DE102020206446A1

DE102020206446A1 - Akkupack

Info

Publication number: DE102020206446A1
Application number: DE102020206446.6A
Authority: DE
Inventors: Florian Kneer; Josef Baumgartner; Andrej Stepanov
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-05-25
Filing date: 2020-05-25
Publication date: 2021-11-25
Also published as: CN216413144U; US20210367284A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Temperatursensorvorrichtung für einen Akkupack, aufweisend eine Elektronik mit einer Leiterplatte, zumindest einen Temperatursensor, der mit der Elektronik verbunden ist, wobei der Temperatursensor mittels eines Trägerelements mit der Elektronik verbunden ist, wobei das Trägerelement an einer ersten Befestigungsstelle und an einer zweiten Befestigungsstelle an der Leiterplatte, wobei der zumindest eine Temperatursensor im Bereich der zweiten Befestigungsstelle angeordnet ist. Es wird vorgeschlagen, dass im Bereich der zweiten Befestigungsstelle ein Positionierungselement zwischen der Leiterplatte und dem Trägerelement angeordnet ist, welches zur Positionierung des zumindest einen Temperatursensors ausgebildet ist.

Description

Stand der Technik
In der EP 3 364 493 A1 ist bereits ein Akkupack beschrieben, der eine mit einem Temperatursensor bestückte Leiterplatte aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Temperatursensorvorrichtung für einen Akkupack, aufweisend eine Elektronik mit einer Leiterplatte, zumindest einen Temperatursensor, der mit der Elektronik verbunden ist, wobei der Temperatursensor mittels eines Trägerelements mit der Elektronik verbunden ist, wobei das Trägerelement an einer ersten Befestigungsstelle und an einer zweiten Befestigungsstelle an der Leiterplatte, wobei der zumindest eine Temperatursensor im Bereich der zweiten Befestigungsstelle angeordnet ist. Es wird vorgeschlagen, dass im Bereich der zweiten Befestigungsstelle ein Positionierungselement zwischen der Leiterplatte und dem Trägerelement angeordnet ist, welches zur Positionierung des zumindest einen Temperatursensors ausgebildet ist. Vorteilhaft kann dadurch eine optimale Positionierung des Temperatursensors gewährleistet werden
Insbesondere sind die erste Befestigungsstelle und die zweite Befestigungsstelle derart beabstandet voneinander angeordnet, dass das Positionierungselement beabstandet von der ersten Befestigungsstelle angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Temperatursensor näher an der zweiten Befestigungsstelle angeordnet, als an der ersten Befestigungsstelle. Unter einer Befestigungsstelle soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Bereich verstanden werden, in welchem zwei Bauteile im Wesentlichen unbeweglich oder fest miteinander verbunden sind. Die Verbindung kann dabei auf unterschiedliche Weisen wie einem Stoffschluss oder einem Kraft- und/oder Formschluss erfolgen. Insbesondere sind das Trägerelement und die Leiterplatte kraft- und/oder formschlüssig oder stoffschlüssig miteinander verbunden, vorzugsweise an beiden Befestigungsstellen. Das Trägerelement und die Leiterplatte sind vorzugsweise im Bereich der ersten Befestigungsstelle elektrisch und mechanisch verbunden und im Bereich der zweiten Befestigungsstelle nur mechanisch und nicht elektrisch verbunden.
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 Handwerkzeugmaschinenakkupack ausgebildet. Der Akkupack ist insbesondere als ein Wechselakkupack ausgebildet. Der Akkupack ist insbesondere verbindbar mit einer Ladevorrichtung zum Aufladen des Akkupacks ausgebildet. Der Akkupack weist ein Gehäuse auf, in welchem zumindest eine Akkuzelle angeordnet ist. 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 einer Ladevorrichtung verbindbar. Das Gehäuse des Akkupacks kann ein oder mehrere Gehäuseteile aufweisen. Vorzugsweise umfasst das Gehäuse ein Zellengehäuse, das zur Aufnahme zumindest einer insbesondere aller Akkuzellen des Akkupacks ausgebildet ist. Insbesondere ist das Zellengehäuse eines dieser Gehäuseteile. Die Gehäuseteile sind miteinander kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden.
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 Kontaktelemente. Insbesondere ist einer der elektrischen Kontaktelemente als Plus-Kontakt und das andere elektrische Kontaktelement als Minus-Kontakt ausgebildet. 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. Alternativ oder zusätzlich kann die elektrische Schnittstelle ein sekundäres Ladespulenelement zur induktiven Ladung aufweisen. 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-Ion 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.
