BR112015001845B1 - Dispositivo de armazenamento de energia - Google Patents

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Abstract

dispositivo de armazenamento de energia. dispositivo para contatar células de armazenamento de energia elétrica de um armazenador de energia, que são cada uma conectadas em seus pólos a uma placa de circuito impresso via um elemento de contato eletricamente e termicamente condutor, a dita placa de circuito impresso sendo fornecida para separar uma corrente elétrica, recebida pela célula de armazenamento de energia via o elemento de contato, a partir de um fluxo de calor recebido via o elemento de contato.

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um dispositivo de armazenamento de energia para um veículo, e em particular, a um dispositivo para contatar e refrigerar células de armazenamento de energia elétrica do armazenador de energia.
[0002] Em muitas aplicações, é necessário armazenar energia elétrica. Em particular, em veículos tendo um acionamento elétrico ou motor elétrico, é necessário fornecer carga elétrica suficiente e armazenar a referida carga em um armazenador de energia do veículo.
[0003] A figura 1 mostra um armazenador de energia convencional conforme utilizado, por exemplo, em veículos de rua elétricos. No armazenador de energia convencional ilustrado na figura 1, ou conjunto de baterias para automóveis, células de bateria redondas, tipo moeda ou prismática são usadas que tem polos elétricos na parte superior ou inferior. A conexão elétrica abaixo da bateria individual ou células de armazenamento de energia é produzida predominantemente por solda por resistência. Com relação a isto, um polo P das células de armazenamento de energia ESZ é conectado por soldadura em cada ponto, por exemplo, com uma assim chamada tira de Hilumin HB por meio de diversos pontos de soldadura SP em cada caso. A tira de Hilumin HB consiste de Hilumin, ou seja, tira de ferro niquelada por galvanização, e possui uma resistência elétrica maior que partes do alojamento das células de armazenamento de bateria que são soldadas. A resistência elétrica superior da tira de Hilumin HB é necessária para uma corrente de soldadura que segue da tira de Hilumin para o alojamento de bateria da respectiva célula de armazenamento de energia e então retorna para a tira de Hilumin HB e não é diretamente descarregada via a tira de Hilumin HB.
[0004] No dispositivo de armazenamento de energia convencional, conforme ilustrado na figura 1, um fluxo de calor Q» gerado em cada caso a partir de células de armazenamento ESZ é descarregada via superfície periférica da mesma. As células de armazenamento de energia ESZ podem ser refrigeradas, por exemplo, via refrigeração por ar ou liquido. O conjunto de baterias soldado ou as células de armazenamento de energia soldadas são unidos em um alojamento eletricamente não condutor G do dispositivo de armazenamento de energia. A corrente elétrica I, que flui a partir das células de armazenamento de energia, é desviada via os polos P da célula de armazenamento de energia ESZ e os pontos de soldadura SP para a tira de Hilumin HB do dispositivo de armazenamento de energia.
[0005] A tira de Hilumin HB do dispositivo de armazenamento de energia convencional tem uma resistência elétrica mais elevada do que é de outro modo típico em condutores elétricos e, portanto, aumenta a resistência interna total do armazenador de energia convencional ilustrado na figura 1. Além disso, no armazenador de energia convencional da figura 1, um processo de soldagem é necessário em ambos os lados de uma célula de armazenamento de energia ESZ, a fim de contatar as células de armazenamento de energia com a tira de Hilumin HB. O dispositivo de armazenamento de energia convencional, tal como ilustrado na figura 1, requer uma multiplicidade de processos de soldagem durante a produção devido à multiplicidade de células de armazenamento de energia ESZ integradas nele, a fim de produzir o contato para a multiplicidade de células de armazenamento de energia. Portanto, o processo de soldadura para o contato de um conjunto de baterias completo tendo uma multiplicidade de células de armazenamento de energia ESZ é extremamente demorado. Por outro lado, assegurar uma qualidade constante das conexões de solda é tecnicamente complexo. Em adição, a célula pode ser danificada durante o processo de soldagem, devido à penetração de calor para dentro da célula.
[0006] Além disso, o dispositivo de armazenamento de energia convencional, tal como ilustrado na figura 1, é desvantajoso na medida em que o arrefecimento das células de armazenamento de energia ESZ ocorre exclusivamente através das superfícies periféricas das respectivas células de armazenamento de energia ESZ. Como resultado, embora a célula de armazenamento de energia ESZ possa ser arrefecida a partir do exterior, um certo gradiente de temperatura se forma para o interior da célula de armazenamento de energia, ou seja, a temperatura em uma célula de armazenamento de energia ESZ diminui para o exterior, a partir do centro da célula de armazenamento de energia ESZ. Este gradiente de temperatura dentro de uma célula de armazenamento de energia resulta em um desgaste irregular da bateria ou célula de armazenamento de energia ESZ. Não é possível arrefecer o interior da célula de armazenamento de energia da disposição convencional de acordo com a figura 1 uma vez que o arrefecimento não pode ser efetuado através dos contatos de solda. Embora a energia elétrica possa ser dissipada através dos pontos de soldadura, o fluxo de calor que pode ser dissipado através dos pontos de soldadura SP é extremamente baixo em direção à borda exterior do alojamento G.
[0007] É assim um objetivo da presente invenção fornecer um dispositivo para contatar as células de armazenamento elétrico que elimina as desvantagens da disposição convencional, tal como, por exemplo, danos para a célula, devido à penetração do calor durante o processo de soldadura, e fornece refrigeração mais eficaz das células de armazenamento de energia de um armazenador de energia. Além disso, a energia volúmica do armazenador de energia pode ser aumentada uma vez que a densidade de empacotamento das células de armazenamento de energia pode ser aumentada.
[0008] Este objetivo é alcançado de acordo com o invenção por um dispositivo que tem as características descritas na reivindicação 1.
[0009] Por conseguinte, a invenção fornecer um dispositivo para o contatar as células de armazenamento de energia elétrica que são, cada uma, ligadas nos seus polos a uma placa de circuito impresso por meio de um elemento de contato eletricamente e termicamente condutor, a referida placa de circuito impresso sendo fornecida para separar uma corrente elétrica, recebida pela respectiva célula de armazenamento de energia através do elemento de contato, a partir de um fluxo de calor recebido através do elemento de contato.
[0010] O dispositivo de acordo com a invenção oferece assim a vantagem de que o calor produzido nas células de armazenamento de energia não é apenas dissipado através das superfícies periféricas das células de armazenamento de energia, mas, adicionalmente, através de uma grande área através dos elementos de contato termicamente condutores.
[0011] Devido à dissipação central adicional de calor a partir do centro da célula de armazenamento de energia elétrica para os respectivos polos, um gradiente de temperatura dentro da célula de armazenamento de energia é adicionalmente minimizado. O desgaste desigual de células de armazenamento de energia dentro do armazenador de energia é assim impedido.
[0012] Numa concretização possível do dispositivo de acordo com a invenção, fornecidos em ambos os polos da célula de armazenamento de energia elétrica no lado da extremidade estão em cada caso, os elementos de contato planos constituídos por um material flexível entre o respectivo polo da célula de armazenamento de energia elétrica e a respectiva placa de circuito impresso.
[0013] Numa outra concretização possível do dispositivo de acordo com a invenção, os elementos de contato planos são fixamente ligados à célula de armazenamento de energia elétrica ou à placa de circuito impresso. Isto pode ocorrer, por exemplo, por meio de um método de impressão em tela.
[0014] Numa outra concretização possível do dispositivo de acordo com a invenção, os elementos de contato planos são primeiro produzidos no conjunto de baterias completamente montado, em que, antes da montagem, uma massa de endurecimento pastosa é introduzida no espaço intermediário entre uma célula de armazenamento de energia elétrica e placa de circuito impresso.
