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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Zellenhalter zur Aufnahme zumindest einer Akkuzelle, wobei der Zellenhalter zumindest zwei Aufnahmen, insbesondere zumindest zwei Einzelzellenaufnahmen für eine einzelne Akkuzelle, aufweist, wobei die Aufnahmen jeweils zumindest eine Wandung aufweisen, wobei die Wandungen einen ersten Bereich, der zumindest einer benachbarten Aufnahme zugewandt ist, und einen zweiten Bereich der dem ersten Bereich abgewandt ist und/oder benachbart zu dem ersten Bereich ausgebildet ist, aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass der Zellenhalter eine Schutzeinheit zum Schutz der zumindest einen benachbarten Aufnahme aufweist, wobei der erste Bereich der Aufnahme mittels eines Verstärkungselements verstärkt ausgebildet ist und/oder der zweite Bereich mittels eines Schwächungselements geschwächt ausgebildet ist. Vorteilhaft kann dadurch ein verbesserter Schutz bei einem thermischen Durchgehen einer Akkuzelle realisiert werden.
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Der Akkupack ist insbesondere Teil eines Systems, welches sich aus dem Akkupack und einem Verbraucher zusammensetzt, wobei der Verbraucher während des Betriebs über den Akkupack mit Energie versorgt wird. Der Akkupack kann beispielsweise als ein Handwerkzeugmaschinenakkupack oder als ein Elektrofahrradakkupack ausgebildet sein. Der Akkupack ist insbesondere als ein Wechselakkupack ausgebildet, der bevorzugt werkzeuglos lösbar mit dem Verbraucher ausgebildet ist. Alternativ ist ebenso denkbar, dass der Akku fest im Gehäuse des Verbrauchers angebracht beziehungsweise integriert ist. Der Akkupack ist insbesondere verbindbar mit einer Ladevorrichtung zum Aufladen des Akkupacks ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann der Akkupack auch derart ausgebildet sein, dass er im mit dem Verbraucher verbundenen Zustand aufladbar ist.
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Der Verbraucher kann insbesondere als ein Gartengerät, wie beispielsweise ein Rasenmäher oder eine Heckenschere, als ein Haushaltsgerät, wie beispielsweise ein elektrischer Fensterreiniger oder Handstaubsauger, als eine Handwerkzeugmaschine, wie beispielsweise ein Winkelschleifer, ein Schrauber, eine Bohrmaschine, ein Bohrhammer, etc., als ein elektrisches Fortbewegungsmittel, wie beispielsweise ein Elektrofahrrad in Form eines Pedelecs oder eBikes, als ein eScooter 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.
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Der Akkupack weist ein Gehäuse auf in welchem die Akkuzellen aufgenommen sind. Das Gehäuse des Akkupacks ist vorzugsweise als ein Außengehäuse ausgebildet. Der Akkupack, insbesondere das Gehäuse des Akkupacks, kann über eine mechanische Schnittstelle lösbar mit dem Verbraucher und/oder einer Ladevorrichtung verbindbar oder fest verbunden ausgebildet sein. Das Gehäuse des Akkupacks kann ein oder mehrere Gehäuseteile aufweisen. Das Gehäuse weist zumindest ein Gehäuseteil auf, das als ein Außengehäuseteil ausgebildet ist. Das Außengehäuseteil grenzt dabei den Akkupack nach außen ab und kann von einem Benutzer berührt werden. Zudem kann das Gehäuse zumindest ein Innengehäuseteil aufweisen, dass vollständig von dem zumindest einen Gehäuseteil umschlossen wird. Der Zellenhalter des Akkupacks ist insbesondere als ein Gehäuseteil ausgebildet, vorzugsweise als ein Innengehäuseteil. Es ist allerdings ebenso denkbar, dass der Zellenhalter teilweise oder vollständig als ein Außengehäuseteil ausgebildet ist. Das Gehäuse des Akkupacks kann einen oder mehrere Zellenhalter aufweisen. Die Gehäuseteile, insbesondere die Zellenhalter, sind miteinander kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden. Der Zellenhalter kann auch hülsenförmige Einsätze aufweisen, die wiederum der Schutzeinheit zugeordnet sind und zumindest ein Verstärkungselement und/oder ein Schwächungselement aufweisen.
