DE102020200535A1 - Battery cell and battery pack with one battery cell - Google Patents

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DE102020200535A1 DE102020200535.4A DE102020200535A DE102020200535A1 DE 102020200535 A1 DE102020200535 A1 DE 102020200535A1 DE 102020200535 A DE102020200535 A DE 102020200535A DE 102020200535 A1 DE102020200535 A1 DE 102020200535A1
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Andreas Gonser
Christoph Klee
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Akkuzelle für einen Akkupack, mit einer Mantelfläche, einer Stirnseite und einer Hinterseite, wobei die Mantelfläche einen Einzelzellenspannungsüberwachungsbereich aufweist, wobei der Einzelzellenspannungsüberwachungsbereich derart mit einem Zellpol der Akkuzelle elektrisch verbunden ist, dass eine Spannung der Akkuzelle an dem Einzelzellenspannungsüberwachungsbereich der Mantelfläche zur Einzelzellenüberwachung messbar ist. Es wird vorgeschlagen, dass der Einzelzellenspannungsüberwachungsbereich aus einem Kunststoff oder einem Lack besteht.The invention relates to a battery cell for a battery pack, with a jacket surface, a front side and a rear side, the jacket surface having an individual cell voltage monitoring area, the single cell voltage monitoring area being electrically connected to a cell pole of the battery cell in such a way that a voltage of the battery cell is applied to the single cell voltage monitoring area of the jacket surface Single cell monitoring is measurable. It is proposed that the individual cell voltage monitoring area consists of a plastic or a lacquer.

Description

Stand der TechnikState of the art

In der Druckschrift DE 10 2016 203 427 A1 ist ein Akkupack mit Akkuzellen und einer Akkupackelektronik beschrieben, die eine flexible Leiterplatte umfasst. Die Akkupackelektronik weist einen Mikrocontroller zur Einzelzellenspannungsüberwachung auf. Die Akkuzellen weisen zur Kontaktierung keine Isolierummantelung auf.In the pamphlet DE 10 2016 203 427 A1 describes a battery pack with battery cells and battery pack electronics that comprise a flexible printed circuit board. The battery pack electronics have a microcontroller for monitoring individual cell voltages. The battery cells do not have an insulating jacket for contacting.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung betrifft eine Akkuzelle für einen Akkupack, mit einer Mantelfläche, einer Stirnseite und einer Hinterseite, wobei die Mantelfläche einen Einzelzellenspannungsüberwachungsbereich aufweist, wobei der Einzelzellenspannungsüberwachungsbereich derart mit einem Zellpol der Akkuzelle elektrisch verbunden ist, dass eine Spannung der Akkuzelle an dem Einzelzellenspannungsüberwachungsbereich der Mantelfläche zur Einzelzellenüberwachung messbar ist. Es wird vorgeschlagen, dass der Einzelzellenspannungsüberwachungsbereich aus einem Kunststoff oder einem Lack besteht. Vorteilhaft kann dadurch die Handhabung der Akkuzellen insbesondere beim Montageprozess eines Akkupacks verbessert und sicherer gestaltet werden.The invention relates to a battery cell for a battery pack, with a jacket surface, a front side and a rear side, the jacket surface having an individual cell voltage monitoring area, the single cell voltage monitoring area being electrically connected to a cell pole of the battery cell in such a way that a voltage of the battery cell is applied to the single cell voltage monitoring area of the jacket surface Single cell monitoring is measurable. It is proposed that the individual cell voltage monitoring area consists of a plastic or a lacquer. In this way, the handling of the battery cells can advantageously be improved and made safer, in particular during the assembly process of a battery pack.

Der Akkupack ist insbesondere Teil eines Systems, das sich aus dem Akkupack und einem Verbraucher zusammensetzt, wobei der Verbraucher während des Betriebs über den Akkupack mit Energie versorgt wird. Der Akkupack ist insbesondere als ein Wechselakkupack ausgebildet. Der Akkupack ist insbesondere verbindbar mit einer Ladevorrichtung zum Aufladen des Akkupacks ausgebildet. Das Gehäuse des Akkupacks ist insbesondere als ein Außengehäuse ausgebildet. Der Akkupack, insbesondere das Gehäuse des Akkupacks, ist über eine mechanische Schnittstelle lösbar mit dem Verbraucher und/oder der Ladevorrichtung verbindbar. Das Gehäuse des Akkupacks kann ein oder mehrere Gehäuseteile aufweisen. Die Gehäuseteile sind miteinander kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden.The battery pack is in particular part of a system that is composed of the battery pack and a consumer, the consumer being supplied with energy via the battery pack during operation. The battery pack is designed in particular as an exchangeable battery pack. The battery pack is designed, in particular, to be connectable to a charging device for charging the battery pack. The housing of the battery pack is designed in particular as an outer housing. The battery pack, in particular the battery pack housing, can be detachably connected to the consumer and / or the charging device via a mechanical interface. The housing of the battery pack can have one or more housing parts. The housing parts are non-positively, positively and / or cohesively connected to one another.

Der Verbraucher kann insbesondere als ein Gartengerät, wie beispielsweise ein Rasenmäher oder eine Heckenschere, als ein Haushaltsgerät, wie beispielsweise einem elektrischen Fensterreiniger oder Handstaubsauger, als eine Handwerkzeugmaschine, wie beispielsweise ein Winkelschleifer, ein Schrauber, eine Bohrmaschine, ein Bohrhammer, etc. oder als ein Messwerkzeug, wie beispielsweise ein Laserentfernungsmessgerät, ausgebildet sein. Des Weiteren ist auch denkbar, dass der Verbraucher als ein anderes insbesondere tragbares Gerät ausgebildet ist, wie beispielsweise eine Baustellenbeleuchtung, ein Absauggerät oder ein Baustellenradio. Über die mechanische Schnittstelle ist der Akkupack kraft- und/oder formschlüssig mit dem Verbraucher verbindbar. Vorteilhaft umfasst die mechanische Schnittstelle zumindest ein Betätigungselement, über das die Verbindung des Akkupacks mit dem Verbraucher und/oder mit der Ladevorrichtung lösbar ist. Das Betätigungselement kann beispielsweise als Knopf, Hebel oder als Taster ausgebildet sein. Zudem weist der Akkupack zumindest eine elektrische Schnittstelle auf, über die der Akkupack mit dem Verbraucher und/oder mit der Ladevorrichtung elektrisch verbindbar ist. Über die elektrische Verbindung kann der Akkupack beispielsweise geladen und/oder entladen werden. Alternativ oder zusätzlich ist auch denkbar, dass über die elektrische Schnittstelle Informationen übermittelbar sind. Die elektrische Schnittstelle ist bevorzugt als eine Kontaktschnittstelle ausgebildet, bei der die elektrische Verbindung über einen physischen Kontakt zumindest zweier leitfähiger Bauteile erfolgt. Die elektrische Schnittstelle umfasst bevorzugt zumindest zwei elektrische Kontakte. Insbesondere ist einer der elektrischen Kontakte als Plus-Kontakt und der andere elektrische Kontakt als Minus-Kontakt ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann die elektrische Schnittstelle ein sekundäres Ladespulenelement zur induktiven Ladung aufweisen.In particular, the consumer can use it as a gardening device, such as a lawn mower or hedge trimmer, as a household device, such as an electric window cleaner or hand vacuum cleaner, as a hand tool, such as an angle grinder, a screwdriver, a drill, a hammer drill, etc. or as a a measuring tool, such as a laser distance measuring device, can be formed. Furthermore, it is also conceivable that the consumer is designed as another device, in particular a portable device, such as construction site lighting, a suction device or a construction site radio. The battery pack can be connected non-positively and / or positively to the consumer via the mechanical interface. The mechanical interface advantageously comprises at least one actuating element, via which the connection of the battery pack to the consumer and / or to the charging device can be released. The actuating element can be designed, for example, as a button, lever or button. In addition, the battery pack has at least one electrical interface via which the battery pack can be electrically connected to the consumer and / or to the charging device. The battery pack can, for example, be charged and / or discharged via the electrical connection. Alternatively or additionally, it is also conceivable that information can be transmitted via the electrical interface. The electrical interface is preferably designed as a contact interface in which the electrical connection is made via a physical contact of at least two conductive components. The electrical interface preferably comprises at least two electrical contacts. In particular, one of the electrical contacts is designed as a plus contact and the other electrical contact is designed as a minus contact. Alternatively or additionally, the electrical interface can have a secondary charging coil element for inductive charging.

