CN109088126A - 大容量电芯电池及储能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种大容量电芯电池，其包括散热结构、通过安装在所述散热结构的极耳凹槽内的正极极耳与所述散热结构相连的正极极片、通过安装在所述散热结构的极耳凹槽内的负极极耳与所述散热结构相连的负极极片、设于所述正极极片和所述负极极片之间的隔膜、以及芯包外壳；其中，所述正极极片、所述隔膜和所述负极极片以散热结构为中心绕制形成芯包，芯包置于所述芯包外壳中经后续处理后形成电芯，所述散热结构与所述正极极耳、所述负极极耳以及与其接触的极片之间进行绝缘处理；所述散热结构能够使得大容量电芯电池的内部热量均匀分散，使得其具有良好的安全稳定性；同时该大容量电芯电池的结构简单、便于加工制作。

Description

大容量电芯电池及储能装置
技术领域
本发明涉及电池储能技术领域，具体地，涉及一种大容量电芯电池以及具有该大容量电芯电池的储能装置。
背景技术
电化学储能由于具有能量密度高、简单可靠等优点，在电能储存应用中占有举足轻重的地位。
当前的化学储能主要以若干如18650型圆柱电池、软包电池等小电池串并联组成，通过大型电池管理系统进行统一管理，这种模式是产业链现状与市场需求的妥协产物，小电池具有最理想的制造品质，具有较高的安全保障，且单体电池所含能量少，因此即使出现某颗电池出现故障，所带来的危害也是有限的。但小电池存在以下问题：首先小电池相比于大电池，其在能量密度以及制造成本方面均没有优势，并且复杂的电池管理系统以及电池组间复杂的串并联线路不仅增大了生产成本而且在工作过程中会带来较大的能量损耗；另外，储能电站中由成千上万个小电池组成，一旦单个电池出现损耗，就整体系统而言很难对损耗的单个电池进行进行及时更换，进而影响了整个储能电站的使用寿命。
因此，以小电池作为储能基础的模式必然只是储能设备发展过程中的过渡，简化电路设计，提高单体电池的容量，用专门的大型储能设备来实现储能需求，这是储能行业发展的必然趋势。
大电芯电池是指电池单体容量在30Ah以上的电池，大电芯电池在行业中并非没有先例，在制造技术方面不存在技术障碍，但是，由于大电芯内部电流密度大，导致内部热量积累不均匀，在安全性方面稳定性较差，因此目前并没有在储能领域得到推广应用。
为此，现提供一种内部热量分布均匀且稳定性好的大容量电芯电池以及具有该大容量电芯电池的储能装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种内部热量分布均匀且稳定性好的大容量电芯电池以及具有该大容量电芯电池的储能装置。
为实现上述目的，本发明提供一种大容量电芯电池，其包括散热结构、通过安装在所述散热结构的极耳凹槽内的正极极耳与所述散热结构相连的正极极片、通过安装在所述散热结构的极耳凹槽内的负极极耳与所述散热结构相连的负极极片、设于所述正极极片和所述负极极片之间的隔膜、以及芯包外壳；其中，所述正极极片、所述隔膜和所述负极极片以散热结构为中心绕制形成芯包，芯包置于所述芯包外壳中经后续处理后形成电芯，所述散热结构与所述正极极耳、所述负极极耳以及与其接触的极片之间进行绝缘处理。
所述散热结构包括空心管道散热框架，所述空心管道散热框架中设有散热流体。
所述空心管道散热框架包括环形主管道以及设于中间的若干分管道，所述空心管道结构的管道内和/或外还设有散热片。
所述散热结构包括中空结构，所述中空结构包括散热空壳和若干导流散热片；其中，所述散热空壳内设有散热流体。
所述散热结构包括散热片，所述散热片呈圆柱形或长方形或菱形或其他多边形结构。
所述散热结构设为采用金属材料或其他导热性良好的材料制成的散热结构，所述散热结构的外层涂覆有绝缘涂料或进行包塑处理。
在上述基础上，进一步提供一种储能装置，其包括若干如上所述的大容量电芯电池、固定框架、正极总成、负极总成以及壳体；其中，所述大容量电芯电池的正极极耳与所述正极总成相连，所述大容量电芯电池的负极极耳与所述负极总成相连，所述壳体内设有用于散热的流体。
