DE60035228T2 - Batteriepack und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Batterieeinheiten und insbesondere auf Batterieeinheiten für schnurlose Elektrowerkzeuge.
  • Schnurlose Erzeugnisse, die wiederaufladebare Batterien verwenden, haben sich sowohl am Arbeitsplatz als auch im Haushalt durchgesetzt. Von Haushaltsgeräten bis zu Elektrowerkzeugen werden wiederaufladebare Batterien in zahlreichen Geräten verwendet. Normalerweise werden in diesen Geräten Nickel-Kadmium- oder Nickel-Metallhydrid-Batteriezellen verwendet. Da die Geräte eine Vielzahl von Batteriezellen verwenden, sind die Batteriezellen normalerweise als Batterieeinheiten zusammengepackt. Diese Batterieeinheiten werden mit dem schnurlosen Gerät verbunden und an dem Gerät befestigt. Die Batterieeinheit kann von dem schnurlosen Gerät abgenommen und in einem Batterieladegerät geladen werden, oder sie kann in dem schnurlosen Gerät selbst geladen werden.
  • Weil normalerweise mehrere Zellen in einer Batterieeinheit verwendet werden, kann es schwierig sein, die Batterieeinheit zusammenzubauen. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Batterieeinheit zur Verfügung zu stellen, die leicht zusammenzubauen ist.
  • Die U.S. 5 096 788 beschreibt eine Batterieeinheit mit mehreren Zellen, einem Isolator und Stoßkissen zum Schutz der Zellen.
  • Die EP 0 849 818 beschreibt eine elektrochemische Zelle mit einer spiralförmig gewickelten Elektrode und Waben-Isolatorkissen.
  • Die WO 99/19918 beschreibt eine Batterieeinheit mit mehreren Zellen, elastischen Gummikissen, Papier-Isolatoren und einem Stützkissen aus Karton.
  • Die U.S. 3 219 485 beschreibt eine Batterieeinheit mit einem mehrere Batterien enthaltenden Gehäuse. Ein weiches Isolierkissen aus Glasfaser ist in dem Gehäuse angeordnet.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Batterieeinheit zur Verfügung gestellt mit
    einer Ober- und Unterkontakte aufweisenden ersten Zelle,
    einer auf dem Oberkontakt angeordneten ersten Abstützung und
    einer auf dem Unterkontakt angeordneten zweiten Abstützung, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinheit ferner ein absorbierendes Kissen zum Absorbieren von Elektrolyt aufweist, das an zumindest einem von dem Ober- oder dem Unterkontakt angeordnet ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Batterieeinheit zur Verfügung gestellt umfassend:
    Zurverfügungstellen von ersten und zweiten Abstützungen und ersten und zweiten Zellen, wobei die ersten und zweiten Zellen Ober- und Unterkontakte aufweisen, und
    Anordnen der ersten und zweiten Zellen zwischen den ersten und zweiten Abstützungen, wobei die Ober- und Unterkontakte der ersten und zweiten Zellen eine der ersten und zweiten Abstützungen berühren, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner den Schritt des Bereitstellenes eines absorbierenden Kissens zum Absorbieren von Elektrolyt zwischen einem von dem Oberkontakt und dem Unterkontakt der ersten Zelle und von einer aus der ersten und der zweiten Abstützung aufweist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine verbesserte Batterieeinheit verwendet. Die Batterieeinheit umfasst eine erste Zelle mit Ober- und Unterkontakten, eine auf dem Oberkontakt angeordnete erste Abstützung und eine auf dem Unterkontakt angeordnete zweite Abstützung.
