CN117438708A - 电池组件、电池包、储能电池柜及储能*** - Google Patents

电池组件、电池包、储能电池柜及储能*** Download PDF

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Abstract

一种电池组件、采用该电池组件的电池包、储能电池柜及储能***，该电池组件包括多个单体电池，所述单体电池大致为长方体型且长度为L0，厚度为D0，高度为H0，并满足10≤L0/H0≤12；50≤L0/D0≤90。所述多个单体电池沿所述电池组件的宽度方向排列，且所述单体电池的厚度方向与所述电池组件的宽度方向一致，所述单体电池的长度方向与所述电池组件的长度方向一致并从所述电池组件长度方向的一侧延伸至另一相对侧。所述电池组件的宽度尺寸为Dl、长度尺寸为L1，并满足75%≤D1/L1≤125%。据此，在提升电池组件及相应的电池包、储能电池柜及储能***的能量密度的同时，保证其结构稳定性。

Description

电池组件、电池包、储能电池柜及储能***
技术领域
本发明涉及储能技术领域，尤其是涉及一种电池组件、采用该电池组件的电池包、储能电池柜及储能***。
背景技术
随着电化学储能技术的发展，储能在电力行业的运用越来越多，对储能电池包的能量密度和结构稳定性要求越来越高。相关技术中，为提高结构的稳定性，通常需要设置较多的辅助加强结构，导致能量密度不高，而省略辅助加强结构换取能量密度的提升，则会导致结构稳定性无法满足需求，故存在改进空间。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提供一种电池组件、采用该电池组件的电池包、储能电池柜及储能***，在提升电池组件及相应的电池包、储能电池柜及储能***的能量密度的同时，保证其结构稳定性。
本发明的技术方案如下。
一种电池组件，具有预定的长度方向及与所述长度方向垂直的宽度方向，并包括多个单体电池，所述单体电池大致为长方体型且长度为L0，厚度为D0，高度为H0，并满足10≤ L0/H0 ≤ 12；50≤ L0/D0 ≤ 90；
所述多个单体电池沿所述电池组件的宽度方向排列，且所述单体电池的厚度方向与所述电池组件的宽度方向一致，所述单体电池的长度方向与所述电池组件的长度方向一致并从所述电池组件长度方向的一侧延伸至另一相对侧；所述电池组件的宽度尺寸为Dl、长度尺寸为L1，并满足75%≤D1/L1≤125%。
在一些实施方式中，所述单体电池满足：70≤ L0/D0 ≤ 90。
在一些实施方式中，所述单体电池满足：400mm＜L0＜1000mm，10mm＜D0＜30mm，90mm＜H0＜200mm。
在一些实施方式中，所述单体电池满足：500mm＜L0＜970mm，10mm＜D0＜15mm，80mm＜H0＜100mm。
在一些实施方式中，所述电池组件还包括电池支架，所述电池支架包括沿所述电池组件宽度方向延伸的底板及连接于所述底板两相对端的端板；所述多个单体电池的底部至少部分支撑于所述底板上，两个所述端板夹设于所述多个单体电池厚度方向的两侧；所述电池组件的宽度尺寸Dl、为所述两端板外端面的间距。
在一些实施方式中，所述多个单体电池中，至少部分相邻的单体电池之间预设有间隙，所述间隙内填充有隔离介质层。
在一些实施方式中，所述间隙的距离为d1，且满足0.5mm≤d1≤2mm。
在一些实施方式中，至少一个所述端板与相邻的单体电池之间设置有缓冲层。
在一些实施方式中，所述缓冲层的厚度为d2，且满足1mm≤d2≤3mm。
在一些实施方式中，所述电池支架包括两个所述底板，所述两个底板间隔设置且分别支撑于所述单体电池长度方向的两端，所述两个端板的两端分别固定于所述两个底板上。
在一些实施方式中，所述电池支架还包括两个挡板，所述挡板分别设置于所述两个底板上并用于止挡所述单体电池长度方向的两端。
在一些实施方式中，所述端板的厚度为d3，且满足10mm≤d3≤50mm。
在一些实施方式中，所述端板的厚度d3满足15mm≤d3≤25mm。
一种电池包，所述电池包包括前述任一电池组件；所述电池组件具有与其长度方向和宽度方向垂直的高度方向，所述多个电池组件沿所述高度方向层叠设置。
在一些实施方式中，所述电池包包括K个所述电池组件，2≤ K ≤ 16。
在一些实施方式中，所述电池包具有沿所述电池组件的高度方向的高度尺寸H1，且所述电池包的高度尺寸H1与所述电池组件的长度尺寸L1满足: 10%≤H1/L1≤200%。