[0015] Devido à grande área de superfície e baixa espessura do material dos elementos de contato termicamente condutores e a baixa resistência térmica do material do elemento de contato, a resistência térmica dos respectivos elementos de contato planos é baixa, o que significa que o calor é eficazmente desviado para uma grande extensão a partir das células de armazenamento de energia elétrica e as células de armazenamento de energia são assim refrigeradas de forma mais eficaz. Uma vez que os elementos de contato são adicionalmente produzidos a partir de um material flexível, eles também fornecem uma conexão ou contato elétrico resistente a vibrações eficaz. A área de superfície dos elementos de contato é relativamente grande em comparação com o tamanho da célula de armazenamento de energia, em que a dissipação de calor eficaz é promovida.
[0016] Numa possível concretização do dispositivo de acordo com a invenção, as células de armazenamento de energia elétrica são montadas nos seus polos em cada caso, com uma força de contato particular entre duas placas de circuito impresso. Como resultado, um contato elétrico e térmico pode ser assegurado. Além disso, a montagem é vantajosamente simplificada pelo aperto das células de armazenamento de energia do armazenador de energia elétrica entre as placas de circuito impresso.
[0017] Numa possível concretização do dispositivo de acordo com a invenção, a placa de circuito impresso compreende, em cada caso, uma primeira camada eletricamente condutora e de condução de calor que se encontra contra o elemento de contato da respectiva célula de armazenamento de energia, em que a primeira camada da placa de circuito impresso lateralmente descarrega a corrente elétrica que flui através do elemento de contato e transfere o fluxo de calor que flui através do elemento de contato para uma segunda camada condutora de calor da placa de circuito impresso.
[0018] Numa possível concretização do dispositivo de acordo com a invenção, a segunda camada condutora de calor ou termicamente condutora da placa de circuito impresso descarrega o fluxo de calor recebido pela primeira camada da placa de circuito impresso para uma área em torno da célula de armazenamento de energia.
[0019] Numa outra concretização possível, a segunda camada termicamente condutora da placa de circuito impresso emite o fluxo de calor recebido pela primeira camada da placa de circuito impresso para um meio de refrigeração.
[0020] Por lateralmente descarregar a corrente elétrica fornecida pelas células de armazenamento de energia, a carga elétrica fornecida pelas células de armazenamento de energia pode ser simplesmente desviada do armazenador de energia através de contatos elétricos montados lateralmente.
[0021] Numa outra concretização possível do dispositivo de acordo com a invenção, a segunda camada da placa de circuito impresso é eletricamente condutora e está separada da primeira camada eletricamente condutora da placa de circuito impresso por uma camada intermediária eletricamente isolante da placa de circuito impresso.
[0022] Numa possível concretização do dispositivo de acordo com a invenção, a camada intermediária eletricamente isolante da placa de circuito impresso consiste de um material termicamente condutor possuindo uma espessura de material baixa em comparação com as camadas restantes das placas de circuito impresso.
[0023] Numa outra concretização possível do dispositivo de acordo com a invenção, elementos de segurança elétrica para a proteção de sobrecarga são fornecidos na primeira camada eletricamente e termicamente condutora da placa de circuito impresso.
[0024] Numa possível concretização do dispositivo de acordo com a invenção, a placa de circuito impresso é utilizada simultaneamente como um elemento estrutural ou a parede externa do alojamento.
[0025] Numa possível concretização do dispositivo de acordo com a invenção, o armazenador de energia elétrica compreende uma pluralidade de células de armazenamento de energia, que estão ligadas em paralelo num grupo de células de armazenamento de energia. A capacidade de armazenamento de energia elétrica pode ser assim aumentada.
[0026] Numa possível concretização do dispositivo de acordo com a invenção, uma pluralidade de grupos de células de armazenamento de energia, que compreendem cada um as células de armazenamento de energia ligadas em paralelo, são ligados em série no armazenador de energia. Como resultado, a tensão fornecida pelo armazenador de energia elétrica pode ser aumentada.
[0027] Numa possível concretização do dispositivo de acordo com a invenção, os grupos de células de armazenamento de energia ligadas em série do armazenador de energia estão ligados a uma unidade de monitoramento eletrônico em cada caso por meio de linhas de detecção que são fornecidas na placa de circuito impresso, a qual unidade de monitoramento monitora uma tensão elétrica aplicada em cada caso, nos grupos de células de armazenamento de energia do armazenador de energia.
[0028] Devido à progressão da linha de detecção em placa de circuito impresso, que também conduz a corrente ativa, o contato das linhas de sensor nas células de armazenamento de energia pode ser consideravelmente simplificado, sem ter de guiar os cabos adicionais para a unidade de monitoramento eletrônico para este propósito. As linhas de detecção podem ser simplesmente incluídas no layout da placa de circuito impresso. A consequência disso é que o contato separado das linhas de sensores não é necessário e, portanto, complexidade e custos de fabricação do cabeamento são reduzidos significativamente.
[0029] O mesmo também é verdade para as linhas de sensores, tais como, por exemplo, linhas de sensores para os sensores de temperatura.
[0030] Numa possível concretização do dispositivo de acordo com a invenção, um elemento de segurança elétrica para a proteção de sobrecarga é fornecida na ou sobre a primeira camada da placa de circuito impresso para cada grupo de células de armazenamento de energia ou para cada célula de armazenamento de energia individual de um grupo de células de armazenamento de energia. Como resultado, uma célula de armazenamento de energia defeituosa pode ser desligada rapidamente e com confiabilidade com um elemento de segurança elétrica associado a ela, por meio de que os processos mais perigosos dentro de uma célula de armazenamento, o que pode em última análise resultar na célula pegar fogo, são evitados de forma confiável.
[0031] Além disso, mediante a proteção individual de cada célula de armazenamento de energia, no caso de um mau funcionamento de uma célula ou mau funcionamento de uma ou mais células de um possível composto paralelo, a extração de energia é ainda ativada e a capacidade funcional do composto de armazenamento de energia é mantida.
[0032] Numa outra concretização possível do dispositivo de acordo com a invenção, a emissão de calor por uma célula de armazenamento de energia ou por um grupo de células de armazenamento de energia do armazenador de energia é detectada por pelo menos um sensor de temperatura associado que é fornecido na placa de circuito impresso e sinaliza a temperatura detectada para a unidade de monitoramento eletrônico do armazenador de energia. Como resultado, não é mais necessário acomodar os sensores de temperatura dentro do módulo de célula de armazenamento. Além disso, os sensores de temperatura podem ser incluídos na disposição da placa de circuito impresso em contato e fornecidos diretamente na mesma. Como resultado, os custos de produção do armazenador de energia são adicionalmente reduzidos.
[0033] Numa outra concretização possível do dispositivo de acordo com a invenção, resistores de compensação são fornecidos para converter o excesso de carga a partir de células de armazenamento de energia do armazenador de energia em calor, em que o calor produzido pelos resistores de compensação é a saída para a placa de circuito impresso através elemento de contato eletricamente e termicamente condutor. Ao desviar diretamente o calor para o elemento de contato termicamente condutor, uma saída de equilíbrio do armazenador de energia pode ser aumentada consideravelmente e, consequentemente, não tem nenhuma influência sobre a dinâmica de carga do armazenador de energia.
[0034] Numa outra concretização possível do dispositivo de acordo com a invenção, o calor emitido pelos resistores de compensação é uniformemente distribuído através da placa de circuito impresso, que consiste em camadas termicamente condutoras, a fim de pré-aquecer o armazenador de energia, em particular no caso de ambientes de baixas temperaturas. Isto tem a vantagem de que nenhuma condução de calor dedicado tem que ser fornecida por meio de uma fonte de calor, a fim de pré-aquecer o armazenador de energia.
[0035] A invenção proporciona ainda um dispositivo de armazenamento de energia para um veículo que tem as características descritas na reivindicação 15.
[0036] Por conseguinte, a invenção fornece um dispositivo de armazenamento de energia para um veículo que tem um armazenador de energia que compreende uma pluralidade de grupos de células de armazenamento de energia ligados em série, que consistem em células de armazenamento de energia, ligados em paralelo, em que os polos de uma célula de armazenamento de energia são ligados a uma placa de circuito impresso em cada caso por meio de um elemento de contato eletricamente e termicamente condutor, a dita placa de circuito impresso sendo fornecida para separar uma corrente elétrica, recebida pela respectiva célula de armazenamento de energia, através do elemento de contato, a partir de um fluxo de calor recebido através do elemento de contato.
