CN103636057B - 具有热管的用于储存电能的储存单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于储存电能的储存单元(1)。所述储存单元(1)具有至少一个蓄能器(3、5、6、7)。根据本发明，所述储存单元(1)还具有用于将热量散发到散热器(45)的接触面。所述储存单元(1)具有至少一根热管(50)，所述热管与所述接触面连接并且以如下方式与所述蓄能器(3、5、6、7)连接：在所述蓄能器(3、5、6、7)的内部中产生的热损耗能够经由所述热管(50)导出到所述接触面。

Description

具有热管的用于储存电能的储存单元

技术领域

本发明涉及一种用于储存电能的储存单元。

背景技术

该储存单元具有至少一个蓄能器。

发明内容

根据本发明，储存单元还具有用于将热量散发到散热器的接触面。储存单元具有至少一根热管，该热管与接触面连接并且以如下方式与蓄能器连接：在蓄能器的内部中产生的热损耗可以经由热管导出到接触面。

与例如借助于金属热导体相比，借助于热管可以有利地将更多的热量从蓄能器导出到散热器，因为热管与金属热导体相比具有明显更高的导热能力。

用于散热的接触面例如可以是冷却元件的组成部分，特别是金属块的组成部分，该冷却元件具有用于将热量散发到散热器的接触面。冷却元件例如可以与热管连接，特别是在热管的端部区域中与热管连接。

在一种优选的实施方式中，储存单元具有至少两个蓄能器。蓄能器通过间隙相互隔开，更加优选地彼此相邻设置。热管通过至少一个热导体与蓄能器连接，其中，热导体设置在间隙中。热导体优选与至少一个与间隙邻接的蓄能器处于作用接触。热导体例如由导热板或者导热块构成。导热板例如是金属板，导热块例如是金属块。

利用这样构成的装置，可以有利地将来自蓄能器的热点，特别是彼此相邻设置的蓄能器的联合体的热点的热量导出。

在一种优选的实施方式中，设置在间隙中的热导体，特别是导热板被设计成有弹性的。因此，在蓄能器发生由热引起的沿着蓄能器纵轴线的纵向膨胀时，可以将热量经由热管导出并且借助于热导体的弹性特性对蓄能器在变热时的纵向膨胀进行补偿。热导体在这种实施方式中可以例如由两个相互平行设置的板构成，作为被构造为有弹性的热导体，这些板通过片簧沿纵向方向相互连接，其中，片簧在间隙中设置在相互平行地布置的板之间。

在一种优选的实施方式中，蓄能器的至少一个电连接件与电接触轨连接。电接触轨与储存单元的至少一个外部电连接件连接。

储存单元优选被构造成，通过外部电连接件与另一个电装置，例如与牵引电池或者逆变器连接。接触轨与接触面，优选与冷却元件导热地连接。因此，有利地，除了经由热管将热量从热点导出之外，还可以经由蓄能器的电连接件将热量从蓄能器的内部导出。

蓄能器的电连接件例如分别由导电层，特别是金属喷镀层构成。

在一种优选的实施方式中，储存单元具有前面已提到的导热的冷却元件。该冷却元件具有朝外的表面区域，该表面区域构成接触面。

在一种优选的实施方式中，蓄能器是电容器。该电容器例如是卷绕式电容器或者超级电容器。优选地，蓄能器的电连接件由导电层，特别是金属喷镀层构成。

在另一种实施方式中，蓄能器是蓄电池。该蓄电池例如是能够有利地以大的电流快速充电和放电的镍-金属氢化物蓄电池、铅蓄电池、锂离子蓄电池、锂聚合物蓄电池或者磷酸锂铁蓄电池。

