组合式储能单体、储能簇及储能装置的制作方法

1.本发明电化学储能技术领域，具体的涉及一种组合式储能单体、储能簇及储能装置。


背景技术：

2.电池主要分为动力型电池和储能型电池两大类。其中，动力型电池主要用于电动汽车、电动自行车以及其它电动工具领域，动力型电池作为移动电源，在安全的前提下对于体积(和质量)能量密度尽可能有高的要求，以达到更为持久的续航能力。同时，用户还希望电动汽车能够安全快充，因此动力型电池对于能量密度和功率密度都有较高的要求。
3.储能型电池对于能量密度并没有直接的要求，至于功率密度，不同的储能场景有不同的要求。对于电力调峰、离网型光伏储能或用户侧的峰谷价差储能场景，一般需要储能型电池连续充电或连续放电两个小时以上，因此适合采用充放电倍率≤0.5c的容量型电池；对于电力调频或平滑可再生能源波动的储能场景，需要储能型在秒级至分钟级的时间段快速充放电，所以适合≥2c功率型电池的应用。
4.储能装置在使用过程中会产生大量的热，为了保证储能装置的正常使用，需要对储能装置进行降温。相关技术中，市场上多数储能装置都采用风冷散热结构，主要利用风扇与开放式风道结构相结合，使内外空气对流交换达到降低机柜内部器件温度的功能。风冷散热结构虽然在一定程度上能够起到降温的效果，但其降温效率较低。特别低，当储能装置放置于密闭空间内时，风冷散热结构的降温效率会进一步下降，无法保证储能装置的运行安全。
5.为了存储满足使用场景要求的足够的电能，储能装置内需要安装对应数量的储能电池。由于现有的储能电池的尺寸较小，在储能装置需求的电量较大，也即储能装置的箱体体积较大时，需要安装的储能电池的数量非常庞大，这就导致储能电池的拆装、控制和维护均存在较大的困难。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种组合式储能单体、储能簇及储能装置，通过将多个尺寸较小的储能电池组合为尺寸较大的储能单体，既能够满足容量要求，又具有方便拆装、控制和维护的优点。
7.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.本发明首先提出了一种组合式储能单体，包括单体壳体，所述单体壳体内设有多个电池槽，所有电池槽分为至少一组；
9.所述电池槽内安装有至少一个储能电池，属于同一组的所述电池槽内安装的所述储能电池之间串联或并联连接，所述单体壳体上与每一组所述电池槽对应设有单体极耳。
10.进一步，所述单体壳体内设有第一侧板和第二侧板，所述第一侧板和第二侧板之间相互垂直，且所述第一侧板和第二侧板在所述单体壳体分隔出多个所述电池槽。
11.进一步，所述第一侧板内设有用于温控介质流通的侧板温控流道。
12.进一步，每一个所述电池槽内层叠设有多个储能电池。
13.进一步，所述电池槽中，相邻两个所述储能电池之间设有绝缘导热隔膜。
14.进一步，所述绝缘导热隔膜上设有热敏电阻。
15.进一步，所述绝缘导热隔膜靠近所述第一侧板的一端与所述第一侧板贴合。
16.进一步，所述第二侧板内设有连接块，位于所述第二侧板两侧的所述储能电池的电池极耳与对应的所述连接块相连。
17.进一步，所述储能电池采用软包电池。
18.进一步，令所述单体壳体中同时与所述第一侧板和第二侧板垂直的两个侧面为单体表面，两个所述单体表面中，至少一个所述单体表面上设有表面温控系统。
19.进一步，所述表面温控系统包括用于温控介质流通的表面温控流道。
20.进一步，所述单体壳体包括与所述第一侧面平行的两个第一单体侧面和与所述第二侧面平行的两个第二单体侧面；所述第一单体侧面和/或第二单体侧面上设有在所述单体壳体内的气压超过设定值后排气的排气阀。
21.进一步，所述第一侧面和/或第二侧面上设有用于将所述电池槽与所述排气阀相连通的通气孔。
22.进一步，所述排气阀上连接有负压管。
23.进一步，所述排气阀设置在其中一个所述第一单体侧面和/或第二单体侧面上，另一个所述第一单体侧面和/或第二单体侧面上设有防热失控介质注入管，所述防热失控介质注入管上设有防热失控介质注入阀门。
