电能存储器模块和用于制造电能存储器模块的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电能存储器模块和用于制造电能存储器模块的方法。
【背景技术】
[0002]通常从电能存储器单体获取直流电，或者将直流电输入到所述电能存储器单体中。因此，能量存储器单体的此前已知的结构被设计用于优化所述能量存储器单体的专门的能量密度或功率密度和欧姆内部电阻。
[0003]在电能存储器单体的多种应用中，存储器单体在串联或并联的布置中彼此连接成电池模块，以便调节所希望的初始参数，如总电压、电压范围、内能或功率密度。如果由这种能量存储器单体获得了具有上升的交变分量的电流，则与频率相关地对能量存储器单体的所分配的电感的影响得以上升。能量存储器单体的感应损失由电极、极电路和电极在壳体中的布置的损失贡献的各个分量组成。此外，在kHz范围内的工作频率时，由于趋肤效应，损失可能在承载着电流的区域中出现，以及涡流可能在能导电的面、例如在壳体中出现。
[0004]文献DE 10 2010 035 114 Al例如公开了一种具有多个单体单元的电池单元，所述单体单元分别具有蓄电池单体，所述蓄电池单体通过总线轨而电耦合。
[0005]此外必要的是，在电池单体中设置排气孔，通过所述排气孔能使微粒状物质从电池单体排出。通常，电池单体还通过冷却板来散热。
[0006]文献DE 40 19 462 Al例如公开了一种块状结构方式的铅蓄电池，其中在块盖部中设置排气通道，所述排气通道将从电池单体通过排气孔排出的微粒状物质向外导出。
[0007]存在对由一个或多个能量存储器单体组成的能量存储器模块的要求，所述能量存储器单体在获取高频的交流电方面具有较小的损失，并且由此改善了安装了所述能量存储器单体的系统的效率，此外其中可以优化单体散热以及单体排气。
【发明内容】
[0008]根据一个方面，本发明实现了一种电能存储器模块，其包括至少一个存储器单体叠组，所述存储器单体叠组具有:多个组的第一平坦地平行的能量存储器单体，所述第一能量存储器单体分别具有第一电极元件；平坦地平行于第一能量存储器单体的组设置的、多个组的第二平坦地平行的能量存储器单体，所述第二能量存储器单体分别具有第二电极元件。在这种情况中，第一和第二能量存储器单体的组交替地沿着所述存储器单体叠组的第一延伸方向布置，并且在存储器单体叠组的第一侧面上所述第一电极元件具有与在所述存储器单体叠组的所述侧面上的所述第二电极元件不同的极性。所述能量存储器模块此外包括多个平坦的接触元件，所述接触元件设置在所述存储器单体叠组的侧面上，所述接触元件使相邻组的第一和第二能量存储器单体实现电连接，并且所述接触元件分别横跨所述存储器单体叠组的宽度地基本上与相邻组的第一和第二能量存储器单体的所有第一或第二电极元件进行接触。在这种情况中，所述能量存储器单体在所述存储器单体叠组的沿着延伸方向设置的第二侧面上分别具有排气孔。所述能量存储器模块此外包括排气通道，所述排气通道经由所述能量存储器单体的排气孔沿着所述第二侧面平坦地平行于所述存储器单体叠组地形成，并且所述排气通道设计用于，将从所述能量存储器单体通过所述排气孔排出的微粒状物质从所述存储器单体叠组导出。
[0009]根据另一个方面，本发明实现了一种用于制造电能存储器模块的方法，具有下述步骤:多个组的第一平坦地平行的能量存储器单体和平坦地平行于第一能量存储器单体的组布置的多个组的第二平坦地平行的能量存储器单体沿着所述存储器单体叠组的第一延伸方向交替地布置在至少一个存储器单体叠组中，所述第一能量存储器单体分别具有第一电极元件，所述第二能量存储器单体分别具有第二电极元件，其中在所述存储器单体叠组的侧面上所述第一电极元件具有与在所述存储器单体叠组的侧面上所述第二电极元件不同的极性；相邻组的第一和第二能量存储器单体的基本上所有第一或第二电极元件分别横跨所述存储器单体叠组的宽度地利用多个平坦的接触元件进行接触，所述接触元件设置在所述存储器单体叠组的侧面上，并且所述接触元件使相邻组的第一和第二能量存储器单体实现电连接。在这种情况中，所述能量存储器单体在所述存储器单体叠组的沿着延伸方向设置的第二侧面上分别具有排气孔。在另一步骤中，所述方法包括下述步骤:经由所述能量存储器单体的排气孔沿着所述第二侧面平坦地平行于所述存储器单体叠组来布置排气通道，其中所述排气通道设计用于，将从所述能量存储器单体通过排气孔排出的微粒状物质从所述存储器单体叠组导出。
[0010]本发明的优点
