CN102017223A - 蓄能器模块以及具有至少一个蓄能器模块的电动工具 - Google Patents
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Abstract
本发明基于一种蓄能器模块，尤其是为电动工具供电的电池组(10；110)，包括多个相互间电连接的、用于能量储存的电池(12；112)。建议这些电池(12；112)是具有柔性的、本身形状不稳定的电池外壳的电化学存储电池。本发明此外涉及一种具有至少一个这种蓄能器模块(10；110)的电动工具。
Description
背景技术
本发明基于一种按照独立权利要求的前序部分所述的蓄能器模块以及具有至少一个蓄能器模块的电动工具。
从市场上公知的、用于不依赖于电网的电动工具(干电池电动工具(cordless Power tools))的蓄电池包括作为蓄能器的、具有圆形结构形状的电化学存储电池，其具有一个刚性的并且稳定的金属杯壳，该金属杯壳也形成电池的两个电极中的一个电极。一般地，它们是NiCd，NH或锂离子电池。这些电池在金属杯壳除了用于能量储存所需的部件以外还常常包含其它的保护构件，它们在过量充电或短路以及在高温作用下应该保证电池的安全。在此处通常是安全阀和电流中断器件，所谓的″Current-Interruption-Devices″。
此外公知的用于电动工具的电池组包括在电池外部的附加的保险元件例如保险丝或电子的保护电路，电池连接器，接触面，绝缘材料以及适当成形的部件，它们将圆形的电池固定在大多数为长方体形的电池组内的规定位置上。
在公知的使用圆形电池的情况下，在电池组中提供的空间没有被完全地利用。由于每个电池本身具有保护器件，因此每个使用的电池的位置需求和电池组的总重量增大。由于圆形的电池本身必须被再一次地用固定架固定在电池组中，因此除了单个电池的重的金属封装之外还需要一个部分地围住电池的部件，并且使得电池组的总重量进一步增大。增大的体积和材料需求导致相对于由各单个电池给定的值，已知电池组的容积能量密度和比能量密度明显减小。
本发明的任务在于构造出一种蓄能器模块(能量储存模块)，其具有体积、重量和/或材料/部件需求与利用蓄能器模块可储存的能量之间的最佳的关系并且它是尽可能地安全的。
本发明的公开
本发明基于一种蓄能器模块，尤其是为电动工具供电的电池组，包括多个相互间电连接的用于能量储存的电池。建议电池是具有柔性的电池外壳的电化学存储电池(蓄电池)。电池外壳本身不是形状稳定的(形状不稳定的)。与公知的蓄能器模块相比，取消金属的电池杯形壳和用于每个单个电池的各种安全元件，导致与被储存的能量相比在重量和材料上的节省。此外，存储电池可以在没有牢固的外套情况下简单地构造成扁平形状，尤其是长方体形。采用长方体形的或近似于长方体形的电池，使得在蓄能器模块中的供使用的空间比圆形电池得到更好的充分利用。因此可以实现一种具有最小间隙的长方体形蓄能器模块的节省空间的结构，同时不影响它的功能。电池可以经必要时穿过可能的电池壳体的壁的电触头与负载，尤其是与电动工具交换电能，或与充电器交换电能。
在一个有利的实施形式中，电池可以以堆叠的方式布置并且被串联地或并联地或作为串联和并联电路的组合地连接。电池堆可以简单地和节省位置地安置在蓄能器模块的一个长方体形的壳体中。
在一个优选的变型中，电池可以是聚合物电池，尤其是锂离子-聚合物电池或锂-聚合物电池，也可以考虑这样的电池，其中电极堆或电极线圈配有分离器，它用电解液浸渍并且用一种柔性的，非刚性的材料气密地包封。
电池可以以有利的方式单个地或成组地布置在一个牢固的，优选长方体形的电池容器中或一个敞开的外套中。电池容器以这种方式大致通过安装用于每个或多个电池单独的格架将电池固定在一个相互被限定的位置上。此外，电池容器完全包围电池或电池堆并且使电池与环境足够气密地分离开。电池容器和固定在其中的电池一起然后可以简单地装入蓄能器模块中并且连线起来。电池容器可以由金属或塑料或由金属和塑料的组合制成。电池容器的一个壁可以具有用于电池与负载或充电器之间的电触头的通孔。敞开的外套比封闭的电池容器更轻并且不需要用于电触头的通孔。可以将多个电池容器组装成蓄能器模块的一个模块壳体。
