CN109804497A - 包括温度管理系统的储能模块和储能系统 - Google Patents

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Abstract

公开了用于交通工具(200)中，尤其用于混合动力交通工具中的储能模块(100)，所述储能模块(100)包括多重储能电池(10)以及用于相关联的储能电池(10)的温度管理系统(30)，该温度管理系统(30)与至少一些储能电池(100)，优选地所有的储能电池(100)相关联。温度管理系统(30)具有热交换器(32)和导热元件(36)；此外，强化层(34)被设置在热交换器(32)和导热元件(36)之间，该强化层具有与热交换器(32)相比更高的弹性模量。

Description

包括温度管理系统的储能模块和储能系统
说明书
本发明涉及包括温度管理系统的储能模块，并且涉及包括此种储能模块的储能系统。
储能模块和/或储能系统通常装配储能模块的温度管理系统或储能系统的温度管理系统。在常规惯例中，温度管理系统具有导热元件和热交换器，其中导热元件被直接布置在热交换器上，更具体地布置在储能模块或储能系统的内部的方向上。
提供储能模块或储能系统的温度管理系统以便使多重储能电池的温度保持在预定义或可预定义的温度范围。为了此目的，可以使在多重储能电池的操作期间产生的热从例如储能模块或储能系统耗散。热量还可以同样好地被供给到储能电池。
为了此目的，导热元件在一侧与至少一些储能电池接触并且在另一侧与热交换器接触。如果例如由于在各个区域中的温度差异或温度变化而使热交换器膨胀或收缩或甚至弯曲到不同的程度，导热元件和储能电池之间的接触和/或导热元件和热交换器之间的接触可能受影响，或者导热元件可能甚至与储能电池和/或热交换器分离。这也可能是由外部机械影响，例如，机械冲击、振动和诸如此类所致。
在一方面，因为导热元件的不充分接触，热量不再可以传导出或传导入储能模块或者传导出或传导入储能系统，或者仅在有限程度进行传导，在第一情况中导致储能电池的温度升高并且在第二情况中导致加热储能电池所需的时间增加，并且因此导致储能系统的功能范围(Funktionsspektrums)缩小，这降低温度管理系统的能力。
一般而言，常规的导热元件由弹塑性材料制成，作为导热元件的载体物质，其中所述载体物质本身具有低导热性。出于此原因，通常将添加剂混合在载体物质中。在许多情况中，所述添加剂包括陶瓷颗粒。由于例如因交通工具移动造成的振动和/或冲击，此种颗粒可以相对于彼此移动和/或相对于载体物质移动，并且这可能会导致载体物质因为磨损而变弱。这继而降低导热元件抗机械应力的水平。因此，材料可能受损，特别地，可能在导热元件中形成裂缝。因为此影响，例如，一个或多个储能电池还可能穿透导热元件，并且因此与热交换器接触，这可能导致短路，或者至少导致储能电池的自发性放电。
导热元件的脆化还可能因增塑剂从导热元件的载体物质扩散所致，并且这可能导致导热元件的开裂增多。因此，导热元件的弹性性能被削弱，并且这可能导致导热元件的机械和功能性能越来越劣化。
例如，在介于热交换器和一个或多个储能电池的表面之间的导热元件的材料量减少的情况中，只要热交换器和/或一个或多个储能电池的表面继续与导热元件接触，这些表面之间的电阻和热阻就保持在低水平。然而，如果空气替换导热元件材料的减少量，例如，在导热元件的至少某一区域或某些区域从热交换器的表面和/或一个或多个储能电池的表面分离，由此导热元件与热交换器的表面和/或一个或多个储能电池的表面之间未充分接触的情况中，电阻和热阻都升高。
在另一方面，即当多于一个载有电位(potentialführendes)的电池外壳接触热交换器时，或者当热交换器具有与接触的一个或多个储能电池不同的电位时，可能造成短路。在相对非极端的情况中，如果与导热元件的接触具有低电阻，则储能电池可能自发地放电。
虽然未详细解释，但是可以假定，上述一些问题是在波音787 2012/2013飞机中使用的锂离子电池过热的原因。
因此，本发明的基本目的是提供一种改进的且强大的储能模块和/或储能系统，其不具有现有技术的缺点并且还可以以简单且低成本的方式进行生产。
关于储能模块，本发明所基于的目的由本发明通过独立权利要求1的主题来实现。有利的开发方案在从属权利要求中具体说明。
因此，本发明具体说明一种用于交通工具，特别是用于混合动力交通工具，中的储能模块。在此情况中，储能模块具有多重储能电池以及与至少一些储能电池，优选地全部储能电池，相关联的温度管理系统。温度管理系统继而具有热交换器和导热元件，其中强化层被设置或布置在热交换器和导热元件之间，其中所述强化层具有与热交换器相比更高的弹性模量。
本发明的优点是显而易见的。通过提供本发明的温度管理系统，可以解决现有的问题。因此，在导热元件与热交换器之间的强化层使得热交换器的表面具有更高的机械稳定性和热稳定性而几乎不改变温度管理系统的弹性性能，尤其是几乎不改变设有强化层的热交换器的弹性性能。