在一些实施方式中，所述电池包的高度尺寸H1与所述电池组件的长度尺寸L1满足:80%≤H1/L1≤120%。
在一些实施方式中，所述电池模组包括偶数个单体电池；所述单体电池包括正极端子和负极端子，所述正极端子和负极端子分别位于所述单体电池长度方向的两相对端。
一种储能电池柜，包括：
柜体；
前述任一电池包，所述电池包安装收容于所述柜体内；
空调组件，安装于柜体上并用于调节所述柜体内的温度；及
电池管理器，与所述电池包电性连接并用管理所述电池包。
一种储能***，包括所述的储能电池柜。
前述电池组件中，所述单体电池的长度方向与所述电池组件的长度方向一致并从所述电池组件长度方向的一侧延伸至另一相对侧，换言之，电池组件的长度方向仅设置一个单体电池，单体电池整体从一侧跨设至另一侧，长度方向无需设置辅助加强件，可以保证较高的体积利用率和能量密度。同时，多个单体电池沿所述电池组件的宽度方向排列，能够形成彼此间的限位和加强，单体电池在长度方向也能够对形成的电池组件起到辅助加强作用，能够保证电池组件的整体结构强度。此外，电池组件的宽度尺寸为Dl、长度尺寸为L1满足75%≤D1/L1≤125%，使得电池组件的平面投影接近正方形，重心大致落于中心位置，在运输途中及安装后各结构件受力比较均匀、稳定性好。采用该电池组件的电池包、储能电池柜及储能***也可利用电池组件的上述特性提高能量密度、结构强度及整体稳定性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的储能***的结构示意图。
图2是图1中的储能电池柜的结构示意图。
图3是图2所示的储能电池柜中电池包的结构示意图。
图4是图3所示的电池包中电池组件的结构示意图。
图5是图4所示的电池组件的左视图，且视图为破断视图。
图6是图5中A部分的局部放大视图。
图7是图4所示的电池组件中单体电池的结构示意图。
图8是图4所示的电池组件中电池支架的结构示意图。
附图标记：
储能***1000、储能电池柜100、配电箱200、安装框架300
柜体11、电池包12、空调组件12、电池管理器14、
电池组件120、单体电池121、电池支架122、隔离介质层123、缓冲层124、
底板1221、端板1222、挡板1223、风道间隙1224。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，“若干”的含义是一个或多个。
以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细阐述。
如图1所示，公开了一种储能***1000，包括多个储能电池柜100和配电箱200。该储能***1000通常可为家庭储能***或商业储能***，其包括的储能电池柜100的数量可根据具体需求设定。多个储能电池柜100均与配电箱200电连接，以实现配电管理。在一些实施方式中，储能***1000还可以包括安装框架300，所述电池柜100和配电箱200均可安装于所述安装框架300上。
如图2所示，所述储能电池柜100可包括柜体11、电池包12、空调组件13、及电池管理器14。柜体11内部形成收容空间，电池包12收容于柜体11内。空调组件13安装于柜体11上，通常可选择安装于柜体11内部，例如挂装于柜体11的内壁上，也可选择安装于柜体11外部，起到调节电池柜100内部工作温度的作用。电池管理器14则可用于电池包12的充放电管理。
如图3至图8所示，所述电池包12包括多个电池组件120。
由于储能***1000的架构及储能电池柜100的上述结构层级并非本案改进的重点，且现有技术中已存在较多前述结构层级的典型实现方式，此处不再展开说明。本申请中，储能***1000及储能电池柜100的改进主要依赖于所述电池包12及所述电池模组120，故以下主要对所述电池包12和所述电池组件120的具体实施方式进行详细阐述。
所述电池包12中，所述电池组件120具有预设的长度方向、宽度方及高度方向，所述长度方向、宽度方及高度方向相互垂直。所述多个电池组件120沿所述高度方向层叠设置。此处的高度方向可以理解为竖直方向。通常，储能***1000或其包括的储能电池柜100在实际应用中，其放置或安装完成后的高度方向即为竖直方向。所述电池包12大致呈长方体型，因此，为方便理解，将电池组件120在常规使用状态下与竖直方向相同的方向定义为其高度方向，相应的，在水平方向上定义出其长度方向和宽度方向。
