DE102023200711A1 - Battery pack and manufacturing process for a battery pack - Google Patents

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DE102023200711A1 DE102023200711.8A DE102023200711A DE102023200711A1 DE 102023200711 A1 DE102023200711 A1 DE 102023200711A1 DE 102023200711 A DE102023200711 A DE 102023200711A DE 102023200711 A1 DE102023200711 A1 DE 102023200711A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Akkupack, insbesondere einen Akkupack für ein Elektrofahrrad, aufweisend ein Gehäuse, wobei in dem Gehäuse zumindest eine erste Akkuzelle und eine zweite Akkuzelle angeordnet ist, wobei die Akkuzellen jeweils zwei Stromableitungselemente aufweisen, die über einen Zellverbinder miteinander verbunden sind. Es wird vorgeschlagen, dass der Zellverbinder derart ausgebildet ist, dass die Stromableitungselemente der ersten Akkuzelle und die Stromableitungselemente der zweiten Akkuzelle direkt und lösbar miteinander verbunden sind.The invention relates to a battery pack, in particular a battery pack for an electric bicycle, having a housing, wherein at least one first battery cell and one second battery cell are arranged in the housing, wherein the battery cells each have two current discharge elements which are connected to one another via a cell connector. It is proposed that the cell connector is designed such that the current discharge elements of the first battery cell and the current discharge elements of the second battery cell are directly and detachably connected to one another.

Description

Stand der TechnikState of the art

In der DE 10 2020 207 893 A1 ist ein Ableiterelement einer Elektrodenanordnung von einer Mehrzahl von elektrochemischen Zellen beschrieben.In the EN 10 2020 207 893 A1 describes a conductor element of an electrode arrangement of a plurality of electrochemical cells.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung betrifft einen Akkupack, insbesondere einen Akkupack für ein Elektrofahrrad, aufweisend ein Gehäuse, wobei in dem Gehäuse zumindest eine erste Akkuzelle und eine zweite Akkuzelle angeordnet ist, wobei die Akkuzellen jeweils zwei Stromableitungselemente aufweisen, die über einen Zellverbinder miteinander verbunden sind. Es wird vorgeschlagen, dass der Zellverbinder derart ausgebildet ist, dass die Stromableitungselemente der ersten Akkuzelle und die Stromableitungselemente der zweiten Akkuzelle direkt und lösbar miteinander verbunden sind. Vorteilhaft kann dadurch eine Demontage vereinfacht werden.The invention relates to a battery pack, in particular a battery pack for an electric bicycle, having a housing, wherein at least one first battery cell and one second battery cell are arranged in the housing, wherein the battery cells each have two current discharge elements that are connected to one another via a cell connector. It is proposed that the cell connector is designed such that the current discharge elements of the first battery cell and the current discharge elements of the second battery cell are directly and detachably connected to one another. This can advantageously simplify disassembly.

Alternativ kann der Akkupack auch für einen anderen Verbraucher vorgesehen sein. Der Verbraucher kann beispielsweise als ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrrad, ein Elektromotorrad, ein eScooter oder dergleichen ausgebildet sein. Es ist ebenfalls denkbar, dass der Verbraucher als eine Handwerkzeugmaschine, als ein Gartengerät, als ein Haushaltsgerät, wie beispielweise ein Küchengerät oder ein Staubsauger, als ein Messgerät, etc. ausgebildet ist.Alternatively, the battery pack can also be intended for another consumer. The consumer can be designed, for example, as a vehicle, in particular an electric bicycle, an electric motorcycle, an eScooter or the like. It is also conceivable that the consumer is designed as a hand tool, as a garden tool, as a household appliance, such as a kitchen appliance or a vacuum cleaner, as a measuring device, etc.

Unter einem Elektrofahrrad soll im Zusammenhang dieser Anmeldung insbesondere ein Fahrrad verstanden, dass eine Antriebseinheit zur Unterstützung des Fahrers aufweist. Das Elektrofahrrad ist vorzugsweise als ein eBike, ein Pedelec, ein Lastenfahrrad, ein Klappfahrrad oder dergleichen ausgebildet. Die Antriebseinheit weist einen Motor auf, der beispielsweise als ein Mittelmotor oder als ein Nabenmotor ausgebildet sein kann. Der Motor ist vorzugsweise als ein Elektromotor ausgebildet. Die Antriebseinheit ist mit dem Akkupack zur Versorgung der Antriebseinheit mit Energie verbunden. Das Gehäuse des Akkupacks ist vorzugsweise lösbar verbindbar mit dem Elektrofahrrad, insbesondere einem Rahmen des Elektrofahrrads, ausgebildet. Das Elektrofahrrad umfasst eine Elektronik mit einer Steuereinheit zur Steuerung oder Regelung des Elektrofahrrads. Die Elektronik umfasst vorzugsweise eine Sensoreinheit, wobei die Sensoreinheit beispielsweise Bewegungssensoren, Drehmomentsensoren, Geschwindigkeitssensoren, einen GNSS Empfänger, Magnetsensoren oder dergleichen aufweisen kann. Zudem umfasst die Elektronik vorzugsweise eine Kommunikationsschnittstelle zur drahtlosen Verbindung des Elektrofahrrads mit einer externen Vorrichtung, wie beispielsweise einem Smartphone, und/oder einem Server.In the context of this application, an electric bicycle is to be understood in particular as a bicycle that has a drive unit to support the rider. The electric bicycle is preferably designed as an eBike, a Pedelec, a cargo bike, a folding bicycle or the like. The drive unit has a motor, which can be designed, for example, as a mid-engine or as a hub motor. The motor is preferably designed as an electric motor. The drive unit is connected to the battery pack to supply the drive unit with energy. The housing of the battery pack is preferably designed to be detachably connectable to the electric bicycle, in particular a frame of the electric bicycle. The electric bicycle comprises electronics with a control unit for controlling or regulating the electric bicycle. The electronics preferably comprise a sensor unit, wherein the sensor unit can have, for example, motion sensors, torque sensors, speed sensors, a GNSS receiver, magnetic sensors or the like. In addition, the electronics preferably comprise a communication interface for wirelessly connecting the electric bicycle to an external device, such as a smartphone, and/or a server.

