[实用新型]包括高电力储能单元的模块及包括该模块的储能装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及包含高功率储能单元(如超级电容器或超电容或电池)的模块以及包括这样的模块的储能装置。尤其地，本实用新型涉及用于输送功率以驱动负载(例如驱动车辆或固定装置)的电源/能量源。

背景技术

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锂的电池单元存在相同的优点。

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(这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(在这种情况下，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。高电源可以由超级电容器或任选地某些类型的主要基于锂的电池单元提供。从WO2009/112069获悉了可充电储能设备(例如锂电池)和包含平衡电路的超级电容器的组合。

增加超级电容器的寿命的一种方法可以是增加它们的尺寸，即对它们进行有余量的设计。这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。

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以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，温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，温度每升高10℃，电容器的预期寿命减半。

如WO2012/007290A1中所述，超级电容器的冷却可以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

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锂的电池单元)的模块以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以驱动负载(例如驱动车辆或固定装置)的替代电源/能量源。

本实用新型的实施例涉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锂的电池单元)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。

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锂的电池单元，并且这些术语通常适用于高电力储能单元。

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锂的电池单元)。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锂的电池单元)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锂的电池单元)以以下方式设置：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锂的电池单元)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锂的电池单元)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。冷却表面可以通过汇流条(busbar)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，汇流条可以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锂的电池单元)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，这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锂的电池单元)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这样的冷却表面区域。