专利名称：能量存储器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有在权利要求1的前序部分的特征部分中所述的特征的能量 存储器以及这种能量存储器的应用。
背景技术：
由超级电容-电池或高功率电容器-电池构成的能量存储器自身由普遍的现有技 术已知。如果能量作为带有相对较高电流的电功率出现，那么可以优选地使用这样的能量 存储器例如用于中间存储能量。例如具有柴电驱动装置的混合动力客车就可以使用这种能 量存储器。这种客车在制动和重新加速时由于其相对较大的质量会产生非常高的电的制动 功率或需要相对较高的电功率来进行加速。为了能够尽可能无损耗地将这些功率存储并且 重新使用，超级电容-电池特别良好地适用于能量存储器，这是因为与蓄电池相比这种超 级电容-电池具有更小的内阻并且进而具有更小的功率损耗。常规的、带有多个超级电容-电池的能量存储器这样典型地构成，即一些超级电 容-电池分别与一个存储器模块电连接，其中，各个存储器模块随后会构成能量存储器或 与该能量存储器相连。普通的现有技术公开的是，各个存储器模块的超级电容-电池布置 在自身的壳体中。然后在这些壳体中，超级电容-电池典型地至少间接地与壳体导热接触， 从而当在混合动力车辆中使用时利用空气、例如利用迎面风对壳体产生的环流确保了对超 级电容-电池进行一定程度的冷却。然而在常规的结构中，迎面风经常不足以提供必要的 冷却功率。因此，由普遍的现有技术同样已知的是，各个存储器模块的每个壳体还附加地具 有电驱动的通风装置。该通风装置确保了壳体的强制环流并且进而可以改进各个存储器模 块的冷却并因此最终也改进了整个能量存储器的冷却。现在由各个壳体构成的、分别带有自有的冷却装置的结构相对比较昂贵并且导致 能量存储器的结构非常复杂。因此，能量存储器典型地具有多个单独的固定元件以及特别 具有多个电缆，通过这些电缆将单独的模块相互地、并且与必要的电子装置进行电连接。对 于每个壳体还可以存在自有的通风装置，该事实明显地再次增加了复杂性以及所需的电缆 的数量。总之，这导致结构的装配和维护都格外复杂。另外如果这种结构使用在混合动力 车辆中，例如装配在混合动力的客车顶上的话，在带有相互纠缠的电线和电缆的极为复杂 的结构中很快就会积攒非常多的污垢，一方面来讲，这些污垢会影响存储器模块的各个壳 体的冷却，阻塞通风装置，并且总体上来讲，会加速这个区域中污垢的积累。这种积累的污 垢以及连接在结构中的复杂导线在一定条件下会暴露在大气环境中，由此极容易对能量存 储器造成功能性损害。敞开布置在车辆的区域中的电缆除了由于污垢和大气环境影响以及 由于汽车震动的影响容易松动之外，并且随后会由于磨损而损坏。
发明内容
现在，这里提出的本发明的目的是实现如上所述的、避免了所说明的缺点的能量 存储器，并且提供具有简单且成本低廉的结构的、非常易于安装并且层次清楚的能量存储器，此外，该能量存储器确保了理想的、用于冷却包含在其中的超级电容-电池的必要条 件。根据本发明，所述目的通过在权利要求1的特征部分中所述的特征来实现。根据本发明，现在多个壳体这样上下地或相邻地堆叠，即流体、也就是说液态的或 特别是气态的介质可流过壳体之间的至少部分区域。壳体的相邻或上下相叠的、或者是在 部分区域中彼此相邻放置的或者是也相互间隔的堆叠构成了可以非常易于在机械上实现 的结构，并且该结构利用流体、例如具有能量存储器的混合动力车辆的迎面风实现在壳体 的中间区域中的穿流性。因此形成了紧凑且简单的、能够通过穿流性理想地进行冷却的结 构。此外在根据本发明的能量存储器的另一个非常适合且有利的设计方案中提出，即 壳体在堆叠方向上具有基本上呈波浪形的或由相互跟随的凸起构成的轮廓。这种轮廓理想 地适合包围各个典型地设计成圆形电池的超级电容-电池。此外在壳体的具有这种轮廓的 堆叠中，在波腹或凸起之间分别留有适于冷却流体流过的自由空间，该轮廓这样典型地实 现，即在相邻的模块中的波腹或凸起同样碰触到其壳体的波腹或凸起。