Der Akkupack ist vorzugsweise als ein Wechselakkupack ausgebildet, der bevorzugt werkzeuglos lösbar mit dem Verbraucher ausgebildet ist. Unter „lösbar“ soll im Zusammenhang dieser Anmeldung zerstörungsfrei, vorzugsweise beschädigungsfrei, lösbar verstanden werden. Der Akkupack ist insbesondere verbindbar mit einer Ladevorrichtung zum Aufladen des Akkupacks ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann der Akkupack auch derart ausgebildet sein, dass er im mit dem Verbraucher verbundenen Zustand aufladbar ist, beispielsweise über eine Ladebuchse am Akkupack oder am Rahmen des Elektrofahrrads. Der Akkupack weist ein Gehäuse auf, in welchem zumindest eine Akkuzelle angeordnet ist. Das Gehäuse des Akkupacks kann metallisch und/oder aus einem Kunststoff ausgebildet sein. Das Gehäuse des Akkupacks kann ein einziges oder mehrere Gehäuseteile aufweisen. All Gehäuseteile sind vorzugsweise als Außengehäuseteile ausgebildet, die zumindest teilweise den Akkupack nach außen abschließen. Das Gehäuse des Akkupacks kann ein einzelnes oder mehrere Gehäuseteile aufweisen. Die Akkuzelle kann beispielsweise als eine Li-Ion Akkuzelle ausgebildet sein. Insbesondere kann die Akkuzelle als eine zylindrische Rundzelle, eine prismatische Zelle oder als eine Pouch-Zelle ausgebildet sein. Vorzugsweise ist im Gehäuse des Akkupacks ein Zellenhalter zur Aufnahme der Akkuzellen angeordnet. Der Zellenhalter ist teilweise oder vollständig innerhalb des Gehäuses des Akkupacks angeordnet. Das Gehäuse des Akkupacks kann einen oder mehrere Zellenhalter aufweisen. Der Zellenhalter kann Einzelzellenaufnahmen aufweisen, die zur Aufnahme einer einzelnen Akkuzelle ausgebildet sind. Der Zellenhalter ist bevorzugt einstückig und aus einem metallischen Material oder Kunststoff ausgebildet. Unter „einstückig“ soll im Zusammenhang dieser Anmeldung verstanden werden, dass mehrere Elemente aus einem Stück gefertigt, und damit nicht in irgendeiner Weise kraft-, form- oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Unter „einteilig“ soll im Zusammenhang dieser Anmeldung insbesondere zwei Elemente verstanden werden, die stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Die Akkuzellen sind elektrisch miteinander verbunden beziehungsweise verschaltet. Zudem weist der Akkupack vorzugsweise eine Elektronik zur Steuerung des Akkupacks auf, wobei die die Elektronik teilweise oder vollständig im Gehäuse des Akkupacks angeordnet ist. Alternativ ist auch denkbar, dass die Elektronik teilweise oder vollständig außerhalb des Gehäuses des Akkupacks angeordnet ist. Die Elektronik des Akkupacks umfasst insbesondere eine Leiterplatte. Auf der Leiterplatte können elektronische Komponente, wie beispielsweise eine Recheneinheit, eine Speichereinheit, Sensorelemente, etc. angeordnet sein. Insbesondere umfasst die Elektronik ein Batteriemanagementsystem (BMS), das zur elektronischen Überwachung des Akkupacks ausgebildet ist. Zudem wird vorgeschlagen, dass der Akkupack eine elektrische Schnittstelle zur elektrischen Verbindung mit dem Verbraucher aufweist. Der Verbraucher weist eine korrespondierende elektrische Schnittstelle auf. Über die elektrische Verbindung kann der Akkupack beispielsweise geladen und/oder entladen werden. Alternativ oder zusätzlich ist auch denkbar, dass über die elektrische Schnittstelle Informationen von dem Akkupack an den Verbraucher und umgekehrt übermittelbar sind. Die elektrische Schnittstelle ist bevorzugt als eine Kontaktschnittstelle ausgebildet, bei der die elektrische Verbindung über einen physischen Kontakt zumindest zweier leitfähiger Bauteile erfolgt. Die elektrische Schnittstelle kann beispielsweise als ein Stecker oder als eine Buchse ausgebildet sein. Die elektrische Schnittstelle umfasst bevorzugt zumindest zwei elektrische Kontaktelemente. Insbesondere ist einer der elektrischen Kontaktelemente als ein Plus-Kontakt und das andere elektrische Kontaktelement als ein Minus-Kontakt ausgebildet. Zusätzlich kann die elektrische Schnittstelle zumindest einen Zusatzkontakt aufweisen, der dazu ausgebildet ist, zusätzliche Informationen an den Verbraucher und/oder an die Ladevorrichtung zu übertragen. Die Zusatzkontakte können als Signalkontakte, Codierkontakte, Temperaturkontakte, Bus-Kontakte etc. ausgebildet sein. Die elektrischen Kontaktelemente können beispielsweise als federnde Kontaktelemente in Form von Kontakttulpen oder als Flachkontakte in Form von Kontaktklingen ausgebildet sein.The battery pack is preferably designed as a removable battery pack that can preferably be detached from the consumer without tools. In the context of this application, “detachable” is to be understood as detachable in a non-destructive manner, preferably without causing damage. The battery pack is designed in particular to be connectable to a charging device for charging the battery pack. Alternatively or additionally, the battery pack can also be designed in such a way that it can be charged when connected to the consumer, for example via a charging socket on the battery pack or on the frame of the electric bicycle. The battery pack has a housing in which at least one battery cell is arranged. The housing of the battery pack can be made of metal and/or plastic. The housing of the battery pack can have a single or multiple housing parts. All housing parts are preferably designed as outer housing parts that at least partially close off the battery pack from the outside. The housing of the battery pack can have a single or multiple housing parts. The battery cell can be designed, for example, as a Li-ion battery cell. In particular, the battery cell can be designed as a cylindrical round cell, a prismatic cell or as a pouch cell. Preferably, a cell holder for holding the battery cells is arranged in the housing of the battery pack. The cell holder is arranged partially or completely within the housing of the battery pack. The housing of the battery pack can have one or more cell holders. The cell holder can have individual cell receptacles that are designed to hold a single battery cell. The cell holder is preferably one-piece and made of a metallic material or plastic. In the context of this application, “one-piece” is to be understood as meaning that several elements are made from one piece and are therefore not connected to one another in any way in a force-fitting, form-fitting or material-fitting manner. In the context of this application, “one-piece” is to be understood in particular as meaning two elements that are connected to one another in a material-fitting manner. The battery cells are electrically connected or wired together. In addition, the battery pack preferably has electronics for controlling the battery pack, with the electronics being arranged partially or completely in the housing of the battery pack. Alternatively, it is also conceivable that the electronics are arranged partially or completely outside the housing of the battery pack. The electronics of the battery pack comprise in particular a circuit board. Electronic components such as a computing unit, a storage unit, sensor elements, etc. can be arranged on the circuit board. In particular, the electronics are a battery management system (BMS) that is designed to electronically monitor the battery pack. It is also proposed that the battery pack has an electrical interface for electrical connection to the consumer. The consumer has a corresponding electrical interface. The battery pack can be charged and/or discharged via the electrical connection, for example. Alternatively or additionally, it is also conceivable that information can be transmitted from the battery pack to the consumer and vice versa via the electrical interface. The electrical interface is preferably designed as a contact interface in which the electrical connection is made via a physical contact between at least two conductive components. The electrical interface can be designed as a plug or as a socket, for example. The electrical interface preferably comprises at least two electrical contact elements. In particular, one of the electrical contact elements is designed as a plus contact and the other electrical contact element as a minus contact. In addition, the electrical interface can have at least one additional contact that is designed to transmit additional information to the consumer and/or to the charging device. The additional contacts can be designed as signal contacts, coding contacts, temperature contacts, bus contacts, etc. The electrical contact elements can be designed, for example, as spring-loaded contact elements in the form of contact tulips or as flat contacts in the form of contact blades.

