用于封装和连接蓄电单元以实现预期的效率和循环/寿命的方法技术

描述了一种储能装置，其包括位于模块中的高电力储能单元，该高电力储能单元是双端子装置。高电力储能单元被设置在模块中，使得每一高电力储能单元至少在第一侧面被至少第一冷却表面包围，并至少在第二侧面被至少第二冷却表面包围，每一冷却表面均热连接到高电力储能单元的不同端子。高电力储能单元是超级电容器或超电容或电容器或电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包含高功率储能单元(如超级电容器或超电容或电池)的储能装置以及构造和操作这些装置的方法。尤其地，本专利技术涉及用于输送功率以驱动负载(例如驱动车辆或固定装置)的电源/能量源。
技术介绍
超级电容器或超电容是结合了高功率密度和延长的预期寿命的蓄电设备。因此，它们尤其很好地适合于允许频繁地恢复动能或势能的应用，如：城市公共汽车、电车、起重机和升降机。某些类型的主要基于锂的电池单元存在相同的优点。超级电容器经常与其他能量源结合，该能量源通常被选为提供不同类型的电力。例如，一个源可被设计为提供长期电力(这意味着它能够随时间输送大量的能量，因此是高能量源)，而另一能量源可被设计为提供高的短期电力(在这种情况下，它在有限时间内为高电源)。在例如车辆加速或脉冲负载事件(诸如对紧急状况的反应)期间，高电源可用来协助高能量源向系统提供电力。高电源可以由超级电容器或任选地某些类型的主要基于锂的电池单元提供。从WO2009/112069获悉了可充电储能设备(例如锂电池)和包含平衡电路的超级电容器的组合。增加超级电容器的寿命的一种方法可以是增加它们的尺寸，即对它们进行有余量的设计。这可能是固定电源的可能解决方案，但是成本和尺寸会被增加，并且材料会被不必要的使用。然而，对于可移动的物体，增加尺寸通常导致增加的成本和重量，并且可由于空间限制而被禁止。用于例如车辆的可移动物体，该额外的重量也可减少加速度。尽管超级电容器的主要优点是其高功率容量，但电源的持续时间和总量由于发热受到限制，其进而导致电容器的内阻、由高功率造成的大电流以及电容器由应用循环的性质造成的频繁充放电。根据Arrhenius(阿伦尼斯)定律，温度升高是减少超级电容器的预期寿命的主要因素。根据Arrhenius定律，温度每升高10℃，电容器的预期寿命减半。如WO2012/007290A1中所述，超级电容器的冷却可以通过壳体加上散热片和强制通风的设计来实现。然而，虽然改进冷却具有增加预期寿命(既提高使用寿命又提高循环寿命)的优点，但强制通风会消耗能量并导致系统效率的降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供包含高电力储能单元(如超级电容器或任选地某些类型的主要基于锂的电池单元)的替代储能装置，和/或构造和操作这些装置的方法。具体而言，本专利技术的目的是提供用于递送电力以驱动负载(例如驱动车辆或固定装置)的替代电源/能量源。本专利技术的实施例涉及针对高电力储能单元(如超级电容器或超电容或任选地某些类型的主要基于锂的电池单元)的模块的设计。本专利技术的各实施例的优点是通过在运行时保持各高储能单元冷却来提供具有良好的寿命和/或循环寿命的储能装置。本专利技术使用了术语“超级电容器”、“超电容”或“电容器”或任选地某些类型的主要基于锂的电池单元，并且这些术语通常适用于高电力储能单元。因此，本专利技术的各实施例提供一种储能装置，其包括位于模块中的高电力储能单元，其中每个模块存在有限数量的高电力储能单元(如超级电容器或超电容或电容器或任选地某些类型的主要基于锂的电池单元)。高电力储能单元(如超级电容器或超电容或电容器或任选地某些类型的主要基于锂的电池单元)是双端子装置。高电力储能单元(如超级电容器或超电容或电容器或任选地某些类型的主要基于锂的电池单元)以以下方式设置：每一高电力储能单元(如超级电容器或超电容或电容器或任选地某些类型的主要基于锂的电池单元)至少在一侧面上或至少在两侧面上被冷却表面包围。该冷却表面被热连接到高电力储能单元(如超级电容器或超电容或电容器或任选地某些类型的主要基于锂的电池单元)的端子。每个冷却表面可被热连接到高电力储能单元的不同端子。冷却表面可以通过汇流条(busbar)的延伸部来提供和/或通过模块壳体的与汇流条的延伸部导热接触但不电接触的一侧面或壁提供。因此，汇流条可以具有凸缘形式的延伸部，该凸缘的表面积比携载电流来往于各高电力储能单元(如超级电容器或超电容或电容器或任选地某些类型的主要基于锂的电池单元)的端子所需的表面积要大。该凸缘导热地但不导电地连接到模块壳体的侧面或壁。在任何情况下，这可具有能够在多个并行的热通路中将热从高电力储能单元(如超级电容器或超电容或电容器或任选地某些类型的主要基于锂的电池单元)移除的优点。根据本专利技术的各模块可具有两个或更多个这样的冷却表面区域。模块的尺寸不必依据最佳空间利用确定，但可依据外部热交换表面的可用性并因此依据改善的冷却来确定。高电力储能单元(如超级电容器或超电容或电容器或任选地某些类型的主要基于锂的电池单元)被设置在至少一排中，每一高电力储能单元(如超级电容器或超电容或电容器或任选地某些类型的主要基于锂的电池单元)都具有宽度“W”和高度“H”。因此在一排中存在“N”个高电力储能单元(如超级电容器或超电容或电容器或任选地某些类型的主要基于锂的电池单元)。通过热传导热连接到高电力储能单元(如超级电容器或超电容或电容器或任选地某些类型的主要基于锂的电池单元)的端子并通过汇流条的延伸部提供的冷却表面的面积至少等于(N×W×H)的30％。此面积可增加到(N×W×H)的40％以上、50％以上、60％以上、70％以上、80％以上或90％以上。出于节省成本和空间的原因，冷却表面的面积最大可能为200％。如果在一排中存在“N”个这样的高电力储能单元(如超级电容器或超电容或电容器或任选地某些类型的主要基于锂的电池单元)，且每一高电力储能单元与下一高电力储能单元(诸如，电容器等)间隔有距离(spacing)“S”(两个电容器之间的自由空间，而不是间距(pitch))，则通过热传导热连接到高电力储能单元(如超级电容器或超电容或电容器或任选地某些类型的主要基于锂的电池单元)的端子并且通过汇流条的延伸部提供的冷却表面的面积至少等于(N×W×H)+((N-1)×S))的30％。此面积可增加到(N×W×H)+((N-1)×S))的40％以上、50％以上、60％以上、70％以上、80％以上或90％以上。出于节省成本和空间的原因，冷却表面的面积最大可能为200％。作为比较，在本专利技术的各实施例中，单元的排数通常为2。另一方面，在WO2012/007290中单元的排数通常为5。此外，由模块并结果由所需的冷却表面抑制的热与单元的数量成比例。因此，表述每个单元提供的冷却表面是有用的。在WO2012/007290中，每个单元的顶部冷却表面(8)大于Pi/4×W2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种储能装置，包括位于模块中的高电力储能单元，所述高电力储能单元是双端子装置，所述高电力储能单元被布置在具有模块壳体的模块中，使得每一高电力储能单元至少在第一侧面至少被第一冷却表面包围，并至少在第二侧面至少被第二冷却表面包围，其中所述第一和第二冷却表面由汇流条的与相关的端子导电并导热接触的延伸部提供，并且每一冷却表面由所述模块壳体的与所述汇流条的所述延伸部导热接触但与所述汇流条电隔离的侧面或壁提供。