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Der Zellenhalter ist vorzugsweise aus einem Kunststoff, insbesondere einem thermoplastischen Kunststoff, ausgebildet. Der Zellenhalter ist bevorzugt aus einem temperaturbeständigen Kunststoff, bevorzugt aus einem faserverstärkten Kunststoff, ausgebildet. Alternativ ist ebenso denkbar, dass der Zellenhalter aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist. Der Zellenhalter ist insbesondere einteilig oder einstückig ausgebildet. Es sind auch noch weitere Werkstoffe, zum Beispiel Kermaik denkbar. Unter einstückig soll im Zusammenhang dieser Anmeldung insbesondere ein Bauteil verstanden werden, dass aus einem Stück ausgebildet und nicht aus mehreren Bauteilen, die stoffschlüssig und/oder kraft- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind, ausgebildet ist. Ein einstückiges Bauteil besteht demnach aus einem einzigen Material. Unter einteilig soll im Zusammenhang dieser Anmeldung mehrere Bauteile, die stoffschlüssig, beispielsweise über ein 2 K Spritzguss oder einen Stoffschluss, miteinander verbunden sind, verstanden werden. Eine einteilige Komponente kann somit aus einem oder mehreren Materialien bestehen. Alternativ ist auch denkbar, dass der Zellenhalter mehrteilig ausgebildet ist, wobei die unterschiedlichen Teile kraft- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind. Der Akkupack kann einen oder mehrere Zellenhalter, die nebeneinander und/oder hintereinander angeordnet sind, aufweisen.
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Über eine 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 ein Schloss, ein Knopf, ein Hebel oder als ein Taster ausgebildet sein. Das Betätigungselement kann am Akkupack oder am Verbraucher angeordnet sein. Zudem kann die mechanische Schnittstelle Führungselemente zur Führung des Akkupacks beim Verbindungsprozess und/oder Zentrierelemente zur Zentrierung des Akkupacks beim Verbindungsprozess umfassen.
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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 von dem Akkupack an den Verbraucher und umgekehrt 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 ein Plus-Kontakt und das andere elektrische Kontaktelement als ein 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. Die Zusatzkontakte können als Signalkontakte, Codierkontakte, Temperaturkontakte, Bus-Kontakte etc. ausgebildet sein. Die elektrischen Kontaktelemente können beispielsweise als federnde Kontaktelemente in Form von Kontakttulpen oder als Flachkontakte in Form von Kontaktklingen ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die elektrische Schnittstelle ein sekundäres Ladespulenelement zur induktiven Ladung aufweisen. Die mechanische Schnittstelle und die elektrische Schnittstelle können dabei integriert oder getrennt voneinander ausgebildet sein.
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Des Weiteren umfasst der Akkupack vorzugsweise eine Elektronik. Die Elektronik kann beispielsweise eine Leiterplatte, eine Recheneinheit, eine Steuereinheit, einen Transistor, einen Kondensator, und/oder eine Speichereinheit aufweisen. Zusätzlich oder alternativ ist ebenfalls denkbar, dass Informationen von der Elektronik ermittelt werden. Die Elektronik ist zur Steuerung oder Regelung des Akkupacks und/oder des Verbrauchers ausgebildet. Die Elektronik umfasst insbesondere ein BMS (engl. Battery Management System), das zur Überwachung des Akkupacks ausgebildet ist. Das BMS ist insbesondere dazu ausgebildet, eine Überladung und/oder eine Tiefenentladung des Akkupacks zu verhindern. Vorzugsweise ist das BMS zur korrekten Zellsymmetrierung ausgebildet. Die Elektronik kann zudem ein oder mehrere Sensorelemente aufweisen, beispielsweise einen 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. Die elektrischen Kontaktelemente der elektrischen Schnittstelle des Akkupacks können auf der Leiterplatte der Elektronik angeordnet oder mit der Leiterplatte verbunden sein. Unter einer Leiterplatte soll im Zusammenhang dieser Anmeldung ein Schaltungsträger verstanden werden, der ein organisches oder anorganisches Substrat, beispielsweise IMS, aufweist. Die Leiterplatte kann als eine starre Leiterplatte oder als eine flexible Leiterplatte ausgebildet sein. Zudem kann es sich bei der Leiterplatte um eine bestückte oder eine unbestückte Leiterplatte handeln. Die Leiterplatte kann eine einzelne Lage aufweisen oder mehrlagig ausgebildet sein.