Des Weiteren ist in dem Gehäuse des Akkupacks die zumindest eine Akkuzelle angeordnet, die über die elektrische Kontaktvorrichtung mit dem Verbraucher elektrisch verbindbar ist. Die Akkuzelle kann als eine galvanische Zelle ausgebildet sein, die einen Aufbau aufweist, bei dem ein Zellpol an einem Ende und ein weiterer Zellpol an einem gegenüberliegenden Ende zu liegen kommen. Insbesondere weist die Akkuzelle an einem Ende einen positiven Zellpol und an einem gegenüberliegenden Ende einen negativen Zellpol auf. Bevorzugt sind die Akkuzellen als NiCd- oder NiMh-, besonders bevorzugt als lithiumbasierte Akkuzellen bzw. Li-Ionen Akkuzellen, ausgebildet. Die Akkuspannung des Akkupacks ist in der Regel ein Vielfaches der Spannung einer einzelnen Akkuzelle und ergibt sich aus der Schaltung (parallel oder seriell) der Akkuzellen. Bei gängigen Akkuzellen mit einer Spannung von 3,6 V ergeben sich somit beispielhafte Akkuspannung von 3,6 V, 7,2 V, 10, 8 V, 14,4 V, 18 V, 36 V, 54 V, 108 V etc. Bevorzugt ist die Akkuzelle als zumindest im Wesentlichen zylinderförmige Rundzelle ausgebildet, wobei die Zellpole an Enden der Zylinderform angeordnet sind.Furthermore, the at least one battery cell, which can be electrically connected to the consumer via the electrical contact device, is arranged in the housing of the battery pack. The rechargeable battery cell can be designed as a galvanic cell which has a structure in which one cell pole comes to lie at one end and another cell pole at an opposite end. In particular, the battery cell has a positive cell pole at one end and a negative cell pole at an opposite end. The battery cells are preferably designed as NiCd or NiMh cells, particularly preferably as lithium-based battery cells or Li-ion battery cells. The battery voltage of the battery pack is usually a multiple of the voltage of an individual battery cell and results from the connection (parallel or series) of the battery cells. With common battery cells with a voltage of 3.6 V, this results in exemplary battery voltages of 3.6 V, 7.2 V, 10, 8 V, 14.4 V, 18 V, 36 V, 54 V, 108 V etc. The rechargeable battery cell is preferably designed as an at least essentially cylindrical round cell, the cell poles being arranged at the ends of the cylindrical shape.

Zusätzlich kann die elektrische Schnittstelle zumindest einen Zusatzkontakt aufweisen, der dazu ausgebildet ist, zusätzliche Informationen an den Verbraucher und/oder an die Ladevorrichtung zu übertragen. Vorzugsweise weist der Akkupack eine Akkupackelektronik auf, wobei die Akkupackelektronik eine Speichereinheit umfassen kann, auf der die Informationen abgespeichert sind. Zusätzlich oder alternativ ist ebenfalls denkbar, dass die Informationen von der Akkupackelektronik ermittelt werden. Bei den Informationen kann es sich beispielsweise um einen Ladezustand des Akkupacks, eine Temperatur innerhalb des Akkupacks, eine Kodierung oder einer Restkapazität des Akkupacks handeln. Es ist zudem denkbar, dass die Akkupackelektronik dazu ausgebildet ist, den Lade- und/oder Entladevorgang des Akkupacks zu regeln oder zu steuern. Die Akkupackelektronik kann beispielsweise eine Leiterplatte, eine Recheneinheit, eine Steuereinheit, einen Transistor, einen Kondensator, und/oder die Speichereinheit aufweisen. Die Elektronik kann zudem ein oder mehrere Sensorelemente aufweisen, beispielsweise einen Temperatursensor zur Ermittlung der Temperatur innerhalb des Akkupacks. Die Akkupackelektronik kann alternativ oder zusätzlich ein Kodierungselement, wie beispielsweise ein Kodierungswiderstand, aufweisen.In addition, the electrical interface can have at least one additional contact which is designed to transmit additional information to the consumer and / or to the charging device. The battery pack preferably has battery pack electronics, it being possible for the battery pack electronics to include a storage unit on which the information is stored. Additionally or alternatively, it is also conceivable that the information is determined by the battery pack electronics. The information can be, for example, a charge status of the battery pack, a temperature within the battery pack, a code or a remaining capacity of the battery pack. It is also conceivable that the battery pack electronics are designed to regulate or control the charging and / or discharging process of the battery pack. The battery pack electronics can have, for example, a printed circuit board, a computing unit, a control unit, a transistor, a capacitor, and / or the memory unit. The electronics can also have one or more sensor elements, for example a temperature sensor for determining the temperature within the battery pack. The battery pack electronics can alternatively or additionally have a coding element, such as a coding resistor.

Der Einzelzellenspannungsüberwachungsbereich ist insbesondere zur Verbindung mit einem Messkontakt des Akkupacks vorgesehen. Die Positionierung des Einzelzellenspannungsüberwachungsbereichs ist insbesondere abhängig von der Gestaltung bzw. dem Aufbau des Akkupacks. Die Akkuzelle kann einen, zwei oder mehrere Einzelzellenspannungsüberwachungsbereiche aufweisen. Vorzugsweise ist die gesamte Mantelfläche als Einzelzellenspannungsüberwachungsbereich ausgebildet, sodass der Messkontakt an einem beliebigen Ort auf der Mantelfläche zur Einzelzellenspannungsüberwachung platzierbar ist.The individual cell voltage monitoring area is provided in particular for connection to a measuring contact of the battery pack. The positioning of the individual cell voltage monitoring area is particularly dependent on the design or structure of the battery pack. The rechargeable battery cell can have one, two or more individual cell voltage monitoring areas. The entire surface area is preferably designed as an individual cell voltage monitoring area, so that the measuring contact can be placed anywhere on the surface area for individual cell voltage monitoring.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Akkuzelle einen Pluspol und einen Minuspol aufweist, wobei die Mantelfläche elektrisch mit dem Minuspol verbunden ist. Vorteilhaft kann dadurch die Spannung über den Minuspol überwacht werden.It is also proposed that the battery cell have a positive pole and a negative pole, the jacket surface being electrically connected to the negative pole. In this way, the voltage across the negative pole can advantageously be monitored.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Akkuzelle ein Gehäuse aufweist, welches metallisch ausgebildet ist. Vorteilhaft verleiht das metallische Gehäuse der Akkuzelle mechanische Stabilität und schützt sie. Die Akkuzelle ist insbesondere als eine Rundzelle mit einem Blechtopfgehäuse ausgebildet. Das Blechtopfgehäuse entspricht dabei einem Gehäuse aus tiefgezogenem Stahl. Das Gehäuse der Akkuzelle kann teilweise die Mantelfläche der Akkuzelle bilden. Im Einzelzellenspannungsüberwachungsbereich wird die Mantelfläche der Akkuzelle allerdings nicht von dem metallischen Gehäuse gebildet. Das metallische Gehäuse kann vollständig oder teilweise von dem Kunststoff bedeckt und/oder beschichtet sein. Insbesondere ist das metallische Gehäuse zumindest im Einzelzellenspannungsüberwachungsbereich von dem Kunststoff bedeckt oder beschichtet. Alternativ ist auch denkbar, dass das Gehäuse aus einem Kunststoff besteht, dass zumindest teilweise, insbesondere vollständig, eine gewisse elektrische Leitfähigkeit aufweist, die zur Einzelzellenspannungsüberwachung genügt. Insbesondere wird das Gehäuse zumindest teilweise, insbesondere vollständig, von dem Minuspol gebildet.It is also proposed that the rechargeable battery cell have a housing which is metallic. The metallic housing advantageously gives the battery cell mechanical stability and protects it. The battery cell is designed in particular as a round cell with a sheet metal pot housing. The sheet metal pot housing corresponds to a housing made of deep-drawn steel. The housing of the battery cell can partially form the outer surface of the battery cell. In the individual cell voltage monitoring area, however, the outer surface of the battery cell is not formed by the metallic housing. The metallic housing can be completely or partially covered and / or coated by the plastic. In particular, the metallic housing is covered or coated by the plastic, at least in the individual cell voltage monitoring area. Alternatively, it is also conceivable that the housing consists of a plastic that at least partially, in particular completely, has a certain electrical conductivity that is sufficient for monitoring individual cell voltages. In particular, the housing is at least partially, in particular completely, formed by the negative pole.

