CN114946076A - 蓄电池单体和具有蓄电池单体的蓄电池组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于蓄电池组的蓄电池单体，具有周面、端侧和后侧，其中，所述周面具有单个单体电压监控区域，其中，所述单个单体电压监控区域与所述蓄电池单体的单体极电连接，使得能够测量所述蓄电池单体的在所述周面的单个单体电压监控区域上的电压，用于单个单体电压监控。本发明提出，所述单个单体电压监控区域由塑料或漆构成。

Description

蓄电池单体和具有蓄电池单体的蓄电池组

背景技术

在文献DE 10 2016 203 427 A1中描述了一种具有蓄电池单体和蓄电池组电子器件的蓄电池组，该蓄电池组电子器件包括柔性的电路板。蓄电池组电子器件具有用于监控单个单体电压的微控制器。蓄电池单体不具有用于触点接触的绝缘覆层。

发明内容

本发明涉及一种用于蓄电池组的蓄电池单体，具有周面、端侧和后侧，其中，周面具有单个单体电压监控区域，其中，单个单体电压监控区域与蓄电池单体的单体极如此电连接，使得能够测量蓄电池单体的在周面的单个单体电压监控区域上的电压。本发明提出，单个单体电压监控区域由塑料或漆构成。有利地，由此可以改善和更可靠地构型对蓄电池单体的操作、尤其在蓄电池组的装配过程中。

蓄电池组尤其是由蓄电池组和耗电装置组成的系统的一部分，其中，耗电装置在运行期间通过蓄电池组供能。蓄电池组尤其构造为可更换蓄电池组。蓄电池组尤其构造为能够与用于对蓄电池组充电的充电装置连接。蓄电池组的壳体尤其构造为外壳体。蓄电池组的壳体、尤其是外壳体能够通过机械接口与耗电装置和/或充电装置可松开地连接。蓄电池组的壳体可以具有一个或多个壳体件。这些壳体件力锁合、形状锁合和/或材料锁合地相互连接。

耗电装置尤其可以构造为园艺器具，例如割草机或树篱修剪机，构造为家用器具，例如电动窗户清洁器或手持式吸尘器，构造为手持式工具机，例如角磨机、起子机、钻机、钻锤等，或构造为测量工具，例如激光测距仪等。此外，也可以考虑，耗电装置构造为其它尤其便携式器具，例如建筑工地照明设备、抽吸器具或建筑工地广播。蓄电池组能够通过机械接口与耗电装置力锁合和/或材料锁合地连接。有利地，机械接口包括至少一个操纵元件，通过该操纵元件能够松开蓄电池组与耗电装置和/或充电装置的连接。操纵元件例如可以构造为按钮、杠杆或按键。此外，蓄电池组具有至少一个电接口，蓄电池组可以通过该电接口与耗电装置和/或充电装置电连接。例如可以通过该电连接对蓄电池组进行充电和/或放电。替代地或附加地也可以考虑，通过电接口可以传输信息。电接口优选地构造为触点接口，其中，电连接通过至少两个能导电构件的物理接触实现。电接口优选地包括至少两个电触点。尤其，其中一个电触点构造为正触点，而另一个电触点构造为负触点。替代地或附加地，电接口可以具有用于感应充电的次级充电线圈元件。

此外，可通过电接触装置与耗电装置电连接的至少一个蓄电池单体布置在蓄电池组的壳体中。蓄电池单体可以构造为电化学单体，其具有如下结构：其中一个单体极位于一端部上，而另一单体极位于相对的端部上。尤其，蓄电池单体在一端部上具有正单体极，而在相对的端部上具有负单体极。优选地，蓄电池单体构造为镍铬或镍氢、特别优选地构造为锂基的蓄电池单体或锂离子蓄电池单体。蓄电池组的蓄电池电压通常是单个蓄电池单体电压的多倍并且由蓄电池单体的电路(并联或串联)产生。在具有3.6V电压的通用蓄电池单体中，因此例如产生3.6V、7.2V、10.8V、14.4V、18V、36V、54V、108V等的蓄电池电压。优选地，蓄电池单体构造为至少基本上柱形的圆形单体，其中，单体极布置在柱形端部上。