Unter einem Stromableitungselement soll im Zusammenhang dieser Anmeldung insbesondere eine Anschluss-Elektrode verstanden werden, über die eine Spannung und/oder Leistung der Akkuzelle abgreifbar ist. Die Stromableitungselemente sind vorzugsweise aus einem metallischen Material, beispielsweise Kupfer oder Aluminium ausgebildet. Die Stromableitungselemente sind vorzugsweise einstückig oder einteilig ausgebildet und nicht lösbar mit der Akkuzelle verbunden. Im montierten Zustand liegt ein Stromableitungselement der ersten Akkuzelle vorzugsweise auf einem Stromableitungselement der zweiten Akkuzelle, wobei durch die Berührung ein elektrischer Kontakt hergestellt ist.In the context of this application, a current discharge element is to be understood in particular as a connection electrode via which a voltage and/or power of the battery cell can be tapped. The current discharge elements are preferably made of a metallic material, for example copper or aluminum. The current discharge elements are preferably formed in one piece or in one part and are non-detachably connected to the battery cell. In the assembled state, a current discharge element of the first battery cell preferably lies on a current discharge element of the second battery cell, whereby an electrical contact is established by the contact.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Zellverbinder zumindest ein erstes nichtleitendes Zellverbinderelement und zumindest ein zweites nichtleitendes Zellverbinderelement aufweist, wobei das erste Zellverbinderelement und das zweite Zellverbinderelement lösbar miteinander verbunden sind. Vorteilhaft können dadurch wirksam Kurzschlüsse vermieden werden. Die Zellverbinderelemente können aus dem gleichen Material oder unterschiedlichen Material ausgebildet sein. Die Zellverbinderelement können beispielhaft aus einem Kunststoff oder einem eloxierten Metall ausgebildet sein.It is further proposed that the cell connector has at least one first non-conductive cell connector element and at least one second non-conductive cell connector element, wherein the first cell connector element and the second cell connector element are detachably connected to one another. Advantageously, this effectively prevents short circuits. The cell connector elements can be made of the same material or different materials. The cell connector elements can be made of a plastic or an anodized metal, for example.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das erste Zellverbinderelement und das zweite Zellverbinderelement über zumindest ein Befestigungselement miteinander verbunden sind. Vorteilhaft kann dadurch eine sichere Verbindung bereitgestellt werden. Das Befestigungselement ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Zellverbinderelemente miteinander verspannt werden. Das Befestigungselement kann beispielsweise aus einem Metall oder einem Kunststoff ausgebildet sein. Das Befestigungselement kann werkzeuglos oder mittels eines Werkzeugs lösbar ausgebildet sein.It is further proposed that the first cell connector element and the second cell connector element are connected to one another via at least one fastening element. This can advantageously provide a secure connection. The fastening element is preferably designed such that the cell connector elements are clamped together. The fastening element can be made of a metal or a plastic, for example. The fastening element can be designed to be detachable without tools or using a tool.

