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EINLEITUNG
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Elektrochemische Akkumulatoren werden als Hochenergie-Stromversorgungen in den verschiedensten elektrischen Systemen eingesetzt. In einer exemplarischen Konstruktion kann ein Akkumulatorpaket aus einem oder mehreren Akkumulatorteilabschnitten aufgebaut sein, wobei jeder Akkumulatorteilabschnitt Stapel von miteinander verbundenen Akkumulatorzellen aufweist. Im Inneren der Akkumulatorzellen kann eine dünne Schicht aus Isoliermaterial, wie etwa Polyethylen- und/oder Polypropylenfolie, zwischen entgegengesetzt geladenen Elektrodenfolien, d. h. Anoden- und Kathodenfolien, angeordnet werden. Die Elektrodenfolien und das Isoliermaterial sind in einem versiegelten Außenbeutel, der ein Elektrolytmaterial enthält, eingeschlossen. Die Anoden- und Kathodenfolien sind mit Lithiumoxid, Graphit oder einem anderen anwendungsgerechten Aktivmaterial beschichtet. Zellfahnen, die elektrisch mit den Elektrodenfolien verbunden sind, ragen ein kurzes Stück aus einer äußeren Umfangskante des Beutels heraus. In einer als „Einsetzen“ bezeichneten Aufgabe wird eine Zellensensor-Verbindungsplatine (ICB - Interconnect Board) in Bezug auf den Akkumulatorteilabschnitt und seine einzelnen Zellfahnen ausgerichtet und eingesetzt. Die freiliegenden Zellfahnen werden dann mit leitenden Stromschienen oder Schweißkappen der ICB elektrisch verbunden.
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KURZDARSTELLUNG
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Hierin wird ein Montagewerkzeug beschrieben, das speziell für die Verwendung beim Kämmen und Positionieren der vorstehend genannten freiliegenden Zellfahnen innerhalb eines Akkumulatorteilabschnitts konfiguriert ist. Die Zellfahnen sind aus Metallfolie gefertigt und somit während des Zusammenbaus des Akkumulatorteilabschnitts anfällig für Beschädigungen. Das Montagewerkzeug unterstützt das Positionieren und korrekte Ausrichten der Zellfahnen auf eine Weise, die dazu beiträgt, das Risiko solcher Schäden zu reduzieren. Akkumulatorteilabschnitte, die möglicherweise von der Verwendung des offenbarten Montagewerkzeugs profitieren, schließen einen oder mehrere Zellstapel mit freiliegenden Zellfahnen ein, die parallel in einer Säule mit einer Säule pro Zellstapel und mit den verschiedenen Zellfahnen eines gegebenen Zellstapels parallel zueinander angeordnet sind. Daher sind mehrere parallele Säulen auf einer gegebenen Außenfläche des Akkumulatorteilabschnitts vorhanden. Eine solche Konfiguration ermöglicht es, das Montagewerkzeug von innerhalb der Grundfläche des Akkumulatorteilabschnitts zu verwenden, was wiederum die verschiedenen hierin beschriebenen Vorteile bietet.
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Die Zellfahnen, die unter Verwendung des vorliegenden Montagewerkzeugs gekämmt und positioniert werden, können eine Dicke von etwa 5 Millimeter (mm) oder weniger aufweisen, und können auch durch ähnliche Abstände, z. B. 3 - 5 mm, voneinander getrennt sein. Folglich können die Zellfahnen bruchanfällig sein, wenn sie zu weit verdreht oder versehentlich während der Ausrichtung der Zellfahnen vor und während eines ICB-Einsetzprozesses angestoßen werden. Die ICB und ihre zugehörigen Stromschienen oder Schweißkappen werden leitend mit den freiliegenden Zellfahnen verbunden, die nach einem erfolgreichen Einsetzvorgang gleichmäßig und zugänglich durch eine Oberseite der ICB ragen sollten.
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Die Akkumulatorzellen können auch anfällig für verirrte Schmelztropfen von Schweißspritzern beim Laserschweißen oder anderen Hochtemperatur-Schweißprozessen sein, die zum Verschmelzen der Zellfahnen miteinander verwendet werden. Bestimmte Ausführungsformen des Akkumulatorteilabschnitts können daher einen dünnen isolierenden Schirm einschließen, der zwischen der ICB und den Akkumulatorzellen angeordnet ist, wobei der isolierende Schirm eine physische Barriere gegen solche Schweißspritzer bildet. Da jedoch isolierende Schirme bestimmter Designs das Einführen der einzelnen Zellfahnen durch schmale Durchgangsschlitze mit Presspassung im isolierenden Schirm erfordern, erhöht die Verwendung von isolierenden Schirmen auch das Risiko einer Beschädigung der Zellfahnen. Das vorliegende Montagewerkzeug und das entsprechende Verwendungsverfahren sollen den Zusammenbau von Akkumulatorteilabschnitten unter Verwendung eines solchen isolierenden Schirms sowie von Akkumulatorteilabschnitten ohne solche isolierenden Schirme erleichtern.