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Die Aufnahme des Zellenhalters kann als eine Einzelzellenaufnahme zur Aufnahme einer einzelnen Akkuzelle oder als eine Mehrzellenaufnahme zur Aufnahme mehrerer Akkuzellen ausgebildet sein. Die Aufnahme ist insbesondere derart ausgebildet, dass im mit der Akkuzelle verbundenen Zustand ein Großteil der Außenfläche, insbesondere ein Großteil der Mantelfläche der Akkuzelle, von der Aufnahme umschlossen ist. Insbesondere ist zumindest 25%, vorzugsweise zumindest 50%, bevorzugt zumindest 75%, der Mantelfläche der Akkuzelle von der Aufnahme umschlossen. Vorzugsweise ist die Aufnahme derart ausgebildet, dass die zumindest eine Akkuzelle an einer Innenfläche der Aufnahme anliegt und durch die Aufnahme fixiert ist. Der Zellenhalter weist zwischen zwei benachbarten Aufnahmen eine Wandung auf, die die Aufnahme räumlich und/oder elektrisch und/oder thermisch voneinander isoliert.
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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-lon Akkuzellen, ausgebildet. Alternativ ist beispielhaft auch denkbar, dass die Akkuzelle als eine Pouchzelle oder als eine prismatische Zelle ausgebildet ist. 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 Vergeben 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.
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Insbesondere weist der Akkupack zumindest einen Zellverbinder auf, der zur elektrischen Verbindung der Akkuzellen mit der Elektronik, insbesondere mit der Leiterplatte und/oder mit den elektrischen Kontaktelementen, ausgebildet ist. Die Zellverbinder können einstückig, einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Die Zellverbinder können kraft- und/oder formschlüssig mit dem Gehäuse des Akkupacks, insbesondere dem Zellenhalter, verbunden sein. Es ist ebenso denkbar, dass der Zellverbinder teilweise oder vollständig von dem Gehäuse, insbesondere dem Zellenhalter, umspritzt ist. Der Zellverbinder ist aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet. Der Zellverbinder kann beispielsweise aus einem Reinkupfer (Kupfergehalt >95%), einer Kupferlegierung oder einer Nickel-Verbindung, einem Stahl, insbesondere Hilumin, einer Aluminiumlegierung oder Aluminium ausgebildet sein. Die Zellverbinder können an Stirnseiten oder an der Mantelfläche der Akkuzellen mit diesen stoffschlüssig verbunden sein.
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Unter „einer benachbarten Aufnahme zugewandt“ soll im Zusammenhang dieser Anmeldung insbesondere ein Bereich verstanden werden, der von zwei Geraden aufgespannt wird, die ihren Ursprung in der Mitte der Aufnahme haben und die benachbarte Aufnahme beziehungsweise die benachbarten Aufnahmen begrenzen. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Schutzeinheit derart ausgebildet ist, dass ein Durchgehen einer Akkuzelle stets zu einer Beschädigung des Zellenhalters im zweiten Bereich führt. Vorteilhaft kann dadurch ein unkontrolliertes Verhalten des Akkupacks bei einer Beschädigung oder eines Fehlers wirksam verhindert werden. Die Schutzeinheit ist insbesondere dazu ausgebildet, benachbarte Akkuzellen in benachbarten Aufnahmen des Zellenhalters zu schützen. Bei einem Durchgehen der Akkuzelle kann diese in Brand geraten oder Explodieren. Ein Schaden im zweiten Bereich hat dabei eine geringere Auswirkung auf die benachbarten Akkuzellen als ein Schaden im ersten Bereich. Die Schutzeinheit ist insbesondere derart ausgebildet, dass bei einem Durchgehen einer Akkuzelle der zweite Bereich vor dem ersten Bereich beschädigt wird. Alternativ ist ebenso denkbar, dass der erste Bereich derart ausgebildet ist, dass im Wesentlichen keine Beschädigung, Deformation, Penetration oder dergleichen im ersten Bereich möglich ist.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Verstärkungselement vollständig im ersten Bereich und/oder das Schwächungselement vollständig im zweiten Bereich angeordnet ist. Vorteilhaft kann dadurch gezielt definiert werden, an welcher Stelle eine Beschädigung eintritt. Alternativ oder zusätzlich ist ebenso denkbar, dass der erste Bereich vollständig von dem Verstärkungselement ausgefüllt ist und/oder der zweite Bereich vollständig von dem Schwächungselement ausgefüllt ist. Der Zellenhalter kann auch unterschiedliche Verstärkungselemente und/oder Schwächungselement aufweisen.
