電能存儲(chǔ)器模塊和用于制造電能存儲(chǔ)器模塊的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電能存儲(chǔ)器模塊和用于制造電能存儲(chǔ)器模塊的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通常從電能存儲(chǔ)器單體獲取直流電，或者將直流電輸入到所述電能存儲(chǔ)器單體中。因此，能量存儲(chǔ)器單體的此前已知的結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)用于優(yōu)化所述能量存儲(chǔ)器單體的專(zhuān)門(mén)的能量密度或功率密度和歐姆內(nèi)部電阻。
[0003]在電能存儲(chǔ)器單體的多種應(yīng)用中，存儲(chǔ)器單體在串聯(lián)或并聯(lián)的布置中彼此連接成電池模塊，以便調(diào)節(jié)所希望的初始參數(shù)，如總電壓、電壓范圍、內(nèi)能或功率密度。如果由這種能量存儲(chǔ)器單體獲得了具有上升的交變分量的電流，則與頻率相關(guān)地對(duì)能量存儲(chǔ)器單體的所分配的電感的影響得以上升。能量存儲(chǔ)器單體的感應(yīng)損失由電極、極電路和電極在殼體中的布置的損失貢獻(xiàn)的各個(gè)分量組成。此外，在kHz范圍內(nèi)的工作頻率時(shí)，由于趨膚效應(yīng)，損失可能在承載著電流的區(qū)域中出現(xiàn)，以及渦流可能在能導(dǎo)電的面、例如在殼體中出現(xiàn)。
[0004]文獻(xiàn)DE 10 2010 035 114 Al例如公開(kāi)了一種具有多個(gè)單體單元的電池單元，所述單體單元分別具有蓄電池單體，所述蓄電池單體通過(guò)總線軌而電耦合。
[0005]此外必要的是，在電池單體中設(shè)置排氣孔，通過(guò)所述排氣孔能使微粒狀物質(zhì)從電池單體排出。通常，電池單體還通過(guò)冷卻板來(lái)散熱。
[0006]文獻(xiàn)DE 40 19 462 Al例如公開(kāi)了一種塊狀結(jié)構(gòu)方式的鉛蓄電池，其中在塊蓋部中設(shè)置排氣通道，所述排氣通道將從電池單體通過(guò)排氣孔排出的微粒狀物質(zhì)向外導(dǎo)出。
[0007]存在對(duì)由一個(gè)或多個(gè)能量存儲(chǔ)器單體組成的能量存儲(chǔ)器模塊的要求，所述能量存儲(chǔ)器單體在獲取高頻的交流電方面具有較小的損失，并且由此改善了安裝了所述能量存儲(chǔ)器單體的系統(tǒng)的效率，此外其中可以?xún)?yōu)化單體散熱以及單體排氣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種電能存儲(chǔ)器模塊，其包括至少一個(gè)存儲(chǔ)器單體疊組，所述存儲(chǔ)器單體疊組具有:多個(gè)組的第一平坦地平行的能量存儲(chǔ)器單體，所述第一能量存儲(chǔ)器單體分別具有第一電極元件；平坦地平行于第一能量存儲(chǔ)器單體的組設(shè)置的、多個(gè)組的第二平坦地平行的能量存儲(chǔ)器單體，所述第二能量存儲(chǔ)器單體分別具有第二電極元件。在這種情況中，第一和第二能量存儲(chǔ)器單體的組交替地沿著所述存儲(chǔ)器單體疊組的第一延伸方向布置，并且在存儲(chǔ)器單體疊組的第一側(cè)面上所述第一電極元件具有與在所述存儲(chǔ)器單體疊組的所述側(cè)面上的所述第二電極元件不同的極性。所述能量存儲(chǔ)器模塊此外包括多個(gè)平坦的接觸元件，所述接觸元件設(shè)置在所述存儲(chǔ)器單體疊組的側(cè)面上，所述接觸元件使相鄰組的第一和第二能量存儲(chǔ)器單體實(shí)現(xiàn)電連接，并且所述接觸元件分別橫跨所述存儲(chǔ)器單體疊組的寬度地基本上與相鄰組的第一和第二能量存儲(chǔ)器單體的所有第一或第二電極元件進(jìn)行接觸。在這種情況中，所述能量存儲(chǔ)器單體在所述存儲(chǔ)器單體疊組的沿著延伸方向設(shè)置的第二側(cè)面上分別具有排氣孔。所述能量存儲(chǔ)器模塊此外包括排氣通道，所述排氣通道經(jīng)由所述能量存儲(chǔ)器單體的排氣孔沿著所述第二側(cè)面平坦地平行于所述存儲(chǔ)器單體疊組地形成，并且所述排氣通道設(shè)計(jì)用于，將從所述能量存儲(chǔ)器單體通過(guò)所述排氣孔排出的微粒狀物質(zhì)從所述存儲(chǔ)器單體疊組導(dǎo)出。