电池组件120包括多个单体电池121，所述单体电池121大致为长方体型，并该长方体型单体电池的长度为L0，厚度为D0，高度为H0，并满足10 ≤ L0/H0 ≤ 12；50≤ L0/D0 ≤90。所述单体电池121大致为长方体型，是指所述单体电池121的主体部分为长方体形，但因单体电池121通常还包括位于主体部分端部的电极端子、防爆阀等结构，整体并不是严格的长方体形，或者因尺寸形位公差、局部异形等因素造成整体并不是严格的长方体形，但大体满足长方体外形。相应的，所述单体电池121的长度可理解为单体电池121主体部分的长度，即不包括电极端子的部分。
所述多个单体电池121沿所述电池组件120的宽度方向排列，且所述单体电池121的厚度方向与所述电池组件120的宽度方向一致，所述单体电池121的长度方向与所述电池组件120的长度方向一致。同时，每个单体电池121均从所述电池组件120长度方向的一侧延伸至另一相对侧，换言之，在每个电池组件120的长度方向仅设置一个单体电池121，单体电池121整体从一侧跨设至另一侧，沿电池组件120的长度方向无需设置辅助加强件，可以保证较高的体积利用率和能量密度。同时，多个单体电池121沿所述电池组件120的宽度方向排列，能够形成彼此间的限位和加强，单体电池在长度方向也能够对形成的电池组件120起到辅助加强作用，从而能够保证电池组件120的整体结构强度。
此外，所述电池组件120的宽度尺寸为Dl、长度尺寸为L1，并满足75%≤Dl/ L1≤125%。将所述电池组件120的宽度尺寸Dl及长度尺寸L1约束在该比例范围之内，可使得电池组件120的平面投影接近正方形，重心大致落于中心位置，在运输途中及安装后各结构件受力比较均匀、稳定性好。例如，在实际应用中，电池组件120的宽度尺寸Dl、长度尺寸L1可优选1:1左右的比例，使电池组件120在水平平面上的投影接近正方形，控制重心分布以提高稳定性。当然，在具体实施中，宽度尺寸Dl、长度尺寸L1的比例也可以根据具体需求在上述范围内调整。
与此同时，长方体型单体电池121的长度L0、厚度为D0、高度H0满足10 ≤ L0/H0 ≤12；50≤ L0/D0 ≤ 90，该尺寸限定也是为了在保证电池组件1的稳定性和整体结构强度的同时，尽量提高体积能量密度。具体而言，限定单体电池121尺寸的长度与厚度的比值，原因在于当该比值越大时，可排布的单体电池121的数量越多，体积利用率增加，所具有的电量就越多，同时为了使厚度方向排布的单体电池121的厚度尺寸总和接近于单体电池121的长度，这样排布多个单体电池在水平方向上的投影形状就接近于正方形，重心位于中间。当多个电池组件120从下往上叠加时整个电池包12的重心也位于中间，比较稳定。当单体电池121的长度与厚度的比值过大时，单体电池121结构强度就会减弱，经过多次充放循环产生膨胀力会损坏内部电芯；当单体电池的长度与厚度的比值过小时，在保证稳定性的情况下，每层电池组件120包含的单体电池121的数量就会变少，如果增多单体电池121的数量，不仅电池组件120的结构不稳定，多个电池组件120堆叠成电池包12时，也会导致堆叠的高度受限。故发明人经过长期的研究和多次实验验证，为同时满足前述对于电池组件1的稳定性、整体结构强度的及尽量提高体积能量密度的需求，需满足前述尺寸要求。
采用该电池组件120的电池包12、储能电池柜100及储能***1000也可利用电池组件120的上述特性提高能量密度、结构强度及整体稳定性。
在一些实施方式中，所述单体电池满足：70≤ L0/D0 ≤ 90。
在一些实施方式中，所述单体电池满足：400mm＜L0＜1000mm，10mm＜D0＜30mm，90mm＜H0＜200mm。在一些使用情境中，例如家庭中用的储能电池柜100一般采用壁挂式结构，单体电池121需要尽量处于扁平形态，且每个电池组件120上的单体电池121排列后也需要尽量处于扁平形态。这样，采用上述单体电池121的储能电池柜100挂墙后，凸出墙面的尺寸更不容易超过500mm，从而几乎不干涉用户在家庭中正常活动，更满足家庭用户的使用需求。
在一些实施方式中，所述单体电池满足：500mm＜L0＜970mm，10mm＜D0＜15mm，80mm＜H0＜100mm。在一些使用情境中，例如工商业中用的储能电池柜1一般需要单体电池121在长度布置一个，单体电池121在厚度方向和高度方向可以堆叠放置多个。这样，采用上述单体电池121的储能电池柜1的储存的电量更多，供电能力更强，满足工商业的使用需求。