Die Elektronik kann eine Speichereinheit umfassen, auf der Informationen abgespeichert sind. Zusätzlich oder alternativ ist ebenfalls denkbar, dass die Informationen von der Elektronik 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 Elektronik dazu ausgebildet ist, den Lade- und/oder Entladevorgang des Akkupacks zu regeln oder zu steuern. Die Elektronik kann beispielsweise, eine Recheneinheit, eine Steuereinheit, einen Transistor, einen Kondensator, und/oder die Speichereinheit aufweisen. Die Elektronik kann zudem ein oder mehrere Sensorelemente aufweisen, beispielsweise den Temperatursensor zur Ermittlung der Temperatur innerhalb des Akkupacks oder einen Bewegungssensor zur Ermittlung von Bewegungen. Die Elektronik kann alternativ oder zusätzlich ein Kodierungselement, wie beispielsweise ein Kodierungswiderstand, aufweisen.
Unter einer Leiterplatte soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Träger für elektronische Bauteile verstanden werden. Die Leiterplatte ist aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet. Vorzugsweise ist die Leiterplatte aus einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildet. Bevorzugt erstreckt sich die Leiterplatte im Wesentlichen vollständig innerhalb einer Ebene. Die Leiterplatte kann einseitig oder zweiseitig ausgebildet sein. Bei einer einseitigen Ausgestaltung der Leiterplatte befinden sich dabei sämtliche elektronischen Bauteile auf derselben Seite der Leiterplatte. Die Leiterplatte umfasst insbesondere zumindest teilweise die elektrische Schnittstelle. Vorzugsweise umfasst die Leiterplatte zumindest zwei elektrische Kontaktelemente, die als Leistungskontakte zur Energieversorgung vorgesehen sind.
Der Temperatursensor ist zu Erfassung einer Temperatur insbesondere einer Temperatur innerhalb des Akkupacks, vorzugsweise einer Temperatur einer Akkuzelle, ausgebildet. Der Akkupack kann einen einzigen oder mehrere Temperatursensoren aufweisen. Der Temperatursensor kann als ein Thermistor, beispielsweise als ein Heißleiter, insbesondere ein NTC, oder als ein Kaltleiter, insbesondere ein PTC, ausgebildet sein. Der Temperatursensor kann auf einer der Leiterplatte zugewandten oder abgewandten Seite des Trägerelements angeordnet sind.
Das Positionierungselement ist insbesondere zur Positionierung des Temperatursensors und/oder des Trägerelements in der Höhe senkrecht zu einer Erstreckungsebene der Leiterplatte ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich wäre auch denkbar, dass das Positionierungselement zur Positionierung des Temperatursensors und/oder des Trägerelements in der Erstreckungsebene der Leiterplatte ausgebildet ist.
Zudem wird vorgeschlagen, dass das Positionierungselement insbesondere im unmontierten Zustand eine Dicke aufweist, die zumindest halb so groß ist, vorzugsweise zumindest so groß ist, wie eine Dicke der Leiterplatte. Bevorzugt weist das Positionierungselement eine Dicke auf, die zumindest einer Höhe des Temperatursensors, vorzugsweise der doppelten oder dreifachen Höhe des Temperatursensors, entspricht. Insbesondere kann dadurch eine besonders vorteilhafte Positionierung realisiert werden. Die Temperatursensorvorrichtung ist insbesondere als ein Montagemodul vorgesehen, die bei einer Montage des Akkupacks als ein Stück verbaut wird. Im unmontierten Zustand liegt der Temperatursensor noch nicht am zu messenden Bauteil, insbesondere an einer Akkuzelle, an. Insbesondere wird das Positionierungselement in seiner Höhe beim Montieren verstaucht, sodass dieser im montierten Zustand zumindest bereichsweise eine geringere Dicke aufweist, als im unmontierten Zustand.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Positionierungselement elastisch verformbar ist. Vorteilhaft kann dadurch das Positionierungselement geschützt werden, beispielsweise vor Vibrationen und Stöße. Alternativ wäre auch ein plastisch verformbares Positionierungselement denkbar, dieses hätte allerdings nicht den Vorteil der dämpfenden Wirkung eines elastisch verformbaren Positionierungselements. Das Positionierungselement weist insbesondere einen Druckverformungsrest von unter 50%, vorzugsweise unter 25%, bevorzugt unter 10%, besonders bevorzugt im Wesentlichen 0% auf. Unter dem Druckverformungsrest soll dabei insbesondere ein Druckverformungsrest, der gemäß DIN ISO 815 bestimmt wird, verstanden werden. Insbesondere ist das Positionierungselement derart elastisch verformbar ausgebildet, dass das Positionierungselement im montierten Zustand zumindest bereichsweise um zumindest 5%, vorzugsweise zumindest 15%, bevorzugt zumindest 40%, gestaucht ist.
