基于自循环均温的储能组件和储能装置的制作方法

1.本实用新型属于电能储能技术领域，具体的为一种基于自循环均温的储能组件和储能装置。


背景技术：

2.锂离子电池在工作过程由于欧姆热、极化热的存在，因此存在产热的问题，特别是在大电流充放电的过程中，产热现象更为明显。这些热量如果不能及时扩散，堆积在电池内部一方面会造成电池界面副反应的速度增加，另一方面热量过度积累可能会引起电池热失控，因此高效的散热措施是锂离子电池设计必须要考虑的问题。
3.现有技术中，一般采用单独设置冷却板和均温板的方式来控制储能装置的温度，虽然在一定程度上能够满足温控效果，但仍存在以下不足：
4.1)增加重量：冷却板和均温板均包括壳体和内部流道，会增加储能装置的重量；
5.2)传热性能不足：热量需要通过储能装置的壳体以及冷却板或均温板的壳体后，再与流道内的介质进行换热，不仅传热路径长，而且由于储能装置的壳体和冷却板或均温板的壳体之间存在较大的热阻，导致热量不能及时传递到冷却板内，存在传热性能不足的问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种基于自循环均温的储能组件和储能装置，通过直接在相邻的储能单体之间形成自循环区的方式，温控介质可在自循环区内自动形成环流以达到均温的效果，不仅能够提高传热效率，而且相较于传统的温控方式可降低重量。
7.为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
8.本实用新型首先提出了一种基于自循环均温的储能组件，包括至少两个储能单体，相邻两个所述储能单体之间具有间隙；所述间隙的四周封闭形成自循环区；
9.所述储能单体的极耳朝下并使所述自循环区在靠近所述极耳的底部区域形成热区、远离所述极耳的顶部区域形成冷区；
10.所述自循环区内设有自循环流道，所述自循环流道导向所述自循环区的热区和冷区之间的温控介质形成环流。
11.进一步，所述自循环流道包括至少一条导流条，所述导流条倾斜设置，所述导流条与所述自循环区的底部区域之间形成下部流道，所述导流条与所述自循环区的顶部区域之间形成上部流道；所述上部流道和下部流道之间分别在所述导流条的两端连通。
12.进一步，所述下部流道和/或上部流道内设有用于导向所述温控介质流向的导向结构或特斯拉阀。
13.进一步，当所述导流条设为至少两条时，相邻两条所述导流条在左右方向上具有间隔距离。
14.进一步，所述导流条与所述极耳一一对应设置，且所述导流条设置在对应的所述极耳的正上方。
15.进一步，相邻的两条所述导流条之间设有隔离导向条。
16.进一步，所述导流条和隔离导向条采用具有弹性变形特性的材料制成。
17.进一步，所述自循环流道采用蛇形导向流道。
18.进一步，所述蛇形导向流道内设有用于限制温控介质流动方向的导流结构或特斯拉阀。
19.进一步，所述蛇形导向流道的侧壁采用具有弹性变形特性的材料制成。
20.进一步，令所述储能单体面积最大的侧面为单体表面，所述间隙位于相邻两个储能单体的单体表面之间。
21.进一步，还包括用于向所述自循环区内注入温控介质的进液口和用于排出所述自循环区内的温控介质的出液口。
22.进一步，所述进液口的进液方向与所述温控介质自循环的流向相同；所述出液口的进液方向与所述温控介质自循环的流向相同。
23.进一步，相邻的两个所述储能单体之间设有限位件，所述限位件使该相邻的储能单体之间形成所述间隙；所述限位件之间设有隔离元件以封闭所述间隙并形成所述自循环区。
24.进一步，所述限位件包括嵌入到相邻两个所述储能单体的表面之间的嵌板和与所述嵌板垂直并用于与所述储能单体之间限位配合的限位板。
25.进一步，相邻的两个所述储能单体之间设有用于框在所述储能单体外的限位框，所述限位框的内壁上设有向内延伸以使相邻两个所述储能单体之间形成所述间隙的隔离部。
26.本实用新型还提出了一种储能装置，包括外壳，所述外壳内设有如上所述的储能组件。
27.进一步，所述外壳为密闭外壳，外壳与所述储能组件之间形成外温控区；
