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WO2024052037A1 - Verfahren zum herstellen eines elektrischen energiespeichers sowie vorrichtung zum herstellen eines elektrischen energiespeichers - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines elektrischen energiespeichers sowie vorrichtung zum herstellen eines elektrischen energiespeichers Download PDF

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Publication number
WO2024052037A1
WO2024052037A1 PCT/EP2023/072006 EP2023072006W WO2024052037A1 WO 2024052037 A1 WO2024052037 A1 WO 2024052037A1 EP 2023072006 W EP2023072006 W EP 2023072006W WO 2024052037 A1 WO2024052037 A1 WO 2024052037A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cooling element
energy storage
arranging
counterholder
cells
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/072006
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Simon Wuerzinger
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft filed Critical Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Publication of WO2024052037A1 publication Critical patent/WO2024052037A1/de

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/643—Cylindrical cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6554—Rods or plates
    • H01M10/6555—Rods or plates arranged between the cells
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • H01M10/6557—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange arranged between the cells

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an electrical energy storage device and a device for producing an electrical energy storage device.
  • Electrical energy storage devices such as those used in partially or fully electrically operated motor vehicles, comprise a large number of energy storage cells, which are electrically contacted and interconnected. Cooling elements are usually provided for cooling.
  • the DE 10 2008 027 293 A1 discloses a device for cooling a vehicle battery, comprising a plurality of electrical storage elements and a heat sink with channels for a fluid to flow through, the electrical storage elements being in thermal contact with the heat sink and heat from the storage elements being transferred to the Fluid is transferable.
  • a method for producing an electrical energy storage device comprises the steps:
  • cooling element extending along a longitudinal axis and having a first side surface and a second side surface
  • the energy storage cell is a cylindrical energy storage cell, in particular a round cell.
  • the cooling element is a cooling element made of a metallic material, such as a light metal, such as aluminum.
  • the cooling element is an extruded profile. According to one embodiment, it has a plurality of channels, which preferably extend along the longitudinal axis. These can be designed in such a way that, for example, a (cooling) fluid can be transported in one direction in an upper region of the cooling element, based on a vertical axis of the cooling element, which is oriented perpendicular to the longitudinal axis, and in the opposite direction in the lower region.
  • the height viewed along the vertical axis has, for example, a height of 6 to 10 cm, a thickness is preferably in the range of a few millimeters, for example 3 to 8 mm.
  • the length can vary significantly depending on the embodiment and size of the energy storage device to be set up. For example, the length can be 50 cm, 75 cm, 100 cm, 125 cm or even more.
  • the energy storage cell or cells are round cells.
  • the cooling element When arranging the at least one energy storage cell, the cooling element is expediently supported, preferably in a form-fitting manner, preferably in particular in the area which is opposite the arrangement or contact area of the respective energy storage cell which is currently being arranged.
  • the at least partial support enables a defined adjustment of the adhesive gap.
  • the cooling element can also expediently be plastically deformed.
  • the method includes the step: using a counter-holder for support, which is adapted to a desired shape of the cooling element, over the entire surface or in sections.
  • the cooling element has a wave shape along the longitudinal axis, with the energy storage cells each being or being positioned in the wave troughs.
  • the counterholder has a plurality of pressure pieces which are designed to support the cooling element in regions or sections.
  • the pressure pieces are, for example, spaced apart from one another along the longitudinal axis in such a way that the energy storage cells to be arranged in the respective troughs can be supported.
  • the wave trough formed on the first side surface can be supported opposite on the second side surface with a correspondingly congruently shaped pressure piece.
  • the counterholder has a shape or geometry which is designed to support the cooling element over the entire surface or almost over the entire surface along the longitudinal axis.
  • the counterholder expediently acts like a mold or a mold into which the cooling element can be pressed via the arrangement of one or more energy storage cells. This makes it expediently possible to compensate for any manufacturing tolerances or the like.
  • the area-by-area support using counterholders also enables precise adjustment, especially of thin adhesive gaps. On the one hand, this advantageously makes it possible to save adhesive. On the other hand, the required installation space is reduced and higher tolerances can then be worked elsewhere.
  • the method advantageously includes the step: recalibrating or aligning the cooling element at or via the arrangement of the at least one energy storage cell.
  • the method expediently includes the step:
  • Such a crescent-shaped adhesive gap advantageously enables the adhesive to be distributed evenly. By using a counterholder for support, you can It must also be ensured that the adhesive gap is the same for all energy storage cells. This advantageously enables consistent and, above all, uniform manufacturing quality.
  • the adhesive is not distributed randomly in any way, but rather is distributed in a defined manner over the specifically and defined adhesive gap.
  • the adhesive is arranged, for example, in two paths arranged one above the other along the vertical axis and spaced apart from one another along the longitudinal axis.
  • the adhesive is applied to the first side surface.
  • the at least one energy storage cell is arranged.
  • the method comprises the step:
  • the energy storage cell When arranging or handling, the energy storage cell is expediently held in such a way that it can align itself relative to the counterholder.
  • the use of the counterholder not only supports the cooling element and brings it into a desired shape in cooperation with the arrangement of the energy storage cell.