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Zudem wird vorgeschlagen, dass die Schutzeinheit je Aufnahme zumindest ein Verstärkungselement und/oder zumindest ein Schwächungselement aufweist. Vorzugsweise weist zumindest jede außenliegende Aufnahme zumindest ein Verstärkungselement und/oder zumindest ein Schwächungselement auf.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der zweite Bereich als eine Sollbruchstelle ausgebildet ist. Unter einer Sollbruchstelle soll dabei insbesondere eine Struktur, eine Gestalt oder eine Konstruktion der Aufnahme verstanden werden, die bei einer Überlast, insbesondere bei einem thermischen Durchgehen der Akkuzelle, bricht. Vorteilhaft kann dadurch der erste Bereich wirksam geschützt werden.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Zellenhalter einstückig ausgebildet ist. Insbesondere besteht der Zellenhalter aus einem einzigen Material. Es ist auch denkbar, dass der Zellenhalter aus einem einzigen Material besteht und aus mehreren Zellenhalterteilen zusammengesetzt ist.
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Zudem wird vorgeschlagen, dass das Schwächungselement als eine Aussparung ausgebildet ist. Die Aussparung kann im Wesentlichen rechteckig, quadratisch, oval oder dergleichen ausgebildet sein. Die Aussparung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass angrenzend zur Aussparung eine Sollbruchstelle gebildet wird. Die Aussparung kann insbesondere als eine Materialöffnung ausgebildet sein.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Schwächungselement als eine Querschnittsverjüngung der Wandung ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Querschnittsverjüngung derart ausgebildet, dass die Querschnittsverjüngung als eine Sollbruchstelle ausgebildet ist. Die Querschnittsverjüngung kann beispielsweise bei der Herstellung des Zellenhalters oder als nachträgliche Einritzung ausgebildet sein. Die Einritzung kann beispielsweise durch ein Anritzen des Materials des Zellenhalters hergestellt werden, wodurch eine Sollbruchstelle herstellbar ist. Die Querschnittsverjüngung ist insbesondere als Querschnittsreduktion, vorzugsweise als Querschnittsreduktion in zwei zueinander senkrechten Richtungen, ausgebildet.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Verstärkungselement in oder an der Wandung im ersten Bereich angeordnet ist. Insbesondere weist das Verstärkungselement eine höhere Hitzebeständigkeit und/oder eine höhere Härte als das Material der Wandung auf. Alternativ ist ebenso denkbar, dass das Verstärkungselement einstückig mit der Wandung ausgebildet ist. Das Verstärkungselement kann auch als eine Beschichtung ausgebildet sein, die auf der Wandung des Zellenhalters im ersten Bereich aufgebracht ist.
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Zudem wird vorgeschlagen, dass die Aufnahmen eine Länge aufweisen, wobei sich die Schutzeinheit entlang zumindest 25%, vorzugsweise zumindest 50%, bevorzugt zumindest 75%, der Länge der Aufnahmen erstrecken. Die Schutzeinheit kann sich dabei in einem Stück oder auf mehrere Abschnitte verteilt entlang der Aufnahme erstrecken.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Akkupack, insbesondere einen Akkupack für ein Elektrofahrrad, mit einem Zellenhalter wie zuvor beschrieben. Der Akkupack umfasst, dabei zumindest zehn Akkuzellen, vorzugsweise zumindest zwanzig Akkuzellen, wobei die Akkuzellen in Einzelzellenaufnahmen des Zellenhalters angeordnet sind.
