蓄能系统技术方案

本发明专利技术涉及一种蓄能系统(1)，所述蓄能系统包括壳体(2)，在所述壳体中设置多个蓄能单元(3)，所述蓄能单元(3)借助于设置在蓄能单元(3)之间的装置(4)相互分开，所述装置(4)具有至少两个层(5)、(6)，其中，第一层形成压紧层，并且第二层(6)形成绝缘层。并且第二层(6)形成绝缘层。并且第二层(6)形成绝缘层。

【技术实现步骤摘要】
蓄能系统


[0001]本专利技术涉及一种蓄能系统，所述蓄能系统包括壳体，在所述壳体内设置多个蓄能单元，所述蓄能单元借助于设置这些蓄能单元之间的装置相关分开，所述装置具有至少两个层。

技术介绍

[0002]这种蓄能系统是由DE 10 2018 113 185 A1已知的。蓄能系统，尤其是用于电能的可充电的储存器，主要广泛地使用在移动系统中。用于电能的可充电的储存器例如用于便携式电子设备中，如智能手机或笔记本电脑。此外，用于电能的可充电的储存器越来越多地用于为电动车辆提供能量。这里可以设想，电动车辆的范围很广，除了乘用车以外，例如还有两轮车、厢式货车或载重车。也可以设想应用在机器人、船舶、飞机和移动式作业机中。电的蓄能系统的其他使用领域是固定的应用，例如在备用系统中、在网络稳定系统中和用于存储来自可再生能源的电能。
[0003]这里，常用的蓄能系统是锂离子蓄电池形式的可充电储存器。与其他用于电能的可充电的储存器一样，锂离子蓄电池多数也具有多个蓄能单元，这些蓄能单元共同安装在壳体中。这里，多个电地相互连的蓄能单元多数组成一个模块。
[0004]这里，蓄能系统并不仅限于锂离子电池。其他可充电电池系统，如锂硫电池、固态电池、钠离子电池或金属空气电池也是可设想的蓄能系统。此外，超级电容器也可以被视为蓄能系统。
[0005]可充电储存器形式的蓄能系统仅在有限的温度范围内具有最高的电容量和最佳的功率消耗和输出。当超过或低于最佳工作温度范围时，储存器的容量、功率消耗能力和功率输出能力急剧下降，并且能量储存器的功能受到影响。此外，过高的温度也会不可逆地损伤能量储存器。因此，一定应避免长期出现的升高的温度升高和短期的温度峰值。对于锂离子蓄电池，例如不应超过高于50℃的长期温度和超过高于80℃的短期温度峰值。
[0006]尤其是在乘用车中的应用中，要求蓄能系统具有快速充电能力。此时，构成蓄能系统的蓄电池应在短时间内、例如在15分钟内完全或接近完全地充电。由于充电系统的效率约为90％至95％，充电过程中在蓄能系统中释放出大量的热量，必须将这些热量从蓄能系统中导出。在正常运行状态下不会释放这些热量。因此，必要的是，将蓄能系统的冷却系统设计成能够吸收在充电过程中出现的热量。
[0007]过高的温度可能导致对蓄能系统不可逆的损坏。在这种情况下，尤其是对于锂离子电池，已知所谓的热失控(thermal runaway)。此时，在短时间内释放大量的热能和气态分解物，由此导致在壳体内出现高压和高温。这种效应对于具有高能量密度、如例如为了在电动的车辆中提供电能所需的能量密度的蓄能系统来说尤其是有问题的。通过增加单个单元的能量和提高设置在壳体中的单元的排列密度会加剧热失控的问题。
[0008]在连续单元的范围内，在单元的壳体壁上在数分钟的时间内会出现600℃至1000℃的范围内的温度。用于热绝缘的装置必须能承受这样的负荷，并减少向相邻单元的能量
传递，使得相邻单元的温度负荷最高只有150℃。重要的是，限制向相邻单元的能量传递转移，以防止相邻单元也发生热失控。
[0009]尤其是在电动车领域存在这样的需求，即，在小空间内实现高能量密度，但这限制了可供单元的绝缘结构使用的空间。为了防止单个蓄能单元受到过高的热负荷，也必要的是，由蓄能单元中导出所释放的热量。因此，仅对蓄能单元进行绝缘通常是不够的。
[0010]在使用寿命上考察，锂离子蓄电池会发生体积变化，这里，体积随着使用寿命的增加而增大。对于软包单元，这种情况例如由于鼓起而变得明显。此外，在每次充电或放电过程中会出现周期性的体积变化。必须由装置来补偿蓄能单元的体积变化。这通过将蓄能单元的相互夹紧来实现，这会导致非常大的压力升高。备选地，在蓄能单元之间设置压缩元件，所述压缩元件吸收蓄能单元的体积变化。