  • exact positioning of the at least one energy storage cell also takes place via the counterholder.
  • the method comprises the steps:
  • the adhesive is expediently applied to the second side surface in the same arrangement or configuration as to the first side surface.
  • the method comprises the step:
  • the cooling element is expediently already ideally shaped, indirectly via the arrangement of the cells on the first side surface.
  • the method comprises the steps:
  • the arrangement comprising a cooling element on which one or two rows of cells are arranged, is called a segment in the present case. It is advantageously possible to build the energy storage from segments which have one and/or two rows of cells. According to one embodiment, separate cooling elements can also be arranged between the segments. This can be particularly advantageous if two-row segments are installed.
  • the arrangement of a (new) segment preferably takes place before the end of the chemical open time of the adhesive used in the respective segment. This means that at least a minimal, subsequent alignment of the energy storage cells is possible or guaranteed.
  • the adhesive retains its original wetting ability so that the components to be bonded can be joined and adjusted. Typical open times of preferred adhesives are, for example, in the range of seconds or (fewer) minutes.
  • the method includes the step: connecting the cooling elements.
  • the cooling elements each extend along one or the longitudinal axis.
  • the electrical energy storage or the energy storage cells are expediently arranged in such a way that a large number of rows of cells are arranged row after row along a transverse direction, i.e. perpendicular to the longitudinal axis.
  • the cooling elements are expediently designed in such a way that they have corresponding connections or connecting elements on one side, so that a continuous cooling path can be realized.
  • the process expediently includes the step: - Applying a compressive force when positioning the cooling element on the other row of cells via the energy storage cells.
  • the electrical contacting or interconnection of the same takes place.
  • the arrangement is then expediently carried out in a corresponding housing, which is subsequently installed in a motor vehicle, such as a passenger car, a commercial vehicle or even a motorcycle.
  • the rows of cells can be arranged next to one another on an auxiliary element, for example a special table or the like.
  • the arrangement can also take place directly on a component, which later remains in the finished energy storage device. This can possibly make handling the entire arrangement easier.
  • the invention is also directed to a device for producing an electrical energy storage device, comprising at least one counter-holder and a handling device, wherein the counter-holder is designed for arranging and at least partially supporting a cooling element extending along a longitudinal axis, and wherein the handling device is designed for arranging at least one energy storage cell is designed on a cooling element arranged on the counterholder.
  • the aforementioned handling device can be formed by a robot which is designed to handle one or more energy storage cells.
  • the handling device can also be designed as a specially designed device which is constructed specifically for this purpose.
  • a handling device includes, for example, a receptacle for arranging or fastening a corresponding counterholder.
  • the counterholder is designed to be movable at least along a vertical axis.
  • the vertical axis mentioned refers, for example, to the vertical axis of the energy storage cells. This makes it possible, for example, to release the second side surface after arranging the energy storage cells on the first side surface in order to apply adhesive there.
  • the counterholder has a plurality of pressing pieces which are designed to support a cooling element in regions or sections.
  • the pressure pieces are each designed to be movable or displaceable, in particular, for example, along the aforementioned vertical axis, but also along the longitudinal axis or in the plane spanned by the vertical axis and the longitudinal axis.
  • the counterholder is designed to support a cooling element over the entire surface.
  • the counterholder can act similarly to a molding tool, which can expediently be used for reshaping or recalibrating or aligning/erecting a cooling element arranged therein.
  • a contact surface of the counterholder provided for supporting the cooling element in certain areas has a radius which is designed to produce a crescent-shaped adhesive gap.
  • the radius at the contact surface is expediently smaller than the radius of the preferably cylindrical energy storage cell.
  • the crescent-shaped design of the adhesive gap can, on the one hand, achieve good adhesive distribution.
  • thin adhesive gaps can be created, which can also be implemented with repeat accuracy and process reliability. The adhesive is not distributed randomly or irregularly, but rather in a very targeted manner. This advantageously enables precise and resource-saving work.
  • Fig. 1 two views to illustrate a basic principle of the method
  • Fig. 2 a schematic view of an embodiment of a handling device
  • Fig. 3 the handling device known from Fig. 2 in a different position
  • Fig. 4 a schematic detailed view in which a crescent-shaped adhesive gap can be seen
  • Fig. 5 a schematic sketch showing the arrangement of several segments together.
  • Fig. 1 shows a cooling element 20, which has a wave shape and extends along a longitudinal axis L.
  • the cooling element 20 has a first side surface 21 and a second side surface 22, with a plurality of energy storage cells 1 being arranged in the troughs of the first side surface 21. These each extend along a vertical axis H.
  • a counter-holder 40 can be seen, which is designed to support the cooling element 20 in areas or sections, in particular in the area in which the energy storage cells 1 are arranged. In the present embodiment of the counterholder 40, it has corresponding pressure pieces 42, which have contact surfaces 44.
  • the right half of the picture shows a section as sketched in the left half of the picture.
  • the cooling element 20 can be supported by the arrangement of the counter-holder or the pressure piece 42 when arranging the energy storage cell along the arrangement direction A.
