CN113826273A - 高温能量存储系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供能够以较低成本制造的能量存储系统。所述能量存储系统可以包括：多个电化学电池；机架，其放置在外壳中以支撑所述多个电化学电池；一个或多个面板，其在所述机架和所述外壳之间以形成一个或多个绝缘分段；以及绝缘材料，其设置在所述一个或多个绝缘分段中。

Description

高温能量存储系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年12月17日提交的美国临时专利申请第62/780,857号的优先权，所述申请通过引用整体并入本文。

背景技术

能量存储装置(或蓄电池)是能够将存储的化学能转化为电能的装置。能量存储装置可以用于各种家庭和工业应用。能量存储装置可以用于做功。当能量存储装置附接到功率负载(例如，电网或电器)时，可以释放存储在能量存储装置中的化学能。

存在可在诸如超过100℃的升高的温度下操作的能量存储装置。此类装置可以是液态金属电池，其可以包含在操作温度下为液态的一个或多个部件。

发明内容

如本文所认识到的，在以低成本且高效的方式存能量存储量的存储装置方面仍然存在挑战。存储多个液态金属电池的系统制造起来可能是昂贵的。而且，热绝缘材料可以作为面板或成卷可获得，并且可能不会在系统中的接头、接缝和/或间隙周围形成有效的热障。在此类情况下，系统可以具有减小系统整体热效率的热泄漏路径。

本文认识到需要低成本和/或足够低重量的系统来存储高温装置(例如，液态金属电池)。还需要对高温装置具有安全和高效绝缘的系统。

在一个方面，本公开提供一种能量存储系统，包括：多个电化学电池，其中多个电化学电池中的电化学电池包括负电极、电解质和正电极，其中负电极、电解质和正电极中的至少两者在电化学电池的操作温度下处于液态，并且其中多个电化学电池串联或并联连接；以及机架，其支撑所述多个电化学电池，其中所述机架包括多个托盘，并且其中所述多个托盘中的托盘包括不经由紧固件彼此联接的支撑单元。

在一些实施方式中，能量存储装置还包括外壳并且其中机架设置在外壳内部。在一些实施方式中，外壳包括多个机架，所述多个机架包括机架。在一些实施方式中，外壳还包括外壳外盖，并且其中外壳外盖与机架电绝缘。在一些实施方式中，机架被放置在外壳中的一个或多个绝缘板上。在一些实施方式中，能量存储装置还包括绝缘材料，所述绝缘材料设置在机架和外壳之间。在一些实施方式中，绝缘材料是粉末形式。在一些实施方式中，机架还包括机架外盖，并且其中机架外盖电连接到机架。在一些实施方式中，机架外盖或外壳外盖包括可移除的前盖。

在一些实施方式中，多个电化学电池中的一个或多个设置在托盘上。在一些实施方式中，支撑单元的至少一部分是多个横截面支撑构件，所述多个横截面支撑构件被配置为支撑多个电化学电池。在一些实施方式中，托盘的纵横比小于或等于约0.5。在一些实施方式中，机架包括一个或多个加热器，所述一个或多个加热器被配置为向多个电化学电池供应热能。在一些实施方式中，一个或多个加热器设置在机架的内部上或邻近机架的通路。在一些实施方式中，一个或多个加热器包括绝缘体和加热丝，并且其中加热丝设置在绝缘体的凹槽中。

在一些实施方式中，所述系统包括一个或多个安全特征件，所述安全特征件选自由以下组成的组：外部端口，其被配置为准许流体流动；排放端口，其被配置为准许气体流从机架释放；以及容错安全指示器。在一些实施方式中，机架或托盘被配置为使冷却流体流过机架或托盘的一个或多个元件。在一些实施方式中，多个电化学电池经由互连件连接，所述互连件被配置为在操作温度下维持小于或等于约5×10^-5欧姆的电阻。在一些实施方式中，多个电化学电池串联和并联连接。