Zudem wird vorgeschlagen, dass das Positionierungselement elektrisch und/oder thermisch isolierend ausgebildet ist. Vorteilhaft können dadurch Kurzschlüsse verhindert und/oder die Messgenauigkeit erhöht werden. Insbesondere ist das Positionierungselement derart angeordnet, dass der Temperatursensor und/oder das Trägerelement im Bereich der zweiten Befestigungsstelle von der Leiterplatte elektrisch isoliert ist. Vorzugsweise ist das Positionierungselement derart angeordnet, dass der Temperatursensor im Wesentlichen thermisch isoliert von der Leiterplatte ausgebildet ist. Vorteilhaft wird durch die thermische Entkopplung des Temperatursensors von der Leiterplatte eine deutlich genauere Messung der Temperatur der Akkuzelle realisiert.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass Positionierungselement stoffschlüssig mit der Leiterplatte und/oder mit dem Trägerelement verbunden ist. Vorteilhaft kann dadurch eine sichere Befestigung des Temperatursensors im Bereich der zweiten Befestigungsstelle realisiert werden. Der Stoffschluss kann dabei beispielsweise über einen Stoffschluss erfolgen, insbesondere über ein doppelseitiges Klebeband. Es ist denkbar, dass das Positionierungselement mit der Leiterplatte und/oder dem Trägerelement verklebt wird.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Positionierungselement aus einem Elastomer, insbesondere einem Schaumstoff, ausgebildet ist. Vorteilhaft kann dadurch ein kostengünstiges Positionierungselement bereitgestellt werden. Der Schaumstoff ist vorzugsweise im Wesentlichen vollständig aus einem offenzelligen Schaumstoff ausgebildet. Der Schaumstoff kann beispielsweise aus Neopren ausgebildet sein. Alternativ ist auch denkbar, dass der Schaumstoff teilweise oder vollständig aus einem geschlossenzelligen Schaumstoff ausgebildet ist. Bei dem Elastomer kann es sich auch um ein TPE Spritzguselement handeln. Das Spritzgusselement kann dabei kraft- und/oder formschlüssig mit der Leiterplatte verbunden und insbesondere vorfixiert sein. Alternativ ist ebenso denkbar, dass das Positionierungselement als ein Federelement oder ein doppelseitigen Kleber ausgebildet ist.
Zudem wird vorgeschlagen, dass das Trägerelement als eine flexible Leiterplatte oder als ein Kabelelement, insbesondere ein bedrahteter Temperatursensor, ausgebildet ist. Als eine flexible Leiterplatte soll im Zusammenhang dieser Anmeldung insbesondere eine dünne Flexleiterplatte verstanden werden. Die flexible Leiterplatte ist insbesondere biegbar und/oder faltbar ausgebildet. Insbesondere ist die flexible Leiterplatte aus einer Folie, vorzugsweise einer Polyimid-Folie oder einem vergleichbaren Material, ausgebildet. Das Trägerelement kann dabei Leiterbahnen bzw. Drahtelemente aufweisen, die den Temperatursensor mit der Leiterplatte und/oder der Elektronik des Akkupacks elektrisch verbinden. Die Leiterbahnen weisen vorzugsweise einen Querschnitt auf, der kleiner ist als 0,100 mm², insbesondere kleiner ist als 0,050 mm², vorzugsweise kleiner ist al 0,010 mm². Die Drahtelemente weisen vorzugsweise einen Querschnitt auf, der größer ist als 0,100 mm².
Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Akkupack mit einer Temperatursensorvorrichtung wie zuvor beschrieben. Vorzugsweise liegt der Temperatursensor und/oder das Trägerelement derart an einer Akkuzelle und/oder einem Zellehalter an, dass das Positionierungselement den Temperatursensor in einer der Leiterplatte entgegengesetzten Richtung mit einer Kraft beaufschlagt, Insbesondere wird das Positionierungselement dabei gestaucht.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Temperatursensor oder das Trägerelement direkt oder mittels eines Wärmeleitelements an der Akkuzelle anliegt. Vorteilhaft kann dadurch die Genauigkeit der Temperaturmessung weiter verbessert werden. Das Wärmeleitelement ist vorzugsweise aus einem Elastomer gebildet. Das Wärmeleitelement kann beispielsweise aus einer plastisch verformbaren Wärmeleitpaste ausgebildet sein. Alternativ ist ebenso denkbar, dass das Wärmeleitelement als ein Wärmeleitpad oder ein Wärmeleitklebstoff ausgebildet ist. Das Wärmeleitelement kann auch elastisch ausgebildet sein. Insbesondere ist das Wärmleitelement derart elastische ausgebildet, dass es sich im montierten Zustand an die zu messenden Oberfläche teilweise oder vollständig anpasst. Alternativ ist ebenso denkbar, dass das Wärmeleitelement derart starr ausgebildet ist, dass es sich im montierten Zustand an die zu messenden Oberfläche nicht anpasst und sein Form behält. Insbesondere ist das Wärmeleitelement derart ausgebildet, dass das Trägerelement im verbundenen Zustand versteift ist. Vorzugsweise ist das Wärmeleitelement als ein Stiffener bzw. als ein Versteifungselement ausgebildet. Der Stiffener ist insbesondere aus einem Kunststoff oder einem Metall ausgebildet. Der Stiffener ist vorzugsweise stoffschlüssig mit dem Trägerelement verbunden. Insbesondere ist der Stiffener dazu ausgebildet, die Biegbarkeit des Trägerelements zum Schutz des Trägerelements einzuschränken. Vorzugsweise ist das Wärmeleitelement aus einem elektrisch nichtleitenden Material ausgebildet. Das Wärmeleitelement kann beispielsweise aus Polyimid, Kapton, FR4 oder dergleichen ausgebildet sein.
