CN110858520A - 电能存储设备和用于制造电能存储设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了电能存储设备和用于制造电能存储设备的方法。电能存储设备(1)包括至少一个电气部件(2)和用于分配电力的母线(5)特别是叠层母线(5)，其中电气部件(2)布置在母线(5)上，并且电气部件(2)的至少第一接触侧(11)和/或第二接触侧(12)通过接触元件(8)特别是扁平接触元件(8)连接到母线(5)，并且其中接触元件(8)至少部分地形成为网状物(7)。电气部件(2)优选地为电容器。

Description

电能存储设备和用于制造电能存储设备的方法
技术领域
本发明描述了电能存储设备和用于制造电能存储设备的方法。
背景技术
电能存储设备在现有技术中是众所周知的。通常，在这样的电能存储设备中包括有诸如电容器的多个电气部件以形成电容器条。特别地，这些电容器并联和/或串联连接以实现电能存储设备所需的总容量。通常，电容器的电力分配由母线处理。
这些电能存储设备暴露于相当大的温度变化。通常，重复地打开和关闭电气部件会导致电气部件的自加热。温度变化的另一个原因可能是周期性环境改变，例如从白天到夜晚的温度变化。这些温度变化导致热疲劳并且在许多热循环之后导致潜在的故障。特别地，存在母线和电气部件之间的连接被削弱并且甚至可能导致开路的风险。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种与现有技术中已知的电能存储设备相比特别是在其寿命方面和承载电容器方面改进的电能存储设备。
该目的通过根据本发明第一方面的电能存储设备、根据本发明第二方面的电能存储设备和根据本发明第三方面的用于制造电能存储设备的方法来实现。根据本发明的第一方面，提供了一种电能存储设备，包括：
至少一个电气部件，尤其是电能存储电容器，以及
母线，特别是叠层母线和/或扁平母线，用于分配电力，
其中电气部件的至少一个第一接触侧和/或至少一个第二接触侧通过接触元件特别是扁平接触元件连接到母线，并且其中接触元件至少部分地形成为网状物。
与现有技术相比，根据本发明提供了使用至少部分地形成为网状物的接触元件。以有利的方式，网状物吸收由电气部件和/或母线因温度变化导致的小的相对重新布置而引起的机械应力。因此，母线和电气部件之间的连接更能抵抗由温度变化特别是在能量存储设备的应用中预期的温度变化引起的应力。优选地，接触元件在连接区域中形成为网状物，在连接区域中接触元件固定到母线和/或电气部件的第一接触侧或第二接触侧。可以想到的是，电气部件布置在母线上或母线旁边。例如，母线平行、倾斜和/或垂直于包括第一接触侧和/或第二接触侧的平面延伸。此外，提供了将多个电气部件彼此连接并连接到母线的接触元件。通过使用网状物，可以容易地例如当电气部件的布置中存在小的偏差时、当电气部件具有不同的尺寸或大小时和/或当接触元件围绕电气部件时，通过相应地使网状物变形或弯曲来适应性调整接触元件的校准。根据优选实施方式，电气部件是电容器、电池单元或半导体。在下文中，电容器用作优选的电气部件，但是任何其他电存储元件也可以用于下面描述的实施方式。
例如，第一接触侧由电气部件的正极表示，以及第二接触侧由电气部件的负极表示，反之亦然。优选地，第一接触侧和/或第二接触侧布置在电气部件的前端处，特别是布置在电气部件的相对的前端处。电气部件可以呈圆柱形，其中截面可以是圆形、矩形和/或椭圆形。优选地，母线包括由金属制成的至少一个扁平导电层。因此，母线可以容易地变形并且适应于为能量存储设备提供的空间的要求。因此，可以将具有这种母线的能量存储设备以灵活的方式插入到不同的形成空间中。特别地，术语“扁平”，在母线的上下文中以及在接触元件的上下文中，表示相应的基体的厚度相比于基体在垂直于测量厚度的方向的平面中的延伸小10倍，优选地小15倍，以及更优选地小20倍。此外，术语“扁平”包括有弯曲或变形但总体上是平坦的基体。此外提供的是，第一接触侧和/或第二接触侧被扁平地构造，以提供较大的潜在接触区域。