在另一个方面，本公开提供一种能量存储系统，包括：外壳；多个电化学电池，其中所述多个电化学电池中的电化学电池包括负电极、电解质和正电极，其中所述负电极、电解质和正电极中的至少两者在所述电化学电池的操作温度下处于液态，其中所述多个电化学电池串联或并联连接；机架，其支撑所述多个电化学电池，其中所述机架设置在所述外壳中；一个或多个面板，其在机架和外壳之间，其中一个或多个面板被配置为形成一个或多个绝缘分段；以及绝缘材料，其设置在一个或多个绝缘分段中。

在一些实施方式中，绝缘材料是粉末形式。在一些实施方式中，一个或多个面板附接到机架或外壳。在一些实施方式中，机架包括多个机架，所述多个机架包括机架。在一些实施方式中，机架由一个或多个管式垫圈密封。在一些实施方式中，一个或多个管式垫圈包括填充有绝缘材料的编织绝缘织物。

在一些实施方式中，所述系统包括一个或多个安全特征件，所述安全特征件选自由以下组成的组：外部端口，其被配置为准许流体流动；排放端口，其被配置为准许气体流从外壳释放；以及容错安全指示器。在一些实施方式中，所述系统还包括设置在机架中或邻近机架设置的热镇流器，其中所述热镇流器被配置为维持或调节外壳的温度。在一些实施方式中，所述系统还包括热绝缘电子装置隔室，所述热绝缘电子装置隔室被配置为容纳选自由以下组成的组的一个或多个部件：控制系统、蓄电池管理系统、加热器控制器、电路面板、保险丝、交流(AC)配电、AC和直流(DC)断开器、通信装置和安全部件。

在一些实施方式中，机架被配置为使冷却流体流过机架的一个或多个元件。在一些实施方式中，多个电化学电池经由互连件连接，所述互连件被配置为在操作温度下维持小于或等于约5×10^-5欧姆的电阻。

在一些实施方式中，互连件包括选自由以下组成的组的一种或多种材料：镍合金、铜镍铝青铜合金、铝黄铜合金、铜合金和铝合金。

在一些实施方式中，能量存储系统还包括通风系统，所述通风系统被配置为在外壳达到阈值温度时使外壳通风。在一些实施方式中，通风系统包括过滤器，所述过滤器被配置为移除氯化氢或氯气。

在另一个方面，本公开提供一种用于制造能量存储系统的方法。所述方法可以包括(a)在机架上提供多个电化学电池，其中多个电化学电池中的电化学电池包括负电极、电解质和正电极，其中负电极、电解质和正电极中的至少两者在电化学电池的操作温度下处于液态，并且其中机架包括多个支撑元件，所述多个支撑元件在没有紧固件的情况下接合在一起；以及(b)使用互连件串联或并联连接多个电化学电池。

在一些实施方式中，所述方法还包括提供邻近机架的多个绝缘面板。

在一些实施方式中，所述方法还包括在(a)之前，将多个支撑元件接合在一起以形成机架。

通过以下详细描述，本公开内容的附加方面和优点将会对于本领域技术人员变得容易理解，其中仅仅示出和描述了本公开内容的说明性实施方式。如将会意识到的，本公开内容能够具有其他和不同的实施方式，并且在各个容易理解的方面中其若干细节都能够进行修改，所有这些都不偏离本公开内容。因此，附图和描述将被认为在本质上是说明性的而非限制性的。

援引并入

本说明书中所提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用而并入于此，程度犹如具体地和个别地指出要通过引用而并入每一个别出版物、专利或专利申请。

附图说明

在所附权利要求书中具体阐述了本发明的新颖特征。通过参考对在其中利用到本发明原理的说明性实施方式加以阐述的以下详细描述和附图(本文中也称为“附图”或“图”)，将会获得对本发明的特征和优点的更好的理解，在附图中：