电池容器可以以有利的方式至少一部分由一种尤其是阻燃的和耐热的塑料制成。塑料壳体重量轻，可以简单制造并且一般是电绝缘的。
电池容器可以以有利的方式具有至少一个过压保护机构，尤其是过压阀和/或给定断裂处。以这种方式可以控制地减小电池容器中的过压，这种过压例如可以由于过热形成，并且减小了爆炸的危险。
在另一个有利的实施形式中，电池容器可以具有至少一个电的/电子的保护机构，尤其是温度传感器和/或电流中断单元，优选保险丝。利用电的/电子的保护机构与利用过压保护机构一样，可以实现在可能产生尤其是针对使用者的危险的运行状态下对蓄能器模块的最佳保险。这种危险的运行状态尤其是电池的过量充电，以及蓄能器模块以过高的电流进行放电。此外，保护机构提供保护，避免蓄能器模块中的电池过载以及与之相关联的蓄能器模块的迅速老化。保护机构尤其是保护电流不受到超过量的消耗。它们也是避免蓄能器模块在过高的(环境)温度下运行的一种保护。此外，在尤其是由于电池的散热在电池容器中出现过热情况下，利用保护机构中断流入电池或流出电池的电流。
在另一个有利的实施形式中，电池容器可以具有至少一个电的/电子的保护机构和至少一个过压保护机构，它们在功能上配合作用。以这种方式可以在触发过压保护机构情况下同时也通过电的/电子的保护机构中断电流。这显著地提高了蓄能器模块的安全性。
按照本发明的电动工具具有至少一个这种或类似的蓄能器模块，尤其是用于为电动工具供电的电池组，其包括多个电池，其中电池是具有柔性的，本身不是形状稳定的(形状不稳定的)电池外壳的电化学存储电池。电池可以以有利的方式是聚合物电池，它们可以简单地构造成长方体形或以近似于长方体形的形状构造，这样对相对于用蓄能器模块可以储存的能量的体积/重量比具有有利的作用。
附图简述
附图
其它的优点由下面的附图说明得出。附图中示出了本发明的实施例。专业人员也能够将附图、说明书和权利要求书中公开的特征以合适的方式单独地考虑并且概括出可行的其它组合。
附图所示：
图1是按照第一实施例的具有分别在一个电池容器中的三个长方体形的聚合物电池的电池组的示意立体图；
图2是图1中的具有聚合物电池的电池容器之一的示意立体图；
图3是图2中的具有聚合物电池的电池容器的示意侧视图；
图4是图2和3中的具有聚合物电池的电池容器的示意俯视图；
图5是按照第二实施例的、一个与图1类似的、具有在两个电池容器中的六个长方体形的聚合物电池的电池组的示意立体图；
图6是图5中的具有三个聚合物电池的电池容器之一的示意立体图。
本发明的实施形式
图1示出了电池组10形式的、用于给一个没有示出的优选不依赖于电网的电动工具供电的蓄能器模块的第一实施例。
这个电池组10具有用于能量储存的三个相互间电连接的长方体形的锂离子-电池或锂电池(以下简称为聚合物电池12)，它们用所谓的聚合物技术，例如作为袋式电池，层压类型或锂(离子)-聚合物电池，进行构造并且不用刚性的(金属)外套包围，如常规锂(离子)电池那样，而是采用柔性的，软的，本身不是形状稳定的电池外壳。
软的聚合物电池12布置在更后面还要详细解释的形状稳定的电池容器14中，其中一个含有聚合物电池12的电池容器在图2至4详细示出。
每个聚合物电池12优选具有一个在图1至4中被遮盖住的正电极，它含有镍，钴，锰的纯的或者混合的氧化物或也包括过渡金属-磷酸盐，例如铁-，锰-或钴-磷酸盐，或两个材料类别的混合物。聚合物电池12的负电极包含或者在聚合物电池12充电时可以嵌入锂离子的材料，例如碳材料或者特种合金，或金属锂或其合金。
聚合物电池12可以不仅串联而且并联地相互连接，也可以实现并联和串联连接的组合。
聚合物电池12被分别单个地安装在形状稳定的电池容器14之一中。电池容器14由阻燃和耐热的塑料制成。电池容器14完全地包围聚合物电池12并且使电池相对于环境足够气密地分隔开。
两个连接触头16和18在电池容器14的一个连接侧面上，在图2至4中为右侧，从聚合物电池12的各电极20和22穿过电池容器14的盖子24延伸到电池容器14的外侧面。在图1中只能够看见与电池容器14的连接侧面相对的背侧面。