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In einer exemplarischen Ausführungsform schließt ein Verfahren zum Zusammenbauen eines Akkumulatorteilabschnitts mit einer ICB und mehreren parallelen Akkumulatorzellfahnensätzen, die in einer Säule angeordnet sind, das Positionieren des Akkumulatorteilabschnitts angrenzend und parallel zu einer länglichen Führungsschiene mit einer Längsachse ein. Das Verfahren schließt auch das Eingreifen einer Kammbaugruppe des offenbarten Zellenkämm- und -Positionierwerkzeugs in die längliche Führungsschiene ein, wobei die Kammbaugruppe Kammzähne aufweist, die sich orthogonal von einem Kammgrund aus erstrecken. Zusätzlich schließt das Verfahren in dieser Ausführungsform das Verlagern der Kammbaugruppe entlang der Führungsschiene hin zur Säule ein, während die Kammbaugruppe mit der Führungsschiene in Eingriff bleibt, bis sich der Kammgrund unmittelbar neben der Säule befindet. Danach werden die Akkumulatorzellfahnensätze zwischen einem jeweiligen Paar der Kammzähne aufgenommen, sodass die Akkumulatorzellfahnensätze voneinander getrennt und zueinander ausgerichtet werden. Die ICB wird dann in den Akkumulatorteilabschnitt eingesetzt, woraufhin das Verfahren das Verlagern der Kammbaugruppe entlang der Führungsschiene von der Säule weg einschließt.
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Die Kammbaugruppe schließt einen Positionierblock ein, der eine Nut definiert. Das Eingreifen des Werkzeugs in die Führungsschiene schließt das Einsetzen der Führungsschiene in die Nut ein.
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Das Verfahren kann das elektrische Verbinden der ICB mit den mehreren Zellfahnensätzen einschließen.
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In einigen Ausführungsformen schließt die Führungsschiene feste Anschläge ein, die sich an vorgegebenen Positionen der Führungsschiene befinden, wobei das Verfahren die Verwendung der festen Anschläge einschließt, um ein Verlagern der Kammbaugruppe über die vorgegebenen Positionen hinaus zu verhindern. Die festen Anschläge können als runde Vorsprünge oder Stifte konfiguriert sein, die sich orthogonal von der Führungsschiene aus erstrecken.
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Der Akkumulatorteilabschnitt kann einen optionalen isolierenden Schirm angrenzend an die ICB einschließen, wobei der Schirm Querschirmrippen aufweist, die jeweils einen entsprechenden Durchgangsschlitz definieren. Das Verfahren kann das Drücken der Zellfahnen durch die jeweiligen Durchgangsschlitze des isolierenden Schirms unter Verwendung einer manuellen Presse einschließen. Die manuelle Presse kann einen Pressengriff und eine gewellte Oberfläche einschließen, die Querpressrippen definiert, die durch seitliche Lücken getrennt sind. Jede der seitlichen Lücken nimmt darin eine jeweilige der Querschirmrippen des isolierenden Schirms und die sich durch diese erstreckenden Zellfahnen auf.
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Ebenfalls hierin offenbart ist ein Werkzeug zum Kämmen und Positionieren von Akkumulatorzellfahnensätzen eines Akkumulatorteilabschnitts mit einer ICB, wobei die entsprechenden Zellfahnen der Akkumulatorzellfahnensätze in einer Säule angeordnet sind. Das Werkzeug schließt einen Kammgrund, eine Vielzahl von Kammzähnen, die sich orthogonal von dem Kammgrund erstrecken, und einen Positionierblock ein. Der Positionierblock ist mit dem Kammgrund verbunden und definiert eine Nut. Die Nut ist dazu konfiguriert, darin eine längliche Führungsschiene aufzunehmen, sodass sich der Kammgrund, die Kammzähne und der Positionierblock entlang der Führungsschiene entlang einer Länge des Akkumulatorteilabschnitts und hin zur Säule verlagern. Die Kammzähne sind so konfiguriert, dass jeweils eine der Zellfahnensätze zwischen ein jeweiliges Paar der Kammzähne passt, und so, dass die Zellfahnensätze mittels des Werkzeugs voneinander getrennt und zueinander ausgerichtet werden, bevor die ICB in den Akkumulatorteilabschnitt eingesetzt wird.
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Die vorstehende Kurzdarstellung soll nicht jede mögliche Ausführungsform oder jeden Aspekt der vorliegenden Offenbarung darstellen. Vielmehr soll die vorstehende Kurzdarstellung lediglich einige der hierin offenbarten neuen Aspekte und Merkmale darstellen. Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen ohne Weiteres aus der folgenden detaillierten Beschreibung von repräsentativen Ausführungsformen und Weisen zur Durchführung der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und den beiliegenden Ansprüchen hervor.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische perspektivische Explosionsansichtsdarstellung eines exemplarischen Akkumulatorteilabschnitts, der mit Hilfe eines Akkumulatorzellenkämm- und -positioniermontagewerkzeugs zusammengebaut wurde, wobei das Montagewerkzeug wie nachstehend dargelegt aufgebaut ist.