图1示出了能量存储系统的示例；

图2示出了没有外壳前盖的能量存储系统的前视图的示例；

图3示出了能量存储系统的机架的一部分的示例；

图4示出了能量存储系统中托盘的示例；

图5A和图5B示出了能量存储系统中托盘的放大视图的示例；图5A示出了分离的托盘元件的示例；图5B示出了组装好的托盘元件的示例；

图6示出了能量存储系统的另一个示例；

图7示出了管式垫圈密封机架的示例；

图8示出了加热器的部分的示例；

图9示出了图8的加热器的部分的侧视图的示例；

图10示出了放置在机架周围的加热器的示例；以及

图11示出了被编程或以其他方式被配置为实现本公开的装置、系统和方法的计算机系统。

具体实施方式

虽然本文已经示出和描述了本发明的各个实施方式，但对于本领域技术人员容易理解的是，这样的实施方式只是以示例的方式提供的。本领域技术人员现将在不偏离本发明的情况下想到许多更改、改变和替代。应理解，可以采用对本文所描述的本发明实施方式的各种替代方案。

本文所使用的术语“电池(cell)”一般是指电化学电池。电池可以包括材料'A'制成的负电极和材料'B'制成的正电极，表示成A||B。这里使用的术语“电池”通常指电化学电池。正电极和负电极可以由电解质分隔开。电池还可以包括壳体、一个或多个集流体和高温电隔离密封件。在一些情况下，电池可以是至少约4英寸宽、至少约4英寸深且至少约2.5英寸高。在一些情况下，电池可以是至少约8英寸宽、至少约4英寸深且至少约8英寸高。在一些示例中，电化学电池的任何给定尺寸(例如，高度、宽度或深度)可以是至少约1英寸、2英寸、2.5英寸、3英寸、3.5英寸、4英寸、4.5英寸、5英寸、5.5英寸、6英寸、6.5英寸、7英寸、7.5英寸、8英寸、8.5英寸、9英寸、9.5英寸、10英寸、12英寸、14英寸、16英寸、18英寸、20英寸或更大。在示例中，电池(例如，每个电池)可以具有至少约4英寸×4英寸×2.5英寸的尺寸。在另一个示例中，电池(例如，每个电池)可以具有至少约8英寸×2.5英寸×8英寸的尺寸。在一些情况下，电池可以是圆柱形的，并且可以具有对应于上述高度尺寸、宽度尺寸或深度尺寸中任一者的直径。在一些情况下，电池可以具有约至少约70瓦时的能量存储容量。电池可以具有约至少约1瓦时的能量存储容量、10瓦时的能量存储容量、20瓦时的能量存储容量、30瓦时的能量存储容量、40瓦时的能量存储容量、50瓦时的能量存储容量、60瓦时的能量存储容量、70瓦时的能量存储容量、80瓦时的能量存储容量、90瓦时的能量存储容量、100瓦时的能量存储容量、200瓦时的能量300瓦时的能量存储容量、400瓦时的能量存储容量、500瓦时的能量存储容量、600瓦时的能量存储容量、800瓦时的能量存储容量、1000瓦时的能量存储容量、1200瓦时的能量存储容量或更大。

具有给定能量容量和功率容量的一组电池可以被配置为递送给定(例如，额定)功率水平的至少约10％、至少约20％、至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约70％、至少约80％、至少约90％、至少约95％或约100％。例如，1000kW的系统可能也可在500kW下操作，但500kW的系统可能不能在1000kW下操作。在一些情况下，具有给定能量容量和功率容量的系统可以被配置为递送小于给定(例如，额定)功率水平的约100％、小于约110％、小于约125％、小于约150％、小于约175％或小于约200％等。例如，系统可以被配置为在一段时间内提供大于其额定功率容量的功率，所述一段时间小于在额定功率水平下消耗其能量容量所花费的时间(例如，在一段时间内提供大于系统额定功率的功率，所述一段时间对应于当以系统额定功率提供功率时提供系统额定能量所花费的时间的小于约1％、小于约10％或小于约50％)。

如本文所用，术语“蓄电池(battery)”总体上是指具有串联和/或并联连接的一个或多个电化学电池的能量存储装置。蓄电池可以包括任意数量的电化学电池。蓄电池可以经历至少一个充电/放电或放电/充电循环(“循环”)。蓄电池可以包含至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、20个、30个、40个、50个、60个、70个、80个、90个、100个或更多个电池。

