储能单体和储能装置的制作方法

1.本发明涉及储能装置技术领域，具体的为一种储能单体和储能装置。


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.储能型电池对储能容量具有较高要求，要求能够储存满足场景使用要求的足够的电能。现有的储能电池包一般采用在壳体内放置若干电池模组的方式，电池模组内每个电芯的表面积较小，也即每个电芯的容量较小，无法满足储能型电池对储电容量的要求。另外，当储能电池包体积较大时，若要便于检修维护，则需要在壳体内设置检修通道，导致空间利用率低；若不设置检修通道，则难以对位于壳体中部的电池模组进行检修维护。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种储能单体和储能装置，能够提高储电容量。
6.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种储能单体，包括单体本体，所述单体本体包括单体外壳，所述单体外壳内设有至少一个电芯组，所述电芯组包括至少一个储能电芯，以所述储能电芯面积最大的侧面作为其表面积，则所述电芯组内所有的所述储能电芯的表面积之和s≥600000mm2。
8.进一步，所述储能电芯为长方体形，且所述储能电芯具有长度l、宽度w和厚度t，所述储能电芯的表面积s＝lw；且属于同一个所述电芯组的所有所述储能电芯的长度之和l
tota
＝nl＝2000-5000mm，其中，n为电芯组中的储能电芯的数量，且n≥1。
9.进一步，所述储能电芯的宽度w＝100-500mm。
10.进一步，所述储能电芯的厚度t＝2.5-250mm。
11.进一步，所述储能电芯的长度l＝1000mm、w＝100mm、t＝15mm。
12.进一步，所述储能电芯的长度l＝2000mm、w＝100mm、t＝15-30mm。
13.进一步，所述储能电芯上设有第一电芯极耳和第二电芯极耳；令边长为宽度w和厚度t的两个侧面为电芯端面，所述第一电芯极耳和第二电芯极耳设置在同一个所述电芯端面上或分别设置在两个所述电芯端面上。
14.进一步，令边长为长度l和厚度t的两个侧面为电芯侧面，所述电芯侧面上设有所
述第一电芯极耳和第二电芯极耳，且所述第一电芯极耳和第二电芯极耳设置在同一个所述电芯侧面上或分别设置在两个所述电芯侧面上。
15.进一步，当所述电芯组内包括至少两个所述储能电芯时，所有的所述储能电芯之间叠合在一起，且相邻两个所述储能电芯之间的叠合面为边长为宽度w和厚度t的侧面、边长为长度l和宽度w的侧面或边长为长度l和厚度t的侧面。
16.进一步，所述单体外壳上设有第一单体极耳和第二单体极耳，所述第一单体极耳与所述第一电芯极耳相连，所述第二单体极耳与所述第二电芯极耳相连。
17.进一步，所述单体本体为长方体形，且所述单体本体具有长度l、宽度w和厚度t；令边长为宽度w和厚度t的两个侧面为单体端面，所述第一单体极耳和第二单体极耳设置在同一个所述单体端面上或分别设置在两个所述单体端面上。
18.进一步，所述单体本体为长方体形，且所述单体本体具有长度l、宽度w和厚度t；令边长为长度l和厚度t的两个侧面为单体侧面，其中一个所述单体侧面或两个所述单体侧面上间隔设有至少一个注液孔。
19.进一步，所述单体本体为长方体形，且所述单体本体具有长度l、宽度w和厚度t；令边长为长度l和宽度w的两个侧面为单体表面，其中一个所述单体表面或两个所述单体表面上设有温控结构。
20.进一步，所述温控结构采用设置在所述单体表面上或单体表面内用于介质流通的温控通道。
21.进一步，所述单体外壳上设有防爆阀。
22.进一步，所述储能电芯包括至少一个储能单元，所述储能单元包括第一集流体和第二集流体，所述第一集流体和第二集流体上分别设有第一电极材料层和第二电极材料层，所述第一电极材料层和第二电极材料层之间设有固体电解质层，或所述第一电极材料层和第二电极材料层之间设有隔膜和电解液。