  • Zumindest eine von den ersten und zweiten Abstützungen kann eine Rippe zum Halten der ersten Zelle an ihrer Stelle aufweisen. Die Rippe kann sich entlang einer Längsachse der ersten Zelle und/oder im Wesentlichen senkrecht von zumindest einer der ersten und zweiten Abstützungen erstrecken. Die ersten und zweiten Abstützungen können miteinander verriegelbar sein. Demgemäß kann die erste Abstützung einen ersten Vorsprung umfassen und die zweite Abstützung einen zweiten Vorsprung, der mit dem ersten Vorsprung in Eingriff kommt. Die Batterieeinheit kann ferner ein Kissen aufweisen, das auf zumindest einem der Ober- und Unterkontakte vorgesehen ist. Das Kissen kann im Wesentlichen kreisförmig sein. Die Batterieeinheit kann ferner eine zwischen den ersten und zweiten Abstützungen vorgesehene zweite Zelle aufweisen. Die zweite Zelle kann benachbart zur ersten Zelle angeordnet und/oder kann von der ersten Zelle getrennt sein. Die Batterieeinheit kann ferner eine die ersten und zweiten Zellen verbindende Leiterplatte aufweisen. Die Leiterplatte kann die ersten und zweiten Zellen durch eine der ersten und zweiten Abstützungen verbinden. Zumindest eine der ersten und zweiten Abstützungen kann ein Loch zum Durchtritt von Fluid aufweisen. Die Batterieeinheit kann ferner ein die erste Zelle und die ersten und zweiten Abstützungen haltendes Gehäuse aufweisen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beschrieben und sind aus den beigefügten Zeichnungen und der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung zu erkennen.
  • Die beigefügten Zeichnungen erläutern bevorzugte Ausführungen der Erfindung gemäß der praktischen Anwendung ihrer Prinzipien und sie zeigen in
  • 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Einheit,
  • 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Teils einer Batterieeinheit,
  • 3 einen Querschnitt einer Batterieeinheit und
  • 4 ein schematisches Schaltbild der Batterieeinheit.
  • Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszahlen gleiche Teile bezeichnen. Bezug auf 1 bis 4 nehmend, ist eine Batterieeinheit 10 gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Elektrowerkzeug 100, beispielsweise einer Bohrmaschine, einer Gehrungssäge, einer Kreissäge usw. verbunden. Das Elektrowerkzeug 100 kann ein Werkzeug 103, beispielsweise ein Blatt, ein Schneidwerkzeug oder Einsatzelement, einen Motor 101 zum Antreiben des Werkzeugs 103 und einen Schalter 102 zum Schalten des Motors 101 aufweisen. Der Motor 101 kann elektrisch mit der Batterieeinheit 10 verbunden sein.
  • Die Batterieeinheit 10 weist vorzugsweise vier Batteriekontakte auf. Der erste Batteriekontakt POS ist der positive Kontakt für die Batterieeinheit 10. Der zweite Batteriekontakt NEG ist der negative/gemeinsame Kontakt. Der dritte Batteriekontakt TEMP ist der Temperaturkontakt. Der vierte Batteriekontakt ID ist der Erkennungskontakt. Die Batteriekontakte POS und NEG nehmen den Ladestrom von einem Ladegerät (nicht dargestellt) zum Laden der Batterieeinheit 10 auf.
  • Die Batteriezellen 21 sind zwischen den Batteriekontakten POS und NEG verbunden. Ferner ist vorzugsweise eine Temperaturerfassungsvorrichtung RT, beispielsweise ein NTC (Negative Temperature Coefficient)-Widerstand oder Thermistor, zwischen die Batteriekontakte TEMP und NEG geschaltet. Die Temperaturerfassungsvorrichtung RT ist vorzugsweise in dichter körperlicher Nähe zu den Zellen 21 angeordnet, um die Batterietemperatur zu überwachen. Fachleute werden erkennen, dass andere Komponenten, beispielsweise Kondensatoren usw. oder Schaltungen verwendet werden können, um ein Signal zu liefern, das die Batterietemperatur wiedergibt.