[0011]在由现有技术已知的装置中，热绝缘效果随着压力增加而降低，多数情况下，热传递与蓄能单元的间距成反比。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的是，提供一种蓄能系统，所述蓄能系统在具有高能量密度的同时确保实现长使用寿命和高运行可靠性。
[0013]所述目的利用权利要求1的特征来实现。从属权利要求涉及有利的设计方案。
[0014]根据本专利技术的蓄能系统包括壳体，在所述壳体中设置多个蓄能单元，所述蓄能单元借助于设置在这些蓄能单元之间的装置相互分开，所述装置至少具有两个层，其中，第一层形成压紧层，并且第二层形成绝缘层。这里，第二层优选构造成不可压缩的。
[0015]在这个设计方案中，所述绝缘层针对热绝缘进行优化，而压紧层针对机械特性进行优化。由于绝缘层设计成不可压缩的，可以改善热绝缘。
[0016]这里，可以设有多个第一层和/或多个第二层。所述装置的总厚度优选在0.5mm至6mm之间。此时，当装置受到高达100kPa的表面压力加载时，优选也存在在0.5mm至6mm之间的总厚度。压紧层和绝缘层优选以串联的形式并排设置。
[0017]这里，可以设想的是，除了绝缘层和压紧层之外，所述装置还包括其他层。在这种情况下可以设想的是，设有施设层、防火层、颗粒截留层和/或冷却体层。总体上得到这样的装置，所述装置具有优化的机械特性，从而可以实现高能量密度和蓄能单元的紧凑布置，而绝缘层在热特性上是优化的并且实现相邻蓄能单元的绝缘。
[0018]所述绝缘层附加地可以具有吸热特性。此时，所述绝缘层优选在150℃至500℃的温度范围内具有吸热特性。在这个设计方案中，接触压力元件可以吸收从蓄能单元发出的能量，由此可以避免蓄能单元内或上不允许地高的温度升高。也可以设想的是，压紧层配备成能导热的。例如可以设想的是，设有金属氢氧化物或金属碳酸盐。
[0019]所述压紧层可以具有吸热特性。由于压紧层可以构造成吸热的和/或导热的，所述绝缘层可以针对实现高热绝缘来设计。由此，通过所述绝缘层可以避免的是，在相邻的蓄能单元之间发生不允许地高的热交换。相反，由于所述吸热或导热的配备方式，例如可能在快速充电过程中出现的温度峰值可以通过压紧层导出。所述压紧层可以包含吸热反应的材料，例如金属氢氧化物或金属碳酸盐或柠檬酸。也可以设想的是，所述压紧层配备有由吸热反应材料制成的纤维。
[0020]所述压紧层优选具有达到1.5W/(m
·
K)的导热系数。所述绝缘层优选具有最大0.2W/(m
·
K)的导热系数。
[0021]所述压紧层可以构造成弹性的。由此，一方面可以有目的地挤压蓄能单元。另一方面，压紧层可以吸收蓄能单元的体积变化。为此，可以设想的是，所述压紧层设计成可变形的。这例如可以通过压紧层的造型来实现。压紧层的材料也可以是可变形的，或者压紧层可以包含可变形的材料。可变形的材料例如是具有固有孔隙的材料。
[0022]所述压紧层优选是能机械变形的。特别优选的是，对于在30kPa至1500kPa之间的表面压力，存在至少为50％的可变形性。这意味着，所述压紧层的厚度在表面压力升高时减小，并且此时可以减少到初本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.蓄能系统(1)，所述蓄能系统包括壳体(2)，在所述壳体中设置多个蓄能单元(3)，所述蓄能单元(3)借助于设置在蓄能单元(3)之间的装置(4)相互分开，所述装置(4)具有至少两个层(5、6)，其特征在于，第一层(5)形成压紧层，并且第二层(6)形成绝缘层。2.根据权利要求1所述的蓄能系统，其特征在于，所述压紧层构造成弹性的。3.根据权利要求1或2所述的蓄能系统，其特征在于，所述压紧层构造成能变形的。4.根据权利要求1至3中任一项所述的蓄能系统，其特征在于，所述压紧层由弹性材料构成。5.根据权利要求1至4中任一项所述的蓄能系统，其特征在于，所述压紧层至少在朝向蓄能单元(3)的侧面上是结构化的。6.根据权利要求1至5中任一项所述的蓄能系统，其特征在于，所述压紧层沿边缘至少局部地包围所述绝缘层。7.根据权利要求6所述的蓄能系统，其特征在于，所述压紧层与相邻的蓄能单元(3)接触。8.根据权利要求6或7所...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：卡尔，
类型：发明
国别省市：