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Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, dass die Akkuzelle zumindest ein Verstärkungselement und/oder ein Schwächungselement aufweist, welches der Schutzeinheit zugeordnet ist. Das Schwächungselement kann beispielsweise als eine Einritzung in einem Zellmantel der Akkuzelle ausgebildet sein. Die Einritzung erstreckt sich vorzugsweise im Wesentlichen vollständig entlang der Längserstreckung der Akkuzelle. Beim Einsetzen beziehungsweise Verbinden der Akkuzelle mit dem Zellenhalter muss die Akkuzelle dabei derart positioniert werden, dass das Schwächungselement der Akkuzelle dem zweiten Bereich zugewandt ist und/oder das Stärkungselement dem ersten Bereich zugewandt ist.
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Zeichnungen
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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.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Elektrofahrrads mit einem erfindungsgemäßen Akkupack;
- 2 eine perspektivische Ansicht eines Akkupacks für das Elektrofahrrad;
- 3 eine perspektivische Ansicht des Akkupacks gemäß 2 ohne Gehäuse;
- 4 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Zellenhalters des Akkupacks;
- 5 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Zellenhalters für einen Akkupack;
- 6 einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Zellenhalters für einen Akkupack.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist ein Verbraucher 10 mit einem Akkupack 100 in einer schematischen Seitenansicht gezeigt. Der Verbraucher 10 ist beispielhaft als ein elektrisch angetriebenes Fortbewegungsmittel 12, insbesondere als ein Elektrofahrrad 14, ausgebildet. Das Elektrofahrrad 14 kann beispielsweise als ein Pedelec oder als ein E-Bike ausgebildet sein.
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Das Elektrofahrrad 14 weist ein Gehäuse 16 in Form eines Rahmens 18 bzw. eines Fahrradrahmens auf. Mit dem Rahmen 18 sind zwei Räder 20 verbunden. Zudem weist der Verbraucher 10 eine Antriebseinheit 22 auf, die einen Elektromotor umfasst. Der Elektromotor ist vorzugsweise als ein Permanentmagnet-erregter, bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet. Der Elektromotor ist beispielhaft als ein Mittelmotor ausgebildet, wobei auch ein Nabenmotor oder dergleichen denkbar ist.
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Die Antriebseinheit 22 umfasst eine Steuereinheit (nicht dargestellt), die zur Steuerung oder Regelung des Elektrofahrrads 14, insbesondere des Elektromotors, ausgebildet ist. Das Elektrofahrrad 14 weist eine Tretkurbel 24 auf. Die Tretkurbel 24 weist eine Tretkurbelwelle (nicht dargestellt) auf.
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Die Steuereinheit und die Antriebseinheit 22 mit dem Elektromotor und der Tretkurbelwelle sind in einem mit dem Rahmen verbundenen Antriebsgehäuse 26 angeordnet. Die Antriebsbewegung des Elektromotors wird vorzugsweise über ein Getriebe (nicht dargestellt) auf die Tretkurbelwelle übertragen, wobei die Größe der Unterstützung durch die Antriebseinheit 22 mittels der Steuereinheit gesteuert oder geregelt wird.
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Der Verbraucher 10 ist mit dem Akkupack 100, der zur Energieversorgung der Antriebseinheit 22 ausgebildet ist, elektrisch und mechanisch verbunden. Der Akkupack 100 ist beispielhaft als ein Wechselakkupack 102 ausgebildet. Der Akkupack 100 ist beispielhaft im verbundenen Zustand vollständig im Rahmen 18 des Elektrofahrrads 14 aufgenommen. Die Verbindung kann dabei über ein axiales Einschieben des Akkupacks 100 in das Unterrohr des Rahmens 18 oder durch ein seitliches Einschwenken des Akkupacks 100 in den Rahmen 18 erfolgen. Alternativ ist ebenso denkbar, dass der Akkupack 100 derart ausgebildet ist, dass der Akkupack 100 an einer Außenseite des Rahmens 18 befestigbar ist.