优选地，接触元件至少部分地围绕电气部件和/或弯曲。通过使接触元件弯曲可以有利地独立于母线和第一接触侧/第二接触侧的相对取向来实现至母线的电连接。实际上，甚至可以将在电气部件处彼此相对布置的第一接触侧和第二接触侧连接到与第一接触侧和/或第二接触侧相邻的同一母线。
在另一优选实施方式中，提供的是，网状物被配置为平纹状结构。形成平纹结构可以改善吸收机械应力的能力。此外，提供的是，形成网状物的部分与整个接触元件之间的比值在0.2和0.8之间，优选地在0.3和0.8之间以及更优选地在0.4和0.75之间。
根据本发明的另一实施方式，网状物由第一线和/或第二线制成，其中第一线彼此平行延伸并且第二线彼此平行延伸，其中第一线和第二线在交叉点处彼此交叉，其中在交叉点处第一线与第二线之间的角度的值在40°至120°之间，优选地在75°至110°或者更优选地大体为90°。
根据第一线和第二线之间的相对取向，可以实现吸收机械应力的优选方向。因此，有利地可以例如在当第一接触侧和第二接触侧具有非圆形截面时，根据第一接触侧、第二接触侧和/或母线的预期延伸来适应性调整由第一线和第二线形成的网状物的取向。还可以想到，由第一线和第二线形成的网状物的方向根据接触元件延伸到第一接触侧和/或第二接触侧以用于连接的方向来调节。优选地，在交叉点处第一线与第二线之间的角度的值在25°至70°之间，优选地在35°至55°之间或者更优选地大体45°。
此外提供的是，接触元件例如通过钎焊和/或焊接粘接地连接到第一接触侧、第二接触侧和/或母线。例如，接触元件经由沿着第一接触侧、母线和/或第二接触侧分布的多个连接区域连接到第一接触侧、第二接触侧和/或母线。特别地，连接区域或多个连接区域的和比第一接触侧和/或第二接触侧的延伸小，优选地小4倍以及更优选地小10倍。优选地，多个连接区域在统计上沿第一前侧分布或者根据预定图案特别是用于机械应力的优化吸收的图案来分布。
在本发明的另一优选实施方式中，提供的是，的网状物由厚度在0.1mm和1mm之间、优选地在0.2mm和0.8mm之间以及更优选地在0.25mm和0.65mm之间的第一线和/或第二线制成。因此，使用比较薄的第一线和/或第二线，因此网状物可以很容易地适应例如通过弯曲适应所需的形状。优选地，连接区域延伸通过多个第一线和/或第二线。
优选地，提供的是，为网状物的开口区域指定的宽度的值在0.5mm和2.0mm之间，优选地在0.65mm和1.5mm之间，以及更优选地在0.8mm和1.35mm之间。因此，可以实现可比较的大开口区域，其优选地大于第一线和/或第二线的厚度。出乎意料地表明，这样的网状物可以实现与第一接触侧、第二接触侧和/或母线的充分电连接，以及吸收由通常的温度变化引起的机械应力的所需能力。优选地，开口区域由第一线和第二线围绕，并且宽度是在两个相邻的第一线或两个相邻的第二线之间测量的。
在另一实施方式中，提供的是，接触元件将不同电气部件的多个第一接触侧和/或多个第二接触侧与母线接触，即，接触元件建立不同电气部件的第一接触侧和/或多个第二接触侧彼此之间以及与母线的连接。优选地，第一接触侧和/或第二接触侧彼此平行布置或共用共同的平面。替选地，可以想到的是，第一接触侧和/或第二接触侧布置在不同的平面中，例如处于不同的高度。因此，有可能连接具有不同高度(即，沿其纵向方向测量的不同长度)的多个电气部件，例如通过在电气部件之间的区域中弯曲接触元件。优选地提供的是，至少在将接触元件连接到第一接触侧和/或第二接触侧的区域以及第一接触侧和/或第二接触侧之间的区域中实现网状物。优选地，电气部件的第一接触侧和/或第二接触侧位于每个电气部件的前端，并且第一接触侧和/或第二接触侧形成用于通过扁平接触元件彼此连接的平面。