23.进一步，当所述储能电芯包括至少两个所述储能单元时，相邻的两个所述储能单元中，其中一个储能单元的第一集流体和另一个储能单元的第二集流体叠合；或，该两个相邻的所述储能单元的第一集流体或第二集流体叠合在一起。
24.进一步，所述储能电芯包括间隔设置的至少三个集流体，相邻的两个所述集流体相向的侧面上分别设有第一电极材料层和第二电极材料层，所述第一电极材料层和第二电极材料层之间设有固体电解质层，或所述第一电极材料层和第二电极材料层之间设有隔膜和电解液。
25.进一步，所有的所述集流体中，位于两端的两个所述集流体为端部集流体，位于两个所述端部集流体之间的集流体为中部集流体；所述中部集流体的两侧侧面上设有第一电极材料层或第二电极材料层；或所述中部集流体的两侧侧面上分别设有第一电极材料层和第二电极材料层。
26.进一步，所述储能电芯成圆柱形；当所述电芯组内包括至少两个所述储能电芯时，所有的所述储能电芯之间叠合在一起，且相邻两个所述储能电芯之间的叠合面为圆形端面；或，
27.所述储能电芯成正六边体形，且当所述电芯组内包括至少两个所述储能电芯时，所有的所述储能电芯之间呈蜂窝状拼接在一起。
28.进一步，所述储能电芯为电池储能电芯或电容储能电芯。
29.本发明还提出一种储能装置，包括箱体，所述箱体内设有至少一个如上所述的储能单体。
30.进一步，所述箱体为长方体形，且所述箱体具有长度l0、宽度w0和高度h0；所述单体本体为长方体形，且所述单体本体具有长度l、宽度w和厚度t；令所述箱体中边长为长度l0和高度h0的两个侧面为安装面，则所述箱体的宽度w0与所述单体本体的长度l之间满足：
31.l0＝l+δ1或l0＝2l+δ232.其中，δ1和δ2分别表示箱体中的其他附属结构在箱体宽度方向上占据的厚度。
33.进一步，所述箱体的两个安装面中，其中一个安装面为可开闭的操作面，另一个所述安装面为定位面，所述定位面上设有用于插接所述储能单体的单体插接结构，所述储能单体通过所述操作面阵列插装在所述单体插装结构上；或，
34.所述箱体内设有与所述安装面平行的中间定位板，所述中间定位板的两侧侧面均为定位面，所述定位面上设有用于插接所述储能单体的单体插接结构，所述箱体的两个所述安装面均为可开闭的操作面，所述储能单体通过两个所述操作面阵列插接安装在所述单体插装结构上。
35.进一步，所述箱体内设有用于使所述储能单体保持稳固的稳固装置。
36.进一步，所述箱体的两个安装面之间间隔设有隔板并在所述箱体内形成若干安装槽，若干所述储能单体组成单体簇并安装在所述安装槽内；所述单体壳体上设有单体极耳，所述单体极耳设置在所述单体侧面时，所述安装槽位于所述箱体长度方向上的侧面上设有与所述单体极耳配合的第一极耳配合结构；所述单体极耳设置在所述单体端面上时，所述安装槽位于所述箱体宽度方向上的两端设有与所述单体极耳配合的第二极耳配合结构。
37.本发明的有益效果在于：
38.本发明的储能单体，将单体本体内的所有储能电芯的表面积设置为大于等于600000mm2，即相较于现有的电池模组，将单体本体内的储能电芯的表面积设置得更大，能够有效提高储能单体的储电容量，从而能够满足储能场景中对较大储电容量的需求。
39.通过将箱体的宽度w0设置为约等于单体本体的长度l或约等于单体本体的长度l的两倍，如此，储能单体可沿箱体的宽度方向布置在箱体内，通过边长为长度l0和高度h0的安装面可以方便地安装储能单体以及对储能单体进行检修维护，不用在箱体内设置检修通道，从而可以提高空间利用率，进而提高储能容量。
附图说明
40.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：
41.图1为本发明储能装置实施例的结构示意图；
42.图2为储能单体的第一种结构示意图；
43.图3为储能单体的第二种结构示意图；
