CN115548566A - 蓄电池组 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种蓄电池组,其具有壳体;单体保持器;至少一个蓄电池单体,其中,蓄电池单体至少部分地接收在单体保持器中;单体连接器,其中,单体连接器构造为用于蓄电池单体的电连接;以及电路板,其中,单体连接器与电路板电连接。在此提出,蓄电池组具有用于辅助单体连接器与电路板的连接的装配元件,其中,装配元件布置在电路板的空缺中。
Description
技术领域
本发明涉及一种蓄电池组和用于蓄电池组的制造方法。
背景技术
在文献DE 10 2014 217 991 A1中描述一种用于手持式工具机的、具有单体连接器的蓄电池组。
发明内容
本发明涉及一种蓄电池组,具有壳体;单体保持器;至少一个蓄电池单体,其中,蓄电池单体至少部分地接收在单体保持器中;单体连接器,其中,单体连接器构造为用于蓄电池单体的电连接;以及电路板,其中,单体连接器与电路板电连接。在此提出,蓄电池组具有用于辅助单体连接器与电路板的连接的装配元件,其中,装配元件布置在电路板的空缺中。有利地可以由此实现将单体连接器非常良好地附接到电路板上。
蓄电池组尤其是如下系统的一部分,该系统由蓄电池组和耗电装置组成,其中,耗电装置在运行期间通过蓄电池组供能。蓄电池组例如可以构造为手持式工具机蓄电池组或电动自行车蓄电池组。蓄电池组尤其构造为可更换蓄电池组,其构造为能够与耗电装置无需工具地松开。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。替代地或附加地,蓄电池组也可以如此构造,使得蓄电池组在耗电装置连接的状态下是可充电的。
耗电装置尤其可以构造为园艺器具例如割草机或树篱剪,构造为家用器具例如电动窗户清洁器或手动吸尘器,构造为手持式工具机例如角磨机、起子机、钻孔机、钻锤等,构造为电动前行器件例如呈助踩式自行车或电动自行车形式的电动车,或构造为测量工具例如激光测距仪。此外,也可以考虑,耗电装置构造为另一尤其可携带的器具例如建筑工地照明设备、抽吸器具或建筑工地广播(Baustellenradio)。
蓄电池组的壳体优选地构造为外壳体。蓄电池组、尤其蓄电池组的壳体可以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。壳体具有至少一个壳体件,其构造为外壳体件。外壳体件在此向外限界蓄电池组并且可以被用户接触。此外,壳体可以具有至少一个内壳体件,其完全被至少一个壳体件包围。优选地,单体保持器构造为壳体件之一,其中,单体保持器可以构造为外壳体件或内壳体件。各壳体件彼此力锁合、形状锁合和/或材料锁合地连接。
通过机械接口,蓄电池组能够与耗电装置力锁合和/或形状锁合地连接。有利地,机械接口包括至少一个操纵元件,通过操纵元件能够将蓄电池组与耗电装置和/或充电装置可松开地连接。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,通过该电接口,蓄电池组能够与耗电装置和/或充电装置电连接。通过电连接可以例如对蓄电池组充电和/或放电。替代地或附加地也可以考虑,通过电接口可以将信息从蓄电池组传输给耗电装置,并反之亦可。电接口优选地构造为接触接口,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接触元件。尤其,电接触元件中的一个构造为正极触点,而另一个电接触元件构造为负极触点。附加地,电接口可以具有至少一个附加触点,其构造为用于将附加信息传输给耗电装置和/或充电装置。附加触点可以构造为信号触点、编码触点、温度触点等。电接触元件例如可以构造为呈梅花触点(Kontakttulpen)形式的弹性接触元件或呈接触刀片形式的扁平触点。替代地或附加地,电接口可以具有用于感应式充电的次级充电线圈元件。此外,在蓄电池组的壳体中布置有至少一个蓄电池单体,其能够通过电接触装置与耗电装置电连接。
此外,蓄电池组优选地包括电子器件。该电子器件例如可以具有计算单元、控制单元、晶体管、电容器和/或存储单元。附加或替代地也可以考虑,由电子器件求取信息。电子器件构造为用于控制或调节蓄电池组和/或耗电装置。电子器件尤其包括电池管理系统(BMS,英文:Battery Management System)。BMS尤其构造为用于防止蓄电池组的过充电和/或深度放电。优选地,BMS构造为用于校正单体对称或单体平衡。此外,电子器件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或用于求取运动的运动传感器。替代地或附加地,电子器件可以具有编码元件例如编码电阻。蓄电池组的电接口的电接触元件可以布置在电子器件的电路板上或与电路板连接。电路板可以构造为刚性电路板或柔性电路板。电路板可以具有有机或无机的衬底。
单体保持器优选地由塑料、尤其是热塑性塑料构成。单体保持器优选地由耐温塑料、优选地由纤维强化的塑料构成。单体保持器优选一体地或一件式地构造。一体地在本申请的上下文中应尤其理解为如下构件,该构件由一个件构成,而不是由多个相互材料锁合和/或力锁合和/或形状锁合连接的构件构成。一体的构件因此由唯一材料组成。一件式在本申请的上下文中应尤其理解为如下多个构件,这些构件材料锁合地,例如通过双组分注塑成型或材料锁合地相互连接。一件式组件因此可以由一种或多种材料组成。替代地也可以考虑,单体保持器多件式构造,其中,不同的部分相互力锁合和/或形状锁合地连接。
单体保持器具有至少一个蓄电池单体接收部,在其中能够接收唯一的蓄电池单体。替代地也可以考虑,蓄电池单体接收部如此构造,使得两个或更多蓄电池单体能够接收在其中。蓄电池单体接收部尤其如此构造,使得在与蓄电池单体连接的状态下,蓄电池单体的外表面的大部分、尤其外周面的大部分被蓄电池单体接收部包围。尤其,在蓄电池单体接收部上包围蓄电池单体的外周面的至少60%、优选地至少75%、特别优选地至少90%。优选地,蓄电池单体接收部如此构造,使得至少一个蓄电池单体贴靠在蓄电池单体的内表面上并且通过蓄电池单体接收部固定。单体保持器在两个蓄电池单体接收部之间具有壁,该壁使蓄电池单体接收部在空间上彼此隔离和电绝缘。
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。替代地,例如也可以考虑,蓄电池单体构造为袋形单体。蓄电池组的蓄电池电压通常是单个蓄电池单体的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。
单体连接器构造为用于将至少一个蓄电池单体与电路板电连接。单体连接器可以一体、一件式的或多件式地构造。单体连接器可以与蓄电池组的壳体、尤其单体保持器力锁合和/或形状锁合地连接。也可以考虑,单体连接器部分地或完全由壳体、尤其单体保持器注塑包封(umspritzt)。单体连接器由金属材料构成。单体连接器例如可以由纯铜(铜含量>95%)、铜合金或镍化合物构成。蓄电池单体在其单体极上分别与单体连接器连接。
单体连接器具有用于蓄电池单体的电连接的单体连接元件和用于与电路板电连接的电路板连接元件。在此,单体连接元件直接贴靠在蓄电池单体上、尤其是蓄电池单体的单体极上并且优选地与单体极材料锁合地连接。材料锁合可以通过钎焊方法或通过熔焊方法、尤其通过电阻焊接方法或通过激光焊接方法实现。在上下文中,熔焊连接与钎焊连接尤其区别在于,在熔焊连接的情况下待连接的构件部分熔化。材料锁合可以借助于材料锁合器件(Stoffschlussmittel)实现。在钎焊方法的情况下,材料锁合器件构造为焊料。在熔焊方法的情况下,材料锁合器件例如可以构造为金属片,其局部地提高电阻。电路板连接元件可以直接与电路板、尤其电路板的印制导线连接,或间接地通过电接触元件与电路板连接。
电路板优选地构造为平面的和刚性的电路板。电路板具有上侧和下侧,其中,下侧面向蓄电池单体。空缺如此构造,使得借助空缺形成上侧与下侧之间的通道。空缺可以布置在电路板的边缘上或电路板内。空缺因此可以具有闭合或敞开的棱边。
装配元件优选地与壳体或单体保持器一件式或一体地构造。然而,装配元件也可以与该壳体或单体保持器连接或由另一材料,例如金属构成。对单体连接器与电路板的连接的辅助在装配过程期间或在连接状态下实现。
此外提出,蓄电池组具有至少两个蓄电池单体,其中,单体连接器构造为用于至少两个蓄电池单体的电连接。有利地可以由此将蓄电池单体通过单体连接器串联或并联连接。
此外提出,电路板连接元件构造为用于监控单个单体电压。尤其,电路板连接元件与蓄电池组的电子器件电连接。有利地可以由此向BMS提供单个单体电压,用于监控。
此外提出,电路板连接元件布置在电路板的在该电路板与装配元件之间的空缺中。有利地可以由此实现特别好的电连接。
