CN107428256A - 具有高效的热排出的电能量存储器 - Google Patents

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Abstract

电能量存储器（3）具有若干棱柱形的电存储器单池（1）。所述存储器单池（1）并排地布置，使得相邻的存储器单池（1）的分界面（4）彼此以一间距（a）伸展，使得所述相邻的存储器单池（1）的分界面（4）形成中间空间（5）。在相邻的存储器单池（1）的分界面（4）之间分别布置一由可压缩的、柔性的并且导热的材料构成的第一层（6），所述第一层在压力下贴靠在所述相邻的存储器单池（1）的两个分界面（4）中的一个分界面处。或者相应的第一层（6）在压力下也贴靠在所述相邻的存储器单池（1）的两个分界面（4）中的另外的分界面处，或者在所述相邻的存储器单池（1）的两个分界面（4）之间分别布置一由可压缩的、柔性的并且导热的材料构成的第二层（8），所述第二层在压力下贴靠在所述相邻的存储器单池（1）的两个分界面（4）的另外的分界面处。在所述第一层（6）中或者在所述第一层（6）和所述第二层（8）中或者在所述第一层（6）与所述第二层（8）之间布置导热的机构（10、12、10+12），借助于所述导热的机构将在所述存储器单池（1）充电和/或放电时所产生的热能从在所述相邻的存储器单池（1）之间的中间空间（5）中排出。

Description

具有高效的热排出的电能量存储器
技术领域
本发明涉及一种电能量存储器，
-其中所述能量存储器具有若干（Anzahl）棱柱形的电存储器单池，
-其中所述存储器单池并排地布置，使得相邻的存储器单池的分界面彼此以一间距伸展，使得所述相邻的存储器单池的分界面形成中间空间。
本发明此外涉及一种运输工具，
-其中所述运输工具具有至少一个电气运动驱动器和电能量存储器，
-其中所述运动驱动器由所述能量存储器供给电能。
背景技术
电能量存储器不仅对于移动式的应用方案来说而且对于固定式的应用方案来说都变得越来越重要。此外致力于在能量存储器中存储越来越高的能源量（Energiemengen）并且从所述能量存储器中取得越来越高的功率。对于有些在移动式的领域中的应用方案来说——例如针对飞机——对能量存储器提出了极端的要求。为了确保存储器单池的无瑕疵的功能、耐久性和均匀的老化，尤其所述存储器单池的热管理具有重要的意义。
各个存储器单池在现有技术中经常具有基本上方形的形状。多个这样的存储器单池并排地布置并且彼此电连接。所述连接能够根据需要是串联的或者是并联的。
在现有技术中，在相邻的存储器单池之间的中间空间中经常布置中间夹层。所述中间夹层实现下面功能中的一些功能或者所有功能：
-以机械的方式分开所述存储器单池，
-将在所述存储器单池充电和放电时所产生的（anfallend）热向外引出，
-不仅在彼此之间而且在所述存储器单池的内部对所述存储器单池进行热平衡，并且
-防止可能的对安全至关重要（sicherheits-kritisch）的反应从存储器单池跳越到存储器单池。
特别地，金属板在现有技术中经常被用于进行热排出和热平衡。为了绝缘和防止对安全至关重要的反应的跳越在现有技术中经常一同安装绝缘板。
尤其热方面的任务在现有技术中经常仅仅被不充分地执行。对此的原因在于，所述存储器单池在充电和放电期间改变其形状。尤其所述形状的改变是不均匀的。例如在未充电状态下为精确方形的存储器单池在充电的状态下经常具有略微隆起的（bauchig）形状。此外，除了所述形状的这样的在所述存储器单池充电和放电时周期性地出现的改变之外，在所述存储器单池的使用寿命期间也出现所述形状的改变。
发明内容
本发明的任务在于，提供可行方案，借助于所述可行方案不管所述存储器单池的形状的改变，在任何时候都能够确保在所述存储器单池中所产生的热的高效的排出。
所述任务通过具有权利要求1的特征的电能量存储器得以解决。所述电能量存储器的有利的设计方案是从属权利要求2到9的主题。