  • the vertical axis H and the longitudinal axis L form a plane to which the energy storage cells 1 are arranged perpendicularly, i.e. along the arrangement direction A.
  • a correspondingly designed cooling element 20, which in the present case has a wave shape can be subsequently calibrated, aligned or directed via the arrangement of the energy storage cells 1.
  • any dimensional tolerances that the cooling element 20 may have can be compensated for by the arrangement of the energy storage cells 1.
  • the counterholder 40 acts like a molding tool, which can act in cooperation with the force applied to the cooling element 20 by the energy storage cells 1.
  • Fig. 2 shows a schematic view of an embodiment of a handling device 50, which includes a swivel arm 52 on which a Energy storage cell 1 is arranged.
  • the handling device 50 includes a counterholder 40, on which a cooling element 20 is already arranged. This has a first side surface 21 and a second side surface 22 and extends along a vertical axis H or into the plane of the drawing, along a longitudinal axis L. In the present case, two adhesive strips 30 have already been applied along this.
  • FIG. 3 now shows the handling device 50 known from FIG. 2, the pivot arm 52 being moved in such a way that the energy storage cell 1, or several, are arranged on the first side surface 21 of the cooling element 20.
  • the counterholder 40 can be moved, for example, along the vertical axis H, in this case in particular upwards.
  • the second side surface 22 can thus be released.
  • an adhesive application can also be carried out here.
  • Fig. 4 shows a detailed view, showing a cylindrical energy storage cell 1, which extends along a vertical axis H.
  • a cooling element 20, which is only shown in sections here, is supported via a counterholder 40 or a pressure piece 42.
  • This includes a contact surface 44, which in the present case is shaped such that, in cooperation with the arrangement of the energy storage cell or the supporting force, applied via the counterholder 40, a crescent-shaped or substantially crescent-shaped adhesive gap 32 is achieved.
  • the contact surface has a radius which is, for example, smaller than a radius of the energy storage cell 1.
  • Such an adhesive gap enables a very defined adhesive distribution.
  • particularly thin and uniform adhesive gaps can be achieved.
  • the adhesive gaps do not arise somehow or randomly, but are determined in particular by the shape of the counter-holder 40 or its contact surface 44.
  • Fig. 5 shows schematically the procedure for arranging several segments 10 together.
  • the segments 10 each have a first row of cells 11, so they are single-row.
  • a large number of energy storage cells 1 are shown, which extend along a vertical axis H and form the first rows of cells 11.
  • a (new) segment 10 is arranged from the right on segments 10 that are already arranged next to one another.
  • the arrangement expediently takes place within the chemical open time of the adhesive used, at least of the right segment 10.
  • the arrangement of the right Segment 10 from right to left on the existing arrangement is expediently carried out in such a way that pressing on the energy storage cells 1 takes place.
  • the corresponding cooling element 20 is therefore pressed onto the already existing segments 10 or the energy storage cells 1 via the energy storage cells 1 of the right segment 10.
  • the cooling elements 20 are expediently connected to one another via corresponding connecting elements 24.

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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Energiespeichers, umfassend die Schritte: − Bereitstellen eines Kühlelements, welches sich entlang einer Längsachse erstreckt und eine erste Seitenfläche und eine zweite Seitenfläche aufweist; − Aufbringen von Klebstoff auf die erste Seitenfläche; − Anordnen zumindest einer Energiespeicherzelle an der ersten Seitenfläche und, insbesondere formschlüssiges, Abstützen des Kühlelements dabei von der zweiten Seitenfläche her.

Description

Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Energiespeichers sowie Vorrichtung zum Herstellen eines elektrischen Energiespeichers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Energiespeichers sowie eine Vorrichtung zum Herstellen eines elektrischen Energiespeichers.
