用于制造电池堆的装置和方法
阅读说明：本技术 用于制造电池堆的装置和方法 (Apparatus and method for manufacturing cell stack ) 是由 托马斯·舍贝 于尔根·保罗 沃尔夫冈·库恩 莫里茨·格吕克 于 2020-04-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于生产具有多个电池组(55)的电池堆的装置(10)。装置(10)包括接纳多个电池组(55)的多个定位单元(14),定位单元(14)各自包括定位爪(16),定位爪保持以一个在另一个上方的方式布置的多个电池组(55)。装置(10)还具有使定位单元(14)移动的第一移动单元,第一移动单元包括致动器(37)和可移动地安装的移动板(18),定位单元(14)布置在移动板(18)上,并且致动器(37)使移动板(18)移动。定位单元(14)布置成使得单独电池组(55)通过由第一移动单元引起的运动而在定位爪(16)之间对中。装置(10)最后包括与第一移动单元的运动分离的支撑件(34),多个电池组(55)和/或层位于支撑件(34)上。(The invention relates to a device (10) for producing a cell stack having a plurality of battery packs (55). The device (10) comprises a plurality of positioning units (14) receiving a plurality of battery packs (55), the positioning units (14) each comprising a positioning claw (16) holding a plurality of battery packs (55) arranged one above the other. The device (10) further has a first moving unit which moves the positioning unit (14), the first moving unit comprising an actuator (37) and a movably mounted moving plate (18), the positioning unit (14) being arranged on the moving plate (18), and the actuator (37) moving the moving plate (18). The positioning unit (14) is arranged such that the individual battery packs (55) are centered between the positioning claws (16) by a movement caused by the first moving unit. The device (10) finally comprises a support (34) separate from the movement of the first mobile unit, on which support (34) a plurality of batteries (55) and/or layers are located.)
技术领域
本发明涉及用于制造具有多个电池组件和/或电池层片的电池堆的装置，以及用于操作根据本发明的用于制造电池堆的装置的方法。
背景技术
锂离子电池组电池的生产过程包括四个主要的工艺步骤。主要的工艺步骤包括电极制造、电池组装、化成和老化。不考虑各种电池形式——圆柱形电池、硬壳电池或袋状电池——每个锂离子电池的最小单元包括具有阳极和阴极的两个电极以及将电极、即阳极和阴极彼此分开的隔板。在这种情况下，阴极在外围例如可以比阳极小约1mm。隔板是电池组电池的最大组成部分，并且在外围比阳极大约1mm。
已知用于制造电池组电池的多种方法，比如卷绕、滚压或堆叠等。为了制造电池组电池，在目前的情况下执行堆叠工艺，在堆叠工艺中，包括隔板的各个电极以若干层的方式一个堆叠在另一个的上方，直到获得期望的电池容量。在该工艺步骤中需要精确地定位电极——阴极和阳极。为了保持电极的精确位置，这些部件以不同的次序——按照隔板、阳极、隔板、阴极或隔板、阴极、隔板、阳极的顺序彼此胶合和/或层压。现在，为了由许多单独的层或层压和/或胶合的电池组件制造完整的电池堆，这些单独的层或层压和/或胶合的电池组件经由处理装置并借助于真空夹具而自动地安置就位并且借助于图像处理进行检查。这种组件需要带有集成压紧装置的工件支撑件，这些压紧装置在这些单独的电池组件以一个在另一个上方的方式安置后将这些单独的电池组件固定就位。
DE 10 2016 213 149 A1中描述了制造用于电池单元的电极单元的方法。在该方法中，多个阳极层片、阴极层片和隔板层片在堆叠方向上堆叠以形成层片堆叠体。层片堆叠体然后设置成使得堆叠方向相对于竖向方向倾斜地延伸。在另一方法步骤中，摇动层片堆叠体，直到多个阳极层片、阴极层片和隔板层片的至少一个边缘抵靠至少一个止挡件搁置为止。最后，以机械方式固定层片堆叠体。
发明内容
本发明自身的目的在于提供一种用于制造电池堆的改进的装置和改进的方法，借助于改进的装置和改进的方法，可以以特别简单、可靠且快速的方式制造电池堆、特别是进行连续生产。