可设想的是彼此不同的蓄能器的组合，这些蓄能器是储存单元的组成部分。例如，储存单元可具有至少一个蓄电池作为蓄能器，以及具有至少一个电容器作为蓄能器。

在一种优选的实施方式中，蓄能器的电连接件，特别是导电层与接触轨电连接且导热连接。为此，接触轨可以例如借助于至少一个熔焊连接部或者钎焊连接部与导电层连接。

优选地，热管被构造成，借助于被封闭在热管中的流体的聚集状态变化，在一个端部区域中吸收热量并且在与该端部对置的端部的区域中重新释放热量。与1013百帕的标准大气压相比，热管例如在内部具有负压，从而确定了被封闭的流体的沸点或者露点并且因此确定了与负压有关的热管的温度工作范围。

在一种优选的实施方式中，热管包括至少一根填充有流体的管件。该流体例如是水、铵盐、醇类，特别是乙醇或异丙醇。

在一种优选的实施方式中，热导体借助于导向套与热管在热管的一个纵向段上导热连接，其中，该导向套被构造成，弹性地且导热地固定热管，使得导向套可以沿着热管的纵向延伸方向往复移动。因此，当蓄能器发生热膨胀时，热导体在与热管的连接位置的区域中不会折断或断裂。

在另一种有利的实施方式中，热管被构造成扁平的。更加优选地，热管具有横截面，其中，横截面宽度大于横截面高度。因此，热管可以有利地以节省空间的方式设置在长方体形的储存单元中。优选地，被构造成扁平的热管的横截面的横截面宽度与横截面高度之比为30比1。被构造成扁平的热管的横截面高度例如为1毫米到3毫米之间。

储存单元例如是电动汽车的电驱动装置的中间电路电容器。在另一种实施方式中，储存单元是太阳能逆变器的中间电路电容器。

附图说明

下面借助于附图和其它实施例对本发明进行描述。其它有利的变型由附图的特征和在从属权利要求中描述的特征得出。

图1示意地示出了具有热管的储存单元的实施例；

图2以细部图示意地示出了在图1中所示的热管借助于导向套与热导体的连接，热管可以在该导向套中往复移动；

图3示意地示出了在图1中以纵截面示出且在该图中部分示出的储存单元的实施例，该储存单元被构造成，将热量从蓄能器的电连接件经由与蓄能器的至少一个热点导热连接的热管导出到储存单元的底板。

具体实施方式

图1示出了储存单元1的实施例。储存单元1具有蓄能器3、蓄能器5、蓄能器6和蓄能器8。蓄能器3、5、6及8在该实施例中分别被构造成卷绕式电容器。也可想到的是蓄能器作为蓄电池的实施例。

蓄能器3、5、6及8分别沿着储存单元1的纵向延伸方向容纳在一种槽或盆中，其中，该槽由两个接触轨构成。接触轨分别由折弯的板构成。在图3中以剖视图详细示出构成槽的接触轨。

蓄能器3沿着储存单元1的纵向延伸方向与蓄能器5通过间隙隔开。蓄能器5与蓄能器6通过间隙隔开，以及蓄能器6与蓄能器8通过间隙隔开。在蓄能器3与5之间的间隙中设有热导体60。在蓄能器5与蓄能器6之间设有热导体62，以及蓄能器6与蓄能器8之间设有热导体64。热导体60、62及64例如由导热板，特别是铜板构成。如在图2中详细所示的，热导体60、62及64分别借助于电绝缘的导热膜与蓄能器的接触面连接，这些接触面与热导体处于导热连接。

在图1中以剖视图示出了接触轨的折弯部分10a和12a，这些折弯部分一起形成前面提到的槽的底部。接触轨分别相互电绝缘。冷却元件35与接触轨的折弯部分10a和12a处于热作用接触，该冷却元件与折弯部分12a中的表面热接触。冷却元件35在该实施例中由导热板，特别是铝板或铜板构成。冷却元件35通过冷却钟形部47以及通过冷却钟形部46与另一个冷却元件45处于导热连接。

