DE102022210058A1

DE102022210058A1 - Akkupack; System mit einem ersten Akkupack und einem zweiten Akkupack

Info

Publication number: DE102022210058A1
Application number: DE102022210058.1A
Authority: DE
Inventors: Peter Kunert; Simon Buck; Haris Alisic; Lisa Bayer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-09-23
Filing date: 2022-09-23
Publication date: 2024-03-28
Also published as: CN117766928A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Akkupack mit einem Gehäuse und zumindest einer Akkuzelle, mit einem Zellenhalter zur Aufnahme der zumindest einen Akkuzelle. Es wird vorgeschlagen, dass der Akkupack zumindest ein Adaptermodul zur axialen und/oder radialen Fixierung des Zellenhalters im Gehäuse aufweist.

Description

Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Akkupack mit einem Gehäuse und zumindest einer Akkuzelle, mit einem Zellenhalter zur Aufnahme der zumindest einen Akkuzelle. Es wird vorgeschlagen, dass der Akkupack zumindest ein Adaptermodul zur axialen und/oder radialen Fixierung des Zellenhalters im Gehäuse aufweist. Vorteilhaft kann der Zellenhalter dadurch für unterschiedliche Akkupacks mit unterschiedlichen Gehäusen eingesetzt werden.
Der Akkupack ist insbesondere Teil eines Systems, welches sich aus dem Akkupack und einem Verbraucher zusammensetzt, wobei der Verbraucher während des Betriebs über den Akkupack mit Energie versorgt wird. Der Akkupack kann beispielsweise als ein Handwerkzeugmaschinenakkupack oder als ein Elektrofahrradakkupack ausgebildet sein. Der Akkupack ist insbesondere als ein Wechselakkupack ausgebildet, der bevorzugt werkzeuglos lösbar mit dem Verbraucher ausgebildet ist. Alternativ ist ebenso denkbar, dass der Akku fest im Gehäuse des Verbrauchers angebracht beziehungsweise integriert ist. Der Akkupack ist insbesondere verbindbar mit einer Ladevorrichtung zum Aufladen des Akkupacks ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann der Akkupack auch derart ausgebildet sein, dass er im mit dem Verbraucher verbundenen Zustand aufladbar ist.
Der Verbraucher kann insbesondere als ein Gartengerät, wie beispielsweise ein Rasenmäher oder eine Heckenschere, als ein Haushaltsgerät, wie beispielsweise ein elektrischer Fensterreiniger oder Handstaubsauger, als eine Handwerkzeugmaschine, wie beispielsweise ein Winkelschleifer, ein Schrauber, eine Bohrmaschine, ein Bohrhammer, etc., als ein elektrisches Fortbewegungsmittel, wie beispielsweise ein Elektrofahrrad in Form eines Pedelecs oder eBikes, als ein eScooter oder als ein Messwerkzeug, wie beispielsweise ein Laserentfernungsmessgerät, ausgebildet sein. Des Weiteren ist auch denkbar, dass der Verbraucher als ein anderes insbesondere tragbares Gerät ausgebildet ist, wie beispielsweise eine Baustellenbeleuchtung, ein Absauggerät oder ein Baustellenradio.
Das Gehäuse des Akkupacks ist vorzugsweise teilweise oder vollständig als ein Au-ßengehäuse ausgebildet. Der Akkupack, insbesondere das Gehäuse des Akkupacks, kann über eine mechanische Schnittstelle lösbar mit dem Verbraucher und/oder einer Ladevorrichtung verbindbar oder fest verbunden ausgebildet sein. Das Gehäuse des Akkupacks kann ein oder mehrere Gehäuseteile aufweisen. Das Gehäuse weist zumindest ein Gehäuseteil auf, das als ein Außengehäuseteil ausgebildet ist. Das Außengehäuseteil grenzt dabei den Akkupack nach außen ab und kann von einem Benutzer berührt werden. Zudem kann das Gehäuse zumindest ein Innengehäuseteil aufweisen, dass vollständig von dem zumindest einen Gehäuseteil umschlossen wird. Das Gehäuse kann aus einem metallischen Werkstoff und/oder aus einem Kunststoff ausgebildet sein.
Der Zellenhalter kann einstückig oder einteilig ausgebildet sein. Unter einstückig soll im Zusammenhang dieser Anmeldung insbesondere ein Bauteil verstanden werden, dass aus einem Stück ausgebildet und nicht aus mehreren Bauteilen, die stoffschlüssig und/oder kraft- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind, ausgebildet ist. Ein einstückiges Bauteil besteht demnach aus einem einzigen Material. Unter einteilig soll im Zusammenhang dieser Anmeldung mehrere Bauteile, die stoffschlüssig, beispielsweise über ein 2K Spritzguss oder einen Stoffschluss, miteinander verbunden sind, verstanden werden. Eine einteilige Komponente kann somit aus einem Material oder aus mehreren Materialien bestehen. Alternativ ist auch denkbar, dass der Zellenhalter mehrteilig ausgebildet ist, wobei die unterschiedlichen Teile kraft- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind. Das Gehäuse des Akkupacks ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass der Zellenhalter vollständig von dem Gehäuse umschlossen ist. Alternativ ist ebenso denkbar, dass der zumindest eine Zellenhalter teilweise als ein Außengehäuseteil ausgebildet ist. Der Zellenhalter ist vorzugsweise aus einem Kunststoff, insbesondere einem thermoplastischen Kunststoff, ausgebildet. Der Zellenhalter ist bevorzugt aus einem temperaturbeständigen Kunststoff, bevorzugt aus einem faserverstärkten Kunststoff, ausgebildet. Alternativ ist ebenso denkbar, dass der Zellenhalter aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist. Es sind auch noch weitere Werkstoffe, zum Beispiel Keramik denkbar. Der Akkupack kann einen einzigen oder mehrere Zellenhalter, die nebeneinander und/oder hintereinander angeordnet sind, aufweisen. Der Zellenhalter weist vorzugsweise Einzelzellenaufnahmen zur Aufnahme einer einzelnen Akkuzelle auf.