在聚合物电池12的其中一个电极20和在图2中左边的相应的连接触头16之间布置一个用于中断电连接的保险丝44。
电池容器14包含一个在电池容器材料中形式为变薄部的合适的给定断裂处26，它在电池容器14内部出现过量的压力升高情况下可以断裂开。由此在电池容器14内部超过一定的内压时，保证了在该给定断裂处26打开电池容器14。
此外，电池容器14装配有一个可逆地打开的、弹簧力预张紧的过压阀28，它在电池容器14内部的小的内压下就已经动作。
此外在电池容器14中包含一个具有负温度系数(NTC)的热敏元件(温度传感器)30。热敏元件30位于电池容器14的一个大表面和聚合物电池12之间。它经第一连接导线32与保险丝44的背离聚合物电池12的电极极20的接头连接。第二连接导线34穿过电池容器14的盖子24并且在电池容器14的外侧面上形成一个温度传感器触头。可选择地，容器壁中的一个凹部(没有示出)可以容纳热敏元件30，从而它被防止滑动地锁止住并且不对聚合物电池12施加点状压力。
温度传感器触头本身与一个没有示出的集成在电池组10中的电子短路连接，电子电路可以用于测量热敏元件30的电阻值。
三个这种电池容器14以及固定在其中的聚合物电池12又是完整电池组10的组成部分并且为此被安装在电池组10的一个长方体形的模块壳体36中并被连线起来(图1)。三个电池容器14这样地堆叠在一列中，使得它们的大表面相互相对。
除了用聚合物电池12充满的电池容器14以外，电池组10还包含另外的在图1中没有示出的机械的和电气方式作用的部件，例如电触头，电缆，绝缘材料或类似物，或也包含一个电子保护电路。
在图5和6中示出的第二实施例中，与在图1至4中描述的第一实施例类似的那些元件采用相同的附图标记加上100，从而关于它们的描述将参见针对第一实施例的描述。该实施例与第一实施例的区别在于，在每个电池容器114中三个电气并联的聚合物电池112这样地堆叠成一列，使得聚合物电池112的大表面相互相对。示例性地将两个这种电池容器114组装到一个蓄能器模块的一个模块壳体136中。
电池容器114将聚合物电池112固定在相互相对限定的位置上。电池容器114完全包围聚合物电池114的电池堆并且使电池堆相对于环境足够气密地分隔开。
各个聚合物电池112的电极极120和122相互间的电连接通过桥接件140和142在电池容器114内部实施。在每个聚合物电池112的各一个电极极120和相应的桥接件140，在图6中位于左边，之间，布置一个用于中断电连接的保险丝144。
从桥接件140和142处，相应的连接触头116或118穿过盖子124延伸到电池容器114的外侧。
在本发明的一个没有示出的第三变型中，也可以取代电池容器14；114而实现将聚合物电池12；112固定在一个金属-或塑料外套中，该外套仅仅部分地包围聚合物电池12；112或电池堆并且聚合物电池12；112本身气密地相对于环境绝缘的。在这种情况下，由聚合物电池12；112和用于其固定和阻燃的保护的金属或塑料外套组成的聚合物电池整体也是被安装在一个由另外的部件构造的电池组10；110中。
在电池组10；110的所有上述实施例中都可以实现以下的修改和其它修改：
聚合物电池12；112除了锂(离子)电池外也可以是没有刚性电池容器的其它类型的电化学存储电池。
聚合物电池12；112除了长方体形外也可以构造成其它的类型，例如具有三角形或其它多边形的底面和余面。
也可以将两个或多于三个聚合物电池12；112组装在一个电池容器14；114中和/或将少于两个或多于三个的具有聚合物电池12；112的电池容器14；114组装在一个电池组10；110中。
尤其是在第二实施例中，各单个的聚合物电池112相互间的电连接，除了在电池容器114内部以外，也可以在电池容器114外部实施。
尤其是在第二实施例中，可以通过在电池容器114中安装分别用于例如一个或两个聚合物电池112的独立格架将聚合物电池112固定在相互相对限定的位置上。
电池容器14；114除了塑料以外也可以用金属制成。在用金属材料制造的电池容器14；114情况下，电池容器可以用由一种塑料材料制成的绝缘层覆盖。
