DE102022209759A1 - Energy storage unit for an electrical consumer - Google Patents

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Tina Ringshandl
Tim Brecht
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichereinheit (16) für ein elektrischer Verbraucher (10) mit zumindest einer ersten Energiespeicherzelle (20), zumindest einem ersten Temperatursensor (82) zur Erfassung der Temperatur (T) der zumindest einen ersten Energiespeicherzelle (20) und einer Leiterplatte (58) mit zumindest einer Leiterplattenschicht (84) und einer Seitenkante (96), die gegenüber der Leiterplattenschicht (84) angewinkelt ist und eine kleinere Oberfläche aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine erste Temperatursensor (82) zur thermischen Kopplung mit der zumindest einen Energiespeicherzelle (20) an der Seitenkante (96) oder auf der Leiterplattenschicht (84) direkt neben der Seitenkante (96) angeordnet ist.The invention relates to an energy storage unit (16) for an electrical consumer (10) with at least one first energy storage cell (20), at least one first temperature sensor (82) for detecting the temperature (T) of the at least one first energy storage cell (20) and a circuit board ( 58) with at least one circuit board layer (84) and a side edge (96) which is angled relative to the circuit board layer (84) and has a smaller surface. It is proposed that the at least one first temperature sensor (82) for thermal coupling to the at least one energy storage cell (20) is arranged on the side edge (96) or on the circuit board layer (84) directly next to the side edge (96).

Description

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichereinheit für einen elektrischen Verbraucher nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1. Die Energiespeichereinheit umfasst zumindest eine erste Energiespeicherzelle, zumindest einen ersten Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur der zumindest einen ersten Energiespeicherzelle und eine Leiterplatte mit zumindest einer Leiterplattenschicht und einer Seitenkante, wobei die Seitenkante gegenüber der Leiterplattenschicht angewinkelt ist und eine kleinere Oberfläche aufweist.The invention relates to an energy storage unit for an electrical consumer according to the preamble of independent claim 1. The energy storage unit comprises at least a first energy storage cell, at least a first temperature sensor for detecting the temperature of the at least one first energy storage cell and a circuit board with at least one circuit board layer and a side edge, wherein the side edge is angled relative to the circuit board layer and has a smaller surface area.

Stand der TechnikState of the art

Eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern wird mit fest integrierten Energiespeichereinheiten (auch als Akkus oder Akkupacks bezeichnet) oder vom Bediener werkzeuglos wechselbaren Energiespeichereinheiten (im Folgenden als Wechselakkupacks bezeichnet) betrieben, die entsprechend durch den elektrischen Verbraucher entladen werden und mittels eines Ladegeräts wieder aufladbar sind. In der Regel bestehen derartige Energiespeichereinheiten aus einer Mehrzahl in Reihe und/oder parallel verschalteter Energiespeicherzellen zur Erzielung einer geforderten Batteriespannung bzw. -kapazität. Sind die Energiespeicherzellen beispielsweise als Lithium-Ionen-Zellen (Li-lon) ausgebildet, so lässt sich mit besonderem Vorteil eine hohe Leistungs- und Energiedichte erzielen. Andererseits erfordern derartige Zellen zur Vermeidung elektrischer Fehlerzustände auch das Einhalten enger Spezifikationen bezüglich des maximalen Lade- und Entladestroms, der Spannung und der Temperatur. Liegt zum Beispiel die erfasste Temperatur außerhalb vorgegebener Grenzwerte, so wird der Entlade- oder Ladevorgang der Energiespeichereinheit unterbrochen oder zumindest eingeschränkt.A large number of electrical consumers are operated with permanently integrated energy storage units (also referred to as batteries or battery packs) or energy storage units that can be changed without tools by the operator (hereinafter referred to as removable battery packs), which are correspondingly discharged by the electrical consumer and can be recharged using a charger. As a rule, such energy storage units consist of a plurality of energy storage cells connected in series and/or parallel to achieve a required battery voltage or capacity. If the energy storage cells are designed as lithium-ion cells (Li-lon), for example, a high power and energy density can be achieved with particular advantage. On the other hand, in order to avoid electrical fault conditions, such cells also require strict specifications to be maintained with regard to the maximum charging and discharging current, voltage and temperature. For example, if the detected temperature is outside predetermined limit values, the discharging or charging process of the energy storage unit is interrupted or at least restricted.

In modernen, akkubetriebenen elektrischen Verbrauchern wird die Zellspannung der parallel geschalteten Energiespeicherzellen eines so genannten Zell-Clusters der Energiespeichereinheit beispielsweise durch eine Überwachungseinheit ausgewertet. Unter dem Begriff „Zellspannung“ soll demnach nicht ausschließlich die Spannung einer einzelnen Energiespeicherzelle, sondern auch die eines aus parallel verschalteten Energiespeicherzellen bestehenden Zell-Clusters verstanden werden. Ein derartiges so genanntes Single-Cell-Monitoring (SCM) ist beispielsweise aus der WO 20043386 A1 bekannt, in der zudem ein gefährlicher Betrieb eines Wechselakkupacks im Fehlerfall durch eine redundante Überwachung ausgeschlossen wird.In modern, battery-operated electrical consumers, the cell voltage of the parallel-connected energy storage cells of a so-called cell cluster of the energy storage unit is evaluated, for example, by a monitoring unit. The term “cell voltage” should therefore not only be understood as the voltage of a single energy storage cell, but also that of a cell cluster consisting of energy storage cells connected in parallel. Such a so-called single-cell monitoring (SCM) is, for example, from WO 20043386 A1 known, in which dangerous operation of a removable battery pack in the event of a fault is prevented by redundant monitoring.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine besonders einfache und genaue Temperaturerfassung einer Energiespeichereinheit, insbesondere einer Energiespeicherzelle der Energiespeichereinheit, für einen sicheren Betrieb der Energiespeichereinheit zu erzielen.It is the object of the invention to achieve a particularly simple and accurate temperature detection of an energy storage unit, in particular an energy storage cell of the energy storage unit, for safe operation of the energy storage unit.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Zur Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, dass der zumindest eine erste Temperatursensor zur thermischen Kopplung mit der zumindest einen Energiespeicherzelle an der Seitenkante oder auf der Leiterplattenschicht direkt neben der Seitenkante angeordnet ist. Da die Genauigkeit der Temperaturerfassung abhängig ist von der Wärmeleitfähigkeit zwischen der Energiespeicherzelle und dem Temperatursensor, ermöglich die Erfindung in besonders vorteilhafter Weise, die beim Lade- oder Entladevorgang entstehende Wärme gezielt und möglichst verlustarm von der Energiespeicherzelle an den Temperatursensor zu übertragen. Gleichzeitig ist die vorgeschlagene Lösung sehr kostengünstig, zumal keine separaten Montagevorrichtungen oder Klebeverbindungen notwendig sind.To solve the problem, it is provided that the at least one first temperature sensor for thermal coupling with the at least one energy storage cell is arranged on the side edge or on the circuit board layer directly next to the side edge. Since the accuracy of the temperature detection depends on the thermal conductivity between the energy storage cell and the temperature sensor, the invention makes it possible in a particularly advantageous manner to transfer the heat generated during the charging or discharging process from the energy storage cell to the temperature sensor in a targeted manner and with as little loss as possible. At the same time, the proposed solution is very cost-effective, especially since no separate assembly devices or adhesive connections are necessary.

Weiterhin betrifft die Erfindung einen elektrischen Verbraucher mit einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit sowie ein System bestehend aus einem als eine Handwerkzeugmaschine ausgebildeten elektrischen Verbraucher und zumindest einer als ein Wechselakkupack ausgebildeten Energiespeichereinheit. Als elektrischer Verbraucher im Kontext der Erfindung sollen jedoch grundsätzlich alle mittels einer Energiespeichereinheit, wie z.B. einem Wechselakkupack oder einem fest integrierten Akkupack, versorgbaren Geräte mit einer elektrischen Last verstanden werden. Die elektrische Last kann dabei als eine überwiegend induktive Last in Gestalt eines elektromotorischen Antriebs ausgebildet sein. Ebenso sind überwiegend ohmsche oder kapazitive Lasten denkbar. Als elektromotorische Antriebe kommen insbesondere elektrisch kommutierte Elektromotoren (so genannte EC- bzw. BLDC-Motoren) in Frage, deren einzelne Phasen über zumindest einen Leistungstransistor per Pulsweitenmodulation zur Steuerung bzw. Regelung ihrer Drehzahl und/oder ihres Drehmoments angesteuert werden. In diesem Zusammenhang ist die Erfindung auf akkubetriebene Werkzeugmaschinen zur Bearbeitung von Werkstücken mittels eines elektrisch angetriebenen Einsatzwerkzeugs anwendbar. Dabei kann das elektrische Bearbeitungsgerät sowohl als Handwerkzeugmaschine als auch als stationäre Werkzeugmaschine ausgebildet sein. Typische Werkzeugmaschinen sind in diesem Zusammenhang Hand- oder Standbohrmaschinen, Schrauber, Schlagbohrmaschinen, Hobel, Winkelschleifer, Schwingschleifer, Zellpoliermaschinen oder dergleichen. Als elektrische Verbraucher kommen aber auch Garten- und Baugeräte wie Rasenmäher, Rasentrimmer, Astsägen, Motor- und Grabenfräsen, Gebläse, Roboter-Breaker und -Bagger oder dergleichen, sowie Messgeräte, wie Laser-Entfernungsmesser, Wandscanner, etc., in Frage. Weiterhin ist die Erfindung auf Haushaltgeräte, wie Staubsauger, Mixer, etc., und elektrisch angetrieben Stra-ßen- und Schienenfahrzeuge, wie z.B. E-Bikes, E-Scooter, Pedelecs, Elektro- und Hybrid-Fahrzeuge, etc., sowie Flugzeuge und Schiffe mit einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit anwendbar.Furthermore, the invention relates to an electrical consumer with an energy storage unit according to the invention and a system consisting of an electrical consumer designed as a hand-held power tool and at least one energy storage unit designed as a removable battery pack. However, in the context of the invention, an electrical consumer should fundamentally be understood to mean all devices with an electrical load that can be supplied with an energy storage unit, such as a removable battery pack or a permanently integrated battery pack. The electrical load can be designed as a predominantly inductive load in the form of an electric motor drive. Predominantly ohmic or capacitive loads are also conceivable. Electrically commutated electric motors (so-called EC or BLDC motors) are particularly suitable as electric motor drives, the individual phases of which are controlled via at least one power transistor via pulse width modulation to control or regulate their speed and/or their torque. In this context, the invention can be applied to battery-operated machine tools for processing workpieces using an electrically driven insert tool. The electrical processing device can be designed both as a hand-held machine tool and as a stationary machine tool. Typical machine tools in this context are hand or drilling machines, screwdrivers, impact drills, planers, angle grinders, orbital grinders, cell polishing machines or the like. Garden and construction equipment such as lawn mowers, grass trimmers, branch saws, motor and trench cutters, blowers, robot breakers and excavators and the like also come as electrical consumers chen, as well as measuring devices such as laser rangefinders, wall scanners, etc., come into question. Furthermore, the invention is applicable to household appliances, such as vacuum cleaners, mixers, etc., and electrically powered road and rail vehicles, such as e-bikes, e-scooters, pedelecs, electric and hybrid vehicles, etc., as well as aircraft and Ships with an energy storage unit according to the invention can be used.

Die Spannungsklasse der Energiespeichereinheit ergibt sich aus der Verschaltung (parallel oder seriell) der einzelnen in der Energiespeichereinheit integrierten Energiespeicherzellen und ist in der Regel ein ganzzahliges Vielfaches (>= 1) der Spannung der einzelnen Energiespeicherzellen. Eine Energiespeicherzelle ist typischerweise als eine galvanische Zelle ausgebildet, die einen Aufbau aufweist, bei dem ein Zellpol an einem Ende und ein weiterer Zellpol an einem gegenüberliegenden Ende zu liegen kommt. Insbesondere weist die Energiespeicherzelle an einem Ende einen positiven Zellpol und an einem gegenüberliegenden Ende einen negativen Zellpol auf. Bevorzugt sind die Energiespeicherzellen als lithiumbasierte Akkuzellen, z.B. Li-lon, Li-Zellpolymer, Li-Metall oder dergleichen, ausgebildet. Die Erfindung ist aber auch für Energiespeichereinheiten mit Ni-Cd-, Ni-Mh-Zellen oder andere geeignete Zellenarten anwendbar. Bei gängigen Li-lon-Energiespeicherzellen mit einer Zellspannung von 3,6 V ergeben sich beispielhaft Spannungsklassen von 3,6 V, 7,2 V, 10,8 V, 14,4 V, 18 V, 36 V etc. Bevorzugt ist eine Energiespeicherzelle als zumindest im Wesentlichen zylinderförmige Rundzelle ausgebildet, wobei die Zellpole an Enden der Zylinderform angeordnet sind. Die Erfindung ist jedoch nicht von der Art und Bauform der verwendeten Energiespeicherzellen abhängig, sondern kann auf beliebige Energiespeichereinheiten und -zellen, z.B. neben Rundzellen auch prismatische Zellen, Pouchzellen oder dergleichen, angewendet werden. Die Gleichspannungswerte richten sich in erster Linie nach den typischen Zellspannungen der verwendeten Energiespeicherzellen. So sind z.B. für Pouch-Zellen und/oder Zellen mit anderer elektrochemischer Zusammensetzung Spannungswerte möglich, die von denjenigen der mit Li-lon-Zellen ausgestatteten Energiespeichereinheiten abweichen.The voltage class of the energy storage unit results from the connection (parallel or series) of the individual energy storage cells integrated in the energy storage unit and is usually an integer multiple (>= 1) of the voltage of the individual energy storage cells. An energy storage cell is typically designed as a galvanic cell that has a structure in which a cell pole lies at one end and another cell pole lies at an opposite end. In particular, the energy storage cell has a positive cell pole at one end and a negative cell pole at an opposite end. The energy storage cells are preferably designed as lithium-based battery cells, for example Li-ion, Li cell polymer, Li metal or the like. However, the invention can also be used for energy storage units with Ni-Cd, Ni-Mh cells or other suitable types of cells. For example, common Li-lon energy storage cells with a cell voltage of 3.6 V result in voltage classes of 3.6 V, 7.2 V, 10.8 V, 14.4 V, 18 V, 36 V etc. One is preferred Energy storage cell is designed as an at least essentially cylindrical round cell, with the cell poles being arranged at ends of the cylindrical shape. However, the invention does not depend on the type and design of the energy storage cells used, but can be applied to any energy storage units and cells, for example, in addition to round cells, prismatic cells, pouch cells or the like. The DC voltage values are primarily based on the typical cell voltages of the energy storage cells used. For example, for pouch cells and/or cells with a different electrochemical composition, voltage values that differ from those of energy storage units equipped with Li-ion cells are possible.

