專利名稱:能量存儲器的制作方法
技術領域:
本發明涉及一種具有在權利要求1的前序部分的特征部分中所述的特征的能量 存儲器以及這種能量存儲器的應用。
背景技術:
由超級電容-電池或高功率電容器-電池構成的能量存儲器自身由普遍的現有技 術已知。如果能量作為帶有相對較高電流的電功率出現,那么可以優選地使用這樣的能量 存儲器例如用于中間存儲能量。例如具有柴電驅動裝置的混合動力客車就可以使用這種能 量存儲器。這種客車在制動和重新加速時由于其相對較大的質量會產生非常高的電的制動 功率或需要相對較高的電功率來進行加速。為了能夠盡可能無損耗地將這些功率存儲并且 重新使用,超級電容-電池特別良好地適用于能量存儲器,這是因為與蓄電池相比這種超 級電容-電池具有更小的內阻并且進而具有更小的功率損耗。常規的、帶有多個超級電容-電池的能量存儲器這樣典型地構成,即一些超級電 容-電池分別與一個存儲器模塊電連接,其中,各個存儲器模塊隨后會構成能量存儲器或 與該能量存儲器相連。普通的現有技術公開的是,各個存儲器模塊的超級電容-電池布置 在自身的殼體中。然后在這些殼體中,超級電容-電池典型地至少間接地與殼體導熱接觸, 從而當在混合動力車輛中使用時利用空氣、例如利用迎面風對殼體產生的環流確保了對超 級電容-電池進行一定程度的冷卻。然而在常規的結構中,迎面風經常不足以提供必要的 冷卻功率。因此,由普遍的現有技術同樣已知的是,各個存儲器模塊的每個殼體還附加地具 有電驅動的通風裝置。該通風裝置確保了殼體的強制環流并且進而可以改進各個存儲器模 塊的冷卻并因此最終也改進了整個能量存儲器的冷卻。現在由各個殼體構成的、分別帶有自有的冷卻裝置的結構相對比較昂貴并且導致 能量存儲器的結構非常復雜。因此,能量存儲器典型地具有多個單獨的固定元件以及特別 具有多個電纜,通過這些電纜將單獨的模塊相互地、并且與必要的電子裝置進行電連接。對 于每個殼體還可以存在自有的通風裝置,該事實明顯地再次增加了復雜性以及所需的電纜 的數量。總之,這導致結構的裝配和維護都格外復雜。另外如果這種結構使用在混合動力 車輛中,例如裝配在混合動力的客車頂上的話,在帶有相互糾纏的電線和電纜的極為復雜 的結構中很快就會積攢非常多的污垢,一方面來講,這些污垢會影響存儲器模塊的各個殼 體的冷卻,阻塞通風裝置,并且總體上來講,會加速這個區域中污垢的積累。這種積累的污 垢以及連接在結構中的復雜導線在一定條件下會暴露在大氣環境中,由此極容易對能量存 儲器造成功能性損害。敞開布置在車輛的區域中的電纜除了由于污垢和大氣環境影響以及 由于汽車震動的影響容易松動之外,并且隨后會由于磨損而損壞。
發明內容
現在,這里提出的本發明的目的是實現如上所述的、避免了所說明的缺點的能量 存儲器,并且提供具有簡單且成本低廉的結構的、非常易于安裝并且層次清楚的能量存儲器,此外,該能量存儲器確保了理想的、用于冷卻包含在其中的超級電容-電池的必要條 件。根據本發明,所述目的通過在權利要求1的特征部分中所述的特征來實現。根據本發明,現在多個殼體這樣上下地或相鄰地堆疊,即流體、也就是說液態的或 特別是氣態的介質可流過殼體之間的至少部分區域。殼體的相鄰或上下相疊的、或者是在 部分區域中彼此相鄰放置的或者是也相互間隔的堆疊構成了可以非常易于在機械上實現 的結構,并且該結構利用流體、例如具有能量存儲器的混合動力車輛的迎面風實現在殼體 的中間區域中的穿流性。因此形成了緊湊且簡單的、能夠通過穿流性理想地進行冷卻的結 構。此外在根據本發明的能量存儲器的另一個非常適合且有利的設計方案中提出,即 殼體在堆疊方向上具有基本上呈波浪形的或由相互跟隨的凸起構成的輪廓。這種輪廓理想 地適合包圍各個典型地設計成圓形電池的超級電容-電池。此外在殼體的具有這種輪廓的 堆疊中,在波腹或凸起之間分別留有適于冷卻流體流過的自由空間,該輪廓這樣典型地實 現,即在相鄰的模塊中的波腹或凸起同樣碰觸到其殼體的波腹或凸起。