此外提出,电路板展开一电路板平面,其基本上垂直于单体连接器平面延伸,该单体连接器平面通过单体连接元件展开。有利地可以通过这种布置提供紧凑的蓄电池组。电路板连接元件部分地或完全沿着单体连接器平面延伸。当然也可以考虑,电路板连接元件部分地沿着电路板平面延伸。
此外提出,电路板的空缺具有棱边金属化部,其中,电路板连接元件贴靠在棱边金属化部上。棱边金属化部配属于连接部位,在该连接部位上实现单体连接器、尤其单体连接器的电路板连接元件与电路板的电连接。棱边金属化部例如可以构造为电路板的铜涂层或镀锡。
此外提出,装配元件基本刚性地构造。刚性在此应理解为,装配元件在装配状态下不对单体连接器加载力。
此外提出,单体连接器、尤其单体连接器的电路板连接元件优选地通过钎焊连接与电路板材料锁合地连接。有利地,可以由此实现良好的机械和电连接。替代地也可以考虑,连接通过焊接方法实现。
此外提出,装配元件构造为弹簧元件,该弹簧元件对单体连接器朝电路板的方向加载力。有利地,可以由此实现优化的机械和电连接。弹簧元件例如可以构造为塑料弹簧。弹簧元件尤其如此构造,使得沿两个方向、优选地沿至少两个相反的方向对单体连接器加载力。
此外提出,装配元件与单体保持器一体地构造。
此外,本发明提出一种用于蓄电池组的制造方法,该蓄电池组具有壳体;单体保持器;至少一个蓄电池单体,其中,蓄电池单体至少部分地接收在单体保持器中;单体连接器,其中,单体连接器构造为用于蓄电池单体的电连接;电路板,其中,电路板具有空缺;以及用于辅助单体连接器与电路板的连接的装配元件。在此提出,单体连接器与电路板之间的连接通过电路板的压印实现,在压印时,单体连接器连同装配元件在空缺中被接收并且变形。有利地可以由此提供用于蓄电池组的有利的和过程安全的装配方法。
此外提出,电路板的空缺具有棱边金属化部,其中,通过装配元件对单体连接器朝棱边金属化部的方向加载力。
本发明尤其还涉及一种蓄电池组,其具有壳体;至少两个蓄电池单体,其中,蓄电池单体接收在壳体中;单体连接器,其中,单体连接器构造为用于蓄电池单体的电连接;以及电路板,其中,单体连接器与电路板电连接。在此提出,电路板具有用于将单体连接器与电路板材料锁合地连接的连接部位,其中,连接部位布置在电路板的背离蓄电池单体的一侧上。有利地可以由此实现将单体连接器良好地附接在电路板上。
连接部位可以设置为用于熔焊方法和/或钎焊方法。连接接口优选地与电路板的印制导线连接。连接接口可以具有材料锁合器件,如例如钳焊垫。替代地也可以考虑,连接部位具有插接连接,其设置为用于连接插头或电缆。此外可以考虑,连接部位构造为焊接部位。
此外提出,单体连接器的电路板连接元件具有用于在装配过程期间辅助弯曲过程的弯曲辅助结构。弯曲辅助结构例如可以构造为在电路板连接元件的材料中的凹口(Einkerbung)、狭窄部(Einschnürung)或变细部 (Verjüngung)。替代地也可以考虑,弯曲辅助结构通过选择电路板连接元件的材料和厚度提供。例如,电路板连接元件为此可以由纯铜或铜合金构成,其具有在0.5mm、优选地在0.3mm、优选地在0.15mm以下的厚度。由此,单体连接器变得如此软,使得单体连接器在最小力耗费的情况下是能够成形或弯曲,用于装配。
此外提出,蓄电池组具有至少一个单体连接器引导元件,其构造为用于在装配过程期间引导单体连接器。有利地,可以由此实现安全的装配。单体连接器引导元件可以与蓄电池组的壳体或单体保持器一件式或一体地构造。单体连接器引导元件尤其构造为用于在弯曲的情况下朝连接部位的方向引导单体连接器。单体连接器引导元件例如可以构造为导轨或导向槽。
此外,本发明尤其涉及一种用于蓄电池组的装配方法,所述蓄电池组具有至少两个蓄电池单体;单体连接器,其中,单体连接器构造为用于蓄电池单体的电连接;以及电路板,其中,单体连接器与电路板电连接。在此提出,单体连接器通过热压印方法(英语:Hot-Stamp)与电路板材料锁合地连接。有利地,可以由此实现将单体连接器过程安全地附接在电路板上。在热压印方法中,单体连接器、尤其单体连接器的电路板连接元件定位在连接部位上并且以经调温的印模加载力,由此触发钎焊过程。热压印方法在此优选自动或半自动地借助热压印装置实现。
此外提出,单体连接器在热压印方法之前通过单体连接器引导元件与蓄电池组力锁合和/或形状锁合地连接。有利地,由此进一步改善装配过程。
此外提出,在热压印方法之前使单体连接器弯曲。弯曲在此尤其在60°至120°之间的范围中、优选地在80°至100°之间的范围中、优选地基本上为90°。该角度在此基本上相应于在弯曲之前电路板与单体连接器之间的定向。
此外,本发明尤其涉及一种蓄电池组,其具有壳体;至少两个蓄电池单体,其中,蓄电池单体接收在壳体中;单体连接器,其中,单体连接器构造为用于蓄电池单体的电连接;以及电路板,其中,单体连接器具有用于蓄电池单体电连接的单体连接元件和用于与电路板电连接的电路板连接元件,其中,单体连接元件通过第一材料锁合部与蓄电池单体连接且通过第二材料锁合部与电路板连接元件连接。在此提出,第一材料锁合部和第二材料锁合部构造为通过第一连接技术制造。有利地,可以由此降低制造过程的复杂性并且提高速度。此外,由此能够有利地实现自动化过程。
此外提出,第一连接技术构造为熔焊方法。熔焊方法可以通过同一焊接装置实施。熔焊方法例如可以构造为激光焊接方法或电阻焊接方法。第一连接技术在此与待连接的组件的材料组合无关。尤其,第一和第二材料锁合部分别具有至少两个焊接点。有利地,可以由此降低对于错误材料锁合的概率。
此外提出,电路板连接元件与电路板通过第三材料锁合部连接,其中,第三材料锁合部通过不同于第一连接技术的第二连接技术实现。尤其,第二连接技术构造为钎焊方法。
此外提出,单体连接元件与电路板连接元件一体地连接,并且通过第一和第二材料锁合部与蓄电池组连接。
此外提出,壳体、尤其壳体的单体保持器具有定位元件和/或锁定元件,其构造为用于与电路板连接元件的力锁合和/或形状锁合地连接。有利地可以由此简化装配。
此外,本发明尤其涉及一种用于蓄电池组的装配方法,其中,第一装配模块(包括具有至少一个电路板连接元件的电路板)在第一方法步骤中连接到第二装配模块(具有单体保持器)上,至少两个蓄电池单体布置在该单体保持器中,其中,在第二方法步骤中,单体连接元件通过第一材料锁合部与蓄电池单体连接并且通过第二材料锁合部与电路板连接元件连接,其中,第一和第二材料锁合部通过同一连接装置实现。装配模块具有相互固定或可运动地连接的不同组件。连接装置可以构造为熔焊装置或钎焊装置。连接装置优选自动或半自动地构造。
此外提出,连接装置和蓄电池组在第一材料锁合部与第二材料锁合部之间仅相对彼此平移地运动。不发生连接装置相对于蓄电池组的旋转相对运动。在此,平移运动可以通过连接装置和/或用于保持蓄电池组或装配模块的保持装置实施。
替代地,本发明尤其涉及一种蓄电池组,其具有壳体;至少两个蓄电池单体,其中,蓄电池单体接收在壳体中;单体连接器,其中,单体连接器构造为用于蓄电池单体的电连接;以及电路板,其中,单体连接器与电路板电连接。在此提出,单体连接器具有拉力卸载元件和/或锁定元件。有利地,可以由此提供鲁棒的蓄电池组。
拉力卸载元件尤其构造为用于卸载在电路板与蓄电池单体之间的拉力。拉力卸载元件可以沿水平方向和/或竖直方向作用。水平在此应理解为沿着或平行于蓄电池单体的纵轴线的方向。竖直在此应理解为垂直于蓄电池单体的纵轴线的方向。
此外提出,拉力卸载元件布置在电路板连接元件与单体连接元件之间。拉力卸载元件优选地与单体连接器一件式或一体地构造。
此外提出,拉力卸载元件阶梯状地构造。在此,阶梯具有空腔,该空腔沿水平或竖直方向延伸并且具有在0.5mm至2.0mm之间的范围中的长度。尤其,空腔的长度相应于蓄电池单体的长度的至少1/100、优选地至少 1/50。空腔例如可以具有两个对置的壁,这两个壁沿水平或竖直方向延伸并且通过垂直延伸的第三壁连接。
此外提出,拉力卸载元件如此构造为弹性可变形的,使得能够实现蓄电池单体相对于电路板尤其沿竖直方向的无破坏的相对运动。拉力卸载元件尤其构造为用于保护单体连接器与蓄电池单体和电路板的材料锁合,使得通过单体连接器在拉力卸载元件区域中的变形部分地或完全吸收例如由蓄电池组掉落到地面上而引起的相对运动。
此外提出,单体连接器具有定位元件,其构造为用于与蓄电池组的壳体或单体保持器形状锁合地连接,其中,定位元件如此构造,使得单体连接器能够通过纯平移运动是松开。定位元件可以与蓄电池组的壳体或单体保持器一件式或一体地构造。定位元件例如可以构造为销或阶梯部,该阶梯部在连接状态下基本上完全限制单体连接器的横向运动。为了简化装配在此设置一定间隙。
此外提出,单体连接器具有复位器件,其对壳体或单体保持器加载力。复位器件可以与单体连接器一体地构造。单体连接器具有与定位元件对应的槽口或成型部(Anformung),其中,复位器件布置在槽口中或成型部上。复位器件例如可以构造为弹簧臂。