Der Zellenhalter kann eine oder mehrere Einzelzellenaufnahmen zur Aufnahme einer einzelnen Akkuzelle und/oder eine oder mehrere Mehrzellenaufnahmen zur Aufnahme mehrerer Akkuzellen aufweisen. Die jeweiligen Aufnahmen sind dabei insbesondere derart ausgebildet, dass im mit der Akkuzelle verbundenen Zustand ein Großteil der Außenfläche, insbesondere ein Großteil der Mantelfläche der Akkuzelle, von der Aufnahme umschlossen ist. Insbesondere ist zumindest 25%, vorzugsweise zumindest 50%, bevorzugt zumindest 75%, der Mantelfläche der Akkuzelle von der Aufnahme umschlossen. Vorzugsweise ist die Aufnahme derart ausgebildet, dass die zumindest eine Akkuzelle an einer Innenfläche der Aufnahme anliegt und durch die Aufnahme fixiert ist. Der Zellenhalter weist zwischen zwei benachbarten Aufnahmen vorzugsweise eine Wandung auf, die die Aufnahmen räumlich und/oder elektrisch und/oder thermisch voneinander isoliert. Der Zellenhalter weist vorzugsweise je Akkuzelle eine Einzelzellenaufnahme auf. Die Einzelzellenaufnahme weist vorzugsweise zumindest ein Fixierungselement zur kraft- und/oder formschlüssigen Fixierung der Akkuzelle in der Einzelzellenaufnahme auf.
Über eine mechanische Schnittstelle ist der Akkupack kraft- und/oder formschlüssig mit dem Verbraucher verbindbar. Vorteilhaft umfasst die mechanische Schnittstelle zumindest ein Betätigungselement, über das die Verbindung des Akkupacks mit dem Verbraucher und/oder mit der Ladevorrichtung lösbar ist. Das Betätigungselement kann beispielsweise als ein Schloss, ein Knopf, ein Hebel oder als ein Taster ausgebildet sein. Das Betätigungselement kann am Akkupack und/oder am Verbraucher angeordnet sein. Zudem kann die mechanische Schnittstelle Führungselemente, wie beispielsweise Führungsschienen, zur Führung des Akkupacks beim Verbindungsprozess und/oder Zentrierelemente zur Zentrierung des Akkupacks beim Verbindungsprozess umfassen.
Zudem weist der Akkupack zumindest eine elektrische Schnittstelle auf, über die der Akkupack mit dem Verbraucher und/oder mit der Ladevorrichtung elektrisch verbindbar ist. Über die elektrische Verbindung kann der Akkupack beispielsweise geladen und/oder entladen werden. Alternativ oder zusätzlich ist auch denkbar, dass über die elektrische Schnittstelle Informationen von dem Akkupack an den Verbraucher und umgekehrt übermittelbar sind. Die elektrische Schnittstelle ist bevorzugt als eine Kontaktschnittstelle ausgebildet, bei der die elektrische Verbindung über einen physischen Kontakt zumindest zweier leitfähiger Bauteile erfolgt. Die elektrische Schnittstelle umfasst bevorzugt zumindest zwei elektrische Kontaktelemente. Insbesondere ist einer der elektrischen Kontaktelemente als ein Plus-Kontakt und das andere elektrische Kontaktelement als ein Minus-Kontakt ausgebildet. Zusätzlich kann die elektrische Schnittstelle zumindest einen Zusatzkontakt aufweisen, der dazu ausgebildet ist, zusätzliche Informationen an den Verbraucher und/oder an die Ladevorrichtung zu übertragen. Die Zusatzkontakte können als Signalkontakte, Codierkontakte, Temperaturkontakte, Bus-Kontakte etc. ausgebildet sein. Die elektrischen Kontaktelemente können beispielsweise als federnde Kontaktelemente in Form von Kontakttulpen oder als Flachkontakte in Form von Kontaktklingen ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die elektrische Schnittstelle ein sekundäres Ladespulenelement zur induktiven Ladung aufweisen. Die elektrische Schnittstelle kann beispielhaft als eine Stecker/Buchse-Schnittstelle ausgebildet sein, wobei beispielsweise der Akkupack eine Buchse und der Verbraucher einen korrespondierenden Stecker aufweist. Die mechanische Schnittstelle und die elektrische Schnittstelle können dabei integriert oder getrennt voneinander ausgebildet sein.