在一些实施方式中，所述电池组件120还包括电池支架122，所述电池支架122包括沿所述电池组件120宽度方向延伸的底板1221及连接于所述底板1221两相对端的端板1222。所述多个单体电池121的底部至少部分支撑于所述底板1221上，两个所述端板1222夹设于所述多个单体电池121厚度方向的两侧。所述电池组件120的宽度尺寸Dl、为所述两端板1222的外端面的间距。
通过设置电池支架122，可以利用电池支架122固定多个单体电池121，从而可以利用电池支架122本身的结构强度辅助提高单体电池121的结构强度，从而使电池支架122、储能电池柜100及储能***1000中可以布置的电池组件120的数量的可以更多，例如，电池支架122中，电池组件120的数量可以为6-20并在高度方向依次堆叠，这样储能电池柜100及储能***1000的体积利用率更大且能量密度更高。
在一些实施方式中，所述多个单体电池121中，至少部分相邻的单体电池121之间预设有间隙，所述间隙内填充有隔离介质层123。在具体实施中，所述隔离介质层123可采用绝缘、隔热材料制成，可减少运输振动和电池膨胀对于电池组件1的影响，也可阻止单体电池之间的热蔓延，降低了电池模组结构损坏以及发生热失控的风险，还能起到绝缘作用。所述隔离介质层123可部分填充相应的间隙，例如，隔离介质层123可包括限位部分和隔离部分，限位部分的厚度可与所述间隙的距离大致相同，用于限定相邻的单体电池121之间的位置，隔离部分的厚度则小于所述间隙的距离，从而使相邻单体电池121之间保留部分间隙，减少运输振动和电池膨胀对于电池组件1的影响。
在一些实施方式中，所述间隙的距离为d1，且满足0.5mm≤d1≤2mm。
在一些实施方式中，至少一个所述端板1222与相邻的单体电池121之间设置有缓冲层124。该缓冲层124可由泡棉制成，端板1222处设置泡棉，可用于对单体电池121在使用过程中产生的膨胀力起到缓冲作用，同时，因缓冲层124可以弹性伸缩，可以用于抵消装配中尺寸公差的累积。所述缓冲层的厚度为d2，且满足1mm≤d2≤3mm。
当所述电池组件120还包括前述隔离介质层123、缓冲层124中的至少一者时，所述电池组件120的宽度尺寸Dl仍为所述两端板1222的外端面的间距，相应的，该宽度尺寸Dl包括了设有的隔离介质层123、缓冲层124的厚度。
在一些实施方式中，所述端板1222的厚度为d3，且满足10mm≤d3≤50mm。进一步的，所述端板1222的厚度d3满足15mm≤d3≤25mm。由此，使端板1222满足约束所需的结构强度的同时，不至于过厚而导致体积占用过多。
在一些实施方式中，所述电池支架122包括两个所述底板1221，所述两个底板1221间隔设置且分别支撑于所述单体电池121长度方向的两端，所述两个端板1222的两端分别固定于所述两个底板1221上。如此，两个底板1221之间的间隔形成风道间隙1224，两底板1221还能够对进入风道间隙1224内的气体进行导向，从而提高气体对单体电池121的散热效率，单体电池121更不易受热损坏，延长储能电池柜100的使用寿命。
在一些实施方式中，所述电池支架还包括两个挡板1223，所述两个挡板1223分别设置于所述两个底板1221上并用于止挡所述单体电池121长度方向的两端。具体而言，所述挡板1223的宽度可小于相应的底板1221的宽度，所述挡板1223可叠置固定于相应的底板1221上侧，挡板1223宽度方向的外侧可与底板1221的外侧大致平齐，内侧则与底板1221共同形成止挡台阶，单体电池121温度端部支撑于对应底板1221上时，端部由该止挡台阶止挡定位。
前述电池包120包括多个电池组件120，所述多个电池组件120沿所述高度方向层叠设置。例如，在一些实施方式中，所述电池包包括K个所述电池组件，2≤ K ≤ 16。相邻的电池组件120之间可通过电池支架122之间的连接实现安装固定。例如，相邻电池组件120的电池支架122可通过螺钉连接固定。
在一些实施方式中，所述电池包具有沿所述电池组件的高度方向的高度尺寸H1，且所述电池包的高度尺寸H1与所述电池组件的长度尺寸L1满足: 10%≤H1/L1≤200%，进一步的，所述电池包的高度尺寸H1与所述电池组件的长度尺寸L1满足: 80%≤H1/L1≤120%。如此，可尽量使电池包120的中心接近其几何中心，结构更加稳定。当所述电池支架122包括多个电池组件120时，所述电池支架122的高度H1可理解为多个所述电池组件120的高度之和。
在一些实施方式中，所述电池模组包括偶数个单体电池；所述单体电池包括正极端子和负极端子，所述正极端子和负极端子分别位于所述单体电池长度方向的两相对端。如此，单体电池121的正极端子和负极端子位于对立侧，偶数排布便于上下层电池组件120之间的连接。