28.还包括用于向所述外温控区内注入温控介质的注液通道和用于排出温控介质的排液通道，所述注液通道上设有注液口，所述排液通道上设有排液口；所述外壳的顶部设有用于控制温控介质液面高度使温控介质浸没所述储能单体的溢流口。
29.进一步，所述注液通道设置在所述储能单体的上方。
30.进一步，所述排液通道设置在所述储能单体的下方或设置在所述储能单体的两侧。
31.进一步，所述外壳内设有进液通道和出液通道，所述进液通道与每一个所述进液口相连通，所述出液通道与每一个所述出液口相连通。
32.进一步，所述进液通道和出液通道平行，且所述进液通道内的液流方向与所述出液通道内的液流方向相同。
33.进一步，所述注液通道和排液通道平行，且所述注液通道内的液流方向与所述排液通道内的液流方向相同。
34.进一步，所述外壳上设有位于所述溢流口上的防爆阀。
35.本实用新型的有益效果在于：
36.本实用新型基于自循环均温的储能组件，通过在相邻的储能单体之间形成间隙，并将间隙的四周封闭以形成自循环区，如此，由于自循环区直接形成于相邻的两个储能单体之间，热量通过储能单体的壳体可直接与温控介质进行热交换，热量传递路径更短，且温控介质为流体物质，与储能单体的壳体之间的接触热阻较小，可以提高热传导相率；另外，通过将储能单体的极耳设置为朝下，如此，可在自循环区靠近极耳的底部区域形成热区、在远离极耳的顶部区域形成冷区，在自循环流道的作用下，热区的温控介质受热膨胀向上运动、冷却后的温控介质向下流动，从而使温控介质形成环流，即实现自循环，能够使储能单体各个区域的温度更加均衡，达到均温的技术效果。
37.本实用新型还具有以下技术效果：
38.通过设置进液口向自循环区内注入温控介质、设置出液口排出自循环区内的温控介质，如此，在正常工况下，关闭进液口和出液口，使自循环区内的温控介质自循环以达到均温的技术效果；当储能单体温度达到设定阈值后，可打开进液口和出液口强制驱动自循环区内的温控介质流动，起到控制储能单体温度的技术目的。
39.通过将储能装置的外壳设为密闭外壳，并在外壳与储能组件之间形成外温控区，利用注液通道和排液通道能够驱动温控介质在外温控区内流动，同时可利用溢流口控制温控介质的液面高度，可以使储能单体浸没在温控介质内，利用温控介质对储能单体的温度进行控制，防止储能单体在运行过程中温度过高，进一步提高运行安全性能。
附图说明
40.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：
41.图1为本实用新型储能装置实施例的剖面图；
42.图2为储能组件的结构示意图；
43.图3为在上部流道和下部流道内设有特斯拉阀时的结构示意图；
44.图4为图1的前轴测图；
45.图5为图1的后轴测图；
46.图6为设有两条导流条时的结构示意图；
47.图7为在两条导流条之间设有隔离条时的结构示意图；
48.图8为自循环流道采用蛇形导向流道时的结构示意图。
49.10-外壳；11-储能单体；11a-单体表面；12-间隙；13-自循环区；14-进液口；15-出液口；16-导流条；16a-上部流道；16b-下部流道；17-限位件；17a-嵌板；17b-限位板；18-隔离元件； 19-限位框；19a-隔离部；20-外温控区；21-注液通道；22-排液通道；23-注液口；24-排液口； 25-溢流口；26-防爆阀；27-极耳；28-中部支撑件；29-圆孔；30-进液通道；31-出液通道；32
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隔离条；33-特斯拉阀；34-隔离导向条；35-蛇形导向流道。
具体实施方式
50.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。
51.如图1和图2所示，本实施例的储能装置包括外壳10，外壳10内设有储能组件。本实
