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DE10214367B4 - Energiespeichermodul und Handwerkzeugmaschine - Google Patents

Energiespeichermodul und Handwerkzeugmaschine Download PDF

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DE10214367B4 DE2002114367 DE10214367A DE10214367B4 DE 10214367 B4 DE10214367 B4 DE 10214367B4 DE 2002114367 DE2002114367 DE 2002114367 DE 10214367 A DE10214367 A DE 10214367A DE 10214367 B4 DE10214367 B4 DE 10214367B4
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Abstract

Energiespeichermodul zur Stromversorgung einer elektrischen Handwerkzeugmaschine mit mehreren Zellen (10) zur Speicherung elektrischer Energie, mindestens einem Zellenträger (12) zur Halterung der Zellen (10), wobei der Zellenträger (12) mit allen Zellen (10) in flächigem Berührungskontakt steht und wobei der Zellenträger (12) mindestens teilweise aus einem wärmeleitfähigen Material besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen (10) durch einen wärmeleitfähigen Kleber mit dem Zellenträger (12) verklebt sind.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einem Energiespeichermodul zur Stromversorgung einer elektrischen Handwerkzeugmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Moderne Handwerkzeugmaschinen, wie beispielsweise Handbohrmaschinen oder Akku-Schrauber, werden oftmals durch Akku-Packs mit Strom versorgt, wobei die Akku-Packs aus mehreren Zellen bestehen, die elektrisch miteinander verbunden sind und beispielsweise durch einen Kunststoffmantel zusammengehalten werden.
  • Beim Betrieb derartiger Akku-Packs entsteht jedoch sowohl während des Ladens als auch während des Entladens eine erhebliche Verlustwärme in den Zellen, was zu einer Erhöhung der Zellentemperatur und damit zu einer vorzeitigen Alterung der Zellen führt.
  • Darüber hinaus weist ein solcher Akku-Pack nach einem Entladevorgang aufgrund der dabei entstandenen Verlustwärme meist eine so hohe Temperatur auf, daß nicht sofort mit dem Aufladen begonnen werden kann. Vielmehr muß ein dafür vorgesehenes Ladegerät erst abwarten, bis die Temperatur des Akku-Packs wieder abgesunken ist, wodurch der Ladevorgang verzögert wird.
  • Darüber hinaus können die einzelnen Zellen eines solchen Akku-Packs im Betrieb erhebliche Temperaturunterschiede aufweisen, da die Verlustwärme von den außenliegenden Zellen relativ gut abgeführt wird, wohingegen sich in der Mitte des Akku-Packs meist ein Wärmestau bildet.
  • Weiterhin wird von der Firma Makita ein Akku-Pack vertrieben, der während des Ladevorgangs gekühlt wird, indem ein Kühlluftstrom durch den Akku-Pack geblasen wird. Nachteilig daran ist zum einen die Tatsache, daß die Kühlung nicht während des Entladens erfolgt. Zum anderen kann das Innere dieses bekannten Akku-Packs durch den Kühlluftstrom verschmutzt werden.
  • Aus der WO 01/0321 A1 ist ein Akkupack für eine Handwerkzeugmaschine bekannt, bei dem Heat Pipes in das Innere des Akkupacks geführt sind zur Wärmeabfuhr aus dem Inneren und Abgabe nach außen.
    •
  • Durch die Erfindung wird ein verbessertes Energiespeichermodul angegeben. Dies wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.
  • Die Erfindung umfaßt die allgemeine technische Lehre, bei einem Energiespeichermodul mit mehreren Zellen einen Zellenträger vorzusehen, der aus einem wärmeleitfähigen Material besteht und die Zellen durch einen wärmeleitfähigen Kleber mit dem Zellenträger zu verkleben.
  • Zum einen ermöglicht der Zellenträger aufgrund seiner guten Wärmeleitfähigkeit die Abführung der im Inneren des Energie speichermoduls entstehenden Verlustwärme, so daß diese an der Außenseite des Energiespeichermoduls abgegeben werden kann.
