cells are pressed between the intermediate plate and the further intermediate plate.
  • the further intermediate plate can be arranged in the device between the intermediate plate and the abutment plate.
  • the third cell receiving space preferably viewed in the stacking direction of the battery cells, is arranged between the first cell receiving space and the second cell receiving space.
  • the third cell receiving space viewed in the stacking direction of the battery cells, is arranged between the intermediate plate and the further intermediate plate and is preferably delimited by them.
  • the further intermediate plate is displaceably mounted on the frame of the device, preferably on the frame base of the frame, with the interposition of a further, lower intermediate slide, and that preferably the further intermediate plate is displaceably mounted on the frame of the device, preferably on the frame cover of the frame, with the interposition of a further, upper intermediate slide.
  • the lower intermediate slide and the further, lower intermediate slide are coupled in terms of movement via at least one further, lower driver element, in such a way that a displacement of the lower intermediate slide in the stacking direction, preferably under the action of the pressing force, until it rests against a lower intermediate slide end stop, equally leads to a displacement of the further, lower intermediate slide until it rests against a further, lower intermediate slide end stop.
  • the upper intermediate slide and the further upper intermediate slide are coupled in terms of movement via at least one further upper driver element, in such a way that a displacement of the upper intermediate slide, preferably under the action of the pressing force, until it rests against an upper intermediate slide end stop equally leads to a displacement of the further upper intermediate slide until it rests against a further upper intermediate slide end stop.
  • the lower driver element and the further, lower driver element are connected to one another to form a lower driver rod.
  • the upper driver element and the further, upper driver element are connected to one another to form an upper driver rod.
  • the lower intermediate slide has an opening through which the lower driver rod is guided.
  • the upper intermediate slide has an opening through which the upper driver rod is guided.
  • the lower driver rod has a driver element, by means of which driver element a movement coupling between the lower driver rod and the lower intermediate slide is produced and/or can be produced.
  • the upper driver rod has a driver element, by means of which driver element a movement coupling between the upper driver rod and the upper intermediate slide is produced and/or can be produced.
  • the first battery cells, the second battery cells and the third battery cells are of identical construction.
  • a device for assembling a cell stack arrangement preferably as described above, is also proposed.
  • Fig. 1 shows a purely schematic side view of an assembly device with an intermediate slide
  • Fig. 2 to 5 each show, in a purely schematic side view, the assembly device according to Fig. 1 after different method steps of a method for assembling a cell stack arrangement
  • Fig. 6 shows a purely schematic side view of the assembly device with a further intermediate slide
  • Fig. 7 in a purely schematic side view the mounting device of Fig. 6 with connected driver elements
  • Fig. 8 shows a top view of the cell stack arrangement assembled using the method of Figs. 2 to 5.
  • Figure 8 shows a cell stack arrangement 1 in a view from above.
  • the cell stack arrangement 1 has, merely as an example, a first cell stack 3 and a second cell stack 5.
  • Both the first cell stack 3 and the second cell stack 5 here have, merely as an example, eight battery cells 7, 8 that are stacked one behind the other in a stacking direction S.
  • the first cell stack 3 is arranged between an abutment plate 9 and an intermediate plate 11.
  • the second cell stack 5 is arranged between the intermediate plate 11 and a press plate 13.
  • the first 3 and the second cell stack 5 are separated from each other only by the interposition of the intermediate plate 11.
  • the first cell stack 3 and the second cell stack 5 are arranged one behind the other in the stacking direction S.
  • the intermediate plate 11, the plates 9 and 13 and the battery cells 7, 8 are held together by a clamping band 15 which is welded to both the abutment plate 9 and the press plate 13.
  • Cell stack arrangements with more than two cell stacks can be constructed in the same way. With a number n of cell stacks, such cell stack arrangements have n-1 intermediate plates, one of which is arranged between two adjacent cell stacks. Cell stack arrangements with more than Two cell stacks also have the abutment plate 9 and the press plate 13.
  • a method for assembling the cell stack arrangement 1 is described below with reference to Figures 2 to 5, specifically with a device 17 as shown in Figure 1.
  • the assembly of the cell stack arrangement 1 with only the two individual stacks 3 and 5 is described purely as an example and for reasons of better clarity.
  • cell stack arrangements with more than two cell stacks can also be produced using the method and the device 17.
  • Figure 1 shows the device 17 in a purely schematic side view.
  • the device 17 has a frame 19 with a frame base 21 and a frame cover 23, which are connected to one another via frame struts 25 of the frame 19.
  • the frame 19 is formed by a skeleton frame, so that neither the frame base 21 nor the frame cover 23 are designed to have a closed surface.
  • the device 17 has an abutment element 27 on the base side and firmly connected to the frame base 21, as well as an abutment element 29 on the cover side and firmly connected to the frame cover 23.
  • the abutment elements rest on a front frame strut 25.
  • the device 17 has a lower intermediate slide 31 which is mounted on the frame base 21 so as to be displaceable in the stacking direction S.
  • the device 17 has an upper intermediate slide 33 which is mounted on the frame cover 23 so as to be displaceable in the stacking direction S and is assigned to the lower intermediate slide 31.
  • the device 17 has a lower press carriage 35 which is mounted on the frame base 21 so as to be displaceable in the stacking direction S.
  • the device 17 has an upper press carriage 37 which is displaceable in the stacking direction S is slidably mounted on the frame cover 23 and is assigned to the lower press carriage 35.
  • a lower driver element 39 is arranged between the lower press carriage 35 and the lower intermediate carriage 31.
  • an upper driver element 41 is arranged between the upper press carriage 37 and the upper intermediate carriage 35.
  • the driver elements 39 and 41 are rigid when viewed in their longitudinal direction.
  • the lower intermediate slide 31 is assigned a lower intermediate slide end stop 43.
  • the upper intermediate slide 33 is assigned an upper intermediate slide end stop 45.
  • the lower press slide 35 is assigned a lower press slide end stop 47.
  • the upper press slide 37 is assigned an upper press slide end stop 49.
  • the end stops 43, 45, 47 and 49 are each fixed to the frame 19.
  • the press slides 35 and 37 and the abutment elements 27 and 29 each have at least one plate holder 51 for the abutment plate 9 or the press plate 13.
  • the intermediate slides 31 and 33 each have an intermediate plate holder 53 for the intermediate plate 11.
  • the abutment plate 9, the press plate 13 and each intermediate plate form a cell stack plate of the cell stack arrangement 1.
  • the holders 51 and 53 are indicated in Figures 1 to 7 by the dashed lines at the upper and lower ends of the cell stack plates.
  • the device 17 for assembling the cell stack arrangement 1 is first prepared in a preparation step.
  • An assembly step is then carried out in which the cell stack plates are inserted into the device 17.
  • the intermediate plate 11 is placed on the intermediate plate holders 53 of the intermediate slides 31 and 33 so that the intermediate slides 31 and 33 are connected to one another via the intermediate plate 11.
  • the press plate 13 is placed on the plate holders 51 of the press slides 35 and 37 so that the press slides 35 and 37 are connected by means of the press plate 13.
  • the abutment plate 9, together with the intermediate plate 11, delimits a first cell receiving space 55 of the device 17 and the press plate 5, together with the intermediate plate 11, delimits a second cell receiving space 57 of the device 17, as shown in Figure 2.
  • first battery cells 7 are inserted into the first cell receiving space 55 and eight second battery cells 8 are inserted into the second cell receiving space 57.
  • the battery cells 7, 8 are stacked one behind the other in the stacking direction S. The state after the battery cells 7, 8 have been inserted into the cell receiving spaces 55 and 57 is shown in Figure 3.
  • a common pressing step takes place in which the battery cells 7, 8 are each pressed into a cell stack 3, 5 with a target stack length L in the stacking direction S.
  • the target stack length L can also be referred to as a pitch.
  • An actual stack length of each cell stack 3, 5 is identical to the target stack length L after completion of the common pressing step.