  • Eine Batterieerkennungsvorrichtung kann an den ID-Kontakt angeschlossen sein, um eine Batterieerkennungsinformation an das Ladegerät 21 zu liefern. Vorzugsweise ist die Batterieerkennungsvorrichtung 17 ein Widerstand RID, der zwischen den ID-Kontakt und den negativen Kontakt NEG geschaltet ist. Der Wert des Widerstands RID wird vorzugsweise gewählt, um den Typ und die Kapazität der Batterieeinheit 10 anzuzeigen. Durch den elektrischen Widerstand des Widerstands RID kann das Ladegerät den Typ und/oder die Kapazität der Batterieeinheit 10 erkennen und jeden und/oder alle Ladeparameter, beispielsweise Ladespannung, Ladestromstärke, Ladezeit, modifizieren, um die Ladezeit zu minimieren und/oder ein Überladen zu vermeiden. Zur weiteren Information über die Batterieeinheit 10 und ihr Zusammenwirken mit dem Ladegerät werden Fachleute auf die US-Patentanmeldung Nr. 09/292 164 , eingereicht am 15. April 1999, mit dem Titel "Verfahren und Vorrichtung zum Laden von Batterien" verwiesen, die hierin vollständig durch Bezug aufgenommen wird.
  • Vorzugsweise weist die Batterieeinheit 10 zumindest ein Paket 20 auf, wie es in den 1 bis 3 dargestellt ist. Das Paket 20 kann zumindest eine Zelle 21 und vorzugsweise eine Vielzahl von Zellen 21 aufweisen. Jede Zelle 21 hat einen positiven Kontakt 212 und einen negativen Kontakt 21N.
  • Die oberen und unteren Abstützungen 22T, 22B können zwischen sich die Zellen 21 halten. Die Abstützungen 22T, 22B können im Wesentlichen eben und/oder im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Zellen 21 angeordnet sein. Vorzugsweise weisen die Abstützungen 22T, 22B Rippen 22R zum Halten der Zellen 21 an ihrer Stelle und/oder zum Halten der Zellen 21 getrennt voneinander auf, wie nachfolgend erläutert wird.
  • Die Abstützungen 22T, 22B können Plattenlöcher 27 aufweisen, die die positiven und negativen Kontakte 212, 21N der Zellen 21 freigeben. Die Leiterplatten 23 können durch die Plattenlöcher 27 eingesetzt und mit den Zellenkontakten durch Schweißen oder einen anderen Prozess verbunden werden. Wenn eine Reihenschaltung zwischen zwei Zellen gewünscht wird, wird es bevorzugt, abwechselnde Kontakte bereitzustellen, d.h. dass der Oberkontakt der ersten Zelle positiv ist, während der Oberkontakt der zweiten Zelle negativ ist, um die Verbindung mit den Leiterplatten 23 zu vereinfachen. Umgekehrt wird es, wenn eine Parallelschaltung zwischen zwei Zellen gewünscht wird, bevorzugt, die Zellen in der gleichen Ausrichtung bereitzustellen, so dass die Oberkontakte der ersten und zweiten Zellen nebeneinander angeordnet sind.
  • Es ist bevorzugt, Bewegungen zwischen den Zellen 21 in Bezug auf die Leiterplatten 23 zu minimieren. Daher kann eine Rippe 22R eine Quetschrippe 22RR zum Minimieren des Spiels zwischen der Zelle 21 und der Rippe 22R aufweisen, wodurch die Bewegung der Zelle 21 eingeschränkt wird. Fachleute werden erkennen, dass andere Verfahren zum Minimieren des Spiels zwischen der Zelle 21 und der Rippe 22R verwendet werden können, beispielsweise das Verwenden von Reibpassungen oder Federn usw.