还包括至少一个主动散热器，所述主动散热器设于所述壳体内且安装在所述固定框架上的以促进所述壳体内流体对流的风扇或气泵或液泵。
所述壳体内的流体为气态流体，所述壳体上设有与外界连通的若干通孔，所述主动散热器设为风扇或气泵。
所述壳体内的流体为液体流体，所述壳体设为完全密封结构，所述主动散热器设为液泵。
本发明相对于现有技术，具有如下优点之处：
在本发明中，该大容量电芯电池的内部设置散热结构，所述散热结构能够使得大容量电芯电池的内部热量均匀分散，使得其具有良好的安全稳定性；同时该大容量电芯电池的结构简单、便于加工制作。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1 为本发明所述的大容量电芯电池内部示意图；
图2为本发明所述的大容量电芯电池的封装示意图；
图3为本发明所述的储能装置结构示意图；
附体标记说明：1-正极极片；2-负极极片；3-正极极耳；4-负极极耳；5-隔膜；6-散热框架；7-芯包外壳；8-大电芯电池；9-固定框架；10-正极总成；11-负极总成；12-装置外壳；13-主动散热器；14-保护电路板；15-安全阀。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例1
如图1和2所示，本实施例提供大容量电芯电池，其包括散热结构、通过安装在所述散热结构的极耳凹槽内的正极极耳与所述散热结构相连的正极极片、通过安装在所述散热结构的极耳凹槽内的负极极耳与所述散热结构相连的负极极片、设于所述正极极片和所述负极极片之间的隔膜、以及芯包外壳；其中，所述正极极片、所述隔膜和所述负极极片以散热结构为中心绕制形成芯包，芯包置于所述芯包外壳中经后续处理后形成电芯，所述散热结构与所述正极极耳、所述负极极耳以及与其接触的极片之间进行绝缘处理。作为优选的实施方式，所述正极极耳和所述负极极耳在所述散热结构上对称设置。当所述芯包绕制成功后，将所述芯包置于所述芯包外壳中，然后进行现有技术中的注液、首封、化成、二封和检测处理后，则完成该大容量电芯电池的整个制作过程。
在本实施例中，该大容量电芯电池的内部设置散热结构，所述散热结构能够使得大容量电芯电池的内部热量均匀分散，使得其具有良好的安全稳定性；同时该大容量电芯电池的结构简单、便于加工制作。
在本实施例中，该大容量电芯电池还包括设于所述芯包外壳上的保护电路板，所述保护电路板与所述正极极耳连接，从而防止该大容量电芯电池出现过度充电或者过度放电的情况。
进一步，在上述实施例的基础上，所述芯包外壳上还设置有安全阀，所述安全阀设为橡胶塞，正常状态时，所述安全阀卡合在所述芯包外壳上，当大容量电芯电池的内部压力过大时，所述安全阀会从所述芯包外壳上的卡合处弹出，从而对该大容量电芯电池进行泄压。
具体地，所述散热结构包括空心管道散热框架，所述空心管道散热框架中设有散热流体；作为优选的实施方式，所述空心管道散热框架包括环形主管道以及设于中间的若干分管道，所述空心管道结构的管道内和/或外还设有散热片。因此，在本实施例中，所述散热结构内设有流动的散热流体，从而提高散热效率；同时，所述散热片的设置可以增大接触面积，加速热传动速度。
作为可变换的实施方式，所述散热结构包括中空结构，所述中空结构包括散热空壳和若干导流散热片；其中，所述散热空壳内设有散热流体；在所述散热空壳内设置若干导流散热片可以使得所述散热流体在所述散热空壳内迂回流通，从而使得所述散热流体能够充分吸收该大容量电芯电池的内部热量，提高换热效率。
在上述两种散热结构中的流体设为液态导热介质，如乙二醇水溶液、硅油、蓖麻油等；当然作为可变换的实施方式，所述流体还可以设为其他导热相变材料制成的导热流体。
作为另一种可变换的实施方式，还可以优选本实施例的所述散热结构包括散热片，所述散热片呈圆柱形或长方形或菱形或其他多边形结构。
