储能电池柜的制作方法

[0001]
本实用新型涉及储能技术领域，尤其涉及一种储能电池柜。


背景技术：

[0002]
目前的技术方案主要为空气冷却，又称风冷和液冷(主要为水冷)。空气冷却即通过空气流动将电池包中的热量带走。液冷则是通过在电池包中排布液冷管道，通过冷却水的流动将电池包中的热量带走。储能电池柜是通过电池包本身的散热系统散热或是通过空调风道，将冷风吸入(吹入)电池包内进行散热降温。
[0003]
由于锂离子电池有着能量密度大、寿命长、绿色环保等优点，已经成为储能的主要能量存储装置。在锂离子电池的广泛应用中，主要通过多个电池包串并联组成高电压或(和)高能量的电池柜(也称为储能电池柜)来使用。
[0004]
目前在锂离子电池领域，由于在高温下锂离子电池的寿命会急剧缩短，甚至引发安全风险。电池柜的散热主要依靠外界空调对电池包降温散热，电池包一般采用风冷或液冷方式进行散热。其中，液冷的散热方式中，使用导热管缠绕电池，导热管内充满水为集体的冷却液，将电池包的热量及时传导出去，但其结构复杂，成本很高，增加了电池包的额外体积，不利于装配，且一旦导热管破裂易引发内部短路，从而引发严重的安全风险，且不适用于大型储能电池柜的散热。风冷又称空气冷却，通过空气自然流动带走热量，结构简单，成本低，是目前大型储能电池柜的主要散热方式，但该散热方式对风道的设计要求很高，当组成电池柜的电池包较多时，常因电池柜中电池包的堆叠而容易造成各个电池包之间的温度分布不均，以至于影响电池柜的整体使用寿命，且由于使用了复杂风道和散热设计，电池包和电池柜的成本均大幅增加。


技术实现要素：

[0005]
为部分地或全部地解决上述技术问题，期望提供一种新的储能电池柜。
[0006]
根据本实用新型的一个方面，提供了一种储能电池柜，包括：
[0007]
电池柜机架，为层状框架结构，层与层之间通过底板隔开；
[0008]
固定在所述底板上的底部托盘，所述底部托盘上固定放置有相互隔开的多个电芯，且所述底部托盘上用于放置电芯的凹槽内间隔设置有通风孔；
[0009]
电池柜外壳，用于密封所述电池柜机架，包括电池柜后端外壳，所述电池柜后端外壳上对应所述电池柜机架上每层的区域中设置有通风孔。
[0010]
一些示例中，上述储能电池柜还包括：电芯弹性连接片和移动式接插件，设置于所述电池柜机架上同一层的电芯通过所述电芯弹性连接片和移动式插接件实现串并联连接。
[0011]
一些示例中，所述电芯弹性连接片一端焊接在一电芯正负极柱上，另一端为可接插结构并与一个所述移动式插接件连接，一个移动式接插件与两个相邻的所述电芯弹性连接片相连接，以使相邻电芯串联或并联。
[0012]
一些示例中，所述电池柜机架上用于安装电芯的每层设置有导轨，所述移动式插
接件可移动地安装在所述导轨上。
[0013]
一些示例中，上述储能电池柜还包括：电缆；相邻层导轨同一端的移动式插接件分别连接所述电缆，以实现所述电池柜机架中相邻层电芯之间的电连接。
[0014]
一些示例中，所述电池柜机架中用于安装电芯的每一层的高度满足：在所述电池柜机架的底板上安装所述电芯之后，所述电芯的上表面与上一层的所述底板之间的距离在预定范围内。
[0015]
一些示例中，所述预定范围为5～20cm。
[0016]
一些示例中，所述电池柜外壳还包括电池柜前端外壳，封装在所述电池柜机架前端面上，在所述电池柜前端外壳上对应所述电池柜机架中用于安装电芯的每一层的区域中设置有风扇。
[0017]
一些示例中，上述储能电池柜还包括：电池管理模块，在所述电池柜前端外壳上对应所述电池柜机架中用于安装电芯的每一层的区域中设置有一所述电池管理模块，所述电池管理模块与相应层中的电芯电连接。
[0018]
一些示例中，上述储能电池柜还包括：高压箱，所述高压箱固定在所述电池柜机架底层中并固定于所述底层的底板上。
[0019]
本实用新型实施例提供的储能电池柜，在提高散热效率和温度均匀性的同时大幅降低了制造成本和维修成本。
附图说明
[0020]
图1为本实用新型实施例中储能电池柜的整体结构示意图。
[0021]
图2为本实用新型实施例中储能电池柜中电池柜机架的层级结构示意图。
[0022]
图3为本实用新型实施例的储能电池柜中电芯及其固定结构的示意图。
[0023]