优选地，整个接触元件形成为网状物或者
弯曲区域形成为网状物，和/或
连接到第一接触侧和/或第二接触侧的接触元件的区域形成为网状物。
将接触元件完全实现为网状物可以很容易地生产出重量相对较轻的能量存储设备。通过将网状物的一部分形成完全封闭的区域可以局部地加强或强化接触元件的选定区域。
根据本发明的另一实施方式，提供的是，母线至少部分地由隔离层覆盖，并且其中优选地电气部件直接布置在隔离层上。由于隔离层，可以有利地将电气部件直接布置在扁平或叠层的母线上。因此，母线不仅负责分配电力并且母线还表示用于将电气部件的组件布置在其上的载体。例如，电气部件的第一接触侧布置在隔离层上，并且穿过隔离层的通孔实现与导电层特别是到第二导电层的连接，其中电气部件的第二接触侧通过接触元件连接到第一导电层，所述接触元件至少沿着沿其纵向方向测量的电气部件的长度延伸。
特别地，提供的是，母线包括第一导电层和第二导电层，其中另外的隔离层布置在第一导电层和第二导电层之间。因此，可以实现紧凑的母线。
根据本发明的另一实施方式，提供的是，网状物由纯度大于95％、优选地大于99％以及更优选地大于99.5％的铜制成。因此，可以有利地实现接触元件与第一接触侧、第二接触侧和/或母线之间的有效的电接触。
在另一优选实施方式中，提供的是，接触元件，特别是网状物，至少部分地涂覆有另外的隔离层。例如，指向远离第一接触侧、第二接触侧和/或母线的网状物的侧至少部分地由另外的隔离层覆盖。特别地，不属于连接区域的一部分的接触元件的部分具有附加的隔离层。因此，可以避免与能量存储设备旁边的元件例如壳体的不期望的电接触。
本发明的第二方面是具有多个电气部件的电能存储设备，其中电气部件的第一接触侧和/或第二接触侧通过接触元件彼此连接，其中接触元件至少部分地形成为网状物。在具有母线的电能存储设备的上下文中公开的所有特征和益处可以被传递到连接多个电气部件的电能存储设备，反之亦然。
本发明的第三方面是用于实现根据本发明的电能存储设备的方法。在电能存储设备的上下文中公开的所有特征和益处可以被传递到连接多个电气部件的电能存储设备，反之亦然。
在没有明确描述的情况下，可以将单独的实施方式或其单独的方面和特征彼此组合或交换而不限制或扩大所述发明的范围，只要这种组合或交换是有意义的并且在本发明的意义内。在适用的情况下，关于本发明的一个实施方式描述的优点也是本发明的其他实施方式的有利之处。
附图说明
在附图中：
图1a和图1b示意性地示出了根据本发明的第一实施方式的电能存储设备；
图2示意性地示出了根据本发明的至少用作为电能存储设备的接触元件的一部分的网状物；
图3a和图3b示意性地示出了根据本发明的第二优选实施方式的能量存储设备；
图4示意性地示出了根据本发明的第三优选实施方式的能量存储设备；以及
图5示意性地示出了根据本发明的第四优选实施方式的能量存储设备。
具体实施方式
在图1a和图1b中，以立体图(图1a)和并入到图1a中的沿A-A线A的截面图(图1b)示意性地示出了根据本发明的第一实施方式的电能存储设备1。通常，电能存储设备1包括多个电容器2，该多个电容器2彼此连接以实现电容器组。例如，图1a中所示的电容器组由具有150μF/900Vdc的容量的六个电容器2构成。因此，电容器组的总容量为900μF/900Vdc。