此外在根据本发明的能量存储器的另一个非常适合且有利的设计方案中提出，即 壳体在堆叠方向上分别包括仅仅一个超级电容-电池。各个存储器模块的超级电容-电池 也就横向于堆叠方向布置，以便使得各自的存储器模块的壳体的厚度在堆叠方向上总是只 包括一个存储器电池。因此确保了，该超级电容-电池可以从壳体的两个侧面出发通过至 少在壳体之间的部分区域中流过的冷却的流体流理想地实现冷却。此外在根据本发明的能量存储器结构的另一个非常适合且有利的设计方案中提 出，即存储器模块的壳体具有导热良好的材料，特别是基于铝的材料。通过使用铝材料，由 铝或铝合金制成的相应的部分区域非常容易地制成铝型材或铝板的形式。对于壳体的结构 来讲，由铝制成的、特别的压铸型材或连铸型材简单且有效地使用作为带有高导热性的、简 单且成本低廉的材料。此外在根据本发明的能量存储器的另一个非常适合且有利的设计方案中提出，即 壳体至少部分地填充有导热的浇注材料或导热的油并且密封地封闭。使用电绝缘的、导热 的浇注材料或电绝缘的导热的油确保了，布置在存储器模块中的超级电容-电池彼此电绝 缘以及相对于同样可布置在壳体中的电子组件电绝缘。另外，通过浇注材料或油确保了良 好的导热性能，这是因为可以直接通过热传导来从超级电容-电池的区域中传导热量并且 不必消除绝缘气隙或类似物。因此可以这样设计浇注材料，即将壳体部分或全部地浇注。也 可以考虑引入垫形式的浇注材料。在根据本发明的能量存储器的另一个非常适合且有利的设计方案中，壳体由两个 基本上呈波浪形的或具有相互跟随的凸起的板部件构成，该板部件在纵向侧面上通过U形 型材连接，并且在端面上通过特别是由塑料制成的遮盖件封闭。这种由两个主要呈波浪形 的或具有相互跟随的凸起的薄板或板部件构成的结构相应地是简单且有效的，在薄板或板 部件中引入了彼此有一定的间距的、用于容纳各个超级电容-电池的弓形区域。这种薄板 可以制成为例如由铝或其它金属制成的、按米计算出售的薄板。然后将这些薄板在纵向侧 面上通过两个U形型材相互连接，这同样可以相对简单地实现，这是因为薄板在纵向侧面 上具有能简单并有效地利用U形型材抓住的、平坦的闭合部分。端面基于两个薄板的、彼此面对的型材具有比较复杂的形状，在这些端面上可以随后使用特别由塑料制成的、并且可 以通过压铸工艺简单且成本低廉地生产的遮盖件。以优选的方式和方法可以这样进行安装，即将板部件中的任一个放置在相应的底 座上并在其凸起的区域中布置了相应的超级电容-电池。该超级电容-电池随后会相互连 接并且在一定条件下与布置在壳体区域中的电子装置连接。然后可以从上面放置第二薄 板。然后两块薄板可以在两个纵向侧面上通过U形型材被相互夹紧。对此，在一定条件下 可以使用粘合剂、焊接工艺或类似物，以便将壳体在板和U形型材之间的接缝处密封。然后 可以将壳体架起，并且在一侧连接或粘贴顶盖。然后在另一侧上可以同样安装顶盖，特别在 根据优选的改进方案利用浇注材料或导热的、但电绝缘的油来填充壳体。此外在能量存储器的结构的另一个特别适合且有利的设计方案中提出，即壳体包 括多个超级电容-电池以及至少一个用来为该电池补偿电池电压的电子装置。在该结构中 电子装置集成在每个存储器模块中，该结构显著地简化了存储器模块的结构和电缆布置。 特别地，用来补偿电池电压的、必须设有用于各个电池的接口的电子装置理想地适用于这 种集成，这是因为因此能够节省大量的在通常的结构中除了壳体以外还必须加以引导的电 缆和连接元件。除此之外，在另一个非常适合且有利的结构中设计为，即存储器模块与中央电子 单元一起组合成模块堆。在该结构中各个存储器模块与例如布置在堆叠中间或一侧的中央 电子单元组合在一起，该结构允许了非常简单且紧凑的、在其中可以简单地手动控制和使 用能量存储器的结构。此外在另一个非常适合且有利的设计方案中就此提出，即存储器模块通过电轨道 系统相互电连接。