储存单元1还具有热管50。热管50在该实施例中被构造成具有圆形横截面的管件。也可想到的是具有扁平的，特别是矩形横截面的热管50，在该横截面中，横截面高度小于横截面宽度。热管50以一个端部通至冷却元件45在冷却钟形部46区域中的凹部44。冷却钟形部46和47沿着储存单元1的纵向延伸方向相互隔开。热管50通过具有导热能力的导向套52与热导体60处于热作用连接。热管50也沿着热管50的纵向延伸方向与导向套52隔开地与热导体62处于热作用连接。热管50沿着纵向延伸方向与导向套54隔开地通过导向套56与热导体64导热连接。在图2中详细地示出了导向套52。导向套52、54及56至少在一个纵向段上包围热管50并且将热管至少以传力连接的方式弹性地固定在该纵向段上。储存单元1还具有壳体70，该壳体包围蓄能器3、5、6及8。壳体70例如由塑料构成。在壳体70的壳体壁与蓄能器3、5、6及8之间在该实施例中设有平面地构造的弹性元件72，该弹性元件例如由泡沫材料构成。借助于弹性元件72，壳体70的在该实施例中构造成盆形的壳体壁将蓄能器压靠在导热板35上。蓄能器3、5、6及8因此固定在壳体70上。

借助于热导体60、62及64，可分别从蓄能器3、5、6及8的形成热点的区域将热量从由相互紧挨地接合的蓄能器构成的块体装置的内部导出。热管50为此有利地具有例如比实心铜明显更高的导热能力。

图2以热导体60为例示出了在图1中已示出的热管50与热导体60、62及64的连接。在该图中在一个纵向段上示出的热管20在纵向上一段一段地与导向套52处于热作用连接。导向套52为此具有空心圆柱体的形状，其中，热管50的所述纵向段设置在被空心圆柱体包围的纵向延伸的空腔中。导向套52在该实施例中沿着其纵向延伸方向具有至少一个环形压制部，其中，示例性地标出了环形压制部55。环形压制部55沿径向向外延伸。沿着导向套52的纵向延伸方向接在环形压制部55之后是一个纵向段，该纵向段将热管50弹性地固定并且在导向套52的该纵向段上与热管50导热接触。

在该实施例中被构造成导热板的热导体60具有通孔，热管50在该通孔中通过导向套52在通孔区域中至少在一个纵向段上与热导体60热接触。因此，热管50可以在通孔区域中从热导体60，特别是从通孔的内壁，经由导向套52并且经由导向套52与热管50的接触位置吸收热量。热管50能够沿着热管的纵向延伸方向80往复移动地设置在导向套52中。因此，热管50在蓄能器3、5、6及8发生由热引起的纵向膨胀时可以在导向套52、54及56内运动。热导体60、62及64在这里与热管50的纵向延伸方向80垂直地延伸。

蓄能器5通过具有导热能力且电绝缘的层，在该实施例中为聚酰亚胺层与热导体60连接。蓄能器3通过具有导热能力且电绝缘的层52与热导体60连接。因此，热量可以从蓄能器3和5经由具有导热能力的绝缘层40和42流入热导体60中。热量可以从热导体60继续经由导向套52流入热管50中。在与热导体60连接的导向套52沿着热管50的纵向延伸80移动时，热导体60也不会弯曲或者说往复弯曲，从而热导体60在与热管50的连接区域中不会由于由热引起的蓄能器3和5的长度变化而折断。

也可想到的是热导体60与热管50通过过渡部的热连接，该过渡部例如通过钎焊、熔焊或者通过收缩配合形成。为此，热管50例如在热导体60的通孔中被热导体60固定地包围。热导体60为此例如可以由被弹性构造的铜，特别是铜合金构成。

对此，热导体优选具有包含铬、银、铁、钛、硅的掺入物并且大部分为铜。

掺入物的含量优选为0.5％的铬、0.1％的银、0.08％的铁、0.06％的钛和0.03％的硅。绞合线或金属网的导电能力优选至少为40，优选为46兆西门子／米。

例如，热导体的材料是符合美国标准统一数字编号系统C18080的铜合金。

图3示意地示出储存单元1的实施例。储存单元1具有一个蓄能器3。该蓄能器3具有正极电连接件7，该连接件以导电层，特别是金属层的形式构成。该金属层例如是金属喷镀层，该金属喷镀层例如由包含铜和锌的合金构成。在另一种实施方式中或者作为补充，金属喷镀层由铝构成。