Zeichnungen
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.
Es zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht einer Handwerkzeugmaschine mit einem Akkupack;
2 eine schematische Explosionsansicht des Akkupacks;
3 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Temperatursensorvorrichtung;
4 eine perspektivische Teilansicht der Temperatursensorvorrichtung ohne Positionierungselement;
5 einen Querschnitt durch den Akkupack im Bereich der Temperatursensorvorrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist eine Seitenansicht eines Systems 10 bestehend aus einem als eine Handwerkzeugmaschine 12 ausgebildeten Verbraucher 14 und einem als ein Handwerkzeugmaschinenakkupack 16 ausgebildeten Akkupack 18 gezeigt. Die Handwerkzeugmaschine 12 ist somit als Akku-Handwerkzeugmaschine ausgebildet und wird im Betrieb über den Akkupack 18 mit Energie versorgt. Die Handwerkzeugmaschine 12 und der Akkupack 18 weisen jeweils eine mechanische Schnittstelle 20, 22 auf, über die die beiden Komponenten des Systems 10 miteinander lösbar verbunden sind. Der Akkupack 18 ist somit als ein Wechselakkupack ausgebildet und kann durch einen gleichen oder einen ähnlichen Akkupack ausgewechselt werden. Die Handwerkzeugmaschine 12 ist beispielhaft als ein Bohrhammer 24 ausgebildet.
Die Handwerkzeugmaschine 12 weist ein Gehäuse 26 auf, an dessen rückseitigem Ende ein Handgriff 28 mit einem Betriebsschalter 30 zum Ein- und Ausschalten der Handwerkzeugmaschine 12 angeordnet ist. Am vorderen Ende des Gehäuses 26 der Handwerkzeugmaschine 12 ist eine Werkzeugaufnahme 31 angeordnet, die zur Aufnahme eines Einsatzwerkzeugs 32 vorgesehen ist. Zwischen dem Handgriff 28 und der Werkzeugaufnahme 31 ist eine einen Elektromotor 34 und ein Getriebe 36 aufweisende Antriebseinheit 38 angeordnet. Das Getriebe 36 umfasst eine Schlagwerkeinheit 40 und ist oberhalb des Elektromotors 34 angeordnet. Die Schlagwerkeinheit 40 umfasst ein pneumatisches Schlagwerk. Unterhalb des Elektromotors 34 ist eine Elektronik 42 angeordnet, über die die Handwerkzeugmaschine 12 regel- oder steuerbar ist. Der Akkupack 18 ist unterhalb des Handgriffs 28 und benachbart zu der Elektronik 42 angeordnet.
Der Akkupack 18 und der Verbraucher 14 weisen jeweils eine zueinander korrespondierende elektrische Schnittstelle 44, 46 auf, über die der Akkupack 18 elektrisch mit dem Verbraucher 14, insbesondere der Elektronik 42 des Verbrauchers 14 verbindbar ist. Im miteinander verbundenen Zustand stellt der Akkupack 18 die Energieversorgung für den Verbraucher 14 bereit.
In 2 ist eine schematische Explosionsansicht des erfindungsgemäßen Akkupacks zu sehen. In dieser schematischen Ansicht ist insbesondere die Größe der Leiterplatte 104 zur besseren Veranschaulichung angepasst.
Der Akkupack 18 ist über die mechanische Schnittstelle 22 mechanisch mit dem Verbraucher 14 lösbar verbunden. Der Akkupack 18 weist ein Gehäuse 48 auf, das beispielhaft mehrteilig ausgebildet ist. Das Gehäuse 48 besteht aus einem kunststoffhaltigen Gehäusematerial. Vorzugsweise ist das Gehäuse 48 aus einem Polycarbonat oder einem Polyethylen mit hoher Dichte (HD PE) ausgebildet. Das Gehäuse 48 ist insbesondere als ein Außengehäuse ausgebildet. Das Gehäuse 48 weist ein Zellengehäuse 50, ein Schnittstellengehäuseteil 52 und zwei Seitengehäuseteile 54 auf. Die Gehäuseteile 50, 52, 54 sind über Befestigungselemente 56, die beispielhaft als Schrauben ausgebildet sind, miteinander verbunden. Die Gehäuseteile 50, 52, 54 sind alle zumindest teilweise als Außengehäuseteile ausgebildet.