特别当中央电子装置一起集成在堆叠中时，在该结构中能够非常简单且 有效地实现通过轨道系统的导电轨道彼此连接在一起的堆叠。然后该堆叠作为一个整体仅 仅必须通过非常少的外部接口与用于提供功率和/或减少的相应的单元、例如变流器或类 似物连接。此外在另一个非常有利的设计变体中提出，即存储器模块的堆叠包括在至少两个 横向于堆叠方向的方向上敞开的外部壳体。该堆叠在这个设计变体中因此集成在外部壳体 中，这个外部壳体一方面使能量存储器的、作为单元、特别是和集成的中央电子单元的手动 操作简易化。另外，这样设计外部壳体，即在横向于堆叠方向的两个相对的方向上敞开地设 计外部壳体，并因此该外部壳体不会妨碍冷却流体在各个壳体之间的间隙中流通。因此，除 了理想的冷却能力外还获得了非常紧凑且易于手动控制的结构。此外在根据本发明的能量存储器的另一个非常适合且有利的设计方案中现在可 以设置至少一个通风装置，通过通风装置可在壳体之间强制产生流体流。此外，在一个特别 优选的改进方案中设置少于布置在堆叠中的存储器模块的通风装置。与现有技术的结构相 反，因此少量的通风装置(或优选地只有一个通风装置)就足够了，该通风装置可以根据需 要增强壳体之间的冷却流体的流动，或也可以例如在配有能量存储器的混合动力汽车的静 止状态下维持这种流动。根据本发明的能量存储器的结构因此能够实现非常紧凑并且在安装和布线方面 简单且有效的、可理想地实现冷却的结构。这种结构预定了该能量存储器用于根据本发 明的、在车辆，特别是客车中的应用，其中存储器模块的壳体被迎面风和可选的通风装置冷却。以理想的方式和方法也就可以将该结构在车辆或客车的外部区域中使用。特别可以将 其简单且有效地装配在相应的底盘上并且因此可以例如连同变流器一起布置在客车的顶 盖上，以便使用作为这种车辆的混合动力传动系统的能量存储器。
根据本发明的能量存储器的其它有利的设计方案由以下参照附图描述的实施例给出。图中示出图1是存储器模块的一个可能的结构的三维视图；图2是存储器模块的横截面图和纵截面图；和图3是根据本发明的电能量存储器的一个可能的结构。
具体实施例方式在图1的显示中可识别出其整体上在图3中示出的电能量存储器2的存储器模 块1的示例结构的三维视图。存储器模块1包括多个在图2的截面图中可识别出的超级电 容-电池3。如结合图1和图2可识别出的，存储器模块1由两个在侧面基本上呈波浪形的 板部件4构成，这些板部件具有大致呈波浪形的、由相互跟随的凸起5构成的轮廓。在图2 的显示中可详细地识别出该轮廓。该轮廓在这里示出的具体实施例中由四个凸起5组成， 在凸起之间布置了笔直较短的部段6。在笔直的部段的区域中还布置了两个散热片7。然 后两个板部件4这样相对布置，即凸起5分别布置在相同的高度上。在两个凸起5之间因 此能够在朝着凸起5的横向方向上分别容纳一个超级电容-电池3。因而在凸起5的方向 上，如在图2中识别出的那样，可以连续布置多个超级电容-电池3。除了超级电容-电池 3之外还可以将电子模块、特别是用于在各自的存储器模块1的各个超级电容-电池3之间 补偿电池电压的电子装置一起集成在存储器模块1中。板部件4随后通过在最上面一排超级电容-电池3的上面的和在最下面一排超级 电容-电池3的下面的各一个U形型材8连接在一起。该U形型材8可以如同板部件4 一 样以特别简单并且成本低廉的方式由铝制成。对于U形型材8特别可以使用在市场上可以 购买到的铝制挤压型材。也可以将类似的型材用于板部件4。在此，铝合金部件的决定性优 势在于，其在相对低廉的价格的情况下确保了非常良好的导热性。如在图1的显示中可识别出的，存储器模块1相对于外界是密封的。这在前述的 结构中例如通过将板部件4和U形型材8粘贴或焊接实现。在存储器模块1的现在仍敞开 的端面上将板部件通过由塑料简单且成本低廉地制成为例如压铸部件的遮盖件9封闭。