储能单体、储能簇及储能装置的制作方法

1.本实用新型电化学储能技术领域，具体的涉及一种储能单体、储能簇及储能装置。


背景技术：

2.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。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种储能单体、储能簇及储能装置，能够提高温控效果，并提高储能装置的运行安全性。
4.为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
5.本实用新型首先提出了一种储能单体，包括单体壳体，所述单体壳体内设有储能电芯，所述单体壳体上设有单体温控系统和单体防爆系统；
6.所述单体温控系统包括用于温控介质流通的温控通道，所述温控通道的两端分别设有第一介质入口和第一介质出口；
7.所述单体防爆系统包括用于在所述单体壳体内的气压超过设定阈值时排气的排气阀。
8.进一步，所述温控通道焊接在所述单体壳体上；或，
9.所述单体温控系统包括温控板，所述温控通道设置在所述温控板内；或，
10.所述单体温控系统包括相互平行的两块导热薄板，所述温控通道设置在两块所述导热薄板之间；或，
11.所述单体温控系统包括温控底板和温控盖板，所述温控底板和温控盖板之间对应设有温控凹槽、并在所述温控盖板盖在所述温控底板上后形成所述温控通道。
12.进一步，所述储能电芯包括层叠设置的若干电芯单元，相邻两个所述电芯单元之间设有绝缘导热隔膜。
13.进一步，所述电芯单元包括至少一个电芯，所述电芯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隔膜和电解液；或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；
14.当所述电芯单元包括至少两个所述电芯时，所述电芯之间层叠设置，且相邻两个所述电芯的第一集流体或第二集流体叠合在一起；或相邻两个电芯中，其中一个电芯的所述第一集流体与另一个所述电芯的第二集流体叠合在一起。
15.进一步，所述电芯单元包括至少三个集流体；所述集流体的两侧分别设有第三电极材料层和第四电极材料层；或所述集流体的两侧均设有第三电极材料层或第四电极材料层；且：
16.相邻两个所述集流体相向的侧面上分别设有所述第三电极材料层和第四电极材料层，所述第三电极材料层和第四电极材料层之间设有隔膜和电解液，或所述第三电极材料层和第四电极材料层之间设有固体电解质。
17.进一步，所述排气阀上连接有负压排气管。
18.进一步，所述单体防爆系统还包括用于向所述单体壳体内通入防热失控介质的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。
19.进一步，所述单体壳体上设有用于连接所述防热失控介质注入管的注防热失控介质口，所述注防热失控介质口与所述排气阀分别位于所述单体壳体的两端。
20.本实用新型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储能单体。
21.进一步，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排出温控介质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。
22.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。
23.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。
24.进一步，所述簇支架上设有间隔设有储能单体组，所述储能单体组包括至少一个所述储能单体，相邻的所述储能单体组之间设有温控单体。
25.进一步，所述储能单体组包括1个或2个所述储能单体，所述储能单体的壳体表面与相邻的所述温控单体之间接触配合。
26.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排出温控介质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。
27.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。
28.进一步，所述簇支架上还设有温控板。
29.进一步，所述温控板上设有用于温控介质流通的温控却通道。
30.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。
31.本实用新型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。
32.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。
33.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。
34.进一步，所述箱体的侧壁和/或底面上设有箱体温控装置。
35.本实用新型的有益效果在于：
36.本实用新型的储能单体，通过在单体壳体上设置单体温控系统和单体防爆系统，
通过温控通道，可实现温控介质与储能电芯之间的热交换，从而使储能电芯的温度保持在设定范围，以改善储能电芯的运行温度，提高储能电芯的运行安全性能；同时，通过在单体壳体上设置排气阀，当储能电芯内部产气并超过设定压力后，排气阀能够将单体壳体内的气体排出，避免单体壳体膨胀甚至爆炸。