Auf der Vorderseite des Akkupacks 18 ist eine Ladezustandsanzeige 58 angeordnet, über die der Ladezustand des Akkupacks 18 anzeigbar ist. Das Gehäuse 48 des Akkupacks 18, insbesondere das Schnittstellengehäuseteil 52, umfasst die mechanische Schnittstelle 22. Der Akkupack 18 ist beispielhaft als ein Schiebeakkupack ausgebildet. Der Akkupack 18 wird zur Verbindung mit der Handwerkzeugmaschine 12 entlang einer Verbindungsrichtung 23 auf die Handwerkzeugmaschine 12 geschoben.
Die mechanische Schnittstelle 22 weist ein paar Halteelemente 60 auf, an denen der Akkupack 18 im mit der Handwerkzeugmaschine 12 verbundenen Zustand gehalten wird. Die Halteelemente 60 sind beispielhaft als Führungsschienen 62 ausgebildet. Die Halteelemente 60 erstrecken sich im Wesentlichen parallel zu der Verbindungsrichtung 23 des Akkupacks 18. Im mit der Handwerkzeugmaschine 12 verbundenen Zustand liegen nicht dargestellte Führungsschienen der mechanischen Schnittstelle 20 der Handwerkzeugmaschine 12 an den Führungsschienen 62 an. Zudem weist die mechanische Schnittstelle 22 des Akkupacks 18 ein Verriegelungselement 74 auf. Das Verriegelungselement 74 ist beweglich, insbesondere rotatorisch beweglich, im Gehäuse 48 des Akkupacks 18 gelagert. Das Verriegelungselement 74 ist zur Verriegelung des Akkupacks 18 mit der Handwerkzeugmaschine 12 im verbundenen Zustand ausgebildet. Das Verriegelungselement 74 ist beispielhaft als ein Rastelement ausgebildet, das in eine nicht dargestellte Ausnehmung im Gehäuse 26 der Handwerkzeugmaschine 12 einrastet. Zur Lösung dieser kraft- und formschlüssigen Verbindung weist der Akkupack 18 ein Bedienelement 76 auf, das mechanisch mit dem Verriegelungselement 74 gekoppelt ist und über welches das Verriegelungselement 74 im verbundenen Zustand aus der Ausnehmung heraus bewegt werden kann. Das Bedienelement 76 ist beispielhaft als ein Tastelement ausgebildet und parallel zu der Verbindungsrichtung 23 bedienbar.
Die Akkuzellen 90 sind im Zellengehäuse 50 aufgenommen. Der Akkupack 18 umfasst beispielhaft zehn Akkuzellen 90, die im Zellengehäuse 50 angeordnet sind. Der Akkupack 18 ist als ein 18 V Akkupack ausgebildet. Der Akkupack 18 ist beispielhaft als ein zweilagiger Akkupack 18 ausgebildet. Unter einem zweilagigen Akkupack 18 soll dabei insbesondere verstanden werden, dass die Akkuzellen 90 in zwei Lagen angeordnet sind, wobei innerhalb einer Lage die Akkuzellen 90 nebeneinander auf einer Ebene angeordnet sind und innerhalb einer Lage die Anzahl der Akkuzellen 90 die Anzahl an Lagen nicht unterschreitet. Eine Lage umfasst beispielhaft fünf Akkuzellen 90. Es ist ebenso denkbar, dass der Akkupack 18 als ein dreilagiger oder vierlagiger Akkupack ausgebildet ist.
Die elektrische Schnittstelle 46 weist beispielhaft fünf elektrische Kontaktelemente 80 auf. Die fünf elektrischen Kontaktelementen 80 sind im montierten Zustand zwischen den Halteelementen 60 angeordnet. Die elektrischen Kontaktelemente 80 sind zumindest teilweise zur Verbindung mit nicht dargestellten elektrischen Kontaktelementen der elektrischen Schnittstelle 44 der Handwerkzeugmaschine 12 oder einer nicht dargestellten Ladevorrichtung ausgebildet. Das Schnittstellengehäuse 52 weist Ausnehmungen auf, in denen die elektrischen Kontaktelemente 80 angeordnet und über welche sie zur elektrischen Verbindung zugänglich ausgebildet sind. Zwei der elektrischen Kontaktelemente 80 sind als Leistungskontakte 82 ausgebildet, über welche im Betrieb ein elektrischer Strom zur Versorgung der Handwerkzeugmaschine 12 mit Energie fließt. Drei der elektrischen Kontakteelemente 80 sind als Zusatzkontakte 84 ausgebildet. Einer der Zusatzkontakte 84 ist dabei zur Übermittlung einer Temperaturkenngröße als Temperaturkontakt ausgebildet. Die anderen beiden Zusatzkontakte 84 sind als Codierkontakte ausgebildet und mit einem Codierwiderstand verbunden. Einer der Codierkonakte ist für den Verbraucher 14 und der andere Codierkontakt ist für eine Ladevorrichtung vorgesehen. Des Weiteren können über die Codierkontakte noch weitere Informationen ausgetauscht werden.