根据本发明，开头所提到的类型的电能量存储器以下述方式来构设：
-在相邻的存储器单池的分界面之间分别布置一由可压缩的、柔性的并且导热的材料构成的第一层，所述第一层在压力下贴靠在所述相邻的存储器单池的两个分界面中的一个分界面处，
-或者所述相应的第一层在压力下也贴靠在所述相邻的存储器单池的两个分界面中的另外的分界面处，或者在所述相邻的存储器单池的两个分界面之间分别布置一由可压缩的、柔性的并且导热的材料构成的第二层，所述第二层在压力下贴靠在所述相邻的存储器单池的两个分界面中的另外的分界面处，并且
-在所述第一层中或者在所述第一层和所述第二层中或者在所述第一层与所述第二层之间布置导热的机构，借助于所述导热的机构将在所述存储器单池充电和/或放电时所产生的热能从在所述相邻的存储器单池之间的中间空间中排出。
尤其通过下述方式：所述第一层或者所述第一层和所述第二层一方面是可压缩的并且是柔性的，并且另一方面在压力下贴靠在所述存储器单池的分界面上，不依赖于所述存储器单池的在存储器单池的运行中出现的形变地始终维持所述第一层或者所述第一层和所述第二层与所述存储器单池的良好的热接触。所述层能够因此吸收并且传输所产生的热。借助于所述导热的机构实现了所产生的热从所述中间空间中的排出。
在最简单的情况下，所述导热的机构构造为柔性的导热层或者构造为金属板，也就是说所述导热的机构除了所述金属板本身之外在所述中间空间的内部不具有另外的元件。
作为替代方案可行的是，所述导热的机构构造为液态的冷却介质，所述冷却介质流过所述第一层和/或所述第二层的空腔。
金属板和液态的冷却介质的组合也是可行的。在这种情况下，所述导热的机构包括布置在所述第一层与所述第二层之间的金属板并且附加地包括液态的冷却介质，所述冷却介质流过所述金属板的空腔。
如果使用液态的冷却介质，所述液态的冷却介质优选是不导电的并且不能够燃烧的液体、尤其是灭火剂。所述液态的冷却介质能够例如是水、油或者是具有在30℃和50℃之间的沸点的液体。特别地，去离子水在这方面能够被视为不导电的或者导电足够差的。
所述第一层和/或所述第二层能够例如由塑料或者硅树脂构成。
如果存在第一层和第二层并且在所述层本身中实现了所述导热的机构，那么可行的是，在所述第一层与所述第二层之间布置热绝缘层。此外于是也可行的是，在所述第一层与所述第二层之间布置热绝缘层，如果在所述热绝缘层与所述第一层和所述第二层之间分别布置一导热层、例如（更薄的或者更厚的）金属板。
在本发明的另一种优选的设计方案中，所述第一层和/或所述第二层曲折形地（mäanderartig）围绕所述存储器单池中的多个存储器单池，使得所述第一层贴靠在同一个存储器单池的两个分界面处并且/或者贴靠在两个相邻的存储器单池的限定所述中间空间中的一个中间空间的分界面处，并且/或者所述第二层贴靠在同一个存储器单池的两个分界面处并且/或者贴靠在两个相邻的存储器单池的限定所述中间空间中的一个中间空间的分界面处。
所述任务此外通过具有权利要求10的特征的运输工具得以解决。根据本发明，所述运输工具的电能量存储器构造为根据本发明的能量存储器。
附图说明
本发明的上面所描述的特性、特征和优点以及如何实现所述特性、特征和优点的方式和方法结合下面对实施例的说明将变得更加清楚且更易于理解，所述实施例结合附图来进一步阐释。在此在示意图中：
图1 以透视图示出了存储器单池；
图2 以俯视图示出了多个存储器单池；
图3到8 示出了相邻的存储器单池的分界面和在所述分界面之间的中间空间；
图9到11 以俯视图示出了多个存储器单池；并且
图12 示出了运输工具。
具体实施方式
根据图1，棱柱形的电存储器单池1具有基本上方形的形状。所述存储器单池1在其外表面中的一个外表面处具有接头2。通过所述接头2能够——根据电流方向——为所述存储器单池1充电或者从所述存储器单池1获取（entnehmen）电能。所述电存储器单池能够例如构造为蓄电池单池、双层电容器或者锂电容器。其他的设计方案也是可行的。