Zudem wird vorgeschlagen, dass das zumindest eine Befestigungselement beabstandet zu den Stromableitungselemente angeordnet ist. Vorteilhaft wird dadurch die Funktion der Stromableitungselemente nicht beeinträchtigt. Insbesondere ist das Befestigungselement als eine Schraube ausgebildet.It is also proposed that the at least one fastening element is arranged at a distance from the current discharge elements. Advantageously, this does not impair the function of the current discharge elements. In particular, the fastening element is designed as a screw.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Zellverbinder zumindest ein Kontaktierungselement aufweist, das zur elektrischen Kontaktierung der Stromableitungselemente ausgebildet ist. Das Kontaktierungselement ist vorzugsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet Das Kontaktierungselement ist vorzugsweise teilweise oder vollständig metallisch ausgebildet. Das Kontaktierungselement kann einstückig oder einteilig ausgebildet sein. Das Kontaktierungselement ist insbesondere dazu ausgebildet, die elektrische Verbindung zwischen den Stromableitungselementen durch eine Verringerung des Übergangswiderstands, beispielhaft durch ein Brechen der Oxidschicht, zu verbessern.It is further proposed that the cell connector has at least one contacting element which is designed to electrically contact the current discharge elements. The contacting element is preferably made of an electrically conductive material. The contacting element is preferably partially or completely metallic. The contacting element can be formed in one piece or in one part. The contacting element is designed in particular to improve the electrical connection between the current discharge elements by reducing the contact resistance, for example by breaking the oxide layer.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das erste Zellverbinderelement und/oder das zweite Zellverbinderelement eine Aufnahme zur Aufnahme des Kontaktierungselements aufweist. Die Aufnahme kann beispielhaft als eine zylindrische oder konische Bohrung ausgebildet sein. Die Aufnahme kann ein Kraft- und/oder Formschlusselement zur Befestigung des Kontaktierungselements aufweisen, beispielsweise als ein Gewinde.It is further proposed that the first cell connector element and/or the second cell connector element have a receptacle for receiving the contacting element. The receptacle can be designed, for example, as a cylindrical or conical bore. The receptacle can have a force and/or form-fitting element for fastening the contacting element, for example as a thread.

Zudem wird vorgeschlagen, dass das Kontaktierungselement derart ausgebildet ist, dass es im montierten Zustand an dem Stromableitungselement der ersten Akkuzelle direkt anliegt und vorzugsweise mit einer Kraft beaufschlagt. Vorzugsweise kann dadurch die Verbindung der Stromableitungselemente weiter verbessert werden.It is also proposed that the contacting element is designed in such a way that, in the assembled state, it lies directly against the current discharge element of the first battery cell and preferably applies a force to it. Preferably, this can further improve the connection of the current discharge elements.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Akkupack ein zweites Kontaktierungselement aufweist, dass im montierten Zustand an dem Stromableitungselement der zweiten Akkuzelle direkt anliegt. Vorteilhaft kann dadurch die Verbindung der Stromableitungselemente weiter verbessert werden. Alternativ sind auch zwei oder mehrere Kontaktierungselemente denkbar, die jeweils ein Stromableitungselement beaufschlagen. Insbesondere ist das das Kontaktierungselement als ein Madenschraube ausgebildet.It is further proposed that the battery pack has a second contacting element which, when assembled, is in direct contact with the current discharge element of the second battery cell. This can advantageously further improve the connection between the current discharge elements. Alternatively, two or more contacting elements are also conceivable, each of which acts on a current discharge element. In particular, the contacting element is designed as a grub screw.

Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Akkupacks für ein Elektrofahrrad, aufweisend ein Gehäuse, wobei in dem Gehäuse zumindest eine erste Akkuzelle und eine zweite Akkuzelle angeordnet sind, wobei die Akkuzellen jeweils zwei Stromableitungselemente aufweisen, die über zumindest einen Zellverbinder miteinander verbunden sind, wobei der Zellverbinder derart ausgebildet ist, dass die Stromableitungselemente der ersten Akkuzelle und die Stromableitungselement der zweiten Akkuzelle direkt und lösbar miteinander verbunden sind. Es wird vorgeschlagen, dass zur elektrischen Verbindung ein Kontaktierungselement vorgesehen ist, das bei der erstmaligen Verbindung eine Oxidschicht eines Stromableitungselements der ersten Akkuzelle und/oder eine Oxidschicht eines Stromableitungselements der zweiten Akkuzelle durchbricht. Vorteilhaft kann dadurch der Übergangswiderstand zwischen den Stromableitungselementen verringert werden.The invention also relates to a method for producing a battery pack for an electric bicycle, comprising a housing, wherein at least one first battery cell and one second battery cell are arranged in the housing, wherein the battery cells each have two current discharge elements that are connected to one another via at least one cell connector, wherein the cell connector is designed such that the current discharge elements of the first battery cell and the current discharge elements of the second battery cell are directly and detachably connected to one another. It is proposed that a contacting element is provided for the electrical connection, which breaks through an oxide layer of a current discharge element of the first battery cell and/or an oxide layer of a current discharge element of the second battery cell when connected for the first time. This can advantageously reduce the contact resistance between the current discharge elements.

Zeichnungendrawings

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

Es zeigen:

  • 1 eine Seitenansicht eines Elektrofahrrads mit einem Akkupack;
  • 2 eine Draufsicht auf eine Akkuzelle des Akkupacks;
  • 3a eine perspektivische Ansicht eines Zellverbinders im montierten Zustand;
  • 3b eine Draufsicht auf den Zellverbinder nach 3a im demontierten Zustand;
  • 4 eine perspektivische Teilansicht zweier Akkuzellen, die über einen Zellverbinder gemäß 3a verbunden sind.
Show it:
  • 1 a side view of an electric bicycle with a battery pack;
  • 2 a top view of a battery cell of the battery pack;
  • 3a a perspective view of a cell connector in the assembled state;
  • 3b a top view of the cell connector after 3a in dismantled condition;
  • 4 a perspective partial view of two battery cells connected via a cell connector according to 3a are connected.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In 1 ist eine Seitenansicht eines Verbrauchers 14 in Form eines Elektrofahrrads 16 mit einem Energiespeicher 100 in Form eines Akkupack 102 gezeigt. Das Elektrofahrrad 16 kann beispielsweise als ein Pedelec oder als ein E-Bike ausgebildet sein.In 1 is a side view of a consumer 14 in the form of an electric bicycle 16 with an energy storage device 100 in the form of a battery pack 102. The electric bicycle 16 can be designed, for example, as a Pedelec or as an e-bike.