Zudem umfasst der Akkupack 18 eine Temperatursensorvorrichtung 100. Die Temperatursensorvorrichtung 100 weist eine Elektronik 102 mit einer Leiterplatte 104, zumindest einen Temperatursensor 106, der mit der Elektronik 102 verbunden ist, auf (siehe 3). Der Temperatursensor 106 ist mittels eines Trägerelements 108 mit der Elektronik 102 verbunden. Die Elektronik 102 weist zur Steuerung oder Regelung des Akkupacks 18 weitere elektronische Bauteile, wie beispielsweise eine Speichereinheit und eine Logikeinheit auf, die nicht explizit gezeigt sind.
Die Temperatursensorvorrichtung 100 in einem unmontierten Zustand ist in 3 in einer Seitenansicht gezeigt. Die Leiterplatte 104 ist als eine ebene Leiterplatte 104 ausgebildet und erstreckt sich im Wesentlichen vollständig innerhalb einer Erstreckungsebene 110. Die Leiterplatte 104 ist insbesondere starr ausgebildet. Auf einer Oberseite 112 der Leiterplatte 104 sind die Kontaktelemente 80 angeordnet bzw. befestigt. Das Trägerelement 108 ist beispielhaft als eine flexible Leiterplatte 114 ausgebildet. Das Trägerelement 108 ist elastisch ausgebildet. Das Trägerelement 108 weist eine Dicke 109 auf, die geringer als eine halbe Dicke 105 der Leiterplatte 104 ist. Das Trägerelement 108 ist über eine erste Befestigungsstelle 116 und ein zweite Befestigungsstelle 118 mit der Leiterplatte 104 verbunden. Die erste Befestigungsstelle 116 ist beabstandet von der zweiten Befestigungsstelle 118 angeordnet. Beispielhaft ist die erste Befestigungsstelle 116 und die zweite Befestigungsstelle 118 auf unterschiedlichen Seiten der Leiterplatte 104 angeordnet. Hierzu weist die Leiterplatte 104 eine Ausnehmung 120 auf, durch die das Trägerelement 108 hindurchtaucht. Dabei wird das Trägerelement 108 um beispielhaft ca. 45% in eine erste Richtung gebogen und im Anschluss um beispielhaft ca. 45% in eine zweite Richtung gebogen, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Insbesondere ist die erste Befestigungsstelle 116 auf der Oberseite 112 und die zweite Befestigungsstelle 118 auf einer der Oberseite 112 gegenüberliegenden Seite angeordnet. Die Befestigung des Trägerelements 108 im Bereich der ersten Befestigungsstelle 116 erfolgt beispielhaft über eine Lötverbindung. Die Lötverbindung ist zusätzlich beispielhaft über einen Verguss geschützt. Über die Lötverbindung ist das Trägerelement 108 mit der Leiterplatte 104 mechanisch und elektrisch verbunden. Alternativ ist auch denkbar, dass die Befestigung über eine Steckverbindung erfolgt, die das Trägerelement 108 elektrisch und mechanisch mit der Leiterplatte 104 verbindet.
Die Temperatursensorvorrichtung 100 weist beispielhaft drei Temperatursensoren 106 auf. Zwei der Temperatursensor 106 sind als NTCs 122 ausgebildet und ein Temperatursensor 106 ist als ein PTC 124 ausgebildet. Die Temperatursensoren 106 sind auf derselben Seite des Trägerelements 108 angeordnet. Beispielhaft sind die Temperatursensoren 106 auf einer der Leiterplatte 104 zugewandten Seite des Trägerelements 108 angeordnet. Die Temperatursensoren 106 sind im Bereich der zweiten Befestigungsstelle 118 angeordnet.
Zur Positionierung des Temperatursensors 106 weist die Temperatursensorvorrichtung 100 ein Positionierungselement 126 auf. Das Positionierungselement 126 ist beispielhaft als ein Schaumstoff 128 ausgebildet. Das Positionierungselement 126 ist zwischen dem Trägerelement 108, insbesondere den Temperatursensoren 106, und der Leiterplatte 104 angeordnet. Das Positionierungselement 126 weist beispielhaft eine Dicke 127 auf, die größer ist als eine Dicke 105 der Leiterplatte 104. Das Positionierungselement 126 ist derart elastisch ausgebildet, dass dieses bei Beaufschlagung mit einer Kraft bereichsweise stauchbar ist.
