用于交通工具的结构构件制造技术

一种用于交通工具、尤其航空器或航天器的结构构件，结构构件具有纤维复合层压件，纤维复合层压件包括：电能量储存器，电能量储存器作为多层的电化学纤维复合电池被设计成用于以可重复充电的方式储存电能；以及电热温度调节层，电热温度调节层被设计成为了调节温度而根据需要将热能供应到电能量储存器以及从电能量储存器排出热能；其中结构构件还包括控制装置，控制装置被设计成用于借助电热温度调节层来控制对电能量储存器的温度调节。层来控制对电能量储存器的温度调节。层来控制对电能量储存器的温度调节。

Structural members for vehicles

【技术实现步骤摘要】
用于交通工具的结构构件


[0001]本专利技术涉及一种用于交通工具、尤其航空器或航天器的结构构件。本专利技术还涉及一种具有这样的结构构件的航空器或航天器。

技术介绍

[0002]尽管可以在各式各样的应用中使用，但是将参照乘用飞行器对本专利技术及本专利技术所基于的问题进行详细解释。然而所述方法和装置同样可以用于各种交通工具和交通运输行业的所有领域，例如用于道路交通工具、轨道交通工具、航空器和水上交通工具。
[0003]最近，尤其在航空领域中，为了减轻重量而越来越多地提出将电能量储存器并入到飞行器的纤维复合结构中，例如其方式为：由功能多层层压件构建电化学电池单体，然后将电化学电池单体材料配合地整合到飞行器构件的分层纤维复合结构中。对于结构复合电池(例如锂离子电池单体)，碳纤维由于其机械特性并且锂离子容易嵌入而适合于作为电极。碳纤维具有高刚度和强度，这提供了机械增强和对于进出电池单元的电子传输而言有利的导电特性。作为用于在电极之间传输离子的分隔部，可以使用聚合物，以便粘合纤维并且形成复合电池。因此，例如文献EP 2 852 990 B1描述了这样的电池单体在不同的结构构件中的制造和应用。
[0004]在电池的这种结构整合的过程中还出现的问题是，如何能够对电池进行对于电池的尽可能高效的运行而言必需的主动温度调节。尤其在航空和航天领域中由于运行温度或环境温度强烈波动，这一点至关重要。
[0005]这些文献(即，Leijonmarck等人的“Solid polymer electrolyte
‑<br/>coated carbon fibres for structural and novel micro batteries(用于结构和新型微电池的固体聚合物电解质涂层碳纤维)”，复合材料科学与技术，2013年第89期第149至157页，以及Asp等人的“REALISATION OF STRUCTURAL BATTERY COMPOSITE MATERIALS(结构电池复合材料的实现)”，第20届复合材料国际会议，哥本哈根，2015年7月19日至24日)描述了涂层碳纤维在结构电池中的使用。碳纤维具有借助电化学浴施加的几百纳米厚度的固体聚合物电解质涂层(典型的碳纤维直径为约6微米至7微米)。该涂层尤其电绝缘地起作用，其中纤维直径由于涂层而仅增大了大约一微米。这样的涂层可以承受几百摄氏度的温度。