此外在根據本發明的能量存儲器的另一個非常適合且有利的設計方案中提出,即 殼體在堆疊方向上分別包括僅僅一個超級電容-電池。各個存儲器模塊的超級電容-電池 也就橫向于堆疊方向布置,以便使得各自的存儲器模塊的殼體的厚度在堆疊方向上總是只 包括一個存儲器電池。因此確保了,該超級電容-電池可以從殼體的兩個側面出發通過至 少在殼體之間的部分區域中流過的冷卻的流體流理想地實現冷卻。此外在根據本發明的能量存儲器結構的另一個非常適合且有利的設計方案中提 出,即存儲器模塊的殼體具有導熱良好的材料,特別是基于鋁的材料。通過使用鋁材料,由 鋁或鋁合金制成的相應的部分區域非常容易地制成鋁型材或鋁板的形式。對于殼體的結構 來講,由鋁制成的、特別的壓鑄型材或連鑄型材簡單且有效地使用作為帶有高導熱性的、簡 單且成本低廉的材料。此外在根據本發明的能量存儲器的另一個非常適合且有利的設計方案中提出,即 殼體至少部分地填充有導熱的澆注材料或導熱的油并且密封地封閉。使用電絕緣的、導熱 的澆注材料或電絕緣的導熱的油確保了,布置在存儲器模塊中的超級電容-電池彼此電絕 緣以及相對于同樣可布置在殼體中的電子組件電絕緣。另外,通過澆注材料或油確保了良 好的導熱性能,這是因為可以直接通過熱傳導來從超級電容-電池的區域中傳導熱量并且 不必消除絕緣氣隙或類似物。因此可以這樣設計澆注材料,即將殼體部分或全部地澆注。也 可以考慮引入墊形式的澆注材料。在根據本發明的能量存儲器的另一個非常適合且有利的設計方案中,殼體由兩個 基本上呈波浪形的或具有相互跟隨的凸起的板部件構成,該板部件在縱向側面上通過U形 型材連接,并且在端面上通過特別是由塑料制成的遮蓋件封閉。這種由兩個主要呈波浪形 的或具有相互跟隨的凸起的薄板或板部件構成的結構相應地是簡單且有效的,在薄板或板 部件中引入了彼此有一定的間距的、用于容納各個超級電容-電池的弓形區域。這種薄板 可以制成為例如由鋁或其它金屬制成的、按米計算出售的薄板。然后將這些薄板在縱向側 面上通過兩個U形型材相互連接,這同樣可以相對簡單地實現,這是因為薄板在縱向側面 上具有能簡單并有效地利用U形型材抓住的、平坦的閉合部分。端面基于兩個薄板的、彼此面對的型材具有比較復雜的形狀,在這些端面上可以隨后使用特別由塑料制成的、并且可 以通過壓鑄工藝簡單且成本低廉地生產的遮蓋件。以優選的方式和方法可以這樣進行安裝,即將板部件中的任一個放置在相應的底 座上并在其凸起的區域中布置了相應的超級電容-電池。該超級電容-電池隨后會相互連 接并且在一定條件下與布置在殼體區域中的電子裝置連接。然后可以從上面放置第二薄 板。然后兩塊薄板可以在兩個縱向側面上通過U形型材被相互夾緊。對此,在一定條件下 可以使用粘合劑、焊接工藝或類似物,以便將殼體在板和U形型材之間的接縫處密封。然后 可以將殼體架起,并且在一側連接或粘貼頂蓋。然后在另一側上可以同樣安裝頂蓋,特別在 根據優選的改進方案利用澆注材料或導熱的、但電絕緣的油來填充殼體。此外在能量存儲器的結構的另一個特別適合且有利的設計方案中提出,即殼體包 括多個超級電容-電池以及至少一個用來為該電池補償電池電壓的電子裝置。在該結構中 電子裝置集成在每個存儲器模塊中,該結構顯著地簡化了存儲器模塊的結構和電纜布置。 特別地,用來補償電池電壓的、必須設有用于各個電池的接口的電子裝置理想地適用于這 種集成,這是因為因此能夠節省大量的在通常的結構中除了殼體以外還必須加以引導的電 纜和連接元件。除此之外,在另一個非常適合且有利的結構中設計為,即存儲器模塊與中央電子 單元一起組合成模塊堆。在該結構中各個存儲器模塊與例如布置在堆疊中間或一側的中央 電子單元組合在一起,該結構允許了非常簡單且緊湊的、在其中可以簡單地手動控制和使 用能量存儲器的結構。此外在另一個非常適合且有利的設計方案中就此提出,即存儲器模塊通過電軌道 系統相互電連接。