Das Elektrofahrrad 16 weist ein Gehäuse in Form eines Rahmens 20 bzw. eines Fahrradrahmens auf. Mit dem Rahmen 20 sind zwei Räder 22 verbunden. Zudem weist das Elektrofahrrad 16 eine Antriebseinheit 26 auf, die einen Elektromotor beziehungsweise einen Hilfsmotor umfasst. Der Elektromotor ist vorzugsweise als ein Permanentmagnet-erregter, bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet. Der Elektromotor ist beispielhaft als ein Mittelmotor ausgebildet, wobei auch ein Nabenmotor oder dergleichen denkbar ist. Das Elektrofahrrad 16, insbesondere die Antriebseinheit 26 des Elektrofahrrads 16, wird über den Energiespeicher 100 mit Energie versorgt. Der Akkupack 102 ist mittels einer Verbindungsvorrichtung 25 mit dem Elektrofahrrad 16, insbesondere mit dem Rahmen 20 des Elektrofahrrads 16, verbunden. Die Verbindung erfolgt mittels einer Bewegung des Akkupacks 102 entlang einer Verbindungsrichtung relativ zum Elektrofahrrad 16.The electric bicycle 16 has a housing in the form of a frame 20 or a bicycle frame. Two wheels 22 are connected to the frame 20. The electric bicycle 16 also has a drive unit 26 which comprises an electric motor or an auxiliary motor. The electric motor is preferably designed as a permanent magnet-excited, brushless direct current motor. The electric motor is designed as a central motor, for example, although a hub motor or the like is also conceivable. The electric bicycle 16, in particular the drive unit 26 of the electric bicycle 16, is supplied with energy via the energy storage device 100. The battery pack 102 is connected to the electric bicycle 16, in particular to the frame 20 of the electric bicycle 16, by means of a connecting device 25. The connection is made by means of a movement of the battery pack 102 along a connecting direction relative to the electric bicycle 16.

Der Akkupack 102 weist ein Gehäuse 104 auf, das beispielhaft aus einem Kunststoff ausgebildet ist. Es wäre ebenso denkbar, dass das Gehäuse 104 des Akkupacks 102 aus einem teilweise oder vollständig metallischen Material ausgebildet ist. Im Gehäuse 104 des Akkupacks 102 sind beispielhaft zehn Akkuzellen 106 (siehe 2) angeordnet, die beispielhaft als Pouch-Zellen 108 ausgebildet sind. Der Akkupack 102 weist beispielhaft eine Betriebsspannung von 36 V auf, die im Wesentlichen der Betriebsspannung von Akkupacks für Elektrofahrrädern mit zylindrischen Akkuzellen entspricht. Vorteilhaft können derartige Elektrofahrräder sowohl mit dem Akkupack 102 mit Pouch-Zellen 108 als auch mit einem Akkupack mit zylindrischen Akkuzellen betrieben werden.The battery pack 102 has a housing 104, which is made, for example, from a plastic. It would also be conceivable for the housing 104 of the battery pack 102 to be made from a partially or completely metallic material. In the housing 104 of the battery pack 102, for example, ten battery cells 106 (see 2 ) are arranged, which are designed as pouch cells 108, for example. The battery pack 102 has an operating voltage of 36 V, for example, which essentially corresponds to the operating voltage of battery packs for electric bicycles with cylindrical battery cells. Such electric bicycles can advantageously be operated both with the battery pack 102 with pouch cells 108 and with a battery pack with cylindrical battery cells.

Die Antriebseinheit 26 umfasst eine Steuereinheit (nicht dargestellt), die zur Steuerung oder Regelung des Elektrofahrrads 16, insbesondere des Elektromotors, ausgebildet ist. Das Elektrofahrrad 16 weist eine Tretkurbel 28 auf. Die Tretkurbel 28 weist eine Tretkurbelwelle (nicht dargestellt) auf. Die Steuereinheit des Elektrofahrrads 16 ist mit einer Sensoreinheit (nicht dargestellt) verbunden. Die Sensoreinheit des Elektrofahrrads 16 umfasst beispielhaft mehrere Sensorelemente, wie einen Drehmomentsensor, einen Bewegungssensor, beispielsweise in Form eines Beschleunigungssensors, und einen Magnetsensor.The drive unit 26 comprises a control unit (not shown) which is designed to control or regulate the electric bicycle 16, in particular the electric motor. The electric bicycle 16 has a pedal crank 28. The pedal crank 28 has a pedal crank shaft (not shown). The control unit of the electric bicycle 16 is connected to a sensor unit (not shown). The sensor unit of the electric bicycle 16 comprises, for example, several sensor elements, such as a torque sensor, a motion sensor, for example in the form of an acceleration sensor, and a magnetic sensor.

Die Steuereinheit und die Antriebseinheit 26 mit dem Elektromotor und der Tretkurbelwelle sind in einem mit dem Rahmen 20 verbundenen Antriebsgehäuse 27 angeordnet. Die Antriebsbewegung des Elektromotors wird vorzugsweise über ein Getriebe (nicht dargestellt) auf die Tretkurbelwelle übertragen, wobei die Größe der Unterstützung durch die Antriebseinheit 26 mittels der Steuereinheit gesteuert oder geregelt wird. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, die Antriebseinheit 26 derart anzusteuern, dass der Fahrer des Elektrofahrrads 16 beim Pedalieren unterstützt wird. Vorzugsweise ist die Steuereinheit durch den Fahrer bedienbar ausgebildet, sodass der Fahrer den Unterstützungsgrad einstellen kann.The control unit and the drive unit 26 with the electric motor and the pedal crankshaft are arranged in a drive housing 27 connected to the frame 20. The drive movement of the electric motor is preferably transmitted to the pedal crankshaft via a gear (not shown), the level of support provided by the drive unit 26 being controlled or regulated by the control unit. The control unit is designed to control the drive unit 26 in such a way that the rider of the electric bicycle 16 is supported when pedaling. The control unit is preferably designed to be operable by the rider so that the rider can adjust the level of support.