Des Weiteren umfasst der Akkupack vorzugsweise eine Elektronik. Die Elektronik kann beispielsweise eine Leiterplatte, eine Recheneinheit, eine Steuereinheit, einen Transistor, einen Kondensator, und/oder eine Speichereinheit aufweisen. Zusätzlich oder alternativ ist ebenfalls denkbar, dass Informationen von der Elektronik ermittelt werden. Die Elektronik ist zur Steuerung oder Regelung des Akkupacks und/oder des Verbrauchers ausgebildet. Die Elektronik umfasst insbesondere ein BMS (engl. Battery Management System), das zur Überwachung des Akkupacks ausgebildet ist. Das BMS ist insbesondere dazu ausgebildet, eine Überladung und/oder eine Tiefenentladung des Akkupacks zu verhindern. Vorzugsweise ist das BMS zur korrekten Zellsymmetrierung ausgebildet. Die Elektronik kann zudem ein oder mehrere Sensorelemente aufweisen, beispielsweise einen Temperatursensor zur Ermittlung der Temperatur innerhalb des Akkupacks oder einen Bewegungssensor zur Ermittlung von Bewegungen. Die Elektronik kann alternativ oder zusätzlich ein Kodierungselement, wie beispielsweise ein Kodierungswiderstand, aufweisen. Die elektrischen Kontaktelemente der elektrischen Schnittstelle des Akkupacks können auf der Leiterplatte der Elektronik angeordnet oder mit der Leiterplatte verbunden sein. Unter einer Leiterplatte soll im Zusammenhang dieser Anmeldung ein Schaltungsträger verstanden werden, der ein organisches oder anorganisches Substrat aufweist. Die Leiterplatte kann als eine starre Leiterplatte oder als eine flexible Leiterplatte ausgebildet sein. Zudem kann es sich bei der Leiterplatte um eine bestückte oder eine unbestückte Leiterplatte handeln. Die Leiterplatte kann eine einzelne Lage aufweisen oder mehrlagig ausgebildet sein.
Die Akkuzelle kann als eine galvanische Zelle ausgebildet sein, die einen Aufbau aufweist, bei dem ein Zellpol an einem Ende und ein weiterer Zellpol an einem gegenüberliegenden Ende zu liegen kommen. Insbesondere weist die Akkuzelle an einem Ende einen positiven Zellpol und an einem gegenüberliegenden Ende einen negativen Zellpol auf. Bevorzugt sind die Akkuzellen als NiCd- oder NiMh-, besonders bevorzugt als lithiumbasierte Akkuzellen bzw. Li-lon Akkuzellen, ausgebildet. Alternativ ist beispielhaft auch denkbar, dass die Akkuzelle als eine Pouchzelle oder als eine prismatische Zelle ausgebildet ist. Die Akkuspannung des Akkupacks ist in der Regel ein Vielfaches der Spannung einer einzelnen Akkuzelle und ergibt sich aus der Schaltung (parallel oder seriell) der Akkuzellen. Bei gängigen Akkuzellen mit einer Spannung von 3,6 Vergeben sich somit beispielhafte Akkuspannung von 3,6 V, 7,2 V, 10, 8 V, 14,4 V, 18 V, 36 V, 54 V, 108 V etc. Bevorzugt ist die Akkuzelle als zumindest im Wesentlichen zylinderförmige Rundzelle ausgebildet, wobei die Zellpole an Enden der Zylinderform angeordnet sind.
Insbesondere weist der Akkupack zumindest einen Zellverbinder auf, der zur elektrischen Verbindung der Akkuzellen mit der Elektronik, insbesondere mit der Leiterplatte und/oder mit den elektrischen Kontaktelementen, ausgebildet ist. Die Zellverbinder können einstückig, einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Die Zellverbinder können kraft- und/oder formschlüssig mit dem Gehäuse des Akkupacks, insbesondere dem Zellenhalter, verbunden sein. Es ist ebenso denkbar, dass der Zellverbinder teilweise oder vollständig von dem Gehäuse, insbesondere dem Zellenhalter, umspritzt ist. Der Zellverbinder ist aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet. Der Zellverbinder kann beispielsweise aus einem Reinkupfer (Kupfergehalt >95%), einer Kupferlegierung oder einer Nickel-Verbindung, einem Stahl, insbesondere Hilumin, einer Aluminiumlegierung oder Aluminium ausgebildet sein. Die Zellverbinder können an Stirnseiten oder an der Mantelfläche der Akkuzellen mit diesen stoffschlüssig verbunden sein.
Der Akkupack kann einen oder mehrere Adaptermodule aufweisen. Vorzugsweise weist der Akkupack zumindest zwei Adaptermodule aufweisen, wobei diese stirnseitig an dem gleichen Zellenhalter oder an unterschiedlichen Zellenhaltern angeordnet sind. Die Adaptermodule können aus einem metallischen Werkstoff und/oder aus einem Kunststoff ausgebildet sein. Das Adaptermodul kann einstückig, einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Das Adaptermodul kann aus dem gleichen Werkstoff wie das Gehäuse und/oder der Zellenhalter des Akkupacks ausgebildet sein.