24.进一步，所述单体壳体上设有用于加强结构强度的加强筋。
25.本发明还提出了一种储能簇，包括簇支架，所述簇支架上安装有若干如上所述的组合式储能单体。
26.进一步，所述单体壳体内设有第一侧板和第二侧板，所述第一侧板和第二侧板之间相互垂直；令所述单体壳体中同时与所述第一侧板和第二侧板垂直的两个侧面为单体表面，两个所述单体表面中，至少一个所述单体表面上设有表面温控系统，所述表面温控系统包括用于温控介质流通的表面温控流道，所述表面温控流道的两端分别设有第一介质入口和第二介质入口，所述簇支架上设有用于通入温控介质的第一介质注入管道和用于温控介质回流的第一介质回流管道，所述第一介质入口与所述第一介质注入管道相连，所述第一介质出口与所述第一介质回流管道相连。
27.进一步，所述第一介质入口处设有用于控制介质流量的第一介质流量控制阀门。
28.进一步，所述第一介质注入管道和第一介质回流管道固定安装在所述簇支架上；或所述簇支架包括立柱，所述第一介质注入管道和第一介质回流管道设置在所述立柱内。
29.进一步，所述簇支架上设有间隔设有储能单体，相邻的所述储能单体之间设有温控单体。
30.进一步，所述温控单体内设有用于温控介质流通的单体温控通道，所述单体温控通道的两端分别设有第二介质入口和第二介质出口；所述簇支架上设有用于通入温控介质的第二介质注入管道和用于温控介质回流的第二介质回流管道，所述第二介质入口与所述第二介质注入管道相连，所述第二介质出口与所述第二介质回流管道相连。
31.进一步，所述第二介质入口处设有用于控制介质流量的第二介质流量控制阀门。
32.进一步，所述簇支架上还设有温控板。
33.进一步，所述温控板上设有用于温控介质流通的板温控通道。
34.进一步，所述簇支架上设有密封外壳，所述密封外壳内充满氮气或惰性气体。
35.本发明还提出了一种储能装置，包括箱体，所述箱体内安装有若干如上所述的储能簇。
36.进一步，所述箱体内间隔设有所述储能簇，相邻的两个所述储能簇之间设有温控装置，所述储能簇与相邻的所述温控装置接触配合。
37.进一步，所述温控装置内设有用于温控介质流通的装置温控通道。
38.进一步，所述箱体的侧壁和/或底面上设有箱体温控装置。
39.本发明的有益效果在于：
40.本发明的组合式储能单体，通过在单体壳体内设置多个电池槽，并在电池槽内安装储能电池，同时使同一组电池槽的储能电池之间串联或并联，从而达到对外输出电能的技术目的，即本发明的组合式储能单体，能够将多个尺寸较小的储能电池组合为尺寸较大的储能单体，以匹配储能装置的箱体尺寸，同时每个储能单体既能够满足容量要求，又具有方便拆装、控制和维护的优点。
41.通过在第一侧板内设置侧板温控流道，从而实现对每个电池槽内的温度控制，使储能电池保持在设定的温度范围内运行，以提高运行安全；通过在相邻的两个储能电池之间设置绝缘导热隔膜，并将绝缘导热隔膜贴合在第一侧面上，从而可以加快两个储能电池结合面与第一侧面之间的热交换，进一步控制储能电池的运行温度，避免局部温度超出设定运行温度范围。
42.通过在单体壳体上设置排气阀，同时在第一侧面和/或第二侧面上设置通气孔使各个电池槽之间的气体可流通，当单体壳体内的气压超过设定值后，可利用排气阀排气，可提高安全性；通过在单体壳体上设置防热失控介质注入管，当储能电池发生短路等极端情况时，可利用防热失控介质注入管向单体壳体内注入防热失控介质，延缓和控制储能电池内的电化学反应，避免发生燃烧和爆炸。
附图说明
43.为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
44.图1为本发明储能装置实施例的结构示意图；
45.图2为本实施例储能簇的结构示意图；
46.图3为储能单体的结构示意图；
47.图4为储能单体沿着与第二侧面平行的方向上的剖面图；
48.图5为图4的a详图；
49.图6为储能单体沿着与第一侧面平行的方向上的剖面图；
50.图7为图6的b详图；
51.图8为单体壳体的结构示意图；
52.图9为储能簇中在单体壳体上设有表面温控系统时的管路示意图；