Zudem wird vorgeschlagen, dass der Kunststoff als ein reiner Kunststoff oder als ein gefüllter Kunststoff ausgebildet ist. Bei dem Kunststoff handelt es sich dabei insbesondere um ein Polymer bzw. Polymergemisch. Vorzugsweise ist der Kunststoff als ein leitender Kunststoff ausgebildet. Insbesondere weist der gefüllte Kunststoff einen thermoplastischen Kunststoff, der mit einem leitfähigen Material, insbesondere Kohlenstoff oder einem Metall, vorzugsweise Silber, Nickel oder Kupfer, gefüllt ist, auf. Bei dem gefüllten Kunststoff handelt es sich somit um ein extrinsisch leitfähiges Polymer. Vorzugsweise besteht der reine Kunststoff aus Polyethin, Polyanilin, Polypyrrol, Poly-3,4-ethylendioxythiophen, Polyfluoren, oder Poly(p-phenylen). Bei dem Kohlenstoff kann es sich beispielsweise um Ruß, Kohlenstoffnanoröhrchen und/oder Graphen handeln. Bei dem reinen Kunststoff handelt es sich somit um ein intrinsisch leitfähiges Polymer.It is also proposed that the plastic is designed as a pure plastic or as a filled plastic. The plastic is in particular a polymer or polymer mixture. The plastic is preferably designed as a conductive plastic. In particular, the filled plastic has a thermoplastic that is filled with a conductive material, in particular carbon or a metal, preferably silver, nickel or copper. The filled plastic is therefore an extrinsically conductive polymer. The pure plastic preferably consists of polyethine, polyaniline, polypyrrole, poly-3,4-ethylenedioxythiophene, polyfluorene, or poly (p-phenylene). The carbon can be, for example, soot, carbon nanotubes and / or graphene. The pure plastic is therefore an intrinsically conductive polymer.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Mantelfläche von einem Schrumpfschlauch gebildet wird. Vorteilhaft wird dadurch die Montage der Akkuzellen deutlich erleichtert. Der Schrumpfschlauch besteht aus dem Kunststoff, wobei der Kunststoff vorzugsweise elastisch ausgebildet ist. Alternativ ist denkbar, dass die Mantelfläche von einem Kunststoffrohr gebildet wird, das aus dem Kunststoff besteht. Im Montageprozess kann das das Gehäuse oder Blechtopfgehäuse der Akkuzelle in das Kunststoffrohr eingeschoben werden. Es ist zusätzlich denkbar, dass das Kunststoffrohr vor der Montage zur thermischen Expansion erwärmt wird, damit beim Abkühlen eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Kunststoffrohr und dem Gehäuse der Akkuzelle durch das Schrumpfen des Kunststoffrohrs entsteht. Das Kunststoffrohr kann auf einer Stirnseite und/oder auf einer gegenüberliegenden Hinterseite einen Kragen aufweisen, der zur Isolierung des Minus und/oder Plus Pols vorgesehen ist.It is also proposed that the jacket surface be formed by a shrink tube. This advantageously makes the assembly of the battery cells much easier. The shrink tube consists of the plastic, the plastic preferably being elastic. Alternatively, it is conceivable that the jacket surface is formed by a plastic tube made of the plastic. During the assembly process, the housing or metal pot housing of the battery cell can be pushed into the plastic tube. It is also conceivable that the plastic tube is heated for thermal expansion prior to assembly so that when the plastic tube cools, a force-fit connection is created between the plastic tube and the housing of the battery cell by shrinking the plastic tube. The plastic pipe can have a collar on one end face and / or on an opposite rear face, which collar is provided to isolate the minus and / or plus pole.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Akkuzelle ein erstes Isolationselement, das zwischen dem Minuspol und dem Pluspol angeordnet ist, und ein zweites Isolationselement, das zwischen dem Minuspol und dem Pluspol angeordnet ist, aufweist. Insbesondere sind das erste Isolationselement und das zweite Isolationselement auf gegenüberliegenden Seiten des Minuspols angeordnet sind. Vorteilhaft kann durch die Verwendung von zwei Isolationselementen der Pluspol und der Minuspol effektiv voneinander isoliert werden. Die Isolationselemente können beispielhaft aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff oder einem Isolationspapier gebildet sein.It is further proposed that the battery cell have a first insulation element which is arranged between the negative pole and the positive pole, and a second insulation element which is arranged between the negative pole and the positive pole. In particular, the first insulation element and the second insulation element are arranged on opposite sides of the negative pole. The positive pole and the negative pole can advantageously be effectively isolated from one another by using two insulation elements. The insulation elements can be formed, for example, from an electrically insulating plastic or an insulation paper.

Zudem wird vorgeschlagen, dass der Lack als ein Graphitlack ausgebildet ist. Unter einem Lack soll insbesondere ein flüssiger oder pulverförmiger Beschichtungsstoff verstanden werden, der dünn auf Gegenstände auftragbar ist. Im aufgetragenen Zustand bildet der Lack einen durchgehenden festen Film. Der Lack kann Polymere aufweisen. Vorzugsweise weist der Lack eine geringere Leitfähigkeit auf, als das Gehäuse der Akkuzelle, auf dem der Lack aufgebracht ist.It is also proposed that the lacquer be designed as a graphite lacquer. A lacquer is to be understood in particular as a liquid or powdery coating material that can be applied thinly to objects. When applied, the paint forms a continuous, solid film. The lacquer can contain polymers. The lacquer preferably has a lower conductivity than the housing of the rechargeable battery cell on which the lacquer is applied.

Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Messvorrichtung zur Einzelzellenspannungsüberwachung eines Akkupacks, aufweisend eine Akkuzelle wie zuvor beschrieben und einen Messkontakt. Die Messvorrichtung ist insbesondere einer Akkupackelektronik des Akkupacks zugeordnet und somit ein Teil eines Batteriemanagementsystems (BMS). Über die Messvorrichtung wird der Akkupackelektronik die Spannung einzelner Zellen des Akkupacks bereitgestellt. Im montierten Zustand liegt der Messkontakt mit einer Kontaktfläche an der Mantelfläche der Akkuzelle an. Die Verbindung zwischen dem Messkontakt kann über einen kraft- und/oder Formschluss erfolgen, beispielsweise über ein Verklemmen. Alternativ ist auch denkbar, dass die Verbindung über einen Stoffschluss, beispielsweise über ein Verkleben erfolgt.The invention also relates to a measuring device for monitoring the individual cell voltage of a battery pack, having a battery cell as described above and a measuring contact. The measuring device is assigned in particular to battery pack electronics of the battery pack and is thus part of a battery management system (BMS). The voltage of individual cells of the battery pack is made available to the battery pack electronics via the measuring device. In the assembled state, the measuring contact rests with a contact surface on the outer surface of the battery cell. The connection between the measuring contact can take place via a force fit and / or form fit, for example by means of clamping. Alternatively, it is also conceivable that the connection takes place via a material bond, for example via gluing.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass ein Übergangswiderstand zwischen dem Messkontakt und der Mantelfläche der Akkuzelle in einem Bereich zwischen 100 Ohm und 100 kOhm, insbesondere zwischen 1 kOhm und 10 kOhm oder zwischen 2 kOhm und 20 kOhm, liegt. Vorteilhaft kann in diesem Bereich eine sichere Einzelzellenspannungsüberwachung gewährleistet werden. Insbesondere weist der Messkontakt eine Kontaktfläche aufweist, die eine Größe zwischen 4 mm2 und 50 mm2 auf.It is also proposed that a transition resistance between the measuring contact and the outer surface of the battery cell is in a range between 100 ohms and 100 kOhm, in particular between 1 kOhm and 10 kOhm or between 2 kOhm and 20 kOhm. Safe individual cell voltage monitoring can advantageously be guaranteed in this area. In particular, the measuring contact has a contact area that is between 4 mm 2 and 50 mm 2 in size.

Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Akkupack mit einer Messvorrichtung wie zuvor beschrieben.The invention also relates to a battery pack with a measuring device as described above.