此外提出,锁定元件构造为用于与壳体或单体保持器形状锁合地连接,其中,锁定元件如此构造,使得锁定的松开仅通过单体连接器的平移运动或弹性变形是可能的。锁定元件优选地与单体连接器一体地构造。
此外提出,单体连接器的单体连接元件和电路板连接元件能够材料锁合地相互连接,其中,单体连接元件和锁定元件相互一体地构造。尤其,电路板连接元件通过定位元件与单体保持器或壳体连接并且通过单体连接元件附加地锁定。有利地,由此在形成材料锁合之前使电路板连接元件固定。
此外提出,电路板连接元件具有熔化保护装置,其尤其构造为狭窄部。熔化保护装置与电路板连接元件一体地构造。
替代地,本发明尤其涉及一种蓄电池组,其具有壳体;至少两个蓄电池单体,其中,蓄电池单体接收在壳体中;单体连接器,其中,单体连接器构造为用于蓄电池单体的电连接;以及电路板,其中,单体连接器与电路板电连接。在此提出,电路板具有用于将单体连接器与电路板材料锁合地连接的连接部位,其中,连接部位布置在电路板的面向蓄电池单体的一侧上。有利地,可以由此将连接接口布置在受保护的区域中。
尤其,连接部位布置在不可直接触及的一侧上。连接部位尤其布置在电路板与单体保持器之间。单体保持器优选如此耐温地构造,使得在连接部位与单体连接器之间的材料锁合的形成不熔化或者仅部分熔化单体保持器。替代地或附加地,在电路板与单体保持器之间可以布置有热保护元件。热保护元件具有比单体保持器更高的熔点并且构造为用于保护单体保持器。热保护元件例如可以构造为聚酰亚胺带或云母薄膜,其粘接在单体保持器上。
此外提出,电路板具有彼此相邻地布置的第一空缺和第二空缺,其中,连接部位布置在第一空缺与第二空缺之间。连接部位尤其基本上垂直于第一和第二空缺延伸。第一和第二空缺优选如此相互靠近地布置,使得连接部位基本上完全填满空缺之间的面。
此外提出,第一空缺设置为用于引入热能。有利地,可以由此借助第一空缺辅助和/或引起材料锁合。热能的引入可以无接触地,例如通过热源、尤其激光器的辐射或通过接触,例如通过钎焊装置或熔焊装置实现。钎焊装置例如可以构造为烙铁或热压印模。
此外提出,第二空缺设置为用于引入材料锁合器件。材料锁合器件例如可以构造为焊锡丝。有利地,通过第二空缺可以引起或辅助材料锁合。替代地或附加地也可以考虑,材料锁合器件布置在连接部位上和/或与连接部位邻接地布置。替代地,电路板也可以仅具有一个空缺,其设置为用于引入热能和/或用于引入材料锁合器件。
此外提出,第一空缺构造为大于第二空缺。尤其,第一空缺和/或第二空缺具有棱边金属化部。有利地,由此提供在单体连接器与电路板之间的优化的电连接。
此外提出,连接部位具有钎焊垫、尤其是铜垫。有利地可以由此实现优化的钎焊连接。
此外提出,电路板具有检查单元,其构造为用于对单体连接器与电路板的材料锁合进行光学和/或电检查。检查单元尤其构造为用于监控或检查在电路板与单体连接器之间的电连接。检查单元具有一个或多个检查元件,其优选地与电路板连接或布置在该电路板上。检查元件例如可以构造为空缺,其中,在材料锁合之后借助视觉检查能够求取:在检查元件的呈空缺形式的区域中是否存在新月形物(Meniskus),其中,该新月形物可以推断出成功的材料锁合。替代地也可以考虑,检查元件以连接部位和/或与连接部位连接的材料锁合器件的中断部的形式构造。中断部如此形成,使得该中断部通过材料锁合闭合。有利地,随后可以通过短路测试对材料锁合进行电检查。
此外提出,连接部位具有材料锁合器件,其构造为在连接部位与单体连接器之间的间隔保持器。单体连接器和连接部位借助间隔保持器如此间隔开,使得电连接仅通过材料锁合和材料锁合器件的至少部分地熔化实现。
此外提出,检查单元具有测试点,其布置在电路板的背离连接部位的一侧上。有利地,可以由此在电路板的可容易触及的一侧上检查电连接。
此外提出,单体连接器具有散热限制元件,其布置在连接部位外。有利地,由此优化材料锁合的形成。散热限制元件尤其通过单体连接器的适合的几何形状,例如材料变细部构成。散热限制元件例如可以构造为回曲形结构。
替代地,本发明尤其涉及用于蓄电池组的制造方法,其中,单体连接器与电路板通过材料锁合连接,其中,蓄电池组具有检查单元。在此提出,在材料锁合的形成期间借助检查单元检查电路板与单体连接器之间的电连接。有利地,可以由此直接检查电连接的质量。
替代地,本发明尤其涉及一种蓄电池组,其具有至少两个蓄电池单体;用于激光焊接方法的单体连接器,其中,单体连接器构造为用于蓄电池单体的电连接;其中,单体连接器具有至少两个连接面,至少两个连接面分别部分地贴靠在蓄电池单体的单体极上。在此提出,连接面凸形地构造。有利地,可以由此确保在单体连接器与蓄电池单体之间的过程安全的材料锁合。
连接面可以具有一个或多个凸形区域。连接面优选地构造为闭合的面,以便确保在激光焊接方法期间优化的热分布。
此外提出,连接面如此凸形地构造,使得接触区域(在该接触区域中连接面贴靠在单体极上)的位置与各蓄电池单体相对彼此的轴向偏移有关。有利地,可以由此始终实现良好的连接。在此,连接面原则上适用于与单体极的连接,其中,仅在装配过程中才确定接触区域。
此外提出,连接面如此凸形地构造,使得在0至0.5mm之间的轴向偏移范围内,接触区域的大小基本上恒定地构造。有利地,可以由此确保材料锁合的保持不变的质量。接触区域的基本上恒定的大小在此应理解为优选小于10%的偏差。接触区域构造为连接面的部分面,其完全位于连接面内。
此外提出,连接面的直径相应于蓄电池单体直径的至少30%,其中,接触区域的直径相应于蓄电池单体直径的至少10%。有利地,可以由此进一步改善连接。
此外提出,连接面的半径位于50mm至300mm之间的范围中、尤其在 100mm至200mm之间的范围中。优选地,蓄电池单体的直径位于18mm 至23mm之间的范围中。有利地,可以由此实现良好的连接。
此外提出,连接面由柱形的壁包围。柱形壁与连接面一体地构造。尤其,柱形壁在侧面限界连接面。
此外提出,单体连接器具有两个连接面,它们通过一个桥一体地相互连接。有利地,连接面通过桥相互机械耦合。
替代地,本发明尤其涉及一种用于蓄电池组的制造方法,所述蓄电池组包括至少两个蓄电池单体,其通过单体连接器相互电连接,其中,单体连接器对于每个蓄电池单体具有连接面,其部分地贴靠在蓄电池单体的单体极上,其中,单体连接器与蓄电池单体通过激光焊接方法材料锁合地连接。在此提出,连接面凸形地构造。有利地,可以由此确保优化的材料锁合。
此外提出,在压紧力的作用下实现激光焊接,通过该压紧力在连接面的区域中将连接面的凸形几何形状至少部分地传递到蓄电池单体的单体极上。有利地,可以由此进一步改善连接。
此外提出,借助光学系统检测单体连接器的支承位置,并且根据支承位置执行激光焊接方法。有利地,可以由此进一步改善连接。光学系统例如可以具有摄像机或激光扫描仪,其与用于分析处理和控制的计算单元连接。
附图说明
另外的优点由如下附图说明得出。附图、说明书和权利要求包含多个组合的特征。本领域技术人员将各特征符合目的地单个地考虑并总结为有意义的另外的组合。本发明不同实施方式的特征的基本上彼此相应的附图标记设有相同数字和标明实施方式的字母。
附图示出了:
图1a:具有蓄电池组的手持式工具机的示意性侧视图;
图1b:蓄电池组的立体视图;
图1c:没有壳体的蓄电池组的立体视图;
图1d:在装配根据图1c的蓄电池组的电路板之前的示意性侧视图;
图1e:在装配根据图1c的蓄电池组的电路板之后的示意性侧视图;
图2a:蓄电池组的另一实施方式的立体视图;
图2b:在装配根据图2a的蓄电池组的电路板之前的示意性侧视图;
图2c:在装配根据图2a的蓄电池组的电路板之后的示意性侧视图;
图3a:在装配另一蓄电池组的电路板之前的示意性侧视图;
图3b:在装配根据图3a的另一蓄电池组的电路板期间的示意性侧视图;
图3c:在装配根据图3a的另一蓄电池组的电路板之后的示意性侧视图;
图3d:根据图3a的蓄电池组的单体连接器的侧视图;
图4a:没有壳体的蓄电池组的另一实施方式的立体视图;
图4b:根据图4a的蓄电池组的第一装配模块的立体视图;
图5a:没有壳体的蓄电池组的另一实施方式的立体视图;
图5b:根据图5a的蓄电池组的第一横截面;
图5c:根据图5a的蓄电池组的第二横截面;
图6:没有壳体的蓄电池组的另一实施方式的部分立体视图;
图7a:在装配蓄电池组的另一实施方式的电路板期间的示意图;
图7b:根据图7a的蓄电池组的单体连接器的示意图;
图7c:根据图7a的蓄电池组的电路板的上视图;
图7d:根据图7a的蓄电池组的电路板的下视图;
图8a:蓄电池组的另一实施方式的电路板的上视图;
图8b:根据图8a的蓄电池组的电路板的下视图;
图9a:蓄电池组的另一实施方式的电路板的上视图;
图9b:根据图9a的蓄电池组的电路板的下视图;
