用于组装电池的方法和设备与流程

用于组装电池的方法和设备
1.相关申请的交叉引用
2.本专利申请要求于2019年3月11日提交的意大利专利申请号102019000003489的优先权，其全部公开内容以引用的方式结合于此。
技术领域
3.本发明涉及一种用于组装电池、特别是用于将电化学电池一个堆叠在另一个顶部上的方法和设备。
4.具体地，但不是排他地，本发明可以应用于生产电能存储装置，例如锂电池。


背景技术：

5.专利公报wo 2018/096435 a1示出了一种组装方法和设备，其中，将多个电化学电池一个堆叠在另一个顶部上，以形成电能存储装置。
6.现有技术的一个问题是堆叠具有高几何精度的电化学电池，因为在电池之间叠置电池时的每个误差都可能导致产量下降和/或电能存储装置效率的降低。
7.另一个问题是以高生产率堆叠电池而不对电池本身造成任何损坏。


技术实现要素：

8.本发明的目的是实现一种能够克服现有技术的一个或多个上述问题的方法和/或设备。
9.优点是提供一种适配为生产电能存储装置的组装方法和/或设备。
10.优点是使得能够在叠置电池时以高精度堆叠电池。
11.其它优点是以高生产率堆叠电池而不对电池本身造成任何损坏。
12.优点是允许以高产量生产高质量的电能存储装置。
13.优点是提供一种用于组装电化学电池的设备，该设备具有简单且廉价的构造。
14.这些目的和优点以及其它目的和优点通过根据下文报告的一项或多项权利要求的方法和/或设备来实现。
15.在一个示例中，一种用于组装扁平形状电池的方法包括以下步骤：将电池供应到释放区域；以及将电池从所述释放区域一次一个地推向堆叠区域，在所述堆叠区域中，形成叠置的电池的堆，其中，在朝向所述堆叠区域的移动期间，各个电池的周边柔性翼片的至少一部分由于与引导装置接触而弯曲，并且然后，继续移动，与所述引导装置的接触终止，由此，发生柔性翼片的该部分的弹性恢复。
16.在一个示例中，一种组装方法包括：用于将扁平形状电池组装到释放区域的装置；用于将电池从释放区域一次一个地推向堆叠区域，在所述堆叠区域中形成叠置的电池的堆装置；以及引导装置，其被构造成在朝向所述堆叠区域的移动期间由于接触而使各个电池的周边柔性翼片的至少一部分弯曲，所述引导装置被构造成使得继续移动所述电池，与柔性翼片的该部分的接触终止，由此，可以发生这种部分的弹性恢复。
17.引导装置可包括两个或更多个彼此分开且远离的引导部，各个引导部可包括滑动面，其中，滑动摩擦不过大，并且引导电池的移动，以便将其适当地定位在堆上。
18.特别地，引导装置允许通过精确地定位电池而将电池朝向堆叠区域引导，还通过推动装置的动作而容易地引导，该推动装置通过引导装置推动电池，特别是根据主要正交于电池的放置平面的推动方向。
19.特别地，推动装置可执行经过引导装置的行程，例如以将电池至少引导至位于引导装置之外的自由或空的凹进区域，在该凹进区域中，电池的周边柔性边缘或翼片可自由地恢复到未弯曲位置。特别地，推动装置可以执行确定的行程，以将电池带到在堆叠区域中形成的堆的端部(例如，带到顶部)。
附图说明
20.参照例示了本发明的非限制性实施例的附图，将更好地理解和实施本发明，附图中：
21.图1是根据本发明实现的组装设备的示例的立体图；
22.图2是图1的放大细节；
23.图3是从图1的设备的上方观察的平面图；
24.图4是从图3的左侧观察的侧视图；
25.图5是从图3的下方观察的侧视图；
26.图6是供应电池的抽吸带式传送装置的竖直前立面图；
27.图7是图1的设备的细节的立体图；
28.图8示出了根据不同视角的图7的详情的放大细节；
29.图9是从图4的下方观察的侧视图；
30.图10至图12示出了将电池推向堆叠区域的推动装置的三个功能步骤；
31.图13至图15分别示出了图10至图12的三个放大细节；并且
32.图16至图18以剖视图示出了可以在图1的电池组装设备中处理的电池的三个示例。
具体实施方式
33.用于组装电池a、特别是可用于生产电能存储装置(例如锂电池)的电化学电池的组装设备整体上由1指示。