Ist die Energiespeichereinheit als Wechselakkupack ausgebildet, kann sie über eine elektromechanische Schnittstellen des Wechselakkupacks mit einer entsprechend komplementären, elektromechanischen Schnittstelle des elektrischen Verbrauchers bzw. des Ladegeräts kraft- und/oder formschlüssig lösbar verbunden werden. Unter einer „lösbaren Verbindung“ soll insbesondere eine werkzeuglos - also von Hand - lösbare und herstellbare Verbindung verstanden werden. Die Ausgestaltung der elektromechanischen Schnittstellen und ihrer Aufnahmen zur kraft- und/oder formschlüssig lösbaren Verbindung sollen nicht Gegenstand dieser Erfindung sein. Ein Fachmann wird je nach Leistungs- bzw. Spannungsklasse eines elektrischen Verbrauchers und/oder eines Wechselakkupacks eine geeignete Ausführungsform für die elektromechanische Schnittstelle wählen, so dass hierauf nicht weiter im Detail eingegangen werden soll. Die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen sind daher nur exemplarisch zu verstehen. So können insbesondere auch Schnittstellen mit mehr als den dargestellten elektrischen Kontakten zum Einsatz kommen.If the energy storage unit is designed as a removable battery pack, it can be detachably connected in a non-positive and/or positive manner via an electromechanical interface of the removable battery pack to a correspondingly complementary electromechanical interface of the electrical consumer or the charger. A “detachable connection” should be understood to mean in particular a connection that can be detached and created without tools - i.e. by hand. The design of the electromechanical interfaces and their receptacles for non-positively and/or positively releasable connections should not be the subject of this invention. A person skilled in the art will select a suitable embodiment for the electromechanical interface depending on the power or voltage class of an electrical consumer and/or a removable battery pack, so this will not be discussed in further detail. The embodiments shown in the drawings are therefore only to be understood as examples. In particular, interfaces with more electrical contacts than those shown can be used.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Leiterplatte eine Leiterplattenebene aufspannt, wobei eine Längsachse der zumindest einen Energiespeicherzelle, insbesondere einer Mehrzahl von parallel angeordneten Energiespeicherzellen, senkrecht zu der Leiterplattenebene ausgerichtet ist. Zudem kann die Seitenkante zumindest im Bereich des zumindest einen Temperatursensors an eine Außenkontur der zumindest einen Energiespeicherzelle angepasst sein. Ergänzend oder alternativ weist die Seitenkante zumindest einen Kontaktpunkt mit der zumindest einen Energiespeicherzelle auf. Auf diese Weise ist ein optimaler thermischer Kontakt des an der Seitenkante positionierten Temperatursensors in Abhängigkeit von der äußeren Kontur der zumindest einen Energiespeicherzelle erzielbar.In a further embodiment, it is provided that the circuit board spans a circuit board plane, with a longitudinal axis of the at least one energy storage cell, in particular a plurality of energy storage cells arranged in parallel, being aligned perpendicular to the circuit board plane. In addition, the side edge can be adapted to an outer contour of the at least one energy storage cell, at least in the area of the at least one temperature sensor. Additionally or alternatively, the side edge has at least one contact point with the at least one energy storage cell. In this way, an optimal thermal contact of the temperature sensor positioned on the side edge can be achieved depending on the outer contour of the at least one energy storage cell.

Weiterhin kann der thermische Kontakt zwischen dem zumindest einen Temperatursensor und der zumindest einen Energiespeicherzelle dadurch verbessert werden, dass die Leiterplatte in der Umgebung des zumindest einen ersten Temperatursensors zumindest eine Aussparung aufweist, die eine Federkraft der Seitenkante gegenüber der zumindest einen Energiespeicherzelle derart bewirkt, dass die zumindest eine Energiespeicherzelle die Seitenkante und/oder die Aussparung im montierten Zustand der Leiterplatte durch eine Druckkraft verformt. Im Falle einer Verformung der Seitenkante, ist diese bevorzugt in der Leiterplattenebene gestaucht ausgebildet. Durch die Druckkraft und die dieser entgegen wirkenden Federkraft, wird der zumindest eine Temperatursensor stets optimal an der Energiespeicherzelle gehalten. Weiterhin kann die Aussparung eine thermische Entkopplung des zumindest einen Temperatursensors von der restlichen Leitplatte bewirken.Furthermore, the thermal contact between the at least one temperature sensor and the at least one energy storage cell can be improved in that the circuit board has at least one recess in the vicinity of the at least one first temperature sensor, which causes a spring force of the side edge relative to the at least one energy storage cell in such a way that at least one energy storage cell deforms the side edge and / or the recess in the assembled state of the circuit board by a compressive force. In the event of a deformation of the side edge, it is preferably designed to be compressed in the plane of the circuit board. Due to the pressure force and the spring force acting against it, the at least one temperature sensor is always optimally held on the energy storage cell. Furthermore, the recess can cause thermal decoupling of the at least one temperature sensor from the rest of the guide plate.

Mit besonderem Vorteil ist der zumindest eine erste Temperatursensor als ein SMD-Bauelement ausgebildet, das auf der zumindest einen Leiterplattenschicht oder direkt in einer Aussparung der Seitenkante angeordnet ist. SMD-Bauelemente sind sehr kompakt ausgestaltet und erlauben daher eine besonders platzsparende und in der Serienfertigung kostengünstige Montage.With particular advantage, the at least one first temperature sensor is designed as an SMD component which is arranged on the at least one circuit board layer or directly in a recess in the side edge. SMD components are designed to be very compact and therefore allow assembly to be particularly space-saving and cost-effective in series production.

Die thermische Kopplung kann weiterhin dadurch verbessert werden, dass die Seitenkante zumindest in der unmittelbaren Umgebung des zumindest einen ersten Temperatursensors eine thermisch leitfähige Beschichtung aufweist.The thermal coupling can be further improved in that the side edge has a thermally conductive coating at least in the immediate vicinity of the at least one first temperature sensor.

Eine ergänzende Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein weiterer Temperatursensor an der Seitenkante oder einer weiteren Seitenkante der Leiterplatte angeordnet ist, wobei der weitere Temperatursensor derart von dem ersten Temperatursensor beabstandet ist, dass er die Temperatur einer weiteren Energiespeicherzelle, insbesondere weitestgehend unabhängig von der ersten Energiespeicherzelle, erfasst. Somit können mehrere Energiespeicherzellen im Sinne eines thermischen Single Cell Monitorings überwacht und ggf. bei Über- bzw. Unterschreitung vorgegebener Temperaturgrenzwerte separat über entsprechende Schaltelemente auf der Leiterplatte deaktiviert werden.A supplementary embodiment of the invention provides that a further temperature sensor is arranged on the side edge or a further side edge of the circuit board, the further temperature sensor being spaced from the first temperature sensor in such a way that it determines the temperature of a further energy storage cell, in particular largely independently of the first Energy storage cell, recorded. This means that several energy storage cells can be monitored in the sense of thermal single cell monitoring and, if necessary, deactivated separately via corresponding switching elements on the circuit board if the specified temperature limit values are exceeded or fallen below.

Um eine Verfälschung der Temperaturerfassung zu reduzieren oder zu vermeiden, kann zudem vorgesehen sein, dass die Leiterplatte in der Umgebung des zumindest einen ersten Temperatursensors und/oder des weiteren Temperatursensors zumindest eine weitere Aussparung zur thermischen Entkopplung aufweist.In order to reduce or avoid falsification of the temperature detection, it can also be provided that the circuit board has at least one further recess for thermal decoupling in the vicinity of the at least one first temperature sensor and/or the further temperature sensor.

In der Regel sind die elektrischen Zellpole zumindest zweier Energiespeicherzellen der Energiespeichereinheit über zumindest einen Zellverbinder elektrisch leitend in einer Reihen- oder Parallelschaltung miteinander verbunden. Die elektrische Anbindung der Zellverbinder an die elektrischen Zellpole erfolgt dabei mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, beispielsweise durch Löten, Kaltschwei-ßen oder dergleichen. Die Zellverbinder sind als flache Stanzbleche bzw. - laschen ausgebildet, die ihrerseits elektrisch mit einer Leiterplatte (PCB - Printed Circuit Board) der Energiespeichereinheit zur Überwachung der Energiespeicherzellen über elektrische Anschlusspunkte der Leiterplatte verbunden sind. Die elektrische Verbindung zwischen den Anschlusspunkten der Leiterplatte und den Zellverbindern erfolgt ebenfalls stoffschlüssig mittels elektrischer Kabel, Flachbandleitungen, Bonddrähte, Stanzgitter oder dergleichen. Zum Teil kommen auch flexible Leiterplatten (FPC) zum Einsatz.As a rule, the electrical cell poles of at least two energy storage cells of the energy storage unit are electrically connected to one another in a series or parallel connection via at least one cell connector. The electrical connection of the cell connectors to the electrical cell poles takes place by means of a cohesive connection, for example by soldering, cold welding or the like. The cell connectors are designed as flat stamped sheets or tabs, which in turn are electrically connected to a printed circuit board (PCB) of the energy storage unit for monitoring the energy storage cells via electrical connection points on the circuit board. The electrical connection between the connection points of the circuit board and the cell connectors is also made cohesively using electrical cables, ribbon cables, bonding wires, lead frames or the like. Flexible printed circuit boards (FPC) are also sometimes used.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann die Aufgabe daher darin gesehen werden, eine besonders robuste elektrische Anbindung einzelner Energiespeicherzellen einer Energiespeichereinheit an die Leiterplatte in Verbindung mit einer möglichst einfachen Herstellung der Energiespeichereinheit zu erzielen.In an alternative embodiment of the invention, the object can therefore be seen in achieving a particularly robust electrical connection of individual energy storage cells of an energy storage unit to the circuit board in conjunction with the simplest possible production of the energy storage unit.

Zur Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, dass die Leiterplatte samt der elektrischen Anschlusspunkte, insbesondere vollständig, von einer Vergussmasse umgeben ist. Auf diese Weise kann einerseits ein guter Schutz der elektrischen Verbindungen zwischen Leiterplatte und Zellverbinder vor Verschmutzungen und Nebenschlüssen erzielt und anderseits ein aufwändiges und fehleranfälliges Löten während der Montage der Energiespeichereinheit vermieden werden.To solve the problem, it is provided that the circuit board, including the electrical connection points, is surrounded, in particular completely, by a casting compound. In this way, on the one hand, good protection of the electrical connections between the circuit board and cell connector against contamination and shunts can be achieved and, on the other hand, complex and error-prone soldering can be avoided during assembly of the energy storage unit.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vergussmasse aus einem Low-Pressure-Molding-Thermoplast gebildet ist. Beim Low-Pressure-Molding wird die Leiterplatte samt ihrer elektrischen Anschlusspunkte in eine Negativ-Gussform eingelegt, die anschließend mit einem heißen, viskosen Polymer gefüllt wird. Nach dem Erkalten des Polymers entsteht dann eine robuste und teilweise elastische Hülle, die einen sehr guter Schutz gegen Korrosionen, hervorgerufen durch Feuchtigkeit, Fingerabdrücke oder dergleichen, gewährleistet. Alternativ ist es auch denkbar, dass die Vergussmasse mit entsprechenden Vorteilen aus einer Silikonmasse gebildet ist.In a further development of the invention it is provided that the casting compound is formed from a low-pressure molding thermoplastic. In low-pressure molding, the circuit board and its electrical connection points are placed in a negative mold, which is then filled with a hot, viscous polymer. After the polymer has cooled, a robust and partially elastic shell is created, which ensures very good protection against corrosion caused by moisture, fingerprints or the like. Alternatively, it is also conceivable that the casting compound is formed from a silicone compound with corresponding advantages.