44.图4为储能电芯的第一种结构示意图；
45.图5为储能电芯的第二种结构示意图；
46.图6为储能电芯为一个时的结构示意图；
47.图7为储能电芯以边长为宽度和厚度的侧面作为叠合面时的结构示意图；
48.图8为储能电芯以边长为长度和厚度的侧面作为叠合面时的结构示意图；
49.图9为储能电芯以边长为长度和宽度的侧面作为叠合面时的结构示意图；
50.图10为储能单元并联时的结构示意图；
51.图11为储能单元串联时的结构示意图；
52.图12为中间集流体两侧分别设置第一电极材料层和第二电极材料层时的结构示意图；
53.图13为中间集流体的两侧分别设置第一电极材料层或第二电极材料层时的结构示意图；
54.图14为储能装置在箱体内设有中间定位板时的结构示意图；
55.图15为储能装置在箱体内设有隔板时的结构示意图。
56.附图标记说明：
57.10-箱体；11-定位板；12-稳固装置；13-隔板；14-单体簇；
58.20-储能单体；21-单体本体；22-单体外壳；23-电芯组；24-储能电芯；25-注液孔；26-温控盘管；27-防爆阀；211-第一单体极耳；212-第二单体极耳；241-第一电芯极耳；242-第二电芯极耳；
59.30-储能单元；31-第一集流体；32-第二集流体；33-第一电极材料层；24-第二电极材料层；35-第一电极材料层；36-第二电极材料层；37-端部集流体；38-中间集流体。
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1内设有至少一个储能单体20。如图2和图3所示，本实施例的储能单体20，包括单体本体21，单体本体21包括单体外壳22，单体外壳22内设有至少一个电芯组23，电芯组23包括至少一个储能电芯24，以储能电芯24面积最大的侧面作为其表面积，则电芯组23内所有的储能电芯24的表面积之和s≥600000mm2。本实施例的储能单体20，将单体本体21内的所有储能电芯的表面积设置为大于等于600000mm2，即相较于现有的电池模组，将单体本体21内的储能电芯的表面积设置得更大，能够有效提高储能单体的储电容量，从而能够满足储能场景中对较大储电容量的需求。
62.具体的，如图4和图5所示，本实施例的储能电芯为长方体形，且储能电芯24具有长度l、宽度w和厚度t，储能电芯24的表面积s＝lw；属于同一个电芯组23的所有储能电芯24的长度之和l
tota
＝nl＝2000-5000mm，其中，n为电芯组中的储能电芯的数量，且n≥1。进一步的，本实施例的储能电芯24的宽度w＝100-500mm，储能电芯24的厚度t＝2.5-250mm。具体的，当储能电芯24的数量为一个时，储能电芯24的长度为2000-5000mm，如图6所示。储能电芯24可以根据实际使用情况灵活设置尺寸大小，如将储能电芯的尺寸设置为：长度l＝1000mm、w＝100mm、t＝15mm，此时一个电芯组23内包括2-5个储能电芯24。也可以将储能电芯的尺寸设置为：长度l＝2000mm、w＝100mm、t＝15-30mm，此时一个电芯组23内包括1-2个储能电芯24。储能电芯24的宽度主要根据加工工艺(如涂布和注液)的要求来确定，储能电
芯24的厚度主要根据散热效果进行确定。由于储能单体21在电芯组23外设置单体外壳22，由此可知，储能单体21的尺寸要略大于电芯组23的尺寸。