能量存储系统可以包含至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、20个、30个、40个、50个或更多个并联的蓄电池。作为替代，能量存储系统可以包含至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、20个、30个、40个、50个、100个、200个、500个、1000个、1500个、2000个或更多个串联的蓄电池。作为另一个选择，能量存储系统可以包含至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、20个、30个、40个、50个或更多个串联的蓄电池和至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、20个、30个、40个、50个或更多个并联的蓄电池。

本文所使用的术语“垂直的”一般是指平行于重力加速度矢量(g)的方向。

本文所使用的术语“电压”或“电池电压”一般是指电池的电压(例如，在充电状况或充/放电状况中的任何状态下)。在一些情况下，电压或电池电压可以是开路电压。在一些情况下，电压或电池电压可以是充电过程中或放电过程中的电压。

本公开的电压可以相对于参考电压诸如地(0伏(V))或电化学电池中的相对电极的电压来获取或表示。

如本文使用的术语“狭槽”总体上是指机架元件(例如，结构元件和导轨)或托盘的元件(例如，流道或横向结构支撑构件)中的窄孔、凹端口或狭缝。托盘可以包含一个或多个流道。流道可以有一个或多个狭槽。狭槽可以准许与凸片接合或配合。狭槽和凸片的接合可以准许托盘的组装并且准许对托盘的结构支撑。

如本文使用的术语“凸片”总体上是指从托盘上的横向结构支撑构件延伸的突起。凸片可以包括准许凸片与狭槽接合或联接的形状(例如，凸片可以延伸到狭槽中或适配在狭槽内)。狭槽和凸片可以通过焊接或铜焊接合或联接。狭槽和凸片接头可能不准许拆卸托盘元件。

如本文使用的术语“紧固件”总体上是指硬件装置，所述硬件装置将两个或更多个对象非永久性地、机械地接合或固定在一起，使得可在不损坏接合部件的情况下移除或拆除两个或更多个对象。紧固件可以包含但不限于螺钉、螺栓、销、夹具、铆钉、闩锁、锚固件或其他类型的紧固件。紧固件可以不是狭槽。紧固件可以不是凸片。

如本文使用的术语“通路”总体上是指端口或开口，线、传感器和/或高电流/电压(例如，电池电流或电压)连接件可以通过所述端口或开口，以便将电化学电池(例如，在机架内部)连接到能量存储系统中的其他部件(例如，在机架外部)。机架、围绕机架的热绝缘件和/或围绕机架的外壳可以具有一个或多个通路。通路可以密封或者可以不密封。在示例中，通路可以包含用于保持线或连接件和/或密封通路的索环(例如，橡胶索环)或其他插入物。

每当术语“至少”、“大于”或“大于或等于”位于两个或更多个数值系列中的第一个数值之前时，术语“至少”、“大于”或“大于或等于”适用于所述数值系列中的每个数值。例如，大于或等于1、2或3等效于大于或等于1、大于或等于2或大于或等于3。

每当术语“不超过”、“小于”或“小于或等于”位于两个或更多个数值系列中的第一个数值之前时，术语“不超过”、“小于”或“小于或等于”适用于所述数值系列中的每个数值。例如，小于或等于3、2或1等效于小于或等于3、小于或等于2或小于或等于1。

电化学电池

能量存储系统可以包括一个或多个电化学电池(“电池”)。电化学电池(“电池”)可以被配置为将电能(例如，处于电势下的电子)递送到负载，诸如，例如，电子装置、另一个能量存储装置或电网。多个电池可以串联和/或并联连接。电池可以是电化学电池。

能量存储系统可以包括一个电化学电池或多个电化学电池。多个电化学电池中的电化学电池可以包括负电极、电解质和正电极。在电化学电池的操作温度下，负电极、电解质和正电极中的至少两者可以处于液态。例如，电解质和负电极可以处于液态，而正电极处于固态或半固态。本公开的电化学电池可以包含负电极、邻近负电极的电解质和邻近电解质的正电极。负电极可以通过电解质与正电极分离。负电极在放电期间可以是阳极。正电极在放电期间可以是阴极。