Ergänzend weist zumindest einer der Zellverbinder einen elektrischen Abgriff für eine Einzelzellüberwachung (Single Cell Monitoring - SCM) der Energiespeicherzellen auf. Da während der Montage der Energiespeichereinheit keine zusätzliche stoffschlüssige Verbindung für den SCM-Abgriff mehr notwendig ist, ist dieser zumindest teilweise gegen Verschmutzungen und/oder Korrosionen geschützt, so dass das Risiko einer unerwünschten Entladung der Energiespeichereinheit oder einzelner Energiespeicherzellen deutlich reduziert werden kann.In addition, at least one of the cell connectors has an electrical tap for single cell monitoring (SCM) of the energy storage cells. Since an additional cohesive connection is no longer necessary for the SCM tap during assembly of the energy storage unit, it is at least partially protected against contamination and/or corrosion, so that the risk of an unwanted discharge of the energy storage unit or individual energy storage cells can be significantly reduced.

Weiterhin ist vorgesehen, dass zumindest einer der Zellverbinder einen Toleranzausgleich zur Anpassung an eine Länge der Energiespeicherzellen aufweist. Da die elektrische Verbindung der Zellverbinder zur Leiterplatte bereits bei deren Bestückung erfolgt und die einzelnen Bauteile jeweils feste Längen aufweisen, ergibt sich durch den Toleranzausgleich die Möglichkeit, etwaige Längentoleranzen der Energiespeicherzellen, der Leiterplatte und/oder ihrer Verbindungsstellen auszugleichen. Dabei kann der Toleranzausgleich des Zellverbinders parallel zu einer Längsachse der jeweiligen Energiespeicherzelle als ein U-förmiger, ein zickzack- oder wellenförmiger Falz ausgebildet sein.Furthermore, it is provided that at least one of the cell connectors has a tolerance compensation for adapting to a length of the energy storage cells. Since the cell connectors are electrically connected to the circuit board when they are assembled and the individual components each have fixed lengths, tolerance compensation makes it possible to compensate for any length tolerances in the energy storage cells, the circuit board and/or their connection points. The tolerance compensation of the cell connector can be designed parallel to a longitudinal axis of the respective energy storage cell as a U-shaped, a zigzag or wave-shaped fold.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichereinheit für einen elektrischen Verbraucher, mit einer Mehrzahl von Energiespeicherzellen, wobei jede Energiespeicherzelle zwei elektrische Zellpole aufweist und die elektrischen Zellpole zumindest zweier Energiespeicherzellen über zumindest einen Zellverbinder elektrisch leitend in einer Reihen- oder Parallelschaltung miteinander verbunden sind, und mit einer Leiterplatte, die zumindest einen elektrischen Anschlusspunkt zur elektrisch leitenden Verbindung des zumindest einen Zellverbinders aufweist. Mit den eingangs erwähnten Vorteilten wird der zumindest eine Zellverbinder in einem Verfahrensschritt zunächst mit dem elektrischen Anschlusspunkt elektrisch, insbesondere stoffschlüssig, verbunden. In nachfolgenden Verfahrensschritten wird die Leiterplatte dann samt des zumindest einen elektrischen Anschlusspunkts mit einer Vergussmasse, insbesondere vollständig, vergossen und parallel einer Längsachse der Energiespeicherzellen angeordnet, um den zumindest einen Zellverbinder mit den elektrischen Zellpolen zumindest zweier Energiespeicherzellen stoffschlüssig zu verbinden. Unter einer stoffschlüssigen Verbindung soll im Kontext der Erfindung insbesondere eine elektrische Verbindung verstanden werden, die durch Löten, Kaltschweißen oder dergleichen erzeugt wurde.The invention also relates to a method for producing an energy storage unit for an electrical consumer, with a plurality of energy storage cells, each energy storage cell having two electrical cell poles and the electrical cell poles of at least two energy storage cells being electrically conductively connected to one another in a series or parallel circuit via at least one cell connector , and with a circuit board, which has at least one electrical connection point for the electrically conductive connection of the at least one cell connector. With the advantages mentioned at the beginning, the at least one cell connector is first electrically, in particular cohesively, connected to the electrical connection point in one method step. In subsequent method steps, the circuit board, together with the at least one electrical connection point, is then cast with a casting compound, in particular completely, and arranged parallel to a longitudinal axis of the energy storage cells in order to connect the at least one cell connector to the electrical cell poles of at least two energy storage cells in a materially bonded manner. In the context of the invention, a cohesive connection is intended to mean, in particular, an electrical connection that was created by soldering, cold welding or the like.

In einem Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ergänzend vorgesehen, dass die Leiterplatte vor dem Vergießen mit der Vergussmasse mittels einer flexiblen Leitung, insbesondere einem mehradrigen Flachbandkabel, mit zumindest einer weiteren Leiterplatte elektrisch verbunden wird. Die weitere Leiterplatte kann beispielsweise eine Mehrzahl elektrischer Kontakte der elektromechanischen Schnittstelle der als Wechselakkupack ausgebildeten Energiespeichereinheit zur Kontaktierung mit dem Elektrischer Verbraucher oder einem Ladegerät aufweisen. Nach dem Vergießen mit der Vergussmasse werden die Leiterplatte und die zumindest eine weitere Leiterplatte dann in einem Verfahrensschritt im Wesentlichen rechtwinklig zueinander um die Energiespeicherzellen angeordnet. Statt einer flexiblen Leitung kann die weitere Leiterplatte auch als flexible Leiterplatte ausgebildet und direkt mit der Leiterplatte elektrisch, insbesondere stoffschlüssig, verbunden sein.In a method step of the method according to the invention, it is additionally provided that the circuit board is electrically connected to at least one further circuit board by means of a flexible line, in particular a multi-core ribbon cable, before casting with the potting compound. The further printed circuit board can, for example, have a plurality of electrical contacts of the electromechanical interface of the energy storage unit designed as a removable battery pack for contacting the electrical consumer or a charger. After potting with the potting compound, the circuit board and the at least one further circuit board are then arranged essentially at right angles to one another around the energy storage cells in one method step. Instead of a flexible line, the further printed circuit board can also be designed as a flexible printed circuit board and connected directly to the printed circuit board electrically, in particular in a materially bonded manner.

In einer weiteren, alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann die Aufgabe darin gesehen werden, eine besonders robuste und zuverlässige Temperaturerfassung in einer Energiespeichereinheit für einen sicheren Betrieb in Verbindung mit einer möglichst einfachen Herstellung der Energiespeichereinheit zu erzielen.In a further, alternative embodiment of the invention, the object can be seen in achieving a particularly robust and reliable temperature detection in an energy storage unit for safe operation in conjunction with the simplest possible production of the energy storage unit.

Zur Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, dass der zumindest eine erste Temperatursensor und die Leiterplatte, insbesondere vollständig, von einer temperaturleitfähigen Vergussmasse umgeben sind, wobei die Vergussmasse derart ausgestaltet ist, dass sie mit der zumindest einen ersten Energiespeicherzelle, insbesondere an der Stelle des zumindest einen ersten Temperatursensors, in einen thermischen Kontakt tritt. Mit besonderem Vorteil kann so eine einfache und kostengünstige Herstellung der Energiespeichereinheit in Verbindung mit einer zuverlässigen und sicheren Temperaturüberwachung ermöglicht werden.To solve the problem, it is provided that the at least one first temperature sensor and the circuit board are, in particular completely, surrounded by a thermally conductive casting compound, the casting compound being designed in such a way that it is connected to the at least one first energy storage cell, in particular at the location of the at least one first temperature sensor, comes into thermal contact. With particular advantage, a simple and cost-effective production of the energy storage unit can be made possible in conjunction with reliable and safe temperature monitoring.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zumindest eine erste Temperatursensor auf einer Leiterplattenschicht der Leiterplatte angeordnet ist und die Vergussmasse auf einer der Leiterplattenschicht gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte im Bereich des zumindest einen ersten Temperatursensors eine Ausnehmung, insbesondere zur thermischen Isolierung der Leiterplatte oder des zumindest einen ersten Temperatursensors von einem Gehäuse der Energiespeichereinheit oder des elektrischen Verbrauchers, aufweist. In besonders vorteilhafter Weise kann dadurch die Wärmekapazität in unmittelbarer Nähe des Temperatursensors verringert werden, um Temperatureinflüsse weiterer Bauelemente und/oder des Gehäuses der Energiespeichereinheit oder des elektrischen Verbrauchers auf den Temperatursensor zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren.In a further development of the invention it is provided that the at least one first temperature sensor is arranged on a circuit board layer of the circuit board and the potting compound has a recess on a side of the circuit board opposite the circuit board layer in the area of the at least one first temperature sensor, in particular for the thermal insulation of the circuit board or the at least one first temperature sensor from a housing of the energy storage unit or the electrical consumer. In a particularly advantageous manner, the heat capacity in the immediate vicinity of the temperature sensor can be reduced in order to avoid or at least reduce the temperature influences of other components and/or the housing of the energy storage unit or the electrical consumer on the temperature sensor.

Die Ausnehmung kann derart ausgebildet sein, dass zwischen der Vergussmasse und dem Gehäuse ein Hohlraum gebildet ist, der zumindest im Bereich des zumindest einen ersten Temperatursensors einen Abstand der Vergussmasse zum Gehäuse definiert. Somit kann eine etwaige Beeinträchtigung der Temperaturmessung durch auf das Gehäuse einwirkenden Temperatureinflüsse weiter reduziert oder vermieden werden.The recess can be designed in such a way that a cavity is formed between the casting compound and the housing, which defines a distance between the casting compound and the housing at least in the area of the at least one first temperature sensor. This means that any impairment of the temperature measurement due to temperature influences acting on the housing can be further reduced or avoided.

Ergänzend kann auf der Leiterplatte ein weiterer Temperatursensor angeordnet sein, der von dem ersten Temperatursensor derart beabstandet ist, dass er die Temperatur einer weiteren Energiespeicherzelle erfasst, wobei der weitere Temperatursensor derart von der Vergussmasse umgeben ist, dass sie mit der weiteren Energiespeicherzelle, insbesondere an der Stelle des weiteren Temperatursensors, in einen thermischen Kontakt tritt. Somit können mehrere Energiespeicherzellen im Sinne eines thermischen Single Cell Monitorings überwacht und ggf. bei Über- bzw. Unterschreitung vorgegebener Temperaturgrenzwerte separat über entsprechende Schaltelemente auf der Leiterplatte deaktiviert werden. In addition, a further temperature sensor can be arranged on the circuit board, which is spaced from the first temperature sensor in such a way that it detects the temperature of a further energy storage cell, the further temperature sensor being surrounded by the casting compound in such a way that it communicates with the further energy storage cell, in particular on the Place of the further temperature sensor, comes into thermal contact. This means that several energy storage cells can be monitored in the sense of thermal single cell monitoring and, if necessary, deactivated separately via corresponding switching elements on the circuit board if the specified temperature limit values are exceeded or fallen below.

Zur Optimierung der thermischen Leitfähigkeit zwischen Temperatursensor und Energiespeicherzelle, sind die thermischen Kontaktflächen der Vergussmasse an eine Außenkontur der Energiespeicherzelle angepasst. Sind die Energiespeicherzellen beispielsweise als zylinderförmige Rundzellen ausgebildet, so ergibt sich eine optimierte Leitfähigkeit, wenn die thermischen Kontaktflächen der Vergussmasse eine dazu komplementäre, insbesondere konkave, Form aufweisen, um eine möglichst große Oberfläche zu bilden, die die Temperatur der Energiespeicherzellen an den Temperatursensoren weiterleitet. Zudem gestattet ein derartiger Formschluss eine vereinfachte Montage der Leiterplatte, da die entsprechend vorgeformte Vergussmasse eine reproduzierbare Positionierung an den Energiespeicherzellen bewirkt.To optimize the thermal conductivity between the temperature sensor and the energy storage cell, the thermal contact surfaces of the casting compound are adapted to an outer contour of the energy storage cell. If the energy storage cells are designed, for example, as cylindrical round cells, optimized conductivity results if the thermal contact surfaces of the casting compound have a complementary, in particular concave, shape in order to form the largest possible surface, which knows the temperature of the energy storage cells at the temperature sensors derived. In addition, such a positive connection allows simplified assembly of the circuit board, since the correspondingly preformed potting compound causes reproducible positioning on the energy storage cells.

