包括高电力储能单元的模块及包括该模块的储能装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及包含高功率储能单元(如超级电容器或超电容或电池）的模块W 及包括运样的模块的储能装置。尤其地，本实用新型设及用于输送功率W驱动负载(例如驱 动车辆或固定装置)的电源/能量源。
【背景技术】
[0002] 超级电容器或超电容是结合了高功率密度和延长的预期寿命的蓄电设备。因此， 它们尤其很好地适合于允许频繁地恢复动能或势能的应用，如:城市公共汽车、电车、起重 机和升降机。某些类型的主要基于裡的电池单元存在相同的优点。
[0003] 超级电容器经常与其他能量源结合，该能量源通常被选为提供不同类型的电力。 例如，一个源可被设计为提供长期电力(运意味着它能够随时间输送大量的能量，因此是高 能量源），而另一能量源可被设计为提供高的短期电力（在运种情况下，它在有限时间内为 高电源）。在例如车辆加速或脉冲负载事件(诸如对紧急状况的反应)期间，高电源可用来协 助高能量源向系统提供电力。高电源可W由超级电容器或任选地某些类型的主要基于裡的 电池单元提供。从W02009/112069获悉了可充电储能设备(例如裡电池)和包含平衡电路的 超级电容器的组合。
[0004] 增加超级电容器的寿命的一种方法可W是增加它们的尺寸，即对它们进行有余量 的设计。运可能是固定电源的可能解决方案，但是成本和尺寸会被增加，并且材料会被不必 要的使用。然而，对于可移动的物体，增加尺寸通常导致增加的成本和重量，并且可由于空 间限制而被禁止。用于例如车辆的可移动物体，该额外的重量也可减少加速度。
[0005] 尽管超级电容器的主要优点是其高功率容量，但电源的持续时间和总量由于发热 受到限制，其进而导致电容器的内阻、由高功率造成的大电流W及电容器由应用循环的性 质造成的频繁充放电。根据Arrhenius(阿伦尼斯)定律，溫度升高是减少超级电容器的预期 寿命的主要因素。根据Arrhenius定律，溫度每升高10°C，电容器的预期寿命减半。
[0006] 如W02012/007290A1中所述，超级电容器的冷却可W通过壳体加上散热片和强制 通风的设计来实现。然而，虽然改进冷却具有增加预期寿命(既提高使用寿命又提高循环寿 命)的优点，但强制通风会消耗能量并导致系统效率的降低。 【实用新型内容】
[0007] 本实用新型的目的是提供包含高电力储能单元(如超级电容器或任选地某些类型 的主要基于裡的电池单元)的模块W及包括该模块的储能装置。具体而言，本实用新型的目 的是提供用于递送电力W驱动负载(例如驱动车辆或固定装置)的替代电源/能量源。
[000引本实用新型的实施例设及针对高电力储能单元(如超级电容器或超电容或任选地 某些类型的主要基于裡的电池单元）的模块的设计。本实用新型的各实施例的优点是通过 在运行时保持各高储能单元冷却来提供具有良好的寿命和/或循环寿命的储能装置。
[0009]本实用新型使用了术语"超级电容器"、"超电容"或"电容器"或任选地某些类型的 主要基于裡的电池单元，并且运些术语通常适用于高电力储能单元。
[0010] 因此，本实用新型的各实施例提供一种储能装置，其包括位于模块中的高电力储 能单元，其中每个模块存在有限数量的高电力储能单元(如超级电容器或超电容或电容器 或任选地某些类型的主要基于裡的电池单元）。高电力储能单元(如超级电容器或超电容或 电容器或任选地某些类型的主要基于裡的电池单元)是双端子装置。高电力储能单元(如超 级电容器或超电容或电容器或任选地某些类型的主要基于裡的电池单元）W W下方式设 置:每一高电力储能单元(如超级电容器或超电容或电容器或任选地某些类型的主要基于 裡的电池单元）至少在一侧面上或至少在两侧面上被冷却表面包围。该冷却表面被热连接 到高电力储能单元(如超级电容器或超电容或电容器或任选地某些类型的主要基于裡的电 池单元)的端子。每个冷却表面可被热连接到高电力储能单元的不同端子。冷却表面可W通 过汇流条(bus bar)的延伸部来提供和/或通过模块壳体的与汇流条的延伸部导热接触但 不电接触的一侧面或壁提供。因此，汇流条可W具有凸缘形式的延伸部，该凸缘的表面积比 携载电流来往于各高电力储能单元(如超级电容器或超电容或电容器或任选地某些类型的 主要基于裡的电池单元）的端子所需的表面积要大。该凸缘导热地但不导电地连接到模块 壳体的侧面或壁。在任何情况下，运可具有能够在多个并行的热通路中将热从高电力储能 单元(如超级电容器或超电容或电容器或任选地某些类型的主要基于裡的电池单元)移除 的优点。根据本实用新型的各模块可具有两个或更多个运样的冷却表面区域。