施例的储能组件包括至少两个储能单体11，相邻两个储能单体11之间具有间隙12。间隙12 的四周封闭并形成自循环区13。本实施例中，储能单体11的极耳27朝下，极耳27及附近的区域为热量聚集区，温度较高，如此，可使使自循环区13在靠近极耳27的底部区域形成热区、远离极耳的顶部区域形成冷区。本实施例的自循环区13内设有自循环流道，自循环流道导向自循环区13的热区和冷区之间的温控介质形成环流。如图2所示，为了显示相邻两个储能单体11之间的间隙12，在储能组件的顶部向下剖出一个凹槽。
52.具体的，本实施例的储能单体11成方体形，并具有长l、宽w和高h，且：
53.l≥w＞h
54.其中，边长为l和w的侧面为表面积最大，此侧面即为储能单体11的单体表面11a。当储能单体11为其他形状时，如为圆柱形时，与圆柱轴线垂直的侧面为单体表面，不再累述。即本实施例中，令储能单体11面积最大的侧面为单体表面11a。本实施例中，当储能组件安装在外壳10内后，使单体表面11a位于竖直方向，相邻的两个储能单体11的单体表面11a 之间具有间隙12，间隙12四周封闭形成自循环区13，形成的自循环区13的面积更大，能够提高换热效率。此时可利用进液口14和出液口15可驱动温控介质在自循环区13内流动，与储能单体11之间进行热交换。
55.在本实施例的优选方案中，储能组件还包括用于向自循环区13内注入温控介质的进液口14和用于排出自循环区内的温控介质的出液口15。具体的，进液口14的进液方向与温控介质自循环的流向相同；出液口15的进液方向与温控介质自循环的流向相同，通过设置进液口 14向自循环区13内注入温控介质、设置出液口15排出自循环区内的温控介质，如此，在正常工况下，关闭进液口14和出液口15，使自循环区内的温控介质自循环以达到均温的技术效果；当储能单体11温度达到设定阈值后，可打开进液口14和出液口15强制驱动自循环区内的温控介质流动，起到控制储能单体温度的技术目的。
56.本实施例中，相邻的两个储能单体11之间设有限位件17，限位件17使该相邻的储能单体11之间形成间隙12。具体的，本实施例的限位件17包括嵌入到相邻两个储能单体11的单体表面11a之间的嵌板17a和与嵌板17a垂直并用于与储能单体11之间限位配合的限位板 17b。具体的，如图1和图2所示，本实施例在相邻两个储能单体11之间设有4个限位件17,4 个限位件分别设置在储能单体11的四个对角位置处。当然，在其他一些实施例中，限位件 17的数量可以设为2个、3个、5个及5个以上，即限位件17的数量不做限制，根据实际需要进行设置。另外，在其他一些实施例中，限位件17可以设置在储能单体11的其他位置处，只要其能够实现在相邻的储能单体11之间形成间隙12即可。为了形成自循环区13，本实施例在限位件17之间设有隔离元件18以封闭间隙12并形成自循环区13。当然，在其他一些实施例中，还可以在相邻的两个储能单体11之间设有用于框在储能单体11外的限位框19，限位框19的内壁上设有向内延伸以使相邻两个储能单体11之间形成间隙12的隔离部19a，如图3所示，利用限位框19不仅可以使相邻两个储能单体11之间形成间隙12，同时还可利用隔离部19a将间隙12的四周封闭以形成自循环区13。
57.如图4和图5所示，本实施例中，外壳10为密闭外壳，外壳10与储能组件之间形成外温控区20。本实施例的储能装置还包括用于向外温控区20内注入温控介质的注液通道21和用于排出温控介质的排液通道22，注液通道21上设有注液口23，排液通道22上设有排液口 24。外壳10的顶部设有用于控制温控介质液面高度使温控介质浸没储能单体11的溢流口
25，本实施例的外壳10上设有位于溢流口25上的防爆阀26。