图9c:根据图9a的蓄电池组的电路板的示意性侧视图;
图10:在单体连接元件的区域中的蓄电池组的另一实施方式的部分横截面。
具体实施方式
在图1a中示出系统10的侧视图,系统10包括构造为手持式工具机12 的耗电装置14和构造为手持式工具机蓄电池组16的蓄电池组18。手持式工具机12因此构造为蓄电池手持式工具机并且在运行中通过蓄电池组18 供能。手持式工具机12和蓄电池组18分别具有机械接口20、22,通过这些机械接口,系统10的两个部件可松开地相互连接。因此,蓄电池组18 构造为可更换蓄电池组并且可以通过相同或相似的蓄电池组更换。手持式工具机12例如构造为钻锤。
手持式工具机12具有壳体26,在该壳体后侧的端部上布置有把手28,该把手具有用于接通和关断手持式工具机12的运行开关30。在手持式工具机12的壳体26的前端部上布置有工具接收部31,其设置为用于接收插入式工具32。在把手28与工具接收部31之间设置具有电动机34和传动装置 36的驱动单元38。传动装置36包括冲击机构单元40并且布置在电动机34 上方。冲击机构单元40包括气动式冲击机构。在电动机34下方布置有电子器件42,通过该电子器件能够调节或控制手持式工具机12。蓄电池组18 布置在把手28下方并且与电子器件42相邻地布置。
蓄电池组18和耗电装置14分别具有彼此对应的电接口44、46,通过这些电接口,蓄电池组18能够与耗电装置14、尤其耗电装置14的电子器件42电连接。在相互连接的状态下,蓄电池组18提供用于耗电装置14的供能。此外,通过蓄电池组18的电接口46可以交换信息和信号。
在图1b中可看到蓄电池组18的前视图。蓄电池组18通过机械接口22 与耗电装置14可松开地机械连接。蓄电池组18具有壳体48,该壳体例如多件式地构造。壳体48由含塑料的壳体材料构成。优选地,壳体48由聚碳酸酯或高密度聚乙烯(HDPE)构成。壳体48尤其构造为外壳体。壳体48例如多件地构造。壳体48例如具有单体保持器50、接口壳体件52和两个侧壳体件54。壳体件50、52、54通过紧固元件56相互连接,紧固元件 56例如构造为螺钉。壳体件50、52、54全部至少部分地构造为外壳体件。当然也可以考虑,单体保持器50完全布置在壳体48中并且因此不构成外壳体件。
在蓄电池组18的前侧上布置有充电状态显示器58,通过该充电状态显示器可以显示蓄电池组18的充电状态。蓄电池组18的壳体48、尤其接口壳体件52包括机械接口22。蓄电池组18例如构造为推入式蓄电池组。蓄电池组18为了与手持式工具机12连接而沿着蓄电池连接方向23被推到手持式工具机12上(参见图1a)。
机械接口22具有一对保持元件60,蓄电池组18在与手持式工具机12 连接的状态下保持在所述保持元件上。保持元件60例如构造为导轨62。保持元件60基本上平行于蓄电池组18的蓄电池连接方向23延伸。与导轨62 邻接地,蓄电池组18具有导向槽64。在与手持式工具机12连接的状态下,手持式工具机12的机械接口20的未示出的导轨在导向槽64中贴靠在导轨 62上。
此外,蓄电池组18的机械接口22具有锁定元件66。锁定元件66示例性地构造为接口壳体件52中的槽口。锁定元件66构造为用于在连接状态下将蓄电池组18与手持式工具机12锁定。手持式工具机12具有对应的卡锁元件(未示出),其为了连接而卡锁到蓄电池组18的锁定元件66中并且在连接状态下轴向地固定或锁定蓄电池组18。为了松开该力锁合和形状锁合连接,耗电装置14具有操纵元件(未示出)。
蓄电池组18例如包括二十个蓄电池单体70(参见图1d),其布置在单体保持器50中。蓄电池组18构造为36V蓄电池组。蓄电池组18例如构造为四层的蓄电池组18。四层的蓄电池组18在此尤其应理解为,蓄电池单体 70布置在四层中,其中,在一层内蓄电池单体70彼此并排地和/或相继地基本上布置在一个平面上,并且在一层内蓄电池单体70的数量不低于层的数量。蓄电池组也可以构造为单层、两层或多层的蓄电池组。蓄电池组18 的不同的层具有不同数量的蓄电池单体70。当然也可以考虑,各层具有相同数量的蓄电池单体。
电接口46例如具有三个电接触元件80。这三个电接触元件80在装配状态下布置在保持元件60之间。电接触元件80构造为用于与手持式工具机12的电接口44的未示出的电接触元件或未示出的充电装置连接。电接触元件例如构造为呈梅花触点形式(未示出)的弹性接触元件。
接口壳体件52具有槽口81,电接触元件80布置在该槽口中,并且电接触元件80为了电连接而构造为穿过所述槽口可触及到。电接触元件80 中的两个构造为功率触点82,在运行中,电流流经该功率触点,用于给手持式工具机12供能。例如,两个外部的电触点构造为功率触点82。
中间的电接触元件80构造为呈信号触点形式的附加触点86。通过该附加触点可以传输信号和信息,如例如蓄电池组18的温度信息、充电状态、识别信息等。
在图1c中在部分截面立体视图中示出没有壳体48的蓄电池组18。
单体保持器50例如一体构造并且具有在四个彼此相叠的层中的十个蓄电池单体70,这四个层分别布置在单体保持器50的一个单个单体接收部 51中。蓄电池单体70构造为柱形的锂离子圆单体并且在端侧上分别具有两个单体极71,它们基本上垂直于蓄电池单体70的纵向延伸尺度72延伸。
蓄电池组18具有用于控制或调节蓄电池组18的电子器件90。电子器件90包括电路板92,在该电路板上布置有电接触元件80。此外,电路板 92包括电部件,如例如呈CPU形式的计算单元和存储单元。电子器件90 可以具有一个或多个传感器,如例如温度传感器、压力传感器、运动传感器、湿度传感器等,它们可以布置在电路板92上。同样可以考虑,各传感器布置在蓄电池组18内的另一位置处或布置在蓄电池组18的壳体48上。电路板92示例性地位于单体保持器50上并且通过该单体保持器支承在蓄电池组18的壳体48中。电路板92具有下侧94和上侧96,其中,下侧其面向蓄电池单体70和/或单体保持器50,而上侧背离蓄电池单体70和/或单体保持器50。
电子器件90包括BMS,其构造为用于监控蓄电池组18。为了监控,给电子器件90提供蓄电池组18的一个或多个温度传感器(未示出)的信息以及蓄电池单体70的单个单体电压。
蓄电池单体70与电子器件90、尤其与电路板92通过单体连接器100 连接。在此,单体连接器100可以为了功率供给或为了单个电压监控而与电子器件90、尤其电路板92电连接。单体连接器100的机械连接可以直接与电路板92实现或间接地与电路板92,例如通过电接触元件80之一实现。单体连接器100分别具有用于蓄电池单体70的电连接的单体连接元件102 和用于与电路板92的电连接的电路板连接元件104。
蓄电池组18例如具有十二个单体连接器100。在图1c中示出三个单体连接器100,其中,两个第一单体连接器106构造为用于提供单个单体电压,而一个第二单体连接器108构造为用于功率传输。第一和第二单体连接器 106、108的数量在此可视为仅示例性的,因为该数量与蓄电池组18的结构和蓄电池单体70在蓄电池组18中的布置有关。
第一单体连接器106例如一体地构造并且由金属、尤其由铜构成。第一单体连接器106的单体连接元件102与蓄电池单体70的四个单体极71 材料锁合地连接。材料锁合连接在此例如通过焊接方法、尤其电阻焊接方法实现。因此,四个蓄电池单体70通过单体连接元件102相互电连接。单体连接元件102基本上沿着单体连接器平面101延伸,该单体连接器平面平行于蓄电池单体70的单体极71布置。
单体连接器100分别具有至少一个定位元件110,其构造为用于单体连接器100的定位。第一单体连接器100例如具有三个定位元件110,其构成在单体连接器平面101中的单体连接元件102的空缺112。定位元件110中的两个具有长形的形状,而定位元件110中的另一个具有圆形的形状。单体保持器50具有对应的定位元件114,其例如与单体保持器一体地构造,并且销状地朝单体连接器100的方向并穿过该单体连接器延伸。
第一单体连接器106的电路板连接元件104与电路板92材料锁合地连接。该连接因此直接与电路板92实现。电路板连接元件104在装配状态下钩形地构造。电路板连接元件104至少部分地沿着电路板平面93延伸,该电路板平面由电路板92展开。电路板平面93和单体连接器平面101例如基本上相互垂直地布置(参见图1d)。
第二单体连接器108具有用于连接两个蓄电池单体70的单体连接元件 102、在单体连接器平面101中的定位元件110以及电路板连接元件104,其中,电路板连接元件104例如与功率触点82并且因此间接地与电路板92 连接。