附加地，电接口可以具有至少一个附加触点，该附加触点构造为用于将附加的信息传递到耗电装置和/或充电装置上。优选地，蓄电池组具有蓄电池组电子器件，其中，该蓄电池组电子器件可以包括存储单元，信息存储在该存储单元上。附加地或替代地也可以考虑，由蓄电池组电子器件求取信息。该信息例如可以是蓄电池组的充电状态、在蓄电池组内的温度、编码或蓄电池组的剩余容量。此外可以考虑，蓄电池组电子器件构造为用于调节或控制蓄电池组的充电和/或放电过程。蓄电池组电子器件例如可以具有电路板、计算单元、控制单元、晶体管、电容器和/或存储单元。电子器件还可以具有一个或多个传感器元件，例如用于求取在蓄电池组内的温度的温度传感器。蓄电池组电子器件可以替代地或附加地具有编码元件，例如编码电阻。

单个单体电压监控区域尤其设置为用于与蓄电池组的测量触点连接。单个单体电压监控区域的定位尤其取决于蓄电池组的构型或结构。蓄电池单体可以具有一个、两个或更多个单个单体电压监控区域。优选地，整个周面构造为单个单体电压监控区域，使得测量触点能够设置在周面上的任意位置处用于单个单体电压监控。

此外提出，蓄电池单体具有正极和负极，其中，周面与负极电连接。有利地，可以由此监控在负极上的电压。

此外提出，蓄电池单体具有由金属构成的壳体。有利地，蓄电池单体的金属壳体赋予机械稳定性和对蓄电池单体的保护。蓄电池单体尤其构造为具有板材罐壳体的圆形单体。在此，板材罐壳体相应于由深拉钢制成的壳体。蓄电池单体的壳体可以部分地形成蓄电池单体的周面。然而，在单个单体电压监控区域中，蓄电池单体的周面不是由金属壳体构成。金属壳体可以完全或部分地被塑料覆盖和/或涂覆。尤其，金属壳体至少在单个单体电压监控区域中被塑料覆盖或涂覆。替代地，也可以考虑，壳体由至少部分地、尤其完全具有一定导电性的塑料构成，该导电性足够用于单个单体电压监控。尤其，壳体至少部分地、尤其完全由负极构成。

此外提出，塑料构造为纯塑料或填充的塑料。在此，塑料尤其是聚合物或聚合物混合物。优选地，塑料构造为导电塑料。尤其，填充的塑料具有热塑性塑料，该热塑性塑料填充有导电材料、尤其是碳或金属，优选银、镍或铜。因此，填充的塑料是一种外在导电的聚合物。纯塑料优选由聚乙烯、聚苯胺、聚吡咯、聚-3,4-亚乙基二氧噻吩、聚芴或聚(对苯)组成。碳例如可以是烟灰、碳纳米管和/或石墨烯。因此，纯塑料是一种内在导电的聚合物。

此外提出，周面由收缩软管形成。有利地，由此使蓄电池单体的装配明显变容易。收缩软管由塑料构成，其中，塑料优选弹性地构造。替代地可以考虑，周面由塑料管形成，该塑料管由塑料构成。在装配过程中，可以将蓄电池单体的壳体或板材罐壳体推入到塑料管中。此外可以考虑，在装配之前加热塑料管以热膨胀，以便在冷却时，通过塑料管收缩形成塑料管和蓄电池单体的壳体之间的力锁合连接。塑料管可以在端侧和/或相对的后侧上具有凸缘，该凸缘设置为用于负极和/或正极的绝缘。

此外提出，蓄电池单体具有布置在负极和正极之间的第一绝缘元件和布置在负极和正极之间的第二绝缘元件。尤其，第一绝缘元件和第二绝缘元件布置在负极的相对侧上。有利地，通过使用两个绝缘元件，正极和负极可以有效地彼此绝缘。绝缘元件例如可以由电绝缘塑料或绝缘纸构成。

此外提出，漆构造为石墨漆。漆尤其应理解为能够薄地施加到物体上的液态或粉末状涂料。在施加的状态下，漆形成连续的固态膜。漆可以具有聚合物。漆优选具有比施加有漆的蓄电池单体的壳体更低的电导率。