为实现该目的，本发明提供了一种具有独立权利要求的特征的用于制造电池堆的装置以及用于操作制造电池堆所用的装置的方法。在从属专利权利要求中表明了本发明的具有有用且重要的改进的有利实施方式。
本发明提供了一种用于制造具有多个电池组件和/或多个层片的电池堆的装置。特别地，“电池组件”具有若干导电元件、特别是阴极和/或阳极，以及至少一个电绝缘元件。电池组件或多个电池组件可以是电池组的电池组件或多个电池组件。替代性地，电池组件也可以包括若干电绝缘元件。特别地，“层片”是指若干导电元件的、特别是阴极和/或阳极的，和/或电绝缘元件的单独或单个的层片。电绝缘元件例如可以是绝缘体，该绝缘体也可以称为隔板。层片例如可以是燃料电池的或电池组的层片。例如，燃料电池的层片可以包括一个或若干双极板和/或膜电极组件的层片。燃料电池堆可以由独立的层片形成。燃料电池堆的层片、特别是双极板或多个双极板和/或膜电极组件具有不同的尺寸。优选地，燃料电池堆的层片具有用于使不同尺寸的层片对准的在几何上相同的特征部。
优选地，电池组件和/或层片在每种情况下包括以一个在另一个上方且彼此相邻的方式布置的至少两个导电元件和两个电绝缘元件。导电元件中的一个导电元件可以构造为阴极并且另一导电元件可以构造为阳极。例如，在各自的电池组件和/或层片中，隔板、阳极、隔板和阴极，或者隔板、阴极、隔板和阳极可以彼此相邻设置或按照顺序堆叠。在电池堆中，若干电池组件和/或层片特别地在装置的竖向方向上、特别地彼此相邻或者以一个在另一个上方的方式设置或堆叠。
特别地，电池组电池包括至少一个隔板、一个阳极和一个阴极。在这种情况下，隔板优选地大于阳极和/或阴极或者形成与阳极和阴极相比最大的部件。特别地，隔板优选地形成就表面积而言最大的部件，使得隔板在外围比阳极和阴极大。优选地，阳极大于阴极。此外，电极可以具有接触片。为了获得功能性的电池组电池，电池组电池的层片彼此相邻布置或以固定的次序堆叠。隔板、阴极、阳极、隔板、阴极等可以按照顺序彼此相邻布置。特别地，电池组电池的电池堆叠可以基于层压堆叠。在电池组件或多个电池组件或层压件中，各个层片优选地牢固地连接至彼此。优选地，层片牢固地连接至彼此并且具有不同的尺寸。例如，借助于隔板层中的活化的粘合剂材料或者替代性地借助于粘合剂实现牢固的连接。关于电池组件的结构，在此处参照PCT/DE2020/100240。
该装置包括构造成用于容纳多个电池组件和/或层片的若干定位单元。换句话说，若干定位单元整体上构造成用于容纳多个电池组件和/或层片。换句话说，多个电池组件和/或层片可以设置在定位单元中。此外，定位单元各自包括定位爪，其中，定位爪构造成用于包围以一个在另一个上方的方式设置的多个电池组件和/或层片。特别地，“定位爪”是指这样的爪：该爪构造为用于保持和/或导引和/或定位电池组件的可移动的侧向部分或可移动侧表面。特别地，定位爪可以具有多部分式结构。
此外，该装置包括支撑件，其中，所述多个电池组件和/或层片搁置在支撑件上。支撑件例如可以构造为板或板状工件。优选地，支撑件可以设置在定位单元之间。
该装置还包括构造成用于使定位单元移动的第一移动单元。换句话说，第一移动单元构造成用于设定定位单元的运动。特别优选地，第一移动单元构造成使定位单元振荡或使定位单元振动。
定位单元布置成使得各个电池组件和/或层片通过由第一移动单元引发的运动而在定位爪之间居中地对中。电池组件和/或层片可以借助于移动单元而在定位单元之间对中。特别地，“对中”是指中心的对准。换句话说，各个电池组件和/或层片可以通过定位单元的运动而在定位爪之间对准、特别是对中。换句话说，电池组件和/或层片可以在中心的上方对准。为此，各个电池组件和/或层片以一个在另一个上方的方式松散地搁置。借助于该运动，电池堆的各个层片特别优选地在特别是侧向附接的定位爪之间一个在另一个上方地对中，或者以一致的或平行的方式一个在另一个上方地放置或对准。特别地，“对中”是指优选地居中设置在定位爪之间，或者优选地在定位爪之间围绕中心点对准，或者优选地在定位爪之间朝向中心对准。
具有定位爪和第一移动单元的装置的实施方案的优点在于可以特别快速地制造电池堆，即可以进行特别快速的组装。而且，该装置可以用于连续生产。此外，由于定位爪和第一移动单元，该装置具有特别简单且紧凑的结构。最后，可以使用定位爪以特别简单的方式缩放至其他电池样式或尺寸。
而且，提供的是，第一移动单元包括致动器和以可移动的方式安装的移动板。特别地，移动板构造为板状工件或支撑件或板。移动板也可以被称为振动板。优选地，移动板以可移动的方式安装在支承件上、特别是安装在橡胶支承件上。定位单元设置在移动板上。换句话说，定位单元可以安装在移动板上或附接至移动板。在这种情况下，定位单元优选地设置在移动板的表面上。致动器构造成用于移动、特别是振动或摇动移动板。例如，致动器可以构造为振动马达。为此，致动器优选地联接至移动板。使用移动板和致动器，定位单元可以以特别简单且可靠的方式一起同时移动或者彼此独立地移动，以便使电池组件和/或层片对准。
此外，支撑件与第一移动单元的运动分离。换句话说，支撑件和第一移动单元可以在振动方面彼此分离或脱离。特别地，作为用于电池组件和/或层片的支撑工具的支撑件在振动方面与第一移动单元、优选地与移动板和附接至第一移动单元并且随着第一移动单元振动的定位单元分离。优选地，移动单元振动和移动，并且在第一移动单元运动期间，支撑件不与第一移动单元一起移动或振动。
特别优选地，定位单元、优选地定位爪可以单独或成对地移动或振动。特别地，第一移动单元可以构造成使定位爪单独地或成对地运动或振动。换句话说，定位单元、尤其是定位爪可以通过第一移动单元而单独地或成对地移动。优选地，该装置包括特别是成对布置的、彼此相对的四个定位爪。定位爪中的两个定位爪、优选地彼此相对的那两个定位爪，在每种情况下同时地移动。附加地或者作为替代方案，所有四个定位爪可以同时移动。附加地或替代性地，每个单独的定位爪可以独立于其他定位爪移动。