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In 2 ist eine perspektivische Ansicht des Akkupacks 100 gezeigt. Der Akkupack 100 weist ein Gehäuse 104 auf, das als ein Außengehäuse ausgebildet ist. Das Gehäuse 104 weist beispielhaft einen rechteckigen Querschnitt auf und erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Akkupacks 100.
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Der Akkupack 100 weist eine Ladezustandsanzeige 106 auf, die am Gehäuse 104 des Akkupacks 100 angeordnet und zur Anzeige des Ladezustands des Akkupacks 100 ausgebildet ist. Zudem ist das Gehäuse 104 des Akkupacks 100 mit zwei Endplatten 108 verbunden. Die Endplatten 108 sind beispielhaft mit dem Gehäuse 104 des Akkupacks 100 verschraubt, es wäre aber ebenso denkbar, dass die Endplatten 108 mittels einer anderen Verbindungsart mit dem Gehäuse 104 verbunden sind oder einstückig mit dem Gehäuse 104 des Akkupacks 100 ausgebildet sind. Die erste Endplatte 110 umfasst dabei eine Verriegelungseinheit 113, die mit einer korrespondierenden Verriegelungseinheit (nicht dargestellt) des Elektrofahrrads 14 verbindbar ist. Die zweite Endplatte 112 umfasst eine elektrische Schnittstelle (nicht dargestellt) zur elektrischen Verbindung des Akkupacks 100 mit dem Elektrofahrrad 14.
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In 3 ist der Akkupack 100 ohne das Gehäuse 104 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Der Akkupack 100 umfasst einen Zellenhalter 114, in welchem beispielhaft 40 Akkuzellen 116 angeordnet sind. Die Akkuzellen 116 sind beispielhaft als zylindrische Li-Ion Rundzellen ausgebildet.
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Der Zellenhalter 114 ist beispielhaft mehrteilig ausgebildet und umfasst beispielhaft fünf Zellenhaltermodule 118, wobei jedes Zellenhaltermodul 118 im Wesentlichen gleich ausgebildet ist. Der Zellenhalter 114 ist beispielhaft aus einem Kunststoff, insbesondere aus einer Hartplastik, ausgebildet. Die Zellenhaltermodule 118 umfassen beispielhaft jeweils acht Aufnahmen 120 (siehe 4), die zur Aufnahme der Akkuzellen 116 ausgebildet sind. Die Aufnahmen 120 sind beispielhaft als Einzelzellenaufnahmen 121 zur Aufnahme einer einzelnen Akkuzelle 116 ausgebildet. Die Zellenhaltermodule 118 sind beispielhaft mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgebildet, wobei auch eine einteilige oder einstückige Ausbildung der Zellenhaltermodule 118 denkbar wäre.
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Der Zellenhalter 114, insbesondere die Aufnahmen 120 des Zellenhalters 114, weisen Fixierungselemente 122 auf, die zur radialen Fixierung der Akkuzellen 116 in den Aufnahmen 120 ausgebildet sind. Die Fixierungselemente 122 sind beispielhaft an den Zellenhalter 114 angeformt und als Federarme 124 ausgebildet, wobei die Fixierungselemente 122 mit einer Kraft in Richtung der Akkuzellen 116 vorgespannt sind.
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Zudem weist der Akkupack 100 eine Elektronik 126 auf, die eine Leiterplatte 128 umfasst. Die Elektronik 126 umfasst dabei eine Steuereinheit zur Regelung oder Steuerung des Akkupacks 100. Die Leiterplatte 128 umfasst elektronische Komponente, die nicht dargestellt sind. Die Leiterplatte 128 der Elektronik 126 ist mittels Zellverbindern 130 mit den Akkuzellen 116 elektrisch verbunden.
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Die Zellverbinder 130 sind mit den Akkuzellen 116 beispielhaft an den Zellpolen (nicht dargestellt) der Akkuzellen 116 stoffschlüssig verbunden. Die Zellverbinder 130 sind aus einem elektrisch leitenden, insbesondere metallischen, Material ausgebildet. Der Akkupack 100 weist dabei Zellverbinder 130 zur Leistungsversorgung und Zellverbinder 130 zur Einzelspannungsmessung auf. Die Zellverbinder 130 sind mit der Leiterplatte 128 der Elektronik 126 auf einer den Akkuzellen 116 abgewandten Seite stoffschlüssig verbunden, beispielsweise über ein Widerstandsschweißverfahren.