电化学电池可以是液态金属蓄电池单元。液态金属蓄电池单元可以包含液态电解质，所述液态电解质布置在负液态(例如，熔融)金属电极和正液态(例如，熔融)金属、准金属和/或非金属电极之间。液态金属蓄电池单元可以具有包括熔融碱土金属(例如，镁、钙)或碱金属(例如，锂、钠、钾)的负电极、电解质和固态、半固态或熔融金属正电极。电解质可以包含盐(例如，熔盐)，诸如碱金属盐或碱土金属盐。碱金属或碱土金属盐可以是卤化物，诸如活性碱金属或碱土金属的氟化物、氯化物、溴化物或碘化物，或它们的组合。

固体、半固体或熔融金属正电极可以包含例如锡、铅、铋、锑、碲和硒中的一种或多种。例如，正电极可以包含铅(Pb)或铅-锑(Pb-Sb)合金。正电极可以包含锑(Sb)、锑-锡(Sb-Sn)、锑-铅(Sb-Pb)或锑-锡-铅(Sb-Sn-Pb)合金。正电极还可以包含一种或多种过渡金属或d-嵌段元素(例如，锌(Zn)、镉(Cd)、汞(Hg))单独或与其他金属、准金属或非金属结合，诸如，例如，锌-锡(Zn-Sn)合金或镉-锡(Cd-Sn)合金。正电极可以包括具有一种稳定氧化态的金属或准金属(例如，具有单一或单一氧化态的金属)。本文中对金属或熔融金属正电极或正电极的任何描述都可以指包含金属、准金属和非金属中的一种或多种的电极。正电极可以含有一种或多种列举的材料示例。熔融金属正电极可以包含铅和锑。熔融金属正电极可以包含在正电极中合金化的碱金属或碱土金属。液态金属蓄电池单元可以使得钙作为负电极，并且锑作为正电极。液态金属蓄电池单元可以使得钙合金作为负电极，并且锑作为正电极。液态金属蓄电池单元可以使得锂作为负电极，并且锑作为正电极。液态金属蓄电池单元可以使得锂作为负电极，并且铋作为正电极。液态金属蓄电池单元可以使得钙作为负电极，并且铋作为正电极。液态金属蓄电池单元可以使得钙合金作为负电极，并且铋作为正电极。液态金属蓄电池单元可以使得钙作为负电极，并且铅作为正电极。液态金属蓄电池单元可以具有作为负电极的液态钙合金、熔盐电解质和包括分散在熔盐中的固体金属、准金属或金属间颗粒的阴极。在示例中，金属间颗粒可以包括锑(Sb)。

在一些情况下，电化学电池的负电极和/或正电极可在能量存储装置的操作温度下处于液态。替代地或除此之外，在能量存储装置的操作温度下，负电极或正电极可以是固体或半固体。在示例中，在能量存储装置的操作温度下，负电极处于液态而正电极处于固态。为了将(一个或多个)电极维持在(一种或多种)液态，蓄电池单元可以被加热到任何合适的温度。蓄电池单元可以被加热到和/或维持在约100℃、约150℃、约200℃、约250℃、约300℃、约350℃、约400℃、约450℃、约500℃、约550℃、约600℃、约650℃或约700℃的温度。蓄电池单元可以被加热到和/或维持在至少约100℃、至少约150℃、至少约200℃、至少约250℃、至少约300℃、至少约350℃、至少约400℃、至少约450℃、至少约500℃、至少约550℃、至少约600℃、至少约650℃、至少约700℃、至少约800℃、至少约900℃或更高的温度。负电极、电解质和正电极可以处于液体(或熔融)状态。蓄电池单元可以被加热到约200℃和约600℃之间、约500℃和约550℃之间、或约450℃和约575℃之间。