  • Kissen 24 sind zwischen den Zellen 21 und den Abstützungen 22 angeordnet. Gemäß der Erfindung sind die Kissen 24 aus absorbierendem Material hergestellt. Die Kissen 24 können einen Zellenkontakt oder ein Lüftungsloch der Zelle 21 teilweise oder vollständig überdecken. Durch das Anordnen der Kissen 24 kann somit jegliche Elektrolytflüssigkeit, die aus der Zelle 21 auslaufen kann, absorbiert werden. Vorzugsweise erstrecken sich die Kissen 24 nicht über den Zellenkontakt hinaus, so dass sie nicht die Löcher 22H blockieren. Daher sind die Kissen 24 vorzugsweise kreisförmig und können einen Radius aufweisen, der im Wesentlichen gleich oder kleiner als der Radius der Zelle 21 ist. Es ist bevorzugt, die Kissen 24 nur gegenüber Lüftungslöchern anzuordnen, die den positiven Kontakten 212 dicht benachbart oder den positiven Kontakten 212 gegenüber angeordnet sind.
  • Die Abstützungen 22T, 22B können sich davon erstreckende Vorsprünge 25, 26 aufweisen. Vorzugsweise erstrecken sich die Vorsprünge 25, 26 im Wesentlichen senkrecht zu den Abstützungen 22. Die Vorsprünge 25, 26 können jeweilige Enden 25E, 26E aufweisen, die in Eingriff miteinander stehen. Wie in 1 dargestellt ist, weist das Ende 25E einen hakenförmigen Abschnitt 251-1 auf, der in ein Loch 26H im Endabschnitt 26E eingreift und eine Schnapp-Verriegelungsverbindung bildet. Vorzugsweise drückt die Verbindung die Zellen 21, Kissen 24, usw. leicht zusammen oder hält sie fest. Fachleute werden erkennen, dass andere Verbindungsarten verwendet werden können, einschließlich zum Beispiel Einsteck-Aufnahme-Verbindungen, Reibungskupplungs-Verbindungen usw.
  • Daher wird, um ein Paket 20 zusammenzubauen, eine Abstützung, beispielsweise eine untere Abstützung 22B, zur Verfügung ge stellt. Wenn Kissen 24 zum Abdecken der positiven und/oder negativen Kontakte vorgesehen sind, werden die Kissen 24 auf der Abstützung 223 in dem geeigneten Muster angeordnet. Die Zellen 21 werden dann in dem gewünschten Muster darauf angeordnet. Es können mehrere Kissen 24 auf den Zellen 21 angeordnet werden. Die andere Abstützung, d.h. die obere Abstützung 22T, wird auf den Zellen 21 und/oder Kissen 24 angeordnet. Beide Abstützungen 22T, 22B werden aufeinander zu geschoben, vorzugsweise um die Schnapp-Verriegelungs-Verbindung zwischen den Vorsprüngen 25, 26 herzustellen. Daraufhin werden die Leiterplatten 23 durch die Plattenlöcher 27 (und durch das Kissenloch 24H, wenn erforderlich) eingesetzt und mit den Zellenkontakten verbunden.
  • Alternativ kann eine Leiterplatte 23 mit einer Zelle 21 verbunden sein. Ein Kissen 24 kann dann auf der Zelle 21 angeordnet werden. Diese Baugruppe kann dann auf einer der Abstützungen 22T, 22B installiert werden, wobei sich die Leiterplatte 23 durch das Plattenloch 27 erstreckt. Die Leiterplatte 23 kann dann mit einer anderen Zelle 21 verbunden werden. Die andere der Abstützungen 22T, 22B wird dann auf den Zellen 21 angeordnet. Die Leiterplatten 23 werden dann entsprechend verbunden.
  • Wie in 2 dargestellt, kann das Paket 20 dann in das Gehäuse 11 der Batterieeinheit eingesetzt werden. Vorzugsweise weist das Gehäuse 11 Rippen 11R auf, um das Einsetzen des Pakets 20 in das Gehäuse 11 zu führen und/oder um das Paket 20 an seiner Stelle zu halten. Fachleute werden erkennen, dass 2 ein zweiteiliges Gehäuse 11 darstellt, das zwei Hälften aufweist und dass eine der Hälften nicht dargestellt ist. Trotzdem werden Fachleute wissen, dass die zweite Hälfte vorgesehen werden muss und dass beide Hälften durch Schrauben, Schnapp-Verriegelungsverbindungen, Klebstoff, usw. fest miteinander verbunden werden müssen.