此外，本发明涉及一种用于监控蓄电池组的单个单体电压的测量装置，具有如上所述的蓄电池单体和测量触点。测量装置尤其配属于蓄电池组的蓄电池组电子器件并且因此是电池管理系统(BMS)的一部分。蓄电池组电子器件通过测量装置提供蓄电池组的各个单体的电压。在装配状态下，测量触点与接触面贴靠在蓄电池单体的周面上。测量触点之间的连接可以通过力锁合和/或形状锁合实现，例如通过夹紧。替代地也可以考虑，通过材料锁合，例如通过粘接实现连接。

此外提出，测量触点和蓄电池单体的周面之间的接触电阻在100Ohm至100kOhm之间的范围内，尤其在1kOhm至10kOhm之间或在2kOhm至20kOhm之间。在该区域中可以有利地确保可靠的单个单体电压监控。尤其，测量触点具有尺寸在4mm²至50mm²之间的接触面。

此外，本发明涉及一种具有上述测量装置的蓄电池组。

附图说明

另外的优点来自下面的附图说明。附图、说明书和权利要求包含许多组合的特征。本领域技术人员也将符合目的地单独考虑这些特征并将其组合成有意义的其它组合。

附图示出了：

图1具有根据本发明的蓄电池组的手持式工具机的示例性视图；

图2蓄电池组的立体分解图；

图3蓄电池组的柔性电路板的立体视图；

图4将接触舌片导入到单体保持器中的示意图；

图5根据本发明的蓄电池单体的纵截面。

具体实施方式

图1示出构造为手持式工具机300的电动工具，该电动工具例如构造为蓄电池起子机。相应地，手持式工具机300在所示的实施方式中与蓄电池组100机械连接和电连接，用于不依赖电网地供电。然而，应指出的是，本发明不限于蓄电池起子机，而是更多地可以用于不同的手持式工具机300。手持式工具机300具有布置在壳体305中的传动装置330和把手315，所述传动装置用于将由驱动马达335产生的转矩传递到绕着轴线x旋转的驱动轴上，用于未示出的插入式工具的工具接收部320固定在所述驱动轴上。电子器件370布置在壳体305内并且构造为用于控制或调节手持式工具机300、尤其是驱动马达335。把手315用作用于手持式工具机300的操作者的手的支承面。

操作元件310布置在把手315的区域中。操作元件310构造为用于手动地控制手持式工具机300的运行开关。操作元件310从壳体305伸出，使得用户可以手动地触及，从而以本身已知的方式通过第一操作元件310的按压运动能够实现控制和/或调节驱动马达，优选地根据第一操作元件310的调节路径控制和/或调节驱动马达。

在图1所示的位置中，蓄电池组100通过接口380固定在手持式工具机300的把手315上并且被锁定单元318锁定。通过力锁合和/或形状锁合的连接实现固定和/或锁定。通过将蓄电池组100布置在把手315的下侧316上而不干扰手持式工具机300的操作。未详细示出的锁定单元还包括锁定元件210和操纵元件220。通过操纵操纵器件220可以将蓄电池组100从手持式工具机300的把手315松开。

在图1中所示的蓄电池组100实施为推入式蓄电池组并且具有接口180，该接口对应于手持式工具机300的接口380。对于推入式蓄电池组替代地也可以实施为旋转或枢转式蓄电池组，其中，蓄电池组100可以在与枢转轴线相对的一侧上通过卡锁、旋拧、夹紧或张紧可松开地锁止在手持式工具机300的壳体305上。以这种方式可以有效地抵抗蓄电池组100从壳体305可能的脱落。

接口180构造为用于将电池组100可松开地安装在手持式工具机300上和/或充电器上。接口180尤其构造为用于与手持式工具机300的对应接口380或充电器的对应接口的可松开地机械连接和电连接。在安装蓄电池组100时，接收器件，例如手持式工具机300或充电器的导向槽和导向肋，为了接收蓄电池组100的对应导向元件142而与其接合，其中，蓄电池组100沿着接收器件被导入并且蓄电池组100的接口180被插入到手持式工具机300的对应接口380或充电器的对应接口中。