优选地，至少一个或多个电容器2，特别地所有电容器2，包括缠绕的金属化膜，即，通过缠绕金属化膜来实现这种电容器2。由此，在两侧上金属化有膜。通过调节绕组的数量，可以有利地确定相应电容器2的所需容量。由于金属化膜的缠绕，电容器2呈圆柱形形状。此外提供的是，电容器2包括具有聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETP)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚苯硫醚(PPS)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)等的电介质。
此外，电容器2具有第一接触侧11例如正接触或极，以及第二接触侧12例如负接触或极，其中第一接触侧11和第二接触侧12通常在电容器2的相对端。例如，第一接触侧11和第二接触侧12由通过锡(Zn)或其他金属喷涂的金属形成。图1a和图1b中所示的电容器2具有布置在每个电容器2的圆柱形主体的端面处的第一接触侧11和第二接触侧12。
特别地提供的是，电容器2没有隔离，即，电容器2是所谓的“裸”电容器2。此外提供的是，能量存储设备1包括母线5。母线5优选地具有第一导电层31和第二导电层32，其中第一导电层31和第二导电层32沿堆叠方向S彼此堆叠。在第二导电层32的顶部布置隔离层21，并且优选地在第一导电层31和第二导电层32之间布置另一隔离层22。特别地，为了形成隔离层21，母线5被叠层。为了获得更低的电感、更高的可靠性以及更好的冷却性能，规定电容器2电连接至母线5，并且直接布置在母线5上并连接到母线5。
在图1a和图1b所示的实施方式中，提出电容器2被定向使得每个电容器2的第一接触侧11与母线5相对地布置，即，背离母线5，并且每个电容器2的第二接触侧12面向母线5。此外，优选地提供的是，两个电容器2之间的距离D特别是第一行41的电容器2和第二行42的电容器2之间的距离D，在0.5mm和5mm之间，优选地在0.8mm和2.5mm之间，以及更优选地在1.1mm和1.5mm之间。
为了将电容器2的第二接触侧12连接到第二导电层32，提供了穿过隔离层21的层间连接9。为了将第一接触侧11连接到第一导电层31，提供了公共接触元件8，其中公共接触元件8接触所有电容器2的第一接触侧11。优选地，接触元件8是弓形的。例如，接触元件8被构造成使得接触元件8至少在一侧特别是在母线5的边缘区域中围绕电容器2和母线5的布置，并且直接连接到第一导电层31。
特别地，接触元件8至少部分地构造为网状物7。优选地，整个接触元件8形成为网状物7，或者接触元件8仅在接触第一接触侧11和/或第二接触侧12的区域内和/或在弯曲区域内形成为网状物7或部分地形成为网状物7。使用网状物7具有吸收在正常操作下使用能量存储设备期间由温度变化引起的机械应力的积极效果。此外提供的是，电容器2的第一接触侧11在连接区域15中例如通过钎焊和/或焊接连接至接触元件。
此外提供的是，包括电容器2、接触元件8和母线5的至少一部分的布置被设置在外壳中(此处未示出)。例如，外壳由金属和/或塑料制成。外壳还可以另外填充有环氧树脂、聚氨酯和/或类似物以将布置固定在外壳内。
在图2中，以俯视图(顶部)和侧视图(底部)示出了根据本发明的至少用作电能存储设备1的接触元件8的一部分的网状物7。特别地，网状物7被配置成主要为平纹状的网状物7。
优选地，网状物7由彼此平行布置的第一线51形成，其中每个第一线51在第二线52上方和下方交替地通过，以相对于第二线52成5°至90°角、优选地成45°至90°角、更优选地主要为90°度横向穿过网状物。特别地提供的是，网状物7至少部分地在主延伸平面MEP中延伸，并且第一线51和第二线52在交叉点55中布置在彼此之上。特别地，第一线51和第二线52被布置成使得布置顺序(即，第一线51在垂直于主延伸平面MEP的方向上是布置在第二线52的上方还是下方)沿着第一线51和/或第二线52的延伸方向在交叉点55间变化。此外，优选地提供的是，在交叉点55中，第一线51和第二线52，例如通过钎焊和/或焊接而粘接地彼此连接。