- 2 ist eine schematische Draufsichtsdarstellung einer Kammbaugruppe, die als Teil des Montagewerkzeugs verwendbar ist, das dargestellt ist in 1.
- 3 ist eine schematische perspektivische Ansichtsdarstellung eines Positionierblockabschnitts des Montagewerkzeugs, dargestellt in 2.
- 4 ist eine schematische perspektivische Ansichtsdarstellung des exemplarischen Montagewerkzeugs der 2 und 3, wenn es benutzt wird beim Zusammenbauen des exemplarischen Akkumulatorteilabschnitts von 1.
- 5 ist eine schematische perspektivische Ansichtsdarstellung eines Satzes von Kammzähnen des vorliegenden Montagewerkzeugs während des Eingreifens in freiliegende Akkumulatorzellfahnen.
- 6 ist eine schematische perspektivische Ansichtsdarstellung eines optionalen isolierenden Schirms, der in Bezug auf das Montagewerkzeug der 2 und 3 angeordnet ist.
- 7 und 8 sind entsprechende Ansichtsdarstellungen einer optionalen Presse in Seiten- und Bodenperspektive, die als Teil von oder in Verbindung mit dem hierin beschriebenen exemplarischen Montagewerkzeug verwendet werden kann.
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Die vorliegende Offenbarung ist für Modifikationen und alternative Formen zugänglich, wobei repräsentative Ausführungsformen beispielhaft in den Zeichnungen dargestellt und nachstehend im Detail beschrieben werden. Erfinderische Aspekte dieser Offenbarung sind nicht auf die besonderen offenbarten Formen beschränkt. Vielmehr soll die vorliegende Offenbarung Modifikationen, Äquivalente, Kombinationen und Alternativen abdecken, die innerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung liegen, wie durch die beiliegenden Ansprüche definiert.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Bezug nehmend auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten zur Kennzeichnung gleicher oder ähnlicher Komponenten verwendet werden, veranschaulicht 1 schematisch einen exemplarischen Akkumulatorteilabschnitt 10, der aus einem oder mehreren miteinander verbundenen Zellstapeln 12 aufgebaut ist. Jeder Zellstapel 12 schließt eine Vielzahl von Akkumulatorzellen 16 ein. Jede Akkumulatorzelle 16 weist einen entsprechenden Satz von Zellfahnen 17 auf (siehe 4), wobei die Zellfahnen 17 aus Metallfolie, z. B. rechteckigen Stücken aus Kupfer oder Aluminium, aufgebaut sind. Der Zusammenbau des Akkumulatorteilabschnitts 10 wird durch ein Akkumulatorzellenkämm- und -Positionierwerkzeug 11 erleichtert, das wie nachstehend unter Bezugnahme auf die 2 - 8 beschrieben konfiguriert ist. Die Verwendung des Positionierwerkzeugs 11 zum Kämmen und Positionieren der einzelnen Zellfahnen 17 vor und während des vorstehend genannten Einsetzprozesses soll das Risiko eines elektrischen Kurzschlusses aufgrund einer unbeabsichtigten Beschädigung/Fehlausrichtung der freiliegenden Zellfahnen 17 während verschiedener Phasen des Zusammenbaus des Akkumulatorteilabschnitts 10 minimieren.
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Die Zellstapel 12 von 1 sind angrenzend an die Schutzseitenplatten 13 angeordnet, z. B. Kunststoff- oder andere leichtgewichtige und formstabile Wände, die zusammen ein schützendes und strukturell tragendes Außengehäuse bilden. Während vier identisch konfigurierte Zellstapel 12 in 1 gezeigt sind, können die tatsächliche Anzahl der in einem gegebenen Akkumulatorteilabschnitt 10 verwendeten Zellstapel 12 und die tatsächliche Anzahl der in der Gesamtkonstruktion eines Akkumulatorpakets verwendeten Akkumulatorteilabschnitte 10 je nach der beabsichtigten Anwendung variieren. Im Inneren der Zellstapel 12 können die Akkumulatorzellen 16 als polymerbeschichtete elektrochemische Folienbeutelzellen des vorstehend beschriebenen Typs ausgeführt sein. Somit schließt jede Akkumulatorzelle 16 interne positive und negative Elektrodenfolien (nicht dargestellt) ein, die jeweils in einer ladungsspezifischen der Zellfahnen 17 enden. Die Längsachsen der einzelnen Zellfahnen 17 und damit die Zellfahnen 17 selbst sind parallel zueinander angeordnet und werden innerhalb eines gegebenen der Zellstapel 12 ebenfalls wie dargestellt in einer Säule ausgerichtet.