Eine alternative oder ergänzende Möglichkeit zur Reduzierung oder Vermeidung der Beeinträchtigung der Temperaturmessung durch auf das Gehäuse einwirkenden Temperatureinflüsse ist möglich, indem die Vergussmasse an einer der zumindest einen ersten Energiespeicherzelle abgewandten Seite zumindest einen vorstehenden Anlagepunkt für das Gehäuse der Energiespeichereinheit oder des elektrischen Verbrauchers zur Bildung eines Luftspalts zwischen Gehäuse und Vergussmasse aufweist. Der Luftspalt kann auch durch zwei Anlagepunkte der Vergussmasse gebildet werden, wobei die Temperatursensoren in Wesentlichen mittig zwischen den beiden Anlagepunkten angeordnet sind.An alternative or additional possibility for reducing or avoiding the impairment of the temperature measurement due to temperature influences acting on the housing is possible in that the casting compound on a side facing away from the at least one first energy storage cell has at least one protruding contact point for the housing of the energy storage unit or the electrical consumer to form a Air gap between the housing and the casting compound. The air gap can also be formed by two contact points of the casting compound, with the temperature sensors being arranged essentially centrally between the two contact points.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vergussmasse als ein elastisches Thermoplast ausgebildet ist. Eine derartiges Thermoplast kann beispielsweise durch ein so genanntes Low-Pressure-Molding hergestellt werden. Dabei wird die Leiterplatte samt ihrer elektrischen Anschlusspunkte in eine Negativ-Gussform eingelegt, die anschließend mit einem heißen, viskosen Polymer gefüllt wird. Nach dem Erkalten des Polymers entsteht dann eine robuste und teilweise elastische Hülle, die einen sehr guter Schutz gegen Korrosionen, hervorgerufen durch Feuchtigkeit, Fingerabdrücken oder dergleichen, gewährleistet. Durch die Elastizität des Thermoplasts können Toleranzen zwischen der Leiterplatte bzw. dem Temperatursensor und der Energiespeicherzelle ausgeglichen werden, was die thermische Leitfähigkeit verbessert.In a further development of the invention it is provided that the casting compound is designed as an elastic thermoplastic. Such a thermoplastic can be produced, for example, by so-called low-pressure molding. The circuit board and its electrical connection points are placed in a negative mold, which is then filled with a hot, viscous polymer. After the polymer has cooled, a robust and partially elastic shell is created, which ensures very good protection against corrosion caused by moisture, fingerprints or the like. The elasticity of the thermoplastic allows tolerances between the circuit board or the temperature sensor and the energy storage cell to be compensated for, which improves thermal conductivity.

Um die Bauform der Energiespeichereinheit möglichst kompakt zu halten, ist die von der Vergussmasse umgebene Leiterplatte derart an zwei benachbarten Energiespeicherzellen angeordnet, dass sie nicht über eine durch die beiden Energiespeicherzellen in einem Querschnitt gebildete Hüllkurve hervorsteht.In order to keep the design of the energy storage unit as compact as possible, the circuit board surrounded by the casting compound is arranged on two adjacent energy storage cells in such a way that it does not protrude beyond an envelope curve formed by the two energy storage cells in a cross section.

AusführungsbeispieleExamples of embodiments

Zeichnungdrawing

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 bis 13 beispielhaft erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile mit einer gleichen Funktionsweise hindeuten.The invention is explained below using the 1 to 13 explained by way of example, with the same reference numbers in the figures indicating the same components with the same functionality.

Es zeigen

  • 1: einen als Bohrhammer ausgestalteten elektrischer Verbraucher nach dem Stand der Technik in einer perspektivischen Ansicht,
  • 2: einen als Multitool ausgestalteten elektrischer Verbraucher nach dem Stand der Technik in einer perspektivischen Ansicht,
  • 3: eine als 12V-Wechselakkupack ausgestaltete Energiespeichereinheit nach dem Stand der Technik in einer perspektivischen Ansicht,
  • 4: eine als 18V-Wechselakkupack ausgestaltete Energiespeichereinheit nach dem Stand der Technik in einer perspektivischen Ansicht,
  • 5: ein erstes Ausführungsbeispiel des Innenteils der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit in einer perspektivischen Ansicht vor (5a) und nach seiner Montage (5b),
  • 6: eine Detailansicht des Innenteils der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit gemäß 5,
  • 7: einen Zellverbinder der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit gemäß der 5 und 6 in einer perspektivischen Ansicht,
  • 8: einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Energiespeichereinheit auf ungefährer Höhe der halben Länge der Energiespeichereinheit,
  • 9: eine Detailansicht des Innenteils der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit gemäß der 5 bis 8 in einer perspektivischen Ansicht,
  • 10: ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit in einer Frontalansicht,
  • 11: Detailansichten diverser alternativer Ausgestaltungsformen (11a bis 11d) einer Leiterplatte der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit gemäß 10,
  • 12: eine Detailansicht einer weiteren Ausgestaltungsform der Leiterplatte der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit gemäß 10 und
  • 13: Detailansichten diverser alternativer Ausgestaltungsformen (13a bis 13d) einer Seitenkante der Leiterplatte der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit gemäß 10.
Show it
  • 1 : a perspective view of an electrical consumer designed as a hammer drill according to the state of the art,
  • 2 : a perspective view of a state-of-the-art electrical consumer designed as a multitool,
  • 3 : a perspective view of a state-of-the-art energy storage unit designed as a 12V removable battery pack,
  • 4 : a perspective view of a state-of-the-art energy storage unit designed as an 18V removable battery pack,
  • 5 : a first exemplary embodiment of the inner part of the energy storage unit according to the invention in a perspective view ( 5a) and after its assembly ( 5b) ,
  • 6 : a detailed view of the inner part of the energy storage unit according to the invention 5 ,
  • 7 : a cell connector of the energy storage unit according to the invention according to 5 and 6 in a perspective view,
  • 8th : a section through the energy storage unit according to the invention at approximately half the length of the energy storage unit,
  • 9 : a detailed view of the inner part of the energy storage unit according to the invention according to 5 to 8 in a perspective view,
  • 10 : a further exemplary embodiment of the energy storage unit according to the invention in a front view,
  • 11 : Detailed views of various alternative designs ( 11a to 11d ) a circuit board of the energy storage unit according to the invention 10 ,
  • 12 : a detailed view of a further embodiment of the circuit board of the energy storage unit according to the invention 10 and
  • 13 : Detailed views of various alternative designs ( 13a to 13d ) a side edge of the circuit board of the energy storage unit according to the invention 10 .

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments

In 1 ist exemplarisch ein elektrischer Verbraucher 10 dargestellt, der als ein Bohrhammer 12 mit einem Gehäuse 14 ausgebildet ist. Neben einem nicht näher gezeigten Schlagwerk, das über einen ebenfalls nicht näher gezeigten Elektromotor, insbesondere einem bürstenlosen Gleichstrommotor (Electrically Commuted - EC bzw. Brushless Direct Current - BLDC), angetrieben wird, ist in dem Gehäuse 14 des Bohrhammers 12 eine Energiespeichereinheit 16 zur Energieversorgung des Elektromotors und einer diesen ansteuernden Elektronik (nicht dargestellt) angeordnet, wobei die Energiespeichereinheit 16 als ein fest integrierter, vom Bediener nicht wechselbarer Akkupack 18 ausgebildet ist. Der Akkupack 16 kann eine einzelne Energiespeicherzelle 20 oder eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen 20 (vgl. 5, 8 und 10) umfassen. Wie bereits eingangs erwähnt, ergibt sich die Batteriespannung UBatt der Energiespeichereinheit 18 in der Regel aus einem ganzzahligen Vielfachen (>= 1) der Einzel- bzw. Zellspannungen UCell der Energiespeicherzellen 20 in Abhängigkeit von ihrer Verschaltung (parallel oder seriell). Bevorzugt sind die Energiespeicherzellen 20 als lithiumbasierte Akkuzellen, z.B. Li-Ion, Li-Po, Li-Metall oder dergleichen, ausgebildet. Die Erfindung ist aber auch für Energiespeichereinheiten 18 mit Ni-Cd-, Ni-MH-Zellen oder andere geeignete Zellenarten anwendbar.In 1 An example of an electrical consumer 10 is shown, which is designed as a hammer drill 12 with a housing 14. In addition to a percussion mechanism, not shown in detail, which is above An electric motor, also not shown in detail, in particular a brushless direct current motor (Electrically Commuted - EC or Brushless Direct Current - BLDC), is driven, in the housing 14 of the hammer drill 12 there is an energy storage unit 16 for supplying energy to the electric motor and electronics that control it (not shown), the energy storage unit 16 being designed as a permanently integrated battery pack 18 that cannot be changed by the operator. The battery pack 16 can have a single energy storage cell 20 or a plurality of energy storage cells 20 (cf. 5 , 8th and 10 ). As already mentioned at the beginning, the battery voltage U Batt of the energy storage unit 18 usually results from an integer multiple (>= 1) of the individual or cell voltages U Cell of the energy storage cells 20 depending on their connection (parallel or series). The energy storage cells 20 are preferably designed as lithium-based battery cells, for example Li-ion, Li-Po, Li-metal or the like. However, the invention can also be used for energy storage units 18 with Ni-Cd, Ni-MH cells or other suitable types of cells.

Die Drehzahl und/oder das Drehmoment des als EC-Motor ausgebildeten Elektromotors kann beispielsweise mittels der Elektronik und einem von dieser angesteuerten Inverter (z.B. eine aus Halbleiterschaltern bestehende H-Brücke, B6-Brücker oder dergleichen) per Pulsweitenmodulation (PWM) in Abhängigkeit von einem Hauptschalter 22 gesteuert oder geregelt werden. Da dem Fachmann die Funktionsweise einer PWM-Ansteuerung bekannt ist, soll hierauf nicht weiter im Detail eingegangen werden. Zudem sind ohne Einschränkung der Erfindung auch andere Steuer- oder Regelverfahren für entsprechende Elektromotoren bekannt.The speed and/or the torque of the electric motor designed as an EC motor can be controlled, for example, by means of the electronics and an inverter controlled by it (e.g. an H-bridge, B6 bridge or the like consisting of semiconductor switches) via pulse width modulation (PWM) depending on a Main switch 22 can be controlled or regulated. Since the person skilled in the art knows how a PWM control works, this will not be discussed in further detail. In addition, other control or regulation methods for corresponding electric motors are also known without restricting the invention.

2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen elektrischen Verbraucher 10 in Gestalt eines elektromotorisch angetriebenen Multitools 24. Statt eines einzelnen Hauptschalters 22 ist dieser in einen auf der Oberseite des Gehäuses 14 angeordneten, reinen An-Aus-Schalter und einen seitlich am Gehäuse 14 angeordneten Drehzahlregler aufgeteilt. Ein weiterer, wesentlicher Unterschied zu dem in 1 dargestellten Bohrhammer 12 liegt in der Wechselbarkeit der als Wechselakkupack 26 ausgebildeten Energiespeichereinheit 16. Zur werkzeuglos - also von Hand - lösbaren Verbindung mit dem Multitool 24 weist der Wechselakkupack 26 eine elektromechanische Schnittstelle 28 (vgl. hierzu die nachfolgenden Ausführungen gemäß der 3 und 4) auf, die in eine als Einsteckaufnahme ausgebildete, elektromechanische Schnittstelle 30 des Multitools 24 einsteckbar ist. Ist der Wechselakkupack 26 vollständig eingesteckt, kann er das Multitool 26 bzw. dessen Elektromotor und Elektronik mit der benötigten Batteriespannung UBatt versorgen. Unter einem eingesteckten Wechselakkupack 26 soll insbesondere ein Wechselakkupack 26 verstanden werden, dessen elektromechanische Schnittstelle 28 im mit dem elektrischen Verbraucher 10 verbundenen Zustand mit der entsprechend komplementären, elektromechanischen Schnittstelle 30 des elektrischen Verbrauchers 10 verbunden ist. 2 shows a further exemplary embodiment for an electrical consumer 10 in the form of an electric motor-driven multitool 24. Instead of a single main switch 22, this is divided into a pure on-off switch arranged on the top of the housing 14 and a speed controller arranged on the side of the housing 14. Another significant difference to that in 1 The hammer drill 12 shown lies in the interchangeability of the energy storage unit 16, which is designed as a removable battery pack 26. For the connection to the multitool 24 that can be detached without tools - i.e. by hand - the removable battery pack 26 has an electromechanical interface 28 (cf. the following statements in accordance with 3 and 4 ), which can be inserted into an electromechanical interface 30 of the multitool 24 designed as a plug-in receptacle. If the removable battery pack 26 is fully inserted, it can supply the multitool 26 or its electric motor and electronics with the required battery voltage U Batt . An inserted removable battery pack 26 is to be understood in particular as a removable battery pack 26, the electromechanical interface 28 of which, when connected to the electrical consumer 10, is connected to the correspondingly complementary, electromechanical interface 30 of the electrical consumer 10.

Es sei nochmals angemerkt, dass die Erfindung auch auf elektrische Verbraucher anwendbar ist, die rein ohmsche und/oder kapazitive, elektrische Lasten aufweisen, so dass die hier gezeigten Elektrowerkzeugmaschinen lediglich exemplarisch zu verstehen sind und primär zur Verdeutlichung der unterschiedlichen Arten von Energiespeichereinheiten 20 und ihrer Anwendung dienen sollen.It should be noted again that the invention is also applicable to electrical consumers that have purely ohmic and/or capacitive electrical loads, so that the electric machine tools shown here are only to be understood as examples and primarily to illustrate the different types of energy storage units 20 and their application.