蓄电池组18、尤其单体保持器50为了将电路板连接元件104与电路板 92连接而具有装配元件116。装配元件116例如与单体保持器50一体地构造。装配元件116示例性地如此刚性地构造,使得该装配元件在装配过程中基本上不变形。装配元件116例如梁状地构造并且直线地朝电路板92的方向延伸。在连接状态下,装配元件116布置在电路板92的空缺118中。空缺118可以构造为闭合的或如示例性所示地那样构造为敞开的。敞开的空缺118在此在至少一侧上不限界装配元件116。装配元件116具有大于电路板92的厚度的长度并且因此在电路板92的上侧96上突出。
在图1d中以示意图示出在装配电路板92之前的蓄电池组18。
电路板92具有连接部位120,其构造为用于将单体连接器100与电路板92电连接。电路板92例如具有未示出的印制导线,其与蓄电池组18的电子器件90电连接。电路板92的空缺118例如包括棱边金属化部122,其配属于连接部位120。棱边金属化部122例如由铜构成。此外,连接部位 120在电路板92的上侧96上具有接触面124,该接触面例如也由铜构成。替代地也可以考虑,连接部位120仅包括棱边金属化部122或仅包括接触面124。
在装配之前,单体连接器100与单体保持器50如此连接,使得在单体连接器平面101内的横向运动基本上通过定位元件110、114禁止。单体连接器100如此弯曲,使得电路板连接元件104基本上垂直于单体连接器平面101延伸。电路板连接元件104靠置在装配元件116上。电路板92随后如此定位,使得空缺118布置在装配元件116上方。
紧接着装配电路板92。在图1e中示出在装配状态下的电路板92。装配在此通过将电路板92套装或压印到单体保持器50上实现。单体连接器 100、尤其电路板连接元件104在此在电路板92与装配元件116之间变形。在变形之后,电路板连接元件104具有钩形的形状并且在三个邻接的侧上包围装配元件116。电路板连接元件104因此布置在装配元件116与电路板 92之间的空缺118中。电路板连接元件104贴靠在连接部位120上、尤其在空缺118的棱边金属化部上。
材料锁合连接随后通过钎焊连接实现。用于材料锁合连接的材料锁合器件126可以在钎焊期间或之前施加到连接部位120上。通过材料锁合连接使单体连接器100、尤其单体连接器100的电路板连接元件104与电路板 92、尤其电路板92的连接部位120电连接和机械连接。该连接在此主要通过电路板92的空缺118的棱边金属化部122实现。
在图2a中以示意性的部分立体视图示出在没有壳体的情况下的包括单体连接器100a的替代构型的蓄电池组18a的一个替代实施方式。单体连接器100a可以构造为用于功率传输或用于提供单个单体电压。
在此示出八个蓄电池单体70a,其接收在单体保持器50a中。蓄电池单体70a在此如上所述地分别接收在一个单个单体接收部51a中,其中,蓄电池单体50a在单个单体接收部51a中沿着其纵向延伸尺度或沿着其外周面基本上完全被单体保持器50a包围。单体保持器50a例如由电绝缘材料、尤其塑料构成。
在单体保持器50a上布置有电路板92a,其配属于电子器件90a。电路板92a具有空缺118a,电路板92a通过该空缺能够与单体连接器100a连接。单体连接器100a分别具有定位元件110a,其构造为圆形的空缺112a。单体保持器50a具有呈销形式的对应的定位元件114a,其在端侧上突出并且接合到圆形空缺112a中。
各四个蓄电池单体70a通过其单体极71a、通过单体连接器100a的单体连接元件102a相互电连接。该连接在此示例性地通过激光焊接方法实现。
蓄电池组18a具有装配元件116a,其例如与单体保持器50a一体地构造并且布置在电路板92a的空缺118a中。
单体连接器100a与电路板92a的连接通过压入区实现。在图2b中示意性地示出在压入过程之前的装配过程,并且在图2c中示意性地示出在压入过程之后的装配过程。
电路板92a的空缺118a如上所述地包括具有棱边金属化部122a的连接部位120a。空缺118a构造为闭合的并且径向上完全包围装配元件116a。
单体连接器100a例如由铜构成,其具有约0.3mm的厚度。此外,单体连接器100a一体地构造。单体连接器100a通过材料选择和厚度如此软地构造,使得其本身不具有足够高的弹性,该弹性足够用于将单体连接器100a 与电路板92a通过压入区连接。
装配元件116a构造为,对于单体连接器100a、尤其对于电路板连接元件104a提供对于压入区所需的弹性或者力。
装配元件116a为此构造为弹簧元件128a。装配元件116a尤其构造为朝电路板平面93a的方向是弹性的。装配元件116a例如具有空腔130a,所述空腔沿着电路板平面93a在限界该空腔130a的两个弹簧臂134a之间具有最大宽度132a,其大于弹簧臂134a的壁厚、尤其大于弹簧臂134a的壁厚的三倍。
电路板连接元件104a为了装配而靠放在装配元件116a的外表面上,使得电路板连接元件104a贴靠在装配元件116a上的不同侧、尤其对置的侧上。
电路板连接元件104a具有另一定位元件136a,其例如构造为尤其圆形的空缺138a。另一定位元件136a构造为用于在压入过程期间固定电路板连接元件104a的位置。单体保持器50a具有对应的另一定位元件140a,其布置在与第一定位元件114a对置的一侧上。
电路板连接元件104a、优选地电路板连接元件104a和装配元件116a 具有沿着电路板平面93a的宽度,该宽度构造为大于电路板92的空缺118a 的宽度。
在压入过程中,将电路板92a压到电路板连接元件104a上。在此,电路板92a的空缺的棱边142a到达电路板连接元件104a的斜面144a上并且对该斜面加载力。斜面144a尤其这样地构造,使得将基本上垂直于电路板平面93a作用的力至少部分地转换为径向向内指向的力,并且压缩电路板连接元件104和装配元件116a。斜面144a例如具有恒定的斜度,其关于电路板平面93a优选地位于30°至60°之间的范围内。
通过作用的力使电路板连接元件104a和装配元件116a如此变形,使得电路板连接元件104a与装配元件116a一起能够引导到电路板92a的空缺 118a中并且穿过该空缺118a伸入。
电路板连接元件104a本身在此塑性地变形,而装配元件116a弹性地变形。通过内置的装配元件116a对电路板连接元件104a加载径向向外指向的力,由此,电路板连接元件104a也获得弹性分量。
弹簧元件128a或装配元件116a如此硬地构造,使得由装配元件116a 施加的力导致在电路板连接元件104a与电路板92a之间的稳定的机械和电连接。
在图3a至3c中示出装配方法的示意性部分视图,其中使单体连接器 100b借助热压印方法与电路板92b材料锁合地连接。蓄电池组18b原则上可以如之前所述的蓄电池组18、18a那样地构造,其中,单体连接器100b 可以构造为用于功率传输或用于单个单体电压的监控。
单体连接器100b具有单体连接元件102b,其构造为用于两个蓄电池单体70b的电连接。在单体连接器100b与蓄电池单体70b、尤其是蓄电池单体70b的单体极71b之间的材料锁合在此分别通过单体连接器100b的连接面146b实现,该连接面示例性地完全贴靠在蓄电池单体70b的单体极71b 上。因此,接触区域148b在该实施方式中基本上相应于连接面146b。
单体连接元件102b在连接面146b的区域中例如构造为罐形,其中,连接面146b构成罐的底部,其由柱形壁150b围绕。
单体连接器100b为了装配首先借助定位元件110b定位在单体保持器 50b上。单体连接器100b例如一体地构造。不但电路板连接元件104b而且单体连接元件102b在装配之前基本上完全沿着单体连接器平面101b延伸。
电路板92b布置在单体保持器50b上。电路板92b在面向蓄电池单体 70b的上侧96b上具有连接部位120b,该连接部位设置为用于与单体连接器100b、尤其单体连接器100b的电路板连接元件104b连接。连接部位120b 在此仅布置在电路板92b的上侧96b上。连接部位120b具有用于形成钎焊连接的接触面124b,例如呈接触垫、尤其铜接触垫的形式。
在定位之后,手动或借助未示出的装配装置使单体连接器100b弯曲并变形。例如使单体连接器100b弯曲90°,从而单体连接器100b的电路板连接元件104b基本上平行于电路板平面93b延伸。单体连接器100b如此弯曲,使得电路板连接元件104b贴靠在连接部位120b、尤其接触垫124b上。替代地也可以考虑,电路板连接元件104b与连接部位120b具有一定间距。蓄电池组18b具有未示出的单体连接器引导元件,其构造为用于在装配过程期间在弯曲时引导单体连接器。
随后,借助热压印方法实现材料锁合。热压印装置152b被加热并且尤其在力作用下在连接部位120b上方、优选地在接触面124b上方加载电路板连接元件104b,以形成钎焊连接。