特別當中央電子裝置一起集成在堆疊中時,在該結構中能夠非常簡單且 有效地實現通過軌道系統的導電軌道彼此連接在一起的堆疊。然后該堆疊作為一個整體僅 僅必須通過非常少的外部接口與用于提供功率和/或減少的相應的單元、例如變流器或類 似物連接。此外在另一個非常有利的設計變體中提出,即存儲器模塊的堆疊包括在至少兩個 橫向于堆疊方向的方向上敞開的外部殼體。該堆疊在這個設計變體中因此集成在外部殼體 中,這個外部殼體一方面使能量存儲器的、作為單元、特別是和集成的中央電子單元的手動 操作簡易化。另外,這樣設計外部殼體,即在橫向于堆疊方向的兩個相對的方向上敞開地設 計外部殼體,并因此該外部殼體不會妨礙冷卻流體在各個殼體之間的間隙中流通。因此,除 了理想的冷卻能力外還獲得了非常緊湊且易于手動控制的結構。此外在根據本發明的能量存儲器的另一個非常適合且有利的設計方案中現在可 以設置至少一個通風裝置,通過通風裝置可在殼體之間強制產生流體流。此外,在一個特別 優選的改進方案中設置少于布置在堆疊中的存儲器模塊的通風裝置。與現有技術的結構相 反,因此少量的通風裝置(或優選地只有一個通風裝置)就足夠了,該通風裝置可以根據需 要增強殼體之間的冷卻流體的流動,或也可以例如在配有能量存儲器的混合動力汽車的靜 止狀態下維持這種流動。根據本發明的能量存儲器的結構因此能夠實現非常緊湊并且在安裝和布線方面 簡單且有效的、可理想地實現冷卻的結構。這種結構預定了該能量存儲器用于根據本發 明的、在車輛,特別是客車中的應用,其中存儲器模塊的殼體被迎面風和可選的通風裝置冷卻。以理想的方式和方法也就可以將該結構在車輛或客車的外部區域中使用。特別可以將 其簡單且有效地裝配在相應的底盤上并且因此可以例如連同變流器一起布置在客車的頂 蓋上,以便使用作為這種車輛的混合動力傳動系統的能量存儲器。
根據本發明的能量存儲器的其它有利的設計方案由以下參照附圖描述的實施例給出。圖中示出圖1是存儲器模塊的一個可能的結構的三維視圖;圖2是存儲器模塊的橫截面圖和縱截面圖;和圖3是根據本發明的電能量存儲器的一個可能的結構。
具體實施例方式在圖1的顯示中可識別出其整體上在圖3中示出的電能量存儲器2的存儲器模 塊1的示例結構的三維視圖。存儲器模塊1包括多個在圖2的截面圖中可識別出的超級電 容-電池3。如結合圖1和圖2可識別出的,存儲器模塊1由兩個在側面基本上呈波浪形的 板部件4構成,這些板部件具有大致呈波浪形的、由相互跟隨的凸起5構成的輪廓。在圖2 的顯示中可詳細地識別出該輪廓。該輪廓在這里示出的具體實施例中由四個凸起5組成, 在凸起之間布置了筆直較短的部段6。在筆直的部段的區域中還布置了兩個散熱片7。然 后兩個板部件4這樣相對布置,即凸起5分別布置在相同的高度上。在兩個凸起5之間因 此能夠在朝著凸起5的橫向方向上分別容納一個超級電容-電池3。因而在凸起5的方向 上,如在圖2中識別出的那樣,可以連續布置多個超級電容-電池3。除了超級電容-電池 3之外還可以將電子模塊、特別是用于在各自的存儲器模塊1的各個超級電容-電池3之間 補償電池電壓的電子裝置一起集成在存儲器模塊1中。板部件4隨后通過在最上面一排超級電容-電池3的上面的和在最下面一排超級 電容-電池3的下面的各一個U形型材8連接在一起。該U形型材8可以如同板部件4 一 樣以特別簡單并且成本低廉的方式由鋁制成。對于U形型材8特別可以使用在市場上可以 購買到的鋁制擠壓型材。也可以將類似的型材用于板部件4。在此,鋁合金部件的決定性優 勢在于,其在相對低廉的價格的情況下確保了非常良好的導熱性。如在圖1的顯示中可識別出的,存儲器模塊1相對于外界是密封的。這在前述的 結構中例如通過將板部件4和U形型材8粘貼或焊接實現。在存儲器模塊1的現在仍敞開 的端面上將板部件通過由塑料簡單且成本低廉地制成為例如壓鑄部件的遮蓋件9封閉。因 為遮蓋件9具有相對昂貴的造型,所以這種制造工序和由塑料進行生產的方法非常簡單并 且有效。