另外，特别地，通过对强化层的适当选择，温度管理系统的导热性也不受损，由此还使热量能够从储能模块耗散，或者使热量能够被供给到储能模块中。
另外，在不改变功能系统需求的情况下，通过用于电绝缘的功能部件，有可能减小导热元件的厚度，这已经由提供强化层而实现。这赋予了限制导热元件厚度的可能性，从而满足热传导的功能，以及补偿例如机械冲击、振动等外部机械影响的功能。由此(在一些情形中)可能使得导热元件具有较低的热阻。这容许储能电池和热交换器之间具有更高的热流动，更具体地，不脱离预定义或可预定义的温度范围，这继而容许储能系统中具有更大的电流，并且另一方面，在需要由外部热源加热的程度上，容许更高的热流进入储能系统中。这意味着储能系统的应用范围增大。
在常规的导热元件中，还可能引起如下问题：例如，由于导热元件的亲水材料性质，其导电性可能因吸收冷凝水而增大，其中冷凝可能发生在储能系统内。
另外，蒸汽可以移动——甚至在常规导热元件的表面与储能电池或热交换器的表面之间的极小表面粗糙度结构中——平行于这些表面移动，并且在所述表面的温度低于蒸汽的温度时可以冷凝。这也可以增大储能电池和热交换器之间的导电性。另外，形成的冷凝物可能对储能电池或热交换器的表面以及导热元件的表面产生负面影响。
通过采用根据本发明的布置在热交换器表面上的强化层，即布置在热交换器和导热元件之间的强化层，这些问题得到了解决。因为一方面，强化层至少部分地，特别地，大部分地或全部地发挥电绝缘的功能，并且因为湿气，例如冷凝水，无法到达强化层和热交换器之间。
由于在每种情况下，储能电池、导热元件和设有强化层的热交换器之间的表面压力可以优选地取决于导热元件的弹性模量、厚度和面积，取决于通过一个或多个储能电池的表面作用于导热元件并被热交换器吸收的力以及其他方面，因此提供了持续可靠的接触。强化层还被设计成提供电绝缘并且通过强化层的高机械阻力防止穿透导热元件，特别地，防止储能电池和热交换器之间的直接接触。
另外，强化层应当优选地尽可能地硬，即至少基本上不可变形。然而，温度管理系统的弹性性能，尤其是设有强化层的热交换器的弹性性能，可以维持几乎不变，尽管同时，设有强化层的热交换器具有高的表面硬度。
特别地，这可能减轻热交换器的弯曲，并且因此缓解导热元件在一侧上从多重储能电池分离而在另一侧上从热交换器分离。这还降低储能模块中各个储能电池短路的风险。
因此，通过设置此种强化层，也就是说，由于一方面确保了电绝缘，可提高整个储能系统的安全性，甚至在例如由于持续了很长时间段的外部机械力而使至少一个储能电池穿透导热元件的情况中，也提高了安全性，同时却维持来自或流向储能电池的热流动。因此，额外的电流不可以在穿透导热元件的两个储能电池之间流动，从而向储能电池并且向相邻的储能电池和储能系统提供保护，而免于因储能电池或储能系统的过热而不可逆地受损。
另外，因为强化层至少部分地，优选地，极大地或者完全地发挥电绝缘的功能以及其他方面，所以强化层的设置使得导热元件变薄。这有利地与热阻的减小相关联，热阻取决于热流要通过的元件的厚度和热学性质以及其他方面。较低的热阻继而容许更大的热流来自或流向储能电池。这又使更大的电流能够被储能系统输出或者被供给到储能系统。
减小导热元件的厚度继而有利地与储能系统的总安装空间的减小相关联。另外，因为例如在导热元件被一个或多个储能电池刺穿的情况中，电绝缘的功能继续由强化层执行，因此在导热元件和强化层之间分配电绝缘的功能代表着安全性增高。为了此目的也不需要另外的(附加的)元件，由此有利地可以缩减储能系统中的元件的总数。
根据本发明的另一方面，强化层可以物理地连接到热交换器。强化层和热交换器之间改进的过渡在此与改进的热传导相关联。
根据本发明的另一方面，强化层可以由陶瓷或陶瓷物质形成，特别地，可以由氧化物陶瓷形成。设置由陶瓷或陶瓷物质构成的强化层的优点在于，由于陶瓷具有优异的机械性能，为表面结构带来高变形抗力，因此改进热交换器的表面的稳定性。
根据本发明的另一方面，至少在某一区域或某些区域，特别地，在全部区域，强化层可以是氧化铝层(Al2O3)。此种氧化铝层生产简化，并具有良好的性能，即具有优异的机械性能以及良好的导热性和高电阻。因此，有利地增大热交换器的机械稳定性，并且同时还可以降低储能电池短路的风险。
根据本发明的另一方面，热交换器可以由可氧化的金属形成，特别地，由铝和/或铝合金形成。这有利地改进了储能模块的温度管理系统的导热性。同时，强化层可以有利地以稳定的方式连接到热交换器。
根据本发明的另一方面，热交换器可以具有流动通道和/或几何结构，特别地，具有翅片，以增大热交换器的外表面积和/或内表面积，其中流体，尤其是气体、气体混合物、气体/液体混合物、水或水/乙二醇混合物流动通过流动通道。这有利地改进从储能电池的热耗散或者向储能电池的热供给。特别地，如果在储能模块的操作期间，储能电池中产生热量，则该热量可以容易地从储能模块耗散。任选地，还可设想到，在低外部温度的情况中，将热量供给到储能模块以便确保最佳操作温度，尤其是最佳温度范围。