Unter einer radialen Fixierung des Zellenhalters im Gehäuse des Akkupacks soll im Zusammenhang dieser Anmeldung insbesondere verstanden werden, dass das Adaptermodul eine im Wesentlichen spielfreie Lagerung des Zellenhalters im Gehäuse senkrecht zu einer Längserstreckung des Gehäuses des Akkupacks bewirkt. Unter einer axialen Fixierung des Zellenhalters im Gehäuse des Akkupacks soll im Zusammenhang dieser Anmeldung insbesondere verstanden werden, dass das Adaptermodul eine im Wesentlichen spielfreie Lagerung des Zellenhalters im Gehäuse entlang der Längserstreckung des Gehäuses des Akkupacks bewirkt. Die Zellenhalter können beispielsweise derart im Gehäuse des Akkupacks angeordnet sein, dass sich die Aufnahmen, insbesondere die Einzelzellenaufnahmen, entlang oder senkrecht zu der Längserstreckung des Akkupacks erstrecken.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Adaptermodul eine erste Schnittstelle zur kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung des Adaptermoduls mit dem Gehäuse aufweist.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Adaptermodul eine zweite Schnittstelle zur kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung des Adaptermoduls mit dem Zellenhalter aufweist.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die erste Schnittstelle und die zweite Schnittstelle auf einer gleichen Seite des Adaptermoduls angeordnet sind. Vorteilhaft kann dadurch eine einfache Montage realisiert werden. Alternativ ist auch denkbar, dass die Schnittstellen auf benachbarten oder gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind. Weiterhin ist denkbar, dass ein erstes Adaptermodul die erste Schnittstelle und ein zweites Adaptermodul die zweite Schnittstelle aufweist.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die erste Schnittstelle und die zweite Schnittstelle jeweils zumindest ein Verbindungselement zur kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung aufweisen, wobei eines der Verbindungselemente unbeweglich und das andere Verbindungselement beweglich, insbesondere federnd beweglich, ausgebildet ist. Vorteilhaft kann dadurch eine wirksame Fixierung realisiert werden. Alternativ ist auch denkbar, dass beide Verbindungselemente beweglich oder beide Verbindungselemente unbeweglich ausgebildet sind. Die Schnittstellen können mehrere gleiche Verbindungselemente oder mehrere unterschiedliche Verbindungselemente aufweisen. Es ist ebenso denkbar, dass das Adaptermodul je Schnittstelle ein einziges Verbindungselement aufweist oder ein einziges Verbindungselement sowohl der ersten Schnittstelle als auch der zweiten Schnittstelle zugeordnet ist.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das zumindest eine Verbindungselement, insbesondere das bewegliche Verbindungselement, derart elastisch ausgebildet ist, dass das Gehäuse und/oder der Zellenhalter mit einer Kraft beaufschlagt wird. Vorteilhaft kann dadurch eine robuste Fixierung realisiert werden.
Zudem wird vorgeschlagen, dass das zumindest eine Verbindungselement als eine Kunststofffeder ausgebildet ist. Die Kunststofffeder ist vorzugsweise einstückig mit dem Adaptermodul ausgebildet beziehungsweise an diesem angeformt.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Adaptermodul einen Hohlraum aufweist. Das Adaptermodul weist insbesondere eine den Hohlraum begrenzende Wandung auf, die an einer Seite am Gehäuse und and einer weiteren vorzugsweise gegenüberliegenden Seite am Zellenhalter anliegt. Vorteilhaft kann dadurch ein kompaktes Adaptermodul realisiert werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Adaptermodul derart ausgebildet ist, dass ein Hohlraum zwischen dem Zellenhalter und dem Gehäuse gebildet wird. Vorteilhaft kann durch den Hohlraum eine Knautschzone bereitgestellt werden, durch den die Akkuzellen im Falle einer Krafteinwirkung auf das Gehäuse wirksam geschützt werden können.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Adaptermodul zumindest ein Führungselement zur Führung eines Kabels aufweist. Vorteilhaft kann die Montage des Akkupacks dadurch optimiert werden. Das Führungselement kann beispielsweise als eine Aussparung in einer Wandung des Adaptermoduls oder als eine Linearführung oder ein Kabelkanal ausgebildet sein.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Adaptermodul zumindest ein Führungselement zur Führung des Zellenhalters im Verbindungsprozess aufweist. Vorteilhaft kann die Montage des Akkupacks dadurch weiter optimiert werden. Vorzugsweise ist eines der Verbindungselemente zusätzlich als Führungselement ausgebildet, beispielsweise als konusförmige Führungsfläche.
Zudem wird vorgeschlagen, dass das Adaptermodul zumindest ein Anschlagelement zur Kraftaufnahme in axialer Richtung aufweist. Vorteilhaft kann dadurch eine robuste axiale Fixierung realisiert werden.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein System umfassend einen ersten Akkupack mit einem ersten Gehäuse und einem Zellenhalter und einen zweiten Akkupack mit einem zweiten Gehäuse und einem Zellenhalter, wobei der Zellenhalter des ersten Akkupacks und der Zellenhalter des zweiten Akkupacks identisch ausgebildet sind. Es wird vorgeschlagen, dass das zweite Gehäuse derart ausgebildet ist, dass das zweite Gehäuse eine größere Querschnittsfläche im Bereich des Zellenhalters als das erste Gehäuse aufweist, wobei der Zellenhalter im zweiten Gehäuse über ein Adaptermodul mit dem zweiten Gehäuse verbunden ist. Vorteilhaft kann dadurch der gleiche Zellenhalter für unterschiedliche Akkupacks oder Akkupackvarianten eingesetzt werden.