Die Steuereinheit und die Sensoreinheit sind einer Elektronik (nicht dargestellt) des Elektrofahrrads 16 zugeordnet. Die Elektronik umfasst beispielhaft eine Leiterplatte, auf der eine Recheneinheit in Form einer CPU, eine Speichereinheit und die Sensoreinheit angeordnet ist. Die Elektronik ist beispielhaft vollständig in dem Antriebsgehäuse 27 der Antriebseinheit 26 angeordnet. Es ist allerdings auch denkbar, dass die Elektronik nur teilweise im Antriebsgehäuse 27 angeordnet ist und Komponente der Elektronik an anderen Bereichen des Elektrofahrrads 16 angeordnet sind. Zudem ist auch eine Anordnung der Elektronik außerhalb des Antriebsgehäuses 27 denkbar.The control unit and the sensor unit are assigned to an electronics unit (not shown) of the electric bicycle 16. The electronics comprise, for example, a circuit board on which a computing unit in the form of a CPU, a memory unit and the sensor unit are arranged. The electronics are, for example, arranged entirely in the drive housing 27 of the drive unit 26. However, it is also conceivable that the electronics are only partially arranged in the drive housing 27 and components of the electronics are arranged in other areas of the electric bicycle 16. In addition, an arrangement of the electronics outside the drive housing 27 is also conceivable.

Das Elektrofahrrad 16 umfasst zudem beispielhaft einen Boardcomputer 30, der an einem Lenker 32 des Elektrofahrrads 16 angeordnet ist. Der Boardcomputer 30 ist beispielhaft teilweise lösbar mit dem Elektrofahrrad 16 ausgebildet. Der Boardcomputer 30 umfasst eine Anzeigeeinheit (nicht dargestellt), die zur Anzeige von Informationen ausgebildet ist. Der Boardcomputer 30 umfasst zudem ein Bedienelement (nicht dargestellt), über das der Benutzer beziehungsweise der Fahrer den Boardcomputer 30 und/oder das Elektrofahrrad 16 steuern kann. The electric bicycle 16 also includes, for example, an on-board computer 30 that is arranged on a handlebar 32 of the electric bicycle 16. The on-board computer 30 is designed, for example, to be partially detachable from the electric bicycle 16. The on-board computer 30 includes a display unit (not shown) that is designed to display information. The on-board computer 30 also includes a control element (not shown) that the user or the driver can use to control the on-board computer 30 and/or the electric bicycle 16.

Das Bedienelement ist beispielhaft als ein berührungsempfindlicher Bildschirm ausgebildet. Der Boardcomputer 30 ist mit der Steuereinheit des Elektrofahrrads 16 derart verbunden, dass Informationen ausgetauscht werden können. Beispielsweise ist über die Anzeigeeinheit eine von der Steuereinheit ermittelte Geschwindigkeit, ein eingestellter Unterstützungsgrad des Elektromotors, eine Routeninformation einer Navigationseinheit und ein Ladezustand des Akkupacks 102 anzeigbar.The control element is designed, for example, as a touch-sensitive screen. The on-board computer 30 is connected to the control unit of the electric bicycle 16 in such a way that information can be exchanged. For example, a speed determined by the control unit, a set level of support for the electric motor, route information from a navigation unit and a charge level of the battery pack 102 can be displayed via the display unit.

In 2 ist eine Akkuzelle 106 des Akkupacks 102 in einer Draufsicht gezeigt. Die Akkuzelle 106 weist einen beispielhaft im Wesentlichen rechteckförmigen Grundkörper 110 auf. Der Grundkörper 110 ist beispielhaft flexibel ausgebildet. Der Grundkörper 110 wird durch ein flexibles Material, beispielhaft durch eine metallische, insbesondere aluminiumbasierte, Folie, gebildet. In dem Grundkörper 110 sind mehrere aktive Schichten und innere Elektroden der Pouch-Zelle 108 angeordnet. Der Grundkörper 110 ist mit zwei Stromableitungselementen 112 verbunden. Die Stromableitungselemente 112 sind zum elektrischen Anschließen der Akkuzellen 106 vorgesehen. Beispielhaft ist einer der Stromableitungselemente 112 als ein Plus-Pol 111 in Form einer Aluminiumelektrode ausgebildet und das andere Stromableitungselement als ein Minus-Pol 113 in Form einer Kupferelektrode ausgebildet. Die Akkuzellen 106, insbesondere die Stromableitungselemente 112 unterschiedlicher Akkuzellen 106, sind im montierten Zustand elektrisch miteinander über Zellverbinder 114 (siehe 3a) verbunden.In 2 a battery cell 106 of the battery pack 102 is shown in a top view. The battery cell 106 has, for example, an essentially rectangular base body 110. The base body 110 is designed to be flexible, for example. The base body 110 is formed by a flexible material, for example by a metallic, in particular aluminum-based, film. Several active layers and inner electrodes of the pouch cell 108 are arranged in the base body 110. The base body 110 is connected to two current discharge elements 112. The current discharge elements 112 are provided for electrically connecting the battery cells 106. For example, one of the current discharge elements 112 is designed as a positive pole 111 in the form of an aluminum electrode and the other current discharge element is designed as a negative pole 113 in the form of a copper electrode. The battery cells 106, in particular the current discharge elements 112 of different battery cells 106, are electrically connected to one another in the assembled state via cell connectors 114 (see 3a) tied together.

In 3a ist der Zellverbinder 114 in einer perspektivischen Ansicht in einem zusammengebauten Zustand gezeigt und in 3b in einem teilweise auseinandergebauten Zustand gezeigt.In 3a the cell connector 114 is shown in a perspective view in an assembled state and in 3b shown in a partially disassembled state.

Der Zellverbinder 114 weist zwei Zellverbinderelemente 116 auf. Die Zellverbinderelemente 116 sind aus einem elektrisch nichtleitenden Material, beispielhaft einem Kunststoff, ausgebildet. Die Zellverbinderelemenste 116 weisen beispielhaft eine im Wesentlichen quaderförmige Form auf.The cell connector 114 has two cell connector elements 116. The cell connector elements 116 are made of an electrically non-conductive material, for example a plastic. The cell connector elements 116 have, for example, a substantially cuboid shape.