特别地，网状物7由直径Di在0.1mm和1mm之间、优选地在0.2mm和0.8mm之间以及更优选地在0.25mm和0.65mm之间的第一线51和/或第二线52形成。在该上下文中，可以想到第一线51和/或第二线52具有相同的直径Di或直径Di彼此不同。此外提供的是，网状物7具有由周围的第一线51和第二线52限定的开口区域54，其中开口区域54与整个接触元件7的比值在0.2和0.7之间，优选地在0.3和0.65之间，以及更优选地在0.4至0.6之间，和/或为开口区域54指定的宽度W的值在0.5mm和2.0mm之间，优选地在0.65mm和1.5mm之间，以及更优选地在0.8mm和1.35mm之间。优选地，宽度W对应于两个相邻的第一线51和/或第二线52之间的距离。例如，每厘米网状物7的数量为3至13，优选地为4至12，以及更优选地为6至9。
图2中所示的开口区域54呈方形。替选地，也可以想到开口区域54呈圆形、三角形、椭圆形、矩形和/或蜂窝状形状。此外提供的是，网状物7在连接区域15中例如通过钎焊和/或焊接而粘接地连接到第一接触侧11和/或第二接触侧12。
在图3a和图3b中，以俯视图(图3a)和侧视图(图3b)示出了根据第二优选实施方式的能量存储设备1。特别地，能量存储设备1包括多个母线5，优选地三个母线5布置在彼此上方，使得在两个母线5之间分别布置有第一行41或第二行42的电容器2。特别地提供的是，通过构造为网状物7的接触元件8将多个电容器2的多个第一接触侧11彼此连接并连接到母线5中的一个。特别地，能量存储设备1与图1a和图1b中的能量存储设备1不同，使得根据图3a和图3b的实施方式提供的是，电容器2的第一接触侧11和第二接触侧12二者都经由网状物7的形式的接触元件8连接到母线5。因此，母线5主要垂直于包括第一接触侧11和/或第二接触侧12的平面延伸。还可以想到，母线5相对于包括第一接触侧11和/或第二接触侧12的平面倾斜地布置。此外提供的是，电容器2的第一接触侧11在连接区域15中例如通过钎焊和/或焊接连接到网状物7。特别地，连接区域15是第一接触侧11的一部分并且沿第一接触侧11随机分布。例如，连接区域15呈圆形。
图4中示出了根据本发明的第三优选实施方式的能量存储设备1。特别地，能量存储设备1包括在第三行43中彼此相邻布置的多个电容器2。布置在第三行43中的所有电容器2通过形成为网状物7的接触元件8彼此连接。特别地提供的是，接触元件8被布置在电容器2的第一接触侧11上，并且另外的接触元件8布置在位于电容器2的相对端的第二接触侧12上。优选地，接触元件8和另外的接触元件8至少部分地彼此平行地延伸。
图5中示出了根据本发明的第四优选实施方式的用于能量存储设备1的母线5。特别地提供的是，多个不同的网状物7连接到同一母线5。优选地，网状物7紧邻母线5的具有凹部18的区域或者在该区域处连接到母线5。尤其是多个网状物7例如三个网状物7，被连接到特别是通过将网状物7的端部布置在彼此之上连接到同一区域。
参考列表：
1 能量存储设备
2 电气部件
5 母线
7 网状物
8 接触元件
9 层间连接
11 第一接触侧
12 第二接触侧
15 连接区域
18 凹部
21 隔离层
22 另外的隔离层
31 第一导电层
32 第二导电层
41 第一行
42 第二行
43 第三行
51 第一线
52 第二线
54 开口区域
55 交叉点
W 宽度