Der erste Akkupack und der zweite Akkupack können jeweils einen oder mehrere Zellenhalter aufweisen. Vorzugsweise weisen der erste Akkupack und der zweite Akkupack eine unterschiedliche Anzahl an Zellenhaltern auf. Bevorzugt weist der zweite Akkupack eine geringere Anzahl an Zellenhalter als der erste Akkupack auf. Der erste Akkupack und der zweite Akkupack können eine gleiche Betriebsspannung oder unterschiedliche Betriebsspannung aufweisen. Der erste Akkupack und der zweite Akkupack können eine gleiche Kapazität oder unterschiedliche Kapazitäten aufweisen.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das System einen Verbraucher, insbesondere ein Elektrofahrrad, umfasst, wobei der Verbraucher elektrisch mit dem ersten Akkupack und dem zweiten Akkupack verbunden ist.
Zeichnungen
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.
Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines Elektrofahrrads mit einem ersten Akkupack und einem erfindungsgemäßen zweiten Akkupack;
2 eine perspektivische Ansicht des ersten Akkupacks;
3 ein Querschnitt durch den ersten Akkupack;
4 ein Querschnitt durch den zweiten Akkupack;
5 eine perspektivische Ansicht eines ersten Adaptermoduls;
6 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Adaptermoduls.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist ein Verbraucher 10 mit einem ersten Akkupack 100 und mit einem zweiten Akkupack 200 in einer schematischen Seitenansicht gezeigt. Der Verbraucher 10 ist beispielhaft als ein elektrisch angetriebenes Fortbewegungsmittel 12, insbesondere als ein Elektrofahrrad 14, ausgebildet. Das Elektrofahrrad 14 kann beispielsweise als ein Pedelec oder als ein eBike ausgebildet sein.
Das Elektrofahrrad 14 weist ein Gehäuse 16 in Form eines Rahmens 18 bzw. eines Fahrradrahmens auf. Mit dem Rahmen 18 sind zwei Räder 20 verbunden. Zudem weist der Verbraucher 10 eine Antriebseinheit 22 auf, die einen Elektromotor umfasst. Der Elektromotor ist vorzugsweise als ein Permanentmagnet-erregter, bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet. Der Elektromotor ist beispielhaft als ein Mittelmotor ausgebildet, wobei auch ein Nabenmotor oder dergleichen denkbar ist.
Die Antriebseinheit 22 umfasst eine Steuereinheit (nicht dargestellt), die zur Steuerung oder Regelung des Elektrofahrrads 14, insbesondere des Elektromotors, ausgebildet ist. Das Elektrofahrrad 14 weist eine Tretkurbel 24 auf. Die Tretkurbel 24 weist eine Tretkurbelwelle (nicht dargestellt) auf.
Die Steuereinheit und die Antriebseinheit 22 mit dem Elektromotor und der Tretkurbelwelle sind in einem mit dem Rahmen verbundenen Antriebsgehäuse 26 angeordnet. Das Antriebsgehäuse 26 ist derart angeordnet, dass durch das Antriebsgehäuse 26 ein Unterrohr und ein Sattelrohr des Rahmens 18 miteinander verbunden sind. Die Antriebsbewegung des Elektromotors wird vorzugsweise über ein Getriebe (nicht dargestellt) auf die Tretkurbelwelle übertragen, wobei die Größe der Unterstützung durch die Antriebseinheit 22 mittels der Steuereinheit gesteuert oder geregelt wird.
Der Verbraucher 10 ist mit dem ersten Akkupack 100, der zur Energieversorgung der Antriebseinheit 22 ausgebildet ist, elektrisch und mechanisch verbunden. Der erste Akkupack 100 ist beispielhaft als ein Primärakkupack ausgebildet, der zum Betrieb des Elektrofahrrads 14 mit diesem verbunden sein muss. Der erste Akkupack 100 ist beispielhaft als ein Wechselakkupack 102 ausgebildet. Der erste Akkupack 100 ist beispielhaft im verbundenen Zustand vollständig im Rahmen 18 des Elektrofahrrads 14 aufgenommen. Die Verbindung kann dabei über ein axiales Einschieben des ersten Akkupacks 100 in das Unterrohr des Rahmens 18 und/oder durch ein seitliches Einschwenken des ersten Akkupacks 100 in den Rahmen 18 erfolgen. Alternativ ist ebenso denkbar, dass der erste Akkupack 100 derart ausgebildet ist, dass der erste Akkupack 100 an einer Außenseite des Rahmens 18 befestigbar ist.
Der zweite Akkupack 200 ist beispielhaft ebenfalls als ein Wechselakkupack 202 ausgebildet, wobei der zweite Akkupack 200 über eine mechanische und elektrische Schnittstelle (nicht dargestellt) lösbar am Rahmen 18 des Elektrofahrrads 14 verbindbar ausgebildet ist. Der zweite Akkupack 200 ist beispielhaft als Sekundärakkupack ausgebildet, der zur Erhöhung der Reichweite des Elektrofahrrads 14 vorgesehen ist. Der zweite Akkupack 200 weist beispielhaft die gleiche Betriebsspannung von 36 V wie der erste Akkupack 100 und eine geringere Kapazität als der erste Akkupack 100 auf. Der zweite Akkupack 200 entspricht beispielhaft in seiner Gehäuseform einer Getränkeflasche für das Elektrofahrrad 14, wobei der die mechanische Schnittstelle (nicht dargestellt) des Elektrofahrrads 14 für den zweiten Akkupack 200 auch für eine Getränkeflasche (nicht dargestellt) genutzt werden kann.