[0037] Possíveis concretizações do dispositivo de acordo com a invenção serão explicadas em mais detalhes a seguir com referência às figuras anexas, em que:
[0038] A figura 1 mostra uma disposição convencional de células de armazenamento de energia;
[0039] A figura 2 mostra uma disposição de células de armazenamento de energia no interior de um armazenador de energia para ilustrar uma concretização exemplar do dispositivo de acordo com a invenção;
[0040] A figura 3 mostra um diagrama esquemático para explicar o modo de funcionamento do dispositivo de acordo com a invenção;
[0041] A figura 4 mostra um diagrama de circuito para explicar uma possível concretização exemplar de um dispositivo de armazenamento de energia de acordo com a invenção;
[0042] As figuras 5A, 5B mostram arranjos de polos sobre uma placa de circuito impresso em uma concretização do dispositivo de armazenamento de energia de acordo com a invenção;
[0043] As figuras 6A, 6B mostram uma possível disposição da placa de circuito impresso em uma concretização do dispositivo de armazenamento de energia de acordo com a invenção;
[0044] As figuras 7A, 7B, 7C ilustram concretizações exemplares de células de armazenamento de energia do dispositivo de armazenamento de energia de acordo com a invenção.
[0045] Como pode ser visto a partir da figura 2, o dispositivo 1 de acordo com a invenção compreende, na concretização exemplificada, ilustrada na figura 2, as células de armazenamento de energia elétrica 1-1, 1-2, em que as células de armazenamento de energia 1-1, 1-2 cada uma tem dois polos elétricos 2, 3. Por exemplo, a primeira célula de armazenamento de energia elétrica 1-1 compreende um primeiro ou positivo polo elétrico 2-1 e um segundo ou negativo polo elétrico 3-1. De um modo idêntico, a segunda célula de armazenamento de energia 1-2 tem um primeiro polo positivo 2-2 e um polo elétrico negativo 3-2. Fornecido em cada um dos dois polos positivos 2-1, 2-2 de células de armazenamento de energia elétrica 1-1, 1-2 está um elemento de contato 4-1, 4-2, como ilustrado na figura 2. Do mesmo modo, um elemento de contato 5-1, 5-2 é fornecido sobre os dois polos negativos 3-1, 3-2, como ilustrado na figura 2. Os elementos de contato 4-1, 4-2, 5-1, 5-2 formam elementos de ligação que compreendem um material de contato elástico que é eletricamente e termicamente condutor e extrai sua deformação elástica, a partir da mudança em uma extensão longitudinal numa direção perpendicular às superfícies de contato dos polos de bateria das células de armazenamento de energia 1-1, 1-2. A superfície de um polo da bateria está completamente ou parcialmente coberta pelo material de contato elástico e fica protegida de entrar em contato com a umidade. Os elementos de contato ou elementos de ligação podem ser aderidos ou fixados de outra maneira. Numa possível concretização, o material de contato elástico dos elementos de contato 4-1, 4-2, 5-1, 5-2 consiste de uma mistura de elastômero e de partículas de metal. Numa possível concretização variante, as partículas de metal têm um revestimento de superfície. Este revestimento de superfície pode ser galvanizado ou não galvanizado. As células de armazenamento de energia 1-1, 1-2 consistem de células de bateria de uma concretização possível. Além disso, as células de armazenamento de energia 1-1, 1-2, também podem ser células de baterias recarregáveis. As células de armazenamento de energia 1-i também podem ser armazenadores de energia físicos, em especial os capacitores. Numa possível concretização, as células de armazenamento de energia 1-1, 1-2 são configuradas cilindricamente e cada uma tem uma superfície periférica (figura 7A mostra uma célula de armazenamento de energia 1- i configurada cilindricamente). As células de armazenamento de energia 1-1, 1-2 podem ser utilizadas, como ilustrado na figura 2, numa estrutura de suporte 6, que consiste, por exemplo, de um material sintético eletricamente isolante. Numa concretização preferida, o material da estrutura de suporte 6 é termicamente condutor, o que significa que o calor presente nas superfícies periféricas das células de armazenamento de energia 1-1, 1-2 pode ser descarregado através da estrutura de suporte 6 como fluxo de calor Qm. De modo a aperfeiçoar a emissão de calor através da superfície periférica, a estrutura de suporte pode transportar um meio de refrigeração (ar, água, etc.). Em uma concretização possível, a estrutura de suporte 6 compreende recessos cilíndricos, no quais células de armazenamento de energia configuradas cilindricamente 1-i podem ser inseridas de uma forma de ajuste personalizado. As células de armazenamento de energia inseridas 1-1, 1-2 são de preferência inseridas na estrutura de suporte 6 de forma substituível. Os elementos de contato superior e inferior 4-1, 4-2 e 5-1, 5-2 são fornecidos nas superfícies de extremidade das células de armazenamento de energia 1-1, 1-2 que formam simultaneamente os polos das células de armazenamento de energia. Estes elementos de contato são eletricamente condutores e também termicamente condutores. No caso da concretização exemplar, ilustrada na figura 2, as células de armazenamento de energia 1-1, 1-2 estão ligadas, de forma eletricamente e termicamente condutora, com uma primeira placa de circuito impresso 7 por meio de elementos de contato superiores 4-1, 4-2 e uma placa de circuito impresso inferior 8 via os elementos de contato inferiores 5-1, 5-2. As placas de circuitos impressos 7, 8 são cada uma, utilizadas para separar a corrente elétrica I, recebida pelas células de armazenamento de energia 1-i por meio de elementos de contato, a partir de um fluxo de calor Q●s recebido através dos elementos de contato. Como pode ser visto na figura 2, um segundo fluxo de calor Q●s flui a partir dos lados de extremidade das células de armazenamento elétrico 1-i, em cada caso, por meio de elementos de contato termicamente condutores 4, 5 das placas de circuito impresso superior e inferior 7, 8. As placas de circuitos impressos 7, 8 são configuradas de tal modo que elas separam uma corrente elétrica I, recebida por uma célula de armazenamento de energia através de um elemento de contato, a partir de um fluxo de calor Q●s recebido através do elemento de contato.
[0046] Com o intuito de separar o fluxo de calor do lado de extremidade Q●s da corrente elétrica I, as duas placas de circuitos impressos 7, 8 são construídas a partir de diferentes camadas na concretização exemplar ilustrada. Isto significa que a placa de circuito impresso superior 7 compreende uma primeira camada condutora de calor e eletricamente condutora 7-1 que se encontra diretamente contra os elementos de contato superiores 4-1, 4-2. Esta primeira camada eletricamente condutora 7-1 lateralmente descarrega a corrente elétrica I que flui através dos elementos de contato 4-1, 4-2, como ilustrado na figura 2. Além disso, a camada eletricamente condutora e termicamente condutora 7-1 transfere o fluxo de calor Q● que flui em cada caso, através dos elementos de contato 4-1, 4-2 para uma segunda camada condutora de calor 7-2 da placa de circuito impresso 7. A segunda camada termicamente condutora 7-2 da placa de circuito impresso 7 emite o fluxo de calor Q●s recebidas pela primeira camada 7-1 até uma área circundante ou para um meio de refrigeração, tal como ilustrado na figura 2. No caso da concretização exemplar ilustrada na figura 2, uma camada intermediária eletricamente isolante 7-3 é localizada entre a primeira camada termicamente e eletricamente condutora 7-1 e a segunda camada termicamente condutora 7-2 da placa de circuito impresso 7, que a camada intermediária é necessária se a segunda camada termicamente condutora 7-2 é eletricamente condutora. A espessura d1 da primeira camada eletricamente e termicamente condutora 7-1 pode estar numa faixa de, por exemplo, 20 a 500 μm. A espessura d2 da segunda camada pelo menos termicamente condutora 7-2 pode ser, por exemplo, numa faixa de, por exemplo 1 a 5 mm, ou seja, a segunda camada termicamente condutora 7-2 da placa de circuito impresso 7 é, numa concretização preferida, mais espessa do que a primeira camada eletricamente e termicamente condutora 7-1 da primeira placa de circuito impresso 7. A camada intermediária 7-3 encontra-se entre as mesmas tem uma espessura d3 que, numa concretização preferida, é relativamente fina, e em que a espessura d3 é menor do que a espessura d1 e a espessura d2 das duas camadas restantes 7-1, 7-2 da placa de circuito impresso 7. A camada intermédia 7-3 consiste de um material eletricamente isolante, que também é termicamente condutor, o que significa que o fluxo de calor Q●s pode fluir através do mesmo, tal como ilustrado na figura 2. Em uma concretização possível, a camada intermediária 7-3 tem uma condutividade térmica de pelo menos 0,1 W/(K.m).