有利实施方式提供的是，定位爪构造成用于执行前进运动、特别是朝向电池组件和/或层片的前进运动。特别地，“前进运动”是指定位爪朝向工件、在这种情况下朝向电池堆或电池组件和/或层片的运动。特别地，各个电池组件和/或层片在中心上方对准。换句话说，各个电池组件和/或层片关于彼此居中地对准。优选地，这借助于优选地位于电池堆的所有四个侧上的可移动的定位爪并且借助于与定位爪分离的支撑件或分离的支撑板来实现。堆叠有电池组件和/或层片的支撑件或支撑板不振动。为了实现在中心上方的对准，各个电池组件和/或层片可以在所有4个方向上、特别是在平面中相对于彼此移位。在这种情况下，定位爪的运动和定位爪之间的间距可以根据起始材料——电池组件和/或层片——的尺寸进行专门调整。相应地，所有定位爪、特别是位于电池组件和/或层片的两侧上的定位爪朝向电池组件和/或层片移动和/或能够朝向电池组件和/或层片移动。例如，装置的另一移动单元或第一移动单元可以构造成用于使定位爪移动以执行前进运动。另一移动单元或第一移动单元可以构造成用于使定位爪单独地或一起或成对地移动以执行前进运动。
有利地，该装置包括构造成用于提供空气流的至少一个空气喷嘴，其中，由于空气流，空气喷嘴构造成用于将电池组件和/或层片特别地在定位单元之间对准。优选地，空气喷嘴可以设置在定位单元上。优选地，该装置包括若干空气喷嘴，空气喷嘴中的每个空气喷嘴提供空气流。特别优选地，该装置包括四个空气喷嘴，其中，一个空气喷嘴在每种情况下设置在定位爪上。特别优选地，空气喷嘴构造成用于帮助电池组件和/或层片在定位爪之间对准。例如，可以在定位爪运动的同时和/或在定位爪运动之后和/或在定位爪运动之前提供空气流，该空气流被导向到定位爪之间的电池组件和/或层片上。例如，定位爪可以在预定的位置处、特别是在中心处具有一个或更多个开口，特别地由空气喷嘴提供的空气可以流动穿过所述一个或更多个开口。特别地，相应的空气流穿过定位爪中的开口或多个开口并且撞击电池组件和/或层片。
有利地，定位单元借助于紧固装置特别是以形状配合的方式附接至移动板以及/或者可以定位在移动板上。为此，紧固装置包括至少一个紧固构件和/或键构件，所述至少一个紧固构件特别地是销或螺钉或螺栓，键构件特别地是键，其中，各个定位单元可以借助于所述至少一个紧固构件和/或键构件附接至移动板以及/或者定位在移动板上。例如，可以借助于坐置于各个定位单元的底部部分中的销和/或保持在移动板中的键来实现定位。特别地，各个定位单元经由紧固构件和/或键构件连接至移动板。各个定位单元可以借助于紧固装置以特别简单且可靠的方式固定和/或定位。
另一有利实施方式提供的是，定位单元的定位爪各自具有特别地位于内侧的定位表面。换句话说，各个定位爪可以在内侧具有内表面，该内表面特别地与多个电池组件和/或层片接触或发生接触。而且，定位表面分成至少两个定位表面部分。换句话说，定位表面具有若干定位表面部分——第一定位表面部分和第二定位表面部分。在这种情况下，第一定位表面部分具有光滑的表面。换句话说，第一定位表面部分的表面以平面或水平的方式进行构造。定位表面的第二定位表面部分具有凹槽。特别地，“凹槽”是指特别地沿着第二定位表面部分的区域或表面延伸的凹陷部或通道或沟。
另一有利实施方式提供的是，第一定位表面部分的表面构造成相对于装置的竖向方向以预定角度倾斜。换句话说，第一定位表面部分的表面可以相对于装置的竖向方向偏斜地布置。换句话说，第一定位表面部分的表面可以具有倾斜部分或陡峭平面。例如，第一定位表面部分的表面可以设置或定向成相对于装置的竖向方向成5°与90°之间的角度、优选地5°与45°之间的角度、特别优选地5°与30°之间的角度。定位表面部分的倾斜表面的有利之处在于，电池组件和/或层片可以通过该倾斜表面进行预定位，特别是滑入到预定的位置中或者沿着第一定位表面部分的表面滑动。
附加地或替代性地，第二定位表面部分的凹槽优选地以预定的间距、特别是彼此平行延伸地、并且特别是相对于定位单元的横向平面以预定的角度从定位爪的端部部分延伸到定位爪的相反的端部部分或端部。换句话说，凹槽可以以偏斜的方式从顶部到底部或从顶部朝向底部对角地延伸。特别地，“横向平面”是指与装置或定位爪的纵向轴线或竖向方向垂直的横向平面。横向平面也可以称为水平平面。
附加地或替代性地，第一定位表面部分设置成在装置的竖向方向上位于第二定位表面部分的上方，以特别地用于对多个电池组件和/或层片进行预定位。换句话说，第一定位表面部分可以设置在第二定位表面部分上。换句话说，第一定位表面部分和第二定位表面部分可以设置成彼此相邻和/或一者位于另一者的上方。
有利地，该装置具有至少四个定位单元。在这种情况下，还优选的是，在每种情况下两个定位单元彼此相对地布置并且定位单元的定位表面面向彼此。特别地，定位单元成对地、彼此相对地布置。特别优选地，定位单元特别是顺序地、彼此成直角地布置，使得定位单元包围出矩形的或正方形的表面或容纳部分。特别优选地，第一定位表面部分特别地由于偏斜的表面而可以一起得到或形成漏斗形状。