In den 3 und 4 sind zwei unterschiedliche Wechselakkupacks 26 in perspektivischen Ansichten gezeigt. Die Wechselakkupacks 26 unterscheiden sich neben ihrer charakteristischen Form insbesondere in ihrer Batteriespannung UBatt, Kapazität sowie in ihren elektromechanischen Schnittstellen 28.In the 3 and 4 Two different removable battery packs 26 are shown in perspective views. In addition to their characteristic shape, the removable battery packs 26 differ in particular in their battery voltage U Batt , capacity and in their electromechanical interfaces 28.

3 zeigt einen Wechselakkupack 26 mit einer Batteriespannung UBatt von 10,8 V (nominell 12 V). Der Wechselakkupack 26 weist ein Gehäuse 14 auf, in welchem drei zylinderförmige Energiespeicherzellen 20 (vgl. 5 und 8) mit einer jeweiligen Zellspannung UCell von 3,6 V angeordnet und elektrisch in Reihe geschaltet sind. Der Wechselakkupack 26 ist derart ausgebildet, dass er in den in 2 gezeigten, als Multitool 24 ausgebildeten elektrischen Verbraucher 10 werkzeuglos lösbar eingesteckt werden kann. 3 shows a removable battery pack 26 with a battery voltage U Batt of 10.8 V (nominal 12 V). The removable battery pack 26 has a housing 14 in which three cylindrical energy storage cells 20 (cf. 5 and 8th ) are arranged with a respective cell voltage U Cell of 3.6 V and are electrically connected in series. The removable battery pack 26 is designed in such a way that it can be inserted into the in 2 shown, designed as a multitool 24 electrical consumer 10 can be releasably plugged in without tools.

Der Wechselakkupack 26 weist an einem Ende einen elektrischen Kontaktteil 32 der elektromechanischen Schnittstelle 28 auf, der zwei elektrische Kontakte 34, die als Energieversorgungskontakte 36 ausgebildet sind, und drei weitere, als Signal- bzw. Datenkontakte 38 ausgebildete elektrische Kontakt 34 umfasst. Über die Energieversorgungskontakte 36 kann der elektrische Verbraucher 10 bzw. das Multitool 24 einerseits mit Energie versorgt werden. Andererseits ist hierüber auch ein Aufladen des Wechselakkupack 26 mittels eines nicht gezeigten Ladegeräts möglich. Über die Signal- bzw. Datenkontakte 38 können dem elektrischen Verbraucher 10 bzw. dem Ladegerät Informationen zu diversen Betriebsparametern des Wechselakkupacks 26, wie beispielsweise der Batteriespannung UBatt, den Zellspannungen UCell, einer im Wechselakkupack 26 gemessenen Temperatur T, eines Lade- oder Entladestroms I, einer Kodierung oder dergleichen, zur dortigen Auswertung übermittelt werden. Anhand dieser Betriebsparameter kann die Elektronik des elektrischen Verbrauchers 10 bzw. des Ladegeräts den Entlade- bzw. Ladevorgang steuern bzw. regeln.The removable battery pack 26 has at one end an electrical contact part 32 of the electromechanical interface 28, which comprises two electrical contacts 34, which are designed as power supply contacts 36, and three further electrical contacts 34, which are designed as signal or data contacts 38. On the one hand, the electrical consumer 10 or the multitool 24 can be supplied with energy via the energy supply contacts 36. On the other hand, it is also possible to charge the removable battery pack 26 using a charger (not shown). Via the signal or data contacts 38, the electrical consumer 10 or the charger can receive information about various operating parameters of the removable battery pack 26, such as the battery voltage U Batt , the cell voltages U Cell , a temperature T measured in the removable battery pack 26, a charging or discharging current I, a code or the like, are transmitted for evaluation there. Based on these operating parameters, the electronics of the electrical consumer 10 or of the charger control or regulate the discharging or charging process.

Auf einem dem Ende mit dem elektrischen Kontaktteil 32 der elektromechanischen Schnittstelle 28 gegenüberliegenden Ende des Wechselakkupacks 26 ist ein mechanischer Kontaktteil 40 zur werkzeuglos lösbaren mechanischen Verbindung des Wechselakkupacks 26 mit dem elektrischen Verbraucher 10 angeordnet. Der mechanische Kontaktteil 40 umfasst zwei federnde Rastnasen 42, die kraft- und formschlüssig mit dem Gehäuse 14 des elektrischen Verbrauchers 10 verbindbar sind. In der Regel ist im Ladegerät kein entsprechendes Verrasten notwendig, so dass die Rastnasen 42 dort nicht genutzt werden. Es ist aber denkbar, dass der Wechselakkupack 26 auch beim Ladevorgang im Ladegerät verrastet wird.On an end of the removable battery pack 26 opposite the end with the electrical contact part 32 of the electromechanical interface 28, a mechanical contact part 40 is arranged for the mechanical connection of the removable battery pack 26 to the electrical consumer 10, which can be detached without tools. The mechanical contact part 40 includes two resilient locking lugs 42, which can be connected to the housing 14 of the electrical consumer 10 in a force-fitting and positive manner. As a rule, no corresponding locking is necessary in the charger, so that the locking lugs 42 are not used there. However, it is conceivable that the removable battery pack 26 is also locked in the charger during the charging process.

In 4 ist ein Wechselakkupack 26 mit einer Batteriespannung UBatt von 18 V gezeigt. In dem Gehäuse 14 des Wechselakkupacks 26 sind zehn zylinderförmige Energiespeicherzellen 20 in zwei Lagen angeordnet. Jeweils zwei Energiespeicherzellen 20 sind parallel zu einem Zell-Cluster geschaltet. Die insgesamt fünf Zell-Cluster sind dann in Reihe geschaltet, so dass sich mit einer Zellspannung UCell von jeweils 3,6 V die resultierende Batteriespannung UBatt von 18 V ergibt. Auf der Außenfläche des Gehäuses 14 des Wechselakkupacks 26 ist eine Ladezustandsanzeige 44 angeordnet, über die der Ladezustand anzeigbar ist. Die elektromechanische Schnittstelle 28 des Wechselakkupacks 26 weist zwei Führungsschienen 46 auf, die beim Einschieben in korrespondierende Führungsnuten der elektromechanischen Schnittstelle 30 des elektrischen Verbrauchers 10 bzw. des Ladegeräts geführt werden. Zudem ist ein Verriegelungselement 48 vorgesehen, das zur Verriegelung des Wechselakkupacks 26 am elektrischen Verbraucher 10 ausgebildet ist. Das Verriegelungselement 48 ist als schwenkbares und federnd gelagertes Rastmittel ausgebildet, das am Ende des Einschiebvorgangs selbsttätig einrastet. Die Entriegelung des eingeschobenen Wechselakkupacks 26 kann über das Betätigen eines mechanischen Betätigungselements (nicht dargestellt) erfolgen, das auf einer der Ladezustandsanzeige 44 gegenüberliegenden Seite des Wechselakkupacks 26 angeordnet ist. Der elektrische Kontaktteil 32 der elektromechanischen Schnittstelle 28 ist zwischen den beiden Führungsschienen 46 angeordnet und weist eine Mehrzahl elektrischer Kontakte 34 zur Energie- und Datenübertragung entsprechend dem in 3 gezeigten Wechselakkupack 26 auf. Dabei ist insbesondere der Signal- bzw. Datenkontakt 38 als eine Spule ausgebildet, die die Betriebsparameter induktiv zum elektrischen Verbraucher 10 überträgt. Als elektrischer Kontakt 34 soll demnach auch ein Kontakt verstanden werden, der eine berührungslose Energie- und/oder Datenübertragung ermöglicht.In 4 A removable battery pack 26 is shown with a battery voltage U Batt of 18 V. Ten cylindrical energy storage cells 20 are arranged in two layers in the housing 14 of the removable battery pack 26. Two energy storage cells 20 are connected in parallel to form a cell cluster. The total of five cell clusters are then connected in series, so that with a cell voltage U Cell of 3.6 V each, the resulting battery voltage U Batt is 18 V. A charge status indicator 44 is arranged on the outer surface of the housing 14 of the removable battery pack 26, via which the charge status can be displayed. The electromechanical interface 28 of the removable battery pack 26 has two guide rails 46, which are guided when inserted into corresponding guide grooves of the electromechanical interface 30 of the electrical consumer 10 or the charger. In addition, a locking element 48 is provided, which is designed to lock the removable battery pack 26 on the electrical consumer 10. The locking element 48 is designed as a pivotable and resiliently mounted locking means which automatically locks into place at the end of the insertion process. The inserted removable battery pack 26 can be unlocked by activating a mechanical actuating element (not shown) which is arranged on a side of the removable battery pack 26 opposite the charge status indicator 44. The electrical contact part 32 of the electromechanical interface 28 is arranged between the two guide rails 46 and has a plurality of electrical contacts 34 for energy and data transmission according to the in 3 removable battery pack 26 shown. In particular, the signal or data contact 38 is designed as a coil that inductively transmits the operating parameters to the electrical consumer 10. An electrical contact 34 should therefore also be understood as a contact that enables contactless energy and/or data transmission.

5a zeigt den Innenteil des in 3 dargestellten Wechselakkupacks 26 vor dessen Montage. Der Wechselakkupack 26 umfasst drei Li-Ion-Energiespeicherzellen 20, die derart angeordnet sind, dass ihr Querschnitt eine im Wesentlichen dreieckförmige Außenkontur aufweist (vgl. hierzu auch 8). Jede Energiespeicherzelle 20 weist ihrerseits einen positiven und einen negativen Zellpol 50 an ihren Stirnseiten auf. In 5b ist der Wechselakkupack 26 nach dem Zusammenfügen des Innenteils dargestellt. Im Unterschied zu 3 weist der elektrische Kontaktteil 32 der elektromechanischen Schnittstelle 28 nur zwei statt drei Signal- bzw. Datenkontakte 38 auf. Die drei Energiespeicherzellen 20 werden mittels zweier Zellverbinder 52 in Reihe geschaltet, so dass sich mit einer Zellspannung UCell von jeweils 3,6 V eine Batteriespannung UBatt von 10,8 V ergibt. 5a shows the inside of the in 3 The removable battery pack 26 shown before its assembly. The removable battery pack 26 includes three Li-ion energy storage cells 20, which are arranged in such a way that their cross section has a substantially triangular outer contour (see also 8th ). Each energy storage cell 20 in turn has a positive and a negative cell pole 50 on its end faces. In 5b the removable battery pack 26 is shown after the inner part has been assembled. In contrast to 3 the electrical contact part 32 of the electromechanical interface 28 only has two instead of three signal or data contacts 38. The three energy storage cells 20 are connected in series using two cell connectors 52, so that with a cell voltage U Cell of 3.6 V each, a battery voltage U Batt of 10.8 V results.

Jeder Zellverbinder 52 ist als ein flaches Stanzblech ausgebildet, das gemäß 6 einerseits stoffschlüssig, beispielsweise mittels Löten, an einem ersten Ende 54 mit einem elektrischen Anschlusspunkt 56 einer Leiterplatte 58 elektrisch verbunden wird. Nachfolgend wird die Leiterplatte 58 samt ihrer elektrischen Anschlusspunkte 56 und den Enden 54 der Zellverbinder 52 mit einer Vergussmasse 60, insbesondere vollständig, vergossen. Die Vergussmasse 60 kann beispielsweise aus einem Low-Pressure-Molding-Thermoplast gebildet sein. Beim Low-Pressure-Molding wird die Leiterplatte 58 samt ihrer elektrischen Anschlusspunkte 56 in eine Negativ-Gussform eingelegt, die anschließend mit einem hei-ßen, viskosen Polymer gefüllt wird. Nach dem Erkalten des Polymers entsteht dann eine robuste und teilweise elastische Hülle, die einen sehr guter Schutz gegen Korrosionen, hervorgerufen durch Feuchtigkeit, Fingerabdrücke oder dergleichen, gewährleistet. Alternativ ist es auch denkbar, dass die Vergussmasse 60 aus einer Silikonmasse gebildet ist. 6 zeigt die Leiterplatte 58 samt ihrer elektrischen Anschlusspunkte 56 und den Enden 54 der Zellverbinder 52 nach dem Vergießen mit der Vergussmasse 60 in einer seitlichen Schnittdarstellung, wobei die Vergussmasse 60 zur besseren Veranschaulichung des Innenlebens gestrichelt dargestellt ist.Each cell connector 52 is designed as a flat stamped sheet according to 6 On the one hand, it is electrically connected at a first end 54 to an electrical connection point 56 of a circuit board 58 in a materially bonded manner, for example by means of soldering. Subsequently, the circuit board 58 together with its electrical connection points 56 and the ends 54 of the cell connectors 52 are cast, in particular completely, with a casting compound 60. The casting compound 60 can be formed, for example, from a low-pressure molding thermoplastic. In low-pressure molding, the circuit board 58 and its electrical connection points 56 are placed in a negative mold, which is then filled with a hot, viscous polymer. After the polymer has cooled, a robust and partially elastic shell is created, which ensures very good protection against corrosion caused by moisture, fingerprints or the like. Alternatively, it is also conceivable that the casting compound 60 is formed from a silicone compound. 6 shows the circuit board 58 together with its electrical connection points 56 and the ends 54 of the cell connectors 52 after casting with the casting compound 60 in a side sectional view, the casting compound 60 being shown in dashed lines to better illustrate the inner workings.

