(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池パック内の温度測定のための測定装置であって、
電気エネルギーを蓄積するための少なくとも１つのセル（１０）と、当該セル（１０）と熱接続された、当該セル（１０）を冷却するための少なくとも１つの冷却器（１２、１２’、１２’’、１２’’’）と、少なくとも１つの温度センサ（１４、１４’、１４．１−１４．３、１４’’）とを有しており、前記温度センサ（１４、１４’、１４．１−１４．３、１４’’）が前記冷却器（１２、１２’、１２’’、１２’’’）の温度を測定するために熱伝導部材（２０）を介して前記冷却器（１２、１２’、１２’’、１２’’’）と熱接続されている形式の測定装置において、
前記冷却器（１２’、１２’’）は前記温度センサ（１４’、１４．１−１４．３）のための差込口を有している、ことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記熱伝導部材（２０）は、ホットペースト、導熱ゴム、導熱接着剤及び／又は導熱スポンジ材から成る、請求項１記載の測定装置。
【請求項３】
前記温度センサ（１４，１４’）はプリント基板（１６）上に配置されている、請求項１記載の測定装置。
【請求項４】
前記温度センサ（１４．１−１４．３）は電線路（２２）又はライトガイドにより評価ユニット（２４）と接続されている、請求項１又は２記載の測定装置。
【請求項５】
前記温度センサ（１４’’）は無線接続により評価ユニット（２４’）と接続されている、請求項１又は２記載の測定装置。
【請求項６】
前記無線接続は、電波接続、光接続、音響接続又は圧力変化に基づく接続である、請求項５記載の測定装置。
【請求項７】
複数の温度センサ（１４．１−１４．３）が異なる位置において前記冷却器（１２’’）と接続されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項８】
前記冷却器（１２’、１２’’）内の差込口は、前記冷却器（１２’、１２’’）の温度が前記冷却器（１２’、１２’’）の表面温度よりも実質的に高くなる深さまで達している、請求項１から７のいずれか１項記載の測定装置。
【請求項９】
電気エネルギーを蓄積するための複数のセル（１０）が設けられており、個々のセル（１０）は前記冷却器（１２，１２’、１２’’）と熱接続されている、請求項１から８のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１０】
前記温度センサ（１４，１４’、１４．１−１４．３、１４’’）は温度依存性抵抗である、請求項１から９のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の測定装置を備えた手持ち工作機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気エネルギーを蓄積するための少なくとも１つのセルと、当該セルと熱接続された、当該セルを冷却するための少なくとも１つの冷却器と、少なくとも１つの温度センサとを有する形式の、とりわけ電池パック内の温度測定のための測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現代の手持ち工作機械では、電力供給はしばしば充電可能な電池パックによって行われており、このことが有利には配電網に依存しない移動性のある作業を可能にする。この種の電池パックは、電気エネルギーを蓄積する電気的に接続された複数のセルから成っており、これらのセルは、通常動作の間の放電の際にも、充電中にも非常に熱くなり、極端な場合には電池パックが損傷する可能性がある。それゆえ、このような熱的な過負荷を防ぐために電池パックの温度を測定することが公知である。このために、例えばいわゆるＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）のような温度センサが、導熱接着テープを用いて個々のセルに固定される。ただし、個々のセルは、良好な熱接続を達成するために、前もって紙絶縁が取り除かれている。最も単純なケースでは、所定の最高温度を越えると、過熱を防ぐために動作又は充電プロセスが中断される。
【０００３】
さらに、電池パックのセルを冷却器により冷却し、過熱を妨げることも公知である。この場合、冷却器は通常、個々のセルと熱接続されており、放電プロセス又は充電プロセスの間にセル内で生じる損失熱を良く排出できるように、熱伝導性の高い材料から成っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は冷却器の温度を検出できるようにすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、温度測定のための測定装置において、温度センサを冷却器に熱接続することにより解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、温度センサを冷却器に熱接続するという技術を含んでおり、それにより、本発明による測定装置は冷却器の温度を検出する。
【０００７】
この測定原理の有利な点は、温度測定の精度が高いことである。というのも、間接的に複数のセルの温度が考慮され、それにより局所的な温度差が補償されるからである。
【０００８】
そのうえ、冷却器の熱接触は個々のセルの熱接触よりも実質的に簡単である。ただし、個々のセルは前もって紙絶縁が取り除かれなくてはならない。
【０００９】
温度センサの冷却器への熱接続は、温度センサを冷却器に接触させることにより直接的に行ってもよい。
【００１０】