FigurenlisteFigure list

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages emerge from the following description of the drawings. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into useful further combinations.

Es zeigen:

  • 1 beispielhaft eine Ansicht einer Handwerkzeugmaschine mit einem erfindungsgemäßen Akkupack;
  • 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Akkupacks;
  • 3 eine perspektivische Darstellung einer flexiblen Leiterplatte des Akkupacks;
  • 4 eine Darstellung einer Einführung einer Kontaktzunge in den Zellhalter;
  • 5 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Akkuzelle.
Show it:
  • 1 an example of a view of a handheld power tool with a battery pack according to the invention;
  • 2 a perspective exploded view of the battery pack;
  • 3 a perspective view of a flexible circuit board of the battery pack;
  • 4th an illustration of an introduction of a contact tongue into the cell holder;
  • 5 a longitudinal section through a battery cell according to the invention.

Die 1 zeigt ein als eine Handwerkzeugmaschine 300 ausgebildetes Elektrogerät, welches beispielhaft als ein Akku-Bohrschrauber ausgebildet ist. Entsprechend ist die Handwerkzeugmaschine 300 in der dargestellten Ausführungsform zur netzunabhängigen Stromversorgung mechanisch und elektrisch mit einem Akkupack 100 verbunden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf Akku-Bohrschrauber beschränkt ist, sondern vielmehr bei unterschiedlichen Handwerkzeugmaschinen 300 Anwendung finden kann. Die Handwerkzeugmaschine 300 weist ein in einem Gehäuse 305 angeordnetes Getriebe 330 zur Übertragung eines von einem Antriebsmotor 335 erzeugten Drehmomentes auf eine um eine Achse x rotierende Antriebswelle, an welcher eine Werkzeugaufnahme 320 für ein nicht dargestelltes Einsatzwerkzeug befestigt ist, und einen Handgriff 315 auf. Innerhalb des Gehäuses 305 ist eine Elektronik 370 angeordnet, die zur Steuerung oder Regelung der Handwerkzeugmaschine 300, insbesondere des Antriebsmotors 335 ausgebildet ist. Der Handgriff 315 dient als Auflagefläche für eine Hand eines Bedieners der Handwerkzeugmaschine 300.the 1 shows one as a hand machine tool 300 trained electrical device, which is designed as a cordless drill, for example. The handheld power tool is accordingly 300 in the illustrated embodiment for mains-independent power supply mechanically and electrically with a battery pack 100 connected. It should be noted, however, that the present invention is not limited to cordless drills, but rather to different handheld power tools 300 Can apply. The hand machine tool 300 has one in a housing 305 arranged gear 330 for transmitting one from a drive motor 335 generated torque on a drive shaft rotating about an axis x, on which a tool holder 320 is attached for an insert tool, not shown, and a handle 315 on. Inside the case 305 is an electronics 370 arranged to control or regulate the hand tool 300 , especially the drive motor 335 is trained. The handle 315 serves as a support surface for one hand of an operator of the handheld power tool 300 .

Im Bereich des Handgriffes 315 ist ein Bedienelement 310 angeordnet. Das Bedienelement 310 ist als Betriebsschalter zur manuellen Steuerung der Handwerkzeugmaschine 300 ausgebildet. Das Bedienelement 310 ragt aus dem Gehäuse 305 für den Benutzer manuell zugänglich heraus, so dass in einer an sich bekannten Art und Weise durch eine Druckbewegung des ersten Bedienelementes 310 eine Steuerung und/oder Regelung des Antriebsmotors bevorzugterweise in Abhängigkeit vom Verstellweg des ersten Bedienelementes 310 ermöglicht ist.In the area of the handle 315 is a control element 310 arranged. The control element 310 is used as an operating switch for manual control of the hand machine tool 300 educated. The control element 310 protrudes from the housing 305 manually accessible to the user, so that in a manner known per se by a pressure movement of the first operating element 310 a control and / or regulation of the drive motor, preferably as a function of the adjustment path of the first operating element 310 is made possible.

In der in der 1 gezeigten Position ist der Akkupack 100 an dem Handgriff 315 der Handwerkzeugmaschine 300 über eine Schnittstelle 380 befestigt und durch eine Verriegelungseinheit 318 verriegelt. Die Befestigung und/oder die Verriegelung erfolgt über eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung. Durch die Anordnung des Akkupacks 100 auf einer Unterseite 316 des Handgriffs 315 wird die Bedienung der Handwerkzeugmaschine 300 nicht gestört. Die nicht im Detail dargestellte Verriegelungseinheit umfasst unter anderem ein Verriegelungselement 210 und ein Betätigungselement 220. Durch Betätigung des Betätigungsmittels 220 kann der Akkupack 100 von dem Handgriff 315 der Handwerkzeugmaschine 300 gelöst werden.In the in the 1 The position shown is the battery pack 100 on the handle 315 the hand machine tool 300 via an interface 380 attached and by a locking unit 318 locked. The fastening and / or the locking takes place via a force-fitting and / or form-fitting connection. Due to the arrangement of the battery pack 100 on a bottom 316 of the handle 315 becomes the operation of the hand machine tool 300 Not disturbed. The locking unit, which is not shown in detail, includes, inter alia, a locking element 210 and an actuator 220 . By actuating the actuating means 220 can the battery pack 100 from the handle 315 the hand machine tool 300 be solved.

Der in 1 dargestellte Akkupack 100 ist als ein Schiebeakkupack ausgeführt, und weist eine zur Schnittstelle 380 der Handwerkzeugmaschine 300 korrespondierende Schnittstelle 180 auf. Alternativ zum Schiebeakkupack ist auch eine Ausführung als ein Dreh- oder Schwenkakkupack möglich, wobei der Akkupack 100 an der der Schwenkachse gegenüberliegenden Seite durch Verrasten, Verschrauben, Verklemmen oder Verspannen an dem Gehäuse 305 der Handwerkzeugmaschine 300 lösbar arretierbar ist. Auf diese Weise kann wirksam einem möglichen Abfallen des Akkupacks 100 vom Gehäuse 305 entgegengewirkt werden.The in 1 shown battery pack 100 is designed as a sliding battery pack and has one to the interface 380 the hand machine tool 300 corresponding interface 180 on. As an alternative to the sliding battery pack, a design as a rotating or swiveling battery pack is also possible, with the battery pack 100 on the side opposite the pivot axis by locking, screwing, clamping or bracing on the housing 305 the hand machine tool 300 is releasably lockable. This way you can effectively prevent the battery pack from falling off 100 from the housing 305 be counteracted.

Die Schnittstelle 180 ist zum lösbaren Anbringen des Akkupacks 100 an einer Handwerkzeugmaschine 300 und/oder an einem Ladegerät ausgebildet. Die Schnittstelle 180 ist insbesondere zur lösbaren mechanischen und elektrischen Verbindung mit der korrespondierenden Schnittstelle 380 der Handwerkzeugmaschine 300 oder einer korrespondierenden Schnittstelle des Ladegerätes ausgebildet. Beim Anbringen des Akkupacks 100 werden Aufnahmemittel, z. B. Führungsnuten und Führungsrippen, der Handwerkzeugmaschine 300 oder des Ladegerätes zur Aufnahme der korrespondierenden Führungselemente 142 des Akkupacks 100 mit diesen in Eingriff gebracht, wobei der Akkupack 100 entlang der Aufnahmemittel eingeführt und die Schnittstelle 180 des Akkupacks 100 in die korrespondierende Schnittstelle 380 der Handwerkzeugmaschine 300 oder die korrespondierende Schnittstelle des Ladegerätes geschoben wird.the interface 180 is for detachable attachment of the battery pack 100 on a hand machine tool 300 and / or formed on a charger. the interface 180 is in particular for the detachable mechanical and electrical connection with the corresponding interface 380 the hand machine tool 300 or a corresponding interface of the charger. When attaching the battery pack 100 recording means, e.g. B. guide grooves and guide ribs, the hand tool 300 or the charger to accommodate the corresponding guide elements 142 of the battery pack 100 brought into engagement with these, the battery pack 100 inserted along the receiving means and the interface 180 of the battery pack 100 into the corresponding interface 380 the hand machine tool 300 or the corresponding interface of the charger is pushed.