电存储器单池3根据图2具有多个这样的存储器单池1。所述存储器单池1根据图2并排地布置。相邻的存储器单池1的分界面4彼此以一间距a伸展。相邻的存储器单池1的分界面4由此形成中间空间5。
下面结合图3到8分别选取一对相邻的存储器单池1并且对其进行进一步阐释。但是，相应的实施方案也适用于其他的相邻的存储器单池1。
根据图3，在相邻的存储器单池1的分界面4之间布置第一层6。所述第一层6由可压缩的、柔性的并且导热的材料构成。例如所述第一层6能够由塑料或者硅树脂构成。所述第一层6在压力下贴靠在所述相邻的存储器单池1的两个分界面4中的一个分界面处。所述压力在图3中能够以下述方式识别：所述第一层6在其外部区域中具有拱部7。
根据图3，在相邻的存储器单池1的分界面4之间此外布置第二层8。所述第二层8同样由可压缩的、柔性的并且导热的材料构成。通常，所述第二层由与所述第一层6相同的材料构成。所述第二层8在压力下贴靠在所述相邻的存储器单池2的两个分界面4中的另外的分界面处。所述压力在图3中能够以下述方式识别：所述第二层8在其外部区域中具有拱部9。
在根据图3的设计方案中，在所述第一层6与所述第二层8之间作为导热的机构布置了金属板10。借助于所述金属板10通过在所述金属板10内部的热传导将热能从在所述相邻的存储器单池1之间的中间空间5中排出，所述热能在所述存储器单池1充电和/或放电时产生。作为替代方案，能够替代所述金属板10而存在柔性的导热层。
图4的设计方案在很大程度上与图3的设计方案相一致。因此，下面仅仅对区别进一步探讨。
在根据图4的设计方案中，同样存在所述金属板10。然而，在根据图4的设计方案中，所述金属板10具有空腔11。所述金属板10的空腔11被液态的冷却介质12流过。在根据图4的设计方案中，由此借助于所述金属板10首先将所产生的热能吸收。所吸收的热能然后排放给所述冷却介质12并且借助于所述冷却介质12从所述中间空间5中排出。在根据图4的设计方案中，所述导热的机构因此除了所述金属板10之外还包括所述液态的冷却介质12。
所述液态的冷却介质12能够例如是不导电的并且不能够燃烧的液体。作为替代方案或者附加方案，所述液态的冷却介质12能够是水、尤其是去离子水。作为水的替代方案，所述液态的冷却介质12能够是油、例如是变压器油（Transformatorenöl）。所述液态的冷却介质12也能够是具有在30℃和50℃之间的沸点的液体、尤其是具有在35℃和45℃之间的沸点的液体。所述沸点——当然——以正常的空气压力为参照。
图5的设计方案也在很大程度上与图3的设计方案相一致。因此，下面仅仅对区别进一步探讨。
在根据图5的设计方案中，不存在金属板。仅仅存在所述第一层6和所述第二层8。所述层6、8已被如此制造而成，使得所述层具有连续的（durchgehend）空腔13、14。这样的层6、8的制造对于本领域技术人员来说是已知的。在根据图5的设计方案中，所述第一层6和所述第二层8的空腔13、14直接被所述液态的冷却介质12流过。在这种情况下，所述导热的机构直接与所述液态的冷却介质12相一致。在根据图5的设计方案中，所产生的热能也因此直接被所述冷却介质12吸收并且借助于所述冷却介质12从所述中间空间5中被排出。在根据图5的设计方案中，所述导热的机构仅仅包括所述液态的冷却介质12。
图6的设计方案在很大程度上与图5的设计方案相一致。因此，下面仅仅对区别进一步探讨。
在根据图6的设计方案中，既不存在所述金属板也不存在所述第二层。仅仅存在所述第一层6。在根据图6的设计方案中，所述第一层6在压力下不仅贴靠在所述相邻的存储器单池1的两个分界面4中的一个分界面处，而且也贴靠在所述相邻的存储器单池1的两个分界面4中的另外的分界面处。但是，此外存在所述第一层的空腔13并且所述空腔被所述液态的冷却介质12流过。