蓄能器3还具有负极电连接件9。该负极连接件9由一个层，特别是导电的金属层，例如金属喷镀层构成。蓄能器3在该实施例中被构造成长方体形。借助于导电层构成的连接件7和9分别被构造成扁平的，优选是平面的并且设置在蓄能器的相互对置的端侧上。例如电容器，特别是卷绕式电容器围绕其卷绕的纵向轴线在蓄能器3的端侧之间延伸。因此，纵向轴线与层7和9垂直地延伸。

构成蓄能器3的负极电连接件的层9在该实施例中与L形接触件14借助于熔焊连接部，特别是点焊连接部22电连接。还示出了L形接触件16，该接触件借助于点焊连接部24与连接件9电连接。L形接触件分别通过冲压由板构成，该板构成接触轨12。接触件14和16在该实施例中形成在接触轨12上。还示出了另外的L形接触件，其中，示例性地标出了接触件18和20。这些L形接触件在蓄能器发生热膨胀时有利地在三个维度上具有弹性，从而接触件不会与连接件撕开。

接触轨12在该实施例中由折弯的板构成，其中，接触轨12的折弯部分12a在该实施例中与其中形成接触件的部分垂直。储存单元1还具有负极接触轨10，该负极接触轨与接触轨12一样与导电层7连接，其中，导电层7构成蓄能器3的负极连接件。层7例如由金属喷镀层构成。负极接触轨10与正极接触轨12一样具有折弯的部分10a，该折弯的部分与接触轨的与电连接件7电连接的部分垂直。

接触轨10和12的分别与连接件7和9连接的接触件在该实施例中与以层状构成的连接件7和9平行地延伸并且可以例如与这些连接件接触。因此，可以形成附加的电流接触件，除了熔焊连接部22和24之外，该电流接触件还将连接件与接触轨电连接，特别是当熔焊连接部撕开时。

接触轨10和12的折弯的部分10a和12a在该实施例中相互重叠地设置，其中，部分10a和12a的分别平面地延伸的板区域相互重叠并且因此重叠放置。在部分10a和12a之间设有电绝缘且具有导热能力的绝缘层28。

因此，接触轨10和12形成一种槽或盆，该槽或盆至少部分地，在该实施例中完全地容纳蓄能器3。接触轨10和12的相互平行地延伸且分别与蓄能器3的连接件连接的板部分分别构成槽的一个壁。

接触轨在该实施例中由板构成，该板具有0.5到2毫米之间的厚度。储存单元例如具有20到30厘米的长度和3到5厘米的接触轨之间的距离。根据哪个部分位于另一个部分上并且因此指向蓄能器3，部分10a或12a构成槽或盆的底部。在该实施例中，在构成槽或盆的底部的部分与蓄能器之间设有电绝缘层26。

绝缘层26和／或28例如可以由粘接薄膜构成，其中，该薄膜是塑料薄膜，其在塑料薄膜的表面上涂有胶粘剂。

胶粘剂例如是丙烯酸胶粘剂或者热熔胶。

在另一种实施方式中，胶粘剂是一种特别具有包含硅树脂或者丙烯酸的基体材料的相变材料，其分别有利地在相变时不会流走。基体材料特别是在包含硅树脂或者丙烯酸树脂的基体材料中有利地至少在室温下具有粘性，从而接触轨借助于相变材料在室温下能够以相互粘附的方式构成。

相变材料优选具有固体颗粒。固体颗粒优选是陶瓷颗粒，特别是氧化铝颗粒、氧化硅颗粒、氮化硅颗粒、氮化硼颗粒或者氮化铝颗粒、或者这些颗粒的组合。通过相变材料，有利地在接触轨之间或者在接触轨与板之间不会产生气垫，因为相变材料优选具有比储存单元的工作温度更低的相变温度。相变温度例如为50到70摄氏度之间。固体颗粒分别优选具有良好的导热能力，从而利用这些颗粒形成热导体，该热导体集成在作为基体材料的相变材料中。