根据有利的改进方案提供的是，该装置包括设置在支撑件上的第二移动单元。第二移动单元构造成用于特别是在移动定位单元时使支撑件沿装置的竖向方向移动。换句话说，第二移动单元构造成用于使支撑件向上和/或向下移动。换句话说，第二移动单元构造成用于升高或降低支撑件。特别地，第二移动单元包括设置在支撑件上的升降装置，其中，升降装置构造成用于特别是在移动定位单元时使支撑件沿装置的竖向方向移动。为了使支撑件移动，第二移动单元例如包括滚珠丝杠。第二移动单元特别地是与致使定位爪运动的第一移动单元分开且独立的另一移动单元。在第二移动单元中，可以经由第二移动单元的轴来改变或调整行进路径和轴速度。例如，滚珠丝杠的行进路径和轴速度可以根据电池组件和/或层片的尺寸、数量和特性经由轴来改变。而且，支撑件可以设置或搁置在支撑构件或若干支撑构件上。特别地，至少一个支撑构件或若干支撑构件设置在背向定位单元或电池组件和/或层片的下侧部上。至少一个支撑构件或若干支撑构件可以构造为棒或杆或梁。在这种情况下，支撑件可以与支撑构件一起移动。特别地，第二移动单元和/或支撑件可以一起被称为升降装置。使用支撑件和第二移动单元，电池组件和/或层片可以在定位爪之间以特别简单、快速且可靠的方式移动或运输。
有利地，该装置包括基体，其中，支撑件和/或定位单元和/或第一移动单元和/或第二移动单元布置在基体上。特别地，基体可以构造为基架，基架构造成用于保持或固定支撑件和/或定位单元和/或第一移动单元和/或第二移动单元。优选地，基体可以螺纹固定至机器工作台。
另一有利实施方式提供的是，电池组件和/或层片在每种情况下包括以一个在另一个上方、特别是沿装置的竖向方向并且彼此相邻的方式布置的至少两个导电元件和两个电绝缘元件，其中，两个导电元件中的一者特别地在外围构造成比另一导电元件更大和/或更具刚性。特别地，各个电池组件和/或层片包括或包含具有两个导电元件和两个电绝缘元件的四个层片。例如，一个导电元件可以构造为阳极并且另一导电元件可以构造为阴极。例如，阳极可以构造成在外围比阴极更大和/或更具刚性。特别地，电绝缘元件的刚性比各导电元件或各导电元件中的至少一个导电元件的刚性低。特别地，“外围地”是指周向地。换句话说，阳极可以具有比阴极更大的表面积。换句话说，阳极关于表面积而言可以大于阴极。特别地，“刚性”是指两个导电元件中的一个导电元件具有比非导电元件更高的刚性。特别地，刚性描述了物体对由力或力矩引起的弹性变形的抵抗力。特别地，导电元件构造成具有板状或盘状形状。此外，电绝缘元件构造成特别地在外围大于较大的导电元件。例如，电绝缘元件可以构造为绝缘体。换句话说，电绝缘元件的表面可以构造成大于较大的导电元件。例如，绝缘体的表面积比阳极的表面积大。例如，隔板或绝缘体、阳极、隔板、阴极或者隔板、阴极、隔板、阳极按照此顺序布置。
本发明还包括用于对制造具有多个电池组件和/或多个层片的电池堆所用的装置进行操作的方法。在这种情况下，该装置包括构造成用于容纳多个电池组件和/或层片的若干定位单元，其中，定位单元各自都包括定位爪，其中，定位爪构造成用于包围以一个在另一个上方的方式设置的多个电池组件和/或层片。而且，该装置包括构造成用于使定位单元移动的第一移动单元。第一移动单元包括致动器和以可移动的方式安装的移动板，其中，定位单元设置在移动板上，其中，致动器构造成用于使移动板移动、特别是振动。该装置还包括支撑件，其中，所述多个电池组件和/或层片搁置在支撑件上，其中，支撑件与第一移动单元的运动分离。在该方法步骤中，多个电池组件和/或层片一个在另一个上方、特别是沿装置的竖向方向布置在支撑件上。换句话说，若干电池组件和/或层片一个在另一个上方地放置或堆叠在支撑件上。换句话说，电池组件和/或层片可在对中之前或对中期间被放置在支撑件上。换句话说，电池组件和/或层片可以在对中之前堆叠在支撑件上。换句话说，电池组件和/或层片可以以一个在另一个上方的方式单独地放置在支撑件上。在另一方法步骤中，使第一移动单元移动成使得以一个在另一个上方的方式设置的多个电池组件和/或层片在包围电池组件和/或层片的定位爪之间对中或对准。
另一有利实施方式提供的是，该装置还包括第二移动单元。第二移动单元设置在支撑件上。第二移动单元特别地在使定位单元移动时将支撑件沿装置的竖向方向降低，以便使电池组件和/或层片对中。换句话说，通过支撑件的降低或向下运动，设置在支撑件上的电池组件和/或层片被容纳或被包围在定位单元之间。
下面将讨论具体的示例性实施方式：
各个电池组件或层片在中心上方对准。所有单独的电池组件或层片都相对于彼此居中地对准。这借助于位于电池堆的所有4个侧上的可移动的定位爪以及借助于与定位爪分离的支撑件来实现。堆叠有电池组件和/或层片的支撑件不振动。为了实现在中心上方的对准，各个电池组件和/或层片在所有4个方向上、特别是在平面中相对于彼此移位。在这种情况下，定位爪的运动和定位爪之间的间距总是可以根据起始材料——即特别地是电池组件和/或层片——的尺寸进行专门调整。特别地，即使各部件即阴极、隔板和阳极具有不同的尺寸，也可以因此完成所有电池组件和/或层片在中心上方的对中。特别地，“起始材料”是指用于制造电池堆、即制造层片和/或电池组件或层压件的材料。在这种情况下，该方法独立于重力运行。
有利地，在每种情况下，电池组件和/或层片包括以一个在另一个上方且彼此相邻的方式布置的至少两个导电元件和两个电绝缘元件，其中，电绝缘元件在电池堆或电池组件和/或层片运动期间沿装置的竖向方向至少部分地折叠。特别地，通过使定位单元移动以及特别地同时使设置有电池组件和/或层片的支撑件降低，电池组件和/或层片被移动经过侧向安置的定位单元。电绝缘元件通过该移动而向上折叠。优选地，电绝缘元件的边缘区域、特别是在导电元件上方突出的表面向上折叠或沿竖向方向折叠或弯曲。换句话说，特别地，电绝缘元件的在至少一个导电元件上方突出的部分折叠。换句话说，电绝缘元件至少部分地折叠或弯曲。特别地，通过将降低运动、设置在各个电绝缘元件上方的导电元件以及侧向布置的定位爪相结合，电绝缘元件特别是在外围于电绝缘元件的上方突出的边缘区域处折叠或弯曲。电池组件和/或层片中的层片以特别简单的方式被平面的电绝缘元件——该电绝缘元件形成电池组件的边缘——围绕或包围。