技术实现思路

[0006]在此背景下，本专利技术的目的在于，找到一种针对对交通工具结构中的结构电池进行温度调节的特别简单且轻量的解决方案。
[0007]根据本专利技术，该目的通过一种具有权利要求1所述特征的结构构件并且通过一种具有权利要求11所述特征的航空器或航天器来实现。
[0008]因此，提供一种用于交通工具、尤其航空器或航天器的结构构件。所述结构构件具有纤维复合层压件。所述纤维复合层压件包括：电能量储存器，所述电能量储存器作为多层的电化学纤维复合电池被设计成用于以可重复充电的方式储存电能；以及电热温度调节
层，所述电热温度调节层被设计成为了调节温度而根据需要将热能供应到所述电能量储存器以及从所述电能量储存器排出热能。所述结构构件还包括控制装置，所述控制装置被设计成用于借助所述电热温度调节层来控制对所述电能量储存器的温度调节。
[0009]此外，提供一种具有根据本专利技术的结构构件的航空器或航天器。
[0010]本专利技术所基于的基本思想是将主动的加热层和冷却层整合到同一层压件中，结构电池层也被并入到该层压件中。基于这样的多功能层压件，获得了在层压件内直接调节结构电池的温度的可能性。由于这种调节，例如可以改善在冷条件下的容量和/或防止过热(热失控)。由于电池和加热元件或冷却元件都被直接整合到层压件中，因此可以省去电缆、线路、插接头、夹子、支架等，从而简化了整体基础设施。由此可以大幅节省重量和安装费用。此外，实际上不再出现电阻损耗。通常，由于所有元件彼此靠近地处于经整合且紧凑的构造中，因此可以提高整个系统的(结构)效率和效益。
[0011]原则上，本专利技术使得交通工具的主结构(例如飞行器的机身和/或机翼)能够被设计为结构上的能量储存器，例如用于给交通工具上的用电器供电和/或用于实现电驱动。为此，可以提供由增强纤维(例如碳纤维、玻璃纤维等)、适合的基质材料(合成树脂、电解质聚合物等)和功能元件(冷却元件、加热元件、触头、电极、导体轨道等)构成的相应的多层层压件，该多层层压件通过加载压力和温度而硬化成刚性的结构，其中层压结构的电流引导层可以作为电接头起作用。因此，能量储存器和温度调节层都已经可以在结构构件的结构制造期间被并入到该结构构件中并且与该结构构件共同地被硬化成一件式的结构。控制装置在此可以管理结构构件的电气基础设施，包括：能量储存器的充电和放电、温度调节以及从交通工具的其他部件和向交通工具的其他部件的能量传输。
[0012]有利的设计方案和改进方案由其他从属权利要求以及由参照附图的描述得出。
[0013]根据改进方案，所述电热温度调节层可以包括冷却层和加热层。所述冷却层可以被设计成为了进行冷却而根据需要从所述电能量储存器导排出热能。所述加热层可以被设计成为了加热而根据需要将热能供应到所述电能量储存器中。
[0014]由此，冷却功能和加热功能在不同的层中实现，这些层能够相应地针对其目的而进行优化。然而替代性地，这两个方面也可以由单个层来接管。例如，温度调节层可以被设计为珀尔帖元件(Peltier
‑
Element)，珀尔帖元件可以用于冷却和加热(在电流反向时)。
[0015]根据改进方案，所述冷却层可以包括珀尔帖元件。
[0016]珀尔帖元件是电热转换器，其基于珀尔帖效应在电流流经时产生温度差并且因此尤其能够用于冷却(在该情况下也称为珀尔帖冷却器或TEC，“热电冷却器”)。具体而言，在两个电绝缘、但导热的接触板或接触箔之间的珀尔帖元件中串联有具有不同能级(p传导或n传导)的传导带的两个半导体材料的半导体过渡部，其方式为：通过金属桥将由p掺杂和n掺杂的半导体材料(例如碲化铋、硅锗)构成的多个块交替地在顶侧和底侧上彼此接触。金属桥同时形成热接触面并且通过平放的箔或板绝缘。所提供的电流由于串联电路而依次流过所有块。根据电流强度和电流方向，一侧冷却，而另一侧加热。因此，电流将热从一侧泵送到另一侧并且在板/箔之间产生温度差。
[0017]由于珀尔帖元件的基本结构，珀尔帖元件可以在没有大的耗费的情况下整合到多层的复合层压件的层结构中。例如，接触可以在外部板的边缘处藉由电接头进行，例如藉由在层压件或另一电触头内的电流引导层。藉由该接头，珀尔帖元件既能够被供应电能，又能
够被控制。
[0018]根据改进方案，所述加热层可以包括多个传导纤维。所述传导纤维可以分别被设计为具有电绝缘涂层的碳纤维。
[0019]该改进方案的基本构思是，将经涂覆的碳纤维用作为用于实现加热电阻的电导体，其中传导纤维能够同时用作整体结构的增强纤维。例如，这样的传导纤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于交通工具、尤其航空器或航天器(100)的结构构件(1)，其中所述结构构件(1)具有纤维复合层压件(2)，所述纤维复合层压件包括：电能量储存器(3)，所述电能量储存器作为多层的电化学纤维复合电池被设计成用于以可重复充电的方式储存电能；以及电热温度调节层(4)，所述电热温度调节层被设计成为了调节温度而根据需要将热能供应到所述电能量储存器(3)以及从所述电能量储存器(3)排出热能；其中所述结构构件(1)还包括：控制装置(5)，所述控制装置被设计成用于借助电热温度调节层(4)来控制对所述电能量储存器(3)的温度调节。2.根据权利要求1所述的结构构件(1)，其中所述电热温度调节层(4)包括冷却层(6)和加热层(7)，其中所述冷却层(6)被设计成为了进行冷却而根据需要从所述电能量储存器(3)排出热能，其中所述加热层(7)被设计成为了进行加热而根据需要将热能供应到所述电能量储存器(3)。3.根据权利要求2所述的结构构件(1)，其中所述冷却层(6)包括珀尔帖元件。4.根据权利要求2或3所述的结构构件(1)，其中所述加热层(7)包括多个传导纤维(8)，所述多个传导纤维分别被设计...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得，
申请(专利权)人：空中客车德国运营有限责任公司，
类型：发明
国别省市：