Zum Verriegeln des Akkupacks 100 am Handgriff 315 der Handwerkzeugmaschine 300 wird der Akkupack 100 auf die Unterseite 316 des Handgriffs 315 aufgeschoben. In der in der 1 gezeigten Position ist der Akkupack 100 durch das Verriegelungselement 210 am Handgriff 315 verriegelt. Durch Betätigung des Betätigungsmittels 220 kann das Akkupack 100 von dem Handgriff 315 der Handwerkzeugmaschine 300 gelöst werden. Nach Entriegelung des Akkupacks 100 kann dieser vom Handgriff 315 getrennt werden. Beim Anbringen des Akkupacks 100 an einer Handwerkzeugmaschine 300 wird das Verriegelungselement 210 in Eingriff mit einer nicht näher gezeigten korrespondierenden Aufnahme im Handgriff 315 der Handwerkzeugmaschine 300 gebracht.For locking the battery pack 100 on the handle 315 the hand machine tool 300 becomes the battery pack 100 on the bottom 316 of the handle 315 postponed. In the in the 1 The position shown is the battery pack 100 by the locking element 210 on the handle 315 locked. By actuating the actuating means 220 can the battery pack 100 from the handle 315 the hand machine tool 300 be solved. After unlocking the battery pack 100 can this from the handle 315 be separated. When attaching the battery pack 100 on a hand machine tool 300 becomes the locking element 210 in engagement with a corresponding receptacle, not shown in detail, in the handle 315 the hand machine tool 300 brought.

2 zeigt den Akkupack 100 in einer Explosionsdarstellung. Der Akkupack 100 weist ein Akkupackgehäuse 110 mit beispielhaft mehreren Gehäuseteilen 120 auf. Ein Gehäuseteil 120 ist beispielhaft als ein Zellhalter 600 mit einer Mehrzahl in einer Reihenschaltung verschalteter, nicht im Detail dargestellter Akkuzellen 400 ausgebildet. Der Akkupack 100 ist beispielhaft als ein zweireihiger Akkupack 100 ausgebildet, wobei jeweils fünf Akkuzellen 400 in einer Reihe angeordnet sind. Der Zellhalter 600 übernimmt sowohl die Fixierung der Akkuzellen 400 in dem Akkupackgehäuse 110 als auch die Kühlung der Akkuzellen 400 und besteht aus einem wärmeleitfähigen Material, beispielsweise Aluminium oder einem Kunststoff. Jede Akkuzelle 400 weist eine zu einer Längsachse x der Akkuzelle 400 parallel verlaufende Mantelfläche 402 auf, wobei die Mantelfläche 402 von zwei senkrecht zu der Längsachse x stehenden Stirnflächen 412, 414 begrenzt wird, an denen sich die elektrischen Pole bzw. Zellpole 406 der Akkuzellen 400 befinden. 2 shows the battery pack 100 in an exploded view. The battery pack 100 has a battery pack housing 110 with, for example, several housing parts 120 on. A housing part 120 is exemplary as a cell holder 600 with a plurality of battery cells connected in series, not shown in detail 400 educated. The battery pack 100 is exemplary as a two-row battery pack 100 formed, with five battery cells each 400 are arranged in a row. The cell holder 600 takes over the fixation of the battery cells 400 in the battery pack housing 110 as well as the cooling of the battery cells 400 and consists of a thermally conductive material, for example aluminum or a plastic. Every battery cell 400 has one to a longitudinal axis x of the battery cell 400 parallel lateral surface 402 on, the lateral surface 402 of two end faces perpendicular to the longitudinal axis x 412 , 414 is limited, at which the electrical poles or cell poles 406 of the battery cells 400 are located.

Die Verbindung der Akkuzellen 400 untereinander wird über Zellverbinder 500 realisiert. Die Zellverbinder 500 sind zur elektrischen Verbindung der Akkuzellen 400 ausgebildet. Durch die Zellverbinder 500 kann eine elektrische Verschaltung der Akkuzellen 400 untereinander in Parallel- und/oder Reihenschaltung vorgenommen werden. Die Zellverbinder 500 sind im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet und an den Stirnflächen der Akkuzellen 400 angeordnet und decken diese ab. Der Zellhalter 600 weist somit je Akkuzelle 400 zwei gegenüberliegende Öffnungen auf, auf denen die Akkuzelle 400 mit einem Zellverbinder 500 verbindbar ist. Die einzelnen Akkuzellen 400 werden zur mechanischen Fixierung in dem Zellhalter 600 beabstandet voneinander aufgenommen.The connection of the battery cells 400 among each other is via cell connectors 500 realized. The cell connectors 500 are for the electrical connection of the battery cells 400 educated. Through the cell connectors 500 can be an electrical interconnection of the battery cells 400 can be carried out in parallel and / or in series. The cell connectors 500 are essentially plate-shaped and on the end faces of the battery cells 400 arranged and cover them. The cell holder 600 thus indicates each battery cell 400 two opposite openings on which the battery cell 400 with a cell connector 500 is connectable. The individual battery cells 400 are used for mechanical fixation in the cell holder 600 taken apart from each other.

Zudem weist der Akkupack 100 eine Akkupackelektronik 800 auf. Die Akkupackelektronik 800 ist insbesondere zur Steuerung oder Regelung des Akkupacks 100 oder des Systems aus dem Akkupack 100 mit verbundener Handwerkzeugmaschine 300 ausgebildet. Die Akkupackelektronik 800 weist eine Leiterplatte 810 auf. Die Leiterplatte 810 ist beispielhaft aus einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildet. Auf der Leiterplatte 810 sind elektrische Kontaktelemente 143 angeordnet. Die Leiterplatte 810 umfasst beispielhaft fünft Kontaktelemente 143, wobei die außenliegenden Kontaktelemente 143 als Leistungskontakte 144 und die innenliegenden Kontaktelemente 143 als Informationskontaktelemente 145 ausgebildet sind. Die Informationskontaktelemente 145 sind zur Übertragung von Informationen an die Handwerkzeugmaschine 300 und/oder an das Ladegerät ausgebildet. Die Informationskontaktelemente 145 können beispielsweise als Codierelemente oder zur Übertragung einer Temperaturinformation des Akkupacks 100 ausgebildet sein. Die Leistungskontakte 144 sind jeweils mit einem der Zellverbinder 500 über einen Stromleiter 502 verbunden. Zudem umfasst die Leiterplatte 810 beispielhaft weitere elektronischen Bauteile wie Widerstände, Kapazitäten und einen Mikrocontroller, die nicht näher dargestellt sind.The battery pack also has 100 a battery pack electronics 800 on. The battery pack electronics 800 is especially used to control or regulate the battery pack 100 or the system from the battery pack 100 with connected hand machine tool 300 educated. The battery pack electronics 800 has a printed circuit board 810 on. The circuit board 810 is made from a fiber-reinforced plastic, for example. On the circuit board 810 are electrical contact elements 143 arranged. The circuit board 810 includes, for example, five contact elements 143 , the external contact elements 143 as power contacts 144 and the internal contact elements 143 as information contact elements 145 are trained. The information contact elements 145 are used to transmit information to the handheld power tool 300 and / or formed on the charger. The information contact elements 145 can, for example, be used as coding elements or to transmit temperature information from the battery pack 100 be trained. The power contacts 144 are each with one of the cell connectors 500 via a conductor 502 connected. It also includes the circuit board 810 further electronic components such as resistors, capacitors and a microcontroller, which are not shown in detail.