根据有利改进方案提供的是，定位爪布置成使得在电池组件和/或层片运动期间，电绝缘元件以使得电绝缘元件各自搁置抵靠导电元件中的一者的方式折叠。优选地，电绝缘元件搁置抵靠在阳极上。例如，定位爪构造成使得定位爪将突出的绝缘体以限定的方式向上提升并且绝缘体因此搁置抵靠在阳极上。附加地或替代性地，定位爪优选地布置成使得在电池组件和/或层片运动期间，电绝缘元件以使得电绝缘元件搁置抵靠定位爪的内侧部的方式折叠。特别地，电绝缘元件的弯曲部分设置在定位爪与多个电池组件和/或层片之间。
有利地，在移除电池堆之前，电池堆特别地以形状配合的方式或者通过物质对物质的连接、特别优选地通过胶合或层压或者借助于夹紧、例如借助于夹紧板固定。
另一有利的实施方式提供的是，在将电池堆固定之后，定位单元被打开并且电池堆连同固定件一起从装置移除。例如，电池堆可以借助于夹具移除。
本发明还包括根据本发明的装置和根据本发明的方法的改进方案，改进方案包括已经结合根据本发明的装置和根据本发明的方法的改进方案所描述的特征。为此，在此处不再描述根据本发明的装置和根据本发明的方法的相应改进方案。
附图说明
下面将参照附图更详细地说明示例性实施方式。在附图中：
图1以立体图示出了用于制造电池堆的装置的示意图，该装置包括基体、若干定位单元、移动板、支撑件、第一移动单元和第二移动单元；
图2以截面图示出了用于制造图1的电池堆的装置在支撑件的装载位置下的示意图；
图3以截面图示出了用于制造图1的电池堆的装置在支撑件的对准位置下的示意图；
图4以立体图示出了包括定位爪和调整装置的定位单元的示意图；
图5a示出了装置的具有定位爪的组件的一部分的示意图；
图5b示出了装置的具有定位爪的组件的一部分的示意图；以及
图6示出了装置的装载有若干电池组件的一部分的示意图。
具体实施方式
以下说明的示例性实施方式是本发明的优选实施方式。在示例性实施方式中，实施方式中的所描述的部件各自构成本发明的单个特征，这些特征应彼此独立地被考虑并且在每种情况下还彼此独立地改进本发明，并且因此单独地或者以除了所示组合以外的组合被视为本发明的构成要素。而且，所描述的实施方式还可以用本发明的已经描述的其他特征来补充。
图1至图3示出了用于制造电池堆的装置10的示意图。电池堆包括若干电池组件。替代性地，电池堆也可以包括单独的层片。下面描述的示例性实施方式针对具有若干电池组件的电池堆。相应地，所描述的示例性实施方式可以包括单独的层片而非电池组件。各个电池组件包括若干导电元件、特别是两个导电元件。导电元件可以是阳极和阴极。各个电池组件还包括若干电绝缘元件、特别是两个电绝缘元件。电绝缘元件可以优选地是绝缘体，该绝缘体也可以被称为隔板。优选地，各个电池组件由平面的或板状的元件——导电元件和电绝缘元件——形成。
装置10包括基体12。基体12可以构造为框架或支撑件或基架。基体12可以附接至、特别是螺纹固定至机器工作台(图中未示出)。在装置10的基体12上布置有若干定位单元14。在这种情况下，装置10具有四个定位单元14——第一定位单元14.1、第二定位单元14.2、第三定位单元14.3和第四定位单元14.4。各个定位单元14的结构将结合图4进行更详细地陈述。定位单元14成对地、彼此相对地布置。而且，各个定位单元14依次地或相邻地以直角或正交地布置。各定位单元14——第一定位单元14.1、第二定位单元14.2、第三定位单元14.3和第四定位单元14.4——包围出容纳部分或容纳表面。
定位单元14构造成用于容纳多个电池组件。换句话说，若干定位单元14整体上构造成用于容纳多个电池组件。换句话说，多个电池组件可以在定位单元14之间布置在容纳部分中。而且，定位单元14各自包括一个定位爪16。定位单元14的定位爪16构造成用于将以一个在另一个上方的方式设置的多个电池组件包围。特别地，“定位爪”是指这样的爪：该爪构造为用于夹持和/或保持和/或锁定和/或按压和/或定位电池组件的可移动侧向部分或可移动侧表面。定位爪16也可以被称为对准爪。
装置10还包括第一移动单元，第一移动单元包括移动板18和致动器37。定位单元14设置在移动板18上或者附接至移动板18。移动板18构造为板或板状的工件。移动板18在装置10的支承件20上附接至基体12或设置在基体12上或安装在基体12上。支承件20可以构造为橡胶支承件。优选地，移动板18安装在四个支承件上。移动板18设置在支承件20与定位单元14之间。
第一移动单元的致动器37构造成用于使移动板18和/或定位单元14振动。为此，致动器37联接至移动板18。移动板18振动和/或定位单元14由于由第一移动单元或致动器37引起的移动板18的移动和/或定位单元14的运动而振动。移动板18也可以被称为振动板。为了使移动板18和/或定位单元14移动，致动器37构造为马达、特别是振动马达。如从图2可以明显看出，致动器37沿装置10的竖向方向设置在移动板18的下方。