37.通过设置防热失控介质注入管和防热失控介质注入阀门，当储能单体内发生短路等极端情况时，可打开防热失控介质注入阀门向储能单体内注入防热失控介质，冷冻电解液以抑制储能单体内部的电化学反应，提高安全性能。
38.通过在簇支架上设置密封外壳，并在密封外壳内填充氮气或惰性气体，能够起到防止爆炸的作用，提高安全性。
附图说明
39.为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本实用新型提供如下附图进行说明：
40.图1为本实用新型储能装置实施例的结构示意图；
41.图2为储能簇的结构示意图；
42.图3为储能单体的结构示意图；
43.图4为电芯单元的结构示意图；
44.图5为图4的a详图；
45.图6为单体壳体上设有表面温控结构时的管路图；
46.图7为设有温控单体时的管路图；
47.图8为第一种电芯单元为串联结构时的结构示意图；
48.图9为第一种电芯单元为并联结构时的结构示意图；
49.图10为第二种电芯单元串联结构时的结构示意图；
50.图11为第二种电芯单元并联结构时的结构示意图；
51.图12为在单体壳体上设有加强筋时的结构示意图；
52.图13为图12的b详图。
53.附图标记说明：
54.10-箱体；11-温控装置；
55.20-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-第一介质流量控制阀门；25-温控单体；26-第二介质入口；26a-第二介质流量控制阀门；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；
56.30-储能单体；31-单体壳体；32-单体极耳；33-电芯单元；34-绝缘导热隔膜；35-壳体表面；36-壳体侧面；37-导热板；38-表面温控通道；38a-第一介质入口；38b-第一介质出口；39-排气阀；40-负压排气管；41-防热失控介质注入管；42-防热失控介质注入阀门；
57.51-第一集流体；52-第二集流体；53-第一电极材料层；54-第二电极材料层；55-隔膜；56-集流体；57-第三电极材料层；58-第四电极材料层；59-隔膜。
具体实施方式
58.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员
可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
59.如图1所示，为本实用新型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。如图2所示，本实施例的储能簇20，包括簇支架21，簇支架21上安装有若干储能单体30。如图3所示，本实施例的储能单体30包括单体壳体31，单体壳体31内设有储能电芯43，单体壳体31上设有单体温控系统和单体防爆系统。本实施例的单体温控系统包括用于温控介质流通的温控通道38，温控通道38的两端分别设有第一介质入口38a和第一介质出口38b。簇支架21上设有用于通入温控介质的第一介质注入管道23和用于排出温控介质的第一介质回流管道24，第一介质入口38a与第一介质注入管道23相连，第一介质出口38b与第一介质回流管道24相连。本实施例的单体防爆系统包括用于在单体壳体31内的气压超过设定阈值时排气的排气阀39。优选的，排气阀39上连接有负压排气管40，通过负压的作用能够更加快速地将单体壳体31内的气体排出。
60.由于储能簇内包含多个储能单体30，每个储能单体30均设有表面温控通道38，则难以保证每个储能单体30的表面温控通道38内温控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30均能够得到有效的温控降温，通过设置第一介质流量控制阀门24，能够实时调节第一介质入口38a的开度，从而调节每个储能单体30的表面温控通道38内的温控介质的流量，以确保在正常运行过程中，每个储能单体30的表面温控通道38内的温控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。
61.具体的，温控通道38可通过多种方式设置在单体壳体31上，如：温控通道38焊接在单体壳体上；或，单体温控系统包括温控板，温控通道设置在温控板内；或，单体温控系统包括相互平行的两块导热薄板，温控通道设置在两块导热薄板之间；或，单体温控系统包括温控底板和温控盖板，温控底板和温控盖板之间对应设有温控凹槽、并在温控盖板盖在温控底板上后形成温控通道。本实施例的温控通道38焊接在单体壳体上。
62.当然，在一些实施例中，还可以在储能单体30间设置温控单体25，如图7所示。具体的，簇支架21上设有间隔设有储能单体组，储能单体组包括至少一个储能单体，相邻的储能单体组之间设有温控单体25。具体的，为了使每个储能单体均能够与至少一个温控单体25接触配合，储能单体组包括1个或2个储能单体，储能单体的壳体表面与相邻的温控单体之间接触配合。温控单体内设有用于温控介质流通的单体温控通道，单体温控通道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31上设有用于通入温控介质的第二介质注入管道28和用于排出温控介质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26a，以达到控制每个温控单体25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24相当，不再累述。