【技术特征摘要】
2014.09.26 EP PCT/EP2014/0706841.一种储能装置，包括位于模块中的高电力储能单元，所述高电力储能
单元是双端子装置，所述高电力储能单元被布置在具有模块壳体的模块中，使
得每一高电力储能单元至少在第一侧面至少被第一冷却表面包围，并至少在第
二侧面至少被第二冷却表面包围，其中所述第一和第二冷却表面由汇流条的与
相关的端子导电并导热接触的延伸部提供，并且每一冷却表面由所述模块壳体
的与所述汇流条的所述延伸部导热接触但与所述汇流条电隔离的侧面或壁提
供。
2.根据权利要求1所述的储能装置，其特征在于，每一冷却表面热连接
到所述高电力储能单元的不同端子。
3.根据权利要求1所述的储能装置，其特征在于，所述高电力储能单元
被布置在所述模块内的至少一排中，通过热传导热连接到所述高电力储能单元
的端子的所述第一和第二冷却表面中的至少一者的面积至少等于(N×W×H)的
30％，其中每一高电力储能单元具有宽度“W”和高度“H”，并且在所述至少一排
中存在“N”个高电力储能单元；或者
其中所述高电力储能单元被布置在所述模块内的至少一排中，通过热传导
热连接到所述高电力储能单元的端子的所述第一和第二冷却表面中的至少一
者的面积至少等于(N×W×H)+((N-1)×S))的30％，其中每一高电力储能单元具有
宽度“W”和高度“H”，并在所述至少一排中存在“N”个高电力储能单元，且所述
高电力储能单元之间的自由空间为“S”。
4.根据权利要求1所述的储能装置，其特征在于，所述第一和第二冷却
表面中的至少一者的面积为(N×W×H)的40％以上、50％以上、60％以上、70
％以上、80％以上或90％以上。
5.根据权利要求3所述的储能装置，其特征在于，所述第一和第二冷却
表面中的至少一者的面积为(N×W×H)+((N-1)×S))的40％以上、50％以上、60
％以上、70％以上、80％以上或90％以上。
6.根据权利要求1所述的储能装置，其特征在于，提供对流表面，该对
流表面在被提供用于热传导的表面的30％、或40％、或50％、或60％、或70

\t％一直到所述被提供用于热传导的表面的90％之间。
7.根据权利要求1所述的储能装置，其特征在于，所述模块壳体设有散
热片和/或散热器，以改善到空气的热传递，并提供更好的冷却。
8.根据权利要求1所述的储能装置，其特征在于，还包括用于气体或液
体冷却的装置。
9.根据权利要求1所述的储能装置，其特征在于，所述高电力储能单元
是超级电容器或超电容或电容器或基于锂的电池单元。
10.根据权利要求3、4或5中的任一项所述的储能装置，其特征在于，
所述模块具有壳体，所述壳体具有高度、宽度和长度，并且所述尺寸“H”是所
述壳体的侧壁的高度。
11.一种构造储能装置的方法，所述储能装置包括位于模块内的高电力储
能单元，所述高电力储能单元是双端子装置，所述方法包括：
将所述高电力储能单元布置在模块中，使得每一高电力储能电池中至少在
第一侧面至少被第一冷却表面包围并且至少在第二侧面至少被第二冷却表面
包围，
由汇流条的与相关的端子导电并导热接触的延伸部提供所述第一和第二
冷却表面，并且每一冷却表面由所述模块壳体的与所述汇流条的所述延伸部导
热接触但与所述汇流条电隔离侧面或壁提供。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·克嫩，F·莱曼斯，J·德斯麦特，
申请(专利权)人：威拓股份有限公司，
类型：发明
国别省市：比利时;BE