しかしながら、本発明の枠内では、温度センサの冷却器への熱接続は、温度センサと冷却器との間に、一方では冷却器に接触し他方では温度センサに接触している熱伝導部材を配置することにより間接的に行うことも可能である。
【００１１】
熱伝導部材は、例えばホットペースト、導熱ゴム、導熱接着剤、導熱スポンジ材又はこれらの材料の組合せから成っていてもよい。
【００１２】
さらに、本発明の枠内では、例えば、冷却器から放出される熱放射を検出する放射センサを使用することによって、温度センサが冷却器の温度を測定することも理論的には可能である。
【００１３】
本発明の有利な実施形態では、温度センサは直にプリント基板上に配置されており、そのため、温度センサの電気的接触のための付加的な線路は不要である。プリント基板は、温度センサが上記のように直接的又は間接的に冷却器と接触するように工場において配置される。
【００１４】
しかし、本発明の別の変形形態では、温度センサは電線路又はライトガイドにより別個の評価ユニットと接続されている。これによりもたらされる利点は、温度センサを位置決めする際に、設計上、レイアウトの余地が大きいことである。というのも、評価ユニットの空間的配置を配慮する必要がないからである。
【００１５】
これに対して、本発明の別の変形形態では、温度センサは測定された温度の伝送のために無線伝送接続により評価ユニットと接続されている。このために、例えば、電波接続、光通信接続、音響通信接続又は圧力変化に基づく通信接続を使用することができる。
【００１６】
測定された温度の無線伝送は、とりわけ温度センサが冷却器内に包み込まれているか又は冷却器内に埋め込まれているような本発明の変形形態において特に有利である。
【００１７】
さらに本発明の１つの変形形態では、異なる位置において冷却器と熱接続された複数の温度センサが設けられている。これによりもたらされる利点は、冷却器内の局所的な温度変動が測定結果の評価の際に考慮されることである。
【００１８】
さらに本発明の１つの変形形態では、温度センサと冷却器との間の熱接続を改善するために、冷却器は温度センサのための差込口を有している。この差込口は、例えば冷却器内への凹部から成っており、その内部形状は、温度センサが差込口内にぴったりと挿入されるように適合されている。このようにして、温度センサと冷却器との間の有効接触面が拡大され、熱伝導抵抗が低下する。
【００１９】
これに関して、有利には、冷却器内の差込口は、冷却器の温度が冷却器の表面温度よりも高くなる深さまで達している。これによりもたらされる利点は、温度センサが、たいてい表面温度よりも高い電池パックの中心部温度を実際に測定できることである。それゆえ、冷却器内の差込口は、有利には、冷却器内の最高温度との温度差が冷却器内の最高温度の１０％よりも小さい深さまで達する。
【００２０】
本発明の有利な実施形態では、すでに上で示唆したように、複数のセルが設けられており、個々のセルは冷却器と熱接続されている。これによりもたらされる利点は、一方では、すでに述べたように、個々のセルの間の温度差を測定結果の評価の際に補償することができることである。他方では、冷却器は、個々のセルの冷却のためだけでなく、個々のセルの間の温度差を補償することにより個々のセルの温度レベルのバランスをとるためにも使用される。こうして、比較的熱いセルはその熱エネルギーの一部を冷却器を介して比較的冷たいセルに放出し、これにより局所的な温度ピークが平坦化される。
【００２１】
有利には、温度センサは、例えばＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）又はＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）のような温度依存性抵抗である。しかし、本発明は他のタイプの温度センサによっても実現可能である。
【００２２】
最後に、本発明は、本発明による測定装置を備えた手持ち工作機械、例えば手持ち穿孔機、電池式ねじ回し又は手持ちグラインダのような手持ち工作機械も対象としている。
【００２３】
他の利点は以下の図面から明らかとなる。図面には本発明の実施例が示されている。図面、実施例の説明及び請求項は組合された多くの特徴を含んでいる。当業者は、これらの特徴を目的に合わせて個々に考察したり、目的に合った別の組合せにまとめることもできる。
【００２４】
【実施例】
図１に示されている本発明による測定装置の実施例は、手持ち工作機械用の電池パック内の温度測定に使用される。ここで、手持ち工作機械とは、例えば手持ち穿孔機又は電池式ねじ回しであってもよい。
【００２５】
電池パックは電気エネルギーを蓄積するための再充電可能な複数のセル１０を有しており、これらのセル１０は、電池パックが所望の電圧と容量を供給できるように相互に接続されている。
【００２６】
セル１０は、アルミニウムから成る冷却器１２内に配置されており、冷却器１２は、以下に記載されているような複数の機能を果たす。
【００２７】
一方では、冷却器はセル１０の機械的な固定に使用される。このために、冷却器１２は複数の円筒形の孔を有しており、セル１０は、セル１０が冷却器１２の側面全体に接触するようにこれら円筒形の孔に差し込まれている。
【００２８】
他方では、冷却器１２は、充電プロセスないし放電プロセスの間セル１０を冷却し、セル１０内に生じる損失熱によるセル１０の過熱を防ぐという課題を有している。それゆえ、冷却器１２は比較的大きな表面と高い熱伝導性を有しており、そのためセル１０内に生じた損失熱は冷却器１２の表面に達し、そこで対流により優先して排出される。その際、有利には、セル１０と冷却器１２との間の大きな接触面が、セル１０と冷却器１２との間の熱伝達抵抗を低くする。これにより、セル１０から冷却器１２への良好な熱伝達が保証される。
【００２９】