基于由鋁制成的板部件4,確保了將存儲器模塊1的足夠的熱量傳導到外面。至今 所描述的和在圖1和2中所展示的結構現在因此示出一個單獨的存儲器模塊1,其帶有由 板部件4、U形型材8和遮蓋件9構成的殼體10。該殼體10現在包括超級電容-電池3以 及在一定條件下在此處未示出的、用來補償電池電壓的電子裝置以及在一定條件下其它的 電子組件。為了確保能夠從各個超級電容-電池3上將熱量理想地傳導到殼體10或板部 件4和U形型材8上,可以在裝配過程期間或之后并且在最終封閉之前,例如通過第二遮蓋件9,或者利用電絕緣且導熱良好的、特別也是墊狀的澆注材料將殼體部分或全部澆注,或 者利用具有類似的特性的油來填充殼體。填充了油或導熱的澆注材料確保了,各個超級電 容-電池3與板部件4和U形型材8導熱地連接,并且因此在各個超級電容-電池3和殼 體10之間確保非常良好的熱傳導性,而不會由于絕緣的空氣間隙而可能阻礙熱傳導。在圖3的顯示中現在可以識別出,各個存儲器模塊1與其殼體10 —起堆疊成模塊 堆11。存儲器模塊1的各個殼體10這樣相鄰地或也上下地堆疊,即這些殼體間隔地相互 堆疊,以便在各個殼體10之間確保用于利用冷卻流體流通的、例如通過車輛中的滯止壓力 流入的氣流或迎面風的空間。基于板部件4的基本上呈波浪形的結構,這些板部件也可以 直接相互堆疊,這是因為在筆直的部段6的區域中和特別在散熱片7的區域中,在任何情況 下,即便是在各個殼體10在凸起5的區域中相互接觸的情況下空氣也能流動。通過散熱片 7確保了將熱量理想地傳導到流動的冷卻流體上。在圖3中的顯示中還可以識別出,模塊堆11與作為用于能量存儲器2的中央電子 裝置的電子單元12共同堆疊成模塊堆11。例如,該電子單元12布置在模塊堆11的端部, 其同樣也可以定位在模塊堆11的中心或任意一個其它的位置上。模塊堆11的各個存儲器 模塊1通過一個此處不可視的電軌道系統與中央電子裝置12連接。這樣確保了更簡單且 安全地將模塊堆11的各個存儲器模塊1相互電連接,而無需昂貴的電纜布線或類似物。由 各個存儲器模塊1和中央電子裝置12構成的模塊堆11然后由外部殼體13包住,從而構成 可簡單地手動控制的電能量存儲器。外部殼體13僅僅在模塊堆11的四個面上封閉地設計 并且使兩個相對的側面敞開,從而確保冷卻流體能夠自各個存儲器模塊1的殼體10之間的 間隙中流過而不被外部殼體13阻擋。在電能量存儲器2的這里示出的結構中,電能量存儲 器還包括在圖3的顯示中同樣僅僅勾畫出的、可選的通風裝置14。該通風裝置14(在一定 條件下也可能在需要時是多個通風裝置,其中非常少的通風裝置14特別地已經足夠了 )可 以在需要時運轉,從而擠壓更高體積流量的冷卻流體通過存儲器模塊1的各個殼體10之間 的間隙,并因此通過強制對流改進冷卻。在少量的通風裝置14的情況下,在任何情況下每 個模塊堆11具有的通風裝置少于各個存儲器模塊1的模塊堆11。在優選地使用電能量存儲器2將車輛、特別是客車的混合動力傳動系統中、特別 在制動時所積累的能量進行中間存儲時,結構如在圖3的顯示中可識別出的那樣可以這樣 構造,即外部殼體13的兩個相對敞開的側面這樣布置,從而使迎面風能夠相應于通過箭頭 15指示的方向進行流通。當迎面風不足以進行冷卻時,例如在環境氣溫較高和/或緩慢行 駛或車輛在靜止狀態時,則僅僅必須接通可選的通風裝置14。根據圖3的能量存儲器1的 結構和原則上示出的變流器16 —起布置在框架或平臺17上。然后該平臺例如可以裝配在 車輛、特別是客車的車頂蓋上。該結構相應簡單,并且布線所需的費用很少。相應地,其維 護成本低廉。該結構可以設置在框架或平臺17的適合的表面上,不取決于裝備該結構的車 輛類型,其中,可以根據預期的存儲功率對堆疊的寬度并且進而位于模塊堆11中的存儲器 模塊1的數量實現簡單地比例縮放。框架或平臺17的底面可以分別匹配于預期的車輛獨 特地設計,從而可以使在圖3中示出的結構簡單且有效地適用于例如不同制造商的不同種 客車的頂蓋結構中,而無需改變該結構。這確保了簡單且有效地用于對不同種類的車輛或 客車的電能量存儲器的大批量生產。