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In 4 ist ein Querschnitt durch den Zellenhalter 114, insbesondere durch das Zellenhaltermodul 118 gezeigt. Die Aufnahmen 120, insbesondere die Einzelzellenaufnahmen 121, sind dabei zur besseren Veranschaulichung ohne die Akkuzellen 116 gezeigt.
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Die Aufnahmen 120 weisen jeweils einen ersten Bereich 132, der den benachbarten Aufnahmen 120 zugewandt ist, auf. Unter benachbarten Aufnahmen 120 sollen dabei insbesondere Aufnahmen 120 verstanden werden, die durch eine gemeinsame Wandung 134 des Zellenhalters 114 voneinander getrennt sind. Die Aufnahme 120 kann benachbart zu einer einzelnen weiteren Aufnahme 120 oder benachbart zu mehreren Aufnahmen 120 ausgebildet sein. Der Zellenhalter 114 weist sechs außenliegende Aufnahmen 136 auf, wobei die außenliegenden Aufnahmen beispielhaft zwei oder vier benachbarte Aufnahmen 120 aufweisen. Zudem weist der Zellenhalter zwei innenliegende Aufnahmen 138 auf, die jeweils fünf benachbarte Aufnahmen 120 aufweisen.
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Der erste Bereich 132 kann als ein durchgehender Bereich ausgebildet sein oder mehrere Abschnitte aufweisen, die voneinander getrennt sind. Beispielhaft ist der Zellenhalter 114 derart ausgebildet, dass sämtliche ersten Bereiche 132 durchgehend ausgebildet sind.
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Zudem weisen sämtliche Aufnahmen 120 zumindest einen zweiten Bereich 140 auf, der dem ersten Bereich 132 abgewandt ist und/oder benachbart zu dem ersten Bereich 132 ausgebildet ist. Es ist ebenso denkbar, dass zumindest eine Aufnahme 120, insbesondere eine innenliegende Aufnahme 138 keinen zweiten Bereich 140 aufweist.
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Der erste Bereich 132 wird dabei von zwei Geraden aufgespannt, deren Ursprung im Mittelpunkt der Aufnahme 120 liegt und die eine Tangentiale zu der benachbarten Aufnahmen 120 beziehungsweise zu den benachbarten Aufnahmen 120 bilden. Beispielhaft nimmt der erste Bereich 132 bei den außenliegenden Aufnahmen 136 an den Ecken einen Winkelbereich von etwa 120° ein. Demnach nimmt der zugehörige zweite Bereich 140 einen Winkelbereich von etwa 240° ein. Der erste Bereich 132 und der zweite Bereich 140 nehmen vorzugsweise einen Winkelbereich von zusammen 360° ein. Der zweite Bereich 140 der außenliegenden Aufnahmen 136 ist somit in etwa doppelt so groß wie der erste Bereich 132 ausgebildet. Das Verhältnis ist beispielhaft allerdings nicht konstant, so nimmt für die innenliegenden Aufnahmen 138 der erste Bereich 132 einen viel größeren Winkelbereich als der zweite Bereich 140 ein.
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Zudem weist der Akkupack 100, insbesondere der Zellenhalter 114, eine Schutzeinheit 142 auf, die zum Schutz des Akkupacks 100 insbesondere beim thermischen Durchgehen einer Akkuzelle 116 ausgebildet ist.
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Die Schutzeinheit 142 umfasst beispielhaft eine Vielzahl von Schwächungselementen 144, die beispielhaft in Form von Aussparungen 146 im Zellenhalter 114 ausgebildet sind. Die Aussparung 146 sind derart ausgebildet, dass der Zellenhalter gezielt im zweiten Bereich 140 in seiner Stabilität geschwächt wird, sodass beim thermischen Durchgehen einer Akkuzelle 116 der Zellenhalter 114 als erstes im zweiten Bereich 140 beschädigt wird und die entstehende Energie nicht zu den benachbarten Akkuzellen 116, sondern nach außen geführt ist. Vorteilhaft kann dadurch eine Kettenreaktion vermieden werden. Die Aussparungen 146 sind dabei derart ausgebildet, dass Sollbruchstellen 148 (siehe 3) gebildet werden.