在图3d中示出单体连接器100b的侧视图。单体连接器100b在电路板连接元件104b与单体连接元件102b之间具有弯曲辅助结构154b,其设置为用于辅助弯曲过程。弯曲辅助结构154b例如构造为变细部156b。在弯曲区域中呈材料减少部形式的弯曲辅助结构154b在此设置为用于难以塑性变形的单体连接器100b。弯曲辅助结构也可以通过选择材料以及材料厚度实现,其中在电路板连接元件104b与单体连接元件102b之间产生以小的力耗费可弯曲的区域。
在图4a中以立体视图示出在没有蓄电池组18c的完整壳体情况下的具有单体连接器100c的蓄电池组18c的另一实施方式。
蓄电池组18c构造为具有五个蓄电池单体70c的单层蓄电池组18c。各蓄电池单体70c电绝缘并且热耦合地接收在单体保持器50c中。
蓄电池组18c例如包括六个单体连接器100c,其中,各三个单体连接器100c布置在一侧上。尤其,蓄电池组18c每侧具有用于监控单个单体电压的两个第一单体连接器106c和用于功率传输的第二单体连接器108c。
单体连接器100c在装配状态下一体地构造,其中,单体连接元件102c 和电路板连接元件104c由不同构件构成且材料锁合地相互连接。
在图4b中以立体视图示出蓄电池组18c的电路板92c,电接触元件80c 和电子器件90c布置在电路板92c上。
电路板92c通过材料锁合与电路板连接元件104c连接。材料锁合在此借助钎焊连接在电路板92c的上侧96c上实现。与电路板连接元件104c连接的电路板92c形成第一装配模块158c。电路板连接元件104c具有第一材料锁合区域,电路板连接元件104c通过该第一材料锁合区域借助钎焊连接与电路板92连接。此外,电路板连接元件104c具有第二材料锁合区域,其设置为用于将电路板连接元件104c与单体连接元件102c借助材料锁合部材料锁合地连接。电路板连接元件104c的第一材料锁合区域和第二材料锁合区域例如沿着不同平面延伸。第一材料锁合区域基本上沿着电路板平面延伸,而第二材料锁合区域基本上沿着单体连接器平面延伸。
第一装配模块158c与第二装配模块160c连接。第二装配模块160c包括单体保持器50c,其具有插入的蓄电池单体70c。
蓄电池组18c、优选地单体保持器50c具有定位元件162c,其构造为用于电路板连接元件104c或第一装配模块158c在第二装配模块160c上的定位或固定。定位元件162c构造为形状锁合元件,其设置为用于在第一装配模块158c与第二装配模块160c之间形成侧凹部。
在下一个装配步骤中,将单体连接元件102c定位到装配模块158c、160c 上,其中,蓄电池组18c具有多个定位元件114c,用于电路板连接元件104c 的定位。此外,电路板连接元件104c也具有定位元件164c,其接合到单体连接元件102c的对应定位元件中。电路板连接元件104c和待连接的蓄电池单体70c的单体极71c在此布置在单体连接元件102c的相同侧上。因此,电路板连接元件104c和单体连接元件102c在装配状态下部分地重叠。
单体连接元件102c通过第一材料锁合与蓄电池单体70c连接,而电路板连接元件104c通过第二材料锁合连接,其中,第一材料锁合和第二材料锁合通过相同的连接技术实现。例如,连接技术是焊接方法、优选是分别借助两个焊接点的电阻焊接方法。替代地,也可以考虑激光焊接方法或钎焊方法。第一材料锁合和第二材料锁合在此基本上在相同的平面上、尤其在单体连接器平面101c上实现。有利地,可以由此简化和加速装配过程。
电路板连接元件104c和单体连接元件102c的材料如此选择,使得第一材料锁合和第二材料锁合通过相同的连接技术是可能的,例如铜-锡合金或铜-锌合金。电路板连接元件104c和单体连接元件102c可以由不同或基本上相同的材料构成。
在图5a中以立体视图示出在没有壳体48d(参见图5b)情况下的具有单体连接器100d的蓄电池组18d的另一实施方式。
蓄电池组18d构造为单层的蓄电池组18d,其包括五个蓄电池单体70d。蓄电池单体70d接收在单体保持器50d中。单体保持器50d两件式地构造,其中,在两个部件之间布置有空腔。在空腔的区域中,在两个相邻的蓄电池单体70d之间仅布置一个气隙。
蓄电池组18d例如包括六个单体连接器100d,其中,各三个单体连接器100d布置在一侧上。尤其,蓄电池组18d每侧具有用于监控单个单体电压的两个第一单体连接器106d和用于功率传输的第二单体连接器108d。
第一单体连接器106d一体地构造,并且第二单体连接器108d一件式地由两个部件构成地构造。
第一单体连接器106d具有单体连接元件102d,其通过材料锁合将两个蓄电池单体70d相互连接。材料锁合例如通过焊接连接实现。此外,第一单体连接器108d具有电路板连接元件104,其通过材料锁合与蓄电池组18d 的电路板92d连接。材料锁合例如通过与电路板92d的空缺118d的棱边金属化部122d的钎焊连接实现(参见图5b)。
第一单体连接器106d示例性地分别具有两个定位元件110d。定位元件 110d以空缺112d的形式构造。定位元件110d构造为用于将单体连接器100d 与单体保持器50d形状锁合地连接,其中,定位元件110d如此构造,使得单体连接器仅通过平移运动可松开。因此,为了装配,将单体连接器106d 在侧面沿着蓄电池单体70d的纵向延伸尺度72d套装到呈销形式的单体保持器50d的对应定位元件114d上。
附加地,定位元件110d中的各一个具有复位器件166d,其对单体保持器50d、尤其单体保持器50的对应定位元件114d加载力,例如沿径向方向的力。复位器件166d示例如构造为弹簧板材,其减小了空缺114的尺寸并且在连接过程中部分地弯曲。有利地,由此借助定位元件110d禁止单体连接器100d的横向运动,并且通过摩擦使拔出或插入变得困难。
在强烈机械力作用到蓄电池组18d上的情况下,例如在掉落的情况下,在刚性连接的单体连接器中可能出现在材料锁合的区域中的损坏。为了抵抗该效应,第一单体连接器106d分别具有至少一个拉力卸载元件168d。
中间的单体连接器100d具有唯一拉力卸载元件168d,其构造为竖直的拉力卸载元件170d。竖直的拉力卸载元件170d布置在电路板连接元件104d 与单体连接元件102d之间、尤其在与蓄电池单体70d和电路板92d的两个材料锁合部之间。
拉力卸载元件168d例如阶梯状地、尤其U形地构造。在图5b中示出竖直的拉力卸载元件170d的横截面。拉力卸载元件168d具有两个弹性臂 172d,它们通过桥174d相互连接。在卸载状态下,臂172d和桥174d相互垂直或平行地布置。在两个臂172d之间在装配状态下布置有空腔176d,使得拉力卸载元件168d在装配状态下也是弹性的。
拉力卸载元件168d、尤其拉力卸载元件168d的臂172d横向于、尤其垂直于拉力卸载元件168的作用方向延伸。拉力卸载元件168d的桥174d 基本上沿着拉力卸载元件168的作用方向延伸。
竖直的拉力卸载元件170d如此布置,使得竖直的拉力卸载元件170d 的臂172d基本上平行于电路板平面93d延伸。通过具有竖直拉力卸载元件 170d的单体连接器100d与电路板92d连接的蓄电池单体70d直接位于电路板92d下方,并且因此,通过拉力卸载元件168d的弹性变形在蓄电池单体 70d朝向电路板92d或从该电路板92d离开地相对运动时保护该蓄电池单体 70d。
左侧的单体连接器100d具有两个拉力卸载元件168d:如上所述的竖直的拉力卸载元件170d和另一水平的拉力卸载元件178d。
水平的拉力卸载元件178d也具有两个弹性的臂172d,它们通过背部 174d相互连接。臂172d在此基本上垂直于电路板平面93d延伸,而背部 174d基本上平行于电路板平面93b延伸。
通过单体连接器100d(其具有水平拉力卸载元件178d)与电路板92d 连接的蓄电池单体70d偏移地位于电路板92d下方,并且因此,通过拉力卸载元件168d的弹性变形在蓄电池单体70d朝向电路板92d或从电路板92d 离开地相对运动时保护该蓄电池单体70d。
因此,竖直的拉力卸载元件170d和水平的拉力卸载元件178d具有不同的、尤其相互垂直的作用方向。竖直的拉力卸载元件170d基本上从蓄电池单体70d离开地延伸,尤其朝壳体48d的方向。水平的拉力卸载元件178d 朝向蓄电池单体70d延伸。
第二单体连接器108d由电路板连接元件104d和单体连接元件102d构成,并且在图5c中以横截面示出。电路板连接元件104d与电路板92d上的功率触点82d材料锁合地连接。单体连接元件102d与唯一蓄电池单体70d 通过电阻焊接方法材料锁合地连接。