为了将蓄电池组100锁定在手持式工具机300的把手315上，将蓄电池组100推到把手315的下侧316上。在图1所示的位置中，蓄电池组100通过把手315上的锁定元件210锁定。通过操纵操纵器件220可以将蓄电池组100从手持式工具机300的把手315松开。在解锁蓄电池组100之后，可以将蓄电池组与把手315分离。在将蓄电池组100安装在手持式工具机300上时，锁定元件210与手持式工具机300的把手315中的对应接收部(未详细示出)接合。

图2以分解视图示出蓄电池组100。蓄电池组100具有蓄电池组壳体110，其具有例如多个壳体件120。壳体件120例如构造为具有多个串联连接的、未详细示出的蓄电池单体400的单体保持器600。蓄电池组100例如构造为两排蓄电池组100，其中，各五个蓄电池单体400布置成一排。单体保持器600不但将蓄电池单体400固定在蓄电池组壳体110中而且对蓄电池单体400进行冷却，并且由导热材料，例如铝或塑料构成。每个蓄电池单体400具有平行于蓄电池单体400的纵轴线x延伸的周面402，其中，周面402由垂直于纵轴线x的两个端面412、414限界，电极或者说单体极406位于所述两个端面上。

蓄电池单体400彼此间的连接通过单体连接器500实现。单体连接器500构造为用于蓄电池单体400的电连接。通过单体连接器500可以用于将蓄电池单体400以并联和/或串联的方式彼此电连接。单体连接器500基本上板状地构造并且布置在蓄电池单体400的端面上并且覆盖它们。因此，单体保持器600对于各蓄电池单体400具有两个对置的开口，在这两个开口上，蓄电池单体400能够与单体连接器500连接。各个蓄电池单体400为了机械固定而彼此间隔开地接收在单体保持器600中。

此外，蓄电池组100具有蓄电池组电子器件800。蓄电池组电子器件800尤其构造为用于控制或调节蓄电池组100或控制或调节由蓄电池组100与连接的手持式工具机300组成的系统。蓄电池组电子器件800具有电路板810。电路板810例如由纤维增强的塑料制成。电触点元件143布置在电路板810上。电路板810例如包括五个触点元件143，其中，外部的触点元件143构造为功率触点144，内部的触点元件143构造为信息触点元件145。信息触点元件145构造用于向手持式工具机300和/或充电器传递信息。信息触点元件145例如可以构造为编码元件或用于传递蓄电池组100的温度信息。功率触点144分别通过电流导体502与单体连接器500之一连接。此外，电路板810例如包括另外的电子构件如电阻、电容器和微控制器，这些未详细示出。

除电路板810外，蓄电池组电子器件800还具有柔性电路板812，其具有多个测量触点840。柔性电路板812在图3中以立体视图示出。电路板810和柔性电路板812彼此相邻或彼此相叠地布置。尤其，电路板810和柔性电路板812布置在蓄电池组壳体110内和单体保持器600外。优选地，柔性电路板812比电路板810更靠近地布置在单体保持器600上。柔性电路板812优选地支承在单体保持器600上。例如，柔性电路板812如此布置在单体保持器600上，使得其如在图2所示的实施方式中夹紧在单体保持器600和另一壳体部件之间。柔性电路板812例如也与未示出的微控制器连接。

柔性电路板812通常由具有多个单个印制导线802的基础材料构成，这些印制导线在其端部形成接触面803。印制导线802被保护层，例如阻焊剂保护，阻焊剂除了连接触点或者说测量触点840以外覆盖整个电路板表面。接触面803优选面式地构造。

柔性电路板812具有抗弯强度，该抗弯强度至少局部地构型，使得柔性电路板812在装配状态下至少局部地能够弯曲变形。柔性电路板812的弯曲变形可以如此发生，使得电路板812的中心平面在弯曲变形区域中相对于原始位置变形了角度