Zudem weist die Temperatursensorvorrichtung 100 ein optionales Wärmeleitelement 130 auf, das auf einer der Leiterplatte 104 abgewandten Seite des Trägerelements 108 angeordnet ist. Das Wärmeleitelement 130 ist beispielhaft als Wärmeleitpad 132 ausgebildet und ist zur verbesserten thermischen Kopplung der Temperatursensoren 106 mit den Akkuzellen vorgesehen. Im Bereich der zweiten Befestigungsstelle 118 ist das Trägerelement 108 stoffschlüssig mit dem Positionierungselement 126 und das Positionierungselement 126 stoffschlüssig mit der Leiterplatte 104 verbunden. Dies erfolgt beispielhaft über einen Klebstoff, es sind allerdings auch andere Verbindungsarten denkbar. Im Bereich der zweiten Befestigungsstelle 118 ist das Trägerelement 108 somit nur mechanisch und nicht elektrisch mit der Leiterplatte 104 verbunden. Das Positionierungselement 126 ist elektrisch isolierend ausgebildet, um das Trägerelement 108 und die Temperatursensoren 106 von der Leiterplatte 104 elektrisch zu isolieren. Das Positionierungselement 126 ist zudem thermisch isolierend ausgebildet, um die Temperatursensoren 106 von der Leiterplatte 104 thermisch zu isolieren, sodass eine genauere Messung der Temperatur der Akkuzellen ermöglicht wird.
In 4 ist eine perspektivische Teilansicht der erfindungsgemäßen Temperatursensorvorrichtung 100 ohne Positionierungselement 126 gezeigt. In einer alternativen Ausführungsform wäre ebenso denkbar, dass die Temperatursensorvorrichtung kein Positionierungselement im Bereich der Temperatursensoren aufweist, sondern die zweite Befestigungsstelle 118 ebenfalls beabstandet zu den Temperatursensoren 106 angeordnet ist und beispielhaft analog zu der bereits beschriebenen ersten Befestigungsstelle direkt an der Leiterplatte befestigt ist. Vorteilhaft ist auch in dieser Ausführungsform das Trägerelement 108 elastisch ausgebildet, sodass die Temperatursensoren 106 zwar frei, aber in einem gespannten Bereich des Trägerelements 108 angeordnet sind. Dadurch wird bei der Montage entgegen einer intrinsischen Federkraft des Trägerelements 108 die Temperatursensoren 106 auf die zu messende Oberfläche gedrückt.
In 5 ist die in dem Akkupack 18 montierte Temperatursensorvorrichtung 100 in einem Querschnitt gezeigt. Das Zellengehäuse 50 des Akkupacks 18 weist Aufnahmebereiche 88 auf, in welchen jeweils eine einzige Akkuzelle 90 angeordnet ist. Alternativ wäre auch denkbar, dass das Zellengehäuse 50 derart gestaltete ist, dass mehrere Akkuzellen 90 in einem Aufnahmebereich aufgenommen sind. Die Akkuzellen 90 sind als zylindrische Rundzellen ausgebildet. Die Aufnahmebereiche 88 werden jeweils von einer Wandung 89 begrenzt, die an die Form der Akkuzellen 90 angepasst ist. Die Wandungen 89 weisen zumindest teilweise eine hohlzylindrische Form auf. Beispielhaft werden die Akkuzellen 90 im Zellengehäuse 50 entlang ihrer zylindrischen Mantelfläche im Wesentlichen vollständig von dem Zellengehäuse 50 umschlossen. Vorzugsweise liegt dabei die Mantelfläche der Akkuzellen 90 im Wesentlichen vollständig an der Wandung 89 der Aufnahmebereiche 88 an.
Das Zellengehäuse 50, insbesondere die Wandung 89 des Zellengehäuses 50, weist eine Aussparung 91 auf, die auf einer der Leiterplatte 104 zugewandten Seite des Zellengehäuses 50 angeordnet ist. Die Aussparung 91 ist vorzugsweise mittig bezogen auf die Akkuzelle 90 angeordnet, um eine möglichst präzise Messung der Temperatur zu ermöglichen. Die Aussparung 91 ist beabstandet zu der Ausnehmung 120 der Leiterplatte 104 angeordnet, sodass diese nicht übereinanderliegen und das Trägerelement 108 zwischen der Akkuzelle 90 und der Leiterplatte 104 verklemmbar ist.
Das Trägerelement 108, das Wärmeleitelement 130 und die Temperatursensoren 106 sind im Wesentlichen vollständig innerhalb der Aussparung 91 des Zellengehäuses 50 angeordnet. Das Positionierungselement 126 ist teilweise innerhalb der Aussparung 91 und teilweise außerhalb der Aussparung 91 und damit außerhalb des Zellengehäuses 50 angeordnet. Die Leiterplatte 104 liegt an dem Zellengehäuse 50 an und stützt sich an diesem ab.