  • the target stack length L is the same for all cell stacks 3, 5 of the cell stack arrangement 1.
  • the press slides 35 and 37 together with the press plate 13 are pressed in the direction of the abutment plate 9 under the influence of a pressing force F.
  • the press slides 35 and 37 together with the press plate 13 and the intermediate slides 31 and 33 together with the intermediate plate 11 can move to different distances in the direction of the abutment plate 9, depending on the different spring behavior of the two cell stacks 3 and 5, specifically the first battery cells 7 and/or the second battery cells 8.
  • the driver elements 39 and 41 are provided.
  • the lower press slide 35 is coupled in motion to the lower intermediate slide 31 in such a way that the lower driver element 39 comes into contact with both the lower press slide 35 and the lower intermediate slide 31 during the joint pressing step, as shown in Figure 4.
  • the upper press slide 37 is coupled in motion to the upper intermediate slide 33 in such a way by means of the upper driver element 41 that the upper driver element 41 comes into contact with both the upper press slide 37 and the upper intermediate slide 33 during the joint pressing step, as shown in Figure 4.
  • pressing step are each pressed to the target stack length L, insofar as each of the press carriages 35 and 37 is in contact with the press carriage end stop 47 or 49 assigned to it.
  • the state at the end of the common pressing step, in which both cell stacks 3 and 5 are each pressed to the target stack length L, is shown in Figure 5.
  • the device 17 has a further, lower intermediate slide 61 and a further, upper intermediate slide 63.
  • the further intermediate slides 61 and 63 like the intermediate slides 31 and 33, are mounted on the frame 19 so that they can move in the stacking direction S.
  • the intermediate slide 61 is assigned a further, lower intermediate slide end stop 65, which is fastened to the frame 19.
  • the intermediate slide 63 is assigned a further, upper intermediate slide end stop 67, which is fastened to the frame 19.
  • a further intermediate plate 68 is inserted into the device 17.
  • the intermediate plate 68 is placed on the intermediate plate holders 53 of the further intermediate slides 61 and 63. so that the intermediate slides 61 and 63 are connected to each other via the further intermediate plate 68.
  • third battery cells 70 for the third cell stack 59 are also inserted into a third cell receiving space 69 of the device 17.
  • a further lower driver element 71 is provided between the lower intermediate slide 31 and the further lower intermediate slide 61.
  • a further upper driver element 73 is provided between the upper intermediate slide 33 and the further upper intermediate slide 63.
  • the further driver elements 69 and 71 function in the same way as the driver elements 39 and 41.
  • the press slides 35 and 37 together with the press plate 13 are pressed in the direction of the abutment plate 9 under the action of the pressing force F.
  • the press slides 35 and 37 together with the press plate 13 on the one hand and the intermediate slides 31 and 33 together with the intermediate plate 11 as well as the further intermediate slides 61 and 63 together with the further intermediate plate 68 can move to different distances in the direction of the abutment plate 9, depending on the different spring behavior of the cell stacks 3, 5 and 59, specifically the battery cells 7, 8 and 70.
  • the driver elements 71 and 73 are additionally provided.
  • the lower intermediate slide 31 is coupled in motion to the further, lower intermediate slide 61 in such a way that the further, lower driver element 71 comes into contact with both the lower intermediate slide 31 and the further, lower intermediate slide 61 during the joint pressing step.
  • the upper intermediate slide 33 is coupled in motion to the further, upper intermediate slide 63 in such a way that the further, upper driver element 73 comes into contact with both the upper intermediate slide 33 and the further, upper intermediate slide 63 during the common pressing step.
  • the press slides 35 and 37 are pressed together with the press plate 13 in the direction of the abutment plate 9 until each of the press slides 35 and 37 is in contact with the press slide end stop 47 or 49 assigned to it. Due to the movement coupling via the driver elements 39 and 41, each of the intermediate slides 31 and 33 also comes into contact with the intermediate slide end stop 43 or 45 assigned to it. In addition, due to the movement coupling via the further driver elements 71 and 73, each of the further intermediate slides 61 and 63 also comes into contact with the further intermediate slide end stop 65 or 67 assigned to it.
  • the lower driver elements 39 and 71 can be connected to one another in the stacking direction S to form a lower driver rod 75.
  • the lower driver rod 75 is guided through an opening in at least one lower intermediate slide, here the lower intermediate slide 31.
  • the lower driver rod 75 has a driver element 79 for each intermediate slide, here the lower intermediate slide 31, through which the lower driver rod 75 is guided.
  • a movement coupling between the lower driver rod 75 and the respectively assigned lower intermediate slide 31 is produced via the driver element 79 during the joint pressing step.
  • the upper driver elements 41 and 73 can be connected to one another in the stacking direction S to form an upper driver rod 77.
  • the upper driver rod 77 is guided through an opening in at least one upper intermediate slide, here the upper intermediate slide 33.
  • the upper driver rod 77 has a driver element 79 for each intermediate slide, here the upper intermediate slide 33, through which the upper driver rod 77 is guided.
  • a movement coupling between the upper driver rod 77 and the respectively assigned upper intermediate slide 33 is established via the driver element 79 during the joint pressing step.
  • the driver rods 75 and 77 are subjected to compression in the direction of the abutment plate 9 and under the influence of the pressing force F.
  • the driver rods 75 and 77 can also be subjected to tension in the direction of the abutment plate 9, whereby the cell stacks 3, 5 and 59 can also be pressed to the target stack length L during the joint pressing step.
  • the pressing force F acts as a tensile force.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage einer Zellstack-Anordnung, die wenigstens zwei Zellstacks aufweist, mit: einem Bereitstellungsschritt, bei dem eine Vorrichtung zur Montage der Zellstack-Anordnung bereitgestellt wird, und einem Bestückungsschritt, bei dem erste Batteriezellen (7) in einen ersten Zell-Aufnahmeraum (55) der Vorrichtung eingesetzt werden. Erfindungsgemäß werden bei dem Bestückungsschritt zweite Batteriezellen (8) in einen zweiten Zell-Aufnahmeraum (57) der Vorrichtung eingesetzt, und das Verfahren weist einen gemeinsamen Verpressschritt auf, bei dem sowohl die ersten Batteriezellen (7) unter Bildung eines ersten Zellstacks auf eine Soll-Stapellänge als auch die zweiten Batteriezellen (8) unter Bildung eines zweiten Zellstacks auf die Soll- Stapellänge verpresst werden.

Description

Verfahren zur Montage einer Zellstack-Anordnung
BESCHREIBUNG:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage einer Zellstack-Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 . Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Montage einer Zellstack-Anordnung nach dem Anspruch 10.
Eine moderne Kraftfahrzeug-Traktionsbatterie weist ein Batteriegehäuse auf, in dem wenigstens eine Zellstack-Anordnung eingesetzt ist. Jeweils eine vordefinierte Anzahl an Batteriezellen, die in einer Stapelrichtung hintereinander gestapelt sind, bilden dabei einen Zellstack der Zellstack-Anordnung. Mehrere in der Stapelrichtung hintereinander angeordnete und unter Zwischenlage von Zellstackplatten voneinander abgegrenzte Zellstacks bilden zusammen die Zellstack-Anordnung.
Bei einem gattungsgemäßen Verfahren zur Montage einer Zellstack-Anordnung werden die Batteriezellen eines ersten Zellstacks in einen ersten Zell- Aufnahmeraum der Vorrichtung eingesetzt. Anschließend werden die Batteriezellen zwischen zwei Zellstackplatten, konkret zwischen einer Widerlagerplatte und einer Zwischenplatte, unter Einwirkung einer in Stapelrichtung wirkenden Presskraft auf eine Soll-Stapellänge verpresst und mittels eines Niederhaltejochs fixiert. Anschließend werden die Batteriezellen eines weiteren Zellstacks in einem weiteren Zell-Aufnahmeraum der Vorrichtung eingesetzt, wobei der weitere Zell-Aufnahmeraum in Stapelrichtung hinter der Zwischenplatte angeordnet ist. Die Batteriezellen des weiteren Zellstacks werden dann zwischen einer Pressplatte und der Zwischenplatte unter Einwirkung der Presskraft ebenfalls auf die Soll-Stapellänge verpresst und mittels eines weiteren Niederhaltejochs fixiert. Weitere Zellstacks werden bei dem Verfahren auf dieselbe Weise nacheinander verpresst und zwar solange, bis alle Zellstacks der Zellstack-Anordnung nacheinander auf die Soll-Stapellänge verpresst sind. Die einzelnen Zellstacks sowie die Zellstackplatten werden anschließend mittels eines Spannbandes miteinander verbunden.