[0047] Como ilustrado na figura 2, a placa de circuito impresso inferior 8 pode ser construída de uma forma idêntica à placa de circuito impresso superior 7. Nesse modo, a primeira camada termicamente e eletricamente condutora 8-1 corresponde à primeira camada 7-1 da placa de circuito impresso superior 7. A segunda camada termicamente condutora 8-2 da placa de circuito impresso inferior 8 corresponde à camada 7-2 da placa de circuito impresso superior 7. A camada intermediária 8-3 eletricamente isolante e, simultaneamente, termicamente condutora da placa de circuito impresso inferior 8 corresponde à camada intermediária 7-3 da placa de circuito impresso superior 7.
[0048] Na concretização exemplar ilustrada na figura 2, as duas placas de circuitos impressos 7, 8 são cada uma construídas a partir de três camadas. Numa concretização alternativa, as duas placas de circuitos impressos 7, 8 compreendem, cada uma, apenas duas camadas, nomeadamente uma camada eletricamente e termicamente condutora 7-1 e uma segunda camada eletricamente isolante, termicamente condutora 7-2 ou 8-2. Esta concretização tem a vantagem de que não há necessidade de fornecer uma camada intermediária, em particular as camadas intermediárias 7-3, 8-3 ilustradas na figura 2. Em contraste, a concretização ilustrada na figura 2 tem a vantagem de que a primeira e segunda camada das duas placas de circuito impresso podem ser produzidas, cada uma, a partir de material eletricamente e termicamente condutor e que são separadas uma da outra por uma camada eletricamente isolante 7-3 ou 8-3. Uma vez que os materiais eletricamente condutores são condutores térmicos geralmente extremamente eficazes simultaneamente, o fluxo de calor Q●s pode ser mais eficazmente emitido a partir da célula para a área circundante em comparação com a concretização de duas camadas.
[0049] Numa possível concretização, o material eletricamente condutor e termicamente condutor, o qual é usado em particular na camada eletricamente condutora e termicamente condutora 7-1 ou 8-1 das duas placas de circuito impresso 7, 8, pode ser um metal e, em particular, cobre, prata ou ouro. As duas camadas 7-2, 8-2 das duas placas de circuito impresso 7, 8 pode consistir, por exemplo, de um material eletricamente condutor e termicamente condutor, de preferência um metal, por exemplo, alumínio, ou um material termicamente condutor e eletricamente isolante, por exemplo, um material sintético. Se as duas camadas 7-2, 8-2 das duas placas de circuitos impressos 7, 8 consistem de um material eletricamente condutor e termicamente condutor, em seguida, uma camada intermediária eletricamente isolante 7-3, 8-3, adicionalmente, é necessária, que a camada intermediária pode consistir, por exemplo, de um material sintético, por exemplo, resina de epóxido, ou um material cerâmico, por exemplo, óxido de alumínio. Os elementos de contato 4-1, 42 ou 5-1, 5-2 consistir, por exemplo, de um elastômero condutor, em particular de silicone. As três camadas 7-1, 7-2, 7-3 da primeira placa de circuito impresso 7 e todas as três camadas 8-1, 8-2 e 8-3 da segunda placa de circuito impresso 8 consistem de um material condutor térmico tendo uma condutividade de preferência mais do que 10 W/(K m). Numa possível concretização, as células de armazenamento de energia 1-i e os elementos de contato flexíveis 4, 5 das mesmas são fixados entre as duas placas de circuito impresso 7, 8 e são, assim, mantidos na estrutura de suporte 6. A força mecânica utilizada para fixar a energia células de armazenamento 1-i e os elementos de contato 4, 5 pode ser realizada de preferência por uma polarização mecânica predefinida. Numa possível concretização, as duas placas de circuitos impressos 7, 8 podem ser mantidas na posição enviesada em relação às células de armazenamento de energia através de uma ligação mecânica adequada, por exemplo, por meio de parafusos ou de adesão. Como ilustrado na figura 2, as células de armazenamento de energia situadas na estrutura de suporte 6 são eletricamente e termicamente ligadas nos seus dois polos às duas placas de circuito impresso 7, 8 por meio de elementos de contato planos. As camadas 7-1, 8-1 das duas placas de circuito impresso 7, 8 são fornecidas para conduzir a corrente entre as células de armazenamento de energia individuais 1-i no compósito de armazenamento de energia. O material base das placas de circuito impresso 7, 8 consiste de um material com uma elevada condutividade térmica semelhante ou comparável à condutividade térmica do metal. Se o material base das duas placas de circuito impresso 7, 8 é eletricamente condutor, a placa de circuito impresso tem uma camada intermediária eletricamente isolante 7-3, 8-3, como ilustrado na concretização exemplar da figura 2. O calor pode ser conduzido com baixa resistividade térmica através do elemento de contato e as duas placas de circuito impresso 7, 8 a partir do interior das células de armazenamento de energia 1-i através das diferentes camadas de placas de circuito impresso 7-8 e emite para fora da área circundante ou para um meio de refrigeração, por exemplo, ar ou água. O fluxo de calor Q●s do lado de extremidade é preferencialmente descarregado nas superfícies de extremidade das células de armazenamento de energia 1-1, 1-2, como ilustrado na figura 2. Como resultado, o calor também é descarregado a partir do interior ou núcleo das células de armazenamento de energia 1-i, o que significa que o gradiente de temperatura entre o interior da célula de armazenamento de energia e a superfície periférica da célula de armazenamento de energia é minimizado. Uma vez que o gradiente de temperatura é minimizado, as diferentes células de armazenamento de energia 1-1, 1-2 dentro do armazenador de energia se desgastam de forma menos desigual. Em adição à descarga do lado da extremidade do fluxo de calor Q●s, de preferência uma descarga de calor lateral, a partir das células de armazenamento de energia 1-i através da superfície periférica do mesmo para a estrutura de suporte termicamente condutora 6, adicionalmente, ocorre, como indicado como fluxo de calor Q●m na figura 2.
[0050] Por conseguinte, na disposição de acordo com a invenção, por um lado, existe uma de descarga de calor Q●s do lado da extremidade através dos elementos de contato termicamente condutores 4, 5, e também uma descarga de calor através das superfícies periféricas das células de armazenamento de energia 1-i para a estrutura de suporte 6 como fluxo de calor Q●m. No total, a quantidade de calor descarregada, é aumentado devido aos dois fluxos de calor diferentes Q●s, Q●m. Isso faz com que as células de armazenamento de energia dentro do armazenador de energia seja refrigerado de forma mais eficiente. Como resultado, a densidade de empacotamento das células de armazenamento de energia 1-i dentro de um armazenador de energia elétrica pode também ser aumentada consideravelmente. As superfícies de contato nos lados de extremidade das células de armazenamento de energia 1-i podem, em uma concretização possível, corresponder a toda a superfície do lado de extremidade da respectiva célula de armazenamento de energia 1-i, o que significa que a superfície de contato é grande tanto para a corrente elétrica I e também para o fluxo de calor Q●s e a resistência térmica elétrica correspondente é baixo.