定位单元14借助于紧固装置22特别地以形状配合的方式附接至移动板18以及/或者可以定位在移动板18上。为了定位和/或附接各个定位单元14.1、14.2、14.3、14.4，紧固装置22包括销26或螺钉或螺栓。各个定位单元14.1、14.2、14.3、14.4在端部部分处具有底部部分，各个定位单元14.1、14.2、14.3、14.4经由底部部分借助于销26或螺钉或螺栓而附接至移动板18。特别地，“底部部分”是指端部部分，各个定位单元14.1、14.2、14.3、14.4经由该端部部分连接至移动板18。底部部分28在各个定位单元14.1、14.2、14.3、14.4的端部或端部部分处形成长方体的附件。各个定位单元14.1、14.2、14.3、14.4也可以通过若干销或螺钉或螺栓附接至移动板18。销26或螺钉或螺栓穿过各个定位单元14.1、14.2、14.3、14.4的底部部分28并且将定位单元14.1、14.2、14.3、14.4与移动板18特别地以形状配合的方式连接。为了定位和/或附接各个定位单元14.1、14.2、14.3、14.4，紧固装置22还包括特别地构造为键的键构件24。例如可以借助于坐置在各个定位单元14.1、14.2、14.3、14.4的底部部分28中的销26和/或保持在移动板18中的键来实现定位。键接合下述凹槽：位于各个定位单元或各个定位单元14.1、14.2、14.3、14.4的底部部分28的下侧部处的面向移动板18的凹槽；以及移动板18的凹槽、特别是位于移动板18的表面中的面向定位单元14.1、14.2、14.3、14.4的凹槽。这得到移动板18与各个定位单元14.1、14.2、14.3、14.4之间的形状配合连接。
定位单元14可以根据待制造的电池堆而进行替换。为此，紧固装置22将被松开。
此外，装置10具有第二移动单元30和支撑件34(图1中未示出)。支撑件34设置在第二移动单元30上。第二移动单元30构造成用于使支撑件34沿装置10的竖向方向移动或移位。换句话说，第二移动单元30可以使支撑件34向上或向下移动。特别地，第二移动单元30可以使支撑件34从装载位置移动到对准位置中，并且反之亦然，即从对准位置移动到装载位置中。在这种情况下，装载位置在装置10的竖向方向上位于对准位置上方。在从装载位置移动到对准位置中期间，支撑件34从定位爪16沿定位单元14的底部部分28的方向移动，但是特别地保持在定位爪16的水平上。特别地，竖向方向平行于附图的平面延伸。在图2中，支撑件34处于装载位置。在装载位置中，支撑件34特别地装载有电池组件，即电池组件堆叠或设置在承载件34上。在图3中，支撑件34处于对准位置。在向对准位置移动期间，支撑件34与设置在支撑件34上的电池组件一起移动。
在对中之前，电池组件在支撑件34的装载位置下被放置在支撑件34上。换句话说，电池组件可以在对中之前堆叠、优选松散地堆叠在支撑件34上。在此过程中，支撑件34首先处于装载位置(图2)。为了使电池组件对中，第二移动单元30将支撑件34驱动或移动到对准位置(图3)中。在支撑件34从装载位置移动到对准位置中期间，第一移动单元或第一移动单元的致动器37附加地使定位单元14移动。第二移动单元30在使定位单元14移动时使支撑件34沿装置10的竖向方向降低，以便将电池组件对中或对准。换句话说，通过支撑件34的降低或向下运动以及定位单元14的运动，设置在支撑件34上的电池组件被容纳或包围在定位单元14之间或被移动到定位单元14之间的容纳部分中。
第二移动单元30和/或支撑件34安装在支承件上，支承件特别地是橡胶支承件。通过将第二移动单元30和/或支撑件34安装在支承件上，第二移动单元30和/或支撑件34与第一移动单元或第一移动单元的致动器37的运动分离。
将结合图2和图3更详细地陈述支撑件34的用于使电池组件对准的运动。支撑件34设置在第二移动单元30之上或第二移动单元30上。在这种情况下，支撑件34能够相对于基体12移动。第二移动单元30和/或支撑件34安装在支承件上并且因此与致动器和/或移动板18的振动分离。第二移动单元30包括滚珠丝杠36。在定位单元14或定位爪16的运动、特别是振动期间，支撑件34借助于滚珠丝杠36沿向下的方向移动，特别是从装载位置移动到对准位置中。在此过程中，支撑件34沿着第二移动单元30或装置10的行程轴线移动或移位。在图3中，支撑件34与设置在支撑件34上的电池组件一起在装置10中、特别是在定位单元14之间或在定位单元14的定位爪16之间处于对准位置。一旦支撑件34处于对准位置，电池组件的各个层片在定位爪16之间以限定的方式一个在另一个上方地居中或对准。
图4示出了定位单元的定位单元14的立体图。定位单元14具有定位爪16和底部部分28。定位单元14的底部部分28经由中间部件32连接至定位爪16。底部部分28、定位爪16和调整装置38设置在中间部件32上。定位爪16设置在中间部件32的前侧部上、特别地设置在中间部件32的上端部部分处，并且定位单元14的底部部分28设置在中间部分32的背离前侧部的后侧部处、特别地设置在中间部件32的与上端部部分相反的下端部部分处。中间部件32构造为板或板状的工件。定位单元14可以经由底部部分28附接和/或定位在移动板18上。在定位单元14的下侧部处、特别是在中间部件32的下侧部或底部部分28的下侧部处，定位单元14具有由键构件24接合以用于定位和/或附接的凹槽，特别地，中间部件32的下侧部和底部部分28的下侧部融合到彼此中或者形成共同表面。
此外，定位单元14包括用于调整定位爪16的位置的调整装置38。调整装置38包括偏心夹紧杆40和另一弹簧构件42。所述另一弹簧件42可以构造为压缩弹簧。为了调整定位爪16的位置，偏心夹紧杆40被移动。在这种情况下，所述另一弹簧构件42构造成在定位爪16移动时将定位爪16推到定位单元14的止挡件上。而且，调整装置38包括调整螺杆44。特别地，调整螺杆44构造为千分尺螺杆。调整螺杆44构造成用于调整止挡件的位置。
为了能够在定位对准之后将整个电池堆、即多个电池组件从装置10移除，定位爪16必须远离支撑件34移动。为此，偏心夹紧杆40被翻转。压缩弹簧确保定位爪16在前进运动期间被推靠在止挡件上或固定止挡件上。因此确保了定位爪16的限定位置。关于固定止挡件的调整或止挡件的调整借助于调整螺杆44进行。