Einer der Nachteile dieses Verfahrens besteht darin, dass die Montage der Zellstack-Anordnung viele Einzelschritte erforderlich macht und daher zeitintensiv ist. Denn das während der Montage der Zellstack-Anordnung mehrmals hintereinander notwendige Verpressen und Fixieren der einzelnen Zellstacks wirkt sich negativ auf die Prozesszeit zur Montage der Zellstack- Anordnung aus.
Die DE 10 2020 213 475 A1 offenbart ein Batteriemodul. Aus der DE 10 2012 014 775 A1 ist eine Vorrichtung zur Anordnung von Batteriemodulen in einer Fahrzeugbatterie bekannt. Die DE 10 2009 005 124 A1 offenbart eine elektrochemische Energiespeichervorrichtung.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Montage einer Zellstack-Anordnung bereitzustellen, mit der die erforderliche Prozesszeit zur Montage der Zellstack-Anordnung verkürzbar ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Erfindungsgemäß vorgeschlagen ist ein Verfahren zur Montage einer Zellstack-Anordnung, die wenigstens zwei Zellstacks aufweist, mit: einem Bereitstellungsschritt, bei dem eine Vorrichtung zur Montage der Zellstack-Anordnung bereitgestellt wird, und einem Bestückungsschritt, bei dem erste Batteriezellen in einen ersten Zell-Aufnahmeraum der Vorrichtung eingesetzt werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei dem Bestückungsschritt zweite Batteriezellen in einen zweiten Zell-Aufnahmeraum der Vorrichtung eingesetzt werden, und dass das Verfahren einen gemeinsamen Verpressschritt aufweist, bei dem sowohl die ersten Batteriezellen unter Bildung eines ersten Zellstacks auf eine Soll-Stapellänge als auch die zweiten Batteriezellen unter Bildung eines zweiten Zellstacks auf die Soll- Stapellänge verpresst werden. Mit dem gemeinsamen Verpressschritt ist es im Vergleich zum Stand der Technik möglich, die Zellstack-Anordnung besonders zeiteffizient zu montieren, da für das Verpressen jedes Zellstacks auf die Soll-Stapellänge nicht mehr mehrere nacheinander und zeitlich voneinander beabstandete Verpressschritte erforderlich sind. Stattdessen ist nur noch ein einziger Verpressschritt, das heißt der gemeinsame Verpresssschritt, erforderlich.
Beispielhaft kann vorgesehen sein, dass die Soll-Stapellänge für den ersten Zellstack und für den zweiten Zellstack identisch ist. Es kann vorgesehen sein, dass die Soll-Stapellänge für alle Zellstacks der Zellstack-Anordnung identisch ist.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Soll-Stapellänge einem Stichmaß eines Zellstacks entspricht und/oder als Stichmaß eines Zellstacks bezeichnet wird. Beispielhaft kann vorgesehen sein, dass ein Zellstack einem Batteriezellenstapel entspricht und/oder als Batteriezellenstapel bezeichnet wird.
Beispielhaft kann vorgesehen sein, dass bei dem Bestückungsschritt zwei oder mehrere, vorzugsweise acht, erste Batteriezellen in den ersten Zell-Aufnahmeraum der Vorrichtung eingesetzt werden, und/oder dass bei dem Bestückungsschritt zwei oder mehrere, vorzugsweise acht, zweite Batteriezellen in den zweiten Zell-Aufnahmeraum der Vorrichtung eingesetzt werden.
Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung einen Rahmen mit einem Rahmenboden und einem Rahmendeckel aufweist, die vorzugsweise über Rahmenstreben miteinander verbunden sind. Der Rahmenboden kann in Schwerkraftrichtung unten liegen, wohingegen der Rahmendeckel in Schwerkraftrichtung oben liegen kann. Rahmenboden und Rahmendeckel können auch umgekehrt angeordnet sein. Das heißt, dass der Rahmenboden in Schwerkraftrichtung oben und der Rahmendeckel in Schwerkraftrichtung unten liegen kann. Exemplarisch kann vorgesehen sein, dass die Bezeichnung gemeinsamer Verpressschritt so zu verstehen ist, dass jeder Zellstack der Zellstack-Anordnung bei einem einzigen, das heißt dem gemeinsamen Verpressschritt, vorzugsweise gleichermaßen und/oder gleichzeitig, auf die Soll-Stapellänge verpresst wird.
Konkret kann vorgesehen sein, dass bei dem gemeinsamen Verpressschritt die ersten Batteriezellen zwischen einer, vorzugsweise in der Vorrichtung angeordneten, Zwischenplatte und einer, vorzugsweise zur Zwischenplatte benachbarten und/oder in der Vorrichtung angeordneten, Widerlagerplatte verpresst werden, und dass bei dem gemeinsamen Verpressschritt die zweiten Batteriezellen zwischen einer, vorzugsweise in der Vorrichtung angeordneten Pressplatte und der Zwischenplatte verpresst werden. In dem gemeinsamen Verpressschritt werden somit nicht nur die Batteriezellen jeweils auf die Soll- Stapellänge verpresst, sondern es werden auch die Pressplatte, die Widerlagerplatte und die Zwischenplatte mit verpresst.
Beispielhaft kann vorgesehen sein, dass die Widerlagerplatte und/oder die wenigstens eine Zwischenplatte und/oder die Pressplatte Bestandteile der Zellstack-Anordnung sind. Exemplarisch kann vorgesehen sein, dass die Zwischenplatte, in der Vorrichtung und/oder in Stapelrichtung gesehen, zwischen der Pressplatte und der Widerlagerplatte angeordnet ist.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Verfahren einen Spannschritt aufweist, bei dem die jeweils auf die Soll-Stapellänge verpressten Zellstacks fixiert und/oder gehalten werden. Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die jeweils auf die Soll-Stapellänge verpressten Zellstacks dadurch fixiert und/oder gehalten werden, dass bei dem Spannschritt ein Spannband, vorzugsweise unter Vorspannung, um die Press- und die Widerlagerplatte, gespannt wird, so dass vorzugsweise das Spannband in einer Ansicht von oben die Form eines rechteckförmigen Ringes aufweist. Höchst bevorzugt kann vorgesehen sein, dass bei dem Spannschritt das Spannband mit der Press- und/oder mit der Widerlagerplatte verschweißt wird. Konkret kann vorgesehen sein, dass die Zwischenplatte und die Pressplatte jeweils entlang einer Stapelrichtung, vorzugsweise einer Stapelrichtung der Batteriezellen und/oder der Zellstacks, verschieblich an einem Rahmen der Vorrichtung gelagert sind, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass die Widerlagerplatte, vorzugsweise mittelbar, positions- und lagefest an dem Rahmen der Vorrichtung befestigt ist. Durch die verschiebliche Lagerung einerseits und die rahmenfeste Lagerung andererseits, kann der gemeinsame Verpressschritt in und mittels der Vorrichtung durchgeführt werden. Die Vorrichtung erfüllt somit eine Doppelfunktion. Eine erste Funktion der Doppelfunktion besteht darin, dass die Batteriezellen in der Vorrichtung hintereinander gestapelt und von der Vorrichtung aufgenommen werden. Eine zweite Funktion der Doppelfunktion besteht darin, dass mit der Vorrichtung zugleich auch der gemeinsame Verpressschritt durchführbar ist.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass sich eine Stapellänge, vorzugsweise eine Ist-Stapellänge und/oder die Soll-Stapellänge, entlang und/oder parallel zu der Stapelrichtung der Batteriezellen erstreckt.
Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Zellstacks, vorzugsweise ebenso wie die Batteriezellen, zu Beginn und nach des gemeinsamen Verpressschrittes in der Stapelrichtung hintereinander angeordnet sind. Nach dem Einsetzen der Batteriezellen in die Zell-Aufnahmeräume und/oder zu Beginn des Verpressschrittes können die einem Zell-Aufnahmeraum zugeordneten Batteriezellen eine Ist-Stapellänge aufweisen.
Konkret kann vorgesehen sein, dass die Zwischenplatte unter Zwischenordnung eines unteren Zwischenschlittens an einem Rahmen der Vorrichtung, vorzugsweise an einem Rahmenboden des Rahmens, verschieblich gelagert ist, und dass vorzugsweise die Zwischenplatte unter Zwischenordnung eines oberen Zwischenschlittens an einem Rahmen der Vorrichtung, vorzugsweise an einem Rahmendeckel des Rahmens, verschieblich gelagert ist. Durch die Zwischenordnung der Schlitten ist es möglich, in der Vorrichtung herkömmliche Zwischen- und/oder Zellstackplatten zu verarbeiten. Das heißt, die Zellstackplatten müssen selbst nicht dafür vorgesehen sein, dass sie relativ zum Rahmen der Vorrichtung verschoben werden können. Denn dies geschieht mittels der Schlitten. Durch die Zwischenordnung von jeweils einem Schlitten am Rahmenboden und am Rahmendeckel ergibt sich eine verbesserte Führung der Zwischenplatte an dem Rahmen der Vorrichtung. Insbesondere Verkantungen der Zwischenplatte können dadurch auf einfache Weise verhindert werden.
Beispielhaft kann vorgesehen sein, dass die Pressplatte unter Zwischenordnung eines unteren Pressschlittens an dem Rahmenboden verschieblich gelagert ist, und dass vorzugsweise die Pressplatte unter Zwischenordnung eines oberen Pressschlittens an einem Rahmendeckel des Rahmens der Vorrichtung verschieblich gelagert ist. Durch die Zwischenordnung der Schlitten ist es möglich, in der Vorrichtung herkömmliche Pressplatten zu verarbeiten. Das heißt, die Pressplatten müssen selbst nicht dafür vorgesehen sein, dass sie relativ zum Rahmen der Vorrichtung verschoben werden können. Denn dies geschieht mittels der Schlitten. Durch die Zwischenordnung von jeweils einem Schlitten am Rahmenboden und am Rahmendeckel ergibt sich - im Vergleich zu nur einem Schlitten - eine verbesserte Führung der Pressplatte an dem Rahmen der Vorrichtung. Insbesondere Verkantungen der Pressplatte können dadurch auf einfache Weise verhindert werden.
Exemplarisch kann vorgesehen sein, dass der untere Pressschlitten und der untere Zwischenschlitten über wenigstens ein unteres Mitnehmerelement bewegungsgekoppelt sind, und zwar derart, dass ein Verschieben des unteren Pressschlittens in Stapelrichtung, vorzugsweise unter Einwirkung einer Presskraft, bis in Anlage mit einem unteren Pressschlitten-Endanschlag gleichermaßen zu einem Verschieben des unteren Zwischenschlittens bis in Anlage mit einem unteren Zwischenschlitten-Endanschlag führt. Durch das Mitnehmerelement ist die Bewegungskoppelung zwischen dem Pressschlitten und dem Zwischenschlitten bereitgestellt, so dass bei der fertig montierten Zellstack-Anordnung sichergestellt ist, dass alle Zellstacks der Zellstack-Anordnung die Soll-Stapellänge aufweisen und bei allen mit der Vorrichtung montierten Zellstack-Anordnungen die Zellstackplatten und/oder die Batteriezellen an vordefinierten Positionen stehen. Dies vereinfacht die elektrische Kontaktierung der Batteriezellen einer die Zellstack-Anordnung aufweisenden Batterie.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Presskraft entlang und/oder parallel zu der Stapelrichtung wirkt.
Konkret kann vorgesehen sein, dass der obere Pressschlitten und der obere Zwischenschlitten über wenigstens ein oberes Mitnehmerelement bewegungsgekoppelt sind, und zwar derart, dass ein Verschieben des oberen Pressschlittens, vorzugsweise unter Einwirkung einer Presskraft, bis in Anlage mit einem oberen Pressschlitten-Endanschlag gleichermaßen zu einem Verschieben des oberen Zwischenschlittens bis in Anlage mit einem oberen Zwischenschlitten-Endanschlag führt. Durch das Vorsehen zweier Mitnehmerelemente, dem unterem und dem oberen Mitnehmerelement, kann sichergestellt werden, dass sich die Zwischenplatte bei dem gemeinsamen Verpressschritt exakt parallel zur Widerlagerplatte verschiebt und somit keine Verkantungen der Zwischenplatte auftreten.
Beispielhaft kann vorgesehen sein, dass bei dem Bestückungsschritt dritte Batteriezellen in einen dritten Zell-Aufnahmeraum der Vorrichtung eingesetzt werden, und dass bei dem gemeinsamen Verpressschritt, vorzugsweise zusätzlich, die dritten Batteriezellen unter Bildung eines dritten Zellstacks auf die Soll-Stapellänge verpresst werden. Mit dem Verfahren sind somit auch Zellstack-Anordnungen mit drei oder mehr Zellstacks auf einfache und kosteneffiziente Weise montierbar.
Exemplarisch kann vorgesehen sein, dass bei dem gemeinsamen Verpressschritt die dritten Batteriezellen zwischen der Zwischenplatte und einer, vorzugsweise zur Zwischenplatte benachbarten, weiteren Zwischenplatte verpresst werden, und dass bei dem gemeinsamen Verpressschritt die dritten Batteriezellen zwischen der Zwischenplatte und der weiteren Zwischenplatte verpresst werden. Die weitere Zwischenplatte kann in der Vorrichtung zwischen der Zwischenplatte und der Widerlagerplatte angeordnet sein. Beispielhaft kann vorgesehen sein, dass der dritte Zell-Aufnahmeraum, vorzugsweise in Stapelrichtung der Batteriezellen gesehen, zwischen dem ersten Zell-Aufnahmeraum und dem zweiten Zell-Aufnahmeraum angeordnet ist. Konkret kann vorgesehen sein, dass der dritte Zell-Aufnahmeraum, in Stapelrichtung der Batteriezellen gesehen, zwischen der Zwischenplatte und der weiteren Zwischenplatte angeordnet und vorzugsweise von diesen begrenzt ist.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die weitere Zwischenplatte unter Zwischenordnung eines weiteren, unteren Zwischenschlittens an dem Rahmen der Vorrichtung, vorzugsweise an dem Rahmenboden des Rahmens, verschieblich gelagert ist, und dass vorzugsweise die weitere Zwischenplatte unter Zwischenordnung eines weiteren, oberen Zwischenschlittens an dem Rahmen der Vorrichtung, vorzugsweise an dem Rahmendeckel des Rahmens, verschieblich gelagert ist.
Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der untere Zwischenschlitten und der weitere, untere Zwischenschlitten über wenigstens ein weiteres, unteres Mitnehmerelement bewegungsgekoppelt sind, und zwar derart, dass ein Verschieben des unteren Zwischenschlittens in Stapelrichtung, vorzugsweise unter Einwirkung der Presskraft, bis in Anlage mit einem unteren Zwischenschlitten-Endanschlag gleichermaßen zu einem Verschieben des weiteren, unteren Zwischenschlittens bis in Anlage mit einem weiteren, unteren Zwischenschlitten-Endanschlag führt.