34.各个电池可以特别地具有扁平形状。电池a可特别地旨在一个堆叠在另一个的顶部上，以形成电能存储装置。各个电池a可特别地包括至少部分地彼此叠置的至少一个电极e(例如电极片)和/或至少一个隔板s(例如隔板片)。电池a可包括一个或多个隔板s和一个或多个电极e。特别地，电池a可包括由至少一个隔板s隔开的两个电极e。各个电极e可以包括阴极或阳极。各个电极e可以包括至少一个突出极耳b，旨在在电能存储装置中形成电连接。在图16的示例中，电池a包括两个隔板s和两个电极e(阳极和阴极)。在图17的示例中，电池a包括一个隔板s和一个电极e(阳极或阴极)。在图18的示例中，电池a包括两个隔板s和一个电极e(阳极或阴极)。
35.各个电池a可以特别地包括至少一个弹性柔性的周边翼片d，比如由用于分离电极
的材料制成的翼片。隔板s(隔板片)可特别地具有大于电极e(电极片)的表面延伸。电池a的周边翼片d可特别地包括隔板(片)s的周边翼片，该翼片突出超过电极(片)e的边缘。电池a可具有矩形形状，如在该特定情况下，虽然可以提供正方形、多边形、圆形、椭圆形形状的电池，具有直线、弯曲或混合边缘(部分直线和部分弯曲)、成形有或多或少复杂形状的电池等。柔性周边翼片d可以特别地延伸遍及电池a的周边。柔性周边翼片d可以特别地在突出极耳b处中断。
36.分配设备1可特别地包括供应装置2，其被构造成沿着供应路径在供应方向f上供应一个接一个地布置的扁平形状的电池a。如在该示例中，供应路径可以包括至少一个水平部。如在该示例中，供应路径可以包括至少一个直线水平部。特别地，供应装置2可以被构造成供应至少在供应路径的一部分中水平布置的电池a。在任何情况下，可以提供以不同于所例示示例的放置(特别是具有倾斜或竖直放置)布置而供应电池a。
37.供应装置2可特别地包括设有抽吸装置以保持电池a被夹持的可移动传送装置。传送装置可特别地包括致动装置，其被适配为引起凹陷以及至少一个在其中引起该凹陷的液密凹陷区域，其中，电池a可在沿着供应路径前进的同时与前述凹陷区域连通。
38.供应装置2可以特别地包括具有至少一个闭环滑动柔性传送元件3的传送装置。在该特定示例中，传送装置包括两个平行布置并彼此隔开的柔性传送元件3。柔性传送元件3可包括比如带或皮带。
39.如在该示例中，传送装置可包括至少一个沿着与电池前进方向一致的方向(在该示例中为水平方向)延伸的可移动部。上述可移动部可特别地包括柔性传送元件3的闭环的至少一个下分支。传送装置、特别是抽吸类型的传送装置可被构造成保持电池a被夹持，这引起布置在电池自身的一侧(例如上侧)上的凹陷，特别地以保持电池从上方悬挂的方式。如在该示例中，传送装置可构造成在电池a的(上)表面的一部分中接合各个电池a并保持(上)表面的另一部分自由，以便通过能够接触表面的上述自由部分的推动装置推动电池a(特别是向下)，如将在下文中更好地解释的。
40.分配设备1可特别地包括至少一个释放区域4，由供应装置2供应的电池a到达该释放区域。特别地，当它们到达释放区域4时，扁平形状的电池a可以以水平放置布置。
41.分配设备1可特别地包括推动装置5，其被构造成推动(特别地向下)由供应装置2输送的释放区域4中的电池a。
42.分配设备1可特别地包括至少一个堆叠区域6，特别地以低于释放区域4的份额布置。电池a在堆叠区域6中一个堆叠在另一个的顶部上。堆叠区域6可包括比如容器7以容纳电池a的堆。容器7可包括比如用于容纳电化学电池a的(竖直)堆的普通料斗。堆叠区域6可特别地竖直布置在释放区域4下方。
43.堆叠区域6可以特别地设置有可移动的支撑装置(例如竖直地)，该支撑装置构造成支撑电池a的堆并且在形成堆的同时执行移动(特别是下降)，使得形成的堆的端部(顶部)大致保持相同的位置(份额)。可移动支撑装置可特别地包括至少一个(竖直)可移动基面，该基面被适配为接收电池a的堆作为基部。可移动基面可以被控制(例如，由马达装置控制，马达装置进而由设备1的控制可编程电子装置控制)为执行移动(例如，竖直向下移动)，特别是间歇的(或连续的)。特别地，可移动基面可以被控制为在电池a在堆的端部(顶部)上的安置与随后的电池a的安置之间的时间流逝中执行等于电池a的厚度的行程(下降)。