Der Abstand zwischen der Leiterplatte 104 und dem Trägerelement 108 bzw. dem Wärmeleitelement 130 ist im unmontierten Zustand größer als der Abstand zwischen der Akkuzelle 90 und der Leiterplatte 104 im montierten Zustand. Somit gibt das aus Schaumstoff 128 bestehende Positionierungselement 126 beim Montieren nach und wird gestaucht, sodass das Trägerelement 108 mit den Temperatursensoren 106 in Richtung der Akkuzelle 90 mit einer Kraft beaufschlagt wird. Das Positionierungselement 126 ist derart elastisch ausgebildet, dass es auch im montierten Zustand weiter stauchbar ist. Vorteilhaft können dadurch Vibrationen und Stöße teilweise oder vollständig von dem Positionierungselement 126 aufgenommen werden, sodass die Temperatursensoren 106 geschützt werden und ihre Position nicht verändern.
In der gezeigten Ausführungsform ist das Wärmeleitelement 130 derart starr ausgebildet, dass es seine Form beim Montieren nicht verändert. Somit liegt da Wärmeleitelement 130 nur teilweise an der Mantelfläche der Akkuzelle 90 an. Vorteilhaft ist die Temperatursensorvorrichtung 100 durch ein derart robustes Wärmeleitelement 130 bei der Montage vor mechanischer Beschädigung geschützt. Alternativ wäre auch denkbar, ein flexibles Wärmeleitelement zu verwenden oder auf dieses verzichten, wodurch sich das Wärmeleitelement oder das Trägerelement an die Form der Akkuzelle anpasst und damit die Wärmeübertragung verbessert. Das Positionierungselement 126 ist beispielhaft derart elastisch ausgebildet, dass es im Wesentlichen keinen Druckverformungsrest aufweist. Das bedeutet in diesem Zusammenhang, dass es bei der Demontage im Wesentlichen seine ursprüngliche Form annimmt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3364493 A1 [0001]

Claims

Temperatursensorvorrichtung für einen Akkupack, aufweisend eine Elektronik (102) mit einer Leiterplatte (104), zumindest ein Temperatursensor (106), der mit der Elektronik (102) verbunden ist, wobei der Temperatursensor (106) mittels eines Trägerelements (108) mit der Elektronik (102) verbunden ist, wobei das Trägerelement (108) an einer ersten Befestigungsstelle (116) und an einer zweiten Befestigungsstelle (118) an der Leiterplatte (104), wobei der zumindest eine Temperatursensor (106) im Bereich der zweiten Befestigungsstelle (118) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der zweiten Befestigungsstelle (118) ein Positionierungselement (126) zwischen der Leiterplatte (104) und dem Trägerelement (108) angeordnet ist, welches zur Positionierung des zumindest einen Temperatursensors (106) ausgebildet ist.
Temperatursensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (108) und die Leiterplatte (104) kraft- und/oder formschlüssig oder stoffschlüssig insbesondere unbeweglich miteinander verbunden sind.
Temperatursensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierungselement (126) insbesondere im unmontierten Zustand eine Dicke (127) aufweist, die zumindest halb so groß ist, vorzugsweise zumindest so groß ist, wie eine Dicke (105) der Leiterplatte (104).
Temperatursensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierungselement (126) elastisch verformbar ist.
Temperatursensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierungselement (126) elektrisch und/oder thermisch isolierend ausgebildet ist.
Temperatursensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Positionierungselement (126) stoffschlüssig mit der Leiterplatte (104) und/oder mit dem Trägerelement (108) verbunden ist.
Temperatursensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierungselement (126) aus Elastomer, insbesondere einem Schaumstoff (128), ausgebildet ist.
Temperatursensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierungselement als ein Federelement oder ein doppelseitigen Kleber ausgebildet ist.
Temperatursensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (108) als eine flexible Leiterplatte (114) oder als ein Kabelelement, insbesondere ein bedrahteter Temperatursensor, ausgebildet ist.
Temperatursensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensorvorrichtung (100) zumindest einen als NTC (122) und einen als PTC (124) ausgebildeten Temperatursensor (106) aufweist.
Temperatursensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensorvorrichtung (100) zumindest zwei als NTC (122) oder als PTC (124) ausgebildete Temperatursensoren (106) aufweist.
Akkupack mit einer Temperatursensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Akkupack nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (106) und/oder das Trägerelement (108) derart an einer Akkuzelle (90) und/oder einem Zellehalter (50) anliegt, dass das Positionierungselement (126) den Temperatursensor (106) in einer der Leiterplatte (104) entgegengesetzten Richtung mit einer Kraft beaufschlagt.
Akkupack nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (106) oder das Trägerelement (108) direkt oder mittels eines Wärmeleitelements (130) an der Akkuzelle anliegt.