在由塑料制成的电池容器14；114情况下，塑料可以通过嵌入金属部件进行加强，用于改善机械稳定性。这些部件可以这样地构造，即它们使尖锐物体难于挤入或甚至阻止其挤入。同样可能的是，塑料中可以添加金属的或非金属类型的添加物，其改善塑料的热传导性。
由塑料制成的电池容器14；114可以附加地或备选地也具有阻燃成分的添加物。
电池容器14；114的给定断裂处26；126也可以具有多个变薄部。
每个电池容器14；114除了配置弹簧预张紧的可逆地打开的过压阀28；128以外也可以装配其它的非可逆地打开的过压阀。
每个电池容器14；114可以装配有其它的安全元件，例如电流中断部件，其在一定的安全临界状况下，例如在过高的电流下，尤其是短路电流下或者在出现高温下，中断通过聚合物电池12；112的电流流动。
电池容器14；114的给定断裂处26；126的打开的发生可以通过合适的结构措施和布线与输入电池组10；110的电流的中断进行组合。例如可以将一个电输入导线或一个输出导线集成到电池壳体壁的给定断裂处26；126中或者固定在那里，在给定断裂处26；126断裂开时该输入导线或输出导线被拉断并且由此分开在这个位置上的电连接。
热敏元件30；130的电阻值除了用集成在电池组10；110中的电子电路探测以外也可以经在电池组10；110上的一个相应的触头由被电接通的充电器的和/或电动工具的电子装置测量。
针对电池容器14；114中的热敏元件30；130，可以附加地或备选地在电池组10；110中含有一个热敏元件，它的电子值可以通过在电池组10；110上的触头由被接通的充电器的和/或电动工具的电子装置测量或者由集成在电池组10；110中的电子电路测量。
除了具有NTC的热敏元件30；130，也可以使用其它类型的热敏元件例如正的温度系数(例如Pt100)的热敏元件(温度传感器)。
必要时，可以在电池组10；110中进行单个电池的电子监控或者监控中间电压，该电压经一个接口与被连接上的充电器或电动工具联通并且在识别出过电压或低电压情况下中断在充电器或电动工具这边的电流输入或电流消耗。
Claims (9)
1.蓄能器模块，尤其是为电动工具供电的电池组(10；110)，包括多个相互间电连接的、用于能量储存的电池(12；112)，其特征在于，这些电池(12；112)是具有柔性的、本身形状不稳定的电池外壳的电化学存储电池。
2.按照权利要求1所述的蓄能器模块，其特征在于，所述电池(12；112)以堆叠的方式布置并且被串联地或并联地或作为串联和并联电路的组合地连接。
3.按照权利要求1或2所述的蓄能器模块，其特征在于，所述电池(12；112)是聚合物电池，尤其是锂离子聚合物电池或锂聚合物电池。
4.按照前述权利要求之一所述的蓄能器模块，其特征在于，所述电池(12；112)单个地或成组地布置在一个牢固的，优选长方体形的电池容器(14；114)中或一个敞开的外套中。
5.按照权利要求4所述的蓄能器模块，其特征在于，所述电池容器(14；114)至少一部分由尤其是阻燃的和耐热的塑料制成。
6.按照权利要求4或5所述的蓄能器模块，其特征在于，所述电池容器(14；114)具有至少一个过压保护机构，尤其是过压阀(28；128)和/或给定断裂处(26；126)。
7.按照权利要求4至6之一所述的蓄能器模块，其特征在于，所述电池容器(14；114)具有至少一个电的/电子的保护机构，尤其是温度传感器(30；130)和/或电流中断单元，优选是保险丝(44；144)。
8.按照权利要求4至7之一所述的蓄能器模块，其特征在于，所述电池容器(14；114)具有至少一个电的/电子的保护机构和至少一个过压保护机构，它们在功能上配合作用。
9.电动工具，其具有至少一个尤其是按照前述权利要求之一所述的蓄能器模块，尤其是给电动工具供电的电池组(10；110)，包括多个相互间电连接的电池(12；112)，其特征在于，所述电池(12；112)是具有柔性的、本身形状不稳定的电池外壳的电化学存储电池。
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