58.如图1所示，本实施例中，注液通道21设置在储能单体11的上方，注液通道21内通入的温度较低的温控介质首先对自循环区13的顶部区域进行降温，从而提升自循环区13的热区和冷区之间的温差，加快自循环流动。排液通道22设置在储能单体11的下方或设置在储能单体的两侧。本实施例的排液通道22设置在储能单体11的下方。具体的，本实施例储能单体11的下方中部设有中部支撑件28，排液通道22设置在中部支撑件28内。在本实施例的优选方案中，注液通道21和排液通道22平行，且注液通道21内的液流方向与排液通道22内的液流方向相同，如此，可使注液通道21内的温控介质能够更加均匀地从注液口23内进入到外温控区20，同时温控介质也能够更加均匀地通过各个排液口24进入到排液通道22。
59.本实施例的外壳10内设有进液通道30和出液通道31，进液通道30与每一个进液口14 相连通，出液通道31与每一个出液口15相连通，即在对储能单体11主动进行温控时，自循环区13内通过进液通道30进液，同时通过出液通道31出液。在本实施例的优选方案中，进液通道30和出液通道31平行，且进液通道30内的液流方向与出液通道31内的液流方向相同，如此，也可是进液通道30内的温控介质能够通过各个进液口14更加均匀地进入到自循环区13内，同时自循环区13内的温控介质也可以通过各个出液口15更加均匀地进入到出液通道31内，即可使各个自循环区13内的温控介质的流速和流量更加均衡。本实施例在限位件17内设有圆孔29，进液通道30和出液通道31穿过圆孔29并设置在限位件17内，也即进液口14和出液口15也设置在限位件内。
60.具体的，自循环流道可以采用多种方式实现。如图1所示，自循环流道包括至导流条16，导流条16倾斜设置，导流条16与自循环区13的底部区域之间形成下部流道16a，导流条16 与自循环区13的顶部区域之间形成上部流道16b；上部流道16a和下部流道16b之间分别在导流条16的两端连通。如此，上部流道16a和下部流道16b形成环形流道，在热动力及导流条16的导向作用下，可使温控介质在自循环区13内形成环流，实现均温的技术目的。当然，在本实施例的优选方案中，还可以在下部流道16b和/或上部流道16a内设有用于导向温控介质流向的导向结构或特斯拉阀33，如图3所示，本实施例在下部流道16b和上部流道16a内设有特斯拉阀33，既可以对温控介质的环流方向进行导向，又可以在下部流道16b和上部流道16a的边缘区域形成环流，驱动下部流道16b和上部流道16a内的所有温控介质均参与环流，提高换热效果。
61.当然，在其他一些实施例中，导流条16也可以设为多条，如图6所示，当导流条16设为至少两条时，相邻两条导流条16在左右方向上具有间隔距离，即垂直于单体表面11a并位于竖直方向上的平面最多与一条导流条16相交。图6中，导流条16与极耳27一一对应设置，且导流条16设置在对应的极耳27的正上方，如此，自循环区13内可与每一个极耳27均对应形成一个自循环环流，可避免因多个极耳27导致的多个热区之间的干扰。当导流条15设为至少两条时，在相邻两条导流条16之间设有隔离导向条34，防止不同自循环环流之间产生干扰。当然，在一些实施例中，还可以在相邻两条导流条16之间设置隔离条32将两条导流条16完全隔开，如图7所示。在本实施例的优选方案中，导流条16和隔离导向条34采用具有弹性变形特性的材料制成，如此，在储能单体11充放电过程中受热膨胀，通过导流条16和隔离导向条34的弹性变形特性，可为储能单体6提供膨胀空间。
62.当然，在其他一些实施例中，还可以将自循环流道采用蛇形导向流道35，如图8所
示，此时可在蛇形导向流道35内设有用于限制温控介质流动方向的导流结构或特斯拉阀33。本实施例在蛇形导向流道35内设有特斯拉阀33，既可以对温控介质的环流方向进行导向，又可以在蛇形导向流道35的边缘区域形成环流，驱动蛇形导向流道35内的所有温控介质均参与环流，提高换热效果。在本实施例的优选方案中，蛇形导向流道35的侧壁采用具有弹性变形特性的材料制成，如此，在储能单体11充放电过程中受热膨胀，通过导流条16和隔离导向条34的弹性变形特性，可为储能单体6提供膨胀空间。
63.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。