然而，同样可设想到，设置潜热储存材料，例如沸石替代流体。
根据本发明的另一方面，导热元件可以由硅树脂或基于硅树脂的材料形成。这提供优点在于，在一方面，在导热元件和多重储能电池之间形成良好的接触，在另一方面与强化层形成良好的接触。此外，硅树脂或基于硅树脂的材料的柔性可以补偿储能电池的容差波动和/或长度变化。这导致进出储能模块的更可靠的热传导。
根据本发明的另一方面，导热元件可以由基于热塑性塑料的材料形成。在此，基于热塑性塑料的材料的弹性能够使得导热元件和电池之间，或者导热元件和强化层之间形成良好的接触，因此继而改进进出储能模块的热传导。另外，基于热塑性塑料的材料易于加工，可以有利地降低生产成本。
然而，同样可设想到，导热元件具有一层或多层清漆或者由一层或多层清漆构成，其中清漆层优选地具有良好的热学性质，尤其是高导热性。另外，设有强化层的热交换器的外表面和/或储能电池的外表面也可以具有一层或多层清漆。由此可以有利地降低导热元件的厚度，并且因此降低储能电池和热交换器之间的热阻，热阻取决于要横穿的元件的厚度以及其他方面。另外，清漆层能够有利于容易地进行生产和涂覆，从而降低生产和组装成本。
根据本发明的另一方面，导热元件可以被设计为导热膏或导热垫。
根据本发明的另一方面，储能模块还可以具有外壳，用于将多重储能电池容置在外壳的内部，其中外壳具有顶侧、底侧以及连接顶侧和底侧的多重侧壁元件，其中侧壁元件彼此周向地连接，以便侧壁元件界定内部，并且其中，至少在某一区域或某些区域，特别地，在全部区域，底侧和顶侧具有开放式设计。这产生的优点在于，从两侧可接近外壳的内部。由此可以简化此种储能模块的组装。另外，对储能系统的各个部件，例如各个储能电池维护或更换，也变得更容易。
另外，完全可设想到，至少在顶侧，外壳的内部已被完全界定，即闭合。完全界定的内部可以有助于界定或者控制物质的流动。另外，在一方面，结果是，仅允许湿气以确定的方式经由相应的部件(例如导通单元(Durchführungseinheit)、除湿单元、阀等)进入和/或离开，并且在另一方面，结果是，可以将已从电池的内部进入模块的内部中的物质确定地排放到环境(通风)。
根据本发明的另一方面，外壳能够连接到温度管理系统或外壳连接到温度管理系统，特别地，外壳能够通过强化层连接到热交换器或外壳通过强化层连接到热交换器，更具体地，以便借助于温度管理系统将外壳的底侧闭合。由此可以有助于将各种功能集成为一个元件，这有助于减小部件的总数。
根据本发明的另一方面，外壳的顶侧可以被设计成借助于盖元件而闭合，其中盖元件优选地具有正端子和负端子。因为从上方可接近电池，因此可以有助于使储能电池的插入或储能电池的更换变得更容易。
在此情形中，可以注意到，事实上，即使当外壳闭合时，也可以确定地传递物质，即将确定的物质在确定的条件下传递到外壳的内部中或者从外壳的内部传递出。
根据本发明的另一方面，储能电池可以是锂离子电池，其中所述储能电池优选地被设计为锂离子软包电池(Pouch-Zellen)。
然而，同样可设想到，从以下选择储能电池：圆形电池、包括折叠型电极的棱柱形储能电池和/或包括堆叠电极的棱柱形储能电池，其中在本文中，包括堆叠电极的棱柱形储能电池具有最佳性能。
根据本发明的另一方面，储能电池可以被设计成果冻卷。由此可以有利地缩小占用空间，并且如此做并没有降低功率或容量。
根据本发明的另一方面，储能模块还可以具有电子载体，其被设计成接纳多个电子装置，例如多个传感器、至少一个处理器和/或至少一个存储装置。因此，将电子装置布置在储能模块内是容易的，并且如此做没有不必要的高布线费用。在一方面，这可以简化储能模块的生产和组装，而且还可以降低成本。
根据本发明的另一方面，储能模块可以具有一个或多个汇流条用以电连接多重储能电池。
根据本发明的另一方面，储能模块还可以具有测量线用以显示单个、若干和/或所有储能电池的电流和/或电压值。这可以有助于监测储能模块或各个储能电池的运行能力。
根据本发明的另一方面，可以具体说明储能系统，其具有至少一个上述储能模块以及系统外壳用以容置至少一个储能模块。在此情况中，储能模块具有温度管理系统，该温度管理系统具有热交换器和导热元件。强化层被设置在热交换器和导热元件之间，其中强化层具有与热交换器相比更高的弹性模量。
通过设置根据本发明的温度管理系统可以解决现有的问题。因此，在导热元件和热交换器之间的强化层导致热交换器的表面具有更高的机械稳定性和热稳定性。事实上，鉴于储能电池之间的表面压力，导热元件和设有强化层的热交换器在每种情况下可以取决于导热元件的弹性模量、厚度和面积以及经由储能电池的表面作用于导热元件并被热交换器吸收的力以及其他方面，而提供持续可靠的接触。强化层还被设计成提供电绝缘，并且凭借其高机械阻力防止穿透导热部件，尤其防止储能电池和热交换器之间的直接接触。