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Die Zellfahnen 17 ragen orthogonal aus den diametral gegenüberliegenden Außenflächen 18 und 180 des Zellstapels 12/Akkumulatorteilabschnitts 10 heraus. In der veranschaulichten Konfiguration sind die Zellfahnen 17, die durch eine gegebene Außenfläche 18 oder 180 herausragen, mit abwechselnd positiven und negativen Polaritäten angeordnet. Das heißt, benachbarte Zellfahnen 17 von zwei benachbarten Akkumulatorzellen 16 weisen entgegengesetzte Ladungen auf, sodass eine negative Zellfahne 17 (Anodenfahne) einer gegebenen Akkumulatorzelle 16 unmittelbar neben einer positiven Zellfahne 17 (Kathodenfahne) einer anderen Akkumulatorzelle 16 positioniert ist, und so weiter. Obwohl dies aus der Perspektive von 1 nicht ersichtlich ist, erstreckt sich ein identischer Satz von Zellfahnen 17 von der Außenfläche 180, und so kann der Zusammenbau des Akkumulatorteilabschnitts 10 eine Drehung des Akkumulatorteilabschnitts 10 erfordern, um einen ähnlichen Montagevorgang an beiden der Außenflächen 18 und 180 durchzuführen. Aus Gründen der darstellerischen Einfachheit werden nachstehend die Arbeitsorgänge unter Bezugnahme auf die Außenfläche 18 beschrieben, was so zu verstehen ist, dass sie auch für die Außenfläche 180 gelten.
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Für jeden Zellstapel 12, der im exemplarischen Akkumulatorteilabschnitt 10 von 1 verwendet wird, kann ein optionaler isolierender Schirm 20 angrenzend an die Außenflächen 18 oder 180 angeordnet werden, wobei der Aufbau und die Funktion des isolierenden Schirms 20 nachstehend genauer unter besonderer Bezugnahme auf 6 beschrieben wird. Wenn der isolierende Schirm 20 als Teil des Akkumulatorteilabschnitts 10 verwendet wird, werden die einzelnen Zellfahnen 17 letztendlich durch den isolierenden Schirm 20 eingeschoben. Unabhängig davon, ob die optionalen isolierenden Schirme 20 in der Gesamtkonstruktion des Akkumulatorteilabschnitts 10 verwendet werden oder nicht, befindet sich auf oder angrenzend an die Außenflächen 18 oder 180 eine Zellensensorplatine/Verbindungsplatine (ICB - Interconnect Board) 22. Im eingesetzten Zustand ragen die Zellfahnen 17 durch die ICBs 22 heraus. Die jetzt herausragenden Zellfahnen 17 sind über leitfähige Stromschienen oder Schweißkappen (nicht dargestellt) der ICB 22 mit den ICBs 22 elektrisch verbunden, wobei sich diese Stromschienen oder Schweißkappen auf oder neben den Außenflächen 18 und 180 befinden.
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Obwohl dies aus Gründen der einfacheren Veranschaulichung in den Figuren weggelassen wurde, kann eine Akkumulatorsteuereinheit (nicht dargestellt) in Verbindung mit dem Akkumulatorteilabschnitt 10 verwendet werden, sobald der Akkumulatorteilabschnitt 10 in Betrieb ist. Eine solche Akkumulatorsteuereinheit würde elektrisch mit den ICBs 22 verbunden und zur Regelung des Betriebs des Akkumulatorpakets verwendet werden. Somit können die ICBs 22 als vielseitig einsetzbare elektrische Sensorplatinen ausgeführt und zum Messen einzelner Zellspannungen und/oder -ströme, Temperaturen und möglicherweise anderer Steuerungsparameter für jede der Akkumulatorzellen 16 und zum Ausgeben von Steuersignalen an den Akkumulatorteilabschnitt 10 zum Steuern z. B. des Leistungsflusses zum oder vom Akkumulatorteilabschnitt 10 verwendet werden.
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Das Positionierwerkzeug 11, das in 1 gezeigt ist, ist für den Einsatz als Teil eines Kämm- und Positioniervorgangs vorgesehen, der einen nachfolgenden Einsetzprozess der ICBs 22 erleichtert. Im Allgemeinen geht das vorliegende Verfahren so vor, dass der Akkumulatorteilabschnitt 10 angrenzend und parallel zu einer länglichen Führungsschiene 50 des Positionierwerkzeugs 11 positioniert wird, von der ein Abschnitt in 1 aus Gründen der klareren und einfacheren Veranschaulichung gezeigt ist. Die Führungsschiene 50 kann wie gezeigt als länglicher rechteckiger Balken ausgeführt und aus Aluminium oder einem anderen ausreichend steifen Material aufgebaut sein. Der Akkumulatorteilabschnitt 10 ist unmittelbar neben der Führungsschiene 50 positioniert, wobei der Akkumulatorteilabschnitt 10 und die Führungsschiene 50 parallel zueinander sind. Die Führungsschiene 50 dient somit als feste lineare Referenzachse für die Indexierbewegung und Platzierung des Positionierwerkzeugs 11 während des hierin beschriebenen Kämm- und Positionierprozesses.