In einem nachfolgenden Schritt wird die vergossene Leiterplatte 58 mit Bezug auf 5a und 5b parallel einer Längsachse 62 der Energiespeicherzellen 20 angeordnet. Schließlich werden die als flache Stanzbleche bzw. -laschen ausgebildeten Zellverbinder 52 entsprechend 5b am Ende des Zusammenfügens des Innenteils stoffschlüssig per Kaltschweißverfahren über entsprechende Kontaktierungspunkte 64 (vgl. auch 7) mit den Zellpolen 50 der Energiespeicherzellen 20 verbunden.In a subsequent step, the potted circuit board 58 is referenced 5a and 5b arranged parallel to a longitudinal axis 62 of the energy storage cells 20. Finally, the cell connectors 52, which are designed as flat stamped sheets or tabs, become corresponding 5b At the end of assembling the inner part, materially bonded using cold welding via appropriate contact ation points 64 (see also 7 ) connected to the cell poles 50 of the energy storage cells 20.

Die Leiterplatte 58 kann bei Bedarf vor dem Vergießen mit der Vergussmasse 60 mittels einer flexiblen Leitung 66, insbesondere einem mehradrigen Flachbandkabel 68, mit zumindest einer weiteren Leiterplatte 70 elektrisch verbunden werden. Die weitere Leiterplatte 70 ist dabei insbesondere mit zwei weiteren Stanzblechen 72 verbunden, die zur elektrischen Verbindung des positiven Zellpols 50 der ersten Energiespeicherzelle 20 und des negativen Zellpols 50 der letzten Energiespeicherzelle 20 der Reihenschaltung mit dem positiven bzw. negativen Energieversorgungskontakt 36 der elektromechanischen Schnittstelle 28 dienen. Die beiden Energieversorgungskontakte 36 sind dazu direkt auf der weiteren Leiterplatte 70 aufgelötet, können aber auch mit entsprechenden Kabeln elektrisch verbunden sein. Entsprechendes gilt für die weiteren Stanzbleche 72. Die Leiterplatte 58 und die zumindest eine weitere Leiterplatte 70 werden schließlich nach dem jeweiligen Vergießen mit der Vergussmasse 60 im Wesentlichen rechtwinklig zueinander um die Energiespeicherzellen 20 angeordnet.If necessary, the circuit board 58 can be electrically connected to at least one further circuit board 70 by means of a flexible line 66, in particular a multi-core ribbon cable 68, before casting with the potting compound 60. The further circuit board 70 is in particular connected to two further stamped sheets 72, which serve to electrically connect the positive cell pole 50 of the first energy storage cell 20 and the negative cell pole 50 of the last energy storage cell 20 of the series connection to the positive or negative energy supply contact 36 of the electromechanical interface 28 . For this purpose, the two power supply contacts 36 are soldered directly onto the further circuit board 70, but can also be electrically connected with appropriate cables. The same applies to the further stamped sheets 72. The circuit board 58 and the at least one further circuit board 70 are finally arranged around the energy storage cells 20 essentially at right angles to one another after the respective casting with the casting compound 60.

Zumindest einer der Zellverbinder 52 weist einen SCM-Abgriff 74 für die Einzelzellüberwachung auf, der einstückig mit dem Zellverbinder 52 verbunden ist und vorzugsweise zwischen dem Ende 54 zur elektrischen Kontaktierung mit der Leiterplatte 58 und den Kontaktierungspunkte 64 zur elektrischen Kontaktierung mit den Zellpolen 50 der Energiespeicherzellen 20 angeordnet ist. Der SCM-Abgriff 74 ist stoffschlüssig, beispielsweise per Löten, mit einem Kabel (nicht gezeigt) verbunden, das seinerseits mit einer SCM-Vorstufe (nicht gezeigt) einer entsprechenden Elektronik verbunden ist, die entweder im Wechselakkupack 26 oder im elektrischen Verbraucher 10, falls dieser gemäß 1 einen fest integrierten Akkupack 18 aufweist, angeordnet ist. Zur Erfassung der einzelnen Zellspannungen UCell schaltet die SCM-Vorstufe, beispielsweise über integrierte Transistoren, derart sequenziell zwischen den einzelnen SCM-Abgriffen 74 der Zellverbinder 52 um, dass sie jeweils mit einem positiven und einem negativen Zellpol 50 der zu messenden Energiespeicherzelle 20 verbunden ist. Dabei soll der Begriff Energiespeicherzelle auch ein Zell-Cluster umfassen, da dieses lediglich Einfluss auf die Kapazität des Wechselakkupacks 10 hat, für die Erfassung der Zellspannungen UCell aber gleichbedeutend ist.At least one of the cell connectors 52 has an SCM tap 74 for individual cell monitoring, which is connected in one piece to the cell connector 52 and preferably between the end 54 for electrical contact with the circuit board 58 and the contact points 64 for electrical contact with the cell poles 50 of the energy storage cells 20 is arranged. The SCM tap 74 is cohesively connected, for example by soldering, to a cable (not shown), which in turn is connected to an SCM precursor (not shown) of corresponding electronics, which is either in the removable battery pack 26 or in the electrical consumer 10, if in accordance with this 1 has a permanently integrated battery pack 18, is arranged. To detect the individual cell voltages U Cell , the SCM precursor switches, for example via integrated transistors, sequentially between the individual SCM taps 74 of the cell connectors 52 in such a way that it is connected to a positive and a negative cell pole 50 of the energy storage cell 20 to be measured . The term energy storage cell should also include a cell cluster, since this only influences the capacity of the removable battery pack 10, but is synonymous with the detection of the cell voltages U Cell .

Die Elektronik des Wechselakkupacks 26 bzw. des elektrischen Verbrauchers 10 kann einen integrierten Schaltkreis in Form eines Mikroprozessors, ASICs, DSPs oder dergleichen zur Steuerung oder Regelung des Lade- bzw. Entladevorgangs aufweisen. Ebenso ist denkbar, dass die Steuerung oder Regelung mittels mehrerer Mikroprozessoren oder zumindest teilweise mittels diskreter Bauelemente mit entsprechender Transistorlogik erfolgt. Zudem kann die Elektronik einen Speicher zur Speicherung der Betriebsparameter aufweisen. Da derlei Elektroniken dem Fachmann bekannt sind, soll hierauf nicht weiter eingegangen werden.The electronics of the removable battery pack 26 or the electrical consumer 10 can have an integrated circuit in the form of a microprocessor, ASICs, DSPs or the like for controlling or regulating the charging or discharging process. It is also conceivable that the control or regulation takes place using several microprocessors or at least partially using discrete components with appropriate transistor logic. In addition, the electronics can have a memory for storing the operating parameters. Since such electronics are known to those skilled in the art, this will not be discussed further.

In 7 ist einer der Zellverbinder 52 in einer Detailansicht dargestellt. Dieser weist zumindest einen Toleranzausgleich 76 zur Anpassung an eine Länge L der Energiespeicherzellen 20 auf (vgl. 5a und 5b). Dabei ist der Toleranzausgleich 76 des Zellverbinders 52 parallel zu der Längsachse 62 der jeweiligen Energiespeicherzelle 20 als ein U-förmiger Falz 78 ausgebildet, wobei die Orientierung des Falzes 78 in Abhängigkeit der Raumverhältnisse und der Materialstärke des Stanzbleches unterschiedlich ausgestaltet sein kann. Statt eines U-förmiges Falzes ist auch ein zickzack- oder wellenförmiger Falz denkbar. Da die elektrische Verbindung der Zellverbinder 52 zur Leiterplatte 58 bereits bei deren Bestückung erfolgt und die einzelnen Bauteile jeweils feste Längen aufweisen, ergibt sich durch den Toleranzausgleich 76 die Möglichkeit, etwaige Längentoleranzen der Energiespeicherzellen 20, der Leiterplatte 58 und/oder ihrer Verbindungsstellen 54, 56 auszugleichen.In 7 one of the cell connectors 52 is shown in a detailed view. This has at least one tolerance compensation 76 for adapting to a length L of the energy storage cells 20 (cf. 5a and 5b) . The tolerance compensation 76 of the cell connector 52 is designed as a U-shaped fold 78 parallel to the longitudinal axis 62 of the respective energy storage cell 20, whereby the orientation of the fold 78 can be designed differently depending on the spatial conditions and the material thickness of the punched sheet. Instead of a U-shaped fold, a zigzag or wave-shaped fold is also conceivable. Since the electrical connection of the cell connectors 52 to the circuit board 58 occurs when they are assembled and the individual components each have fixed lengths, the tolerance compensation 76 makes it possible to compensate for any length tolerances of the energy storage cells 20, the circuit board 58 and/or their connection points 54, 56 to balance.

8 zeigt einen Querschnitt des Wechselakkupacks 26 durch die drei von dem Gehäuse 14 des Wechselakkupacks 26 umgebenen, in einem Dreieck angeordneten Energiespeicherzellen 20. Der gezeigte Schnitt befindet sich ungefähr auf Höhe der halben Länge L der Energiespeicherzellen 20 (vgl. 5). Um die Bauform des Wechselakkupacks 26 möglichst kompakt zu halten, ist die von der Vergussmasse 60 umgebene Leiterplatte 58 derart an zwei benachbarten Energiespeicherzellen 20 angeordnet, dass sie nicht über eine durch die Energiespeicherzellen 20 im Querschnitt gebildete Hüllkurve 80 hervorsteht. 8th shows a cross section of the removable battery pack 26 through the three energy storage cells 20 arranged in a triangle and surrounded by the housing 14 of the removable battery pack 26. The section shown is located approximately at the height of half the length L of the energy storage cells 20 (cf. 5 ). In order to keep the design of the removable battery pack 26 as compact as possible, the circuit board 58 surrounded by the casting compound 60 is arranged on two adjacent energy storage cells 20 in such a way that it does not protrude beyond an envelope curve 80 formed in cross section by the energy storage cells 20.

Mittels eines ersten Temperatursensors 82, der vorzugsweise als NTC ausgebildet und in SMD-Bauweise (Surface Mounted Device) auf einer Leiterplattenschicht 84 der Leiterplatte 58 angeordnet ist, kann die Temperatur T zumindest einer der Energiespeicherzellen 20 gemessen und von der Elektronik des Wechselakkupacks 26 bzw. des elektrischen Verbrauchers 10 oder des Ladegeräts ausgewertet werden. Dazu steht der erste Temperatursensor 82 im möglichst engen thermischen Kontakt mit der Energiespeicherzelle 20. Zudem ist er elektrisch mit einem der Signal- bzw. Datenkontakte 38 der elektromechanischen Schnittstelle 28 zur Übertragung der erfassten Temperatur T verbunden. Im Falle eines fest in den elektrischen Verbraucher 10 integrierten Akkupacks 18 kann der erste Temperatursensor 82 auch direkt mit der Elektronik des elektrischen Verbrauchers 10 verbunden sein. Die Leiterplatte 58 und der erste Temperatursensor 82 sind, insbesondere vollständig, von der Vergussmasse 60 umgeben. Zur besonders guten thermischen Anbindung des Temperatursensor 82 an die Energiespeicherzelle 20 ist die Vergussmasse 60 temperaturleitfähig ausgestaltet und tritt, insbesondere an der Stelle des Temperatursensors 82, mit der Energiespeicherzelle 20 in einen thermischen Kontakt.By means of a first temperature sensor 82, which is preferably designed as an NTC and is arranged in SMD construction (Surface Mounted Device) on a circuit board layer 84 of the circuit board 58, the temperature T of at least one of the energy storage cells 20 can be measured and transmitted by the electronics of the removable battery pack 26 or of the electrical consumer 10 or the charger can be evaluated. For this purpose, the first temperature sensor 82 is in the closest possible thermal contact with the energy storage cell 20. In addition, it is electrically connected to one of the signal or data contacts 38 of the electromechanical interface 28 for transmitting the detected temperature T. In the case of a battery pack 18 that is permanently integrated into the electrical consumer 10, the first temperature sensor 82 can also be connected directly to the electronics of the electrical consumer 10. The circuit board 58 and the first temperature sensor 82 are, in particular completely, surrounded by the casting compound 60. For a particularly good thermal connection of the temperature sensor 82 to the energy storage cell 20, the casting compound 60 is designed to be thermally conductive and comes into thermal contact with the energy storage cell 20, in particular at the location of the temperature sensor 82.