[0051] Numa possível concretização do dispositivo de acordo com a invenção, as duas camadas exteriores 7-2, 8-2 das duas placas de circuito impresso 7, 8 são substancialmente mais espessas do que as duas camadas remanescentes das respectivas placas de circuito impresso 7, 8. Em uma concretização possível, as camadas exteriores 7-2, 8-2 das duas placas de circuito impresso 7, 8 tem uma espessura de pelo menos 1 mm. Numa possível concretização, isto permite que os recessos ou ranhuras sejam fornecidos em cada uma das superfícies exteriores das camadas exteriores 7-2, 8-2, a fim de aumentar a área da superfície exterior das duas placas de circuito impresso 7, 8. O perfilamento previsto pode ter o efeito de aletas de refrigeração. A resistividade térmica das duas camadas termicamente condutoras 8-2, 7-2 é assim reduzida, o que significa que o fluxo de calor Q●s aumenta e, portanto, mais calor pode ser descarregado a partir das células de armazenamento de energia 1-i.
[0052] Numa outra concretização possível, os canais de refrigeração também podem ser fornecidos nas camadas termicamente condutoras 7-2, 8-2, através dos quais flui um meio de refrigeração para fins de arrefecimento adicionais, o que significa que a resistividade térmica das duas camadas 7-2, 8-2 é adicionalmente reduzida.
[0053] Como pode ilustrado na figura 2, a corrente elétrica I é separada do fluxo de calor Q●s do lado de extremidade pelas placas de circuito impresso por meio da camada eletricamente e termicamente condutora 7-1 ou 8-1, em que a corrente elétrica I é lateralmente descarregada para um contato elétrico. Elementos de segurança elétrica 9-1, 9-2 são fornecidos em cada caso em uma das duas camadas eletricamente e termicamente condutoras 7-1 ou 8-1 das duas placas de circuito impresso 7, 8, tal como ilustrado na figura 2. Numa concretização possível, os elementos de segurança elétrica são fornecidos apenas numa das duas placas de circuito impresso 7, 8, como é o caso na concretização exemplar ilustrada na figura 2. Em uma outra concretização possível, os elementos de segurança elétrica também podem ser fornecidos na parte inferior placa de circuito impresso 8 da camada eletricamente e termicamente condutora 8-1. Os elementos de segurança elétrica 9-1, 9-2 consistem, por exemplo, de fios de ligação finos, um fusível de segurança, um elemento PTC, um elemento semicondutor, ou alguma outra proteção elétrica contra sobrecargas. Os elementos de segurança elétrica 9-i podem ser opcionalmente fornecidos. Numa possível concretização, um elemento de segurança exclusivo é fornecido para cada célula de armazenamento de energia 1-i do armazenador de energia. De forma alternativa, os elementos de segurança 9- i podem também ser fornecidos para um grupo de células de armazenamento de energia, por exemplo, um grupo de células de armazenamento de energia, ligadas em paralelo. Os elementos de segurança 9-i podem consistir, por exemplo, de elementos PTC. Estes desligam a ligação elétrica em caso de uma sobrecarga. Uma outra possibilidade é proteger as células de armazenamento de energia 1-i contra correntes elétricas I excessivas, por meio de fios de ligação finos. Estes fios derretem no caso de uma corrente excessiva e, assim, liberam o contato elétrico da respectiva célula de armazenamento de energia no interior do compósito de armazenamento de energia no presente caso de emergência. Além disso, os elementos de segurança elétrica podem ser formados por SMDs que são soldadas à camada eletricamente e termicamente condutora 7-1 da placa de circuito impresso 7. Além disso, o elemento de segurança elétrica também pode ser formado por uma guia de corrente gravado fornecida sobre a camada 7-1. Esta é aquecida consideravelmente, no caso de uma carga de corrente excessiva, que resulta na fusão de material e o contato elétrico sendo interrompido. Este processo é irreversível, comparável a um fusível de segurança disponível comercialmente.
[0054] Na concretização ilustrada na figura 2, o armazenador de energia compreende um compósito de células de armazenamento de energia 1-i, em que a ligação elétrica das células de armazenamento de energia 1-i umas com as outras é estabelecida através de uma placa de circuito impresso, a qual compreende pelo menos uma camada eletricamente condutora e pelo menos uma camada não condutora. Numa outra concretização, a ligação elétrica das células de armazenamento de energia 1-i umas com as outras é estabelecida através de elementos de ligação formados de metal, que estão em contato com os elementos de contato ou elementos de ligação que consistem de um material de contato elástico.
[0055] Na concretização ilustrada na figura 2, de uma variante das placas de circuito impresso pode compreender seções cônicas nas trilhas da placa de circuito impresso da mesma. Estas seções cônicas são destruídas a um determinado fluxo de corrente através da respectiva seção cônica, o que significa que o contato elétrico é interrompido.
[0056] Uma vantagem da utilização de elementos de contato ou elementos de ligação elásticos é que o material de contato elástico do mesmo amortece as vibrações mecânicas introduzidas no sistema de armazenamento de energia a partir do exterior e as células de armazenamento de energia individuais sofrem acelerações inferiores.
[0057] Na concretização ilustrada na figura 2, os dois polos 2-i, 3-i da célula de armazenamento de energia 1-i são opostos um ao outro. Numa outra concretização, os dois polos 2-i, 3-i da célula de armazenamento de energia 1-i podem estar localizados em um lado.
[0058] A figura 3 mostra um diagrama do circuito elétrico e térmico equivalente para que ilustra um fluxo de corrente elétrica e um fluxo de calor térmico a partir de uma célula de armazenamento de energia 1-i para a área circundante. O fluxo de calor Q●m é descarregado, como ilustrado na figura 3, através da superfície periférica da célula de armazenamento de energia 1-i. O fluxo de calor Q●s é descarregado para a área circundante através da superfície da extremidade da célula de armazenamento de energia 1-i através do elemento de contato termicamente condutor 4 e das camadas termicamente condutoras 7-1, 7-3, 7-2 da placa de circuito impresso 7 superior. No exemplo ilustrado na figura 3, Rs é uma resistência de transferência térmica e Ru é uma resistência de transferência elétrica e Rth representa a resistência térmica do elemento de contato 4 ou de uma camada 7-1, 7-2, 7-3 da placa de circuito impresso superior 7. Como pode ser visto na figura 3, a corrente elétrica I da célula de armazenamento de energia é descarregada a partir da camada eletricamente e termicamente condutora 7-1 da placa de circuito impresso superior 7 e em que a localização é separada do fluxo de calor Q●s. Por meio da disposição de acordo com a invenção, o fluxo de calor Q●m, que flui a partir da célula de armazenamento elétrico 1-i através da superfície periférica do mesmo ou a superfície da extremidade do mesmo, é maximizada a uma corrente elétrica predeterminada a partir da célula com o intuito de manter a carga térmica da respectiva célula de armazenamento de energia 1-i tão baixa quanto possível. Como pode ser visto na figura 3, o fluxo de calor Q● é descarregado na disposição de acordo com a invenção, quer através da superfície periférica M ou através da superfície da extremidade S ou através de ambos, ou seja, da superfície periférica e da superfície de extremidade. A soma das resistências de transferência térmica Rs e das resistências térmicas Rth é preferencialmente minimizada para maximizar o fluxo de calor. A maior parte da energia térmica é produzida no interior da célula de armazenamento de energia 1-i. O calor pode ser guiado de forma mais eficiente a partir do interior da célula de armazenamento de energia 1- i para o exterior por meio da dissipação de calor através das superfícies de extremidade ou de polos das células de armazenamento de energia 1-i, quando a soma das resistências térmicas é inferior, isto é, a soma das resistências térmicas do interior para o polo ou a superfície da extremidade da célula de armazenamento de energia é menor do que a resistência térmica a partir do interior da célula de armazenamento de energia para a superfície periférica da mesma.
[0059] As figuras 7A, 7B, 7C mostram diferentes variações de design de células de armazenamento de energia 1-i. A figura 7A mostra uma célula de armazenamento de energia cilíndrica 1-i com dois polos opostos 2-i, 3-i. A figura 7B mostra uma célula de armazenamento de energia prismática ou cuboide 1-i tendo dois polos 2-i, 3-i em uma superfície de extremidade. A figura 7C mostra uma célula de armazenamento de energia 1-i na forma de uma fenda ou bolsa que é relativamente plana e tem os polos 2-i, 3-i em um lado de extremidade.