Die Akkupackelektronik 800 weist neben der Leiterplatte 810 eine flexible Leiterplatte 812 mit mehreren Messkontakten 840 auf. Die flexible Leiterplatte 812 ist in 3 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Die Leiterplatte 810 und die flexible Leiterplatte 812 sind benachbart zueinander bzw. übereinander angeordnet. Insbesondere sind die Leiterplatte 810 und die flexible Leiterplatte 812 innerhalb des Akkupackgehäuses 110 und außerhalb des Zellhalters 600 angeordnet. Vorzugsweise ist die flexible Leiterplatte 812 näher an dem Zellhalter 600 angeordnet als die Leiterplatte 810. Bevorzugt liegt die flexible Leiterplatte 812 auf dem Zellhalter 600 auf. Beispielhaft ist die flexible Leiterplatte 812 derart am Zellhalter 600 befestigt, dass sie, wie in der in 2 dargestellten Ausführungsform, zwischen dem Zellhalter 600 und einer weiteren Gehäusekomponente eingespannt ist. Auch die flexible Leiterplatte 812 ist beispielhaft mit dem nicht dargestellten Mikrocontroller verbunden.The battery pack electronics 800 points next to the circuit board 810 a flexible printed circuit board 812 with several measuring contacts 840 on. The flexible circuit board 812 is in 3 shown in a perspective view. The circuit board 810 and the flexible circuit board 812 are arranged adjacent to one another or one above the other. In particular, the circuit board 810 and the flexible circuit board 812 inside the battery pack housing 110 and outside of the cell holder 600 arranged. Preferably the flexible circuit board is 812 closer to the cell holder 600 arranged as the circuit board 810 . The flexible printed circuit board is preferably located 812 on the cell holder 600 on. The flexible printed circuit board is an example 812 like this on the cell holder 600 attached that they, as in the in 2 embodiment shown, between the cell holder 600 and another housing component is clamped. Also the flexible circuit board 812 is connected, for example, to the microcontroller (not shown).

Die flexible Leiterplatte 812 bestehen im Allgemeinen aus einem Basismaterial, welches eine Vielzahl einzelner Leiterbahnen 802 aufweist, die an ihrem Ende eine Kontaktflächen 803 bilden. Die Leiterbahnen 802 sind durch eine Schutzschicht, beispielsweise Lötstopplack, der sich mit Ausnahme der Anschlusskontakte bzw. Messkontakte 840 über die gesamte Leiterplattenfläche zieht, geschützt. Die Kontaktflächen 803 sind vorzugsweise flächig ausgebildet.The flexible circuit board 812 generally consist of a base material, which is a large number of individual conductor tracks 802 having a contact surface at its end 803 form. The conductor tracks 802 are covered by a protective layer, for example solder mask, which is located with the exception of the connection contacts or measuring contacts 840 pulls over the entire PCB surface, protected. The contact areas 803 are preferably flat.

Die flexible Leiterplatte 812 weist eine Biegesteifigkeit auf, die zumindest bereichsweise derart ausgestaltet ist, dass eine Biegeverformung der flexiblen Leiterplatte 812 im montierten Zustand zumindest bereichsweise möglich ist. Die Biegeverformung der flexiblen Leiterplatte 812 kann derart stattfinden, dass eine Mittelebene der Leiterplatte 812 jeweils in einem Bereich der Biegeumformung um einen Winkel φ gegenüber einer ursprünglichen Lage verformt wird. Auf diese Weise kann die flexible Leiterplatte 812 an die geometrische Form des Akkupackgehäuses 110 bzw. des Zellhalters 600 variabel angepasst werden.The flexible circuit board 812 has a flexural rigidity which is designed at least in some areas in such a way that a flexural deformation of the flexible printed circuit board 812 is possible in the assembled state at least in some areas. The bending deformation of the flexible printed circuit board 812 can take place in such a way that a central plane of the circuit board 812 is deformed in one area of the bending deformation by an angle φ with respect to an original position. In this way, the flexible circuit board 812 the geometric shape of the battery pack housing 110 or the cell holder 600 can be variably adapted.

Wie insbesondere in der 3 dargestellt, weist die flexible Leiterplatte 812 mehrere mit Akkuzellen 400 korrespondierende Messkontakte 840 auf. Die Messkontakte 840 sind einer Messvorrichtung zugeordnet, die zur Einzelzellenspannungsüberwachung ausgebildet ist. Jeder Messkontakt 840 ist dazu vorgesehen, eine korrespondierende Akkuzelle 400 elektrisch zu kontaktieren, wobei die Messkontakte 840 vorteilhafterweise in Form einer biegbaren Kontaktzunge 842, vorzugsweise in Form von zwei gegenüberliegend angeordneten, biegbaren Kontaktzungen 842 ausgebildet sind, die wie in 4 dargestellt, in korrespondierende Öffnungen 602 im Zellhalter 600 eingefügt werden. Die Kontaktzungen 842 sind zur elektrischen Kontaktierung der Akkuzellen 400 insbesondere zur Einzelspannungsüberwachung vorgesehen.As in particular in the 3 shown, has the flexible circuit board 812 several with battery cells 400 corresponding measuring contacts 840 on. The measuring contacts 840 are assigned to a measuring device that is designed to monitor individual cell voltages. Every measuring contact 840 is provided for a corresponding battery cell 400 to contact electrically, the measuring contacts 840 advantageously in the form of a flexible contact tongue 842 , preferably in the form of two oppositely arranged, flexible contact tongues 842 are designed as in 4th shown in corresponding openings 602 in the cell holder 600 inserted. The contact tongues 842 are for making electrical contact with the battery cells 400 intended in particular for individual voltage monitoring.

Die 4 stellt schematisch die Einführung einer Kontaktzunge 842 in eine Öffnung eines Zellhalters 600 dar. Die Kontaktzungen 842 werden mit Hilfe eines nicht dargestellten Werkzeuges in Aussparungen 602 des Zellhalters 600 in den Zellhalter 600 eingeführt, wobei die Kontaktzungen 842 beim Einführen der Akkuzellen 400 um den Winkel φ gegenüber einer ursprünglichen Lage verformt werden. Die Aussparungen 602 sind dabei insbesondere in einem Bereich angeordnet, die an einer Mantelfläche der Akkuzellen 400 angrenzt. Die Akkuzelle liegt ist im Wesentlichen spaltfrei im Zellhalter 600 angeordnet.the 4th shows schematically the introduction of a contact tongue 842 into an opening of a cell holder 600 the contact tongues 842 are in recesses with the help of a tool, not shown 602 of the cell holder 600 in the cell holder 600 introduced with the contact tongues 842 when inserting the battery cells 400 be deformed by the angle φ with respect to an original position. The recesses 602 are in particular arranged in an area that is on a lateral surface of the battery cells 400 adjoins. The battery cell is essentially without any gaps in the cell holder 600 arranged.

Nach der Einführung der Akkuzellen 400 in den Zellhalter 600 wird die Kontaktzunge 842 zwischen dem Zellhalter 600 und der Akkuzelle 400 eingeklemmt, wobei alternativ die Kontaktzungen 842 zur elektrischen Kontaktierung an die Akkuzellen 400 geschweißt oder gelötet werden können. Wie in 4 dargestellt hat der Winkel φ nach erfolgter Einführung einen Wert von circa 180°, wobei auch ein Wert zwischen 10° und 200°, bevorzugter Weise einen Wert zwischen 30° und 190° möglich ist. Die einzelnen Akkuzellen 400 werden über die Kontaktzungen 842 direkt mit der flexiblen Leiterplatte 812 verbunden. Bei der dargestellten vorteilhaften Ausführungsform einer flexiblen Leiterplatte 812 mit jeweils zwei gegenüberliegend angeordneten Kontaktzungen 842 entsteht bei der Einführung der Akkuzellen 400 in den Zellhalter 600 ein gleichmäßiger Zug in beide Richtungen auf die flexible Leiterplatte 812.After the introduction of the battery cells 400 in the cell holder 600 becomes the contact tongue 842 between the cell holder 600 and the battery cell 400 clamped, alternatively the contact tongues 842 for electrical contact to the battery cells 400 can be welded or soldered. As in 4th shown, the angle φ after it has been introduced has a value of approximately 180 °, a value between 10 ° and 200 °, preferably a value between 30 ° and 190 °, being possible. The individual battery cells 400 are via the contact tongues 842 directly to the flexible circuit board 812 connected. In the illustrated advantageous embodiment of a flexible printed circuit board 812 each with two oppositely arranged contact tongues 842 arises when the battery cells are introduced 400 in the cell holder 600 an even pull in both directions on the flexible circuit board 812 .