  • Das Paket 20 ist vorzugsweise mit dem Kontaktblock 12 verbunden, der ebenfalls im Gehäuse 11 angeordnet ist. Der Kontaktblock 12 kann mehrere Kontakte 12T aufweisen, die den Kontakten POS, NEG, ID und/oder TEMP entsprechen. Wenn mehrere Pakete 20 im Gehäuse 11 installiert sind, müssen die Pakete 20 über Leiter, Leiterplatten, Druckstecker usw. elektrisch miteinander und/oder mit dem Kontaktblock 12 verbunden werden.
  • Bezug auf die 2 bis 3 nehmend, können die Abstützungen 22T, 22B auch Löcher 22H aufweisen, die den Durchtritt eines entweder flüssigen oder gasförmigen Fluids, beispielsweise Luft, erlauben. Wie vorher angeführt, werden die Rippen 22R vorzugsweise dafür verwendet, die Zellen 21 getrennt zu halten. Das Fluid kann somit durch eine Abstützung 22 durch die Löcher 22H zwischen die Zellen 21 in das Paket 20 hinein und durch die Löcher 22H in der anderen Abstützung 22 aus dem Paket 20 heraus strömen. Fachleute werden auf die US-Patentanmeldung Nr. 09/035,586 , eingereicht am 5. März 1998 unter dem Titel "Battery Cooling System", verwiesen.
  • Es ist bevorzugt, Luft als Kühlfluid zu verwenden. Daher ist das Gehäuse 11 mit Löchern 13 versehen, um Luft in das Gehäuse 11 hinein zu lassen (Luftstrom AEIN), die durch die Pakete 20 strömt, wie vorher erläutert, und die aus dem Gehäuse 11 heraus strömt (Luftstrom AAUS), wie es in 3 dargestellt ist. Alternativ kann die Luft durch die Oberseite der Batterieeinheit 10 eintreten und durch die Löcher 13 austreten.
  • Fachleute werden andere Alternativen zu den hierin offenbarten Mitteln erkennen. Alle diese Ergänzungen und/oder Veränderungen werden jedoch als Äquivalente der vorliegenden Erfindung betrachtet.

Claims (28)

  1. Batterieeinheit (10) mit einer Ober- und Unterkontakte aufweisenden ersten Zelle (21), einer auf dem Oberkontakt angeordneten ersten Abstützung (22T) und einer auf dem Unterkontakt angeordneten zweiten Abstützung (22B), dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinheit ferner ein absorbierendes Kissen (24) zum Absorbieren von Elektrolyt aufweist, das an zumindest einem von dem Ober- oder dem Unterkontakt angeordnet ist.
  2. Batterieeinheit nach Anspruch 1, bei der zumindest eine von den ersten und zweiten Abstützungen ferner eine Rippe (22R) zum Haltern der ersten Zelle an ihrer Stelle aufweist.
  3. Batterieeinheit nach Anspruch 2, bei der sich die Rippe entlang einer Längsachse der ersten Zelle erstreckt.
  4. Batterieeinheit nach Anspruch 2, bei der die Rippe sich im Wesentlichen senkrecht von zumindest einer der ersten und zweiten Abstützungen erstreckt.
  5. Batterieeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der sich eine Längsachse der ersten Zelle im Wesentlichen senkrecht zu zumindest einer der ersten und zweiten Abstützungen erstreckt.
  6. Batterieeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Abstützung sich miteinander verriegeln.
  7. Batterieeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Abstützung einen ersten Vorsprung (25) aufweist und die zweite Abstützung einen zweiten Vorsprung (26), der mit dem ersten Vorsprung in Eingriff kommt.
  8. Batterieeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Kissen im Wesentlichen kreisförmig ist.
  9. Batterieeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Radius des Kissens im Wesentlichen gleich oder kleiner als der Radius der ersten Zelle ist.