电路板连接元件104d基本上完全沿着或平行于电路板平面93d延伸。单体连接元件102d不但沿着单体连接器平面101d而且部分地沿着电路板平面93d延伸,使得电路板连接元件104d和单体连接元件102d部分地重叠。不但电路板连接元件104d而且单体连接元件102d均具有呈圆形空缺 112d形式的定位元件110d,其为了定位而由单体保持器50d的呈销形式的定位元件114d保持。在电路板连接元件104d之后装配有单体连接元件102d。由此,电路板连接元件104d布置在单体连接元件102d与单体保持器50d之间并且通过单体连接元件102d锁定以防松开。
电路板连接元件104d与单体连接元件102d通过材料锁合、尤其通过焊接方法连接。材料锁合不是在单体极71d的侧上,而是在基本上垂直于单体连接器平面101d布置的一侧上实现。
为了简化装配,第二单体连接器108d、尤其第二单体连接器108d的单体连接元件102d具有锁定元件180d。该锁定元件180d如此构造,使得单体连接元件102d的松开尤其在与蓄电池单体70d或与电路板连接元件104d 材料锁合地连接之前不能通过平移运动实现。
锁定元件180d阶梯状地构造并且具有两个对置的臂182d,它们通过背部184d相互连接。臂182d和背部184d限界空腔186d,该空腔与上述拉力卸载元件168d不同地在装配状态下至少部分地接收止挡元件188d。止挡元件188d例如与单体保持器50d一体地构造。锁定元件180d在装配状态下基本上贴靠在止挡元件188d的至少一个、例如两个邻接的侧上。因此,通过单体保持器的定位元件114d基本上阻止单体连接元件102d沿着电路板平面93d的平移运动。此外,通过止挡元件188d阻止单体连接元件102d 垂直于电路板平面93d的平移运动。为了确保可装配性,定位元件110d和锁定元件180d如此设计,使得具有一定间隙的运动是可能的。单体连接元件102d的装配通过枢转过程实现,在此使单体连接元件102d部分弹性地变形。
在图6中在部分立体视图中示出根据图5a的第二单体连接器108d的另一实施方式。蓄电池组18e构造为双层的蓄电池组18e,其在一层中分别具有五个蓄电池单体70e,其中,蓄电池单体70e布置在多件式的单体保持器中。
蓄电池组18e具有第一单体连接器106e和第二单体连接器108e。第二单体连接器108e类似于之前的实施例具有电路板连接元件104e和单体连接元件102e,其中,单体连接元件102e具有锁定元件180e。附加地,单体连接元件102e具有更大的长度,因为该单体连接元件将两个蓄电池单体70e 相互电连接。出于这个原因,第二单体连接器108e具有附加的引导件190e。
在图7a中以示意性侧视图示出具有单体连接器100f的蓄电池组18f的另一替代实施方式。
在蓄电池组18f中,蓄电池单体70f如上所述布置在单体保持器50f中并且通过单体连接器100f与电子器件90f、尤其是电路板92f连接。
单体连接器100f例如构造为用于单个单体电压的监控。单体连接器 100f例如一体地构造。单体连接器100f的单体连接元件102f材料锁合地,例如借助电阻焊接方法与蓄电池单体70f的单体极71f连接。单体连接元件 102f展开单体连接器平面101f,其基本上垂直于电路板平面93f延伸,电路板平面93f由电路板92f展开。
电路板连接元件104f设置为用于与电路板92f材料锁合地连接。电路板连接元件104f沿着或平行于电路板平面93f延伸并且借助定位元件110f 保持在单体保持器50f上。电路板连接元件104f处于单体保持器50f上。电路板连接元件104f完全布置在单体保持器50f与电路板92f之间。因此,电路板连接元件104f布置在电路板92f的下侧94f上。
电路板92f在其下侧94f上具有连接部位120f,该连接部位构造为用于与蓄电池单体70f、尤其单体连接器100f的电路板连接元件104f电连接。连接部位120f例如可以具有呈铜垫形式的钎焊垫。
电路板92f还包括第一空缺98f和第二空缺99f,它们与连接部位120f 相邻地布置。尤其,连接部位120f布置在第一空缺98f与第二空缺99f之间。空缺98f、99f设置为用于在单体连接器100f与电路板92f之间形成材料锁合连接、尤其是钎焊连接。空缺98f、99f示例性地彼此分离地构造,当然,也可以考虑,第一空缺98f和第二空缺99f构造为一个大的单个的空缺。
第一空缺98f构造为用于引入热能。热能的引入例如通过连接装置、尤其钎焊装置192f的接触实现。钎焊装置192f例如可以如上所述构造为热压印模或烙铁。电路板连接元件104f如此布置,使得电路板连接元件104f在第一空缺98f的区域中裸露,从而钎焊装置192f可以伸入到空缺98f中并且可以直接加载电路板连接元件104f。因此可以借助钎焊装置192f直接加热单体连接器100f。
第二空缺99f构造为用于引入材料锁合器件126f。材料锁合器件126f 例如可以构造为由焊锡构成的金属丝或钎焊膏。第二空缺99f构造为小于第一空缺98f。电路板连接元件104f如此布置,使得电路板连接元件104f在第二空缺99f的区域中裸露,从而材料锁合器件可以伸入到空缺99f中并且可以直接加载电路板连接元件104f。
在钎焊过程期间,通过钎焊装置192f加热单体连接器100f,并且通过单体连接器100f将热传递到材料锁合器件126f上,使得该材料锁合器件熔化并且分布在单体连接器100f、尤其是电路板连接元件104f与电路板92f、尤其是连接部位120f之间并且将它们电连接和固定连接。在电路板92f与单体连接器100f之间的气隙194f如此构造,使得通过毛细管力辅助该过程。替代地或附加地也可以考虑,添加熔剂,该溶剂进一步有利于焊料的传播。
在图7b中以示意性侧视图示出沿垂直于电路板平面93f观察的电路板连接元件104f。
电路板连接元件104f可以在设置为用于与连接部位120f连接的连接区域198f中可选地包括具有材料锁合器件126f的涂层。
此外,单体连接器100f具有散热限制元件200f,其布置在连接部位120f 外或在连接区域198f外。散热限制元件200f构造为用于减少在钎焊过程期间从连接区域198f运走热量。散热限制元件200f布置在电路板连接元件104f与单体连接元件102f之间。散热限制元件200f例如与单体连接器100f 一体地构造。在单体连接器100f的替代地一件式的构造中,(其中单体连接器100f由多个相互材料锁合地连接的部分组成),散热限制元件200f也可以由能导电的、但比电路板连接元件104f导热更差的材料构成。散热限制元件200f例如构造为呈回曲形结构形式的材料减小部。
为了优化连接,在钎焊过程期间可以借助适合的装置在连接部位120f 的区域中朝单体连接器100f的方向施加压力到电路板92f上,由此减小气隙194f。
优选地,电路板连接元件104f在连接部位120f的区域中靠置在热稳定材料上,该材料在钎焊过程期间不熔化或者仅如此部分地熔化,使得不影响蓄电池组18f的功能。单体保持器50f例如可以由热稳定材料构成。替代地也可以考虑,在单体保持器50f与单体连接器100f之间布置有热稳定的中间元件,例如聚酰亚胺薄膜。
在图7c中在对上侧96f的俯视图中示出在连接部位120f的区域中的电路板92f,该上侧96f构造为背离单体连接器100f,并且在图7d中示出对下侧94f的俯视图,该下侧94f面向单体连接器100f。
空缺98f、99f分别具有棱边金属化部122f,其通过由铜制成的接触面 124相互连接。接触面124f例如在空缺98f、99f之间连续地构造。棱边金属化部122f和接触面124f配属于连接部位120f。接触面124f布置在电路板92f的下侧94f上并且与蓄电池组18f的电子器件90f电连接。
材料锁合器件126f在钎焊过程期间从第二空缺99f通过接触面124f传播至第一空缺98f,其中,在第一空缺98f的棱边金属化部122f上形成新月形物203f(参见图7a)。
形成的新月形物203f和棱边金属化部122f配属于检查单元202f,该检查单元构造为用于视觉检查单体连接器与电路板92f的材料锁合。通过形成新月形物203f可以视觉检查:材料锁合是否成功。
在图8a和图8b中示出在上侧96g和下侧94g的俯视图中的上述电路板92f的替代实施方式。
空缺98g、99g分别具有棱边金属化部122g,其通过由铜制成的接触面 124g相互连接或能够相互连接。接触面124g例如在空缺98g、99g之间中断地构造。接触面124g的中断部204g将该接触面分为两个在钎焊过程之前未相互电连接的子区域。中断部204g例如构造为材料空缺。通过钎焊过程使两个子区域通过材料锁合器件相互电连接。因此,在钎焊过程之前,棱边金属化部122g未相互电连接,并且在成功的钎焊过程之后,棱边金属化部122g相互电连接。
因此,电路板92g具有检查单元202g,该检查单元构造为用于视觉检查和电检查电路板92g与单体连接器100g之间的电连接。视觉检查如之前那样通过在第一空缺98g的棱边金属化部122g上形成的新月形物实现,而电检查借助在棱边金属化部122g之间的电测量实现,该电测量在中断部 204g桥接的情况下正地(positiv)进行。因此,中断部204g和两个棱边金属化部122g在该实施方式中配属于检查单元202g。