In 2 ist eine perspektivische Ansicht des ersten Akkupacks 100 gezeigt. Der erste Akkupack 100 weist ein Gehäuse 104 auf, das als ein Außengehäuse ausgebildet ist. Das Gehäuse 104 weist beispielhaft einen im Wesentlichen ovalförmigen Querschnitt auf und erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des ersten Akkupacks 100.
Der erste Akkupack 100 weist eine Ladezustandsanzeige 106 auf, die am Gehäuse 104 des ersten Akkupacks 100 angeordnet und zur Anzeige des Ladezustands des ersten Akkupacks 100 ausgebildet ist. Zudem weist das Gehäuse 104 des ersten Akkupacks 100 zwei Endplatten 108 auf, die das Gehäuse 104, insbesondere einen beispielhaft zylinderförmigen Grundkörper 105 des Gehäuses, stirnseitig abschließen. Die Endplatten 108 sind beispielhaft mit dem Grundkörper 105 des ersten Akkupacks 100 verschraubt, es wäre aber ebenso denkbar, dass die Endplatten 108 mittels einer anderen Verbindungsart mit dem Gehäuse 104 verbunden sind oder einstückig mit dem Grundkörper 105 des ersten Akkupacks 100 ausgebildet sind.
Der erste Akkupack 100 weist zudem eine elektrische Schnittstelle 110 auf, die am Gehäuse 104 des ersten Akkupacks 100 angeordnet ist. Die elektrische Schnittstelle 110 ist beispielhaft als eine Buchse 112 ausgebildet und schließt bündig mit der Endplatte 108 des Gehäuses 104 ab.
In 3 ist ein Querschnitt durch den ersten Akkupack 100 gezeigt. Der erste Akkupack 100 umfasst beispielhaft vier Zellenhalter 114. Die Zellenhalter 114 sind identisch ausgebildet und weisen jeweils beispielhaft zehn Einzelzellenaufnahmen 116 auf, die zur Aufnahme jeweils einer einzelnen Akkuzelle 117 ausgebildet sind. Die Einzelzellenaufnahmen 116 sind in ihrer Form an die Form der Akkuzellen 117 angepasst. Beispielhaft sind die Einzelzellenaufnahmen 116 zylindrisch ausgebildet und weisen zumindest eine stirnseitige Öffnung (nicht dargestellt) auf, über die die Akkuzellen 117 in die Einzelzellenaufnahmen 116 einführbar sind. Der Zellenhalter 114 umfasst eine Grundkörper 118, der beispielhaft aus einem Kunststoff, insbesondere aus einer Hartplastik, ausgebildet ist.
Zudem umfasst der Zellenhalter 114 beispielhaft ein Zellfixierungselement 120, wobei das Zellfixierungselement 120 dazu ausgebildet ist, die Akkuzellen 117 in der Einzelzellenaufnahme 116 des Zellenhalters 114 radial zu fixieren und festzusetzen. Der Zellenhalter 114 umfasst beispielhaft mehrere Zellfixierungselemente 120. Das Zellfixierungselement 120 ist vorzugsweise aus einem elastischen Material, bevorzugt aus einem elastischeren Material als der Grundkörper 118 des Zellenhalters 114, ausgebildet. Vorzugsweise ist das Zellfixierungselement 120 aus einer Weichplastik ausgebildet.
Weiterhin umfasst der Zellenhalter 114 ein Zellenhalterfixierungselement 122, wobei das Zellenhalterfixierungselement 122 dazu ausgebildet ist, den Zellenhalter 114 im Gehäuse 104 des ersten Akkupacks 100 zu fixieren. Das Zellenhalterfixierungselement 122 ist vorzugsweise aus einem elastischen Material, bevorzugt aus einem elastischeren Material als der Grundkörper 118 des Zellenhalters 114, ausgebildet. Das Zellenhalterfixierungselement 122 und das Zellfixierungselement 120 sind vorzugsweise aus dem gleichen Material ausgebildet. Das Zellenhalterfixierungselement 122 ist vorzugsweise derart angeordnet, dass das Zellenhalterfixierungselement 122 auf einer Seite an dem Grundkörper 118 des Zellenhalters 114 anliegt und auf einer gegenüberliegenden Seite an einer Innenwand des Gehäuses 104 des ersten Akkupacks 100 anliegt.
Zudem weist der erste Akkupack 100 eine Elektronik 124 auf. Die Elektronik 124 umfasst beispielhaft eine Leiterplatte 126, die in einer Elektronikaufnahme 128 des Zellenhalters 114 angeordnet ist. Die Elektronik 124 ist elektrisch über nicht dargestellte Leiterbahnen und Zellverbinder mit den Akkuzellen 117 verbunden und umfasst ein BMS insbesondere zur Zellsymmetrierung und Überwachung der Akkuzellen 117.