另外，特别地，通过对强化层的适当选择，温度管理系统的导热性也不受损，由此还使热量能够从储能模块耗散，或者使热量能够被供给到储能模块中。
另外，强化层应当优选地尽可能地硬，即至少基本上不可变形。然而，温度管理系统的弹性性能，尤其是设有强化层的热交换器的弹性性能，可以维持几乎不变，尽管同时，设有强化层的热交换器的表面硬度高。
利用参考附图对实施例的描述，以下详细描述本发明，包括关于其他特征和优点。
在附图中：
图1示出交通工具的示意图；和
图2示出根据本发明的储能系统的示意图。
以下参考附图中的图示更详细地描述根据本发明的储能系统。相同或等同的元件和功能件被赋予相同或相似的附图标记。
基于锂离子技术的储能系统尤其适合用于交通工具200中。另外，每当需要具有相对高功率密度和/或具有相对高能量密度的储能系统时，也可以使用此种储能系统。此种储能系统通常具有至少一个储能模块100。
以下对储能系统的描述中，相对性术语是指储能系统的安装状态。因此，例如，"在上部区域中"意指当在安装状态下查看时在处于顶部的区域中，"在侧面区域中"意指，在安装状态下并且在行进方向上查看时位于前部、后部、左侧或右侧区域的区域中，并且"在下部区域中"意指当在安装状态下查看时在处于底部的区域中。
图1示出交通工具200的示意图。在此情况中，可以将储能系统布置在交通工具200的在行进方向处于前部的区域中、在交通工具200的后端区域中和/或在座椅之下的区域中，尤其是在驾驶座之下的区域中。
交通工具200可以是飞行工具或水运工具、轨道交通工具、全地形交通工具，或优选地公路交通工具，其中公路交通工具可以意指客运交通工具、卡车、公共汽车或房车。然而，同样可想到，交通工具200还被设计成任何施工机械、电动滑板车、电动自行车、割草机、轮椅或诸如此类。
交通工具200由驱动单元驱动。驱动单元可以包括斯特林发动机、内燃机、电动机或其组合。仅由电动机驱动的交通工具200被称为电动交通工具。兼具电动机和内燃机的交通工具200被称为混合动力交通工具。混合动力交通工具可以进一步细分为微混合动力交通工具、轻度混合动力交通工具、全混合动力交通工具和/或插电式混合动力交通工具。在此，插电式混合动力交通工具可以被视为意指不仅借助于内燃机充电，而且也可以通过电力网或未与电力网连接的其他能量源充电的任何混合动力交通工具。全混合动力交通工具意指仅可以通过电动机驱动的交通工具。微混合动力交通工具具有启-停功能，并且优选地还具有制动(Stopp-In-Motion)功能。另外，微混合动力交通工具可以通过"制动能量回收"而对储能系统充电。轻度混合动力交通工具还可以具有助推功能，其用于辅助内燃机以增强动力。
图2示出根据本发明的储能模块100的示意剖面。据此，多重储能电池10被布置在储能模块100的外壳20的内部中。在此情况中，外壳20具有顶侧和底侧，其中多重侧壁元件22被布置在顶侧和底侧之间，所述元件周向地彼此连接，从而侧壁元件22界定外壳20的内部。至少在某一区域或某些区域，具体地在全部区域，顶侧和底侧具有开放式设计。
在此，设置成使顶侧借助于盖元件24而得以闭合。在此情况中，盖元件24可以具有正端子26a和负端子26b。在此，正端子26a和负端子26b可以与储能电池10的对应电极连接，更具体地以便由储能电池10输出的电流可以被输出到与正端子和负端子26a,26b连接的耗电单元或负载，或者以便可以，例如在充电过程期间，经由正端子和负端子26a,26b将能量从外部供给到储能电池10。然而，盖元件24可以同样好地具有至少基本平坦的正电接触表面和负电接触表面，以替代正端子和负端子26a,26b。这有助于缩小储能模块100的尺寸，特别是高度。
在此，盖元件24可以物理地和/或非正地连接到多重侧壁元件22。例如，盖元件24可以借助于螺纹接头连接到侧壁元件22。
外壳20，即多重侧壁元件22和盖元件24，至少在某一区域或某些区域，尤其在全部区域，可以由塑料制造，从而能够生产尽可能最小重量的储能模块100。在此可以选择的材料的实例是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲醛、聚烯烃或其共聚物。还可设想到，外壳20由玻璃、水玻璃、陶瓷或诸如此类制造。在此，应注意，盖元件24的正端子和负端子26a,26b或正电接触表面和负电接触表面由导电性材料制造。
此外，为了使外壳20，尤其是由塑料制得的外壳20能够相对于环境密封隔离，在此可附加地设置用于密封的阻隔层，阻隔层在内部的方向上布置在外壳20上。在此，阻隔层被设计成对于气体和/或液体是不可透过的或者仅略微可透过。这种阻隔层可以由金属、金属氧化物和/或金属硅酸盐制成，特别是由铝和/或氧化铝制成。在此情况中，阻隔层有助于在内部的方向上物理地连接到外壳20，例如，阻隔层可被气相沉积在外壳20的内表面上。