图7的设计方案在很大程度上与图5的设计方案相一致。因此，下面仅仅对区别进一步探讨。
在根据图7的设计方案中，除了所述第一层6和所述第二层8之外还存在热绝缘层15。所述热绝缘层15能够例如由软木或者抑制燃烧的塑料构成。所述热绝缘层15的存在引起了：在所述存储器单池1中的一个存储器单池功能故障的情况下，所述功能故障保持局限于所述相应的存储器单池1，也就是不会跳越到所述相邻的存储器单池1上。
图8的设计方案以图7的设计方案为出发点。因此，下面仅仅对区别进一步探讨。
在根据图8的设计方案中，在所述热绝缘层15与所述第一层6和所述第二层8之间分别布置一导热层16。所述导热层16能够例如——类似于图3和4的设计方案——构造为具有或者不具有被液态的冷却介质所流过的空腔的金属板。在图8的设计方案的情况下可行的是，省略在所述第一层6和所述第二层8中的空腔13、14。作为替代方案可行的是，所述空腔存在。
可行的是，所述第一层6和必要时还有所述第二层8分别仅仅布置在一单独的中间空间5中。作为替代方案可行的是，所述第一层6和/或所述第二层8曲折形地围绕所述存储器单池1中的多个存储器单池，使得所述第一层6贴靠在同一个存储器单池1的两个分界面4处，并且/或者所述第二层8贴靠在同一个存储器单池1的两个分界面4处。图9示出了相应的设计方案，在所述设计方案中仅仅存在所述第一层6。图10示出了相应的设计方案，在所述设计方案中除了所述第一层6之外还存在所述第二层8。图11示出了相应的设计方案，在所述设计方案中除了所述第一层6和所述第二层8之外还存在金属板10。所述金属板10能够在根据图11的设计方案的框架中作为替代方案具有或者不具有空腔11。在根据图11的设计方案中，所述热能从所述中间空间5中的排出正交于绘图平面，也就是朝向图11的观察者或者远离所述观察者。此外可行的是，所述第一层6和所述第二层8的曲折形的结构也结合图7和8的设计方案来实现。替代所述金属板10在此也能够又存在柔性的导热层。此外可行的是，所述层6、8——作为贴靠在同一个存储器单池1的两个分界面4处的替代方案或者附加方案——贴靠在两个存储器单池1的下述分界面4处，所述分界面限定了所述中间空间5中的一个特定的中间空间。
根据本发明的能量存储器3能够根据图12例如是运输工具17、尤其是飞行器（Luftfahrzeug）的组成部分。所述运输工具17此外具有电气运动驱动器18、也就是一种驱动器，该驱动器总体来说引起所述运输工具17的前进运动。对于道路运输工具或者轨道运输工具来说，所述运动驱动器18是行驶驱动器。所述运动驱动器18根据图12由能量存储器3供给电能。
概括来说，本发明由此涉及以下主题（Sachverhalt）：
电能量存储器3具有若干棱柱形的电存储器单池1。所述存储器单池1并排地布置，使得相邻的存储器单池1的分界面4彼此以一间距a伸展，使得所述相邻的存储器单池1的分界面4形成中间空间5。在相邻的存储器单池1的分界面4之间分别布置一由可压缩的、柔性的并且导热的材料构成的第一层6，所述第一层在压力下贴靠在所述相邻的存储器单池1的两个分界面4中的一个分界面处。或者所述相应的第一层6在压力下也贴靠在所述相邻的存储器单池1的两个分界面4中的另外的分界面处，或者在所述相邻的存储器单池1的两个分界面4之间分别布置一由可压缩的、柔性的并且导热的材料构成的第二层8，所述第二层在压力下贴靠在所述相邻的存储器单池1的两个分界面4中的另外的分界面处。在所述第一层6中或者在所述第一层6和所述第二层8中或者在所述第一层6与所述第二层8之间布置导热的机构10、12、10+12，借助于所述导热的机构将在所述存储器单池1充电和/或放电时所产生的热能从在所述相邻的存储器单池1之间的中间空间5中排出。
本发明具有许多优点。尤其能够以简单的并且可靠的方式在所述存储器单池1的整个使用寿命的范围内通过所述第一层6——必要时与所述第二层8配合作用——实现厚度补偿（Dickenausgleich），使得在任何时候都存在所述层6、8与所述分界面4的平面的接触。由此能够在任何时候都确保对所产生的热的高效的排出。