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Das Positionierwerkzeug 11, das in 1 gezeigt ist, ist dazu konfiguriert, in die Führungsschiene 50 einzugreifen und sich danach entlang der Führungsschiene 50 hin zu den Zellfahnen 17 eines gegebenen Zellstapels 12 zu verschieben oder zu gleiten, wobei die Verschiebung durch Pfeil A angezeigt wird. Die Verschiebung des Positionierwerkzeugs 11 entlang der Führungsschiene 50 erfolgt, bis das Positionierwerkzeug 11 an eine bestimmte Säule von Zellfahnen 17 angrenzt, die gekämmt und positioniert werden sollen. Aus der Perspektive von 1 zum Beispiel kann das Positionierwerkzeug 11 zunächst links von den Akkumulatorzellen 17 des Zellstapels 12 platziert sein, der sich ganz rechts von einem Betrachter in 1 befindet, und danach dazu verwendet werden, die freiliegenden Zellfahnen 17 des betreffenden Zellstapels 12 wie nachstehend beschrieben zu kämmen und zu positionieren. Der Vorgang wird wiederholt, während das Positionierwerkzeug 11 von rechts nach links in 1 bewegt wird, sodass der Kämm- und Positionierprozess sequentiell an jedem der Zellstapel 12 von innerhalb einer Grundfläche des Akkumulatorteilabschnitts 10 aus abläuft.
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Jeder Satz von Zellfahnen 17, unabhängig davon, ob ein solcher Satz eine einzelne Zellfahne 17 oder mehrere Zellfahnen 17 umschließt, wird von dem Positionierwerkzeug 11 gekämmt und positioniert, sodass die Zellfahnen 17 oder Sätze davon sanft voneinander getrennt und zur Vorbereitung auf das nachfolgende Einsetzen ausgerichtet werden. Anschließend werden die ICBs 22 in den Akkumulatorteilabschnitt 10 eingesetzt, möglicherweise mit Hilfe eines Vakuumwerkzeugs (nicht dargestellt), das eine Schnittstelle zu dem beschriebenen Positionierwerkzeug 11 aufweisen kann. Das Positionierwerkzeug 11 wird dann in die nächste benachbarte Säule von Zellfahnen 17 verlagert, wobei die Kämm-, Positionier- und Einsetzprozesse wiederholt werden, bis die verschiedenen ICBs 22 ordnungsgemäß eingesetzt sind. Der Akkumulatorteilabschnitt 10 wird dann durch Verschweißen der ICBs 22 mit den freiliegenden Zellfahnen 17 unter Verwendung der vorstehend genannten leitenden Stromschienen oder Schweißkappen (nicht dargestellt) zusammengebaut, wie es ein Durchschnittsfachmann verstehen wird.
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Bezug nehmend auf 2 und 3 schließt das in 1 abgebildete Positionierwerkzeug 11 eine Kammbaugruppe 40 ein, die aus einem geeigneten dielektrischen Material, wie etwa geformtem Kunststoff, glasgefülltem Nylon, Glasfaser oder Gummi, aufgebaut ist. Die Kammbaugruppe 40 weist einen länglichen Kammgrund 44 auf, der eine beabstandete Vielzahl von Kammzähnen 41 definiert, wobei die einzelnen Kammzähne 41 orthogonal zu einer Längsachse 42 des Kammgrunds 44 angeordnet sind. Der Kammgrund 44 kann in einem Kammgriff 46 enden, der wiederum so konfiguriert ist, dass er von einem Bediener bei der Ausführung der vorstehend genannten Kämm- und Positionieraufgaben bequem ergriffen werden kann. So kann beispielsweise der Kammgriff 46 eine gummierte Beschichtung, ein strukturiertes Oberflächenmuster oder andere Merkmale zur Verbesserung des allgemeinen Komforts und der Sicherheit der Bediener am Kammgriff 46 einschließen.
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Die Kammbaugruppe 40 von 2 schließt auch einen Positionierblock 30 ein. Der Positionierblock 30 ist mit dem Kammgrund 44 an einem in Bezug auf den Kammgriff 46 gegenüberliegenden Ende der Kammbaugruppe 40 verbunden. So kann beispielsweise der Kammgrund 44 in einem Brückenstück 45 enden, wobei das Brückenstück 45 einstückig mit dem Kammgrund 44 ausgebildet oder damit verbunden ist. Befestigungselemente 31 können dazu verwendet werden, den Positionierblock 30 mit dem Brückenstück 45 zu verbinden, und/oder ein starker Klebstoff, wie etwa Epoxyzement, kann dazu verwendet werden, den Positionierblock 30 in der angegebenen Position zu fixieren. In anderen Ausführungsformen kann der Positionierblock 30 einstückig mit dem Kammgrund 44 ausgebildet sein.