外壳20的底侧可以借助于温度管理系统30而闭合或可闭合。温度管理系统30被设计成使储能模块100或储能系统的内部，尤其是多重储能电池10保持在预定义或可预定义的温度范围，其对应于多重储能电池10的最佳工作温度范围。预定义或可预定义的温度范围是，例如，-20℃至60℃，优选地-10℃至40℃，特别优选地0℃至30℃。
在此，温度管理系统30具有热交换器32和导热元件36。在此情况中，用于热交换器32的表面的结构强化的强化层34被设置在热交换器32和导热元件36之间，至少在某一区域或某些区域，特别是在热交换器32的整个表面上。
在此布置中，在外壳20的内部的方向上或者在多重储能电池10的方向上，强化层34被布置在热交换器32的表面上。在此，特别地，强化层34可物理地连接到热交换器32。
在本文中，强化层34可以具有50μm至500μm、优选地100μm至400μm、特别优选地150μm至300μm、非常特别优选地约200μm的层厚度。
此外，可设想到，包覆氧化铝的铝板被设置在两个相邻储能电池10之间或者在储能电池10和外壳20的相邻侧壁之间，以便从储能电池10的侧表面在温度管理系统30的方向上传递热量，或者以便将热量从温度管理系统30传递到储能电池10的侧表面。
强化层34与热交换器32相比具有更高的弹性模量。因此，设置这种强化层34大幅提高热交换器32的表面的机械稳定性。然而，应注意，热交换器32的结构表面强化效果仅发生在与强化层34接近的区域中；当从热交换器32的厚度查看时，随着从面向强化层34的表面起的距离增大，此效果减小。同时，强化层34具有相对高的导热性和高电阻，这继而保护储能电池10免于任何短路。
同时，应注意，强化层34极大地或完全地发挥电绝缘的功能。在本文中，测试已表明，强化层34的电阻在千兆欧姆范围中。
例如，已观察到，当将12V电压施加到根据本发明的强化层34时，对应于100千兆欧姆的电阻流过0.12纳安培的电流，并且当将400V电压施加到根据本发明的强化层34时，对应于1千兆欧姆的电阻流过0.4微安培的电流。
其他测试已表明，例如，当在20摄氏度的温度下，将12V电压施加到根据本发明的强化层34，其中该强化层具有200微米的厚度和0.01平方米的表面积，对应于20千兆欧姆的电阻流过0.6纳安培的电流。甚至当施加400V电压时，具有200微米的厚度和0.01平方米的表面积的根据本发明的强化层34具有20千兆欧姆的电阻，对应于20纳安培的电流。
也已经出人意料地发现，即使在极高温度下，电阻也保持稳定并且相对高。因此，可表明，当在1000摄氏度下将12V电压施加到根据本发明的强化层34时，其中该强化层具有200微米的厚度和0.01平方米的表面积，对应于200千欧姆的电阻流过60微安培的电流。当在1000摄氏度下将400V电压施加到根据本发明的强化层34时，其中该强化层具有200微米的厚度和0.01平方米的表面积，对应于2毫安培的电流，也测定到相同的电阻值。
以此方式，可有助于减轻"热失控"的后果。"热失控"意指放热化学反应的过热或者由于自增强产热过程导致技术系统的过热。通常，此种失控可能(由于超压)导致系统被破坏，并且因此可能导致火灾或爆炸。特别地，在这种状态下发生超过600摄氏度的温度。虽然在这种高温下常规导热元件的保护性能非常小，并且因此储能电池可能穿透导热元件，但是根据本发明的强化层34保持机械稳定、热稳定和电稳定。因此，可以大幅提高具有温度管理系统30的储能模块100和/或储能系统的安全性，该温度管理系统具有根据本发明的强化层34。
另外，强化层34还可以防止储能电池的任何短路，例如，在导热元件36变脆，并且特别地由于外力的影响(例如振动和/或由振动造成的冲击)而破碎的情况中。在这种情形中，则可能发生储能电池10和强化层34之间(或热交换器32和强化层34之间)的直接接触。在此，强化层34的高电阻防止短路。
强化层34可以由陶瓷形成。该陶瓷优选地是氧化物陶瓷，例如氧化锆(ZrO2)、氧化镁(MgO)、氧化锆增韧氧化铝物(ZTA)、或者氧化铝(Al2O3)。凭借陶瓷或氧化物陶瓷的优异机械性能，可以改进热交换器32的施加有强化层34的表面的机械稳定性，特别地，因此导热性和电阻保持相对高，即强化层34具有相对高的导热性并且却是电绝缘的。同时，至少基本上有助于维持下面层的弹性，即热交换器32的弹性。
特别地，强化层34可以通过转变在热交换器32(在储能模块100的内部的方向上)的最外表面上的材料层进行制造，从而强化层34和热交换器32形成稳定的材料接合。
同时，此种(氧化物)陶瓷层的应用是已知的，并且因此可以例如通过烧结容易且低成本地实施。也可例如通过阳极氧化(即通过阳极化)将氧化铝层施加到由铝制成的基材。