53.图10为储能簇中在储能单体之间设有温控单体时的管路示意图；
54.图11为单体壳体上设有加强筋时的结构示意图；
55.图12为图11的c详图。
56.附图标记说明：
57.10-箱体；11-温控装置；
58.20-储能簇；21-簇支架；22-第一介质注入管道；23-第一介质回流管道；24-温控单体； 25-单体温控通道；26-第二介质入口；27-第二介质出口；28-第二介质注入管道；29-第二介质回流管道；30-第二介质流量控制阀门；
59.40-储能单体；41-单体壳体；42-电池槽；43-储能电池；44-单体极耳；45-第一侧板； 46-第二侧板；47-侧板温控流道；48-绝缘导热隔膜；49-连接块；50-电池极耳；51-单体表面；52表面温控流道；53-第一介质入口；54-第二介质入口；55-第一介质流量控制阀门； 56-第一单体侧面；57-第二单体侧面；58-排气阀；59-通气孔；60-负压管；61-防热失控介质注入管；62-防热失控介质注入阀门；63-加强筋。
具体实施方式
60.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
61.如图1所示，为本发明储能装置实施例的结构示意图。本实施例的储能装置，包括箱体 10，箱体10内安装有若干储能簇20。本实施例的储能簇20，包括簇支架21，簇支架21上安装有若干组合式储能单体40(以下简称“储能单体40”)。本实施例的储能单体40，包括单体壳体41，单体壳体41内设有多个电池槽42，所有电池槽42分为至少一组。电池槽42 内安装有至少一个储能电池43，属于同一组的电池槽42内安装的储能电池43之间串联或并联连接，单体壳体41上与每一组电池槽42对应设有单体极耳44。如图6所示，本实施例的单体壳体41中共设有8个电池槽42，所有电池槽42分为4组，即每一组包含两个电池槽42。当然，根据实际需要，电池槽42还可以设为1组、2组等，不再累述。具体的，本实施例的储能电池43采用软包电池。
62.进一步，单体壳体41内设有第一侧板45和第二侧板46，第一侧板45和第二侧板46之间相互垂直，且第一侧板45和第二侧板46在单体壳体分隔出多个电池槽42。优选的，本实施例的第一侧板45内设有用于温控介质流通的侧板温控流道47，从而实现对电池槽42的温度的控制，使电池槽42的温度保持在设定的温度范围内。
63.进一步，每一个电池槽42内层叠设有多个储能电池，本实施例的每一个电池槽42内层叠设有2个储能电池43。电池槽42中，相邻两个储能电池43之间设有绝缘导热隔膜48，优选的，绝缘导热隔膜48靠近第一侧板45的一端与第一侧板45贴合，从而可以加快两个储能电池结合面与第一侧面之间的热交换，进一步控制储能电池的运行温度，避免局部温度超出设定运行温度范围。优选的，本实施例的绝缘导热隔膜48上设有热敏电阻，热敏电阻用于实时测量温度，以便于对储能电池43的温度进行实时监控。
64.进一步，第二侧板46内设有连接块49，位于第二侧板46两侧的储能电池43的电池极耳50与对应的连接块49相连，即储能电池43之间通过内部电路实现串联或并联连接，能够有效简化外部控制电路。
65.进一步，令单体壳体41中同时与第一侧板45和第二侧板46垂直的两个侧面为单体表面 51，两个单体表面51中，至少一个单体表面51上设有表面温控系统。本实施例在其中一个单体表面51上设有表面温控系统。本实施例的表面温控系统包括用于温控介质流通的表面温控流道52，以实现对储能单体40温度的控制，使储能单体40保持在设定的温度范围内运行。具体的，表面温控流道的两端分别设有第一介质入口53和第二介质入口54，簇支架21上设有用于通入温控介质的第一介质注入管道22和用于温控介质回流的第一介质回流管道23，第一介质入口53与第一介质注入管道22相连，第一介质出口54与第一介质回流管道23相连。优选的，第一介质入口53处设有用于控制介质流量的第一介质流量控制阀门55。