[0060] Os elementos de ligação ou de contato 4-i, 5-i podem também ser usados para conectar e vincular dois condutores de transporte de corrente, em que as correntes com uma densidade de corrente de mais de 0,05 A/mm2 pode ser transferida. Portanto, um elemento de ligação também é adequado para a transferência de grandes potências elétricas, por exemplo, também num sistema de encaixe ou terminal de lustre. Assim, a invenção também fornece um sistema de ligação para ligação de dois condutores elétricos, em que um elastômero eletricamente condutor está localizado entre os dois condutores elétricos. Os dois condutores elétricos podem consistir em diferentes materiais, por exemplo, de uma liga de cobre ou de alumínio.
[0061] A figura 4 mostra uma concretização exemplar de um dispositivo de armazenamento de energia 10 de acordo com a invenção que contém um armazenador de energia 11. O armazenador de energia 11 é constituído por uma pluralidade de grupos de células de armazenamento de energia ligadas em série 12a, 12b, que consistem cada um de uma pluralidade de células de armazenamento de energia 1-i ligadas em paralelo. Os grupos de células de armazenamento de energia 12a, 12b, cada um, compreendem três células de armazenamento de energia 1-i ligadas em paralelo, conforme ilustrado na figura 4. Portanto, o primeiro grupo de célula de armazenamento de energia 12a compreende células de armazenamento de energia 1-1a, 1-2a, 1-3a ligadas em paralelo e o segundo grupo de células de armazenamento de energia 12b compreende células de armazenamento de energia 1-1b, 1-2b, 1-3b conectados em paralelo. O número de células de armazenamento de energia 1-i ligado em paralelo dentro de um grupo de células de armazenamento de energia pode variar. Um grupo de células de armazenamento de energia pode incluir mais de duas células de armazenamento de energia. Além disso, o número de grupos de células de armazenamento de energia ligados em série 12a, 12b pode variar, em que, por exemplo, mais do que dois grupos de células de armazenamento de energia podem ser ligados em série um após o outro. Os polos das células de armazenamento de energia 1-i são, cada um, ligados a uma placa de circuito impresso 7, 8 por meio de um elemento de contato termicamente e eletricamente condutor, cuja placa de circuito impresso é fornecida para separar uma corrente elétrica I, recebida pela respectiva célula de armazenamento de energia 1-i através do elemento de contato, a partir de um fluxo de calor Q● recebido através do elemento de contato. Os grupos de células de armazenamento de energia 12a, 12b, ligados em paralelo, do armazenador de energia 11 estão cada um deles ligado a uma unidade de monitoramento eletrônico 13 por meio de linhas de detecção que são fornecidas na placa de circuito impresso. Na concretização exemplificada simples ilustrada na figura 4, dois grupos de células de armazenamento de energia 12a, 12b do armazenador de energia 11 estão ligados à unidade de monitoramento eletrônico 13 por meio de três linhas de detecção 14-1, 14-2, 14-3, qual a unidade de monitoramento é um sistema de gerenciamento de bateria BMS. O número de linhas de detecção 14-i corresponde ao número de grupos de células de armazenamento de energia ligados em série mais 1. As linhas de detecção 14-i se estendem dentro das placas de circuito impresso 7, 8, entre as quais as células de armazenamento de energia 1-i de um grupo de células de armazenamento de energia são presas. Devido à evolução das linhas de detecção dentro das placas de circuito impresso 7, 8, não é necessário fornecer o contato separado das linhas de detecção 14-i com as células de armazenamento de energia e guia de cabos de detecção correspondentes. Como resultado, os custos de fabricação do dispositivo de armazenagem de energia 10, tal como ilustrado na figura 4, podem ser consideravelmente reduzidos. A orientação das linhas de detecção de 14-i dentro das placas de circuito impresso 7, 8 pode ser assegurada por meio de um projeto correspondente no layout da placa de circuito impresso. Em virtude do fato de que o contato de célula ocorre em uma placa de circuito impresso, as linhas de detecção podem ser simplesmente incluídas no layout da placa de circuito impresso. Isso significa que o contato de detecção ou linhas de sensor não é necessário e a linha do sensor 14-i pode ser guiado diretamente para a unidade de monitoramento elétrico 13 via a placa de circuito impresso 7, 8. O mesmo também é verdade para as linhas de sensores, tais como, por exemplo, para as linhas de sensores de temperatura.
[0062] O dispositivo de armazenamento de energia elétrica 10 compreende terminais de ligação 15-1, 15-2 para ligar uma carga elétrica 16. A carga 16 pode ser, por exemplo, um motor elétrico ou um inversor de um veículo. Um elemento de segurança elétrica dedicado para proteção de sobrecarga pode ser fornecido, por exemplo, na primeira camada de placas de circuito impresso 7, 8 para cada célula de armazenamento de energia 1-i do dispositivo de armazenamento de energia 10. Como resultado, os processos ainda mais perigosos, que podem, em última instância resultar em uma célula pegar fogo, que ocorre quando uma célula de armazenamento de energia é defeituosa, pode ser evitada de forma confiável. Por exemplo, um curto-circuito interno dentro de uma célula de armazenamento de energia resulta no elemento de segurança elétrica interrompendo o fluxo de corrente, o que significa que as células de armazenamento de energia, ligadas em paralelo, são evitadas de modo confiável de serem curto-circuitadas através da célula de armazenamento de energia com defeito. Como resultado, uma reação em cadeia é impedida, o que poderia até resultar num incêndio no dispositivo de armazenamento de energia. Além disso, a capacidade funcional do armazenador de energia é preservada.
[0063] O contato e divisão das células de armazenamento de energia 1-i em cadeias em série e paralelo dentro do armazenador de energia 11 ocorrem por meio das placas de circuito impresso 7, 8, que também são utilizadas como um alojamento e, adicionalmente, como elementos de refrigeração. Um elemento de segurança pode ser fornecido individualmente para cada célula de armazenamento de energia 1-i na placa de circuito impresso de contato, o qual elemento de segurança é utilizado como do tipo de proteção elétrica para cada célula de armazenamento de energia individual 1-i. Se ocorrer um mau funcionamento em uma célula de armazenamento de energia 1-i, por exemplo, um curto-circuito elétrico, então este elemento de segurança é acionado e desliga-se a célula de armazenamento de energia em questão. Como resultado, o dispositivo de armazenamento de energia 10, por exemplo, um módulo de bateria, sempre permanece num estado de funcionamento seguro.
[0064] A unidade de monitoramento eletrônico 13 pode adicionalmente monitorar continuamente, através das linhas de detecção, tensões das células de armazenamento de energia 1-i, ligados em paralelo, de um grupo de células de armazenamento de energia 12a, 12b e pode detectar a falha de uma célula de armazenamento de energia, por exemplo, causadas por um curto-circuito interno, utilizando uma queda repentina na tensão na linha de detecção 14-i e podem reagir em conformidade.
[0065] Em uma concretização possível, elementos de comutação são adicionalmente fornecidos no armazenador de energia 11, que são trocados pela unidade de monitoramento eletrônico 13 em resposta a avarias detectadas. Nesta concretização, além dos elementos de segurança elétrica 9- i, interruptores podem ser comutados de modo que as células de armazenamento de energia defeituosas 1-i são desativadas assim que eles se tornam defeituosos.
[0066] Numa possível concretização, o calor emitido pelas células de armazenamento de energia ou um grupo de células de armazenamento de energia do armazenador de energia 12 é detectado por pelo menos um sensor de temperatura associado. O sensor de temperatura pode também ser fornecido nas placas de circuito impresso 7, 8. O sensor de temperatura sinaliza a temperatura detectada da respectiva célula de armazenamento de energia ou grupo de células de armazenamento de energia para a unidade de monitoramento eletrônico 13. Uma vez que o calor das células de armazenamento de energia 1-i é dissipado através dos polos do dispositivo de acordo com a invenção, esses sensores de temperatura podem ser fornecidos na placa de circuito impresso de contato ou placa de circuito impresso e não precisam ser acomodados no interior do módulo de bateria ou armazenador de energia. Como resultado, os custos de fabricação são adicionalmente reduzidos.