Der erste Akkupack 100 umfasst beispielhaft vier Zellenhalter 114, die hintereinander angeordnet sind und jeweils zehn Akkuzellen 117 umfassen.
In 4 ist ein Querschnitt durch den zweiten Akkupack 200 im Bereich eines Zellenhalters 214 des zweiten Akkupacks 200 gezeigt. Im Unterschied zum ersten Akkupack 100 weist der zweite Akkupack 200 beispielhaft nur zwei Zellenhalter 214 mit jeweils zehn Akkuzellen 217 auf. Der Zellenhalter 214 des zweiten Akkupack 200 umfasst wie zuvor beschrieben einen Grundkörper 218 aus Hartplastik und Zellfixierungselemente 220 und Zellenhalterfixierungselemente 222 aus einer Weichplastik. Eine Elektronik 224 des zweiten Akkupacks 200 ist ebenfalls in einer Elektronikaufnahme 228 des zweiten Akkupacks 200 angeordnet.
Der zweite Akkupack 200 weist ein Gehäuse 204 auf, das im Bereich des Zellenhalters 214 eine größere Querschnittsfläche als das Gehäuse 104 des ersten Akkupacks 100 aufweist. Der Zellenhalter 214 des zweiten Akkupacks 200 und der Zellenhalter 114 des ersten Akkupacks 100 sind gleich ausgebildet.
Zur Verbindung des Zellenhalters 214 mit dem Gehäuse 204 des zweiten Akkupacks 200 weist der zweite Akkupack 200 beispielhaft zwei Adaptermodule 300 auf. Alternativ wäre ebenso denkbar, dass der zweite Akkupack 200 ein einziges Adaptermodul 300 oder mehrere Adaptermodule aufweist.
Die Adaptermodule 300 weisen beispielhaft eine erste Schnittstelle 302 zur kraft- und formschlüssigen Verbindung der Adaptermodule 300 mit dem Gehäuse 204 des zweiten Akkupacks 200 und eine zweite Schnittstelle 304 zur beispielhaft kraftschlüssigen Verbindung der Adaptermodule 300 mit dem Zellenhalter 214 des zweiten Akkupacks 200 auf.
In 5 ist ein erstes Adaptermodul 306 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. In 6 ist ein zweites Adaptermodul 308 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Beispielhaft weist sowohl das erste Adaptermodul 306 als auch das zweite Adaptermodul 308 eine erste Schnittstelle 302 und eine zweite Schnittstelle 304 auf.
Die Adaptermodule 300 sind beispielhaft einstückig ausgebildet und bestehen vorzugsweise aus einer Hartplastik. Die Adaptermodule 300 sind beispielhaft an stirnseitigen Enden unterschiedlicher Zellenhalter 214 des zweiten Akkupacks 200 angeordnet. Die Adaptermodule 300 weisen eine ebene Grundplatte 310 (siehe 5 und 6) auf, wobei sich ausgehend von der Grundplatte 310 beispielhaft vier Fortsätze 312 in Richtung der benachbarten Zellenhalter 214 erstrecken. Die Fortsätze 312 umfassen dabei beispielhaft jeweils ein erstes Verbindungselement 314 der erste Schnittstelle 302 und ein zweites Verbindungselement 316 der zweiten Schnittstelle 304. Das erste Verbindungselement 314 und das zweite Verbindungselement 316 sind dabei auf unterschiedlichen, insbesondere gegenüberliegenden Seiten, der Fortsätze 312 angeordnet. Fortsätze 312 sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie zumindest teilweise beim Montagevorgang den Zellenhalter 214 führen und somit als Führungselement wirken. Die Grundplatte 310 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass durch die Grundplatte 310 eine axiale Fixierung des Zellenhalters 214 in zumindest eine Richtung bereitgestellt wird, beispielsweise als ein Anschlag, und die Grundplatte somit als ein Anschlagelement wirkt.
Das zweite Verbindungselement 316 weist eine beispielhaft rundliche Außenfläche auf, die im verbundenen Zustand an dem Zellenhalter 214, vorzugsweise an dem Zellenhalterfixierelement 222 des Zellenhalters 214, derart anliegt, dass ein Reibschluss zwischen dem Adaptermodul 300 und dem Zellenhalter 214 ausgebildet wird. Das zweite Verbindungselement 316 ist beispielhaft starr und unbeweglich ausgebildet. Die Form und Positionierung des zweiten Verbindungselements 316 des Adaptermoduls 300 entspricht dabei beispielhaft im Wesentlichen der Form und Positionierung eines Schraubdoms 130 des ersten Akkupacks 100 zur Schraubverbindung zwischen den Endplatten 108 und dem Grundkörper 105 des Gehäuses 104 des ersten Akkupacks 100.
Das erste Verbindungselement 314 ist beispielhaft beweglich ausgebildet. Das erste Verbindungselement 314 ist beispielhaft derart federnd ausgebildet, dass das erste Verbindungselement 314 im verbundenen Zustand gestaucht, eingedrückt und/oder verschoben wird. Das erste Verbindungselement 314 ist beispielhaft als eine Kunststofffeder 313 ausgebildet. Das erste Verbindungselement 314 weist eine Rastnase 315 auf, die im verbundenen Zustand vorzugsweise in eine korrespondierende Aufnahme (nicht dargestellt) an der Innenseite des Gehäuses 204 des zweiten Akkupacks 200 eingreift. Durch das erste und das zweite Verbindungselement 314, 316 erfolgt eine radiale Fixierung des Zellenhalters 214 im Gehäuse 204 des zweiten Akkupacks 200.