[0009]根據(jù)另一個(gè)方面，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種用于制造電能存儲(chǔ)器模塊的方法，具有下述步驟:多個(gè)組的第一平坦地平行的能量存儲(chǔ)器單體和平坦地平行于第一能量存儲(chǔ)器單體的組布置的多個(gè)組的第二平坦地平行的能量存儲(chǔ)器單體沿著所述存儲(chǔ)器單體疊組的第一延伸方向交替地布置在至少一個(gè)存儲(chǔ)器單體疊組中，所述第一能量存儲(chǔ)器單體分別具有第一電極元件，所述第二能量存儲(chǔ)器單體分別具有第二電極元件，其中在所述存儲(chǔ)器單體疊組的側(cè)面上所述第一電極元件具有與在所述存儲(chǔ)器單體疊組的側(cè)面上所述第二電極元件不同的極性；相鄰組的第一和第二能量存儲(chǔ)器單體的基本上所有第一或第二電極元件分別橫跨所述存儲(chǔ)器單體疊組的寬度地利用多個(gè)平坦的接觸元件進(jìn)行接觸，所述接觸元件設(shè)置在所述存儲(chǔ)器單體疊組的側(cè)面上，并且所述接觸元件使相鄰組的第一和第二能量存儲(chǔ)器單體實(shí)現(xiàn)電連接。在這種情況中，所述能量存儲(chǔ)器單體在所述存儲(chǔ)器單體疊組的沿著延伸方向設(shè)置的第二側(cè)面上分別具有排氣孔。在另一步驟中，所述方法包括下述步驟:經(jīng)由所述能量存儲(chǔ)器單體的排氣孔沿著所述第二側(cè)面平坦地平行于所述存儲(chǔ)器單體疊組來(lái)布置排氣通道，其中所述排氣通道設(shè)計(jì)用于，將從所述能量存儲(chǔ)器單體通過(guò)排氣孔排出的微粒狀物質(zhì)從所述存儲(chǔ)器單體疊組導(dǎo)出。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明的構(gòu)思是，由于在能量存儲(chǔ)器模塊內(nèi)部和/或在其殼體中在操控電能存儲(chǔ)器模塊時(shí)出現(xiàn)的渦流而引起的損失利用具有盡可能小的內(nèi)部單體電感的能量存儲(chǔ)器模塊的適合的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)降低，并且同時(shí)確保了優(yōu)化的排氣和散熱。為此，所述電能存儲(chǔ)器模塊的能量存儲(chǔ)器單體以適合的方式如此布置，使得一方面必要的、引導(dǎo)電流的導(dǎo)體元件的總長(zhǎng)度并且另一方面在各個(gè)被連接的能量存儲(chǔ)器單體和殼體部分之間的接觸過(guò)渡部的數(shù)量得以最小化。在能量存儲(chǔ)器單體疊組的側(cè)面上，在沿著所述側(cè)面延伸的排氣通道中收集從能量存儲(chǔ)器單體排出的氣體，并且向外導(dǎo)出所述氣體。
[0011]顯著優(yōu)點(diǎn)在于，特別是在從能量存儲(chǔ)器模塊獲取高頻交流電時(shí)可以使得所述損失能量得以顯著降低。特別是在具有集成的變頻器、所謂的電池直接變頻器(“batterydirect inverter”，BDI)的電池系統(tǒng)中一其中快速地變換經(jīng)由電池模塊的電流流通以用于改變電流電壓一非常有利的是損失能量的降低。
[0012]另一種優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)下述方式改善了這種能量存儲(chǔ)器模塊的短時(shí)間動(dòng)力特性:使能量存儲(chǔ)器單體根據(jù)負(fù)載變換的能量輸出或載荷輸出的延遲得以最小化。由此能以有利的方式省略其它可能的補(bǔ)償構(gòu)件、例如緩沖電容器，這一點(diǎn)可以使得裝入能量存儲(chǔ)器單體或能量存儲(chǔ)器模塊的構(gòu)件的結(jié)構(gòu)空間要求以及制造成本得以降低。
[0013]此外，由于通過(guò)所述能量存儲(chǔ)器單體避免了電感的損失分量，所以可以改善電磁的兼容性(EMV)，這是因?yàn)闇p少了所查明的電磁場(chǎng)并且可以降低對(duì)相鄰電子元件的干擾影響。此外，盡可能降低例如由于趨膚效應(yīng)而引起的歐姆損失，這一點(diǎn)有利地隨著提高的效率和較小的變熱而出現(xiàn)。
[0014]同時(shí)優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)平坦的氣體收集管道而優(yōu)化的氣體排放。這一點(diǎn)減小了整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)高度。有利地，在形成極觸頭時(shí)所述排氣通道不會(huì)妨礙，從而不必在一方面較小的模塊電感和另一方面優(yōu)化的排氣之間進(jìn)行權(quán)衡。