  • Zum anderen fixiert der Zellenträger die Zellen mechanisch, indem die Zellen mit diesem verklebt sind. Bei einer Verklebung des Zellenträgers mit der Zelle wird ein wärmeleitfähiger Kleber verwendet, um einen guten Wärmeübergang von der Zelle auf den Zellenträger zu erreichen.
  • In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Zellenträger eine große Wärmekapazität auf, so daß die von der Zelle auf den Zellenträger übergehende Verlustwärme nur zu einem geringfügigen Temperaturanstieg führt. Dies ist vorteilhaft, da der Wärmeübergang von der Zelle auf den Zellenträger durch eine große Temperaturdifferenz gefördert wird.
  • Vorzugsweise besteht der Zellenträger deshalb aus einem Material, dessen Wärmeleitfähigkeit und/oder spezifische Wärmekapazität größer ist als die von Luft, Kunststoff, Papier und/oder des Materials der Zelle.
  • In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Energiespeichermodul mehrere Zellen zur Speicherung elektrischer Energie auf, wobei die Wärmeleitfähigkeit und/oder die Wärmekapazität des Zellenträgers so groß ist, daß der Temperaturunterschied zwischen den einzelnen Zellen im Ladebetrieb und/oder im Entladebetrieb wesentlich kleiner ist als der Temperaturunterschied der Zellen gegenüber dem Umgebung.
  • Vorzugsweise ist die Wärmeleitfähigkeit und/oder die Wärmekapazität des Zellenträgers dabei so groß, daß der Temperatur unterschied zwischen den einzelnen Zellen im Ladebetrieb und/oder im Entladebetrieb kleiner als 5, 10, 15, 20, 30, 40 oder 50 Kelvin ist.
  • Der Zellenträger des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls steht mit sämtlichen Zellen in Berührungskontakt, damit der Zellenträger von allen Zellen Verlustwärme abführen kann. Die Verbindung zwischen dem Zellenträger und den einzelnen Zellen ist flächig, um einen möglichst geringen Wärmeübergangswiderstand zu erreichen.
  • In einer Variante der Erfindung besteht der Zellenträger aus mehreren Teilen, was insbesondere bei großen Akku-Packs mit einer Vielzahl von Zellen vorteilhaft ist. Die einzelnen Teile des Zellenträgers weisen hierbei jeweils mindestens eine Wärmeleitfläche auf, an denen die Teile des Zellenträgers flächig miteinander verbunden sind. Diese flächige Verbindung zwischen den einzelnen Teilen des Zellenträgers ermöglicht vorteilhaft einen guten Wärmeübergang.
  • Zur weiteren Verbesserung der Wärmeabfuhr ist in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mindestens ein Kühlkörper vorgesehen, der die Wärme passiv abgibt oder aktiv von einem Lüfter angeblasen wird.
  • Vorzugsweise ist der Kühlkörper hierbei in einer Gehäuseöffnung angeordnet oder ragt durch diese aus dem Energiespeichermodul nach außen. Auf diese Weise wird vorteilhaft eine direkte Wärmebrücke aus dem Inneren des Energiespeichermoduls nach außen hergestellt, so daß die im Inneren des Energiespeichermoduls entstehende Verlustwärme effektiv nach außen abgeführt wird. Der Kühlkörper kann deshalb im Inneren des Energiespeichermoduls mit dem Zellenträger oder direkt mit einer Zelle verbunden sein, um vorrangig das temperaturkritische Innere des Energiespeichermoduls zu kühlen.
  • Darüber hinaus ist in der Gehäuseöffnung vorzugsweise auch ein elektrischer Anschlußkontakt angeordnet, über den das Energiespeichermodul mit einem Elektrogerät oder einem Ladegerät verbunden werden kann. Die gemeinsame Anordnung des Anschlußkontakts und des Kühlkörpers in der Gehäuseöffnung bietet den Vorteil einer einfachen elektrischen und thermischen Kontaktierung in einem Elektrogerät bzw. in einem Ladegerät.
  • Ferner weist das Energiespeichermodul vorzugsweise eine mechanische Führung auf, durch die das Energiespeichermodul in einem Elektrogerät bzw. in einem Ladegerät mechanisch fixiert werden kann. Die Führung kann beispielsweise aus Führungsleisten bestehen, die beidseitig der Gehäuseöffnung angeordnet sind, so daß das Energiespeichermodul in ein Aufnahmefach des Elektrogeräts bzw. des Ladegeräts eingeschoben werden kann.
  • Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines Energiespeichermoduls ist nicht auf Akku-Packs beschränkt. Vielmehr ist die Erfindung beispielsweise auch mit nicht wiederaufladbaren Batterie-Packs realisierbar sowie mit anderen Typen von Energiespeichern, die im Betrieb Verlustwärme erzeugen.
  • Weiterhin umfaßt die Erfindung eine Handwerkzeugmaschine mit einem erfindungsgemäßen Energiespeichermodul, wobei es sich beispielsweise um eine akkubetriebene Handwerkzeugmaschine oder um ein Ladegerät handeln kann.
  • Die Kühlung des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls kann hierbei durch einen Lüfter unterstützt werden.
    •
  • Zeichnung
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, 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.
  • 1 zeigt einen erfindungsgemäßes Akku-Pack für eine Handwerkzeugmaschine.
  • Die perspektivische, teilweise aufgerissene Darstellung in 1 zeigt ein Akku-Pack für eine Handwerkzeugmaschine, wie beispielsweise eine Handbohrmaschine oder einen Akku-Schrauber.
  • Zur Speicherung elektrischer Energie weist der Akku-Pack insgesamt 30 Akku-Zellen 10 auf, die im wesentlichen eine zylindrische Form haben. In dem Akku-Pack sind hierbei jeweils drei Zellen übereinander, fünf Zellen nebeneinander und zwei Zellen hintereinander angeordnet, wodurch eine kompakte Bauform des Akku-Packs erreicht wird.
  • Die einzelnen Akku-Zellen 10 sind hierbei zur mechanischen Fixierung in einem waben- bzw. gitterförmigen Zellenträger 12 angeordnet und durch einen Kleber mit dem Zellenträger 12 verklebt.
  • Neben der mechanischen Fixierung der Akku-Zellen 10 dient der Zellenträger 12 im Rahmen der Erfindung auch zur Kühlung der Akku-Zellen 10.
  • Die Verklebung der einzelnen Akku-Zellen 10 mit dem Zellenträger 12 erfolgt deshalb durch einen wärmeleitfähigen Kleber, damit der Wärmeübergangswiderstand zwischen den Akku-Zellen 10 und dem Zellenträger 12 möglichst gering ist.
  • Darüber hinaus besteht der Zellenträger 12 aus Aluminium, was als Werkstoff eine große Wärmeleitfähigkeit und auch eine große spezifische Wärmekapazität aufweist.
  • Die gute Wärmeleitfähigkeit des Zellenträgers 12 bietet den Vorteil, daß die von den innenliegenden Akku-Zellen 10 erzeugte Verlustwärme gut nach außen abgeführt wird, wodurch eine Überhitzung des Akku-Packs im Inneren verhindert wird.
  • Die große Wärmekapazität des Zellenträgers 12 ist zusätzlich vorteilhaft, da der Zellenträger 12 dadurch eine relativ große Menge an Verlustwärme von den Akku-Zellen 10 aufnehmen kann, ohne sich wesentlich zu erhitzen. Im Ergebnis führt die Wärmeaufnahme durch den Zellenträger 12 also zu einer Absenkung der Temperatur der Akku-Zellen 10.
  • An der Oberseite des Zellenträgers 12 sind zahlreiche Kühlkörper 14 angeformt, die ebenfalls aus Aluminium bestehen und eine große Oberfläche aufweisen, um die von den Akku-Zellen 10 aufgenommene Verlustwärme effektiv an die Umgebungsluft abzugeben. Beim Entladen des Akku-Packs in einem Elektrogerät sowie beim Aufladen in einem Ladegerät können die Kühlkörper 14 durch ein Gebläse mit Umgebungsluft angeströmt werden, um die Wärmeabfuhr durch Konvektion zu verbessern.