44.推动装置5可特别地包括至少一个可移动的推进单元，该推进单元设有至少一个或两个杆8(或根据电池a的宽度，甚至三个或更多个杆)，特别是竖直杆，各个杆具有(下)端，该(下)端被构造成推动布置在释放区域4中的电池a。如在该示例中，推动装置5可布置成在位于释放区域4中的电池a的一侧(例如上侧)上操作。特别地，杆8的各个接触端可构造成与电池a的(上)表面的上述自由部分(即不与抽吸传送装置接合的表面部分)相互作用。在该特定示例中，可移动单元包括三个(竖直)推杆8，包括布置在两个传送元件3之间的空间中的中心杆8、布置在两个传送元件3的一侧上的外侧的侧向杆、以及布置在与两个传送元件3相对的一侧上的外侧的另一个侧向杆。
45.推进单元可以在驱动马达装置(未例示，例如，电动引擎)时移动。推进单元可以以往返循环交替运动(下降和上升)移动，具有向前步骤(下降)和到初始位置的恢复步骤(上升)，在向前步骤中，推进单元推动电池a(向下)，特别是直到堆的端部为止。推进单元可以是可移动的，特别是具有平移运动。
46.推进单元可特别地构造成在电池a上施加推力，推力的推动方向正交或几乎正交于电池a的放置。
47.如在该示例中，推进单元可以由机构10(仅在图中示意性地表示)连接到马达装置，该机构被构造成将旋转运动(例如，马达装置的转子的运动)转换成平移运动(例如，推进单元的运动)。前述机构10可特别地包括铰接的平行四边形机构，其包括支承推进单元的连杆。连杆可以特别地包括两个端部，该两个端部铰接到两个平衡轮，各个平衡轮可以进而铰接到设备1的框架。两个平衡轮中的至少一个可以由以下机构连接到马达装置，该机构将马达装置的转子的连续旋转运动变换成平衡轮的交替旋转运动。
48.分配设备1可特别包括引导装置12，其布置在由电池a所执行的从释放区域4到堆叠区域6(下降)路径的一部分中。引导装置12可以如下这种方式构造：在电池自身的移动(下降)期间接触电池a的周边柔性翼片的至少一部分，并通过该接触的作用而弯曲(在该示例中向上)上述翼片部分。引导装置12可以被构造成使得接触终止，但是仍然保持电池a的移动(下降)，使得翼片部分的弹性恢复(在这种情况下向下)可以自由地发生。基本上，引导装置12不阻止电池a的移动(下降)，但是可以在移动的一部分中接合电池a的周边柔性边缘或翼片的一部分，以便引导其边缘或翼片由于滑动接触而产生的弯曲，并且随后脱离接合上述边缘部分并允许柔性边缘或翼片弹性恢复。
49.特别地，可以设置至少一个布置在引导装置12之外(在该示例中为之下)的空腔13，以限定自由区域或空区域，这允许电池a的柔性翼片在经过引导装置12之后由于弹性恢复而自由地呈现未弯曲位置，从而大致恢复到未弯曲形状，由此在滑动接触抵靠引导装置12之前重新呈现其自身的构造。
50.引导装置12可特别地包括至少两个彼此远离并且分开的接触部。两个上述接触部可以被构造成在至少两个区域中滑动接触电池a的至少一个周边侧，该至少两个区域彼此远离并且由其中不发生滑动接触的周边侧区域彼此分开。引导装置12可特别地包括用于电池a的各侧的至少一个接触部。
51.引导装置12可构造成至少部分地界定用于使电池a在从释放区域4到堆叠区域6的移动路径中通过的开口。
52.如在该示例中，引导装置12可包括至少一个接触面，该接触面构造成至少部分地
接触电池a的周边柔性翼片。上述接触面可特别地朝向电池a的移动方向(在该情况下为向下)并朝向电池a的上述通过开口的中心区域倾斜，以便逐渐减小通过截面。
53.接触面可以特别地限定滑动引导面，以引导电池a的周边柔性翼片。
54.滑动引导面可以包括至少一个倾斜的平面。滑动引导面可以特别地包括至少一个曲面。滑动引导面可以特别地包括至少一个凹面或凸面。滑动引导面可以特别地包括至少部分凹入和部分凸出的表面，具有将凹入部分(上游)与凸出部分(下游)分开的拐折。