Elektrische Energiespeicher, wie sie in teil- oder vollelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen verwendet werden, umfassen eine hohe Anzahl an Energiespeicherzellen, welche untereinander elektrisch kontaktiert und verschaltet sind. Zur Kühlung sind in der Regel Kühlelemente vorgesehen. Die DE 10 2008 027 293 A1 offenbart beispielsweise eine Vorrichtung zur Kühlung einer Fahrzeugbatterie, umfassend eine Mehrzahl von elektrischen Speicherelementen und einen Kühlkörper mit Kanälen zur Durchströmung mit einem Fluid, wobei die elektrischen Speicherelemente mit dem Kühlkörper in thermischem Kontakt stehen und Wärme der Speicherelemente an das Fluid übertragbar ist. Die hohe Anzahl an verbauten Energiespeicherzellen, deren elektrische Kontaktierung und Kühlung sowie die Sicherstellung weiterer Anforderungen, wie beispielsweise Sicherheitsanforderungen oder die Erfüllung struk- tureller/mechanischer Randbedingungen, machen die Herstellung von elektrischen Energiespeicherzellen zu einem sehr komplexen Vorhaben.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Energiespeichers sowie eine Vorrichtung zum Herstellen eines elektrischen Energiespeichers anzugeben, wobei insbesondere eine prozesssichere und schnelle Fertigung unter Erfüllung höchster Qualitätsanforderungen ermöglicht sein soll.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 10 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 eines Kühlelements, welches sich entlang einer Längsachse erstreckt und eine erste Seitenfläche und eine zweite Seitenfläche aufweist;
- Aufbringen von Klebstoff auf die erste Seitenfläche; Anordnen zumindest einer Energiespeicherzelle an der ersten Seitenfläche und, insbesondere formschlüssiges, Abstützen des Kühlelements dabei von der zweiten Seitenfläche her.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Energiespeicherzelle eine zylindrische Energiespeicherzelle, insbesondere eine Rundzelle. Bei dem Kühlelement handelt es sich gemäß einer Ausführungsform um ein Kühlelement aus einem metallischen Werkstoff, wie beispielsweise einem Leichtmetall, wie Aluminium. Gemäß einer Ausführungsform ist das Kühlelement ein Strangpressprofil. Gemäß einer Ausführungsform weist es eine Vielzahl von Kanälen auf, welche sich bevorzugt entlang der Längsachse erstrecken. Diese können so gestaltet sein, dass beispielsweise in einem oberen Bereich des Kühlelements, bezogen auf eine Hochachse des Kühlelements, welche senkrecht zur Längsachse orientiert ist, ein (Kühl-) Fluid in eine Richtung transportiert werden kann, im unteren Bereich in die entgegengesetzte Richtung. Die Höhe entlang der Hochachse gesehen weist gemäß einer Ausführungsform beispielsweise eine Höhe von 6 bis 10 cm auf, eine Dicke liegt bevorzugt im Bereich weniger Millimeter, beispielsweise 3 bis 8 mm. Die Länge kann je nach Ausführungsform und Größe des aufzubauenden Energiespeichers deutlich variieren. Beispielsweise kann die Länge 50 cm, 75 cm, 100 cm, 125 cm oder noch mehr betragen.
Bei der oder den Energiespeicherzellen handelt es sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform um Rundzellen.
Zweckmäßigerweise wird beim Anordnen der zumindest einen Energiespeicherzelle das Kühlelement, bevorzugt formschlüssig, abgestützt, bevorzugt insbesondere in dem Bereich, welcher dem Anordnungs- oder Kontaktbereich der jeweiligen Energiespeicherzelle, welche gerade angeordnet wird, gegenüberliegt. Das zumindest bereichsweise Abstützen ermöglicht ein definiertes Einstellen des Klebespalts. Abhängig davon, wie das Abstützen realisiert wird, kann damit zweckmäßigerweise auch das Kühlelement noch plastisch verformt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt: Verwenden eines Gegenhalters zum Abstützen, welcher an eine Soll-Form des Kühlelements, vollflächig oder abschnittsweise, angepasst ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Kühlelement entlang der Längsachse eine Wellenform auf, wobei die Energiespeicherzellen jeweils in den Wellentälern positioniert sind oder werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Gegenhalter eine Vielzahl von Druckstücken auf, welche zur bereichs- oder abschnittsweisen Abstützung des Kühlelements ausgelegt sind. Die Druckstücke sind beispielsweise entlang der Längsachse derart zueinander beabstandet, dass die in den jeweiligen Wellentälern anzuordnenden Energiespeicherzellen abgestützt werden können. Mit anderen Worten kann das an der ersten Seitenfläche ausgebildete Wellental gegenüberliegend an der zweiten Seitenfläche mit einem entsprechend kongruent geformten Druckstück abgestützt werden. Alternativ weist der Gegenhalter eine Form oder Geometrie auf, welche ausgelegt ist, das Kühlelement vollflächig oder annähernd vollflächig entlang der Längsachse abzustützen. Der Gegenhalter wirkt zweckmäßigerweise wie eine Form oder wie ein Formwerkzeug, in welches das Kühlelement über die Anordnung einer oder mehrerer Energiespeicherzellen gedrückt werden kann. Damit ist es zweckmäßigerweise möglich, etwaige Fertigungstoleranzen oder dergleichen auszugleichen bzw. zu kompensieren.
Daneben ermöglicht das bereichsweise Abstützen mittels Gegenhaltern zudem die exakte Einstellung, insbesondere auch dünner, Klebespalte. Zu einen ist es damit vorteilhafterweise möglich, Klebstoff zu sparen. Zum anderen wird der benötigte Bauraum verringert bzw. an anderer Stelle kann in der Folge mit höheren Toleranzen gearbeitet werden.
Entsprechend umfasst das Verfahren vorteilhafterweise den Schritt: Nachkalibrieren oder Ausrichten des Kühlelements bei oder über die Anordnung der zumindest einen Energiespeicherzelle.
Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren den Schritt:
Zumindest bereichsweise Umformen des Kühlelements beim Anordnen der zumindest einen Energiespeicherzelle derart, dass ein Klebespalt gebildet wird, welcher entlang einer Hochachse gesehen, sichelförmig oder im Wesentlichen sichelförmig ausgebildet ist.