所述散热结构设为采用金属材料或其他导热性良好的材料制成的散热结构，所述散热结构的外层涂覆有绝缘涂料或进行包塑处理，从而隔绝所述散热结构与极耳、极片之间的导电性接触。
实施例2
在上述实施例1的基础上，本实施例提供一种具体的大容量电芯电池。
本实施例提供的大容量电芯电池的设计容量为580Ah，该电池的尺寸的长×宽×厚的尺寸为：60cm×30cm×3cm。该大容量电芯电池包括正极极片、负极极片、隔膜、正极极耳、负极极耳、散热结构、芯包外壳、安全阀、保护电路板。
如图1所示，所述散热结构为空心矩形管道框架结构，该散热结构的长×宽×厚的尺寸为：58cm×28cm×1cm，其中，所述空心矩形管道的中间纵向分布有散热片，所述散热片之间的间距为3cm；所述散热结构采用铝合金制成，该铝合金的壁厚1.5mm；同时，所述散热结构的表面涂覆一层绝缘涂料，隔绝该散热结构与极耳、极片之间的导电性接触。在本实施例中，所述散热结构上刻有用于安装极耳的凹槽，制备过程中，将所述正极极耳和所述负极极耳放入所述散热结构的凹槽中，以所述散热结构作为卷绕中心，将所述正极极片、所述隔膜、所述负极极片卷绕在所述散热结构上，制成芯包。
本实施例提供的大容量电芯电池所用电池材料均为成熟商业锂离子电池材料，正极为锰酸锂，负极为层状石墨材料，电解液为含锂盐碳酸酯，正极极耳和负极极耳设为镍制极耳，极耳的长×宽×厚的尺寸为：33cm×10cm×0.5mm；隔膜为PP/PE复合隔膜。
所述芯包外壳设为铝制筒型外壳，其由铝合金板材冲压而成，所述壳体的下端开口、上端开有与所述散热结构的宽度一致的通孔，如图2所示，将所述芯包套入芯包外壳，所述散热结构的下端露出外壳，用密封胶封住所述芯包外壳的下端，通过上端向所述芯包外壳中注液后用铝合金板盖住外壳通孔，使散热结构的上端外露，用密封胶密封，然后开始化成，化成结束后添加安全阀，并密封电池，检测后，在正极上焊上保护电路板，则完成该大容量电芯电池的整个制作过程。
实施例3
如图3所示，在实施例1的基础上，本实施例进一步提供一种储能装置，其包括若干如上所述的大容量电芯电池、固定框架、正极总成、负极总成以及壳体；其中，所述大容量电芯电池的正极极耳与所述正极总成相连，所述大容量电芯电池的负极极耳与所述负极总成相连，所述壳体内设有用于散热的流体。在本实施例中，所述正极总成和所述负极总成外接电池管理系统。
在本实施例中，因为大容量电芯电池的内部设置散热结构，所述散热结构能够使得大容量电芯电池的内部热量均匀分散，使得其具有良好的安全稳定性；同时大容量电芯电池的结构简单、便于加工制作；该储能装置包括若干大容量电芯电池，当内部单个大容量电芯电池出现问题时，只需单个置换就可，其提高整个装置的使用寿命和运行成本。
本实施例还包括至少一个主动散热器，所述主动散热器设于所述壳体内且安装在所述固定框架上的以促进所述壳体内流体对流的风扇或气泵或液泵。在本实施例中，所述主动散热器优选为吸入式主动散热器，从而在大容量电芯电池的一侧形成负压，使得所述壳体内的流体通过该装置内散热流道带走热量。
在上述基础上，本实施例优选所述壳体内的流体为气态流体，所述壳体上设有与外界连通的若干通孔，所述主动散热器设为风扇或气泵，从而使得该装置的内部与外界连通，加速热量的传递和散发；该气体流体可以设为空气。
作为可变换的实施方式，所述壳体内的流体为液体流体，所述壳体设为完全密封结构，所述主动散热器设为液泵；当所述壳体密封时，通过所述主动散热器进行强制对流散热；同时，还可以所述壳体内的流体导出经冷却后再次导入所述壳体内，甚至可以形成流体循环等；其中，该液态流体可以设为水、硅油、蓖麻油、变压油、氟化液等；当然作为可变换的实施方式，所述流体还可以设为丙二醇水溶液以及其他醇类、其他导热相变材料制成的液态导热流体等。
本实施例所提供的具有大容量电芯电池的储能装置，相比于目前商业的锂离子电池储能装置所采用的大量小电芯电池集成模式，整体能量密度及电芯的制造成本均优于现有技术中的储能装置；同时，本实施例的储能装置的内部设计相对简单，电池一致性好；本实施例的装置整体的制造成本相对较低，且装置维护方便，所使用的大容量电芯电池具有可更换的可能，并可采用使用寿命较低的廉价电池材料制造电芯，将设备投入成本分摊至维护费用中，进一步降低电站的初次投入成本。