Höchst bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der obere Zwischenschlitten und der weitere, obere Zwischenschlitten über wenigstens ein weiteres, oberes Mitnehmerelement bewegungsgekoppelt sind, und zwar derart, dass ein Verschieben des oberen Zwischenschlittens, vorzugsweise unter Einwirkung der Presskraft, bis in Anlage mit einem oberen Zwischenschlitten-Endanschlag gleichermaßen zu einem Verschieben des weiteren, oberen Zwischenschlittens bis in Anlage mit einem weiteren, oberen Zwischenschlitten-Endanschlag führt. Beispielhaft kann vorgesehen sein, dass das untere Mitnehmerelement und das weitere, untere Mitnehmerelement miteinander zu einer unteren Mitnehmerstange verbunden sind. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das obere Mitnehmerelement und das weitere, obere Mitnehmerelement miteinander zu einer oberen Mitnehmerstange verbunden sind.
Exemplarisch kann vorgesehen sein, dass der untere Zwischenschlitten eine Öffnung aufweist, durch die die untere Mitnehmerstange hindurchgeführt ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der obere Zwischenschlitten eine Öffnung aufweist, durch die die obere Mitnehmerstange hindurchgeführt ist.
Konkret kann vorgesehen sein, dass die untere Mitnehmerstange ein Mitnehmerelement aufweist, mittels welchem Mitnehmerelement eine Bewegungskoppelung zwischen der unteren Mitnehmerstange und dem unteren Zwischenschlitten hergestellt ist und/oder herstellbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die obere Mitnehmerstange ein Mitnehmerelement aufweist, mittels welchem Mitnehmerelement eine Bewegungskoppelung zwischen der oberen Mitnehmerstange und dem oberen Zwischenschlitten hergestellt ist und/oder herstellbar ist.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die ersten Batteriezellen, die zweiten Batteriezellen und die dritten Batteriezellen baugleich ausgeführt sind.
Erfindungsgemäß vorgeschlagen ist auch eine Vorrichtung zur Montage einer, vorzugsweise wie vorbeschriebenen, Zellstack-Anordnung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der beigefügten, schematischen Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 in einer rein schematischen Seitenansicht eine Montagevorrichtung mit einem Zwischenschlitten; Fig. 2 bis 5 jeweils in einer rein schematischen Seitenansicht die Montagevorrichtung gemäß der Fig. 1 nach unterschiedlichen Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Montage einer Zellstack-Anordnung;
Fig. 6 in einer rein schematischen Seitenansicht die Montagevorrichtung mit einem weiteren Zwischenschlitten;
Fig. 7 in einer rein schematischen Seitenansicht die Montagevorrichtung der Fig. 6 mit verbundenen Mitnehmerelementen, und
Fig. 8 in einer Ansicht von oben die mit dem Verfahren der Fig. 2 bis 5 montierte Zellstack-Anordnung.
In der Figur 8 ist in einer Ansicht von oben eine Zellstack-Anordnung 1 dargestellt. Die Zellstack-Anordnung 1 weist lediglich beispielhaft einen ersten Zellstack 3 und einen zweiten Zellstack 5 auf. Sowohl der erste Zellstack 3 als auch der zweite Zellstack 5 weisen hier lediglich beispielhaft acht Batteriezellen 7, 8 auf, die in einer Stapelrichtung S hintereinander gestapelt sind. Der erste Zellstack 3 ist zwischen einer Widerlagerplatte 9 und einer Zwischenplatte 11 angeordnet. Der zweite Zellstack 5 ist zwischen der Zwischenplatte 11 und einer Pressplatte 13 angeordnet.
Der erste 3 und der zweite Zellstack 5 sind lediglich unter Zwischenlage der Zwischenplatte 11 voneinander getrennt. Außerdem sind der erste Zellstack 3 und der zweite Zellstack 5 in der Stapelrichtung S hintereinander angeordnet. Die Zwischenplatte 11 , die Platten 9 und 13 und die Batteriezellen 7, 8 werden durch ein Spannband 15 zusammengehalten, das sowohl mit der Widerlagerplatte 9 als auch mit der Pressplatte 13 verschweißt ist. Auf gleiche Weise können Zellstack-Anordnungen mit mehr als zwei Zellstacks aufgebaut sein. Bei einer Anzahl n an Zellstacks weisen derartige Zellstack-Anordnungen n-1 Zwischenplatten auf, von denen jeweils eine zwischen zwei benachbarten Zellstacks angeordnet ist. Zellstack-Anordnungen mit mehr als zwei Zellstacks weisen ebenso die Widerlagerplatte 9 und die Pressplatte 13 auf.
Anhand der Figuren 2 bis 5 ist nachfolgend ein Verfahren zur Montage der Zellstack-Anordnung 1 beschrieben, und zwar mit einer Vorrichtung 17, wie sie in Figur 1 dargestellt ist. Lediglich beispielhaft und aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit ist die Montage der Zellstack-Anordnung 1 mit lediglich den zwei Einzelstacks 3 und 5 beschrieben. Selbstverständlich können mit dem Verfahren und der Vorrichtung 17 auch Zellstack-Anordnungen mit mehr als zwei Zellstacks hergestellt werden.
In der Figur 1 ist in einer rein schematischen Seitenansicht die Vorrichtung 17 dargestellt. Die Vorrichtung 17 weist einen Rahmen 19 mit einem Rahmenboden 21 und einem Rahmendeckel 23 auf, die über Rahmenstreben 25 des Rahmens 19 miteinander verbunden sind. Der Rahmen 19 ist durch einen Skelettrahmen gebildet, so dass weder der Rahmenboden 21 , noch der Rahmendeckel 23 geschlossenflächig ausgebildet sind.
Die Vorrichtung 17 weist ein bodenseitiges und fest mit dem Rahmenboden 21 verbundenes Widerlagerelement 27 sowie ein deckelseitiges und fest mit dem Rahmendeckel 23 verbundenes Widerlagerelement 29 auf. Im dargestellten Beispiel liegen die Widerlagerelemente an einer stirnseitigen Rahmenstrebe 25 an.
Die Vorrichtung 17 weist einen unteren Zwischenschlitten 31 auf, der in der Stapelrichtung S verschiebbar am Rahmenboden 21 gelagert ist. Die Vorrichtung 17 weist einen oberen Zwischenschlitten 33 auf, der in der Stapelrichtung S verschiebbar am Rahmendeckel 23 gelagert ist und dem unteren Zwischenschlitten 31 zugeordnet ist.
Die Vorrichtung 17 weist einen unteren Pressschlitten 35 auf, der in der Stapelrichtung S verschiebbar am Rahmenboden 21 gelagert ist. Die Vorrichtung 17 weist einen oberen Pressschlitten 37 auf, der in der Stapelrichtung S verschiebbar am Rahmendeckel 23 gelagert ist und dem unteren Pressschlitten 35 zugeordnet ist.
In Stapelrichtung S gesehen, ist zwischen dem unteren Pressschlitten 35 und dem unteren Zwischenschlitten 31 ein unteres Mitnehmerelement 39 angeordnet. In Stapelrichtung S gesehen, ist zwischen dem oberen Pressschlitten 37 und dem oberen Zwischenschlitten 35 ein oberes Mitnehmerelement 41 angeordnet. Die Mitnehmerelemente 39 und 41 sind, in ihrer Längsrichtung gesehen, starr ausgeführt.
Dem unteren Zwischenschlitten 31 ist ein unterer Zwischenschlitten-Endanschlag 43 zugeordnet. Dem oberen Zwischenschlitten 33 ist ein oberer Zwischenschlitten-Endanschlag 45 zugeordnet. Dem unteren Pressschlitten 35 ist ein unterer Pressschlitten-Endanschlag 47 zugeordnet. Dem oberen Pressschlitten 37 ist ein oberer Pressschlitten-Endanschlag 49 zugeordnet. Die Endanschläge 43, 45, 47 und 49 sind jeweils rahmenfest an dem Rahmen 19 befestigt.