さらに、冷却器１２は、熱エネルギーを比較的熱いセルから比較的冷たいセルに排出することにより、個々のセル１０の間の温度差を補償するという課題も有している。このようにして、電池パック内の局所的な温度差が補償され、同様に過熱を妨げることもできる。
【００３０】
最後に、冷却器１２はセル１０から熱エネルギーを受け取ることによりヒートシンクとしても使用される。このメカニズムは、各々のセル１０が短時間だけ通電される場合にとりわけ重要である。というのも、冷却器１２によって無視できない量の熱エネルギーが周囲に放射されるほど冷却器１２の表面が加熱されるには、この通電時間では十分でないからである。それゆえ、冷却器１２の熱容量は、短時間の通電の際にセル１０が発する損失熱では冷却器１２がわずかにしか加熱されないほどの大きさである。
【００３１】
さらに、本発明による測定装置は、プリント基板１６上に配置された、温度依存性抵抗から成る温度センサ１４を有している。なお、温度センサ１４は、冷却器１２側を向いたプリント基板１６の面上にある。この実施例では、温度センサ１４は、温度に対して負の依存関係を有しており、それゆえＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）とも呼ばれる。プリント基板１６上には、温度センサ１４の他に測定回路が配置されている。簡単のために、測定回路の１つの構成素子１８だけが図示されている。
【００３２】
弾性熱伝導部材２０は、一方では、温度センサ１４と冷却器１２との間の距離の製造時の変動の補償を可能にする。それゆえ、製造及び取り付けは比較的大きな公差を以て行うことができる。
【００３３】
他方では、熱伝導部材２０はその弾性に基づいて温度センサ１４ないし冷却器１２の表面の凹凸を調整し、それにより、有効接触面を拡大し、熱伝達抵抗を低下させる。
【００３４】
したがってこの実施例では、温度センサ１４は、電池パックの温度を比較的正確に表している冷却器１２の温度を測定する。これに関しては、特に、測定の際にすべてのセル１０の温度を考慮すると有利である。
【００３５】
図２に示されている実施例は、すでに説明した図１に示されている実施例と広範囲にわたって一致しているので、以下では、相互に対応する部分には同じ参照記号を使用し、繰り返しを避けるために、図１に関する上記の説明を大幅に参照する。
【００３６】
この実施例の特徴は、温度センサ１４’のための差込口を有する冷却器１２が設けられている点にある。この差込口は、冷却器１２の表面への円筒形の孔から成っており、この孔の内径は同じく円筒形をした温度センサ１４’の外径に合わせられている。そのため、温度センサ１４’はぴったりと差込口に挿入される。
【００３７】
また差込口には温度センサ１４’の挿入前にホットペーストが充填されるので、取り付けられた状態では、温度センサ１４’と冷却器１２との間に密な熱接触が生じる。
【００３８】
この構成において有利な点は、一方では、接触面が比較的に大きいので、温度センサ１４’と冷却器１２との間の熱接触が良好なことである。
【００３９】
他方では、温度センサ１４’は、冷却器１２の表面温度を検出するのではなく、セル１０の温度を実質的により良く表している中心部温度を検出する。
【００４０】
図３に示されている実施例は、すでに説明した図２に示されている実施例と広範囲にわたって一致しているので、以下では、相互に対応する部分には同じ参照記号を使用し、繰り返しを避けるために、図２に関する上記の説明を大幅に参照する。
【００４１】
この実施例の特徴は、とりわけ、冷却器１２の相応する差込口に挿入された複数の温度センサ１４．１〜１４．３が設けられている点である。個々の温度センサ１４．１〜１４．３は冷却器１２の異なる位置に配置されているので、冷却器１２内の局所的な温度ピークを考慮することができる。
【００４２】
この実施例と先に説明した実施例との間の別の相違点は、温度センサ１４．１〜１４．３の各々が可撓性のある線路２２によって評価ユニット２４と接続されている点である。これによりもたらされる利点は、評価ユニット２４を配置する際のレイアウトの余地が大きいことである。
【００４３】
最後に、図４に示されている実施例は、すでに説明した図１〜３に示されている実施例と広範囲にわたって一致しているので、上記の説明を補完的に参照する。
【００４４】
冷却器１２の内部には複数のセル１０が配置されており、冷却器１２は、すでに上で説明したように、セル１０の過熱を防ぐ。
【００４５】
温度測定のために、温度センサ１４’’は冷却器１２内に包み込まれており、また温度センサ１４’’は、測定された温度を表す無線信号を外部の評価ユニット２４’に伝送する無線送信機２６と接続されている。
【００４６】
本発明は上述した有利な実施例に限定されない。むしろ、同様に本発明の思想を用い、それゆえ保護領域に入る多くのバリエーション及び変形形態が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】１つの温度センサを有する本発明による測定装置を示す。
【図２】温度センサのための差込口を備えた冷却器を有する本発明による測定装置の代替的実施例を示す。
【図３】複数の温度センサを有する本発明による測定装置の別の実施例を示す。
【図４】無線温度測定を行う本発明による測定装置を示す。
【符号の説明】
１０  セル
１２，１２’、１２’’、１２’’’  冷却器
１４，１４’，１４．１〜１４．３，１４’’  温度センサ
１６  プリント基板
１８  素子
２０  熱伝導部材
２２  線路
２４，２４’  評価ユニット
２６  無線送信機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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