因 为遮盖件9具有相对昂贵的造型，所以这种制造工序和由塑料进行生产的方法非常简单并 且有效。基于由铝制成的板部件4，确保了将存储器模块1的足够的热量传导到外面。至今 所描述的和在图1和2中所展示的结构现在因此示出一个单独的存储器模块1，其带有由 板部件4、U形型材8和遮盖件9构成的壳体10。该壳体10现在包括超级电容-电池3以 及在一定条件下在此处未示出的、用来补偿电池电压的电子装置以及在一定条件下其它的 电子组件。为了确保能够从各个超级电容-电池3上将热量理想地传导到壳体10或板部 件4和U形型材8上，可以在装配过程期间或之后并且在最终封闭之前，例如通过第二遮盖件9，或者利用电绝缘且导热良好的、特别也是垫状的浇注材料将壳体部分或全部浇注，或 者利用具有类似的特性的油来填充壳体。填充了油或导热的浇注材料确保了，各个超级电 容-电池3与板部件4和U形型材8导热地连接，并且因此在各个超级电容-电池3和壳 体10之间确保非常良好的热传导性，而不会由于绝缘的空气间隙而可能阻碍热传导。在图3的显示中现在可以识别出，各个存储器模块1与其壳体10 —起堆叠成模块 堆11。存储器模块1的各个壳体10这样相邻地或也上下地堆叠，即这些壳体间隔地相互 堆叠，以便在各个壳体10之间确保用于利用冷却流体流通的、例如通过车辆中的滞止压力 流入的气流或迎面风的空间。基于板部件4的基本上呈波浪形的结构，这些板部件也可以 直接相互堆叠，这是因为在笔直的部段6的区域中和特别在散热片7的区域中，在任何情况 下，即便是在各个壳体10在凸起5的区域中相互接触的情况下空气也能流动。通过散热片 7确保了将热量理想地传导到流动的冷却流体上。在图3中的显示中还可以识别出，模块堆11与作为用于能量存储器2的中央电子 装置的电子单元12共同堆叠成模块堆11。例如，该电子单元12布置在模块堆11的端部， 其同样也可以定位在模块堆11的中心或任意一个其它的位置上。模块堆11的各个存储器 模块1通过一个此处不可视的电轨道系统与中央电子装置12连接。这样确保了更简单且 安全地将模块堆11的各个存储器模块1相互电连接，而无需昂贵的电缆布线或类似物。由 各个存储器模块1和中央电子装置12构成的模块堆11然后由外部壳体13包住，从而构成 可简单地手动控制的电能量存储器。外部壳体13仅仅在模块堆11的四个面上封闭地设计 并且使两个相对的侧面敞开，从而确保冷却流体能够自各个存储器模块1的壳体10之间的 间隙中流过而不被外部壳体13阻挡。在电能量存储器2的这里示出的结构中，电能量存储 器还包括在图3的显示中同样仅仅勾画出的、可选的通风装置14。该通风装置14(在一定 条件下也可能在需要时是多个通风装置，其中非常少的通风装置14特别地已经足够了 )可 以在需要时运转，从而挤压更高体积流量的冷却流体通过存储器模块1的各个壳体10之间 的间隙，并因此通过强制对流改进冷却。在少量的通风装置14的情况下，在任何情况下每 个模块堆11具有的通风装置少于各个存储器模块1的模块堆11。在优选地使用电能量存储器2将车辆、特别是客车的混合动力传动系统中、特别 在制动时所积累的能量进行中间存储时，结构如在图3的显示中可识别出的那样可以这样 构造，即外部壳体13的两个相对敞开的侧面这样布置，从而使迎面风能够相应于通过箭头 15指示的方向进行流通。当迎面风不足以进行冷却时，例如在环境气温较高和/或缓慢行 驶或车辆在静止状态时，则仅仅必须接通可选的通风装置14。根据图3的能量存储器1的 结构和原则上示出的变流器16 —起布置在框架或平台17上。然后该平台例如可以装配在 车辆、特别是客车的车顶盖上。该结构相应简单，并且布线所需的费用很少。相应地，其维 护成本低廉。该结构可以设置在框架或平台17的适合的表面上，不取决于装备该结构的车 辆类型，其中，可以根据预期的存储功率对堆叠的宽度并且进而位于模块堆11中的存储器 模块1的数量实现简单地比例缩放。框架或平台17的底面可以分别匹配于预期的车辆独 特地设计，从而可以使在图3中示出的结构简单且有效地适用于例如不同制造商的不同种 客车的顶盖结构中，而无需改变该结构。这确保了简单且有效地用于对不同种类的车辆或 客车的电能量存储器的大批量生产。