D 距离
S 堆叠方向
A A-A线
MEP 主延伸平面
Di 直径

Claims (15)

1.一种电能存储设备(1)，包括：
至少一个电气部件(2)，以及
母线(5)，用于分配电力，
其中所述电气部件(2)的至少第一接触侧(11)和/或至少第二接触侧(12)通过接触元件(8)，特别是扁平接触元件(8)连接到所述母线(5)，并且其中所述接触元件(8)至少部分地形成为网状物(7)。
2.根据权利要求1所述的电能存储设备(1)，其中，所述接触元件(8)至少部分地围绕所述电气部件(2)和/或弯曲。
3.根据前述权利要求中的一项所述的电能存储设备(1)，其中，所述网状物(7)被构造为平纹状结构。
4.根据前述权利要求中的一项所述的电能存储设备(1)，其中，所述网状物(7)由第一线(51)和/或第二线(52)制成，其中所述第一线(51)彼此平行延伸并且所述第二线(52)彼此平行延伸，其中所述第一线(51)和所述第二线(52)在交叉点(55)处彼此交叉，其中在所述交叉点(55)中所述第一线(51)与所述第二线(52)之间的角度的值在40°至120°之间，优选地在75°至110°之间或者更优选地大体为90°。
5.根据前述权利要求中的一项所述的电能存储设备(1)，其中，所述接触元件(8)例如通过钎焊和/或焊接粘接地连接至所述第一接触侧(11)、所述第二接触侧(12)和/或所述母线(5)。
6.根据前述权利要求中的一项所述的电能存储设备(1)，其中，所述网状物(7)由厚度在0.1mm和1mm之间、优选地在0.2mm和0.8mm之间以及更优选地在0.25mm和0.65mm之间的第一线(51)和/或第二线(52)制成。
7.根据前述权利要求中的一项所述的电能存储设备(1)，其中，为所述网状物(7)的开口区域(54)指定的宽度(W)的值在0.5mm和2.0mm之间、优选地在0.65mm和1.5mm之间以及更优选地在0.8mm和1.35mm之间。
8.根据前述权利要求中的一项所述的电能存储设备(1)，其中，所述接触元件(8)将不同电气部件(2)的多个第一接触侧(11)和/或多个第二接触侧(12)与所述母线(5)接触。
9.根据前述权利要求中的一项所述的电能存储设备(1)，其中，整个接触元件(8)形成为所述网状物(7)或者
弯曲区域形成为所述网状物(7)和/或
所述接触元件(8)的连接到所述第一接触侧(11)和/或所述第二接触侧(12)的区域形成为所述网状物(7)。
10.根据前述权利要求中的一项所述的电能存储设备(1)，其中，所述母线(5)至少部分地由隔离层(21)覆盖，并且其中优选地所述电气部件(2)直接布置在所述隔离层(21)上。
11.根据前述权利要求中的一项所述的电能存储设备(1)，其中，所述母线(5)包括第一导电层(31)和第二导电层(32)，其中在所述第一导电层(31)和所述第二导电层(32)之间设置有另外的隔离层(22)。
12.根据前述权利要求中的一项所述的电能存储设备(1)，其中，所述网状物(7)由纯度大于95％、优选地大于99％以及更优选地大于99.5％的铜制成。
13.根据前述权利要求中的一项所述的电能存储设备(1)，其中，所述接触元件(8)，特别是所述网状物(7)至少部分地涂覆有附加的隔离层。
14.一种电能存储设备(1)，所述电能存储设备(1)具有多个电容器作为电气部件(2)，其中，所述电容器的第一接触侧(11)和/或第二接触侧(12)通过接触元件(8)彼此连接，其中所述接触元件(8)至少部分地形成为网状物(7)。
15.一种用于制造根据前述权利要求中的一项所述的电能存储设备(1)的方法。
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