  10. Batterieeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine zwischen den ersten und zweiten Abstützungen vorgesehene zweite Zelle.
  11. Batterieeinheit nach Anspruch 10, bei der die zweite Zelle benachbart zur ersten Zelle angeordnet ist.
  12. Batterieeinheit nach Anspruch 10, bei der die zweite Zelle von der ersten Zelle getrennt ist.
  13. Batterieeinheit nach einem der Ansprüche 10 bis 12, ferner aufweisend eine die ersten und zweiten Zellen verbindende Leiterplatte (23).
  14. Batterieeinheit nach Anspruch 13, bei der die Leiterplatte die ersten und zweiten Zellen durch eine der ersten und zweiten Abstützungen verbindet.
  15. Batterieeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zumindest eine der ersten und zweiten Abstützungen ein Loch (22H) zum Durchtritt von Fluid aufweist.
  16. Batterieeinheit nach Anspruch 15, bei der das Fluid Luft ist.
  17. Batterieeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein die erste Zelle und die ersten und zweiten Abstützungen halterndes Gehäuse (11).
  18. Batterieeinheit nach Anspruch 17, ferner aufweisend eine zweite Zelle mit Ober- und Unterkontakten, eine auf dem Oberkontakt der zweiten Zelle vorgesehene dritte Abstützung und eine auf dem Unterkontakt der zweiten Zelle vorgesehene vierte Abstützung, wobei sich die zweite Zelle und die dritten und vierten Abstützungen im Gehäuse befinden.
  19. Batterieeinheit nach Anspruch 17, ferner aufweisend mit der ersten Zelle verbundene erste und zweite Batteriekontakte.
  20. Batterieeinheit nach Anspruch 17, bei der das Gehäuse mindestens ein Loch (13) für den Durchtritt von Fluid aufweist.
  21. Batterieeinheit nach Anspruch 20, bei der das Fluid Luft ist.
  22. Verfahren zum Herstellen einer Batterieeinheit (10) umfassend: Zurverfügungstellen von ersten (22T) und zweiten (22B) Abstützungen und ersten und zweiten Zellen (21), wobei die ersten und zweiten Zellen Ober- und Unterkontakte aufweisen, Anordnen der ersten und zweiten Zellen zwischen den ersten und zweiten Abstützungen, wobei die Ober- und Unterkontak te der ersten und zweiten Zellen eine der ersten und zweiten Abstützungen berühren, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner den Schritt des Bereitstellenes eines absorbierenden Kissens (24) zum Absorbieren von Elektrolyt zwischen einem von dem Oberkontakt und dem Unterkontakt der ersten Zelle und von einer aus der ersten und der zweiten Abstützung aufweist.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, ferner umfassend das Verbinden der ersten und zweiten Zellen mit einer Leiterplatte (23).
  24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem die Leiterplatte die ersten und zweiten Zellen durch eine der ersten und zweiten Abstützungen verbindet.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, ferner ein Verriegeln der ersten und zweiten Abstützungen miteinander umfassend.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, ferner umfassend ein Einsetzen der ersten und zweiten Abstützungen und der ersten und zweiten Zellen in ein Gehäuse (11).
  27. Verfahren nach Anspruch 26, ferner umfassend: Zurverfügungstellen von dritten und vierten Abstützungen und dritten und vierten Zellen, wobei die dritten und vierten Zellen Ober- und Unterkontakte haben, Anordnen der ersten und vierten Zellen zwischen den dritten und vierten Abstützungen, wobei jeder der Ober- und Unterkontakte der dritten und vierten Zellen eine der dritten und vierten Abstützungen berührt, und Anordnen der dritten und vierten Zellen und der dritten und vierten Abstützungen im Gehäuse.
  28. Verfahren nach Anspruch 26, ferner umfassend Zurverfügungstellen von ersten und zweiten Batteriekontakten und elektrisches Verbinden der ersten und zweiten Batteriekontakte mit den ersten und zweiten Zellen.
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