[0067] Numa outra concretização possível do dispositivo de armazenamento de energia 10 de acordo com a invenção, resistores de compensação podem adicionalmente ser fornecidos para converter o excesso de carga das células de armazenamento de energia 1-i do armazenador de energia 11 em calor. Os resistores de compensação emitem o calor produzido, assim, para as placas de circuito impresso 7, 8 e são controlados através da unidade de monitoramento 13. Os resistores de compensação são fornecidos para compensar ou equilibrar as células de armazenamento de energia individuais com relação a diferentes cargas elétricas. As diferenças de carga e diferentes tempos de uso das células de armazenamento de energia 1-i podem fazer com que, dentro do armazenador de energia 11, as células de armazenamento de energia conectadas em série 1-i tenham perdas diferentes. Como resultado, a carga elétrica, que pode ser fornecida para as células ligadas em série individuais, varia. As diferenças de carga são compensadas por meio de chamados balanceamentos usando resistores de compensação. O excesso de carga a partir de células de armazenamento de energia individuais 1-i é convertido em calor através dos resistores de compensação. Uma vez que, no caso de armazenadores de energia convencionais, a dissipação de calor pode ocorrer apenas de forma muito limitada, pode ser o caso que em armazenadores de energia convencionais, o procedimento de balanceamento ou compensação não satisfaz a carga instantânea do armazenador de energia e, como um resultado a potência de saída ou a potência de entrada tem que ser restringida.
[0068] No caso do armazenador de energia 11 de acordo com a invenção, a unidade de monitoramento está de preferência montada diretamente sobre o armazenador de energia 11. O calor dos resistores de compensação pode, assim, ser simplesmente emitido para a PCB de contato ou placa de circuito impresso 7, 8. Como resultado, o balanceamento emitido no dispositivo de armazenamento de energia 10 de acordo com a invenção é consideravelmente aumentado e, assim, não tem qualquer influência sobre a dinâmica de carga elétrica do dispositivo de armazenamento de energia 10.
[0069] O calor emitido através dos resistores de compensação é de preferência distribuído uniformemente através das placas de circuito impresso 7, 8, que consistem em camadas termicamente condutoras a fim de pré-aquecer o armazenador de energia 11. O pré-aquecimento ocorre, de preferência a baixa temperatura ambiente. Em baixas temperaturas ambiente, a potência e energia extraíveis das células de armazenamento de energia 1-i diminuem. Portanto, nesta concretização preferida, a baixas temperaturas, o armazenador de energia 11 é pré-aquecido. Em contraste com armazenadores de energia são pré-aquecidos por um aquecedor dedicado, no armazenador de energia 11 de acordo com a invenção pré-aquecimento é realizado por meio dos resistores de compensação, que são fornecidos para a compensação de carga. Uma vez que a distribuição de temperatura sobre os PCB de contato ou placas de circuito impresso 7, 8 é extremamente eficaz, o calor gerado dos resistores de balanceamento ou de compensação é efetivamente distribuído a todas as células de armazenamento de energia 1-i do armazenador de energia 11. Assim, o armazenador de energia 11 é automaticamente pré- aquecido, em particular a temperaturas ambiente baixas, pela qual a potência e energia extraíveis das células de armazenamento de energia 1-i são aumentadas.
[0070] As figuras 5A, 5B mostram um possível arranjo de polo sobre uma placa de circuito impresso, o qual pode ser utilizado no dispositivo de armazenamento de energia ou dispositivo de acordo com a invenção.
[0071] A figura 5A mostra, a título de exemplo, a disposição de polo de uma placa de circuito impresso superior 7 sobre o lado voltado para as células de armazenamento de energia 1-i.
[0072] A figura 5B mostra uma disposição de polo correspondente na placa de circuito impresso inferior 8 no lado voltado para as células de armazenamento de energia 1- i.
[0073] Por meio de uma disposição de polo adequada, uma distribuição de calor uniforme pode ser assistida nos circuitos paralelos eventualmente previstos e entre as placas de circuito impresso 7, 8.
[0074] As figuras 6A, 6B mostram um layout possível da placa de circuito impresso para o arranjo de polo tendo linhas de detecção ou sensores integrados no mesmo para ligação com a unidade de monitoramento eletrônico 13 e para a ligação de sensores de temperatura. Além disso, os furos para os parafusos de montagem do armazenador de energia 11 elétrico são ilustrados.
[0075] O dispositivo de contato de acordo com a invenção pode ser utilizado para alcançar, uma vida útil longa e ótima para o armazenador de energia 11 e um nível elevado de eficiência quando se utiliza o armazenador de energia 11. Utilizando o dispositivo de acordo com a invenção, é possível manter a temperatura de todo o armazenador de energia 11 numa faixa de temperaturas ótima e minimizar os gradientes de temperatura no interior das células de armazenamento de energia 1-i. O dispositivo de acordo com a invenção permite uma ligação térmica de células de armazenamento de energia ou células de bateria em um compósito de armazenamento de energia, em que um fluxo de calor e uma corrente elétrica são conduzidos para o exterior a partir das células de armazenamento de energia 1-i via superfícies de contato eletricamente condutoras das células da bateria. As células de armazenamento de energia 1-i são protegidas contra sobrecargas elétricas por meio de elementos de segurança, através dos quais um fluxo de calor não ocorre. O calor é desviado do interior da célula de armazenamento de energia 1-i através do polo da célula de armazenamento de energia. Além disso, o calor pode ser desviado a partir da película ou periferia externa da célula de armazenamento de energia 1-i. A refrigeração eficiente é conseguida por este meio, em que adicionalmente um gradiente de baixa temperatura do interior para o exterior da célula de armazenamento de energia 1-i é conseguido. Uma vantagem do dispositivo de contato de acordo com a invenção é que proporciona uma grande área de superfície de contato e a resistência elétrica e térmica é reduzida. A flexibilidade dos elementos de contato serve para amortecer as vibrações mecânicas. Além disso, as irregularidades do material podem ser compensadas e o processo de montagem é simplificado. Isto é particularmente importante quando o dispositivo de armazenamento de energia elétrica 10, de acordo com a invenção é fornecido dentro de um veículo. Esta forma de fazer contato, em contraste com uma ligação de contato rígida, também não pode ser danificada por vibrações.
[0076] Numa possível concretização, a unidade de monitoramento elétrico 13 pode sinalizar, por meio das linhas de detecção 14-i, o mau funcionamento ou defeito ocorrendo em células de armazenamento de energia 1-i para uma camada de software superior ou para um condutor. O arranjo ou dispositivo de contato, de acordo com a invenção é um conceito de contato livre de solda e isenta de solda para placas de circuito impresso multifuncionais que significa que os custos de fabricação, quando produzindo armazenadores de energia 11 são significativamente reduzidos. Os elementos de contato elásticos são ligados às placas de circuito impresso 7, 8 de uma forma tipo sanduíche e coerente à superfície. A corrente pode ser conduzida e o calor pode ser transportado para longe através de diferentes camadas das placas de circuito impresso 7, 8. De uma maneira vantajosa, este material compósito também contribui para a estática melhorada da embalagem de células de armazenamento de energia e tem um efeito positivo sobre a densidade de embalagem.
[0077] Ao utilizar o dispositivo de contato de acordo com a invenção, é possível dispensar uma interligação complexa de muitas células de armazenamento de energia comparativamente pequenas para formar compósitos de armazenamento de energia, o que tem um efeito vantajoso sobre a segurança contra incêndio do armazenador de energia e, assim, do correspondente veículo elétrico, em particular devido às baixas correntes de descarga, no caso de células de armazenamento de energia menores. As perdas elétricas são mantidas baixas e, além disso, a temperatura do armazenador de energia 11 é mantida numa faixa de temperatura de trabalho ideal devido ao aumento da vida útil e o grau mais elevado de eficiência do armazenador de energia elétrica 11, de acordo com a invenção. As superfícies de contato nos polos negativos e positivos da célula de armazenamento de energia 1-i garantem um desvio eficiente de calor e permitem uma baixa perda de transferência de energia elétrica e térmica. Um motor elétrico de um veículo pode ser conectado ao armazenador de energia 11, a faixa de cruzeiro do veículo a ser elevado devido ao nível elevado de eficiência do armazenamento de energia 11.