本发明的构思是，由于在能量存储器模块内部和/或在其壳体中在操控电能存储器模块时出现的涡流而引起的损失利用具有尽可能小的内部单体电感的能量存储器模块的适合的内部结构来降低，并且同时确保了优化的排气和散热。为此，所述电能存储器模块的能量存储器单体以适合的方式如此布置，使得一方面必要的、引导电流的导体元件的总长度并且另一方面在各个被连接的能量存储器单体和壳体部分之间的接触过渡部的数量得以最小化。在能量存储器单体叠组的侧面上，在沿着所述侧面延伸的排气通道中收集从能量存储器单体排出的气体，并且向外导出所述气体。
[0011]显著优点在于，特别是在从能量存储器模块获取高频交流电时可以使得所述损失能量得以显著降低。特别是在具有集成的变频器、所谓的电池直接变频器(“batterydirect inverter”，BDI)的电池系统中一其中快速地变换经由电池模块的电流流通以用于改变电流电压一非常有利的是损失能量的降低。
[0012]另一种优点在于，通过下述方式改善了这种能量存储器模块的短时间动力特性:使能量存储器单体根据负载变换的能量输出或载荷输出的延迟得以最小化。由此能以有利的方式省略其它可能的补偿构件、例如缓冲电容器，这一点可以使得装入能量存储器单体或能量存储器模块的构件的结构空间要求以及制造成本得以降低。
[0013]此外，由于通过所述能量存储器单体避免了电感的损失分量，所以可以改善电磁的兼容性(EMV)，这是因为减少了所查明的电磁场并且可以降低对相邻电子元件的干扰影响。此外，尽可能降低例如由于趋肤效应而引起的欧姆损失，这一点有利地随着提高的效率和较小的变热而出现。
[0014]同时优点在于，通过平坦的气体收集管道而优化的气体排放。这一点减小了整个系统的结构高度。有利地，在形成极触头时所述排气通道不会妨碍，从而不必在一方面较小的模块电感和另一方面优化的排气之间进行权衡。
[0015]通过整个结构，此外在将冷却板设置在所述存储器单体叠组的自由的侧面上时能实现优化的散热。
[0016]根据一种实施方式，根据本发明的能量存储器模块此外可以包括:第一平坦的极触头，所述第一极触头与在所述存储器单体叠组的第一端面上布置的第一能量存储器单体的组的第一电极元件进行电接触；第二平坦的极触头，所述第二极触头与在所述存储器单体叠组的第二端面上布置的第二能量存储器单体的组的第二电极元件进行电接触，其中所述第一平坦的极触头和所述第二平坦的极触头彼此平行地沿着所述存储器单体叠组的侧面进行引导。
[0017]替代地，根据本发明的能量存储器模块可以包括两个在侧面上彼此邻近的存储器单体叠组，所述存储器单体叠组分别具有第一平坦地平行的能量存储器单体的组和第二平坦地平行的能量存储器单体的组。
[0018]在此，根据本发明的能量存储器模块此外可以包括:第一平坦的极触头，所述第一极触头与在第一存储器单体叠组的端面上布置的第一能量存储器单体的组的第一电极元件进行电接触；以及第二平坦的极触头，所述第二极触头与在第二存储器单体叠组的端面上布置的第一能量存储器单体的组的第一电极元件进行电接触，其中所述第一平坦的极触头和所述第二平坦的极触头彼此平行地布置在所述两个存储器单体叠组之间。
[0019]根据另一种实施方式，根据本发明的能量存储器模块此外可以包括绝缘层，所述绝缘层布置在所述第一平坦的极触头和所述第二平坦的极触头之间以使所述极触头实现电绝缘。
[0020]按照根据本发明的能量存储器模块的另一种实施方式，所述绝缘层可以设计成一种具有高介电常数的电介质层，其在所述极触头之间形成了低电感的电容式的路径。这一点能进一步降低所述能量存储器模块的模块电感。
[0021]按照根据本发明的能量存储器模块的另一种实施方式，所述能量存储器模块此外可以包括冷却板，所述冷却板平坦地平行地沿着所述存储器单体叠组的与所述第二侧面对置的第三侧面来设置，并且所述冷却板被设计用于，将在运行所述能量存储器单体时产生的废热从所述能量存储器模块排出。通过所述冷却板还能非常好地对能量存储器模块的金属导体进行散热。
[0022]在一种有利的实施方式中，所述冷却板可以凸出于所述存储器单体叠组的至少一个端面。在凸出于所述存储器单体叠组的端面的区段上可以设置功率电子组件。由此，所述冷却板可以承担双功能，并且同时还承担用于能量存储器模块的切换元件和驱动电路，例如在用于电驱动系统的电池直接变频器电路中。
[0023]根据另一种实施方式，根据本发明的能量存储器模块此外可以包括壳体，所述壳体包围第一平坦地平行的能量存储器单体的组、第二平坦地平行的能量存储器单体的组和多个接触元件。在这种情况中，所述壳体可以由不能导电的或仅能较少导电的材料制成。
[0024]按照根据本发明的能量存储器模块的另一种实施方式，所述排气通道可以完全覆盖所述存储器单体叠组的第二侧面。这一点能够在流体横截面相同时实现排气通道的非常平坦的几何结构，由此可以使能量存储器模块的总结构高度最小化。
[0025]在一种有利的实施方式中，所述排气通道可以由金属材料制成。
[0026]按照根据本发明的方法的一