63.当然，为了提高温控效率，在一些实施例中，还可以在簇支架31上还设有温控板(图中未示出)，也可以在温控板上设有用于温控介质流通的板温控通道，不再累述。
64.另外，在一些实施例中，还可以在簇支架31上设有密封外壳(图中未示出)，密封外壳内充满氮气或惰性气体，能够起到防止爆炸的作用，提高安全性。
65.进一步，如图6和图7所示，单体壳体31上设有用于通入防热失控介质的防热失控
介质注入管41，防热失控介质注入管41上设有防热失控介质注入阀门42。通过设置防热失控介质注入管41和防热失控介质注入阀门42，当储能单体30内发生短路等极端情况时，可打开防热失控介质注入阀门42向储能单体30内注入防热失控介质，冷冻电解液以抑制储能单体内部的电化学反应，提高安全性能。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。
66.进一步，如图12所示，在一些实施例中，还可以在单体壳体31上设置用于加强结构强度的加强筋43。加强筋可以采用现有的多种方式设置在单体壳体31上，如加强筋43可以直接焊接在单体壳体31上，也可以通过在单体壳体31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。
67.进一步，储能电芯43包括层叠设置的若干电芯单元33，相邻两个电芯单元33之间设有绝缘导热隔膜34。具体的，电芯单元可以采用多种方式：
68.第一种方式：电芯单元包括至少一个电芯，电芯包括第一集流体51和第二集流体52，第一集流体51和第二集流体52相向的侧面上分别设有第一电极材料层53和第二电极材料层54，第一电极材料层53和第二电极材料层54之间设有隔膜55和电解液(图中未示出)；或第一电极材料层53和第二电极材料层54之间设有固体电解质。即电芯可以为液态，也可以为固态。本实施例的第一电极材料层53和第二电极材料层54之间设有隔膜55和电解液。具体的，当电芯单元33包括至少两个电芯时，电芯之间层叠设置，且相邻两个电芯的第一集流体51或第二集流体52叠合在一起，此时相邻两个电芯之间并联连接，如图9所示；或相邻两个电芯中，其中一个电芯的第一集流体51与另一个电芯的第二集流体52叠合在一起，此时两个电芯之间串联连接，如图8所示。
69.第二种方式：电芯单元包括至少三个集流体56；集流体56的两侧分别设有第三电极材料层57和第四电极材料层58，此时的电芯单元为串联结构，如图10所示；或集流体56的两侧均设有第三电极材料层57或第四电极材料层58，此时的电芯单元为并联结构，如图11所示。相邻两个集流体56相向的侧面上分别设有第三电极材料层57和第四电极材料层58，第三电极材料层57和第四电极材料层58之间设有隔膜59和电解液(图中未视出)，或第三电极材料层57和第四电极材料层58之间设有固体电解质。本实施例的第三电极材料层57和第四电极材料层58之间设有隔膜59和电解液。
70.另外，电芯单元可以为电池电芯单元，也可以为电容电芯单元，不再累述。
71.具体的，令单体壳体31中与绝缘导热隔膜34平行的面为壳体表面35，与绝缘导热隔膜34垂直的面为壳体侧面36，壳体侧面36上设有单体极耳32。本实施例的温控通道38设置在其中一个壳体表面35上，当然，也可以在两个壳体表面35上均设置温控通道38。当单体壳体31具有至少两个壳体侧面36时，至少有一个壳体侧面36上未设置单体极耳32，绝缘导热隔膜34的端部贴合在未设置单体极耳32的壳体侧面36上；当单体壳体31仅有一个壳体侧面36时，如单体壳体31为圆柱形时，该壳体侧面36包括功能区和空置区，单体极耳32设置在壳体侧面36的功能区，绝缘导热隔膜34的端部贴合在壳体侧面36的空置区上。具体的，本实
施例的单体壳体31成方体型，单体壳体31具有四个壳体侧面36和两个单体表面35。且若所有的单体极耳32均设置在同一个壳体侧面36上时，剩下的三个未设置单体极耳32的壳体侧面36中，绝缘导热隔膜34与其中至少一个壳体侧面36贴合；若单体极耳32分别设置在两个壳体侧面36上，剩下的两个未设置单体极耳32的壳体侧面36中，绝缘导热隔膜34与其中至少一个壳体侧面36贴合；若四个壳体侧面36中，其中三个壳体侧面36上设有单体极耳32时，剩下的一个壳体侧面36与绝缘导热隔膜34贴合。本实施例的储能单体，通过在单体外壳31内设置电芯单元33和在电芯单元33之间设置绝缘导热隔膜34，并将绝缘导热隔膜34与壳体侧面36贴合，如此，通过绝缘导热隔膜34可将电芯单元33内产生的热量传导至壳体侧面36，从而能够实现层叠设置的电芯单元33内部的降温，提高储能单体30的运行安全性。
72.进一步，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。具体的，温控装置11内设有用于温控介质流通的装置温控通道。具体的，在一些实施例中，为了提高温控降温效果，还可以在箱体10的侧壁或底面上设置箱体温控装置，或在箱体10的侧壁和底面上同时这只箱体温控装置。
73.以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。