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Der Positionierblock 30 definiert eine Nut 34, die in 3 als länglicher Schlitz dargestellt ist, der sich zwischen den distalen Enden 38A und 38B des Positionierblocks 30 erstreckt. Die Nut 34 weist eine Breite (W) auf, die etwas größer ist als die der Führungsschiene 50 von 1, z. B. 1 - 2 mm. Die Nut 34 weist auch eine Achse 42 (siehe 3) auf, die in der veranschaulichten Ausführungsform orthogonal oder normal zur Längsachse 42 des Kammgrunds 44 ist. Die Nut 34 ist daher dazu konfiguriert, die Führungsschiene 50 innerhalb der Breite (W) aufzunehmen und es der Kammbaugruppe 40 zu ermöglichen, sich frei entlang der Führungsschiene 50 zu verschieben.
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Im Betrieb nimmt die Kammbaugruppe 40 der 2 und 3 die Zellfahnen 17 eines gegebenen der Zellstapel 12 auf, die gezeigt sind in 1. Das heißt, ein Satz der Zellfahnen 17, der je nach Anwendung eine einzelne Zellfahne 17 oder mehrere Zellfahnen 17 einschließen kann, wird zwischen einem jeweiligen benachbarten Paar der Kammzähne 41 von 3 aufgenommen. Die einzelnen Kammzähne 41 sind durch eine kleine Lücke (G) voneinander getrennt, wobei die Größe der Lücke (G) der Anzahl der zwischen den Kammzähnen 41 aufzunehmenden Zellfahnen 17 entspricht. So kann beispielsweise die Lücke (G) so bemessen sein, dass zwei Zellfahnen 17 nicht in die Lücke (G) zwischen benachbarten Kammzähnen 41 passen. Mehrere Sätze der Zellfahnen 17 werden somit voneinander getrennt und ausgerichtet, bevor die ICB 22 in den Akkumulatorteilabschnitt 10 eingesetzt wird.
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4 und 5 zeigt das Kämm- und Positionierwerkzeug 11, in dieser besonderen Ausführungsform die Kämmbaugruppe 40 und die Führungsschiene 50 des Positionierwerkzeugs 11, da das Positionierwerkzeug 11 in Verwendung mit einem repräsentativen Zellstapel 12 erscheint. 4 stellt die Kammbaugruppe 40 dar, wenn sie vollständig mit den Zellfahnen 17 in Eingriff steht, während 5 eine Nahaufnahme der Abstände der Zellfahnen 17 und der Kammzähne 41 bereitstellt. Um die ICBs 22 von 1 erfolgreich einzusetzen, weisen die Zellfahnen 17 einen Nennabstand, z. B. etwa 3 - 5 mm zueinander, auf. Die Lücke (G) zwischen den Kammzähnen 41 wie in 2 gezeigt ist daher so bemessen, dass sie einen festen Presssitz mit den Zellfahnen 17 bereitstellt, was, wenn die Kammbaugruppe 40 der 4 und 5 schließlich herausgenommen wird, dazu beiträgt, einen solchen Nennabstand zu gewährleisten.
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Um die ICBs 22 auf den Zellstapeln 12 zu platzieren, ohne die herausragenden Zellfahnen 17 zu verbiegen oder zu quetschen, wird die Kammbaugruppe 40 vorsichtig entlang der Führungsschiene 50 hin zu und in einen sanften Kontakt mit den Zellfahnen 17 verschoben. Die Perspektive von 4 zeigt ein Ende des Akkumulatorteilabschnitts 10, und somit sind die Seitenwände 19 des Akkumulatorteilabschnitts 10 sichtbar. Exemplarische Sätze der Zellfahnen 17 sind in 5 als voneinander beabstandet zwischen den verschiedenen Kammzähnen 41 gezeigt. Eine typische Konfiguration der Zellfahnen 17 umschließt die Zellfahnen 17 durch eine dickere Materialschicht an einer Schnittstelle entlang der Außenfläche 18 oder 180 des Zellstapels 12, wobei die Oberflächen 18 und 180 gezeigt werden in 1. Somit kann es zu einem Kontakt zwischen der Kammbaugruppe 40 und dem die Basis der Zellfahnen 17 umgebenden Material kommen. Alternativ kann die Führungsschiene 50 feste Anschläge 51 in Form von kleinen radialen Vorsprüngen einschließen, die sich orthogonal von der Führungsschiene 50 erstrecken, z. B. Stifte oder runde Vorsprünge. Die Position des exemplarischen festen Anschlags 51 von 4 dient der Veranschaulichung, wobei sich die tatsächliche Position an einer Position befindet, die mit dem gewünschten Umfang der Aufnahme der Zellfahnen 17 zwischen den Kammzähnen 41 übereinstimmt. Solche festen Anschläge 51 können an vorgegebenen Positionen entlang der Länge der Führungsschiene mit der Führungsschiene 50 gebildet oder verbunden werden, um die Bewegung der Kammbaugruppe 40 in einen direkten Kontakt mit den fragilen Kanten der Zellfahnen 17 zu blockieren. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass die Zellfahnen 17 gegen den Kammgrund 44 der Kammbaugruppe 40 zwischen den Kammzähnen 41 „durchschlagen“, ohne die Kämm- und Positionierleistung des Positionierwerkzeugs 11 negativ zu beeinträchtigen.