Der Zellverbinder 114 weist beispielhaft zwei Befestigungselemente 118 auf, die zur Befestigung der Zellverbinderelemente 116 miteinander ausgebildet sind. Die Befestigungselemente 118 sind beispielhaft als Schrauben 120 ausgebildet. Die Zellverbinderelemente 116 weisen je Befestigungselement 118 eine Befestigungselementaufnahme 122 auf. Die Befestigungselementaufnahme 122 kann als eine zylindrische Bohrung mit oder ohne Gewinde ausgebildet sein. Die Befestigungselemente 118 sind insbesondere zum Verspannen der Zellverbinderelemente 116 ausgebildet. Die Befestigungselemente 118 sind beispielhaft aus einem metallischen Material ausgebildet und an gegenüberliegenden Seiten des Zellverbinders 114 angeordnet.The cell connector 114 has, for example, two fastening elements 118 which are designed to fasten the cell connector elements 116 to one another. The fastening elements 118 are designed, for example, as screws 120. The cell connector elements 116 have a fastening element receptacle 122 for each fastening element 118. The fastening element receptacle 122 can be designed as a cylindrical bore with or without a thread. The fastening elements 118 are designed in particular for clamping the cell connector elements 116. The fastening elements 118 are, for example, made of a metallic material and arranged on opposite sides of the cell connector 114.

Zudem weist der Zellverbinder 114 ein Kontaktierungselement 124 auf. Das Kontaktierungselement 124 ist zur elektrischen Kontaktierung der Stromableitungselemente 112 der Akkuzellen 106 ausgebildet. Das Kontaktierungselement 124 ist beispielhaft als eine insbesondere metallischen Madenschraube 126 ausgebildet. Der Zellverbinder 114, insbesondere eines der Zellverbinderelemente 116, weist eine Aufnahme 128 für das Kontaktierungselement 124 auf, wobei die Aufnahme 128 ein Innengewinde umfasst.In addition, the cell connector 114 has a contacting element 124. The contacting element 124 is designed for electrically contacting the current discharge elements 112 of the battery cells 106. The contacting element 124 is designed, for example, as a particularly metallic grub screw 126. The cell connector 114, in particular one of the cell connector elements 116, has a receptacle 128 for the contacting element 124, wherein the receptacle 128 comprises an internal thread.

In 4 sind beispielhaft zwei Akkuzellen 106 im durch einen Zellverbinder 114 verbundenen Zustand gezeigt. Zur Montage werden zunächst zwei Stromableitungselemente 112 von jeweils zwei Akkuzellen 106 aufeinandergelegt und zwischen den zwei Zellverbinderelementen 116 angeordnet. Dadurch entsteht eine direkte Verbindung zwischen den Stromableitungselementen 112 der beiden Akkuzellen 106. Im Anschluss werden die zwei Zellverbinderelemente 116 durch die Befestigungselemente 118 miteinander verspannt beziehungsweise befestigt.In 4 For example, two battery cells 106 are connected by a cell connector 114 in State shown. For assembly, first two current discharge elements 112 from two battery cells 106 each are placed on top of each other and arranged between the two cell connector elements 116. This creates a direct connection between the current discharge elements 112 of the two battery cells 106. The two cell connector elements 116 are then clamped or fastened together by the fastening elements 118.

Im Anschluss wird das Kontaktierungselement 124 in die Aufnahme 128 verschraubt. Das Kontaktierungselement 124 kommt dabei in Kontakt mit dem Kontaktierungselement 124 zugewandten Stromableitungselement 112. Das Kontaktierungselement 124 beaufschlagt dabei die Stromableitungselemente 112 derart mit einer Kraft, dass eine Metalloxidschicht auf den Stromableitungselementen 112 durchbrochen und der Übergangswiderstand zwischen Stromableitungselementen 112 reduziert wird. Im montierten Zustand sind somit die Stromableitungselemente 112 der Akkuzellen fest und elektrisch miteinander verbunden. Dadurch entsteht eine direkte Verbindung zwischen den Stromableitungselementen 112 der beiden Akkuzellen 106. Durch Lösen der Schrauben 120 kann diese Verbindung allerdings wieder beschädigungsfrei gelöst werden.The contacting element 124 is then screwed into the receptacle 128. The contacting element 124 comes into contact with the current discharge element 112 facing the contacting element 124. The contacting element 124 applies a force to the current discharge elements 112 in such a way that a metal oxide layer on the current discharge elements 112 is broken through and the contact resistance between the current discharge elements 112 is reduced. In the assembled state, the current discharge elements 112 of the battery cells are thus firmly and electrically connected to one another. This creates a direct connection between the current discharge elements 112 of the two battery cells 106. However, this connection can be released again without causing damage by loosening the screws 120.

Es ist ebenso denkbar, dass den Zellverbinder derart ausgebildet ist, dass mehr als zwei paar Stromableitungselemente 112 verbindbar sind.It is also conceivable that the cell connector is designed such that more than two pairs of current discharge elements 112 can be connected.

Zudem ist denkbar, dass der Akkupack 102 eine Elektronik, insbesondere ein Batteriemanagementsystem aufweist, wobei der Akkupack 102 Einzelzellspannungsabgriffe zur Überwachung der Spannung der Akkuzellen 106 aufweist. Die Überwachung kann dabei über eine zusätzliche Kontaktierung des Kontaktierungselements 124 erfolgen. Alternativ ist ebenso denkbar, dass die Überwachung über eine direkte Kontaktierung der Stromableitungselemente 112 erfolgt, beispielsweise über eine Anordnung der zusätzlichen Kontaktierung zwischen den Stromableitungselementen 112 im Bereich des Zellverbinders 114. Die zusätzliche Kontaktierung kann beispielsweise über einen Draht oder ein Kabel realisiert werden.It is also conceivable that the battery pack 102 has electronics, in particular a battery management system, wherein the battery pack 102 has individual cell voltage taps for monitoring the voltage of the battery cells 106. The monitoring can be carried out via an additional contact of the contacting element 124. Alternatively, it is also conceivable that the monitoring takes place via a direct contact of the current discharge elements 112, for example via an arrangement of the additional contact between the current discharge elements 112 in the area of the cell connector 114. The additional contact can be implemented, for example, via a wire or a cable.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102020207893 A1 [0001]DE 102020207893 A1 [0001]