在本说明书的描述中，参考术语“具体实施例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (20)

1.一种电池组件，具有预定的长度方向及与所述长度方向垂直的宽度方向，并包括多个单体电池，其特征在于：所述单体电池大致为长方体型且长度为L0，厚度为D0，高度为H0，并满足10 ≤ L0/H0≤ 12；50≤ L0/D0≤ 90；
所述多个单体电池沿所述电池组件的宽度方向排列，且所述单体电池的厚度方向与所述电池组件的宽度方向一致，所述单体电池的长度方向与所述电池组件的长度方向一致并从所述电池组件长度方向的一侧延伸至另一相对侧；所述电池组件的宽度尺寸为Dl、长度尺寸为L1，并满足75%≤D1/L1≤125%。
2.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于，所述单体电池满足：70≤ L0/D0≤ 90。
3.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于，所述单体电池满足：400mm＜L0＜1000mm，10mm＜D0＜30mm，90mm＜H0＜200mm。
4.根据权利要求3所述的电池组件，其特征在于，所述单体电池满足：500mm＜L0＜970mm，10mm＜D0＜15mm，80mm＜H0＜100mm。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的电池组件，其特征在于，所述电池组件还包括电池支架，所述电池支架包括沿所述电池组件宽度方向延伸的底板及连接于所述底板两相对端的端板；所述多个单体电池的底部至少部分支撑于所述底板上，两个所述端板夹设于所述多个单体电池厚度方向的两侧；所述电池组件的宽度尺寸Dl、为所述两端板外端面的间距。
6.根据权利要求5所述的电池组件，其特征在于，所述多个单体电池中，至少部分相邻的单体电池之间预设有间隙，所述间隙内填充有隔离介质层。
7.根据权利要求6所述的电池组件，其特征在于，所述间隙的距离为d1，且满足0.5mm≤d1≤2mm。
8.根据权利要求5所述的电池组件，其特征在于，至少一个所述端板与相邻的单体电池之间设置有缓冲层。
9.根据权利要求8所述的电池组件，其特征在于，所述缓冲层的厚度为d2，且满足1mm≤d2≤3mm。
10.根据权利要求5所述的电池组件，其特征在于，所述电池支架包括两个所述底板，所述两个底板间隔设置且分别支撑于所述单体电池长度方向的两端，所述两个端板的两端分别固定于所述两个底板上。
11.根据权利要求10所述的电池组件，其特征在于，所述电池支架还包括两个挡板，所述挡板分别设置于所述两个底板上并用于止挡所述单体电池长度方向的两端。
12.根据权利要求5所述的电池组件，其特征在于，所述端板的厚度为d3，且满足10mm≤d3≤50mm。
13.根据权利要求12所述的电池组件，其特征在于，所述端板的厚度d3满足15mm≤d3≤25mm。
14.一种电池包，其特征在于，所述电池包包括多个如权利要求1-13中任一项所述的电池组件；所述电池组件具有与其长度方向和宽度方向垂直的高度方向，所述多个电池组件沿所述高度方向层叠设置。
15.根据权利要求14所述的电池包，其特征在于，所述电池包包括K个所述电池组件，2≤ K ≤ 16。
16.根据权利要求14所述的电池包，其特征在于，所述电池包具有沿所述电池组件的高度方向的高度尺寸H1，且所述电池包的高度尺寸H1与所述电池组件的长度尺寸L1满足: 10%≤H1/L1≤200%。
17.根据权利要求16所述的电池包，其特征在于，所述电池包的高度尺寸H1与所述电池组件的长度尺寸L1满足: 80%≤H1/L1≤120%。
18.根据权利要求14所述的电池包，其特征在于，所述电池模组包括偶数个单体电池；所述单体电池包括正极端子和负极端子，所述正极端子和负极端子分别位于所述单体电池长度方向的两相对端。
19.一种储能电池柜，其特征在于，包括：
柜体；
权利要求14-18中任一项所述的电池包，安装收容于所述柜体内；
空调组件，安装于柜体上并用于调节所述柜体内的温度；及
电池管理器，与所述电池包电性连接并用管理所述电池包。
20.一种储能***，其特征在于：包括至少一个如权利要求19所述的储能电池柜。
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