Im verbundenen Zustand liegt die flexible Leiterplatte 812 mit der Kontaktzunge 842 an der Mantelfläche der Akkuzellen 400 an und kontaktiert diese über die Leiterbahnen 802. Die Kontaktierung erfolgt dabei in einem Einzelzellenspannungsüberwachungsbereich 420 der Mantelfläche 402 der Akkuzelle. In dem Bereich, in welchem die Leiterbahn 802 an der Akkuzelle 400 anliegt weist die flexible Leiterplatte 812 vorzugsweise nur eine teilweise Schutzschicht oder keine Schutzschicht auf. Damit die Einzelspannungsüberwachung über die an der Mantelfläche der Akkuzellen 400 anliegenden flexiblen Leierplatte 812 realisiert werden kann, ist eine gewisse elektrische Leitfähigkeit der Mantelfläche 402 der Akkuzellen 400 nötig.The flexible printed circuit board is in the connected state 812 with the contact tongue 842 on the surface of the battery cells 400 and contacts them via the conductor tracks 802 . The contact is made in a single cell voltage monitoring area 420 the outer surface 402 the battery cell. In the area in which the conductor track 802 on the battery cell 400 the flexible printed circuit board 812 preferably only a partial protective layer or no protective layer. So that the individual voltage monitoring via the on the surface of the battery cells 400 adjacent flexible lyre plate 812 can be realized is a certain electrical conductivity of the outer surface 402 of the battery cells 400 necessary.

Eine erfindungsgemäße Akkuzelle 400 ist in 5 in einem Längsschnitt dargestellt. Die Akkuzelle 400 weist eine Mantelfläche 402 die zumindest teilweise, insbesondere vollständig, elektrisch leitfähig ausgebildet ist und aus einem Kunststoff besteht. Die Akkuzelle 400 ist beispielhaft als eine Lithium-Ion Akkuzelle ausgebildet.A rechargeable cell according to the invention 400 is in 5 shown in a longitudinal section. The battery cell 400 has a lateral surface 402 at least is partially, in particular completely, electrically conductive and consists of a plastic. The battery cell 400 is designed as a lithium-ion battery cell, for example.

Die Akkuzelle 400 ist als eine Rundzelle 404 ausgebildet und weist zwei Zellpole 406 auf. Ein Zellpol 406 ist als ein Pluspol 408 und ein Zellpol 406 ist als ein Minuspol 410 ausgebildet. Die Zellpole 406 befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten der Akkuzelle 400. Der Pluspol 408 befindet sich auf einer Stirnseite 412 und der der Minuspol 410 befindet sich auf einer Hinterseite 414 bzw. gegenüberliegenden Stirnseite der Akkuzelle 400. Zwischen den Stirnseiten 412, 414 ist die Mantelfläche 402 angeordnet. Die Mantelfläche 402 der Akkuzelle 400 umfasst zwei Einzelzellenspannungsüberwachungsbereiche 420, die zur Einzelzellenspannungsüberwachung vorgesehen sind. Es wäre allerdings auch denkbar, dass die Akkuzelle nur einen oder mehrere Einzelzellenspannungsüberwachungsbereiche 420 aufweist. Die beiden Einzelzellenspannungsüberwachungsbereiche 420 sind beabstandet zueinander angeordnet. Im im Akkupack 100 montierten Zustand sind die Akkuzellen 400 mit den Messkontakten 840 des Akkupacks 100 verbunden. Insbesondere liegen die als Kontaktzungen 842 ausgebildeten Messkontakte 840 der flexiblen Leiterplatte 812 an der Mantelfläche 402 im Einzelzellenspannungsüberwachungsbereich 820 an. Die Einzelzellenspannungsüberwachungsbereiche 820 erstrecken sich ringförmig geschlossen um die Mantelfläche 402.The battery cell 400 is as a round cell 404 formed and has two cell poles 406 on. A cell pole 406 is as a positive pole 408 and a cell pole 406 is as a negative pole 410 educated. The cell poles 406 are on opposite sides of the battery cell 400 . The positive pole 408 is located on one face 412 and that of the negative pole 410 is on a back side 414 or opposite end of the battery cell 400 . Between the front sides 412 , 414 is the outer surface 402 arranged. The outer surface 402 the battery cell 400 includes two single cell voltage monitoring areas 420 , which are intended for single cell voltage monitoring. However, it would also be conceivable for the battery cell to have only one or more individual cell voltage monitoring areas 420 having. The two single cell voltage monitoring areas 420 are arranged at a distance from one another. Im in the battery pack 100 The battery cells are in the assembled state 400 with the measuring contacts 840 of the battery pack 100 connected. In particular, they are located as contact tongues 842 trained measuring contacts 840 the flexible printed circuit board 812 on the outer surface 402 in the single cell voltage monitoring area 820 on. The single cell voltage monitoring areas 820 extend in a closed ring around the lateral surface 402 .

Die Mantelfläche 402 besteht aus einem Kunststoff. Beispielhaft besteht die Mantelfläche 402 im Wesentlichen vollständig aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff, der mit dem Minuspol 410 der Akkuzelle 400 verbunden ist. Da die gesamte Mantelfläche 402 aus dem Kunststoff besteht, ist die Mantelfläche 402 vollständig als Einzelzellenspannungsüberwachungsbereich 420 ausgebildet und kann auf einer beliebigen Position mit einem Messkontakt 840 des Akkupacks 100 bzw. der Akkupackelektronik 800 verbunden werden. Alternativ wäre auch denkbar, dass die Mantelfläche 402 des Akkupacks 100 aus zwei unterschiedlichen Kunststoffen besteht, wobei im Einzelzellenspannungsüberwachungsbereich 420 der Kunststoff eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist.The outer surface 402 consists of a plastic. The outer surface is an example 402 Essentially completely made of an electrically conductive plastic, which is connected to the negative pole 410 the battery cell 400 connected is. Because the entire surface area 402 consists of the plastic, is the outer surface 402 completely as a single cell voltage monitoring area 420 formed and can be in any position with a measuring contact 840 of the battery pack 100 or the battery pack electronics 800 get connected. Alternatively, it would also be conceivable that the lateral surface 402 of the battery pack 100 consists of two different plastics, whereby in the single cell voltage monitoring area 420 the plastic has a higher electrical conductivity.

Die Messvorrichtung umfasst neben den Messkontakten 840 des Akkupacks 100 die Mantelfläche 402 bzw. die Einzelzellenspannungsüberwachungsbereiche 420 der Akkuzelle. Die Form, Gestalt und das Material der Messkontakte 840 ist derart gewählt, dass im mit an der Mantelfläche 402 der Akkuzelle anliegenden Zustand der Übergangswiderstand zwischen dem Messkontakt 840 und der Mantelfläche 402 in einem Bereich zwischen 100 Ohm und 100,000 Ohm liegt. Vorteilhaft kann bei einem Übergangswiderstand in diesem Bereich durch die Akkupackelektronik 800 eine Einzelzellenspannung ermittelt werden.The measuring device includes the measuring contacts 840 of the battery pack 100 the outer surface 402 or the individual cell voltage monitoring areas 420 the battery cell. The shape, shape and material of the measuring contacts 840 is chosen such that im with on the lateral surface 402 The contact resistance between the measuring contact is applied to the battery cell 840 and the outer surface 402 is in a range between 100 ohms and 100,000 ohms. In the case of a contact resistance in this area, the battery pack electronics can be advantageous 800 a single cell voltage can be determined.

Die Akkuzelle 400 weist ein Gehäuse 422 auf, das aus einem Metall besteht und beispielhaft als eine Blechdose aus Nickel beschichtetem Stahl ausgebildet ist. Die Mantelfläche 402 des Akkupacks 100 wird durch einen aus Kunststoff bestehendem Schrumpfschlauch 424 gebildet, der das Gehäuse 422 des Akkupacks 100 seitlich vollständig von dem Schrumpfschlauch 424 bedeckt. Dabei ist die Außenfläche des Gehäuses 422 im Wesentlichen vollständig von dem Schrumpfschlauch 424 bedeckt. Auf der Stirnseite 412 und der Hinterseite 414 wird das Gehäuse 422 des Akkupacks 100 bzw. der Akkupack 100 teilweise durch den Schrumpfschlauch 424 abgedeckt. Alternativ wäre ebenso denkbar, dass das Gehäuse 422 der Akkuzelle 400 lackiert ist und der Lack die Mantelfläche 402 bildet.The battery cell 400 has a housing 422 on, which consists of a metal and is designed, for example, as a tin can made of nickel-coated steel. The outer surface 402 of the battery pack 100 is made by a plastic shrink tube 424 formed of the housing 422 of the battery pack 100 laterally completely from the shrink tube 424 covered. This is the outer surface of the housing 422 essentially completely from the heat shrink tubing 424 covered. On the front 412 and the rear 414 becomes the case 422 of the battery pack 100 or the battery pack 100 partly through the shrink tube 424 covered. Alternatively, it would also be conceivable that the housing 422 the battery cell 400 is painted and the paint is the outer surface 402 forms.