Ein derart sichelförmiger Klebstoffs palt ermöglicht mit Vorteil das gleichmäßige Verteilen des Klebstoffs. Indem ein Gegenhalter zum Abstützen verwendet wird, kann zudem sichergestellt werden, dass der Klebstoffspalt bei allen Energiespeicherzellen gleich ist. Ermöglicht wird also mit Vorteil eine gleichbleibende und vor allem auch gleichmäßige Fertigungsqualität. Der Klebstoff verteilt sich nicht in irgendeiner Art und Weise zufällig, sondern wird über den gezielt und definiert gebildeten Klebespalt definiert verteilt.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass der Klebstoff gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beispielsweise in zwei entlang der Hochachse übereinander angeordneten und zueinander beabstandeten entlang der Längsachse verlaufenden Bahnen angeordnet wird. Zunächst wird der Klebstoff auf der ersten Seitenfläche aufgebracht. In der Folge erfolgt die Anordnung der zumindest einen Energiespeicherzelle.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
Halten der zumindest einen Energiespeicherzelle beim Anordnen derart, dass eine Ausrichtung relativ zum Kühlelement möglich ist.
Zweckmäßigerweise wird die Energiespeicherzelle beim Anordnen bzw. Handhaben derart gehalten, dass sie sich relativ zum Gegenhalter ausrichten kann. Mit anderen Worten wird durch die Verwendung des Gegenhalters nicht nur das Kühlelement abgestützt und im Zusammenwirken mit dem Anordnen der Energiespeicherzelle in eine Soll-Form gebracht. Zweckmäßigerweise erfolgt auch über den Gegenhalter eine exakte Positionierung der zumindest einen Energiespeicherzelle.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte:
- Anordnen einer Vielzahl von Energiespeicherzellen an einer ersten Seitenfläche, sequenziell oder gleichzeitig, zum Erzeugen einer ersten Zellreihe;
- Aufbringen von Klebstoff auf die zweite, gegenüberliegende Seitenfläche des Kühlelements.
Das Aufbringen des Klebstoffs auf die zweite Seitenfläche erfolgt zweckmäßigerweise in der gleichen Anordnung bzw. Konfiguration wie auf die erste Seitenfläche.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- Anordnen einer Vielzahl von Energiespeicherzellen an der zweiten Seitenfläche, sequentiell oder gleichzeitig, zum Erzeugen einer zweiten Zellreihe. Das Verfahren ist äußerst flexibel und ermöglicht den Aufbau ein- oder zweireihiger Segmente. Beim Erzeugen der zweiten Zellreihe ist das Kühlelement zweckmäßigerweise bereits ideal, mittelbar über die Anordnung der Zellen an der ersten Seitenfläche, ideal geformt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte:
- Aneinander Anordnen einer Vielzahl von Segmenten, umfassend jeweils ein Kühlelement und eine oder zwei Zellreihen, zum Erzeugen oder Aufbauen eines Energiespeichers.
Die Anordnung, umfassend ein Kühlelement, an welchem eine oder zwei Zellreihen angeordnet sind, wird vorliegend Segment genannt. Es ist vorteilhafterweise möglich, den Energiespeicher aus Segmenten aufzubauen, welche eine und/oder zwei Zellreihen aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform können zwischen den Segmenten auch noch separat Kühlelement angeordnet werden. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn zweireihige Segmente verbaut werden.
Bevorzugt erfolgt das Anordnen eines (neuen) Segments vor dem Ablauf der chemischen Offenzeit des verwendeten Klebstoffs des jeweiligen Segments. Damit ist, zumindest eine minimale, nachträgliche Ausrichtung der Energiespeicherzellen möglich bzw. gewährleistet. Innerhalb der Offenzeit behält der Klebstoff seine ursprüngliche Benetzungsfähigkeit, sodass die zu verklebenden Bauteile gefügt und justiert werden können. Typische Offenzeiten bevorzugter Klebstoffe liegen beispielsweise im Bereich von Sekunden oder (weniger) Minuten.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt: Verbinden der Kühlelemente.
Wie bereits erwähnt, erstrecken sich die Kühlelemente jeweils entlang einer bzw. der Längsachse. Entsprechendes gilt für die an den Kühlelementen ausgebildeten Zellreihen. Der elektrische Energiespeicher bzw. die Energiespeicherzellen werden vorliegend zweckmäßigerweise so angeordnet, dass eine Vielzahl von Zellreihen entlang einer Querrichtung, also senkrecht zur Längsachse, Reihe an Reihe angeordnet wird. Die Kühlelemente sind dabei zweckmäßigerweise derart ausgebildet, dass sie auf einer Seite entsprechende Anschlüsse oder Verbindungselemente aufweisen, sodass ein durchgehender Kühlpfad realisiert werden kann.
Das Verfahren umfasst dabei zweckmäßigerweise den Schritt: - Aufbringen einer Druckkraft beim Positionieren des Kühlelements an der anderen Zellreihe über die Energiespeicherzellen.
Zweckmäßigerweise wird immer über die Energiespeicherzellen das jeweilige Kühlelement an die bereits vorhandene Zellreihe gedrückt.