Vorteilhaft kann durch die beispielhaft keilförmige Ausbildung der Fortsätze 312, insbesondere durch die federnden Verbindungselemente 314, wirksam der Zellenhalter 214 von Vibrationen und Stößen, die auf das Gehäuse 204 des zweiten Akkupacks 200 wirken, entkoppelt werden. Zudem kann die erste und/oder die zweite Schnittstelle 302, 304 zum Ausgleich von Toleranzen zwischen dem Zellenhalter 214 und dem Gehäuse 204 des zweiten Akkupacks 200 eingesetzt werden.
Weiterhin weisen die Adaptermodule 300 Hohlräume 318 auf, die als Abstandshalter 320 ausgebildet sind. Die Hohlräume 318 werden beispielhaft durch die Fortsätze 312 gebildet und sind jeweils zwischen dem ersten Verbindungselement 314 und dem zweiten Verbindungselement 316 angeordnet. Im Falle einer großen Krafteinwirkung auf das Gehäuse 204, insbesondere auf einen Grundkörper 205 des Gehäuses 204, des zweiten Akkupacks 200 können die Hohlräume 318 als Knautschzone wirken und die Kräfte durch eine permanente Deformation zum Schutz der Akkuzellen 217 aufnehmen.
Zudem weist das zweite Adaptermodul 308 beispielhaft zwei Kabelführungselemente 332 auf. Die Kabelführungselemente 332 sind beispielhaft in der Ebene der Grundplatte 310 des zweiten Adaptermoduls 308 angeordnet. Die Kabelführungselemente 332 weisen jeweils eine Öffnung 334 auf, über die nicht dargestellte Kabelelemente, beispielsweise stromführende Kabel, des zweiten Akkupacks 200 aufnehmbar sind.

Claims

Akkupack mit einem Gehäuse (204) und zumindest einer Akkuzelle (217), mit einem Zellenhalter (214) zur Aufnahme der zumindest einen Akkuzelle (217), dadurch gekennzeichnet, dass der Akkupack (200) zumindest ein Adaptermodul (300) zur axialen und/oder radialen Fixierung des Zellenhalters (214) im Gehäuse (204) aufweist.
Akkupack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Adaptermodul (300) einstückig oder einteilig ausgebildet ist.
Akkupack nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Adaptermodul (300) eine erste Schnittstelle (302) zur kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung des Adaptermoduls (300) mit dem Gehäuse (204) aufweist.
Akkupack nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Adaptermodul (300) eine zweite Schnittstelle (304) zur kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung des Adaptermoduls (300) mit dem Zellenhalter (214) aufweist.
Akkupack nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schnittstelle (302) und die zweite Schnittstelle (304) auf einer gleichen Seite des Adaptermoduls (300) angeordnet sind.
Akkupack nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schnittstelle (302) und die zweite Schnittstelle (304) jeweils zumindest ein Verbindungselement (314, 316) zur kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung aufweisen, wobei eines der Verbindungselemente (316) unbeweglich und das andere Verbindungselement (314) beweglich, insbesondere federnd beweglich, ausgebildet ist.
Akkupack nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Verbindungselement (314) derart elastisch ausgebildet ist, dass das Gehäuse (204) und/oder der Zellenhalter (214) mit einer Kraft beaufschlagt wird.
Akkupack nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Verbindungselement (314) als eine Kunststofffeder (313) ausgebildet ist.
Akkupack nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Adaptermodul (300) einen Hohlraum (318) aufweist.
Akkupack nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Adaptermodul (300) derart ausgebildet ist, dass ein Hohlraum zwischen dem Zellenhalter (214) und dem Gehäuse (204) gebildet wird.
Akkupack nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Adaptermodul (300) zumindest ein Führungselement zur Führung eines Kabels aufweist.
Akkupack nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Adaptermodul (300) zumindest ein Führungselement zur Führung des Zellenhalters (214) im Verbindungsprozess aufweist.
Akkupack nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Adaptermodul (300) zumindest ein Anschlagelement zur Kraftaufnahme in axialer Richtung aufweist.
System umfassend einen ersten Akkupack (100) mit einem ersten Gehäuse (104) und einem Zellenhalter (114) und einen zweiten Akkupack (200) mit einem zweiten Gehäuse (204) und einem Zellenhalter (214), wobei der Zellenhalter (114) des ersten Akkupacks (100) und der Zellenhalter (214) des zweiten Akkupacks (200) identisch ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuse (204) derart ausgebildet ist, dass das zweite Gehäuse (204) eine größere Querschnittsfläche im Bereich des Zellenhalters (214) als das erste Gehäuse (104) des ersten Akkupacks (100) aufweist, wobei der Zellenhalter (214) im zweiten Gehäuse (200) über ein Adaptermodul (300) mit dem zweiten Gehäuse (204) verbunden ist.
System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das System einen Verbraucher (10) umfasst, wobei der Verbraucher (10) elektrisch mit dem ersten Akkupack (100) und mit dem zweiten Akkupack (200) verbunden ist.