图4为本实用新型实施例的储能电池柜中可移动插接件及其固定结构的示意图。
[0024]
图5为本实用新型实施例的储能电池柜的整体散热示意图。
[0025]
附图标记说明：
[0026]
10、储能电池柜；11、电池柜外壳；111、电池柜前端外壳；112、电池柜后端外壳；113、电池柜左端外壳；12、电池柜机架；120、加强梁；121、底板； 122、通风孔；123、导轨；124、右侧挡板；13、底部托盘；131、通风孔；14、电芯；15、电芯弹性连接片；16、移动式接插件；17、电缆；18、风扇；19、高压箱；110、电池管理模块；20、空调风道；21、空调风道的出风口。
具体实施方式
[0027]
下文将结合附图对本实用新型实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的各个实施例及其中的各特征可以相互任意组合。
[0028]
在锂离子电池储能领域，中大型储能系统，往往是将电池包通过串并联的方式组成高电压或(和)高能量的电池柜使用，多个电池柜再通过串并联组成大型储能系统。由于液冷不太应用于储能电池柜，因此对于储能电池柜的散热往往采用风冷的方法，但由于电池包的密封性，当有数量较多的电池包组成电池柜时，电池包之间的温度存在差异，当高倍率充放电或散热不及时时，电池包之间的温度差异会更大，从而影响整个电池柜的使用寿
命。并且，风冷的散热方式对电池柜和电池包的散热设计要求较高，致使成本大幅上升和空间利用率下降。
[0029]
为解决相关技术储能电池柜散热的上述技术问题，本实用新型实施例的基本构思是通过简化储能电池柜内部结构并设计独特的散热结构来实现一种新的储能电池柜，从而在提高散热效率和温度均匀性的同时大幅降低储能电池柜的制造成本和维修成本。
[0030]
下面对本实用新型实施例中储能电池柜的具体技术细节进行详细说明。
[0031]
图1示出了本实用新型实施例提供的储能电池柜的示例性结构。如图1所示，本实用新型实施例的储能电池柜10可以包括：电池柜外壳11、电池柜机架12、底部托盘13、电芯14、电芯弹性连接片15、移动式接插件16、电缆17、风扇18、高压箱19、电池管理模块110。
[0032]
图2示例性的示出了储能电池柜10中电池柜机架12的结构及其上电芯14 的固定和连接结构。如图2所示，电池柜机架12为层状框架结构，该层状框架结构包括四根加强梁120和每层的底板121，层与层之间通过底板121隔开，三面开口。一些示例中，如图2所示，电池柜机架12的层状框架结构还可以包括右侧挡板124，该右侧挡板124封装在电池柜机架12的右侧面上。一些示例中，底板121为多孔结构，即底板121上设置有通风孔122，通过底板121上的通风孔122可以更好的通风，提高储能电池柜10的散热效率、以及各层之间的温度均匀性。一些示例中，底板121可以采用散热良好的金属材料。
[0033]
如图2所示，电池柜机架12中每层放置一组电芯(本文称为电芯组)。图 3示出了电池柜机架12单层中电芯组的示例性结构。如图3所示，电芯组中的所有电芯14均固定在一底部托盘13之上且底部托盘13上设置有通风孔131。如图2所示，电芯组通过其底部托盘13固定在电池柜机架12中相应层的底板 121上，并且该电芯组中各个电芯14之间通过电芯弹性连接片15和移动式接插件16实现串并联连接。
[0034]
如图3所示，底部托盘13上设有相互隔开的凹槽(图中未示出)，电芯14 插入凹槽中并固定，从而可以通过底部托盘13来隔开并固定各个电芯14。底部托盘13上放置电芯14的凹槽(图中未示出)内间隔设置有通风孔131，气流可以从该通风孔131进入并与电芯14底部充分接触，达到为电芯14散热降温的目的。一些示例中，底部托盘13可以采用高强度绝缘塑料。例如，可以选用耐高温、支撑性较好的高强度绝缘材料。
[0035]
一些示例中，底部托盘13可以通过螺栓或其他类似的方式固定在电池柜机架12相应层的底板121上。
[0036]