在图9a和图9b中示出在上侧96h和下侧94h的俯视图中的上述电路板92g的替代实施方式。
空缺98h、99h分别具有棱边金属化部122h,其通过由铜制成的接触面124h相互连接或能够相互连接。接触面124h例如在空缺98h、99h之间中断地构造。接触面124h具有两个中断部204h。接触面124h的中断部204h 将该接触面分为三个在钎焊过程之前未相互电连接的子区域。中断部204h 例如构造为材料空缺。为了阻止子区域通过贴靠在电路板92h上的相互电连接,在接触面124h的两个靠外的子区域上布置有钎焊垫,所述两个靠外的子区域也通过中断部204h彼此电绝缘。在钎焊垫上施加焊料,其中,通过焊料阻止中间的子区域与单体连接器的无意的机械接触。钎焊垫因此用作间隔保持器。
此外,在电路板92h的下侧94h上中间的子区域具有贯穿接触部206h,其以测试点208h布置在电路板92h的上侧96h上,参见图9c中的示意性侧视图。
通过钎焊过程,各子区域通过材料锁合器件相互电连接。在钎焊过程之后,材料锁合因此通过视觉检查附加地借助电检查是可检查的。电检查在此通过在电路板92h上的测试点208h与参考电位(GND)之间的信号测量实现。
在图10中以横截面示出在与两个蓄电池单体70i连接的状态下的单体连接器100i的另一替代实施方式。
所属的蓄电池组18i具有单体保持器50i。单体保持器50i构造为用于接收蓄电池单体70i。尤其,单体保持器50i具有单个单体接收部51i,在这些单个单体接收部中分别接收有唯一的蓄电池单体70i。
单体保持器50i如此构造,使得蓄电池单体70i、尤其蓄电池单体70i 的单体极71i在装配状态下位于相同的高度上。基于在制造蓄电池单体70i 和单体保持器50i时的制造公差以及在将蓄电池单体70i接收在单体保持器 50i中时的装配公差,可以沿着蓄电池单体70i的纵向延伸尺度72i形成蓄电池单体70i的轴向偏移210i,如在图10中可看到的那样。
单体连接器100i具有单体连接元件102i,其设置为用于两个蓄电池单体70i的电连接。单体连接器100i以未示出的电路板连接元件与未示出的电路板连接。单体连接器100i构造为用于监控单个单体电压,然而,替代地也可以考虑,单体连接器设置为用于功率传输。
单体连接元件102i一体地构造。单体连接元件102i设置为用于借助激光焊接方法的材料锁合。
在单体连接器100i与蓄电池单体70i、尤其蓄电池单体70i的单体极71i 之间的材料锁合在此分别通过单体连接器100i的一个连接面146i实现,该连接面部分地贴靠在蓄电池单体70i的单体极71i上。在此,两个连接面146i 通过桥147i相互连接,其中,桥147i例如具有定位元件110i。单体连接器 100i的接触区域148i(单体连接器在该接触区域中贴靠在单体极71i上)因此相应于连接面146i的部分面。
单体连接元件102i在连接面146i的区域中例如罐形地构造,其中,连接面146i形成罐的底部,该底部由柱形壁150i包围。
连接面146i凸形地构造,用于补偿蓄电池单体70i的轴向偏移210i。尤其,连接面146i如此凸形地构造,使得接触区域148i的位置与蓄电池单体70i的轴向偏移210i相关。如果蓄电池单体70i相对彼此不具有轴向偏移 210i并且由此位于相同高度上,则接触区域148i例如居中地位于单体极71i 上。
轴向偏移210i越大,则接触区域148i的中心149i与中间轴线73i的间距越大。通过连接面146i的凸形构型,接触区域148i的尺寸在一定区域中,例如在直至0.5mm的轴向偏移210i的情况下基本上是恒定的。
例如,连接面146i的直径为蓄电池单体70i的直径的约50%,并且接触区域148i的直径145i相应于蓄电池单体70i的直径的约30%。
通过连接面146i的凸形形状,相比于通常用于激光焊接的平坦的连接面,可以保证在大的轴向偏移的情况下也总是存在足够大的接触区域148i,用于形成焊接连接。
此外,可以进一步改善连接过程,其方式是:在激光焊接期间朝单体极71i的方向施加压力到单体连接器100i上。
此外可以考虑,借助光学系统,例如根据变形求取接触区域148i的位置,并且根据接触区域148i的位置适配激光照射的位置。
Claims (14)
1.一种蓄电池组,具有:
壳体(48);
单体保持器(50);
至少一个蓄电池单体(70),其中,该蓄电池单体(70)至少部分地接收在所述单体保持器(50)中;
单体连接器(100),其中,所述单体连接器(100)构造为用于所述蓄电池单体(70)的电连接;和
电路板(92),其中,所述单体连接器(100)与所述电路板(92)电连接,
其特征在于,
所述蓄电池组(18)具有装配元件(116),用于辅助所述单体连接器(100)与所述电路板(92)的连接,其中,所述装配元件(116)布置在所述电路板(92)的空缺(118)中。
2.根据权利要求1所述的蓄电池组,其特征在于,所述蓄电池组(18)具有至少两个蓄电池单体(70),其中,所述单体连接器(100)构造为用于所述至少两个蓄电池单体(70)的电连接。
3.根据权利要求2所述的蓄电池组,其特征在于,所述单体连接器(100)具有用于所述蓄电池单体(92)的电连接的单体连接元件(102)和用于与所述电路板(92)电连接的电路板连接元件(104)。
4.根据权利要求3所述的蓄电池组,其特征在于,所述电路板连接元件(102)构造为用于监控单个单体电压。
5.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池组,其特征在于,所述单体连接器(100)一体地构造,其中,所述单体连接器(100)尤其由纯铜、铜合金或镍构成。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的蓄电池组,其特征在于,所述电路板连接元件(104)布置在所述电路板(92)的在该电路板(92)与所述装配元件(116)之间的空缺(118)中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池组,其特征在于,所述电路板(92)展开一电路板平面(93),该电路板平面基本上垂直于单体连接器平面(101)延伸,所述单体连接器平面通过所述单体连接元件(100)展开。
8.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池组,其特征在于,所述电路板(92)的空缺(118)具有棱边金属化部(122),其中,所述电路板连接元件(104)贴靠在所述棱边金属化部(122)上。
9.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池组,其特征在于,所述装配元件(116)刚性地构造。
10.根据权利要求3至9中任一项所述的蓄电池组,其特征在于,所述单体连接器(100)、尤其是所述单体连接器(100)的电路板连接元件(104)优选地通过钎焊连接与所述电路板(92)材料锁合地连接。
11.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池组,其特征在于,所述装配元件(116a)构造为弹簧元件(128a),该弹簧元件对所述单体连接器(100a)朝所述电路板(92a)的方向加载力。
12.根据前述权利要求中任一项所述的蓄电池组,其特征在于,所述装配元件(116)与所述单体保持器(50)一体地构造。
13.一种用于蓄电池组的制造方法,所述蓄电池组具有:
壳体(48);
单体保持器(50);
至少一个蓄电池单体(70),其中,所述蓄电池单体(70)至少部分地接收在所述单体保持器(50)中;
单体连接器(100),其中,所述单体连接器(100)构造为用于所述蓄电池单体(70)的电连接;和
电路板(92),其中,所述电路板(92)具有空缺(118);和
装配元件(116),用于辅助所述单体连接器(100)与所述电路板(92)的连接,
其特征在于,
所述单体连接器(100)与所述电路板(92)之间的连接通过所述电路板(92)的压印实现,在压印时,使所述单体连接器(100)与所述装配元件(116)一起在所述空缺(118)中被接收并变形。
14.根据权利要求13所述的用于蓄电池组(18)的制造方法,其特征在于,所述电路板(92)的空缺(118)具有棱边金属化部(122),其中,通过所述装配元件(116)对所述单体连接器(100)朝金属化壁的方向加载力。
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