以这种方式，柔性电路板812可以可变化地匹配蓄电池组壳体110或者说单体保持器600的几何形状。

如尤其在图3中所示的那样，柔性电路板812具有与蓄电池单体400对应的多个测量触点840。测量触点840配属于构造为用于单个单体电压监控的测量装置。每个测量触点840设置为用于与对应的蓄电池单体400电接触，测量触点840有利地以可弯曲的接触舌片842形式，优选地以与两个彼此相对布置的可弯曲的接触舌片842形式构造，如在图4中所示的那样，接合到单体保持器600中的对应开口602中。接触舌片842设置为用于蓄电池单体400的电接触，尤其用于单个单体电压监控。

图4示意性地示出将接触舌片842导入到单体保持器600的开口中。接触舌片842借助未示出的工具导入到在单体保持器600中的单体保持器600的缺口602中，其中，在导入蓄电池单体时，接触舌片842相对于原始位置变形了角度

在此，缺口602尤其布置在邻接于蓄电池单体400的周面的区域中。蓄电池单体基本上无间隙地布置在单体保持器600中。

在将蓄电池单体400导入到单体保持器600中之后，接触舌片842夹紧在单体保持器600和蓄电池单体400之间，其中，接触舌片842替代地可以熔焊或钎焊到蓄电池单体400上，用于电接触。如在图4中所示的那样，角度

在完成导入之后具有约180°的值，其中，可以是10°至200°之间的值，优选地30°至190°之间的值。单个蓄电池单体400通过接触舌片842直接与柔性电路板812连接。在柔性电路板812的所示的有利实施方式(其分别具有两个相对布置的接触舌片842)中，在将蓄电池单体400导入到单体保持器600中时，均匀的拉力沿两个方向作用到柔性电路板812上。

在连接状态下，柔性电路板812与接触舌片842贴靠在蓄电池单体400的周面上并且通过印制导线802与该周面接触。在此，该接触在蓄电池单体的周面402的单个单体电压监控区域420中实现。在印制导线802贴靠在蓄电池单体400上的区域中，柔性电路板812优选地仅具有部分保护层或不具有保护层。为了单个单体电压监控能够通过贴靠在蓄电池单体400的周面402上的柔性电路板812实现，需要蓄电池单体400的周面402的一定导电性。

根据本发明的蓄电池单体400在图5中以纵截面示出。蓄电池单体400具有周面402，其至少部分地、尤其完全导电地构造并且由塑料构成。蓄电池单体400例如实施为锂离子蓄电池单体。

蓄电池单体400构造为圆形单体404并且具有两个单体极406。单体极406构造为正极408，而单体极406构造为负极410。单体极406位于蓄电池单体400的相对侧上。正极408位于端侧412上，并且负极410位于蓄电池单体400的后侧414或相对的端侧上。在端侧412、414之间布置有周面402。蓄电池单体400的周面402包括两个单个单体电压监控区域420，它们设置为用于单个单体电压监控。然而也可以考虑，蓄电池单体仅具有一个或多个单个单体电压监控区域420。两个单个单体电压监控区域420相对彼此间隔开地布置。在装配在蓄电池组100中的状态下，蓄电池单体400与蓄电池组100的测量触点840连接。尤其，柔性电路板812的构造为接触舌片842的测量触点840在单个单体电压监控区域820中贴靠在周面402上。单个单体电压监控区域820环形闭合地绕着周面402延伸。

周面402由塑料构成。例如，周面402基本上完全由与蓄电池单体400的负极410连接的导电塑料构成。因为整个周面402由塑料构成，所以周面402完全构造为单个单体电压监控区域420并且可以在任意位置上与蓄电池组100的测量触点840或者说蓄电池组电子器件800连接。替代地也可以考虑，蓄电池组100的周面402由两种不同的塑料构成，其中，塑料在单个单体电压监控区域420中具有更高的导电性。

除蓄电池组100的测量触点840以外，测量装置还包括蓄电池单体的周面402或单个单体电压监控区域420。测量触点840的形状、构型和材料如此选择，使得在贴靠在蓄电池单体的周面402上的状态中，测量触点840和周面402之间的接触电阻位于100Ohm至100,000Ohm之间的范围内。有利地，在接触电阻在该范围内的情况下，单个单体电压通过蓄电池组电子器件800求取。