Nach dem Anordnen der Energiespeicherzellen bzw. der Zellreihen erfolgt gemäß einer Ausführungsform die elektrische Kontaktierung bzw. Verschaltung derselben. Im Anschluss erfolgt zweckmäßigerweise die Anordnung in einem entsprechenden Gehäuse, welches in der Folge in einem Kraftfahrzeug, wie beispielsweise einem Personenkraftwagen, einem Nutzfahrzeug oder auch einem Kraftrad, eingebaut wird.
Die Anordnung der Zellreihen aneinander kann auf einem Hilfselement, beispielsweise einem speziellen Tisch oder dergleichen, erfolgen. Alternativ kann die Anordnung auch direkt auf einem Bauteil erfolgen, welches später im fertigen Energiespeicher verbleibt. Dies kann ggf. die Handhabung der gesamten Anordnung erleichtern.
Die Erfindung richtet sich auch auf eine Vorrichtung zum Herstellen eines elektrischen Energiespeichers, umfassend zumindest einen Gegenhalter sowie eine Handhabungseinrichtung, wobei der Gegenhalter zur Anordnung und zumindest bereichsweisen Abstützung eines sich entlang einer Längsachse erstreckenden Kühlelements ausgelegt ist, und wobei die Handhabungseinrichtung zur Anordnung zumindest einer Energiespeicherzelle an einem an dem Gegenhalter angeordneten Kühlelement ausgelegt ist.
Die vorgenannte Handhabungseinrichtung kann gemäß einer Ausführungsform durch einen Roboter gebildet sein, welcher ausgelegt ist, ein oder mehrere Energiespeicherzellen zu handhaben. Alternativ kann die Handhabungseinrichtung auch als eine speziell ausgebildete Vorrichtung ausgebildet sein, welche speziell zu diesem Zweck aufgebaut ist. Eine derartige Handhabungseinrichtung umfasst beispielsweise eine Aufnahme zur Anordnung oder Befestigung eines entsprechenden Gegenhalters. Gemäß einer Ausführungsform ist der Entgegenhalter zumindest entlang einer Hochachse verfahrbar ausgebildet. Die angesprochene Hochachse bezeichnet dabei beispielsweise die Hochachse der Energiespeicherzellen. Damit ist es beispielsweise möglich, die zweite Seitenfläche nach Anordnung der Energiespeicherzellen an der ersten Seitenfläche freizugeben, um dort Klebstoff aufzubringen. Gemäß einer Ausführungsform weist der Gegenhalter eine Vielzahl von Drückstücken auf, welche zur bereichs- oder abschnittsweisen Abstützung eines Kühlelements ausgelegt sind. Gemäß einer Ausführungsform sind die Druckstücke jeweils beweglich oder verlagerbar ausgebildet, insbesondere beispielsweise entlang der vorgenannten Hochachse, aber auch entlang der Längsachse bzw. in der Ebene, aufgespannt durch die Hochachse und die Längsachse.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Gegenhalter zur vollflächigen Abstützung eines Kühlelements ausgelegt. Insbesondere bei dieser Ausführungsform kann der Gegenhalter ähnlich wie ein Formwerkzeug wirken, welches zweckmäßigerweise zum Nachformen oder Nachkalibrieren bzw. Ausrichten/Errichten eines darin angeordneten Kühlelements verwendet werden kann.
Zweckmäßigerweise weist eine zur bereichsweisen Abstützung des Kühlelements vorgesehene Kontaktfläche des Gegenhalters einen Radius auf, welcher ausgelegt ist, einen sichelförmigen Klebstoffs palt zu erzeugen. Zweckmäßigerweise ist beispielsweise der Radius an der Kontaktfläche kleiner als der Radius der bevorzugt zylindrischen Energiespeicherzelle. Wie bereits erwähnt, kann über die sichelförmige Ausgestaltung des Klebstoffspalts zum einen eine gute Klebstoffverteilung erreicht werden. Zudem können dünne Klebespalte realisiert werden, welche zudem wiederholgenau und prozesssicher realisierbar sind. Der Klebstoff verteilt sich also nicht zufällig oder unregelmäßig, sondern sehr gezielt. Damit wird vorteilhafterweise ein genaues und ressourcenschonendes Arbeiten ermöglicht.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen des Verfahrens bzw. einer Vorrichtung mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
Es zeigen:
Fig. 1 : zwei Ansichten zum Veranschaulichen eines Grundprinzips des Verfahrens;
Fig. 2: eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Handhabungseinrichtung; Fig. 3: die aus der Fig. 2 bekannte Handhabungseinrichtung in einer anderen Stellung;
Fig. 4: eine schematische Detailansicht, in welcher ein sichelförmiger Klebstoffspalt erkennbar ist;
Fig. 5: eine schematische Skizze, welche die Anordnung mehrerer Segmente aneinander zeigt.