55.引导装置12可特别地以如下这种方式构造：至少在电池a的第一周边侧上和至少在电池a的与第一侧相对的第二周边侧上接触电池a的周边翼片。
56.引导装置12可特别地包括：至少两个第一接触部，其被构造成接触电池a的周边第一侧的两个第一区域；和至少两个第二接触部，其被构造成接触电池a的周边第二侧(与第一侧相对)的两个第二区域。两个第一接触部可以彼此远离并且由不发生接触的区域彼此分开。两个第二接触部可以彼此远离并且由不发生接触的区域彼此分开。
57.引导装置12可特别地包括：至少两个第三接触部，其被构造成接触电池a的周边第三侧的两个第三区域；和至少两个第四接触部，其被构造成接触电池a的周边第四侧(与第一侧相对)的两个第四区域。两个上述第三接触部可以彼此远离并且由不发生接触的区域彼此分开。两个上述第四接触部可以彼此远离并且由不发生接触的区域彼此分开。
58.如在该特定示例中，引导装置12可包括八个接触部，其被布置成通过两两地滑动接触电池a(在该情况下为矩形)的四个侧而相互作用。特别地，可以设置成一些接触部设置有具有倾斜平面形状的滑动引导面，并且其它接触部设置有弯曲形状(比如凹形或凸形、或者具有分开拐折的部分凹形和部分凸形)的滑动引导面。
59.特别地，可以设置成引导装置12的布置在通过开口的第一侧上的至少一个或两个接触部具有倾斜的平面形状，并且引导装置12的布置在通过开口的与第一侧相对的第二侧上的至少一个或两个接触部也具有倾斜的平面形状。特别地，可以设置成引导装置12的布置在通过开口的第三侧(横向于第一侧和第二侧)上的至少一个或两个接触部具有弯曲形状(凹形或凸形、或者具有分开拐折的部分凹形和部分凸形)，并且引导装置12的布置在通过开口的与第三侧相对的第四侧上的至少一个或两个接触部也具有弯曲形状(凹形或凸形、或者具有分开拐折的部分凹形和部分凸形)。
60.引导装置12可特别地以如下这种方式构造：在电池a的两个相对的周边侧上并且随后在电池a的另外两个相对的周边侧上接触电池a的周边翼片。引导装置12可包括布置成在电池a的两个相对的周边侧上操作的初始部(例如，两对接触部)和布置成在电池a的另外两个相对的周边侧上操作的跟随部(例如，另外两对接触部)，其中，引导装置12的跟随部布置成超出初始部(例如，几毫米或几十毫米)，其中，“超出”是指电池a的移动方向(在该特定示例中，“超出”是指“在较低的份额下”)。特别地，引导装置12的跟随部可以以如下这种方式布置：当初始部仍然与电池a的周边翼片接触时，开始接触电池a的周边翼片。
61.引导装置12可特别地包括由具有相对低摩擦系数的材料制成的滑动引导面，比如经受适配为减小摩擦系数(并且增加滑动耐磨性)的表面硬化处理的金属表面。
62.布置在释放区域4与堆叠区域6之间的电池a的通过开口可以特别地包括至少一个适配为允许极耳b无接触地自由通过的凹部13。在该特定示例中，其中各个电池a包括两个电极e(阴极和阳极)并且因此包括两个极耳b(在电池a的两个相对侧上)，电池a的通过开口
包括适于两个极耳b自由通过的两个凹部13。
63.组装设备1的功能实现了电池a的组装方法，该组装方法特别地可以包括以下步骤：沿供应方向f将一个接一个地布置的扁平形状的电池a供应到释放区域4。
64.组装方法可特别地包括以下步骤：当电池a到达释放区域4时推动电池a(例如向下)，以便使其执行朝向堆叠区域6的移动(下降)，在该堆叠区域，电池形成彼此叠置的电池堆。
65.组装方法可特别地包括以下步骤：在移动期间通过与引导装置12的滑动接触的作用使电池a的周边柔性翼片的至少一部分弯曲，其中弯曲方向与其移动方向相反(在该示例中为向上弯曲)。组装方法可特别地包括以下后续步骤：终止上述滑动接触，连续保持电池a移动，使得可发生柔性翼片的该部分的弹性恢复(在自由空间或空的空间中)。
66.如所看到的，引起电池a的柔性边缘或翼片弯曲并且允许精确地引导电池a的移动并且将其适当地定位在堆叠区域6中形成的堆上的上述滑动或滑动接触可以至少在电池a的周边侧上发生，比如在彼此远离并且由其中不发生接触的侧部彼此分开的至少两个区域中发生。