蓄电池单体400具有壳体422，该壳体由金属构成并且例如构造为由涂覆镍的钢制成的板材罐。蓄电池组100的周面402通过由塑料制成的收缩软管424构成，蓄电池组100的壳体422横向地完全被该收缩软管覆盖。在此，壳体422的外表面基本上完全被收缩软管424覆盖。在端侧412和后侧414上，蓄电池组100的壳体422或蓄电池组100被收缩软管424部分地覆盖。替代地也可以考虑，对蓄电池单体400的壳体422涂漆并且漆构成周面402。

通过收缩软管424的材料选择可以保证，收缩软管424或蓄电池组100在单个单体电压监控区域420中的周面402适用于单个单体电压监控。

收缩软管424例如由呈聚吡咯形式的纯内在导电塑料构成。因为负极410与蓄电池组100的壳体422连接，贴靠在壳体422上的收缩软管424也与负极410电连接。

为了在正极408和负极410之间不存在短路，在蓄电池单体400的壳体422和正极408之间布置有第一绝缘元件426和第二绝缘元件428。尤其，第一绝缘元件426和第二绝缘元件428直接贴靠在蓄电池单体400的壳体422上。优选地，第一绝缘元件426和第二绝缘元件428布置在蓄电池单体400的壳体422的不同侧上。第二绝缘元件428构造为环形绝缘盘430并且布置在收缩软管424和蓄电池单体400的壳体422之间。

Claims (14)

1.一种用于蓄电池组(100)的蓄电池单体，具有周面(402)、端侧(412)和后侧(414)，其中，所述周面(402)具有单个单体电压监控区域(420)，其中，所述单个单体电压监控区域(420)与所述蓄电池单体(400)的单体极(406)电连接，使得能够测量所述蓄电池单体(400)的在所述周面(402)的单个单体电压监控区域(420)上的电压，用于单个单体电压监控，

其特征在于，

所述单个单体电压监控区域(420)由塑料或漆构成。

2.根据权利要求1所述的蓄电池单体，其特征在于，所述蓄电池单体(400)具有正极(408)和负极(410)，其中，所述周面(402)与所述负极(410)电连接。

3.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池单体，其特征在于，所述蓄电池单体(400)具有壳体(422)，该壳体由金属构成。

4.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池单体，其特征在于，所述塑料构造为纯塑料或填充的塑料。

5.根据权利要求4所述的蓄电池单体，其特征在于，所述填充的塑料包括热塑性塑料，所述热塑性塑料具有导电材料，尤其是碳或金属，优选银、镍或铜。

6.根据权利要求4或5所述的蓄电池单体，其特征在于，所述纯塑料由聚乙烯、聚苯胺、聚吡咯、聚3,4-亚乙二氧基噻吩、聚芴或聚(对苯)构成。

7.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池单体，其特征在于，所述周面(402)由收缩软管(424)构成。

8.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池单体，其特征在于，所述蓄电池单体(400)具有布置在所述负极(410)和所述正极(408)之间的第一绝缘元件(426)和布置在所述负极(410)和所述正极(408)之间的第二绝缘元件(428)。

9.根据权利要求8所述的蓄电池单体，其特征在于，所述第一绝缘元件(426)和所述第二绝缘元件(428)布置在所述负极(410)的相对侧，尤其所述蓄电池单体(400)的壳体(422)的相对侧上。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的蓄电池单体，其特征在于，所述漆构造为石墨漆。

11.一种用于对蓄电池组(400)进行单个单体电压监控的测量装置，具有根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池单体(400)和测量触点(840)。

12.根据权利要求11所述的测量装置，其特征在于，所述测量触点(420)和所述蓄电池单体(400)的周面(402)之间的接触电阻在100Ohm至100kOhm之间的范围内，尤其在1kOhm至10kOhm或2kOhm至20kOhm之间的范围内。

13.根据权利要求12或13所述的测量装置，其特征在于，所述测量触点(840)具有尺寸在4mm²至50mm²之间的接触面(803)。

14.一种蓄电池组，具有根据权利要求11至14中任一项所述的测量装置。

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