Neben dem ersten Temperatursensor 82 ist auf der Leiterplatte 58 noch ein weiterer Temperatursensor 86 angeordnet, der von dem ersten Temperatursensor 82 derart beabstandet ist, dass er die Temperatur T einer weiteren Energiespeicherzelle 20 erfasst. Der weitere Temperatursensor 86 ist entsprechend dem ersten Temperatursensor 82 derart von der temperaturleitfähigen Vergussmasse 60 umgeben, dass diese mit der weiteren Energiespeicherzelle 20, insbesondere an der Stelle des weiteren Temperatursensors 86, in einen möglichst guten, thermischen Kontakt tritt. Somit können beide Energiespeicherzellen 30 im Sinne eines thermischen Single Cell Monitorings überwacht und ggf. bei Über- bzw. Unterschreitung vorgegebener Temperaturgrenzwerte separat über entsprechende Schaltelemente auf der Leiterplatte 58, beispielsweise durch die SCM-Vorstufe, deaktiviert werden.In addition to the first temperature sensor 82, another temperature sensor 86 is arranged on the circuit board 58, which is spaced from the first temperature sensor 82 in such a way that it detects the temperature T of a further energy storage cell 20. The further temperature sensor 86 is, corresponding to the first temperature sensor 82, surrounded by the thermally conductive casting compound 60 in such a way that it comes into the best possible thermal contact with the further energy storage cell 20, in particular at the location of the further temperature sensor 86. Thus, both energy storage cells 30 can be monitored in the sense of thermal single cell monitoring and, if necessary, deactivated separately via corresponding switching elements on the circuit board 58, for example by the SCM preliminary stage, if predetermined temperature limit values are exceeded or undershot.

Zur Optimierung der thermischen Leitfähigkeit zwischen den Temperatursensoren 82, 86 und den Energiespeicherzellen 20 sind die thermischen Kontaktflächen 88 der temperaturleitfähigen Vergussmasse 60 an eine Außenkontur 90 der Energiespeicherzellen 20 angepasst. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Energiespeicherzellen 20 als zylinderförmige Rundzellen ausgebildet. Somit ergibt sich eine optimierte thermische Leitfähigkeit, wenn die thermischen Kontaktflächen 88 der temperaturleitfähigen Vergussmasse 60 eine dazu komplementäre, konkave Form aufweisen, um eine möglichst große Oberfläche zu bilden, die die Temperatur T der Energiespeicherzellen 20 an die Temperatursensoren 82, 86 weiterleitet. Zudem gestattet ein derartiger Formschluss eine vereinfachte Montage der vergossenen Leiterplatte 58, da die entsprechend vorgeformte Vergussmasse 60 eine reproduzierbare Positionierung an den Energiespeicherzellen 20 bewirkt. Wie bereits eingangs erwähnt, sind auch andere Formen von Energiespeicherzellen 20 denkbar. Entsprechend sollten dann die thermischen Kontaktflächen 88 der temperaturleitfähigen Vergussmasse 60 komplementär dazu ausgestaltet sein.To optimize the thermal conductivity between the temperature sensors 82, 86 and the energy storage cells 20, the thermal contact surfaces 88 of the thermally conductive casting compound 60 are adapted to an outer contour 90 of the energy storage cells 20. In the present exemplary embodiment, the energy storage cells 20 are designed as cylindrical round cells. This results in optimized thermal conductivity if the thermal contact surfaces 88 of the thermally conductive casting compound 60 have a complementary, concave shape in order to form the largest possible surface, which passes on the temperature T of the energy storage cells 20 to the temperature sensors 82, 86. In addition, such a positive connection allows simplified assembly of the cast circuit board 58, since the correspondingly preformed casting compound 60 effects a reproducible positioning on the energy storage cells 20. As already mentioned at the beginning, other forms of energy storage cells 20 are also conceivable. Accordingly, the thermal contact surfaces 88 of the thermally conductive casting compound 60 should then be designed to complement this.

Gemäß 9 ist auf einer der Leiterplattenschicht 84 gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 58 im Bereich der Temperatursensoren 82, 86 jeweils eine Ausnehmung 92 in der Vergussmasse 60 vorgesehen. Die Ausnehmungen 92 dienen insbesondere dazu, eine thermische Isolierung der Leiterplatte 58 bzw. der Temperatursensoren 82, 86 von dem Gehäuse 14 des Wechselakkupacks 26 bzw. des elektrischen Verbrauchers 10 zu erzielen. Dadurch kann die Wärmekapazität in unmittelbarer Nähe der Temperatursensoren 82, 86 verringert werden, um Temperatureinflüsse weiterer Bauelemente und/oder des Gehäuses 14 des Wechselakkupacks 26 bzw. des elektrischen Verbrauchers 10 auf die Temperatursensoren 82, 86 zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren. Die Ausnehmungen 92 sind derart ausgebildet, dass zwischen der Vergussmasse 60 und dem Gehäuse 14 ein Hohlraum gebildet ist, der zumindest im Bereich der beiden Temperatursensoren 82, 86 einen Abstand der Vergussmasse 60 zum Gehäuse 14 definiert. Somit kann eine etwaige Beeinträchtigung der Temperaturmessung durch auf das Gehäuse 14 einwirkenden Temperatureinflüsse weiter reduziert oder vermieden werden.According to 9 a recess 92 is provided in the potting compound 60 on a side of the circuit board 58 opposite the circuit board layer 84 in the area of the temperature sensors 82, 86. The recesses 92 serve in particular to achieve thermal insulation of the circuit board 58 or the temperature sensors 82, 86 from the housing 14 of the removable battery pack 26 or the electrical consumer 10. As a result, the heat capacity in the immediate vicinity of the temperature sensors 82, 86 can be reduced in order to avoid or at least reduce the temperature influences of other components and/or the housing 14 of the removable battery pack 26 or the electrical consumer 10 on the temperature sensors 82, 86. The recesses 92 are designed in such a way that a cavity is formed between the casting compound 60 and the housing 14, which defines a distance between the casting compound 60 and the housing 14 at least in the area of the two temperature sensors 82, 86. Any impairment of the temperature measurement due to temperature influences acting on the housing 14 can thus be further reduced or avoided.

Um eine etwaige Beeinträchtigung der Temperaturmessung durch auf das Gehäuse 14 einwirkenden Temperatureinflüsse weiter zu reduzieren oder zu vermeiden, weist die temperaturleitfähige Vergussmasse 60 an der den Energiespeicherzellen 20 bzw. den Temperatursensoren 82, 86 abgewandten Seite zudem zwei vorstehende Anlagepunkte 94 für das Gehäuse 14 des Wechselakkupacks 14 bzw. des elektrischen Verbrauchers 10 zur Bildung eines Luftspalts zwischen Gehäuse 14 und Vergussmasse 60 auf. In bevorzugter Weise sind die beiden Temperatursensoren 82, 86 in Wesentlichen mittig zwischen den beiden Anlagepunkten 94, also in etwa auf Höhe der halben Länge L der Energiespeicherzellen 20 (vgl. 5b), angeordnet.In order to further reduce or avoid any impairment of the temperature measurement due to temperature influences acting on the housing 14, the temperature-conductive casting compound 60 also has two protruding contact points 94 for the housing 14 of the removable battery pack on the side facing away from the energy storage cells 20 or the temperature sensors 82, 86 14 or the electrical consumer 10 to form an air gap between the housing 14 and the casting compound 60. Preferably, the two temperature sensors 82, 86 are essentially in the middle between the two contact points 94, i.e. approximately at the height of half the length L of the energy storage cells 20 (cf. 5b) , arranged.

Die 10 bis 13 zeigen weitere Ausführungsbeispiele zur thermischen Kopplung der Temperatursensoren 82, 86 an die Energiespeicherzellen 20, um eine hohe Genauigkeit der Temperaturerfassung durch eine optimierte Wärmeleitfähigkeit zwischen den Energiespeicherzellen 20 und den Temperatursensoren 82, 86 zu erzielen.The 10 to 13 show further exemplary embodiments for the thermal coupling of the temperature sensors 82, 86 to the energy storage cells 20 in order to achieve a high accuracy of temperature detection through optimized thermal conductivity between the energy storage cells 20 and the temperature sensors 82, 86.

In 10 ist der Temperatursensor 82 zur thermischen Kopplung mit der Energiespeicherzelle 20 auf der Leiterplattenschicht 84 direkt neben einer Seitenkante 96 der Leiterplatte 58 angeordnet. Die Leiterplatte 58 spannt eine Leiterplattenebene 98 auf, die senkrecht zur Längsachse 62 der Energiespeicherzelle 20 ausgerichtet ist. Alternativ ist es auch denkbar, den Temperatursensor 82 direkt in einer entsprechenden Ausnehmung der Seitenkante 96 anzuordnen. Die thermische Kopplung kann zudem verbessert werden, wenn die Seitenkante 96 zumindest in der unmittelbaren Umgebung des Temperatursensors 82 eine thermisch leitfähige Beschichtung 100 aufweist. Ebenso ist es mit Bezug auf das vorherige Ausführungsbeispiel gemäß der 5 bis 9 denkbar, dass die Leiterplatte im Bereich der Seitenkante 96, insbesondere vollständig, von der temperaturleitfähigen Vergussmasse 60 umschlossen ist. Somit kann die beim Lade- oder Entladevorgang entstehende Wärme gezielt und verlustarm von der Energiespeicherzelle 20 an den Temperatursensor 82 übertragen werden. Gleichzeitig ergibt sich eine kostengünstige Montage, da keine separaten Montagevorrichtungen oder Klebeverbindungen notwendig sind. Der Temperatursensor 82 ist als ein SMD-Bauelement ausgebildet, das auf der Leiterplattenschicht 84 oder direkt in der nicht gezeigten Aussparung der Seitenkante 96 angeordnet ist. Dies gestattet eine sehr kleine Bauform und eine gute punktuelle Temperaturmessung in Verbindung mit einer einfachen Serienfertigung.In 10 the temperature sensor 82 for thermal coupling with the energy storage cell 20 is arranged on the circuit board layer 84 directly next to a side edge 96 of the circuit board 58. The circuit board 58 spans a circuit board plane 98 which is aligned perpendicular to the longitudinal axis 62 of the energy storage cell 20. Alternatively, it is also conceivable to arrange the temperature sensor 82 directly in a corresponding recess in the side edge 96. The thermal coupling can also be improved if the side edge 96 has a thermally conductive coating 100, at least in the immediate vicinity of the temperature sensor 82. It is the same with reference to the previous exemplary embodiment according to the 5 to 9 It is conceivable that the circuit board in the area of the side edge 96, in particular full is constantly surrounded by the thermally conductive casting compound 60. The heat generated during the charging or discharging process can therefore be transferred from the energy storage cell 20 to the temperature sensor 82 in a targeted manner and with little loss. At the same time, assembly is cost-effective because no separate assembly devices or adhesive connections are necessary. The temperature sensor 82 is designed as an SMD component which is arranged on the circuit board layer 84 or directly in the recess, not shown, in the side edge 96. This allows for a very small design and good selective temperature measurement in conjunction with simple series production.

Die Seitenkante 96 ist im Bereich des Temperatursensors 82 an die Außenkontur 90 der Energiespeicherzelle 20 angepasst. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Energiespeicherzelle 20 als zylinderförmige Rundzelle ausgebildet. Somit ergibt sich eine optimierte thermische Leitfähigkeit, wenn die Seitenkante 96 der Leiterplatte 58 eine dazu komplementäre, konkave Form aufweist. Wie bereits eingangs erwähnt, sind aber auch andere Formen von Energiespeicherzellen 20 denkbar. Entsprechend sollte dann die Seitenkante 96 komplementär dazu ausgestaltet sein.The side edge 96 is adapted to the outer contour 90 of the energy storage cell 20 in the area of the temperature sensor 82. In the present exemplary embodiment, the energy storage cell 20 is designed as a cylindrical round cell. This results in optimized thermal conductivity if the side edge 96 of the circuit board 58 has a complementary, concave shape. As already mentioned at the beginning, other forms of energy storage cells 20 are also conceivable. Accordingly, the side edge 96 should then be designed to complement it.

Einen besonders guten thermische Kontakt zwischen dem Temperatursensor 82 und der Energiespeicherzelle 20 lässt sich ergänzend dadurch erreichen, dass die Leiterplatte 58 in der Umgebung des Temperatursensors 82 zumindest eine Aussparung 102 aufweist. Im montierten Zustand der Leiterplatte 58 verformt die Energiespeicherzelle 20 die Aussparung 102 durch eine entsprechende Druckkraft derart, dass eine Federkraft der Seitenkante 96 gegenüber der Energiespeicherzelle 20 entsteht. Zudem ist es denkbar, dass sich auch die Seitenkante 96 selbst verformt, indem sie durch die Energiespeicherzelle 20 in der Leiterplattenebene 98 gestaucht wird. Insbesondere dann, wenn die Aussparung 102 von zwei Bereichen der Leiterplatte 58 umgeben ist (nicht gezeigt). Durch die Druckkraft und die dieser entgegen wirkenden Federkraft wird der Temperatursensor 82 stets optimal an der Energiespeicherzelle 20 gehalten. Weiterhin kann die Aussparung 102 eine thermische Entkopplung des zumindest einen Temperatursensors 82 von der restlichen Leitplatte 58 bewirken. Die Wirkung der Federkraft und ggf. auch der thermischen Isolation lässt sich durch die Verwendung mehrerer Aussparungen 102 in der Leiterplatte 58 noch verstärken. In den 11a bis 11d sind exemplarisch vier weitere Varianten für eine unterschiedliche Anzahl, Anordnung und/oder Form von Aussparungen 102 gezeigt.Particularly good thermal contact between the temperature sensor 82 and the energy storage cell 20 can also be achieved by the circuit board 58 having at least one recess 102 in the vicinity of the temperature sensor 82. When the circuit board 58 is assembled, the energy storage cell 20 deforms the recess 102 by a corresponding compressive force in such a way that a spring force of the side edge 96 is created relative to the energy storage cell 20. In addition, it is conceivable that the side edge 96 itself deforms by being compressed by the energy storage cell 20 in the circuit board plane 98. Particularly when the recess 102 is surrounded by two areas of the circuit board 58 (not shown). Due to the pressure force and the spring force acting against it, the temperature sensor 82 is always optimally held on the energy storage cell 20. Furthermore, the recess 102 can cause thermal decoupling of the at least one temperature sensor 82 from the remaining guide plate 58. The effect of the spring force and possibly also the thermal insulation can be further enhanced by using several recesses 102 in the circuit board 58. In the 11a to 11d Four further variants for a different number, arrangement and/or shape of recesses 102 are shown as examples.