67.还可以看到，引导装置12可在电池朝堆叠区域6连续移动期间至少部分地界定用于电池通过的开口，并且引导电池a移动的滑动接触可在引导装置12的接触或滑动面上发生，该表面朝向电池(a)的移动方向并朝向电池的上述通过开口的中心区域倾斜。
68.上述滑动接触和引导可以在电池a的至少一个第一周边侧上和与第一侧相对的电池a的至少一个第二周边侧上发生。上述滑动接触和引导可以在布置在电池a的第一周边侧上的至少两个第一区域中和布置在电池a的第二周边侧上的至少两个第二区域中发生。两个第一区域可以彼此远离并且由不发生上述接触的侧部彼此分开。两个第二区域可以彼此远离并且由不发生接触的侧部彼此分开。
69.上述滑动接触和引导可至少在电池a的第三周边侧上和与第三侧相对的电池的至少一个第四周边侧上发生。上述滑动接触和引导可以在布置在第三周边侧上的至少两个第三区域中以及布置在第四周边侧上的至少两个第四区域中发生。两个第三区域可以彼此远离并且由不发生上述接触的侧部彼此分开。两个第四区域可以彼此远离并且由不发生上述接触的侧部彼此分开。
70.组装方法可特别地提供，在朝释放区域4供应电池的步骤期间，电池本身借助于设有抽吸装置的可移动传送装置保持夹持。
71.组装方法可以特别地提供：各个电池a到达释放区域4(水平布置)并且利用(竖直)推力(向下)推动，直到其定位在正形成的堆上为止。推力(正交于电池a的放置平面)可特别地由设有具有平移运动的可移动推进单元的推动装置5来确保。
72.如在该示例中，推进单元可包括至少一个杆8，其具有(下)端，该端被构造成用于推动接触布置在释放区域4中的电池a。推动装置5的移动将以如下这种方式与由供应装置2操作的电池a的前进协调：在电池a到达释放区域4时，推动装置5可推动电池，以使电池与保持电池被夹持的(抽吸)夹持装置分离，并将电池a引向由引导装置12限定的通过开口，并因此引向堆叠区域6。图10至图15示出了将电池a穿过引导装置12引向堆叠区域6的推动装置5的移动序列的三个阶段。
73.引导装置12，特别是由于它们包括至少一个旨在滑动接触电池a的周边柔性翼片
的滑动面，允许高效地引导电池朝向堆叠区域6的移动，并且允许以高精度将电池自身安置在堆叠区域6中形成的堆的端部处，由此确保电池a的精确叠置，并且因此确保电池a的堆的正确形成，由此，随后将制造电能存储装置。
74.定位精度得到提高，因为引导装置包括若干彼此分开并远离的引导部，各个引导部设置有滑动面，由此，滑动摩擦不会过大，并且在任何情况下都足以高效地引导电池a下降，以便执行电池自身在堆上的所希望的定位。
75.定位精度进一步提高，因为引导装置可包括：至少一个初始引导部，其在电池a的两个相对侧上操作；和至少一个后续引导部，其在与电池a相对的其它两侧上操作，并在引导部开始操作之后开始操作，由此，首先沿第一调节方向进行电池(a)的位置安置或调节，然后沿横向于(正交于)第一调节方向的第二调节方向进行电池a的位置安置或调节。
76.引导装置12可以如下这种方式构造：通过首先沿调节方向并且然后沿另一调节方向操作而使电池a相对于电池自身的放置平面对齐，其中，两个调节方向在它们之间并且相对于前述放置平面共面。
77.推动装置5可以如下这种方式构造：使电池a沿与电池a自身的放置平面正交的方向移动。
78.以精确的定位将电池a引向堆叠区域6的引导装置12的作用也受到推动装置5的作用的促进，该推动装置通过引导装置12(从上到下)推动电池a，特别是以正交或大致正交于电池a的放置平面的推力。
79.推动装置5可特别地构造成执行行程(特别是向下)直到它们经过引导装置12例如到达引导装置12下面的空腔(适配为限定引导末端的自由空间或间隙)为止，在该处，电池a的柔性边缘或翼片可自由地弹性恢复到未弯曲位置。
80.推动装置5可特别地构造成执行(向下)移动，以将电池a带到在堆叠区域6中形成的堆的端部(顶部)。
81.推动装置5特别地被构造成在电池a上施加力，该力确定电池a在从释放区域4到堆叠区域6的移动中的加速度。