權利要求
1. 一種能量存儲器1.1具有多個超級電容-電池;1. 2其中一些所述超級電容-電池分別與一個存儲器模塊電連接;其中 1. 3每個所述存儲器模塊布置在一個殼體中;其中1.4各個所述超級電容-電池與所述殼體至少間接地導熱接觸地布置, 其特征在于,1.5多個所述殼體(10)這樣上下地或相鄰地堆疊,即流體可流過所述殼體之間的至少 部分區域。
2.根據權利要求1所述的能量存儲器,其特征在于,所述殼體(10)在堆疊方向上具有 基本上呈波浪形的或由相互跟隨的凸起( 構成的輪廓。
3.根據權利要求1或2所述的能量存儲器,其特征在于,所述殼體(10)在所述堆疊方 向上分別包括僅僅一個超級電容-電池(3)。
4.根據權利要求1,2或3所述的裝置,其特征在于,所述存儲器模塊(1)的所述殼體(10)具有導熱良好的材料,特別是基于鋁的材料。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的能量存儲器,其特征在于,所述殼體(10)至少 部分地填充有導熱的澆注材料或導熱的油并且密封地封閉。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的能量存儲器,其特征在于,所述殼體(10)由兩 個基本上呈波浪形的或具有所述相互跟隨的凸起(5)的板部件(4)構成,所述板部件在縱 向側面上通過U形型材(8)連接,并且在端面上通過特別是由塑料制成的遮蓋件(9)封閉。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的能量存儲器,其特征在于,所述殼體(10)包括 多個超級電容-電池(3)以及至少一個用來為所述超級電容-電池(3)補償電池電壓的電 子裝置。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的能量存儲器,其特征在于,所述存儲器模塊(1) 與中央電子單元(1 一起組合成模塊堆(11)。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的能量存儲器,其特征在于,所述存儲器模塊(1) 通過電軌道系統相互電連接。
10.根據權利要求8或9所述的能量存儲器,其特征在于,所述存儲器模塊(1)的所述 模塊堆(11)包括在至少兩個橫向于所述堆疊方向的方向上敞開的外部殼體(13)。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的能量存儲器,其特征在于,設置至少一個通風 裝置(14),通過所述通風裝置可在所述殼體(10)之間強制產生流體流,特別是氣流。
12.根據權利要求10所述的能量存儲器,其特征在于,設置少于布置在所述模塊堆(11)中的所述存儲器模塊(1)的所述通風裝置(14)。
13.一種能量存儲裝置O)的應用,用于車輛、特別是客車,其中,存儲器模塊(1)的殼 體(10)由迎面風(15)和可選的通風裝置(14)冷卻。
全文摘要
本發明涉及一種由多個超級電容-電池構成的能量存儲器。一些這種超級電容-電池分別與一個存儲器模塊電連接。每個存儲器模塊布置在一個殼體中。各個超級電容-電池與殼體至少間接地導熱接觸。多個殼體這樣上下地或相鄰地堆疊,即流體可流過殼體之間的至少部分區域。
文檔編號H05K7/20GK102055247SQ20101052331
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月27日 優先權日2009年10月28日
發明者安德烈亞斯·奧斯曼, 沃爾特·勞, 龍尼·格佩費爾特 申請人:沃依特專利有限責任公司