权利要求
1. 一种能量存储器1.1具有多个超级电容-电池；1. 2其中一些所述超级电容-电池分别与一个存储器模块电连接；其中 1. 3每个所述存储器模块布置在一个壳体中；其中1.4各个所述超级电容-电池与所述壳体至少间接地导热接触地布置， 其特征在于，1.5多个所述壳体(10)这样上下地或相邻地堆叠，即流体可流过所述壳体之间的至少 部分区域。
2.根据权利要求1所述的能量存储器，其特征在于，所述壳体(10)在堆叠方向上具有 基本上呈波浪形的或由相互跟随的凸起( 构成的轮廓。
3.根据权利要求1或2所述的能量存储器，其特征在于，所述壳体(10)在所述堆叠方 向上分别包括仅仅一个超级电容-电池(3)。
4.根据权利要求1，2或3所述的装置，其特征在于，所述存储器模块(1)的所述壳体(10)具有导热良好的材料，特别是基于铝的材料。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的能量存储器，其特征在于，所述壳体(10)至少 部分地填充有导热的浇注材料或导热的油并且密封地封闭。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的能量存储器，其特征在于，所述壳体(10)由两 个基本上呈波浪形的或具有所述相互跟随的凸起(5)的板部件(4)构成，所述板部件在纵 向侧面上通过U形型材(8)连接，并且在端面上通过特别是由塑料制成的遮盖件(9)封闭。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的能量存储器，其特征在于，所述壳体(10)包括 多个超级电容-电池(3)以及至少一个用来为所述超级电容-电池(3)补偿电池电压的电 子装置。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的能量存储器，其特征在于，所述存储器模块(1) 与中央电子单元(1 一起组合成模块堆(11)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的能量存储器，其特征在于，所述存储器模块(1) 通过电轨道系统相互电连接。
10.根据权利要求8或9所述的能量存储器，其特征在于，所述存储器模块(1)的所述 模块堆(11)包括在至少两个横向于所述堆叠方向的方向上敞开的外部壳体(13)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的能量存储器，其特征在于，设置至少一个通风 装置(14)，通过所述通风装置可在所述壳体(10)之间强制产生流体流，特别是气流。
12.根据权利要求10所述的能量存储器，其特征在于，设置少于布置在所述模块堆(11)中的所述存储器模块(1)的所述通风装置(14)。
13.一种能量存储装置O)的应用，用于车辆、特别是客车，其中，存储器模块(1)的壳 体(10)由迎面风(15)和可选的通风装置(14)冷却。
全文摘要
本发明涉及一种由多个超级电容-电池构成的能量存储器。一些这种超级电容-电池分别与一个存储器模块电连接。每个存储器模块布置在一个壳体中。各个超级电容-电池与壳体至少间接地导热接触。多个壳体这样上下地或相邻地堆叠，即流体可流过壳体之间的至少部分区域。
文档编号H05K7/20GK102055247SQ20101052331
公开日2011年5月11日 申请日期2010年10月27日 优先权日2009年10月28日
发明者安德烈亚斯·奥斯曼, 沃尔特·劳, 龙尼·格佩费尔特 申请人:沃依特专利有限责任公司