Claims (11)

Akkupack, insbesondere Akkupack (102) für ein Elektrofahrrad (16), aufweisend ein Gehäuse (104), wobei in dem Gehäuse (104) zumindest eine erste Akkuzelle (106) und eine zweite Akkuzelle (106) angeordnet sind, wobei die Akkuzellen (106) jeweils zwei Stromableitungselemente (112) aufweisen, die über einen Zellverbinder (114) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinder (114) derart ausgebildet ist, dass die Stromableitungselemente (112) der ersten Akkuzelle (106) und die Stromableitungselemente (112) der zweiten Akkuzelle (106) direkt und lösbar miteinander verbunden sind.Battery pack, in particular battery pack (102) for an electric bicycle (16), comprising a housing (104), wherein at least a first battery cell (106) and a second battery cell (106) are arranged in the housing (104), wherein the battery cells (106) each have two current discharge elements (112) which are connected to one another via a cell connector (114), characterized in that the cell connector (114) is designed such that the current discharge elements (112) of the first battery cell (106) and the current discharge elements (112) of the second battery cell (106) are directly and detachably connected to one another. Akkupack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinder (114) zumindest ein erstes nichtleitendes Zellverbinderelement (116) und zumindest ein zweites nichtleitendes Zellverbinderelement (116) aufweist, wobei das erste Zellverbinderelement (116) und das zweite Zellverbinderelement (116) lösbar miteinander verbunden sind.Battery pack after Claim 1 , characterized in that the cell connector (114) has at least a first non-conductive cell connector element (116) and at least a second non-conductive cell connector element (116), wherein the first cell connector element (116) and the second cell connector element (116) are detachably connected to one another. Akkupack nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zellverbinderelement (116) und das zweite Zellverbinderelement (116) über zumindest ein Befestigungselement (118) miteinander verbunden sind.Battery pack after Claim 2 , characterized in that the first cell connector element (116) and the second cell connector element (116) are connected to one another via at least one fastening element (118). Akkupack nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Befestigungselement (118) beabstandet zu den Stromableitelementen (112) angeordnet ist.Battery pack after Claim 3 , characterized in that the at least one fastening element (118) is arranged at a distance from the current discharge elements (112). Akkupack nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (118) als eine Schraube (120) ausgebildet ist.Battery pack according to one of the Claims 3 or 4 , characterized in that the fastening element (118) is designed as a screw (120). Akkupack nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinder (114) zumindest ein Kontaktierungselement (124) aufweist, das zur elektrischen Kontaktierung der Stromableitungselemente (112) ausgebildet ist.Battery pack according to one of the preceding claims, characterized in that the cell connector (114) has at least one contacting element (124) which is designed for electrically contacting the current discharge elements (112). Akkupack nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zellverbinderelement (116) und/oder das zweite Zellverbinderelement (116) eine Aufnahme (128) zur Aufnahme des Kontaktierungselements (124) aufweist.Battery pack after Claim 6 , characterized in that the first cell connector element (116) and/or the second cell connector element (116) has a receptacle (128) for receiving the contacting element (124). Akkupack nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement (124) derart ausgebildet ist, dass es im montierten Zustand an dem Stromableitungselement (112) der ersten Akkuzelle (106) direkt anliegt.Battery pack according to one of the Claims 6 or 7 , characterized in that the contacting element (124) is designed such that in the assembled state it rests directly on the current discharge element (112) of the first battery cell (106). Akkupack nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Akkupack (102) ein zweites Kontaktierungselement aufweist, dass im montierten Zustand an dem Stromableitungselement (112) der zweiten Akkuzelle (106) direkt anliegt.Battery pack according to one of the Claims 6 until 8th , characterized in that the battery pack (102) has a second contacting element which, in the assembled state, lies directly against the current discharge element (112) of the second battery cell (106). Akkupack nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement (124) als ein Madenschraube (126) ausgebildet ist.Battery pack according to one of the Claims 6 until 9 , characterized in that the contacting element (124) is designed as a grub screw (126). Verfahren zur Herstellung eines Akkupacks (102) für ein Elektrofahrrad (16), aufweisend ein Gehäuse (104), wobei in dem Gehäuse (104) zumindest eine erste Akkuzelle (106) und eine zweite Akkuzelle (106) angeordnet sind, wobei die Akkuzellen (106) jeweils zwei Stromableitungselemente (1122) aufweisen, die über einen Zellverbinder (114) miteinander verbunden sind, wobei der Zellverbinder (114) derart ausgebildet ist, dass die Stromableitungselemente (112) der ersten Akkuzelle (106) und die Stromableitungselement (112) der zweiten Akkuzelle (106) direkt und lösbar miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur elektrischen Verbindung ein Kontaktierungselement (124) vorgesehen ist, das bei der erstmaligen Verbindung eine Oxidschicht eines Stromableitungselements (112) der ersten Akkuzelle (106) und/oder eine Oxidschicht eines Stromableitungselements (112) der zweiten Akkuzelle (106) durchbricht.Method for producing a battery pack (102) for an electric bicycle (16), comprising a housing (104), wherein at least one first battery cell (106) and one second battery cell (106) are arranged in the housing (104), wherein the battery cells (106) each have two current discharge elements (1122) which are connected to one another via a cell connector (114), wherein the cell connector (114) is designed such that the current discharge elements (112) of the first battery cell (106) and the current discharge elements (112) of the second battery cell (106) are directly and detachably connected to one another, characterized in that a contacting element (124) is provided for the electrical connection, which, when connected for the first time, contacts an oxide layer of a current discharge element (112) of the first battery cell (106) and/or an oxide layer of a current discharge element (112) of the second battery cell (106) breaks through.
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DE102020207893A1 (en) 2020-06-25 2021-12-30 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Conductor element of an electrode arrangement from a plurality of electrochemical cells

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