Die Pressschlitten 35 und 37 und die Widerlagerelemente 27 und 29 haben jeweils wenigstens eine Platten-Aufnahme 51 für die Widerlagerplatte 9 bzw. die Pressplatte 13. Die Zwischenschlitten 31 und 33 haben jeweils eine Zwi- schenplatten-Aufnahme 53 für die Zwischenplatte 11 . Die Widerlagerplatte 9, die Pressplatte 13 und jede Zwischenplatte bildet eine Zellstackplatte der Zellstack-Anordnung 1 . Die Aufnahmen 51 und 53 sind in den Figuren 1 bis 7 durch die gestrichelten Linien am oberen bzw. unteren Ende der Zellstackplatten angedeutet.
Zur Montage der Zellstack-Anordnung 1 wird zunächst in einem Bereitstellungsschritt die Vorrichtung 17 zur Montage der Zellstack-Anordnung 1 bereitgestellt. Anschließend wird ein Bestückungsschritt durchgeführt, bei dem die Zellstackplatten in die Vorrichtung 17 eingesetzt werden. Konkret bedeutet das, dass die Widerlagerplatte 9 auf die Platten-Aufnahmen 51 der Widerlagerelemente 27 und 29 gesteckt werden. Außerdem wird die Zwischenplatte 11 auf die Zwischenplatten-Aufnahmen 53 der Zwischenschlitten 31 und 33 gesteckt, so dass die Zwischenschlitten 31 und 33 über die Zwischenplatte 11 miteinander verbunden sind. Zusätzlich wird in dem Bestückungsschritt die Pressplatte 13 auf die Platten-Aufnahmen 51 der Pressschlitten 35 und 37 gesteckt, so dass die Pressschlitten 35 und 37 mittels der Pressplatte 13 verbunden sind. Die Widerlagerplatte 9 begrenzt zusammen mit der Zwischenplatte 11 einen ersten Zell-Aufnahmeraum 55 der Vorrichtung 17 und die Pressplatte 5 begrenzt zusammen mit der Zwischenplatte 11 einen zweiten Zell-Aufnahmeraum 57 der Vorrichtung 17, wie dies in Figur 2 dargestellt ist.
Während des Bestückungsschrittes werden acht, erste Batteriezellen 7 in den ersten Zell-Aufnahmeraum 55 und acht, zweite Batteriezellen 8 in den zweiten Zell-Aufnahmeraum 57 eingesetzt. Die Batteriezellen 7, 8 sind in der Stapelrichtung S hintereinander gestapelt. Der Zustand nach dem Einsetzen der Batteriezellen 7, 8 in die Zell-Aufnahmeräume 55 und 57 ist in Figur 3 dargestellt.
Nach dem Bestückungsschritt erfolgt ein gemeinsamer Verpressschritt, bei dem die Batteriezellen 7, 8 zu jeweils einem Zellstack 3, 5 mit einer Soll-Stapellänge L in Stapelrichtung S verpresst werden. Die Soll-Stapellänge L kann auch als Stichmaß bezeichnet werden. Eine Ist-Stapellänge jedes Zellstacks 3, 5 ist nach Abschluss des gemeinsamen Verpressschrittes identisch mit der Soll-Stapellänge L. Die Soll-Stapellänge L ist für alle Zellstacks 3, 5 der Zellstack-Anordnung 1 derselbe.
Bei dem gemeinsamen Verpressschritt werden die Pressschlitten 35 und 37 zusammen mit der Pressplatte 13 unter Einwirkung einer Presskraft F in Richtung der Widerlagerplatte 9 gedrückt werden. Zu Beginn des gemeinsamen Verpressschrittes können sich die Pressschlitten 35 und 37 zusammen mit der Pressplatte 13 und die Zwischenschlitten 31 und 33 zusammen mit der Zwischenplatte 11 unterschiedlich weit in Richtung der Widerlagerplatte 9 bewegen, und zwar in Abhängigkeit des unterschiedlichen Federungsverhaltens der beiden Zellstacks 3 und 5, konkret der ersten Batteriezellen 7 und/oder der zweiten Batteriezellen 8. So kann es bspw. sein, dass, wie in Figur 4 dargestellt, zunächst mehrheitlich nur der zweite Zellstack 5 verpresst wird und der erste Zellstack 3 aufgrund seines Federungsverhaltens zu Beginn des gemeinsamen Verpressschrittes noch nahezu keine Verpres- sung erfährt. Um dennoch sicherzustellen, dass bei dem gemeinsamen Verpressschritt beide Zellstacks 3 und 5 gleichermaßen auf die Soll-Stapellänge L verpresst werden, sind die Mitnehmerelemente 39 und 41 vorgesehen.
Mittels des unteren Mitnehmerelementes 39 ist der untere Pressschlitten 35 mit dem unteren Zwischenschlitten 31 derart bewegungsgekoppelt, dass das untere Mitnehmerelement 39 während des gemeinsamen Verpressschrittes sowohl mit dem unteren Pressschlitten 35 als auch mit dem unteren Zwischenschlitten 31 in Anlage kommt, wie dies in Figur 4 dargestellt ist. Zusätzlich ist mittels dem oberen Mitnehmerelement 41 der obere Pressschlitten 37 mit dem oberen Zwischenschlitten 33 derart bewegungsgekoppelt, dass das obere Mitnehmerelement 41 während des gemeinsamen Verpressschrittes sowohl mit dem oberen Pressschlitten 37 als auch mit dem oberen Zwischenschlitten 33 in Anlage kommt, wie dies in Figur 4 dargestellt ist.
Ab dem Zeitpunkt, ab dem die Mitnehmerelemente 39 und 41 während des gemeinsamen Verpressschrittes sowohl mit den jeweiligen Pressschlitten 35 und 37 als auch mit den jeweiligen Zwischenschlitten 31 und 33 in Anlage stehen, führt eine Bewegung der Pressschlitten 35 und 37 sowie der Pressplatte 13 in Richtung der Widerlagerplatte 9 auch zwangsläufig zu einer Bewegung der Zwischenschlitten 31 und 33 sowie der Zwischenplatte 11 in Richtung der Widerlagerplatte 9.
Bei dem gemeinsamen Verpressschritt werden die Pressschlitten 35 und 37 zusammen mit der Pressplatte 13 so weit in Richtung der Widerlagerplatte 9 gepresst, bis jeder der Pressschlitten 35 und 37 in Anlage mit dem ihm zugeordneten Pressschlitten-Endanschlag 47 oder 49 steht. Dabei kommt aufgrund der Bewegungskoppelung über die Mitnehmerelemente 39 und 41 auch jeder der Zwischenschlitten 31 und 33 in Anlage mit dem ihm zugeordneten Zwischenschlitten-Endanschlag 43 oder 45. Somit ist sichergestellt, dass die Zellstacks 3 und 5 nach Abschluss des gemeinsamen Verpressschrittes jeweils auf die Soll-Stapellänge L verpresst sind, insofern jeder der Pressschlitten 35 und 37 mit dem ihm zugeordneten Pressschlitten- Endanschlag 47 oder 49 in Anlage steht. Der Zustand am Ende des gemeinsamen Verpressschrittes, bei dem beide Zellstacks 3 und 5 jeweils auf die Soll-Stapellänge L verpresst sind, ist in Figur 5 dargestellt.
Eine der Grundideen des Verfahrens besteht darin, dass bei einer Bewegung der Pressschlitten bis die Pressschlitten in Anlage mit dem jeweils zugeordneten Pressschlitten-Endanschlag stehen, gleichermaßen auch alle Zwischenschlitten in Anlage mit den jeweils zugeordneten Zwischenschlitten- Endanschläge stehen. Anders ausgedrückt: Werden bei der Vorrichtung 17 die Pressschlitten bis zu ihren Pressschlitten-Endanschlägen bewegt, so ist sichergestellt, dass alle Zellstacks auf die Soll-Stapellänge L verpresst sind. Nach diesem Prinzip funktioniert auch die Montage einer Zellstack-Anordnung 1 , die, wie in Figur 6 dargestellt, drei Zellstacks, und zwar den ersten Zellstack 3, den zweiten Zellstack 5 und einen dritten Zellstack 59, aufweist. Das Verfahren zur Montage der Zellstack-Anordnung 1 funktioniert im Wesentlichen auf dieselbe Wiese wie das bereits vorbeschriebene Verfahren, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede eingegangen ist.