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Herstellungs- und funktionsbedingt können sich in der beschriebenen Ausführungsform die Schwächungselemente 144, insbesondere die Aussparungen 146, nicht entlang der gesamten Länge L des Zellenhalters 114 erstrecken. Die Länge L des Zellenhalters 114 entspricht dabei beispielhaft im Wesentlichen der gesamten Länge des Akkupacks 100.
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Der Zellenhalter 114 weist dementsprechend im Querschnitt betrachtet auch Bereiche auf, in welchen die Aufnahmen 120 weniger oder keine Schwächungselemente 144 im zweiten Bereich 140 aufweisen. Die Schutzeinheit 142 ist allerdings derart ausgebildet, dass entlang der Längserstreckung des Akkupacks 100, insbesondere des Zellenhalters 114, die beispielhaft parallel zu einer Längserstreckung der Akkuzellen 116 verläuft, die Schutzeinheit 142 sich über zumindest 25% der Länge des Akkupacks 100, beispielhaft zumindest über 40% der Länge des Akkupacks 100, erstreckt.
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Insbesondere weist jede Aufnahme 120 eines oder mehrere Schwächungselemente 144 auf, die sich entlang der Längserstreckung der Aufnahmen 120 über zumindest 40% der Länge der Aufnahmen 120 erstrecken.
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In 5 ist eine alternative Ausführungsform eines Zellenhalters 114a im Querschnitt gezeigt. Der Zellenhalter 114a unterscheidet sich dabei vom zuvor beschriebenen Zellenhalter 114 insbesondere durch die Ausbildung der Schutzeinheit 142a.
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Die Wandung 134a des Zellenhalters 114a ist beispielhaft sowohl in den ersten Bereichen 132a als auch in den zweiten Bereichen 140a durchgehend ausgebildet. Die Schutzeinheit 142a umfasst mehrere Verstärkungselemente 150a, die beispielhaft als Metallbleche 152a ausgebildet sind. Die Metallbleche 152a können beispielsweise über eine Klippsverbindung oder eine andere kraft- und/oder formschlüssige Verbindung mit dem Zellenhalter 114a verbunden sein. Beispielhaft sind die Metallbleche 152a als Blecheinleger für ein 2 K-Spritzgussverfahren ausgebildet und von dem Zellenhalter 114a umgossen ausgebildet. Die Verstärkungselemente 150a erstrecken sich dabei entlang der Aufnahme 120a entlang zumindest 50% der Länge der Aufnahme 120a, vorzugsweise im Wesentlichen entlang der gesamten Länge der Aufnahme 120a. Vorzugsweise ist jeder erste Bereich 132a vollständig durch zumindest ein Verstärkungselement 150a geschützt ausgebildet. Durch die Verstärkung im ersten Bereich 132a wird der zweite Bereich 140a zu einer Sollbruchstelle 148a, die bei einem Durchgehen der Akkuzelle 116a als erstes bricht.
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In 6 ist eine weitere alternative Ausführungsform eines Zellenhalters 114b in einem Querschnitt gezeigt. Der Zellenhalter 114b unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen Zellenhalter 114a insbesondere durch die Ausbildung der Schutzeinheit 142b.
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Die Schutzeinheit 142b weist insbesondere sowohl Verstärkungselemente 150b in Form von Metallblechen 152b im ersten Bereich 132b der Aufnahmen 120b als auch Schwächungselemente 144b im zweiten Bereich 140b auf. Die Schwächungselemente 144b sind beispielhaft als Querschnittsverjüngungen 154b in der Wandung 134b des Zellenhalters 114b im zweiten Bereich 140b ausgebildet. Beispielhaft ist die Querschnittsverjüngung 154b nicht entlang der gesamten Erstreckung des zweiten Bereichs 140b ausgebildet, wodurch Ort der entstehenden Sollbruchstelle 148b präzise einstellbar ist. Die Sollbruchstellen 148b sind vorzugsweise derart angeordnet, dass die Sollbruchstellen 148b einen größtmöglichen Abstand von den jeweiligen ersten Bereichen 132b aufweisen.