Fig. 1 zeigt ein Kühlelement 20, welches eine Wellenform aufweist und sich entlang einer Längsachse L erstreckt. Das Kühlelement 20 weist eine erste Seitenfläche 21 sowie eine zweite Seitenfläche 22 auf, wobei in den Wellentälern der ersten Seitenfläche 21 mehrere Energiespeicherzellen 1 angeordnet sind. Diese erstrecken sich jeweils entlang einer Hochachse H. Zu erkennen ist ein Gegenhalter 40, welcher ausgelegt ist, das Kühlelement 20 bereichs- oder abschnittsweise abzustützen, insbesondere in dem Bereich, in dem die Anordnung der Energiespeicherzellen 1 erfolgt. In der vorliegenden Ausführungsform des Gegenhalters 40 weist dieser entsprechende Druckstücke 42 auf, welche Kontaktflächen 44 aufweisen. In der rechten Bildhälfte ist ein Schnitt dargestellt, wie er in der linken Bildhälfte skizziert ist. Zu erkennen ist hier, dass über die Anordnung des Gegenhalters bzw. des Druckstücks 42 das Kühlelement 20 beim Anordnen der Energiespeicherzelle beim Anordnen derselben entlang der Anordnungsrichtung A abgestützt werden kann. Die Hochachse H sowie die Längsachse L formen eine Ebene, zu welcher senkrecht, also entlang der Anordnungsrichtung A, die Anordnung der Energiespeicherzellen 1 erfolgt. Zu erkennen ist, dass bei Verwendung eines derartigen Gegenhalters 40, vgl. diesbezüglich insbesondere die linke Bildhälfte, ein entsprechend ausgebildetes Kühlelement 20, welches vorliegend eine Wellenform aufweist, über die Anordnung der Energiespeicherzellen 1 noch nachträglich kalibriert, ausgerichtet bzw. gerichtet werden kann. Insbesondere können etwaige maßliche Toleranzen, welche das Kühlelement 20 aufweisen kann, über die Anordnung der Energiespeicherzellen 1 , ausgeglichen werden. Der Gegenhalter 40 wirkt wie ein Formwerkzeug, welches im Zusammenwirken mit der durch die Energiespeicherzellen 1 auf das Kühlelement 20 aufgebrachten Kraft wirken kann.
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Ausführungsform einer Handhabungseinrichtung 50, welche einen Schwenkarm 52 umfasst, an welchem eine Energiespeicherzelle 1 angeordnet ist. Die Handhabungseinrichtung 50 umfasst einen Gegenhalter 40, an welchem bereits ein Kühlelement 20 angeordnet ist. Dieses weist eine erste Seitenfläche 21 sowie eine zweite Seitenfläche 22 auf und erstreckt sich entlang einer Hochachse H bzw. in die Zeichenebene hinein, entlang einer Längsachse L. Entlang derer sind vorliegend bereits zwei Klebstoffbahnen 30 aufgebracht.
Fig. 3 zeigt nun die aus der Fig. 2 bekannte Handhabungseinrichtung 50, wobei der Schwenkarm 52 derart verfahren wurde, dass die Energiespeicherzelle 1 , bzw. mehrere, an der ersten Seitenfläche 21 des Kühlelements 20 angeordnet sind. Hier nicht dargestellt ist, dass der Gegenhalter 40 beispielsweise entlang der Hochachse H, vorliegend insbesondere nach oben, verfahren werden kann. Damit kann die zweite Seitenfläche 22 freigegeben werden. In der Folge kann auch hier ein Klebstoffauftrag erfolgen.
Fig. 4 zeigt eine Detailansicht, wobei eine zylindrische Energiespeicherzelle 1 zu sehen ist, welche sich entlang einer Hochachse H erstreckt. Ein Kühlelement 20, welches vorliegend nur abschnittsweise dargestellt ist, ist über einen Gegenhalter 40 bzw. ein Druckstück 42 abgestützt. Dieses umfasst eine Kontaktfläche 44, welche vorliegend derart geformt ist, dass im Zusammenwirken mit der Anordnung der Energiespeicherzelle bzw. der Abstützkraft, aufgebracht über den Gegenhalter 40, ein sichelförmiger oder im Wesentlichen sichelförmiger Klebstoffspalt 32 erzielt wird. Hierzu weist die Kontaktfläche einen Radius auf, welcher beispielsweise kleiner ist als ein Radius der Energiespeicherzelle 1. Ein derartiger Klebstoffspalt ermöglicht eine sehr definierte Klebstoffverteilung. Zudem können insbesondere dünne und gleichmäßige Klebstoffspalte erreicht werden. Die Klebstoffspalte ergeben sich also nicht irgendwie oder zufällig, sondern werden insbesondere über die Form des Gegenhalters 40 bzw. dessen Kontaktfläche 44 vorgegeben.
Fig. 5 zeigt schematisch das Vorgehen bei der Anordnung mehrere Segmente 10 aneinander. Die Segmente 10 weisen vorliegend jeweils eine erste Zellreihe 11 auf, sind also einreihig. Vorliegend ist eine Vielzahl von Energiespeicherzellen 1 dargestellt, welche sich entlang einer Hochachse H erstrecken und die ersten Zellreihen 11 formen. Schematisch dargestellt ist, dass von rechts ein (neues) Segment 10 an bereits aneinander angeordneten Segmenten 10 angeordnet wird. Die Anordnung erfolgt dabei zweckmäßigerweise innerhalb der chemischen Offenzeit des verwendeten Klebstoffs zumindest des rechten Segments 10. Die Anordnung des rechten Segments 10 von rechts nach links an der bereits bestehenden Anordnung erfolgt dabei zweckmäßigerweise derart, dass ein Andrücken über die Energiespeicherzellen 1 erfolgt. Über die Energiespeicherzellen 1 des rechten Segments 10 wird also das entsprechende Kühlelement 20 an die bereits vorhandenen Segmente 10 bzw. die Energiespeicherzellen 1 angedrückt. Die Kühlelemente 20 werden untereinander über entsprechende Verbindungselemente 24 zweckmäßigerweise verbunden.