63.进一步，储能电芯24上设有第一电芯极耳241和第二电芯极耳242；令边长为宽度w和厚度t的两个侧面为电芯端面，第一电芯极耳241和第二电芯极耳242设置在同一个电芯端面上或分别设置在两个电芯端面上。具体的，当储能电芯24的长度较短时，可将第一电芯极耳241和第二电芯极耳242设置在同一个电芯端面上，如图3所示，当然也可以将第一电芯极耳241和第二电芯极耳242分别设置在两个电芯端面上；当储能电芯24的长度较长时，将第一电芯极耳241和第二电芯极耳242分别设置在两个电芯端面上，可使电流分布更加均匀，如图4所示。具体的，令边长为长度l和厚度t的两个侧面为电芯侧面，电芯侧面上设有第一电芯极耳241和第二电芯极耳242，且第一电芯极耳241和第二电芯极耳242设置在同一个电芯侧面上或分别设置在两个电芯侧面上。具体的，在电芯侧面设置第一电芯极耳241和第二电芯极耳242，能够减小储能电芯24的内阻，进而减少储能电芯24的发热，提高储能电芯24的电化学性能。当然，如图5所示，第一电芯极耳241和第二电芯极耳242还可以设置为面极耳，也即第一电芯极耳241和第二电芯极耳242等于电芯端面的宽度w。
64.进一步，当电芯组23内包括至少两个储能电芯24时，所有的储能电芯24之间叠合在一起，且相邻两个储能电芯24之间的叠合面为边长为宽度w和厚度t的侧面、边长为长度l和宽度w的侧面或边长为长度l和厚度t的侧面，储能电芯24之间的叠合面根据储能单体21的尺寸设计以及实际场景使用要求进行选择，不再累述。具体的，当叠合面为边长为宽度w和厚度t的侧面时，储能电芯24的长度l可以相等、也可以不相等，如图7所示。当叠合面为边长为长度l和宽度w的侧面时，储能电芯24的厚度t可以相等、也可以不相等，如图9所示。当叠合面为边长为长度l和厚度t的侧面时，储能电芯24的宽度w可以相等、也可以不相等，如图8所示。
65.进一步，如图2和图3所示，单体外壳22上设有第一单体极耳211和第二单体极耳212，第一单体极耳211与第一电芯极耳241相连，第二单体极耳212与第二电芯极耳242相连。本实施例的单体本体21为长方体形，且单体本体21具有长度l、宽度w和厚度t；令边长为宽度w和厚度t的两个侧面为单体端面，第一单体极耳211和第二单体极耳212设置在同一个单体端面上或分别设置在两个单体端面上。若第一电芯极耳241和第二电芯极耳242分别设置在两个电芯端面，但第一单体极耳211和第二单体极耳212设置在同一个单体端面上时，可以通过导电母排等方式将第一电芯极耳241或第二电芯极耳242与对应的第一单体极耳211或第二单体极耳212相连，不再累述。
66.进一步，单体本体21为长方体形，且单体本体具有长度l、宽度w和厚度t；令边长为长度l和厚度t的两个侧面为单体侧面，其中一个单体侧面或两个单体侧面上间隔设有至少一个注液孔25。当单体本体21的宽度w较小时，可以仅在其中一个单体侧面上设置注液孔25，当储能电芯24的宽度w较大时，通过在两个单体侧面上分别设置注液孔25的方式，以满足储能电芯24的注液工艺要求。另外，当储能电芯24的长度l较短时，可以仅在单体侧面上设置一个注液孔25，当当储能电芯24的长度l较长时，需在单体侧面上间隔设置2个及2个以上的注液孔25，不再累述。
67.进一步，单体本体21为长方体形，且单体本体21具有长度l、宽度w和厚度t；令边长为长度l和宽度w的两个侧面为单体表面，其中一个单体表面或两个单体表面上设有温控结
构。温控结构采用设置在单体表面上或单体表面内用于介质流通的温控通道26。本实施例的温控通道26设置在单体表面上，本实施例的温控通道26成蛇形首尾相连布置在单体表面上，当然，温控通道26也可以成v型收尾相连布置，不再累述。
68.进一步，单体外壳22上设有防爆阀27，防爆阀27设置在单体端面或单体侧面上。本实施例的防爆阀27设置在单体端面上。
69.进一步，储能电芯24包括至少一个储能单元30，储能单元30包括第一集流体31和第二集流体32，第一集流体31和第二集流体32上分别设有第一电极材料层33和第二电极材料层34，第一电极材料层33和第二电极材料层34之间设有固体电解质层(图中未示出)，或第一电极材料层33和第二电极材料层34之间设有隔膜和电解液(图中未示出)。即本实施例的储能单元30可以是固态也可以是液态，根据不同的使用场景选择。具体的，当储能电芯24包括至少两个储能单元30时，相邻的两个储能单元30中，其中一个储能单元30的第一集流体31和另一个储能单元30的第二集流体32叠合，此时两个储能单元30之间串联，如图11所示；或，该两个相邻的储能单元30的第一集流体31或第二集流体32叠合在一起，此时两个储能单元30之间并联，如图10所示。