绝缘层优选是聚酰亚胺薄膜或者聚乙烯薄膜。聚酰亚胺优选具有10到100微米的厚度。聚酰亚胺优选被构造成，对1000到4000伏特之间的电压绝缘。

接触轨12的部分12a在该实施例中形成借助于接触轨10和12形成的槽的内部空间的底部，相反地，接触轨10的部分10a构成底部的一部分，其以一个表面指向外部。部分10a的指向外部的表面在该实施例中与导热板35，在该实施例中为铝板连接。板35在该实施例中构成冷却元件，热量可被导出到该冷却元件上。

因此，在蓄能器3中产生的热量可以有利地经由电连接件7和9，继续经由熔焊连接部22和24，经由L形接触件14和16，以及继续经由接触轨12流向接触轨12的折弯的部分12a，热量从那里继续经由绝缘体28流入接触轨10的折弯的部分10a中，该部分10a与部分12a一起构成槽的底部，该槽容纳蓄能器3。热量可以从折弯的部分10a继续经由具有导热能力的在本实施例中由绝缘层、特别是绝缘薄膜构成的电绝缘体30流向板35，该板在该实施例中构成散热器。板35具有构成储存单元1的外表面37的表面区域。在该实施例中，冷却体45与板35的外表面37导热连接，其中，冷却体45例如具有相互隔开的冷却翅片，这些翅片可以借助于对流将热量散发到环境空气中。也可想到的是被构造成用于引导流体的热交换器作为另外的冷却元件。

Claims (8)

1.用于储存电能的储存单元(1)，包括至少一个蓄能器(3、5、6、8)，

其中，

所述储存单元(1)具有用于将热量散发到散热器(45)的接触面，其中所述接触面是冷却元件的组成部分，以及所述储存单元(1)具有至少一根热管(50)，所述热管与所述接触面连接并且以如下方式与所述蓄能器(3、5、6、8)连接：在所述蓄能器(3、5、6、8)的内部中产生的热损耗能够经由所述热管(50)导出到所述接触面，其特征在于，所述储存单元(1)具有至少两个蓄能器(3、5、6、8)，所述蓄能器通过间隙相互隔开地设置以及所述热管(50)通过至少一个热导体(60、63、64)与所述蓄能器(3、5、6、8)连接，其中，所述热导体(60、62、64)设置在所述间隙中并且与至少一个与所述间隙邻接的所述蓄能器(3、5、6、8)处于接触，所述热导体(60、63、64)借助于导向套(52、54、56)与所述热管(50)在所述热管(50)的一个纵向段上导热连接，其中，所述导向套(52、54、56)被构造成弹性地且导热地固定所述热管(50)，使得所述导向套(52、54、56)能够沿着所述热管(50)的纵向延伸方向往复移动。

2.如权利要求1所述的储存单元(1)，

其特征在于，

所述蓄能器(3、5、6、8)的至少一个电连接件(7、9)与电接触轨(10、12)连接，其中，所述接触轨(10、12)与所述储存单元(1)的至少一个外部连接件连接并且所述接触轨(10、12)与所述接触面导热连接。

3.如权利要求1或2所述的储存单元(1)，

其特征在于，

所述储存单元(1)具有导热的冷却元件(35)，所述冷却元件具有朝外的表面区域(37)，所述表面区域构成所述接触面。

4.如权利要求1或2所述的储存单元(1)，

其特征在于，

所述蓄能器(3、5、6、8)是电容器。

5.如权利要求1或2所述的储存单元(1)，

其特征在于，

所述蓄能器(3、5、6、8)是蓄电池。

6.如权利要求2所述的储存单元(1)，

其特征在于，

所述蓄能器(3、5、6、8)是卷绕式电容器。

7.如权利要求6所述的储存单元(1)，

其特征在于，

所述卷绕式电容器具有导电层作为电连接件(7、9)，该导电层与所述接触轨(10、12)电连接且导热连接。

8.如权利要求1或2所述的储存单元(1)，

其特征在于，

所述热管(50)被构造成扁平的。