如从图4明显可见，定位单元14的定位爪16在内侧具有定位表面45，特别地，定位表面45背向底部部分28或中间部件32。定位表面45分成至少两个定位表面部分46、48。换句话说，定位爪16具有多部分式结构或者分成若干部分或表面部分。第一定位表面部分46具有光滑的表面。第二定位表面部分48具有凹槽50。
如图4中所示，各个定位表面部分46、48分开或分离。在这种情况下，第二定位表面部分48的一部分、第一定位表面部分46的一部分、第二定位表面部分48的一部分、第一定位表面部分46的一部分以及再一个第二定位表面部分的一部分彼此相邻地布置、特别是与装置10的竖向方向垂直地和/或按顺序设置。第一定位表面部分46的各部分设置在第二定位表面部分48的各部分之间。第一定位表面部分46的各个部分加起为第一定位表面部分46，以及/或者第二定位表面部分48的各个部分加起来为第二定位表面部分48。
将结合图5a和图5b更详细地陈述各个定位单元14的定位表面45的构型。
如从图5a明显可见，第一定位表面部分46的表面设置成相对于装置10的竖向方向以预定的角度倾斜。换句话说，第一定位表面部分46的表面可以布置成相对于装置10的竖向方向偏斜、特别是相对于装置10的竖向方向成角度。换句话说，第一定位表面部分46的表面46可以具有倾斜部分或陡峭平面。例如，第一定位表面部分46的表面可以设置或定向成相对于装置的竖向方向成5°与90°之间的角度、优选地5°与45°之间的角度、特别优选地5°与30°之间的角度。特别地，在两个相对的第一定位表面部分46之间形成有角度α。例如，角度α可以在5°与90°之间，优选地在5°与45°之间，特别优选地在5°与30°之间。每个第一定位表面部分46的倾斜部分在定位单元14.1、14.2、14.3、14.4中的每个单元中相同地构造。特别地，倾斜的第一定位表面部分46一起形成漏斗形状。借助于第一定位表面部分46，电池组件可以预定位或滑入到容纳部分中，电池组件在该容纳部分中对准或对中。
如从图5b明显可见，第二定位表面部分48的凹槽50以预定的间距相互平行地延伸。在这种情况下，凹槽50以预定的角度β从定位爪16的端部部分52延伸至定位爪16的相反的端部部分54。换句话说，凹槽50可以以偏斜的方式从顶部到底部或从顶部朝向底部对角地延伸。在这种情况下，凹槽50设置成相对于定位单元14或装置10的横向平面成预定的角度β。特别地，“横向平面”是指与装置10或定位爪的纵向轴线或竖向方向垂直的横向平面。横向平面也可以称为水平平面。
比较图5a和图5b，明显可见，第一定位表面部分46设置成在装置10的竖向方向上位于第二定位表面部分48的上方。换句话说，第一定位表面部分46和第二定位表面部分48可以彼此相邻且一个在另一个上方地设置。在上部区域中，定位爪16形成有光滑表面和预定角度α。因此，当各个电池组件一个在另一个上方地安置时，实现了某种预定位。在定位爪16的下部区域中可以看到以角度β构造的凹槽50。第二定位表面部分48和/或凹槽50的角度β或凹槽50的成角度β的取向确保了电绝缘元件沿竖向线、即沿装置10的竖向方向折叠。折叠过程将结合图6进行更详细地陈述。
在图6中，电池组件55位于定位爪16之间。如在介绍中已经说明的，电池组件55包括若干导电元件、特别是两个导电元件。在这种情况下，电池组件55包括作为导电元件的一个或更多个阳极56和阴极58。在每种情况下在阳极56与阴极58之间设置有一个电绝缘元件，即隔板60。阳极56和阴极58以及隔板60是平面的或构造为板状构件或板。在这种情况下，隔板60、阳极56、隔板60和阴极58或者隔板60、阴极58、隔板60按顺序布置。
在这种情况下，阳极56具有比阴极58更大的表面积。此外，隔板60构造成特别在外围大于较大的导电元件、即大于阳极56。换句话说，隔板60的表面可以构造成大于较大的导电元件、即大于阳极56。因此，隔板60的表面积比阳极56的表面积更大。在这种情况下，隔板60的边缘区域在阳极56的上方突出、特别是在外围突出。此外，阳极56构造成比阴极58更具刚性并且比隔板60更具刚性。
隔板60沿装置10的竖向方向设置在阳极56的下方。隔板60的表面在阳极56的表面上方突出、特别是在外围突出。通过使定位单元14移动并且特别地同时使布置有电池组件55的支撑件34降低，电池组件55移动经过侧向安置的定位单元14或定位爪16。由于该运动，各个隔板60、特别是隔板60的突出的边缘区域向上折叠。
因此，定位爪16布置成使得隔板60在电池组件55的移动期间折叠，或者隔板60的突出部分弯曲成使得隔板60在每种情况下搁置抵靠在阳极56上。换句话说，定位爪16构造成使得定位爪16将突出或伸出的隔板60以限定的方式向上提升，并且突出或伸出的隔板60因此搁置抵靠在阳极56上。附加地或替代性地，定位爪16布置成使得隔板60在电池组件55的移动期间折叠成使得隔板60在每种情况下都搁置抵靠在定位爪16的内侧上。
通过定位爪16的振动和移动单元30或支撑件34的同时降低，各个电池组件55移动经过侧向安置的定位爪16。通过这种移动，隔板60向上折叠。定位爪16设计成使得由于定位爪16中的偏斜地构造的凹槽50而发生阳极56的恒定接触。因此，隔板60搁置抵靠在位于隔板60上方的阳极56上，并且因此将阳极56带入到精确的位置中，由此电池组件55特别地居中在定位单元14之间。
由于阳极56一方面比阴极58大，另一方面具有比隔板60更大的固有刚性，因此隔板60或各个隔板60用作用于整个电池堆或电池组件55的对准元件。在这种情况下，各个电池组件55大致以一个在另一个上方的方式安置在装置10中。由于随后的摇动过程、即定位单元14的运动以及带有电池组件55的支撑件34在偏斜地延伸的定位爪16之间的降低，所有的层或电池组件通过各个凹槽50而相对于彼此定位。