热交换器32可以优选地由铝和/或铝合金制造。然而，热交换器32也可以同样好地由任何其他适合的金属，尤其是可氧化的金属制造。
在此，例如，铝具有约70GPa的弹性模量，镁具有约40GPa的弹性模量，钛具有约116GPa的弹性模量；氧化物陶瓷的弹性模量大约在150GPa至450GPa的范围，优选地300GPa至400GPa，特别优选地350GPa至400GPa。氧化铝具有250GPa至350GPa的弹性模量。
热交换器32可以进一步具有多重几何结构，特别地，翅片状结构，以增大热交换器32的外表面积和/或内表面积，从而容许更好地热交换。还可在热交换器32中设置多重流道，流体通过所述流道。可使用气体或气体混合物、特别是空气、水和/或水/乙二醇混合物作为流体。然而，此外，还可设想到，设置潜热储存材料，例如沸石，替代流体。
特别地，在此，热交换器32可由铝制造，并可设有由氧化铝制成的强化层34，该强化层通过阳极氧化而物理地连接到热交换器32。
具体而言，温度管理系统30被设计成从储能模块100耗散在储能电池10的操作期间产生的热，和/或将热供给到储能模块100中，以便以受控的方式使储能电池10或储能模块100的温度保持在预定义或可预定义的温度范围内。为了此目的，一些储能电池10，特别是全部储能电池10与温度管理系统30的导热元件36直接和/或间接接触。在此情况中，导热元件36被设计成，在一方面，补偿储能电池10的长度容差或容差波动和/或长度差异和/或在组装储能模块100时的不准确度，在另一方面，还补偿强化层34的与导热元件36接触或触及的表面的不规则性。由于放热以及因在操作期间电荷变化和/或不同的气体压力所致的(储能电池10的)电极厚度变化，储能电池10可能膨胀或收缩，电荷变化特别是在软包电池的情况中起到重要作用。这种长度变化，特别是如果个别储能电池10的膨胀或收缩不同于其他储能电池10，可以借助于导热元件36而得以补偿。由此，一方面可有助于确保多重储能电池10之间的持续良好接触，在另一方面，可有助于确保强化层34和热交换器32之间的持续良好接触。
至少在某一区域或某些区域，导热元件36被布置在强化层34上，尤其在储能模块100的外壳20的内部方向上的强化层34的表面上，更具体地以便导热元件36被外壳20的侧壁元件22侧向地界定。即导热元件36被设置在外壳20的内部中，在储能电池10和强化层34之间。
导热元件36被设置在储能电池10和强化层34之间，特别地，以便改进储能电池10的相对硬表面与强化层34之间的过渡。为了此目的，与强化层34和电池外壳相比，导热元件36具有更软的和/或更柔性的设计，各自包围一个储能电池10。例如，由此可补偿储能电池10的静态和/或动态的长度差异。在本文中，静态长度差异意指储能电池10相对于彼此与生产和/或组装相关的长度差异，而动态长度差异意指个别储能电池10因外部因素，例如对储能电池10操作上引起的加热导致的长度变化。
在此情况中，导热元件36可以被设计为导热膏或导热垫。在此，导热元件36可以由硅树脂或基于硅树脂的材料制成。然而，同样地还可设想到，使用基于热塑性塑料的材料。例如，可以使用硅树脂垫、具有任选的玻璃纤维织物的硅橡胶，或者基于聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺和/或聚碳酸酯的含有或无添加剂的塑料膜。还可设想到使用含有氧化锌和/或氧化铝组分的硅油。
同样可设想到，将清漆层或包括至少两层(不同的和/或相同的)清漆层的清漆层系统用作导热元件36。在此，所述清漆层或清漆层系统包括导热性清漆，其可以包含填充剂。因此，设置的导热元件36可以有利地非常薄，这继而降低储能电池10和热交换器32之间的热阻，该热阻取决于要横穿的元件的厚度(即导热元件32和强化层34的厚度)以及其他方面。另外，可以有助于容易地生产和涂敷清漆层，从而降低生产和组装成本。
另外，设有强化层34的热交换器32外表面和/或储能电池10的外表面可以被一层或多层清漆层包围。
在某些情形下，如果在相邻储能电池10之间分别提供足够高的电绝缘，还可设想将储能电池10直接布置在设有强化层34的热交换器32上。换言之，如果在储能电池10和设有强化层34的热交换器32之间提供足够良好的导热性，可以不用导热元件36。在此情况中，不仅各自包围一个储能电池10的电池外壳而且热交换器32都优选地具有此种强化层34。在这种实施例中，可以在没有其他附加元件的情况下布置储能电池10。因为不再需要导热元件36以及用于相邻储能电池10之间绝缘的其他元件，由此可以降低成本，至少对于固定的储能系统而言，这个优点非常重要。另外，有助于缩小储能模块100或储能系统所需的安装空间。
利用根据本发明的强化层34封装各个储能电池10(在储能电池10和设有强化层34的热交换器32之间设有或没有导热元件36)还具有进一步增高储能模块100和/或储能系统的安全性的优点。