[0078] O dispositivo de armazenamento de energia 10 de acordo com a invenção pode ser instalado em diferentes veículos ou dispositivos portáteis. O dispositivo de armazenamento de energia 10 de acordo com a invenção também pode ser utilizado, por exemplo, como uma fonte de energia para um dispositivo portátil, em particular, para um computador portátil ou terminal móvel, em particular, para um telefone móvel ou semelhante.
[0079] Numa possível concretização do dispositivo de armazenamento de energia 10 de acordo com a invenção, o dispositivo de armazenamento de energia 10 é configurado de uma forma modular, o que significa que nesta concretização diferentes grupos de células de armazenamento de energia 12a, 12b de células de armazenamento de energia, ligadas em paralelo, podem ser montados entre si de uma maneira modular. Além disso, numa concretização possível, as ligações mecânicas para os cartões de circuitos impressos 7, 8 podem ser proporcionados e podem permitir que um conjunto modular de tais grupos de células de armazenamento de energia 12a, 12b.

Claims (14)

1. Dispositivo de armazenamento de energia (10) que contém um armazenamento de energia (11), caracterizado pelo fato de que as células de armazenamento de energia (1-i) do armazenamento de energia (11) são conectadas cada um em seus polos (2-i, 3-i) a uma placa de circuito impresso (7, 8) através de um elemento de contato plano eletricamente e termicamente condutor (4-i, 5-i) feito de um material elástico, cuja placa de circuito impresso é fornecida para separar uma corrente elétrica (I) que flui da respectiva célula de armazenamento de energia (1-i) através do elemento de contato (2-i, 3-i), a partir de um fluxo de calor (Q»s) recebido através do elemento de contato (2-i, 3-i), em que o elemento de contato plano (4-i, 5-i), consistindo de material elástico, retira sua deformação elástica da mudança em uma extensão longitudinal em uma direção perpendicular às superfícies de contato dos polos (2-i, 3-i), em que as placas de circuito impresso (7, 8) compreendem uma primeira camada eletricamente condutora e condutora de calor (7-1, 8-1) que fica contra o elemento de contato (4- i, 5-i), em que a primeira camada (7-1, 8-1) da placa de circuito impresso (7, 8) descarrega lateralmente uma corrente elétrica (I) que flui através do elemento de contato (4-i, 5-i) e transfere um fluxo de calor (Q*s) fluindo através do elemento de contato plano (4-i, 5-i) para uma segunda camada condutora de calor (7-2, 8-2) da placa de circuito impresso (7, 8) que gera o fluxo de calor (Q*s) recebidos da primeira camada (7-1, 8-1) da placa de circuito impresso (7, 8) para uma área circundante ou para um meio de resfriamento, e em que a segunda camada (7-2, 8-2) da placa de circuito impresso (7, 8) é eletricamente condutora e é separada da primeira camada eletricamente condutora (7-1, 8-1) da placa de circuito impresso (7, 8) por uma camada intermediária eletricamente isolante (7-3, 8-3) da placa de circuito impresso (7, 8), em que a camada intermediária eletricamente isolante (7-3, 8-3) da placa de circuito impresso (7, 8) consiste em um material termicamente condutor, em que o elemento de contato plano (4-i, 5-i), respectivamente, fornecido nos dois polos (2-i, 3-i) da célula de armazenamento de energia elétrica (1-i) é fornecido entre o respectivo polo (2-i, 3-i) da célula de armazenamento de energia elétrica (1-i) e a respectiva placa de circuito impresso (7, 8), em que o material elástico dos elementos de contato plano (4-i, 5-i) é um material de contato elástico que consiste em uma mistura de elastômero e partículas de metal ou de um elastômero condutor e conecta elétrica e termicamente dois condutores elétricos sem esses condutores elétricos tocando um ao outro, em que a superfície do respectivo polo (2-i, 3-i) ou de um condutor elétrico é total ou parcialmente protegida contra o contato com a umidade.
2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as células de armazenamento de energia elétrica (1-i) são presas em seus dois polos (2- i, 3-i) entre duas placas de circuito impresso (7, 8).
3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os elementos de contato plano elástico (4-i, 5-i) são conectados de uma maneira ligada à superfície e em forma de sanduíche às placas de circuito impresso (7, 8).
4. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que os elementos de contato planos (4-i, 5-i) são conectados de forma fixa à respectiva célula de armazenamento de energia (1-i) ou conectados de forma fixa à respectiva placa de circuito impresso (7, 8).
5. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que os elementos de contato chatos (4-i, 5-i) são formados por um composto curável pastoso que é introduzido em um espaço intermediário entre a respectiva célula de armazenamento de energia (1-i) e a respectiva placa de circuito impresso (7, 8).
6. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a primeira camada eletricamente condutora e condutora de calor (7-1, 8-1) da placa de circuito impresso (7, 8) também possibilita uma descarga lateral de calor em virtude de um arranjo de polos adequado.
7. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que elementos de segurança elétrica (9-i) ou seções cônicas para proteção contra sobrecarga são fornecidos na ou sobre a primeira camada eletricamente e termicamente condutiva (71, 8- 1) da placa de circuito impresso (7, 8).
8. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o armazenamento de energia elétrica (11) compreende uma pluralidade de células de armazenamento de energia (1-i) que são conectadas em paralelo em um grupo de células de armazenamento de energia (12A, 12B), em que uma pluralidade de grupos de células de armazenamento de energia (12A, 12B), dos quais cada um compreende células de armazenamento de energia (1-i) conectadas em paralelo, são conectadas em série no armazenamento de energia (11) e em que as células de armazenamento de energia (1-i) compreendem sistemas de armazenamento químico ou físico.
9. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que os grupos de células de armazenamento de energia conectados em série (12A, 12B) do armazenamento de energia (11) são conectados a uma unidade de monitoramento eletrônico (13) em cada caso através de linhas de detecção (14-i), fornecidos nas placas de circuito impresso (7, 8), cuja unidade de monitoramento monitora uma tensão elétrica aplicada em cada grupo de células de armazenamento de energia (12A, 12B) do armazenamento de energia (11).
10. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que para cada grupo de células de armazenamento de energia (12A, 12B) ou para cada célula de armazenamento de energia individual (1-i) de um grupo de células de armazenamento de energia (12A, 12B), um elemento de segurança elétrica (9-i) para limitação de corrente é fornecido na ou sobre a primeira camada (7-1, 8-1) da placa de circuito impresso (7, 8).
11. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que a produção de calor por uma célula de armazenamento de energia (1-i) ou por um grupo de células de armazenamento de energia (12A, 12B) do armazenamento de energia (11) é detectada por pelo menos um sensor de temperatura associado, que é fornecido em uma das placas de circuito impresso (7, 8) e transmite a temperatura detectada para a unidade de monitoramento eletrônico (13) da loja de energia (11) através de linhas de sensor na placa de circuito impresso (7, 8).
12. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado pelo fato de que as linhas da corrente ativa, as linhas do sensor e as linhas do sensíveis (14-i) são passadas sobre uma mesma placa de circuito impresso (7, 8).
13. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que são fornecidos resistores de compensação para converter o excesso de carga das células de armazenamento de energia (1- i) do armazenamento de energia (11) em calor e o calor produzido é gerado para as placas de circuito impresso (7, 8) através do elemento de contato condutivo eletricamente e termicamente (4-i, 5-i), em que a saída de calor pelos resistores de compensação é distribuída através das placas de circuito impresso (7, 8), consistindo em camadas condutoras de calor, de maneira uniforme, a fim de pré-aquecer o estoque de energia (11), particularmente no caso de baixa temperatura ambiente.
14. Veículo caracterizado pelo fato de que compreende um dispositivo de armazenamento de energia (10), como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13.
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