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6 veranschaulicht eine Ausführungsform des Akkumulatorteilabschnitts 10 von 1, bei dem der optionale isolierende Schirm 20 mit einem entsprechenden Zellstapel 12 verwendet wird. Die Kammbaugruppe 40 ist dargestellt, wie sie mit den Zellfahnen 17 in Eingriff steht, wobei der isolierende Schirm 20 angrenzend an und auf der Oberseite der Kammbaugruppe 40 angeordnet ist. Der isolierende Schirm 20 schließt einen gewellten Körper 29 ein, der aus einem dünnen, im Allgemeinen flachen oder planen Stück aus temperaturbeständigem Material aufgebaut ist. So kann beispielsweise der isolierende Schirm 20 warmgeformt sein oder unter Verwendung eines anwendungsgerechten, geeigneten thermoplastischen Materials durch Pressen oder Spritzgießen aufgebaut werden. Der isolierende Schirm 20 weist eine Dicke auf, die ausreicht, um verirrten Tröpfchen von geschmolzenem Kupfer, Aluminium oder anderen Metallen, die bei der Konstruktion der Zellfahnen 17 verwendet werden, standzuhalten. Schweißspritzertröpfchen liegen typischerweise in der Größenordnung von etwa 0,05 - 0,1 mm, und daher beträgt eine funktionell ausreichende Dicke des isolierenden Schirms 20 in einigen Ausführungsformen weniger als 1 mm.
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Der isolierende Schirm 20 definiert eine Vielzahl von Querschirmrippen 24, d. h. senkrecht oder orthogonal zu einer Längsachse des isolierenden Schirms angeordnet, die je einen jeweiligen Durchgangsschlitz 25 aufweisen. Die Durchgangsschlitze 25 wiederum weisen eine entsprechende Schlitzbreite auf, die etwas kleiner als die Breite der Zellfahnen 17 der 1, 4 und 5 ist, sodass eine Presspassung zwischen den Querschirmrippen 24 und den Zellfahnen 17 bereitgestellt wird, nachdem Letztere in die Durchgangsschlitze 25 eingeschoben wurden. Das heißt, die Zellfahnen 17 sollten nach dem Einschieben durch die Durchgangsschlitze 25 mit minimalem Kontakt und den daraus resultierenden Reibungskräften laufen. Eine exemplarische Dicke der Zellfahnen 17 liegt im Bereich von etwa 0,2 mm - 0,4 mm, und daher ist eine geeignete Schlitzbreite um einen Betrag, der ausreicht, um die vorstehend genannte Presspassung bereitzustellen, kleiner als die Dicke der Zellfahnen 17.
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Sichtbar aus der Perspektive von 6 sind der Kammgriff 46, der Kammgrund 44 und das Brückenstück 45. Der Kammgrund 44 kann orthogonal angeordnete Seitenwände 144 definieren, wobei die längere der Seitenwände 144 eine Länge (L) aufweist. Der isolierende Schirm 20 ist etwas kürzer als die Länge (L) und die Seitenwände 144 sind relativ zu dem Brückenstück 45 und dem Kammgriff 46 angehoben, sodass der isolierende Schirm 20, wenn er von der Kammbaugruppe 40 aufgenommen wird, teilweise von den Seitenwänden 144 umgeben ist. Die Kammbaugruppe 40 dient somit dazu, den isolierenden Schirm 20 vor der Installation des isolierenden Schirms an den freiliegenden Zellfahnen 17 auszurichten.
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Bezug nehmend auf 7 kann das vorstehend beschriebene Positionierwerkzeug 11 eine optionale Presse 60 einschließen. Die Presse 60 schließt einen Pressenkörper 64 mit den Seitenwänden 61 und 161 ein. Ein Knopf 62 ist am Pressenkörper 64 montiert, wobei der Knopf 62 mit einem Sockel 65 verschraubt, verklebt oder anderweitig verbunden ist. Der Sockel 65, z. B. ein zylindrischer Sockel, wie gezeigt, kann mit dem Pressenkörper 64 zusammen ausgeformt werden. Beim Zusammenbau des exemplarischen Akkumulatorsegments 10 von 1 kann ein Bediener den Knopf 62 greifen und die Presse 60 in Ausrichtung mit dem isolierenden Schirm 20 von 6 bewegen, der seinerseits mit den beiden Seitenwänden 144 der Kammbaugruppe 40 ausgerichtet ist. Nach dem Ausrichten kann der Bediener einen leichten Druck nach unten auf den isolierenden Schirm 20 ausüben, um die Zellfahnen 17 in die entsprechenden Durchgangsschlitze 25 zu drücken.