Die Leiterplatte 58 kann gemäß 12 auch derart ausgestaltet sein, dass zur Erfassung der Temperatur T einer weiteren Energiespeicherzelle 20 an einer weiteren Seitenkante 104 der Leiterplatte 58 der weitere Temperatursensor 86 angeordnet ist. Dabei ist der weitere Temperatursensor 86 derart von dem ersten Temperatursensor 82 beabstandet, dass er die Temperatur T der weiteren Energiespeicherzelle 20 weitestgehend unabhängig von der ersten Energiespeicherzelle 20 erfassen kann. Somit können mehrere Energiespeicherzellen 20 im Sinne eines thermischen Single Cell Monitorings überwacht und ggf. bei Über- bzw. Unterschreitung vorgegebener Temperaturgrenzwerte separat über entsprechende Schaltelemente auf der Leiterplatte 58 oder mittels einer Elektronik des elektrischen Verbrauchers 10 deaktiviert werden. Die thermische Kopplung kann analog der ersten Seitenkante 96 verbessert werden, wenn die weitere Seitenkante 104 zumindest in der unmittelbaren Umgebung des weiteren Temperatursensors 86 die thermisch leitfähige Beschichtung 100 aufweist. Einen besonders guten thermische Kontakt zwischen den Temperatursensoren 82, 86 und den Energiespeicherzellen 20 lässt sich ergänzend dadurch erreichen, dass die Leiterplatte 58 auch in der Umgebung des weiteren Temperatursensors 86 zumindest eine Aussparung 102 aufweist, die entsprechend der Aussparung 102 für den ersten Temperatursensor 82 arbeitet.The circuit board 58 can according to 12 can also be designed in such a way that the further temperature sensor 86 is arranged on a further side edge 104 of the circuit board 58 in order to detect the temperature T of a further energy storage cell 20. The further temperature sensor 86 is spaced from the first temperature sensor 82 in such a way that it can detect the temperature T of the further energy storage cell 20 largely independently of the first energy storage cell 20. Thus, several energy storage cells 20 can be monitored in the sense of thermal single cell monitoring and, if necessary, deactivated separately via corresponding switching elements on the circuit board 58 or by means of electronics of the electrical consumer 10 if predetermined temperature limit values are exceeded or undershot. The thermal coupling can be improved analogously to the first side edge 96 if the further side edge 104 has the thermally conductive coating 100 at least in the immediate vicinity of the further temperature sensor 86. A particularly good thermal contact between the temperature sensors 82, 86 and the energy storage cells 20 can also be achieved in that the circuit board 58 also has at least one recess 102 in the vicinity of the further temperature sensor 86, which works in accordance with the recess 102 for the first temperature sensor 82 .

Statt flächig auf der Außenkontur 90 der zu überwachenden Energiespeicherzellen 20 aufliegender Seitenkanten 96, 104 (vgl. 13a) ist es mit Bezug auf die 13b und 13c auch denkbar, dass die Seitenkanten 96, 104 einen oder zwei Kontaktpunkte 106 zu den jeweiligen Energiespeicherzellen 20 aufweisen. Auf diese Weise ist ein optimaler thermischer Kontakt der an den Seitenkanten 96, 104 positionierten Temperatursensoren 82, 86 in Abhängigkeit vom Radius der Außenkonturen 90 der Energiespeicherzellen 20 erzielbar. Während ein einzelner Kontaktpunkt 106 gemäß 13b insbesondere bei kleinen Radien der Energiespeicherzellen 20 vorteilhaft ist, können Energiespeicherzellen 20 mit größeren Radien gemäß 13b besser über zwei Kontaktpunkte 106 thermisch angebunden werden. Eine weitere Möglichkeit zur thermischen Anbindung zeigt 13d, bei der die Seitenkante 96 bzw. 104 V-förmig ausgestaltet ist und somit für unterschiedliche Radien bzw. Außenkonturen 90 der Energiespeicherzellen 20 stets zwei definierte Kontaktpunkte 106 aufweist.Instead of side edges 96, 104 lying flat on the outer contour 90 of the energy storage cells 20 to be monitored (cf. 13a) is it with reference to the 13b and 13c It is also conceivable that the side edges 96, 104 have one or two contact points 106 to the respective energy storage cells 20. In this way, optimal thermal contact between the temperature sensors 82, 86 positioned on the side edges 96, 104 can be achieved depending on the radius of the outer contours 90 of the energy storage cells 20. While a single contact point 106 according to 13b is particularly advantageous with small radii of the energy storage cells 20, energy storage cells 20 with larger radii can be used 13b be better thermally connected via two contact points 106. Another possibility for thermal connection is shown 13d , in which the side edge 96 or 104 is V-shaped and therefore always has two defined contact points 106 for different radii or outer contours 90 of the energy storage cells 20.

Es sei abschließend noch darauf hingewiesen, dass die gezeigten Ausführungsbeispiele weder auf die 1 bis 13 noch auf die darin gezeigte Form, Anzahl und Größe der Energiespeicherzellen 20 beschränkt ist. Entsprechend kann auch die Anzahl der Temperatursensoren abweichen. Zudem können neben NTC auch PTC und andere Bauformen von Temperatursensoren zum Einsatz kommen. Ebenso ist die Erfindung nicht auf Leiterplatten 58 mit nur einer Leiterplattenschicht 84 beschränkt, sondern kann auch auf so genannte Multi-Layer-PCB angewendet werden.Finally, it should be pointed out that the exemplary embodiments shown are not based on the 1 to 13 is still limited to the shape, number and size of the energy storage cells 20 shown therein. The number of temperature sensors can also vary accordingly. In addition to NTC, PTC and other types of temperature sensors can also be used. Likewise, the invention is not on Circuit boards 58 are limited to only one circuit board layer 84, but can also be applied to so-called multi-layer PCBs.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 20043386 A1 [0003]WO 20043386 A1 [0003]

Claims (12)

Energiespeichereinheit (16) für ein elektrischer Verbraucher (10) mit zumindest einer ersten Energiespeicherzelle (20), zumindest einem ersten Temperatursensor (82) zur Erfassung der Temperatur (T) der zumindest einen ersten Energiespeicherzelle (20) und einer Leiterplatte (58) mit zumindest einer Leiterplattenschicht (84) und einer Seitenkante (96), die gegenüber der Leiterplattenschicht (84) angewinkelt ist und eine kleinere Oberfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine erste Temperatursensor (82) zur thermischen Kopplung mit der zumindest einen Energiespeicherzelle (20) an der Seitenkante (96) oder auf der Leiterplattenschicht (84) direkt neben der Seitenkante (96) angeordnet ist.Energy storage unit (16) for an electrical consumer (10) with at least one first energy storage cell (20), at least one first temperature sensor (82) for detecting the temperature (T) of the at least one first energy storage cell (20) and a circuit board (58) with at least a circuit board layer (84) and a side edge (96) which is angled relative to the circuit board layer (84) and has a smaller surface, characterized in that the at least one first temperature sensor (82) for thermal coupling to the at least one energy storage cell (20) is arranged on the side edge (96) or on the circuit board layer (84) directly next to the side edge (96). Energiespeichereinheit (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (58) eine Leiterplattenebene (98) aufspannt, wobei eine Längsachse (62) der zumindest einen Energiespeicherzelle (20), insbesondere einer Mehrzahl von parallel angeordneten Energiespeicherzellen (20), senkrecht zu der Leiterplattenebene (98) ausgerichtet ist.Energy storage unit (16). Claim 1 , characterized in that the circuit board (58) spans a circuit board plane (98), a longitudinal axis (62) of the at least one energy storage cell (20), in particular a plurality of energy storage cells (20) arranged in parallel, being aligned perpendicular to the circuit board plane (98). is. Energiespeichereinheit (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenkante (96) zumindest im Bereich des zumindest einen Temperatursensors (82) an eine Außenkontur (90) der zumindest einen Energiespeicherzelle (20) angepasst ist.Energy storage unit (16) according to one of the preceding claims, characterized in that the side edge (96) is adapted to an outer contour (90) of the at least one energy storage cell (20), at least in the area of the at least one temperature sensor (82). Energiespeichereinheit (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenkante (96) zumindest einen Kontaktpunkt (106) mit der zumindest einen Energiespeicherzelle (20) aufweist.Energy storage unit (16) according to one of the preceding claims, characterized in that the side edge (96) has at least one contact point (106) with the at least one energy storage cell (20). Energiespeichereinheit (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (58) in der Umgebung des zumindest einen ersten Temperatursensors (82) zumindest eine Aussparung (102) aufweist, die eine Federkraft der Seitenkante (96) gegenüber der zumindest einen Energiespeicherzelle (20) derart bewirkt, dass die zumindest eine Energiespeicherzelle (30) die Seitenkante (96) und/oder die Aussparung (102) im montierten Zustand der Leiterplatte (58) durch eine Druckkraft verformt.Energy storage unit (16) according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit board (58) has at least one recess (102) in the vicinity of the at least one first temperature sensor (82), which has a spring force of the side edge (96) relative to the at least one Energy storage cell (20) causes the at least one energy storage cell (30) to deform the side edge (96) and/or the recess (102) by a compressive force in the assembled state of the circuit board (58). Energiespeichereinheit (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenkante (96) im montierten Zustand der Leiterplatte (58) in der Leiterplattenebene (98) gestaucht ausgebildet ist.Energy storage unit (16) according to one of the preceding Claims 2 until 5 , characterized in that the side edge (96) is designed to be compressed in the circuit board plane (98) in the assembled state of the circuit board (58). Energiespeichereinheit (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine erste Temperatursensor (82) als ein SMD-Bauelement ausgebildet ist, das auf der zumindest einen Leiterplattenschicht (84) oder direkt in einer Aussparung der Seitenkante (96) angeordnet ist.Energy storage unit (16) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one first temperature sensor (82) is designed as an SMD component which is arranged on the at least one circuit board layer (84) or directly in a recess in the side edge (96). is. Energiespeichereinheit (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenkante (96) zumindest in der unmittelbaren Umgebung des zumindest einen ersten Temperatursensors (82) eine thermisch leitfähige Beschichtung (100) zur verbesserten thermischen Kopplung mit der zumindest einen Energiespeicherzelle (20) aufweist.Energy storage unit (16) according to one of the preceding claims, characterized in that the side edge (96), at least in the immediate vicinity of the at least one first temperature sensor (82), has a thermally conductive coating (100) for improved thermal coupling with the at least one energy storage cell (20 ) having. Energiespeichereinheit (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Temperatursensor (86) an der Seitenkante (96) oder einer weiteren Seitenkante (104) der Leiterplatte (58) angeordnet ist, wobei der weitere Temperatursensor (86) derart von dem ersten Temperatursensor (82) beabstandet ist, dass er die Temperatur (T) einer weiteren Energiespeicherzelle (20), insbesondere weitestgehend unabhängig von der ersten Energiespeicherzelle (20), erfasst.Energy storage unit (16) according to one of the preceding claims, characterized in that a further temperature sensor (86) is arranged on the side edge (96) or a further side edge (104) of the circuit board (58), the further temperature sensor (86) being such the first temperature sensor (82) is spaced apart so that it detects the temperature (T) of a further energy storage cell (20), in particular largely independently of the first energy storage cell (20). Energiespeichereinheit (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (58) in der Umgebung des zumindest einen ersten Temperatursensors (82) und/oder des weiteren Temperatursensors (86) zumindest eine weitere Aussparung (102) zur thermischen Entkopplung aufweist.Energy storage unit (16) according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit board (58) has at least one further recess (102) for thermal decoupling in the vicinity of the at least one first temperature sensor (82) and/or the further temperature sensor (86). . Elektrischer Verbraucher (10) mit einer Energiespeichereinheit (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Electrical consumer (10) with an energy storage unit (16) according to one of the preceding claims. System bestehend aus einem als eine Handwerkzeugmaschine (12, 24) ausgebildeten elektrischer Verbraucher (10) und zumindest einer als ein Wechselakkupack (26) ausgebildeten Energiespeichereinheit (16).System consisting of an electrical consumer (10) designed as a hand-held power tool (12, 24) and at least one energy storage unit (16) designed as a removable battery pack (26).
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