[0011] 模块的尺寸不必依据最佳空间利用确定，但可依据外部热交换表面的可用性并因 此依据改善的冷却来确定。高电力储能单元(如超级电容器或超电容或电容器或任选地某 些类型的主要基于裡的电池单元)被设置在至少一排中，每一高电力储能单元(如超级电容 器或超电容或电容器或任选地某些类型的主要基于裡的电池单元)都具有宽度和高度 "H"。因此在一排中存在"N"个高电力储能单元(如超级电容器或超电容或电容器或任选地 某些类型的主要基于裡的电池单元）。通过热传导热连接到高电力储能单元(如超级电容器 或超电容或电容器或任选地某些类型的主要基于裡的电池单元)的端子并通过汇流条的延 伸部提供的冷却表面的面积至少等于(N X WX H)的30 %。此面积可增加到(N X WX H)的40% W上、50% W上、60% W上、70% W上、80% W上或90% W上。出于节省成本和空间的原因， 冷却表面的面积最大可能为200%。
[0012] 如果在一排中存在"N"个运样的高电力储能单元(如超级电容器或超电容或电容 器或任选地某些类型的主要基于裡的电池单元），且每一高电力储能单元与下一高电力储 能单元(诸如，电容器等）间隔有距离(spacing) "S"(两个电容器之间的自由空间，而不是间 距(pitch))，则通过热传导热连接到高电力储能单元（如超级电容器或超电容或电容器或 任选地某些类型的主要基于裡的电池单元）的端子并且通过汇流条的延伸部提供的冷却表 面的面积至少等于(NXWXH) + ( (N-I) X S))的30%。此面积可增加到(NXWXH) + ( (N-I) X S))的40% W上、50 % W上、60% W上、70% W上、80% W上或90 % W上。出于节省成本和空 间的原因，冷却表面的面积最大可能为200%。
[0013] 作为比较，在本实用新型的各实施例中，单元的排数通常为2。另一方面，在 W02012/007290中单元的排数通常为5。此外，由模块并结果由所需的冷却表面抑制的热与 单元的数量成比例。因此，表述每个单元提供的冷却表面是有用的。在W02012/007290中，每 个单元的顶部冷却表面(8)大于Pi/4XW 2但<W2。在本实用新型的各实施例中，可用于冷却的 最大表面是(w+s)2+(wx化s)，s是各单元之间的（平均)距离。
[0014] (W+S)2是顶盖上可得的面积，（WX化S)是侧面上可得的面积。
[0015] 由于纵横比通常>10/4,尤其是对于纵横比可能〉>10/3的棱柱形电池而言，本实用 新型的各实施例中限定的最小面积为(NXWXH) + ((N-1)XS))的30%，运比在W02012/ 007290中描述的面积大。还要注意的是可测量上下文H诸如W包括单元的连接螺栓。
[0016] 模块的壳体具有高度、宽度和长度。为汇流条材料选择良好的热导体（heat conductor)并为模块壳体的侧面或壁选择良好的热导体(thermal conductor)(如侣）意味 着对流和热福射表面（即模块的冷却表面)的有效尺寸由模块壳体的侧壁的高度确定。运是 因为热会通过易导热材料从汇流条散发出来并进入壳体的侧壁，一直到达侧壁的全部范 围。因此，在所有有关冷却表面的等式中，尺寸H有效地是模块壳体的侧壁的高度的尺寸，即 化。因此，在包括高度H的任何等式中，其可W由壳体的侧面高度化替换。
[0017] 其中，在存在不同长度的两排的情况下，可用最长的一排来进行计算。W上比例可 通过向壳体提供散热片和/或散热器W改善到空气的热传递并提供更好的冷却来大大地增 加。因此，外部设计可例如包括散热片和/或散热器，或者可W包括用于液体冷却的装置，例 如壳体壁之中或之上的液体通道11。
[0018] 根据本实用新型的各实施例，对流表面可W等于或者几乎等于传导表面，例如对 流表面可W在传导表面的30%、或40%、或50%、或60%、或70%-直到传导表面的90%之 间。
[0019] 根据本实用新型的各实施例的储能装置可具有该模块的利用通过空气循环或驱 动风(a化iving wind)的冷却的内部和/或外部设计，对于车辆(如公共汽车），该储能装置 通常可W大于3m/s，从而使得任何强制通风设备都是多余的。
[0020] 当运行时在高电力储能单元(如超级电容器或超电容或电容器或任选地某些类 型的主要基于裡的电池单元）中产生的热可W在高电力储能单元(如超级电容器或超电容 或电容器)的端子处通过其传导。运样做的好处是端子被连接到电容器的导电层并因此直 接与电容器的在运行期间产生热量的部分接触。
[0021] 运些端子优选地连接到被设计为热传导元件而不是被设计为（例如仅仅被设计 为）电流导体的汇流条。热汇流条优选由高导热材料(例如铜或侣）制成，或者是热管。运些 材料提供了高效的热流动。因此，汇流条可W具有凸缘形式的延伸部，该凸缘的表面积比携 载电流来往于各高电力储能单元(如超级电容器或超电容或电容器或任选地某些类型的主 要基于裡的电池单元）的端子所需的表面积要大。该凸缘导热但不导电地连接到模块壳体 的侧面或壁。
[0022] 模块优选地具有大的热交换表面。在