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Um den vorstehend beschriebenen Prozess zu erleichtern, kann der Pressenkörper 64 eine gewellte Oberfläche 68 definieren, wie in 8 gezeigt. Die gewellte Oberfläche 68 schließt eine Vielzahl von Querpressrippen 66 ein, d. h. die sich in der Breite über den Pressenkörper 64 hinweg erstrecken. Diese Pressrippen 66 sind durch seitliche Zelllücken 67 getrennt. Sobald die Presse 60 ordnungsgemäs auf der Kammbaugruppe 40 und dem isolierenden Schirm 20 von 6 sitzt, führt der auf die Presse 60 ausgeübte sanfte Druck nach unten die freiliegenden Zellfahnen 17 in die Durchgangsschlitze 25 des isolierenden Schirms 20. Die Zellfahnen 17 treten schließlich in die seitlichen Zelllücken 67 der gewellten Oberfläche 68 ein, wobei die verschiedenen Zelllücken 67 dazu konfiguriert sind, die Querschirmrippen 24 von 6 und die durch diese hindurchragenden Zellfahnen aufzunehmen, ohne die Zellfahnen 17 zu berühren. Die Verwendung der optionalen Presse 60 der 7 und 8 trägt somit dazu bei, die Zellfahnen 17 voneinander zu isolieren und gleichzeitig den isolierenden Schirm 20 sicher in seine endgültige Lage vor dem Einsetzen zu bringen.
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Wie man erkennen kann, ermöglicht die vorstehend beschriebene Struktur ein Verfahren zum Zusammenbauen des Akkumulatorteilabschnitts 10 von 1. Ein solches Verfahren kann das Eingreifen der Kammbaugruppe 40 (2) des Positionierwerkzeugs 11 in die längliche Führungsschiene 50 einschließen, z. B. durch Einschieben der Führungsschiene 50 in die Nut 34 von 5. Das Positionierwerkzeug 11 wird dann entlang der Führungsschiene 50 verschoben, bis die freiliegenden Zellfahnen 17 in einer gegebenen Säule aufgenommen und zwischen den Kammzähnen 41 positioniert sind. Durch das Eingreifen des Positionierblocks 30 (2 und 3) in die Führungsschiene 50 kann sich das Positionierwerkzeug 11 nicht um seine Z-Achsen/Höhenabmessung drehen, und somit besteht eine minimale Gefahr eines unbeabsichtigten elektrischen Kurzschlusses durch von einer Verdrehung hervorgerufene Kräfte und Schäden durch solche Verdrehungen. Wenn der isolierende Schirm 20 von 6 verwendet wird, würde der isolierenden Schirm 20 an dieser Stelle des Verfahrens installiert werden, möglicherweise mit Hilfe der optionalen Presse 60 der 6 und 7. Während das Positionierwerkzeug 11 an Ort und Stelle bleibt, wird die ICB 22 von 1 auf den positionierten Zellfahnen 17 eingesetzt. Anschließend wird das Positionierwerkzeug 11 aus der ICB 22 entfernt, damit die ICB 22 vollständig zur Anlage gebracht werden kann. Das Verfahren kann das elektrische Verbinden der ICB 22 mit den Zellfahnen 17 oder Sätzen davon einschließen, z. B. durch Laser- oder Ultraschallschweißen. Dieser Prozess wird wiederholt, bis der Akkumulatorteilabschnitt 10 vollständig ist.
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Durchschnittsfachleute werden angesichts der vorgenannten Offenbarung verstehen, dass das Positionierwerkzeug 11 verwendet werden kann, um zu verhindern, dass die Zellfahnen 17 während des Einsetzprozesses falsch ausgerichtet werden, und um dadurch einen Kurzschluss zu vermeiden. Da Kurzschlüsse auftreten können, wenn Zellfahnen 17 miteinander in Kontakt kommen, und da das Einsetzen einer ICB in der Regel ein manueller Vorgang bei einer Blindlast ist, können bedienerspezifische Schwankungen zu einem Verdrehen des Kamms 40 und möglichen elektrischen Kurzschlussbedingungen führen. Die Verwendung der Führungsschiene 50 mit dem integrierten Führungsblock verhindert solche Verdrehungen und Kurzschlüsse und trägt so dazu bei, Bedienerfehler zu reduzieren. Darüber hinaus kämmt die Werkzeugbaugruppe 11 die Zellfahnen 17 nicht von außen nach innen, sondern von innerhalb des Akkumulatorteilabschnitts 10, was ebenfalls optimale Ergebnisse ermöglicht.
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Während einige der besten Modi und andere Ausführungsformen ausführlich beschrieben wurden, existieren verschiedene alternative Designs und Ausführungsformen zur Umsetzung der vorliegenden Lehren, die in den beigefügten Ansprüchen definiert sind. Fachleute werden erkennen, dass Änderungen an den offenbarten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Außerdem schließen die vorliegenden Konzepte ausdrücklich Kombinationen und Unterkombinationen der beschriebenen Elemente und Merkmale ein. Die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen sind unterstützend und beschreibend für die vorliegenden Lehren, wobei der Schutzumfang der vorliegenden Lehren allein durch die Ansprüche definiert ist.