Bezugszeichenliste
I Energiespeicherzelle
10 Segment
I I erste Zellreihe
20 Kühlelement
21 erste Seitenfläche
22 zweite Seitenfläche
24 Verbindungselement
30 Klebstoff
32 Klebstoffspalt
40 Gegenhalter
42 Druckstück
44 Kontaktfläche
50 Handhabungseinrichtung
52 Schwenkeinrichtung
L Längsachse
H Hochachse
D Druckkraft
G Gegenkraft
A Anordnungsrichtung

Claims

Ansprüche Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Energiespeichers, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Kühlelements (20), welches sich entlang einer Längsachse (L) erstreckt und eine erste Seitenfläche (21) und eine zweite Seitenfläche (22) aufweist;
- Aufbringen von Klebstoff (30) auf die erste Seitenfläche (21);
- Anordnen zumindest einer Energiespeicherzelle (1) an der ersten Seitenfläche (21) und, insbesondere formschlüssiges, Abstützen des Kühlelements (20) dabei von der zweiten Seitenfläche (22) her. Verfahren nach Anspruch 1 , umfassend den Schritt:
- Verwenden eines Gegenhalters (40) zum Abstützen, welcher an eine Sollform des Kühlelements (20), vollflächig oder abschnittsweise, angepasst ist. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kühlelement (20) entlang der Längsachse (L) eine Wellenform aufweist, und wobei die Energiespeicherzellen (1) jeweils in den Wellentälern positioniert werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt:
- Nachkalibrieren oder Ausrichten des Kühlelements (20) bei oder über die Anordnung der zumindest einen Energiespeicherzelle (1). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt: - Zumindest bereichsweise Umformen des Kühlelements (20) beim Anordnen der zumindest einen Energiespeicherzelle (1) derart, dass ein Klebespalt (32) gebildet wird, welcher entlang einer Hochachse (H) gesehen, sichelförmig oder im Wesentlichen sichelförmig ausgebildet ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt:
- Halten der zumindest einen Energiespeicherzelle (1) beim Anordnen derart, dass eine Ausrichtung relativ zum Kühlelement (20) möglich ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend die Schritte:
- Anordnen einer Vielzahl von Energiespeicherzellen (1) an der ersten Seitenfläche (21), sequentiell oder gleichzeitig, zum Erzeugen einer ersten Zellreihe (11);
- Aufbringen von Klebstoff (30) auf die zweite Seitenfläche (22) des Kühlelements (20).
8. Verfahren nach Anspruch 7, umfassend den Schritt:
- Anordnen einer Vielzahl von Energiespeicherzellen (1) an der zweiten Seitenfläche (22), sequentiell oder gleichzeitig, zum Erzeugen einer zweiten Zellreihe.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, umfassend den Schritt:
- Aneinander Anordnen einer Vielzahl von Segmenten (10), umfassend jeweils ein Kühlelement (20) und eine oder zwei Zellreihen, zum Erzeugen oder Aufbauen eines Energiespeichers.
10. Verfahren nach Anspruch 9, umfassen den Schritt:
- Anordnen eines Segments (10) vor dem Ablauf der chemischen Offenzeit des verwendeten Klebstoffs (30) des jeweiligen Segments (10).
- Positionieren des Kühlelements (20) an einer anderen Zellreihe (11) vor Ablauf der chemischen Offenzeit des verwendeten Klebstoffs (30).
11. Vorrichtung zum Herstellen eines elektrischen Energiespeichers, umfassend zumindest einen Gegenhalter (40) sowie eine Handhabungseinrichtung (50), wobei der Gegenhalter (40) zur Anordnung und zumindest bereichsweisen Abstützung eines sich entlang einer Längsachse (L) erstreckenden Kühlelements (20) ausgelegt ist, und wobei die Handhabungseinrichtung zur Anordnung zumindest einer Energiespeicherzelle (1) an einem an dem Gegenhalter (40) angeordneten Kühlelement (20) ausgelegt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , wobei der Gegenhalter (40) zumindest entlang einer Hochachse (H) verfahrbar ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Gegenhalter (40) eine Vielzahl von Druckstücken (42) aufweist, welche zur bereichs- und abschnittsweisen Abstützung eines Kühlelements (20) ausgelegt sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Gegenhalter (40) zur vollflächigen Abstützung eines Kühlelements (20) ausgelegt ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei eine zur bereichsweisen Abstützung des Kühlelements (20) vorgesehene Kontaktfläche des Gegenhalters (40) einen Radius aufweist, welcher ausgelegt ist, einen sichelförmigen Klebstoffspalt (32) zu erzeugen.
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