虽然已经详细地通过优选的实施例进一步阐述和描述了本发明，但是本发明并未这样被所公开的示例限制，并且其他的变型方案能够由本领域技术人员由此推导出来，而不会脱离本发明的保护范围。

Claims (10)

1.电能量存储器，
-其中该能量存储器具有若干棱柱形的电存储器单池（1），
-其中所述存储器单池（1）并排地布置，使得相邻的存储器单池（1）的分界面（4）彼此以一间距（a）伸展，使得所述相邻的存储器单池（1）的分界面（4）形成中间空间（5），
-其中在相邻的存储器单池（1）的分界面（4）之间分别布置一由可压缩的、柔性的并且导热的材料构成的第一层（6），所述第一层在压力下贴靠在所述相邻的存储器单池（1）的两个分界面（4）中的一个分界面处，
-其中或者相应的第一层（6）在压力下也贴靠在所述相邻的存储器单池（1）的两个分界面（4）中的另外的分界面处，或者在所述相邻的存储器单池（1）的两个分界面（4）之间分别布置一由可压缩的、柔性的并且导热的材料构成的第二层（8），所述第二层在压力下贴靠在所述相邻的存储器单池（1）的两个分界面（4）的另外的分界面处，并且
-其中在所述第一层（6）中或者在所述第一层（6）和所述第二层（8）中或者在所述第一层（6）与所述第二层（8）之间布置导热的机构（10、12、10+12），借助于所述导热的机构将在所述存储器单池（1）充电和/或放电时所产生的热能从在所述相邻的存储器单池（1）之间的中间空间（5）中排出。
2.根据权利要求1所述的能量存储器，其特征在于，所述导热的机构（10）构造为金属板（10）或者构造为柔性的导热层。
3.根据权利要求1所述的能量存储器，其特征在于，所述导热的机构（12）构造为液态的冷却介质（12），所述冷却介质流过所述第一层（6）和/或所述第二层（8）的空腔（13、14）。
4.根据权利要求1所述的能量存储器，其特征在于，所述导热的机构（10+12）包括布置在所述第一层（6）与所述第二层（8）之间的金属板（10），并且所述导热的机构（10+12）包括液态的冷却介质（12），所述冷却介质流过所述金属板（10）的空腔（11）。
5.根据权利要求3或4所述的能量存储器，其特征在于，所述液态的冷却介质（12）是不导电的并且不能够燃烧的液体、尤其是灭火剂。
6.根据权利要求3、4或5所述的能量存储器，其特征在于，所述液态的冷却介质（12）是水、油或者是具有在30℃和50℃之间的沸点的液体。
7.根据前述权利要求中任一项所述的能量存储器，其特征在于，所述第一层（6）和/或所述第二层（8）由塑料或者硅树脂构成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的能量存储器，其特征在于，在所述第一层（6）与所述第二层（8）之间布置热绝缘层（15）。
9.根据前述权利要求中任一项所述的能量存储器，其特征在于，所述第一层（6）和/或所述第二层（8）曲折形地围绕所述存储器单池（1）中的多个存储器单池，使得所述第一层（6）贴靠在同一个存储器单池（1）的两个分界面（4）处并且/或者贴靠在两个相邻的存储器单池（1）的限定所述中间空间（5）中的一个中间空间的分界面（4）处，并且/或者所述第二层（8）贴靠在同一个存储器单池（1）的两个分界面（4）处并且/或者贴靠在两个相邻的存储器单池（1）的限定所述中间空间（5）中的一个中间空间的分界面（4）处。
10.运输工具，
-其中所述运输工具具有至少一个电气运动驱动器（18）和电能量存储器（3），
-其中所述运动驱动器（18）由所述能量存储器（3）供给电能，
其特征在于，所述电能量存储器（3）构造为根据前述权利要求中任一项所述的能量存储器（3）。
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