因此，在常规的储能系统中，例如在单个储能电池过热的情况中，可能对导热元件局部地施加非常高的温度，致使导热元件局部地熔化。由于温度升高，邻接的储能电池也可能过热并且进一步损害导热元件。因此，若干储能电池可能直接接触热交换器，导致短路。因为即使若干储能电池10穿透导热元件36，强化层34的高电阻也提供保护免于短路，因此，将根据本发明的强化层34，在一方面施加到热交换器32，并且在另一方面施加到封装储能电池10的电池外壳，导致储能模块100的安全性增高。
储能模块100具有多重储能电池10，其中储能电池10的数量不限于图2中所示的数量。同样地，可以根据储能模块100的期望的容量和/或电压，将更少或更多的储能电池10设置在储能模块100中。
在此，储能电池10可以被设计为锂离子电池，特别地，被设计成果冻卷电池的锂离子电池。此外，储能电池10可以被设计成具有或不具有专用电池外壳，并且储能电池10还可以被布置在电池载体中，以便更易于定位在储能模块100中。此外，为了确保占用尽可能少的空间，特别地，储能电池10被设计为锂离子软包电池。
然而，同样好地可以将多重储能电池10布置在由阳极化的铝构成的深冲压(tiefgezogenen)导热元件模具中。
还可设想到将圆形电池、包括折叠型电极的棱柱形储能电池和/或包括堆叠电极的棱柱形储能电池用作储能电池10，其中在本文中，包括堆叠电极的棱柱形储能电池具有最佳性能。
为了在储能模块100的正端子或负端子26a,26b或者在储能模块100的正接触表面或负接触表面共同地输出各个储能电池10的电流，储能电池10可以通过一个或多个汇流条彼此电连接，即串联电连接或并联电连接。
此外，电子载体可以被设置在储能模块100中。这被设计成接纳多个电子装置，例如多个传感器例如温度传感器、至少一个处理器和至少一个存储装置。
还可以在储能模块100中设置测量线用以显示单个、若干和/或所有储能电池10的电流和/或电压值。由此可以有助于监测储能模块100中的单个、若干和/或所有储能电池10的运行能力。
即使这未在附图中明确示出，可设想到设计一种储能系统，其具有至少一个上述储能模块100以及用于容置所述至少一个储能模块100的系统外壳。
在此，可设想到，温度管理系统30并非单独设计用于每个储能模块100，而明确指明温度管理系统30设计用于整个储能系统，即温度管理系统30设计用于多个储能模块100。在此情况中，特别地，强化层34被施加到热交换器32的整个表面，反而为每个储能模块100设置导热元件36，例如，更具体地在设置相应储能模块100的各个储能电池10的区域中设置导热元件36。
同样还可设想到，为每个单独的储能电池10设置导热元件36。在此情况中，各个平坦的导热元件36可以基本上沿着中心轴弯曲在纵向方向上垂直，更具体地以便导热元件36形成大致U形的构造。由此可以有利地缓冲外部作用的机械力，进一步降低导热元件36可能被储能电池10穿透的风险。此外，还可以通过有弹性的导热元件36的弹性恢复力改进储能电池10和热交换器32之间的接触。
另外，为了能够以尽可能节省空间的方式设置储能系统，特别地，至少一个储能模块100具有正电接触表面或负电接触表面。储能模块100的各自的正电接触表面和负电接触表面可以与储能系统的相应的正连接端子和负连接端子电连接。耗电单元或电负载与储能系统的正连接端子和负连接端子连接。
此种储能系统被设计用于交通工具200中，尤其用于混合动力交通工具中。
应注意，在根据本发明的所有实施例中，温度管理系统30必须(必要地)具有(多功能的)强化层34。在此，特别地，强化层34直接接触热交换器32。在设置一个或多个导热元件36的情况中，强化层34被(直接地)布置在热交换器32和一个或多个导热元件36之间，并且在没有设置导热元件36的情况中，强化层34被(直接地)布置在多重储能电池10和热交换器32之间。
以下(已述的)优点与强化层34相关联：在一方面，在强化层34附近，热交换器32的表面处的机械稳定性增高；在另一方面，借助于强化层34，即使在极高温度下，也形成良好的电绝缘。因此，强化层34具有高电阻，其即使在高温下也保持稳定且相对高。
此时应注意，将上述所有部件，独自或任意组合地考虑，特别地如附图中所示的细节，作为本发明的要素要求保护。其修改是本领域技术人员所熟悉的。
附图标记列表
10 储能电池
20 外壳
22 侧壁元件
24 盖元件
26a,26b 正端子、负端子
30 温度管理系统
32 热交换器
34 强化层
36 导热元件
100 储能模块
200 交通工具

Claims (18)

1.用于交通工具(200)中，特别地用于混合动力交通工具中的储能模块(100)，其中所述储能模块(100)具有以下：
-多重储能电池(10)；和
-与至少一些所述储能电池(10)，优选地所有的所述储能电池(10)相关联的温度管理系统(30)，