电池柜机架12中单层的高度可以根据电芯14的规格来设计。一些示例中，电池柜机架12中用于安装电芯的每一层的高度可以满足如下条件：安装电芯组之后电芯上表面与上一层底板121之间的距离在预定范围内，以便充分散热。例如，该距离的预定范围可以是5～50cm。也就是说，在电池柜机架12的某层中安装电芯组之后电芯上表面与上一层的底板121之间的距离可以是5cm、 7cm、10cm、20cm或者5～20cm之间的任一数值。实际应用中，该预定范围取决于电芯的规格，也却取决于储能电池柜10所处安装环境的空间限制，不限于上述预定范围。
[0037]
如图2所示，电芯弹性连接片15一端焊接在电芯14正负极柱上，另一端为可接插结构并与移动式插接件16连接，由此，电芯组中各电芯14之间即可通过电芯弹性连接片15和移动式接插件16实现串并联连接。该示例中，当有电芯14需要更换时，只需断开该电芯14的正负极柱与电芯弹性连接片15的连接即可更换电芯14，操作方便，维护成本低。
[0038]
一些示例中，如图2所示，电池柜机架12中还包括对应于安装电芯的每一层的导轨123，导轨123固定在电池柜机架12的加强梁120上，移动式插接件 16可移动地安装在该导轨123上，一个移动式接插件16与两个相邻的电芯弹性连接片15相连接，使相邻电芯14串联或并联。图4示出了电芯弹性连接片 15及其固定结构。如图4所示，移动式插接件16可移动地安装在该导轨123 上。
[0039]
如图2所示，电池柜机架12上相邻层之间设有电缆17(例如，动力电缆、铜排等)，该电缆17一端连接位于上一层导轨123左端的一移动式接插件16、另一端连接位于下一层导轨123左端的一移动式接插件16，如此，可通过将相邻层中导轨一端的移动式插接件16分别连接电缆17，来实现电池柜机架12上相邻层电芯之间的连接。一些示例中，电缆17可以是但不限于动力电缆、铜排等，实际应用中可以根据需要来选择合适的电缆类型。
[0040]
如图1所示，电池柜机架12的三面开口可通过电池柜外壳11来密封。电池柜外壳11包括电池柜前端外壳111、电池柜后端外壳112、电池柜左端外壳 113。如图1所示，电池柜前端外壳111封装在电池柜机架12的前端面上，电池柜后端外壳112封装在电池柜机架12的后端面上，电池柜左端外壳113则封装在电池柜机架12的左侧面上。
[0041]
如图1所示，电池柜后端外壳112上对应电池柜机架12每层的区域均开设了一定数量的通风孔1121，该通风孔1121可以是但不限于长方形通风孔。
[0042]
如图1所示，电池柜前端外壳111上对应电池柜机架12每层的区域可以设置风扇17，通过风扇17可以将电池柜机架12每层的热风吹出，进一步提高储能电池柜10的散热效率。一些示例中，可以根据需要来设置合适数量的风扇 17(例如，一个、两个或多个)，以便更好的散热。图1的示例中，电池柜前端外壳111上对应电池柜机架12每层的区域上设置了两个电扇18，且这两个电扇187在该区域中均匀分布。
[0043]
如图1所示，电池柜机架12的底层设置有高压箱19，高压箱19设置在所述电池柜机架12的最底层内，并固定在电池柜机架12底层的底板121上。一些示例中，高压线19可以通过电缆与电池柜机架12中各层电芯组的电池管理模块110电连接。
[0044]
如图1所示，电池柜机架12上各层的电芯组中还包括电池管理模块19，该电池管理模块110可以通过电缆与电芯组中的各个电芯14电连接，可配置为对该电芯组中各个电芯14的充放电等进行管理和控制。如图1所示，电池管理模块110可以固定在电池柜前端外壳111上对应电池柜机架12每层的区域上。例如，可以设置在两个电扇18之间的位置。
[0045]
图5示出了储能电池柜10配置外部空调之后的结构示意图。如图5所示，当配置有外部空调时，储能电池柜10中电池柜机架12的每一层均对应有空调风道20，空调风道20的出风口21正对储能电池柜10中电池柜后端外壳112 上的通风孔1121，空调风道的出风口21的数量与储能电池柜10的层数相同，且空调风道的出风口21比通风孔1121的略大，以便确保从出风口21吹出的风能够进入储能电池柜10内。储能电池柜10中与空调风道相对的一侧(即储能电池柜10中电池柜前端外壳111上对应电池柜机架12每一层的区域)设有风扇18。
[0046]
