技術領域

本發明涉及包含高功率儲能單元(如超級電容器或超電容或電池)的儲能裝置以及構造和操作這些裝置的方法。尤其地，本發明涉及用于輸送功率以驅動負載(例如驅動車輛或固定裝置)的電源/能量源。

背景技術

超級電容器或超電容是結合了高功率密度和延長的預期壽命的蓄電設備。因此，它們尤其很好地適合于允許頻繁地恢復動能或勢能的應用，如：城市公共汽車、電車、起重機和升降機。某些類型的主要基于鋰的電池單元存在相同的優點。

超級電容器經常與其他能量源結合，該能量源通常被選為提供不同類型的電力。例如，一個源可被設計為提供長期電力(這意味著它能夠隨時間輸送大量的能量，因此是高能量源)，而另一能量源可被設計為提供高的短期電力(在這種情況下，它在有限時間內為高電源)。在例如車輛加速或脈沖負載事件(諸如對緊急狀況的反應)期間，高電源可用來協助高能量源向系統提供電力。高電源可以由超級電容器或任選地某些類型的主要基于鋰的電池單元提供。從WO2009/112069獲悉了可充電儲能設備(例如鋰電池)和包含平衡電路的超級電容器的組合。

增加超級電容器的壽命的一種方法可以是增加它們的尺寸，即對它們進行有余量的設計。這可能是固定電源的可能解決方案，但是成本和尺寸會被增加，并且材料會被不必要的使用。然而，對于可移動的物體，增加尺寸通常導致增加的成本和重量，并且可由于空間限制而被禁止。用于例如車輛的可移動物體，該額外的重量也可減少加速度。

盡管超級電容器的主要優點是其高功率容量，但電源的持續時間和總量由于發熱受到限制，其進而導致電容器的內阻、由高功率造成的大電流以及電容器由應用循環的性質造成的頻繁充放電。根據Arrhenius(阿倫尼斯)定律，溫度升高是減少超級電容器的預期壽命的主要因素。根據Arrhenius定律，溫度每升高10℃，電容器的預期壽命減半。

如WO2012/007290A1中所述，超級電容器的冷卻可以通過殼體加上散熱片和強制通風的設計來實現。然而，雖然改進冷卻具有增加預期壽命(既提高使用壽命又提高循環壽命)的優點，但強制通風會消耗能量并導致系統效率的降低。

發明內容

本發明的目的是提供包含高電力儲能單元(如超級電容器或任選地某些類型的主要基于鋰的電池單元)的替代儲能裝置，和/或構造和操作這些裝置的方法。具體而言，本發明的目的是提供用于遞送電力以驅動負載(例如驅動車輛或固定裝置)的替代電源/能量源。

本發明的實施例涉及針對高電力儲能單元(如超級電容器或超電容或任選地某些類型的主要基于鋰的電池單元)的模塊的設計。本發明的各實施例的優點是通過在運行時保持各高儲能單元冷卻來提供具有良好的壽命和/或循環壽命的儲能裝置。

本發明使用了術語“超級電容器”、“超電容”或“電容器”或任選地某些類型的主要基于鋰的電池單元，并且這些術語通常適用于高電力儲能單元。

因此，本發明的各實施例提供一種儲能裝置，其包括位于模塊中的高電力儲能單元，其中每個模塊存在有限數量的高電力儲能單元(如超級電容器或超電容或電容器或任選地某些類型的主要基于鋰的電池單元)。高電力儲能單元(如超級電容器或超電容或電容器或任選地某些類型的主要基于鋰的電池單元)是雙端子裝置。高電力儲能單元(如超級電容器或超電容或電容器或任選地某些類型的主要基于鋰的電池單元)以以下方式設置：每一高電力儲能單元(如超級電容器或超電容或電容器或任選地某些類型的主要基于鋰的電池單元)至少在一側面上或至少在兩側面上被冷卻表面包圍。該冷卻表面被熱連接到高電力儲能單元(如超級電容器或超電容或電容器或任選地某些類型的主要基于鋰的電池單元)的端子。每個冷卻表面可被熱連接到高電力儲能單元的不同端子。冷卻表面可以通過匯流條(busbar)的延伸部來提供和/或通過模塊殼體的與匯流條的延伸部導熱接觸但不電接觸的一側面或壁提供。因此，匯流條可以具有凸緣形式的延伸部，該凸緣的表面積比攜載電流來往于各高電力儲能單元(如超級電容器或超電容或電容器或任選地某些類型的主要基于鋰的電池單元)的端子所需的表面積要大。該凸緣導熱地但不導電地連接到模塊殼體的側面或壁。在任何情況下，這可具有能夠在多個并行的熱通路中將熱從高電力儲能單元(如超級電容器或超電容或電容器或任選地某些類型的主要基于鋰的電池單元)移除的優點。根據本發明的各模塊可具有兩個或更多個這樣的冷卻表面區域。