Durch die Materialwahl des Schrumpfschlauches 424 kann sichergestellt werden, dass der Schrumpfschlauch 424 bzw. die Mantelfläche 402 des Akkupacks 100 im Einzelzellenspannungsüberwachungsbereich 420 zur Einzelzellenspannungsüberwachung geeignet ist.Through the choice of material for the shrink tubing 424 can ensure that the heat shrink tubing 424 or the outer surface 402 of the battery pack 100 in the single cell voltage monitoring area 420 is suitable for single cell voltage monitoring.

Der Schrumpfschlauch 424 besteht beispielhaft aus einem reinen, intrinsisch leitfähigen Kunststoff in Form von Polypyrrol. Da der Minuspol 410 mit dem Gehäuse 422 des Akkupacks 100 verbunden ist, ist auch der Schrumpfschlauch 424, der an dem Gehäuse 422 anliegt mit dem Minuspol 410 elektrisch verbunden.The shrink tube 424 consists, for example, of a pure, intrinsically conductive plastic in the form of polypyrrole. Since the negative pole 410 with the case 422 of the battery pack 100 is connected, so is the shrink tubing 424 attached to the housing 422 is present with the negative pole 410 electrically connected.

Damit es zu keinem Kurzschluss zwischen dem Pluspol 408 und dem Minuspol 410 kommt, ist zwischen dem Gehäuse 422 der Akkuzelle 400 und dem Pluspol 408 ein erstes Isolationselement 426 und ein zweite Isolationselement 428 angeordnet. Insbesondere liegen das erste Isolationselement 426 und das zweite Isolationselement 428 direkt an dem Gehäuse 422 der Akkuzelle 400 an. Bevorzugt sind das erste Isolationselement 426 und das zweite Isolationselement 428 auf unterschiedlichen Seiten des Gehäuses 422 der Akkuzelle 400 angeordnet. Das zweite Isolationselement 428 ist als eine ringförmige Isolationsscheibe 430 ausgebildet und zwischen dem Schrumpfschlauch 424 und dem Gehäuse 422 der Akkuzelle 400 angeordnet.So that there is no short circuit between the positive pole 408 and the negative pole 410 comes is between the housing 422 the battery cell 400 and the positive pole 408 a first insulation element 426 and a second insulation element 428 arranged. In particular, the first insulation element is located 426 and the second insulation element 428 directly on the housing 422 the battery cell 400 on. The first insulation elements are preferred 426 and the second insulation element 428 on different sides of the case 422 the battery cell 400 arranged. The second isolation element 428 is as an annular insulating washer 430 formed and between the shrink tube 424 and the case 422 the battery cell 400 arranged.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102016203427 A1 [0001]DE 102016203427 A1 [0001]

Claims (14)

Akkuzelle für einen Akkupack (100), mit einer Mantelfläche (402), einer Stirnseite (412) und einer Hinterseite (414), wobei die Mantelfläche (402) einen Einzelzellenspannungsüberwachungsbereich (420) aufweist, wobei der Einzelzellenspannungsüberwachungsbereich (420) derart mit einem Zellpol (406) der Akkuzelle (400) elektrisch verbunden ist, dass eine Spannung der Akkuzelle (400) an dem Einzelzellenspannungsüberwachungsbereich (420) der Mantelfläche (402) zur Einzelzellenspannungsüberwachung messbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Einzelzellenspannungsüberwachungsbereich (420) aus einem Kunststoff oder einem Lack besteht.Battery cell for a battery pack (100), with a jacket surface (402), a front side (412) and a rear side (414), the jacket surface (402) having an individual cell voltage monitoring area (420), the individual cell voltage monitoring area (420) having a cell pole (406) of the battery cell (400) is electrically connected so that a voltage of the battery cell (400) can be measured on the individual cell voltage monitoring area (420) of the lateral surface (402) for individual cell voltage monitoring, characterized in that the individual cell voltage monitoring area (420) is made of a plastic or a Paint is made. Akkuzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Akkuzelle (400) einen Pluspol (408) und einen Minuspol (410) aufweist, wobei die Mantelfläche (402) elektrisch mit dem Minuspol (410) verbunden ist.Battery cell after Claim 1 , characterized in that the battery cell (400) has a positive pole (408) and a negative pole (410), the lateral surface (402) being electrically connected to the negative pole (410). Akkuzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Akkuzelle (400) ein Gehäuse (422) aufweist, welches metallisch ausgebildet ist.Battery cell according to one of the preceding claims, characterized in that the battery cell (400) has a housing (422) which is metallic. Akkuzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff als ein reiner Kunststoff oder als ein gefüllter Kunststoff ausgebildet ist.Battery cell according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic is designed as a pure plastic or as a filled plastic. Akkuzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der gefüllte Kunststoff einen thermoplastischen Kunststoff mit einem leitfähigen Material, insbesondere Kohlenstoff oder einem Metall, vorzugsweise Silber, Nickel oder Kupfer, aufweist.Battery cell after Claim 4 , characterized in that the filled plastic has a thermoplastic with a conductive material, in particular carbon or a metal, preferably silver, nickel or copper. Akkuzelle nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der reine Kunststoff aus Polyethin, Polyanilin, Polypyrrol, Poly-3,4-ethylendioxythiophe, Polyfluoren, oder Poly(p-phenylen) besteht.Battery cell after Claim 4 or 5 , characterized in that the pure plastic consists of polyethine, polyaniline, polypyrrole, poly-3,4-ethylenedioxythiophene, polyfluorene, or poly (p-phenylene). Akkuzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (402) von einem Schrumpfschlauch (424) gebildet wird.Battery cell according to one of the preceding claims, characterized in that the jacket surface (402) is formed by a shrink tube (424). Akkuzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Akkuzelle (400) ein erstes Isolationselement (426), das zwischen dem Minuspol (410) und dem Pluspol (408) angeordnet ist, und ein zweites Isolationselement (428), das zwischen dem Minuspol (410) und dem Pluspol (408) angeordnet ist, aufweist.Battery cell according to one of the preceding claims, characterized in that the battery cell (400) has a first insulation element (426) which is arranged between the negative pole (410) and the positive pole (408), and a second insulation element (428) which is arranged between the Negative pole (410) and the positive pole (408) is arranged. Akkuzelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Isolationselement (426) und das zweite Isolationselement (428) auf gegenüberliegenden Seiten des Minuspols (410), insbesondere des Gehäuses (422) der Akkuzelle (400), angeordnet sind.Battery cell after Claim 8 , characterized in that the first insulation element (426) and the second insulation element (428) are arranged on opposite sides of the negative pole (410), in particular of the housing (422) of the battery cell (400). Akkuzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lack als ein Graphitlack ausgebildet ist.Battery cell according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the paint is designed as a graphite paint. Messvorrichtung zur Einzelzellenspannungsüberwachung eines Akkupacks (400), aufweisend eine Akkuzelle (400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einen Messkontakt (840).Measuring device for monitoring the individual cell voltage of a battery pack (400), having a battery cell (400) according to one of the preceding claims and a measuring contact (840). Messvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergangswiderstand zwischen dem Messkontakt (420) und der Mantelfläche (402) der Akkuzelle (400) in einem Bereich zwischen 100 Ohm und 100 kOhm, insbesondere zwischen 1 kOhm und 10 kOhm oder zwischen 2 kOhm und 20 kOhm, liegt.Measuring device according to Claim 11 , characterized in that a transition resistance between the measuring contact (420) and the outer surface (402) of the battery cell (400) is in a range between 100 ohms and 100 kOhm, in particular between 1 kOhm and 10 kOhm or between 2 kOhm and 20 kOhm . Messvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkontakt (840) eine Kontaktfläche (803) aufweist, die eine Größe zwischen 4 mm2 und 50 mm2 aufweist.Measuring device according to Claim 11 or 12th , characterized in that the measuring contact (840) has a contact surface (803) which has a size between 4 mm2 and 50 mm2. Akkupack mit einer Messvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13.Battery pack with a measuring device according to one of the Claims 11 until 13th .
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