实施例4
在上述实施例3的基础上，本实施例提供一种具有的实施例2所述的大容量电芯电池的储能装置。
本实施例的具有可更换的大容量电芯电池的储能装置，其设计容量为200kwh，最大放电倍率为0.5C，最大充电倍率为0.1C。该储能装置中的单体电芯采用实施例2中设计的大容量电芯电池，如图3所示。该储能装置包括若干大容量电芯电池、固定框架、正极总成、负极总成、壳体和主动散热器。
该储能装置设有100块实施例2所述的大容量电芯电池，所述大容量电芯电池插入固定框架中并采用螺栓结构进行固定，相邻两个所述大容量电芯电池之间间隙为0.5cm；在本实施例中，所述固定框架和所述外壳采用钢制材料制成，其厚度在0.1mm-5mm之间。
所述大容量电芯电池的所述正极极耳、所述负极极耳分别与正极总成、负极总成相连接，所述正极总成和所述负极总成外接电池管理系统。
该储能装置采用吸入式的主动散热器，该储能装置内流动的流体为空气，所述外壳具有与外界连通的通孔，通过所述主动散热器的强制对流使得该储能装置内的温度保持均与，所述动散热器设于固定框架的一侧，本实施例所述的储能装置共有4台主动散热器，单台的主动散热器的功率为100w。
显然，上述实施方式仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.大容量电芯电池，其特征在于：其包括散热结构、通过安装在所述散热结构的极耳凹槽内的正极极耳与所述散热结构相连的正极极片、通过安装在所述散热结构的极耳凹槽内的负极极耳与所述散热结构相连的负极极片、设于所述正极极片和所述负极极片之间的隔膜、以及芯包外壳；其中，所述正极极片、所述隔膜和所述负极极片以散热结构为中心绕制形成芯包，芯包置于所述芯包外壳中经后续处理后形成电芯，所述散热结构与所述正极极耳、所述负极极耳以及与其接触的极片之间进行绝缘处理。
2.根据权利要求1所述的大容量电芯电池，其特征在于：所述散热结构包括空心管道散热框架，所述空心管道散热框架中设有散热流体。
3.根据权利要求2所述的大容量电芯电池，其特征在于：所述空心管道散热框架包括环形主管道以及设于中间的若干分管道，所述空心管道结构的管道内和/或外还设有散热片。
4.根据权利要求1所述的大容量电芯电池，其特征在于：所述散热结构包括中空结构，所述中空结构包括散热空壳和若干导流散热片；其中，所述散热空壳内设有散热流体。
5.根据权利要求1所述的大容量电芯电池，其特征在于：所述散热结构包括散热片，所述散热片呈圆柱形或长方形或菱形或其他多边形结构。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的大容量电芯电池，其特征在于：所述散热结构设为采用金属材料或其他导热性良好的材料制成的散热结构，所述散热结构的外层涂覆有绝缘涂料或进行包塑处理。
7.储能装置，其特征在于：其包括若干如权利要求1-6中任一项所述的大容量电芯电池、固定框架、正极总成、负极总成以及壳体；其中，所述大容量电芯电池的正极极耳与所述正极总成相连，所述大容量电芯电池的负极极耳与所述负极总成相连，所述壳体内设有用于散热的流体。
8.根据权利要求7所述的储能装置，其特征在于：还包括至少一个主动散热器，所述主动散热器设于所述壳体内且安装在所述固定框架上的以促进所述壳体内流体对流的风扇或气泵或液泵。
9.根据权利要求8所述的储能装置，其特征在于：所述壳体内的流体为气态流体，所述壳体上设有与外界连通的若干通孔，所述主动散热器设为风扇或气泵。
10.根据权利要求8所述的储能装置，其特征在于：所述壳体内的流体为液体流体，所述壳体设为完全密封结构，所述主动散热器设为液泵。
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