Die Vorrichtung 17 weist in diesem Fall einen weiteren, unteren Zwischenschlitten 61 und einen weiteren, oberen Zwischenschlitten 63 auf. Die weiteren Zwischenschlitten 61 und 63 sind ebenso wie die Zwischenschlitten 31 und 33 in Stapelrichtung S verschieblich am Rahmen 19 gelagert. Dem Zwischenschlitten 61 ist ein weiterer, unterer Zwischenschlitten-Endanschlag 65 zugeordnet, der am Rahmen 19 befestigt ist. Dem Zwischenschlitten 63 ist ein weiterer, oberer Zwischenschlitten-Endanschlag 67 zugeordnet, der am Rahmen 19 befestigt ist.
Bei dem Bestückungsschritt wird neben der Widerlagerplatte 9 und der Pressplatte 13 sowie der Zwischenplatte 11 eine weitere Zwischenplatte 68 in die Vorrichtung 17 eingesetzt. Die Zwischenplatte 68 wird auf den Zwi- schenplatten-Aufnahmen 53 der weiteren Zwischenschlitten 61 und 63 aufgesteckt, so dass die Zwischenschlitten 61 und 63 über die weitere Zwischenplatte 68 miteinander verbunden sind.
Bei dem Bestückungsschritt werden neben den ersten Batteriezellen 7 für den ersten Zellstack 3 und den zweiten Batteriezellen für den zweiten Zellstack 5 zusätzlich auch acht, dritte Batteriezellen 70 für den dritten Zellstack 59 in einen dritten Zell-Aufnahmeraum 69 der Vorrichtung 17 eingesetzt. Zwischen dem unteren Zwischenschlitten 31 und dem weiteren, unteren Zwischenschlitten 61 ist ein weiteres, unteres Mitnehmerelement 71 vorgesehen. Zwischen dem oberen Zwischenschlitten 33 und dem weiteren, oberen Zwischenschlitten 63 ist ein weiteres, oberes Mitnehmerelement 73 vorgesehen. Die weiteren Mitnehmerelemente 69 und 71 funktionieren auf dieselbe Weise wie die Mitnehmerelemente 39 und 41 .
Bei dem gemeinsamen Verpressschritt werden die Pressschlitten 35 und 37 zusammen mit der Pressplatte 13 unter Einwirkung der Presskraft F in Richtung der Widerlagerplatte 9 gedrückt. Zu Beginn des gemeinsamen Verpressschrittes können sich die Pressschlitten 35 und 37 zusammen mit der Pressplatte 13 einerseits und die Zwischenschlitten 31 und 33 zusammen mit der Zwischenplatte 11 sowie die weiteren Zwischenschlitten 61 und 63 zusammen mit der weiteren Zwischenplatte 68 unterschiedlich weit in Richtung der Widerlagerplatte 9 bewegen, und zwar in Abhängigkeit des unterschiedlichen Federungsverhaltens der Zellstacks 3, 5 und 59, konkret der Batteriezellen 7, 8 und 70. Um sicherzustellen, dass bei dem gemeinsamen Verpressschritt nicht nur die beiden Zellstacks 3 und 5, sondern auch der dritte Zellstack 59 gleichermaßen auf die Soll-Stapellänge L verpresst wird, sind zusätzlich die Mitnehmerelemente 71 und 73 vorgesehen.
Mittels des weiteren, unteren Mitnehmerelementes 71 ist der untere Zwischenschlitten 31 mit dem weiteren, unteren Zwischenschlitten 61 derart bewegungsgekoppelt, dass das weitere, untere Mitnehmerelement 71 während des gemeinsamen Verpressschrittes sowohl mit dem unteren Zwischenschlitten 31 als auch mit dem weiteren, unteren Zwischenschlitten 61 in Anlage kommt. Zusätzlich ist mittels dem weiteren, oberen Mitnehmerelement 73 der obere Zwischenschlitten 33 mit dem weiteren, oberen Zwischenschlitten 63 derart bewegungsgekoppelt, dass das weitere, obere Mitnehmerelement 73 während des gemeinsamen Verpressschrittes sowohl mit dem oberen Zwischenschlitten 33 als auch mit dem weiteren, oberen Zwischenschlitten 63 in Anlage kommt.
Ab dem Zeitpunkt, ab dem die weiteren Mitnehmerelemente 71 und 73 während des gemeinsamen Verpressschrittes sowohl mit den jeweiligen Zwischenschlitten 31 und 33 als auch mit den jeweiligen, weiteren Zwischenschlitten 61 und 63 in Anlage stehen, führt eine Bewegung der Pressschlitten 35 und 37 sowie der Pressplatte 13 in Richtung der Widerlagerplatte 9, einerseits auch zwangsläufig zu einer Bewegung der Zwischenschlitten 31 und 33 sowie der Zwischenplatte 11 in Richtung der Widerlagerplatte 9 und andererseits auch zwangsläufig zu einer Bewegung der weiteren Zwischenschlitten 61 und 63 sowie der weiteren Zwischenplatte 68 in Richtung der Widerlagerplatte 9.
Bei dem gemeinsamen Verpressschritt werden die Pressschlitten 35 und 37 zusammen mit der Pressplatte 13 so weit in Richtung der Widerlagerplatte 9 gepresst, bis jeder der Pressschlitten 35 und 37 in Anlage mit dem ihm zugeordneten Pressschlitten-Endanschlag 47 oder 49 steht. Dabei kommt aufgrund der Bewegungskoppelung über die Mitnehmerelemente 39 und 41 auch jeder der Zwischenschlitten 31 und 33 in Anlage mit dem ihm zugeordneten Zwischenschlitten-Endanschlag 43 oder 45. Außerdem kommt aufgrund der Bewegungskoppelung über die weiteren Mitnehmerelemente 71 und 73 auch jeder der weiteren Zwischenschlitten 61 und 63 in Anlage mit dem ihm zugeordneten weiteren Zwischenschlitten-Endanschlag 65 oder 67.
Somit ist sichergestellt, dass neben den Zellstacks 3 und 5 auch der dritte Zellstack 59 nach Abschluss des gemeinsamen Verpressschrittes auf die Soll-Stapellänge L verpresst ist, insofern jeder der Pressschlitten 35 und 37 mit dem ihm zugeordneten Pressschlitten-Endanschlag 47 oder 49 in Anlage steht. Wie in der Figur 7 dargestellt, können die unteren Mitnehmerelemente 39 und 71 in Stapelrichtung S miteinander zu einer unteren Mitnehmerstange 75 verbunden sein. Die untere Mitnehmerstange 75 ist durch eine Öffnung in wenigstens einem unteren Zwischenschlitten, hier dem unteren Zwischenschlitten 31 hindurchgeführt. Die untere Mitnehmerstange 75 weist für jeden Zwischenschlitten, hier den unteren Zwischenschlitten 31 , durch den die untere Mitnehmerstange 75 hindurchgeführt ist, ein Mitnehmerelement 79 auf. Über das Mitnehmerelement 79 wird bei dem gemeinsamen Verpressschritt eine Bewegungskoppelung zwischen der unteren Mitnehmerstange 75 und dem jeweils zugeordneten untere Zwischenschlitten 31 hergestellt.