  • Der Zellenträger 12 besteht hierbei aus zwei Teilen 12.1, 12.2, die in Längsrichtung der Akku-Zellen 10 hintereinander angeordnet sind, wobei jedes Teil 12.1 bzw. 12.2 des Zellenträgers 12 jeweils 15 Akku-Zellen 10 aufnimmt. An ihren Stirnseiten weisen die beiden Teile 12.1, 12.2 des Zellenträgers 12 jeweils ebene Stirnflächen auf, die im montierten Zustand flächig aneinander liegen und durch Schrauben miteinander verbunden werden, wodurch ein guter Wärmeübergang zwischen den beiden Teilen 12.1, 12.2 des Zellenträgers 12 erreicht wird.
  • Weiterhin verfügt der Akku-Pack über ein Gehäuse 16 aus Kunststoff, wobei an der Oberseite des Gehäuses 16 eine Gehäuseöffnung angeordnet ist, durch die die Kühlkörper 14 nach außen ragen. Dies bietet den Vorteil, daß die Kühlkörper 14 an der Außenseite des Akku-Packs zugänglich sind und gut gekühlt werden können.
  • Darüber hinaus weist der Akku-Pack eine Platine 18 auf, die an der Oberseite des Zellenträgers 12 innerhalb des Gehäuses 16 befestigt ist und eine Leuchtdiode 20, einen Schalter 22 sowie elektrische Anschlußkontakte 24 trägt. Die Leuchtdiode 20, der Schalter 22 und die elektrischen Anschlußkontakte 24 sind hierbei innerhalb der Gehäuseöffnung angeordnet und deshalb ebenfalls von außen zugänglich.
  • Ferner sind an der Außenseite des Gehäuses 16 beidseitig der Gehäuseöffnung zwei Führungsschienen 26 angeordnet, über die der Akku-Pack in ein Aufnahmefach eines Elektrogeräts bzw. eines Ladegeräts eingeschoben werden kann, wobei die Führungsschienen 26 des Akku-Packs in entsprechend angepaßte Führungsschienen in dem Aufnahmefach eingreifen. Im eingeschobenen Zustand wird der Akku-Pack dann durch Schnapphaken 28 in dem Aufnahmefach des Elektrogeräts bzw. des Ladegeräts fixiert.
    • 10
    Akku-Zellen
    12
    Zellenträger
    12.1, 12.2
    Teile des Zellenträ
    gers
    14
    Kühlkörper
    16
    Gehäuse
    18
    Platine
    20
    Leuchtdiode
    22
    Schalter
    24
    Anschlußkontakte
    26
    Führungsschienen
    28
    Schnapphaken

Claims (7)

  1. Energiespeichermodul zur Stromversorgung einer elektrischen Handwerkzeugmaschine mit mehreren Zellen (10) zur Speicherung elektrischer Energie, mindestens einem Zellenträger (12) zur Halterung der Zellen (10), wobei der Zellenträger (12) mit allen Zellen (10) in flächigem Berührungskontakt steht und wobei der Zellenträger (12) mindestens teilweise aus einem wärmeleitfähigen Material besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen (10) durch einen wärmeleitfähigen Kleber mit dem Zellenträger (12) verklebt sind.
  2. Energiespeichermodul nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Zellenträger (12) aus mehreren Teilen (12.1, 12.2) mit jeweils mindestens einer Wärmeleitfläche besteht, wobei die Teile (12.1, 12.2) des Zellenträgers (12) an den Wärmeleitflächen flächig miteinander verbunden sind.
  3. Energiespeichermodul nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Zellenträger (12) mindestens ein Kühlkörper (14) angebracht oder angeformt ist.
  4. Energiespeichermodul nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (16) mit einer Gehäuseöffnung, wobei der Kühlkörper (14) und/oder ein elektrischer Anschlußkontakt (24) in der Gehäuseöffnung angeordnet ist oder durch die Gehäuseöffnung nach außen ragt.
  5. Energiespeichermodul nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine mechanische Führung (26), die beidseitig neben der Gehäuseöffnung angeordnet ist.
  6. Handwerkzeugmaschine mit einem Aufnahmefach, in das ein Energiespeichermodul nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche eingeschoben ist.
  7. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Zellenträger (12) mindestens ein Kühlkörper (14) angebracht oder angeformt ist und zum Anblasen des Kühlkörpers (14) ein Lüfter vorgesehen ist.
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