[0015]通過(guò)整個(gè)結(jié)構(gòu)，此外在將冷卻板設(shè)置在所述存儲(chǔ)器單體疊組的自由的側(cè)面上時(shí)能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的散熱。
[0016]根據(jù)一種實(shí)施方式，根據(jù)本發(fā)明的能量存儲(chǔ)器模塊此外可以包括:第一平坦的極觸頭，所述第一極觸頭與在所述存儲(chǔ)器單體疊組的第一端面上布置的第一能量存儲(chǔ)器單體的組的第一電極元件進(jìn)行電接觸；第二平坦的極觸頭，所述第二極觸頭與在所述存儲(chǔ)器單體疊組的第二端面上布置的第二能量存儲(chǔ)器單體的組的第二電極元件進(jìn)行電接觸，其中所述第一平坦的極觸頭和所述第二平坦的極觸頭彼此平行地沿著所述存儲(chǔ)器單體疊組的側(cè)面進(jìn)行引導(dǎo)。
[0017]替代地，根據(jù)本發(fā)明的能量存儲(chǔ)器模塊可以包括兩個(gè)在側(cè)面上彼此鄰近的存儲(chǔ)器單體疊組，所述存儲(chǔ)器單體疊組分別具有第一平坦地平行的能量存儲(chǔ)器單體的組和第二平坦地平行的能量存儲(chǔ)器單體的組。
[0018]在此，根據(jù)本發(fā)明的能量存儲(chǔ)器模塊此外可以包括:第一平坦的極觸頭，所述第一極觸頭與在第一存儲(chǔ)器單體疊組的端面上布置的第一能量存儲(chǔ)器單體的組的第一電極元件進(jìn)行電接觸；以及第二平坦的極觸頭，所述第二極觸頭與在第二存儲(chǔ)器單體疊組的端面上布置的第一能量存儲(chǔ)器單體的組的第一電極元件進(jìn)行電接觸，其中所述第一平坦的極觸頭和所述第二平坦的極觸頭彼此平行地布置在所述兩個(gè)存儲(chǔ)器單體疊組之間。
[0019]根據(jù)另一種實(shí)施方式，根據(jù)本發(fā)明的能量存儲(chǔ)器模塊此外可以包括絕緣層，所述絕緣層布置在所述第一平坦的極觸頭和所述第二平坦的極觸頭之間以使所述極觸頭實(shí)現(xiàn)電絕緣。
[0020]按照根據(jù)本發(fā)明的能量存儲(chǔ)器模塊的另一種實(shí)施方式，所述絕緣層可以設(shè)計(jì)成一種具有高介電常數(shù)的電介質(zhì)層，其在所述極觸頭之間形成了低電感的電容式的路徑。這一點(diǎn)能進(jìn)一步降低所述能量存儲(chǔ)器模塊的模塊電感。
[0021]按照根據(jù)本發(fā)明的能量存儲(chǔ)器模塊的另一種實(shí)施方式，所述能量存儲(chǔ)器模塊此外可以包括冷卻板，所述冷卻板平坦地平行地沿著所述存儲(chǔ)器單體疊組的與所述第二側(cè)面對(duì)置的第三側(cè)面來(lái)設(shè)置，并且所述冷卻板被設(shè)計(jì)用于，將在運(yùn)行所述能量存儲(chǔ)器單體時(shí)產(chǎn)生的廢熱從所述能量存儲(chǔ)器模塊排出。通過(guò)所述冷卻板還能非常好地對(duì)能量存儲(chǔ)器模塊的金屬導(dǎo)體進(jìn)行散熱。
[0022]在一種有利的實(shí)施方式中，所述冷卻板可以凸出于所述存儲(chǔ)器單體疊組的至少一個(gè)端面。在凸出于所述存儲(chǔ)器單體疊組的端面的區(qū)段上可以設(shè)置功率電子組件。由此，所述冷卻板可以承擔(dān)雙功能，并且同時(shí)還承擔(dān)用于能量存儲(chǔ)器模塊的切換元件和驅(qū)動(dòng)電路，例如在用于電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電池直接變頻器電路中。
[0023]根據(jù)另一種實(shí)施方式，根據(jù)本發(fā)明的能量存儲(chǔ)器模塊此外可以包括殼體，所述殼體包圍第一平坦地平行的能量存儲(chǔ)器單體的組、第二平坦地平行的能量存儲(chǔ)器單體的組和多個(gè)接觸元件。在這種情況中，所述殼體可以由不能導(dǎo)電的或僅能較少導(dǎo)電的材料制成。
[0024]按照根據(jù)本發(fā)明的能量存儲(chǔ)器模塊的另一種實(shí)施方式，所述排氣通道可以完全覆蓋所述存儲(chǔ)器單體疊組的第二側(cè)面。這一點(diǎn)能夠在流體橫截面相同時(shí)實(shí)現(xiàn)排氣通道的非常平坦的幾何結(jié)構(gòu)，由此可以使能量存儲(chǔ)器模塊的總結(jié)構(gòu)高度最小化。
[0025]在一種有利的實(shí)施方式中，所述排氣通道可以由金屬材料制成。
[0026]按照根據(jù)本發(fā)明的方法的一