Wie ebenfalls in der Figur 7 dargestellt, können die oberen Mitnehmerelemente 41 und 73 in Stapelrichtung S miteinander zu einer oberen Mitnehmerstange 77 verbunden sein. Die obere Mitnehmerstange 77 ist durch eine Öffnung in wenigstens einem oberen Zwischenschlitten, hier dem oberen Zwischenschlitten 33 hindurchgeführt. Die obere Mitnehmerstange 77 weist für jeden Zwischenschlitten, hier den oberen Zwischenschlitten 33, durch den die obere Mitnehmerstange 77 hindurchgeführt ist, ein Mitnehmerelement 79 auf. Über das Mitnehmerelement 79 wird bei dem gemeinsamen Verpressschritt eine Bewegungskoppelung zwischen der oberen Mitnehmerstange 77 und dem jeweils zugeordneten oberen Zwischenschlitten 33 hergestellt.
Die Mitnehmerstangen 75 und 77 werden in Richtung der Widerlagerplatte 9 und unter Einwirkung der Presskraft F auf Druck belastet. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die untere Mitnehmerstange 75 fest mit dem unteren Pressschlitten 35 und die obere Mitnehmerstange 77 fest mit dem oberen Pressschlitten 37 zu verbinden. So können die Mitnehmerstangen 75 und 77 auch auf Zug in Richtung der Widerlagerplatte 9 belastet werden, wobei die Zellstacks 3, 5 und 59 während des gemeinsamen Verpressschrittes ebenfalls auf die Soll-Stapellänge L verpresst werden können. Die Presskraft F wirkt in diesem Fall als Zugkraft. BEZUGSZEICHENLISTE:
I Zellstack-Anordnung
3 erster Zellstack
5 zweiter Zellstack
7 erste Batteriezelle
8 zweite Batteriezelle
9 Widerlagerplatte
I I Zwischenplatte
13 Pressplatte
15 Spannband
17 Vorrichtung
19 Rahmen
21 Rahmenboden
23 Rahmendeckel
25 Rahmenstreben
27 bodenseitiges Widerlagerelement
29 deckelseitiges Widerlagerelement
31 unterer Zwischenschlitten
33 oberer Zwischenschlitten
35 unterer Pressschlitten
37 oberer Pressschlitten
39 unteres Mitnehmerelement
41 oberes Mitnehmerelement
43 unterer Zwischenschlitten-Endanschlag
45 oberer Zwischenschlitten-Endanschlag
47 unterer Pressschlitten-Endanschlag
49 oberer Pressschlitten-Endanschlag
51 Pressplatten-Aufnahme
53 Zwischenplatten-Aufnahme
55 erster Zell-Aufnahmeraum
57 zweiter Zell-Aufnahmeraum
59 dritter Zellstack 61 weiterer, unterer Zwischenschlitten
63 weiterer, oberer Zwischenschlitten
65 weiterer, unterer Zwischenschlitten-Endanschlag
67 weiterer, oberer Zwischenschlitten-Endanschlag 68 weitere Zwischenplatte
69 dritter Zell-Aufnahmeraum
70 dritte Batteriezellen
71 weiteres, unteres Mitnehmerelement
73 weiteres, oberes Mitnehmerelement 75 untere Mitnehmerstange
77 obere Mitnehmerstange
F Presskraft
Soll-Stapellänge (=Stichmaß)
S Stapelrichtung

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zur Montage einer Zellstack-Anordnung (1 ), die wenigstens zwei Zellstacks (3, 5) aufweist, mit: einem Bereitstellungsschritt, bei dem eine Vorrichtung (17) zur Montage der Zellstack-Anordnung (1 ) bereitgestellt wird, einem Bestückungsschritt, bei dem erste Batteriezellen (7) in einen ersten Zell-Aufnahmeraum (55) der Vorrichtung (17) eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Bestückungsschritt zweite Batteriezellen (8) in einen zweiten Zell-Aufnahmeraum (57) der Vorrichtung (17) eingesetzt werden, und dass das Verfahren einen gemeinsamen Verpressschritt aufweist, bei dem sowohl die ersten Batteriezellen (7) unter Bildung eines ersten Zellstacks (3) auf eine Soll-Stapellänge (L) als auch die zweiten Batteriezellen (8) unter Bildung eines zweiten Zellstacks (5) auf die Soll- Stapellänge (L) verpresst werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei dem gemeinsamen Verpressschritt die ersten Batteriezellen (7) zwischen einer Zwischenplatte (11 ) und einer, vorzugsweise zur Zwischenplatte (11 ) benachbarten, Widerlagerplatte (9) verpresst werden, und dass bei dem gemeinsamen Verpressschritt die zweiten Batteriezellen (8) zwischen einer Pressplatte und der Zwischenplatte verpresst werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenplatte (11 ) und die Pressplatte (13) jeweils entlang einer Stapelrichtung, vorzugsweise einer Stapelrichtung (S) der Batteriezellen (7, 8) und/oder der Zellstacks (3, 5), verschieblich an einem Rahmen (19) der Vorrichtung (17) gelagert sind, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass die Widerlagerplatte (9), vorzugsweise mittelbar, positions- und lagefest an dem Rahmen (19) der Vorrichtung (17) befestigt ist. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenplatte (11 ) unter Zwischenordnung eines unteren Zwischenschlittens (31 ) an einem Rahmen (19) der Vorrichtung (17), vorzugsweise an einem Rahmenboden (21 ) des Rahmens (19), verschieblich gelagert ist, und dass vorzugsweise die Zwischenplatte (11 ) unter Zwischenordnung eines oberen Zwischenschlittens (33) an einem Rahmen (19) der Vorrichtung (17), vorzugsweise an einem Rahmendeckel (23) des Rahmens (19), verschieblich gelagert ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressplatte (13) unter Zwischenordnung eines unteren Pressschlittens (35) an dem Rahmenboden (21 ) verschieblich gelagert ist, und dass vorzugsweise die Pressplatte (13) unter Zwischenordnung eines oberen Pressschlittens (37) an einem Rahmendeckel (23) des Rahmens (19) der Vorrichtung (17) verschieblich gelagert ist. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Pressschlitten (35) und der untere Zwischenschlitten (31 ) über wenigstens ein unteres Mitnehmerelement (39) bewegungsgekoppelt sind, und zwar derart, dass ein Verschieben des unteren Pressschlittens (35) in Stapelrichtung (S), vorzugsweise unter Einwirkung einer Presskraft (F), bis in Anlage mit einem unteren Pressschlitten-Endanschlag (47) gleichermaßen zu einem Verschieben des unteren Zwischenschlittens (31 ) bis in Anlage mit einem unteren Zwischenschlitten- Endanschlag (43) führt. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Pressschlitten (37) und der obere Zwischenschlitten (33) über wenigstens ein oberes Mitnehmerelement (41 ) bewegungsgekoppelt sind, und zwar derart, dass ein Verschieben des oberen Pressschlittens (37), vorzugsweise unter Einwirkung einer Presskraft (F), bis in Anlage mit einem oberen Pressschlitten-Endanschlag (49) gleichermaßen zu einem Verschieben des oberen Zwischenschlittens (33) bis in Anlage mit einem oberen Zwischenschlitten-Endanschlag (45) führt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Bestückungsschritt dritte Batteriezellen (70) in einen dritten Zell-Aufnahmeraum (69) der Vorrichtung (17) eingesetzt werden, und dass bei dem gemeinsamen Verpressschritt, vorzugsweise zusätzlich, die dritten Batteriezellen (70) unter Bildung eines dritten Zellstacks (59) auf die Soll-Stapellänge (L) verpresst werden. Verfahren nach dem Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem gemeinsamen Verpressschritt die dritten Batteriezellen (70) zwischen der Zwischenplatte (11 ) und einer, vorzugsweise zur Zwischenplatte (11 ) benachbarten, weiteren Zwischenplatte (68) verpresst werden, und dass bei dem gemeinsamen Verpressschritt die dritten Batteriezellen (70) zwischen der Zwischenplatte (11 ) und der weiteren Zwischenplatte (68) verpresst werden. Vorrichtung zur Montage einer Zellstack-Anordnung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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