其中所述温度管理系统(30)具有热交换器(32)和导热元件(36)，其中强化层(34)被设置在所述热交换器(32)和所述导热元件(36)之间，其中所述强化层(34)具有与所述热交换器(32)相比更高的弹性模量。
2.根据权利要求1所述的储能模块(100)，
其中所述强化层(34)物理地连接到所述热交换器(32)。
3.根据权利要求1或2所述的储能模块(100)，
其中所述强化层(34)由陶瓷或陶瓷物质形成，特别地由氧化物陶瓷形成。
4.根据权利要求3所述的储能模块(100)，
其中至少在某一区域或某些区域，特别地在全部区域，所述强化层(34)是Al2O3层。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的储能模块(100)，
其中所述热交换器(32)由可氧化的金属形成，特别地由铝和/或铝合金形成。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的储能模块(100)，
其中所述热交换器(32)具有流动通道和/或几何结构，以增大所述热交换器(32)的外表面积和/或内表面积，其中，流体通过所述流动通道流动，流体特别地为气体、气体混合物、水或者水/乙二醇混合物，所述几何结构特别地为翅片。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的储能模块(100)，
其中所述导热元件(36)由硅树脂或基于硅树脂的材料形成。
8.根据权利要求1至6中的任一项所述的储能模块(100)，
其中所述导热元件(36)由基于热塑性塑料的材料形成。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的储能模块(100)，
其中所述导热元件(36)被设计为导热膏或导热垫。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的储能模块(100)，
其中所述储能模块(100)还具有外壳(20)，用于将所述多重储能电池(10)容置在所述外壳(20)的内部中，其中所述外壳(20)具有顶侧、底侧以及连接所述顶侧和所述底侧的多重侧壁元件(22)，其中所述侧壁元件(22)彼此周向地连接，以便所述侧壁元件(22)界定所述内部，并且其中至少在某一区域或某些区域，特别地在全部区域，所述底侧和所述顶侧具有开放式设计。
11.根据权利要求10所述的储能模块(100)，
其中所述外壳(20)能够连接到所述温度管理系统(30)或所述外壳(20)被连接到所述温度管理系统(30)，特别地，所述外壳(20)通过所述强化层(34)能够连接到所述热交换器(32)或所述外壳(20)通过所述强化层(34)被连接到所述热交换器(32)，更具体地以便所述外壳(20)的所述底侧借助于所述温度管理系统(30)而闭合。
12.根据权利要求10或11所述的储能模块(100)，
其中所述外壳(20)的所述顶侧被设计成借助于盖元件(24)而闭合，其中所述盖元件(24)优选地具有正端子(26a)和负端子(26b)。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的储能模块(100)，
其中所述储能电池(10)是锂离子电池，并且其中所述储能电池(10)优选地被设计为锂离子软包电池。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的储能模块(100)，
其中所述储能电池(10)被设计成果冻卷型。
15.根据权利要求1至14中的任一项所述的储能模块(100)，
其中所述储能模块(100)还能够具有电子载体，所述电子载体被设计为接纳多个电子装置，例如多个传感器、至少一个处理器和/或至少一个存储装置。
16.根据权利要求1至15中的任一项所述的储能模块(100)，
其中所述储能模块(100)还具有一个或多个汇流条，用于所述多重储能电池(10)的电连接。
17.根据权利要求1至16中的任一项所述的储能模块(100)，
其中在所述储能模块(100)中还设置测量线，用于显示单个、若干和/或所有储能电池(10)的电流和/或电压值。
18.用于交通工具(200)中，特别地用于混合动力交通工具中的储能系统，其中所述储能系统具有以下：
-根据权利要求1至17中的任一项所述的至少一个储能模块(100)；和
-系统外壳用以容置所述至少一个储能模块(100)，
其中所述至少一个储能模块(100)具有温度管理系统(30)，所述温度管理系统具有热交换器(32)和导热元件(36)，其中强化层(34)被设置在所述热交换器(32)和所述导热元件(36)之间，其中所述强化层(34)具有与所述热交换器(32)相比更高的弹性模量。
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