在储能电池柜10正常工作时，从空调风道20吹出的冷风通过电池柜后端外壳112上的通风孔1121进入储能电池柜10内部与电芯14的各个面充分接触 (冷风通过底板121上的通风孔122、底部托盘13上的通风孔131与电芯14 的底面接触)，及时降温散热，储能电池柜10内的其他电气连接件，如电芯弹性连接片15、可移动接插件16、电缆17等，也都处于冷却范围中。同时，储能电池柜10中电池柜机架12上每层底板121上的通风孔122可以使储能
电池柜10内部冷热气体在电池柜机架12的层与层之间快速流通，保障储能电池柜 10内部的温度均匀。
[0047]
当温度较高时，风扇18启动，风扇18将储能电池柜10内部的高温气体吹出，空调风道20吹出的冷风通过储能电池柜10的通风孔1121加速进入储能电池柜10内部，进一步提高了冷却效率。由上可见，本实用新型实施例的储能电池柜实现了3d立体散热，即电池柜内部单层自后端至前端的冷风散热、电池柜内部层与层之间的纵向散热、借由风扇18实现的高温散热。
[0048]
本实用新型实施例的上述储能电池柜10具有如下优点：
[0049]
1)本实用新型实施例的上述储能电池柜10内省去了并联设计，层与层之间只需串联，并且省去了中间模组和电池包的设计和制作过程，由电芯直接串联组成高电压高能量的电池柜。由于没有了模组和电池包的设计，相较于传统电池柜，不仅简化了电池柜内部结构，而且可以节省大部分零部件，且可以使用通道数更多的电池信息采集模块，从而大幅降低了电池柜的成本。
[0050]
2)由于没有了模组和电池包的设计，可以通过电池柜后端外壳上开设通风孔来引导外部冷风流通至储能电池柜10内部，再通过在储能电池柜10内部承载电芯14的底部托盘上开设通风孔使得电芯14的各个面以及其他各连接件能够与外部的冷风直接接触，无需复杂的风道设计，即可实现储能电池柜内部的散热，并且散热效率更高。
[0051]
3)储能电池柜10内部各层底板上的通风孔可使各层之间的冷热气流快速流通，使得储能电池柜10内部各层的温度相一致，保障储能电池柜10内部的温度均匀。
[0052]
4)当温度较高时，通过启动风扇将储能电池柜10内部的高温气体吹出，同时风扇还可使外部冷风通过储能电池柜10的通风孔1121加速进入储能电池柜内部，进一步提高了冷却效率。
[0053]
5)电芯之间的串联采用弹性接插的形式，布局灵活，并且如有异常需要更换时，仅需更换异常电芯，无需更换整个电池包或模组，节省了更换成本，提高了电芯及其他部件的利用率，大幅降低了维修成本。
[0054]
综上可见，本实用新型实施例的储能电池柜能够在提高散热效率和温度均匀性的同时大幅降低制造成本和维修成本。
[0055]
本实用新型实施例中储能电池柜10的示例性制造过程可以包括如下步骤：
[0056]
步骤1，在电池柜机架上除底层之外各层的底板上固定底部托盘。
[0057]
本步骤中，电池柜机架每层均设有加强梁，且每层底板均为多孔结构，可以很好的通风，材质为散热良好的金属材料。
[0058]
本步骤中的底部托盘用以隔开和固定电芯，与电池柜机架每层的底板采用螺栓固定，材质为高强度绝缘塑料，底部托盘的放置槽内间隔设置有通风孔，因此气流可以从通风孔进入与电芯底部充分接触，散热降温。
[0059]
步骤2，将电芯弹性连接片一端焊接在电芯正负极柱上，另一端做成可接插的形式，将电芯依次放入底部托盘，电芯上部距上层底板的距离为5～50cm，以便充分散热。
[0060]
步骤3，将移动式接插件安装在电池柜机架的导轨上，使其可在一定范围内移动，一个移动式接插件与两个电芯弹性连接片相连接，使相邻电芯串联或并联，导轨两端的移动式接插件则与动力电缆相连接，使电池柜机架中上下相邻的两层的电芯组相连接。
[0061]
步骤4，安装电池管理模块的采集线束。
[0062]
依上述步骤1)-步骤4)依次组装电池柜机架中其余层级的电芯。
[0063]
步骤5，电池柜所有层的电芯安装完毕后，安装电池柜外壳，电池柜后端外壳对应电池柜机架每层的区域中均开设有一定数量的长方形通风孔，在电池柜前端外壳上对应电池柜机架中每层的区域依据需要布置风扇，风扇可以将降每层的热风吹出，进一步增强散热效率。
[0064]
步骤6，安装电池管理模块以及高压箱，并完成连接。
[0065]
如图1和图5所示，高压箱固定在电池柜机架的底层中。
[0066]
以上，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。