由于储能簇内包含多个储能单体40，每个储能单体40均设有表面温控流道52，则难以保证每个储能单体40的表面温控流道52内冷却介质的流量相等或流量在一定的误差波动范围内，从而难以保证每个储能单体40均能够得到有效的温控效果，通过设置第一介质流量控制阀门 55，能够实时调节第一介质入口53的开度，从而调节每个储能单体40的表面温控流道52内的冷却介质的流量，以确保在正常运行过程中，每个储能单体40的表面温控流道52内的冷却介质的流量均在设定的阈值范围内。进一步，第一介质注入管道22和第一介质回流管道 23固定安装在簇支架21上；或簇支架21包括立柱，第一介质注入管道22和第一介质回流管道23设置在立柱内。
66.在一些实施例中，簇支架21上设有间隔设有储能单体40，相邻的储能单体40之间设有温控单体24。具体的，温控单体24内设有用于温控介质流通的单体温控通道25，单体温控通道25的两端分别设有第二介质入口26和第二介质出口27；簇支架21上设有用于通入温控介质的第二介质注入管道28和用于温控介质回流的第二介质回流管道29，第二介质入口 26与第二介质注入管道28相连，第二介质出口27与第二介质回流管道29相连。当然，也可以在第二介质入口26处设有用于控制介质流量的第二介质流量控制阀门30，以达到控制每个温控单体24内的温控介质流量的技术目的，其作用与第一介质流量控制阀门55相当，不再累述。
67.进一步，单体壳体41包括与第一侧面45平行的两个第一单体侧面56和与第二侧面46 平行的两个第二单体侧面57。第一单体侧面56上或第二单体侧面57上设有在单体壳体41 内的气压超过设定值后排气的排气阀58。当然，也可以同时在第一单体侧面56和第二单体侧面57上设置排气阀58。本实施例的排气阀58设置在第一单体侧面56上。本实施例的第一侧面45和/或第二侧面46上设有用于将电池槽42与排气阀58相连通的通气孔59，本实施例的第一单体侧面56上设有两个排气阀58，本实施例的通气孔59设置在第一侧面45上。优选的，排气阀58上连接有负压管60，利用负压作用可加快气体排出。
68.进一步，排气阀58设置在其中一个第一单体侧面56和/或第二单体侧面57上，另一个第一单体侧面56和/或第二单体侧面57上设有防热失控介质注入管61，防热失控介质注入管61上设有防热失控介质注入阀门62。本实施例的的排气阀58设置在其中一个第一单体侧面56，防热失控介质注入管61设置在另一个第一单体侧面56上。防热失控介质采用氟化液、惰性气体、氮气、二氧化碳或r134a，本实施例的防热失控介质采用氟化液，具体的，可选用科慕fm-200或sf-10氟化液。氟化液不会与电解液以及电极活性材料之间发生化学反应，通过氟化液后可以快速控制储能电芯的温度，同时将储能电芯热失控后产生的气体排出的同时还可携带部分电解液，延缓储能电芯的热失控发生的进程，甚至是消除储能电芯的热
失控反应，极大地提高运行安全性能。
69.进一步，如图11所示，在一些实施例中，为了加强单体壳体41的结构强度，还可以在单体壳体41上设有用于加强结构强度的加强筋63。加强筋63可以采用现有的多种方式设置在单体壳体41上，如加强筋可以直接焊接在单体壳体41上，也可以通过在单体壳体41上压制用于加强结构强度的凹槽等来形成加强筋，不再累述。
70.进一步，在一些实施例中，还可以在簇支架21上还设有温控板，并在温控板上设有用于温控介质流通的板温控通道，从而起到控制温度的作用。
71.进一步，在一些实施例中，还可以在簇支架21上设有密封外壳，密封外壳内充满氮气或惰性气体，从而起到防止爆炸的作用。
72.进一步，本实施例的箱体10内间隔设有储能簇20，相邻的两个储能簇20之间设有温控装置11，储能簇20与相邻的温控装置11接触配合。本实施例的温控装置11内设有用于温控介质流通的装置温控通道，进一步起到控温的作用。当然，在一些实施例中，还可以在箱体10的侧壁和/或底面上设有箱体温控装置，也可以起到控制温度的作用，不再累述。
73.以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。