70.当然，储能电芯24还可以采用其他结构，如储能电芯24包括间隔设置的至少三个集流体，相邻的两个集流体相向的侧面上分别设有第一电极材料层35和第二电极材料层36，第一电极材料层35和第二电极材料层36之间设有固体电解质层(图中未示出)，或第一电极材料层和第二电极材料层之间设有隔膜和电解液(图中未示出)，也即储能电芯24可以为固态或液态，根据实际应用场景进行选择，不再累述。具体的，所有的集流体中，位于两端的两个集流体为端部集流体37，位于两个端部集流体37之间的集流体为中部集流体38；中部集流体38的两侧侧面上设有第一电极材料层35或第二电极材料层36，此时的储能电芯24内部为并联结构，如图13所示；或中部集流体38的两侧侧面上分别设有第一电极材料层和第二电极材料层，此时的储能电芯24内部为串联结构，如图12所示。
71.当然，根据应用场景的不同，储能电芯24还可以设置成圆柱形；当电芯组23内包括至少两个储能电芯24时，所有的储能电芯24之间叠合在一起，且相邻两个储能电芯之间的叠合面为圆形端面，即多个储能电芯24叠在一起后也为圆柱形。另外，在一些使用场景中，也可以将储能电芯24设置成正六边体形，且当电芯组23内包括至少两个储能电芯24时，所有的储能电芯之间呈蜂窝状拼接在一起，此时多个储能电芯24之间可实现无缝拼接。
72.进一步，储能电芯24为电池储能电芯或电容储能电芯，均可满足储能要求。具体的，应根据实际使用场景的不同，将储能电芯24选择为电池储能电芯或者电容储能电芯，不再累述。
73.进一步，箱体10为长方体形，且箱体10具有长度l0、宽度w0和高度h0；单体本体21为长方体形，且单体本体具有长度l、宽度w和厚度t；令箱体10中边长为长度l0和高度h0的两个侧面为安装面，则箱体的宽度w0与单体本体的长度l之间满足：
74.l0＝l+δ1或l0＝2l+δ275.其中，δ1和δ2分别表示箱体中的其他附属结构在箱体宽度方向上占据的厚度。
76.也即单体本体21的长度约定于箱体10的宽度或约等于箱体10的宽度的一半。具体的，如图1所示，当单体本体21的长度约定于箱体10的宽度时，箱体10的两个安装面中，其中一个安装面为可开闭的操作面，另一个安装面为定位面，定位面上设有用于插接储能单体
的单体插接结构，储能单体通过操作面阵列插装在单体插装结构上。如图14所示，当单体本体21的长度约等于箱体10的宽度的一半时，箱体10内设有与安装面平行的中间定位板11，中间定位板11的两侧侧面均为定位面，定位面上设有用于插接储能单体的单体插接结构，箱体10的两个安装面均为可开闭的操作面，储能单体通过两个操作面阵列插接安装在单体插装结构上。即本实施例的储能装置中，通过操作面和定位面可实现储能单体21的插接安装，不仅安装更加方便，而且可直接在箱体外对各储能单体21进行检修维护，不同再在箱体10内部设置检修通道的附属设施，能够有效提高箱体10内的空间利用率，提高储能容量。优选的，箱体10内设有用于使储能单体保持稳固的稳固装置12。
77.如图15所示，箱体10内的结构还可以为：箱体10的两个安装面之间间隔设有隔板13并在箱体10内形成若干安装槽，若干储能单体20组成单体簇14并安装在安装槽内；单体壳体22上设有单体极耳，单体极耳设置在单体侧面时，安装槽位于箱体长度方向上的侧面上设有与单体极耳配合的第一极耳配合结构；单体极耳设置在单体端面上时，安装槽位于箱体10宽度方向上的两端设有与单体极耳配合的第二极耳配合结构。
78.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。