一旦所有的电池组件55均已被降低，隔板60或隔板60的边缘区域就布置在定位爪16与电池组件55之间。
在降低电池组件55之后和/或在移除电池堆之前，电池组件55或电池堆特别地以形状配合的方式或者通过物质对物质的连接、特别优选地通过胶合或层压或者借助于夹紧板固定。
在将电池堆固定之后，定位单元14被打开，并且例如固定在支撑板上的电池堆从装置10移除。例如，电池堆可以借助于夹具移除。
下面将讨论具体的示例性实施方式：
各个电池组件或层片在中心上方对准。所有单独的电池组件或层片都彼此居中地对准。这借助于电池堆的所有4个侧面上的可移动的定位爪16并且借助于与定位爪16分离的支撑件34来实现。在其上堆叠有电池组件和/或层片的支撑件34不振动。为了实现在中心上方的对准，各个电池组件和/或层片在所有4个方向上、特别是在平面中相对于彼此移位。在这种情况下，定位爪16的运动以及定位爪16之间的间距总是可以根据起始材料——即特别是电池组件和/或层片——的尺寸进行专门调整。特别地，即使各部件即阴极、隔板和阳极具有不同的尺寸，也可以因此实现所有电池组件和/或层片在中心上方的对中。因此，“起始材料”是指用于制造电池堆、即制造层片和/或电池组件或层压件的材料。在这种情况下，该方法独立于重力运行。
总的来说，通过本发明描述了用于将层压的或胶合的电池堆或电池组件堆叠以形成电池堆的装置。
根据前面的工作过程，电极与连续的隔板连接以形成电极带。该连接通过层压过程或通过胶合而建立。在接下来的工作过程中，隔板在电池组件之间分离，从而制造出包含一个或两个电极片以及一个或两个隔板的松散的电池组件。这些松散的电池组件必须以非常精确的方式堆叠以形成完整的电池堆。
这个构想是基于这样的观念，即各个电池组件大体上仅以一个在另一个上方的方式安置。然后，通过振动和在装置的侧向附接的定位爪中的同时的降低运动，电池组件的各个层片以一个在另一个上方的方式对中。在这种情况下，定位爪构造成使得定位爪将突出的隔板以限定的方式向上提升并且突出的隔板因此搁置抵靠在阳极上。因为阳极具有一定的固有刚性并且阳极比阴极大，因此所有单独的电池堆和电池组件都变得在阳极上方精确地对准。
该装置包括若干组件组。组件组包括基架、振动板、样式部件和升降组。也可称为基体的基架牢固地螺纹固定至机床工作台。也称为移动板的振动板，搁置在橡胶支承件上并且通过振动马达而进行振动。也称为定位单元的样式部件可以根据电池样式进行替换和/或调整。对于定位单元，在振动板上进行精确的定位。定位借助于牢固地坐置在底部部分中的销和牢固地保持在振动板中的键来实现。
支撑件或工件支撑件位于也称为第二移动单元的升降组上。整个升降组安装在橡胶支承件上，并且因此与振动马达的振动分离。
在定位单元的定位爪振动时，升降组借助于滚珠丝杠而沿向下的方向移动。滚珠丝杠的行进路径和轴速度可以根据电池堆或电池组件的尺寸、数量和特性经由轴而改变。
工件支撑件与电池堆或电池组件一起位于装置中。在该位置、即对准位置，电池组件或电池堆的各个层片以限定的方式一个在另一个上方地以及/或者彼此相邻地定位。
为了在于较低位置对准之后将整个电池堆或电池组件从装置移除，对准爪必须远离工件支撑件移动。为此，偏心夹紧杆必须被翻转。压缩弹簧确保对准爪在前进运动期间被推靠在固定的止挡件上。因此确保了爪的限定位置。关于固定的止挡件的调整借助于千分尺螺杆来执行。
通过定位单元的定位爪的振动以及升降组和工件支撑件的同时降低，各个电池组件移动经过侧向安置的定位爪。通过这种运动，隔板向上折叠。定位爪设计成使得由于爪中的偏斜地构造的凹槽而发生阳极的恒定接触。因此，隔板搁置抵靠在位于隔板上方的阳极上，并且从而将阳极带到精确的位置中。
在上部区域中，定位爪形成有光滑表面和角度(α)。因此，当各个电池组件一个在另一个上方地安置时，实现了某种预定位。在下部区域中可以看到同样构造有角度(β)的凹槽。凹槽的角度确保了当隔板折叠起来时，一个在另一个上方地安置的单独的隔板沿竖向线与定位爪接触。
在每种情况下，至少一个阳极、一个阴极和一个隔板的层压或胶合是以利用这种摇动过程的前提。由于阳极一方面比阴极大并且另一方面阳极具有比隔板更大的固有刚性，因此阳极用作整个堆叠体所用的对准元件。通过对电池组件(阳极-隔板-阴极-隔板)进行层压或胶合，任何数量的电池组件都可以借助于该过程步骤相对于彼此定位。在这种情况下，各个电池组件大致以一个在另一个上方的方式安置在装置中。这可以借助于简单的取放操作来实现。由于随后的摇动过程以及在偏斜地延伸的定位爪之间的降低，所有层都通过单独的阳极而相对于彼此定位。然后，电池堆使用两部分式盒被夹紧在装置中，并且从而保持每个单独的层的位置。
附图标记列表
10 装置
12 基体
14 定位单元
14.1 第一定位单元
14.2 第二定位单元
14.3 第三定位单元
14.4 第四定位单元
16 定位爪
18 移动板
20 支承件
22 紧固装置
24 键构件
26 销
28 底部部分
30 第二移动单元
32 中间部件
34 支撑件
36 滚珠丝杠
37 致动器
38 调整装置
40 偏心夹紧杆
42 另一弹簧构件
44 调整螺杆
45 定位表面
46 第一定位表面部分
48 第二定位表面部分
50 凹槽
52 端部部分
54 端部部分
55 电池组件
56 阳极
58 阴极
60 隔板
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