电化学电池可以至少部分地或完全地自加热。例如，电池可以足够的速率充分绝缘、充电、放电和/或调节，和/或循环足够的时间百分比，以允许系统通过循环操作的低效产生足够的热量，电池可以在无需另外的能量供应给系统以维持操作温度的情况下维持在给定的操作温度(例如，高于至少一种液体成分的冰点的电池的操作温度)。启动蓄电池后，蓄电池可能不消耗任何能量。

本公开的电化学电池可适于在充电(或能量存储)模式和放电模式之间循环。电化学电池可以完全充电、部分充电或部分放电，或者完全放电。

能量存储系统

本公开提供用于存能量存储量的能量存储系统。当电联接到负载(例如，电阻器、电器或电网)时，本公开的能量存储系统可以充电和/或放电。

在一个方面，本公开提供一种能量存储系统，其包括多个电化学电池和支撑多个电化学电池的机架。多个电化学电池中的电化学电池可以包括负电极、电解质和正电极。在电化学电池的操作温度下，负电极、电解质和正电极中的至少一者、两者或全部可以处于液态。

在另一个方面，本公开提供包括多个电化学电池和机架的能量存储系统。电化学电池可以包括负电极、电解质和正电极。机架可以包括多个托盘，所述多个托盘包括狭槽和凸片。电化学电池可以设置在托盘上。机架可以支撑(例如，机械地)多个电化学电池。

在另一个方面，本公开提供包括多个电化学电池和机架的能量存储系统。电化学电池可以包括负电极、电解质和正电极。机架可以包括多个托盘。多个托盘中的托盘可以包括支撑单元(例如，流道和/或横向结构支撑构件)，所述支撑单元不经由紧固件(例如，螺栓、铆钉、销等)彼此联接。电化学电池可以设置在托盘上。机架可以支撑(例如，机械地)多个电化学电池。托盘可以支撑(例如，机械地)多个电化学电池。

在另一个方面，能量存储系统可以包括外壳、多个电化学电池和支撑多个电化学电池的机架。能量存储系统还可以包括机架外盖，所述机架外盖可以与机架分离，或者可以是机架的一部分。机架可以设置在外壳中。能量存储系统还可以包括在机架和外壳之间的一个或多个面板。一个或多个面板可以被配置为形成一个或多个绝缘分段。能量存储系统还可以包括绝缘材料，所述绝缘材料设置在一个或多个绝缘分段中。机架外盖可以防止绝缘分段中的绝缘流到机架中的托盘和/或托盘上的电化学电池上。替代地，所述系统可以设计成没有机架外盖并且绝缘体可以流到和/或接触机架中的托盘和/或托盘上的电化学电池。绝缘分段的数量可以是至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个、13个、14个、15个、16个、17个、18个、19个、20个或更多个。

电化学电池的操作温度可以是约100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃或700℃。电化学电池的操作温度可以是至少约100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、800℃、900℃或更高。在电化学电池的操作温度(例如，高于250℃)下，负电极、电解质或正电极中的至少一者可以处于液态。在电化学电池的操作温度(例如，大于250℃)下，负电极、电解质或正电极中的至少两者可以处于液态。在电化学电池的操作温度(例如，高于250℃)下，所有的负电极、电解质或正电极可以处于液态。

多个电化学电池可以串联连接。多个电化学电池可以并联连接。多个电化学电池中的一些电化学电池可以串联连接，并且多个电化学电池中的一些电化学电池可以并联连接。

能量存储系统可以包括机架。机架可以是能量存储系统中的多个机架的一部分。能量存储系统的机架数量可以是至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个、13个、14个、15个、16个、17个、18个、19个、20个或更多个。机架可以包括多个托盘。机架中的一个的托盘数量可以是至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个、13个、14个、15个、16个、17个、18个、19、20个或更多个。

托盘可以包括组装在一起以形成托盘的一个或多个托盘元件。托盘和/或托盘元件可以包括狭槽和凸片。狭槽和凸片可以被配置为诸如通过彼此配合而联接在一起。托盘可以包括多个狭槽和/或多个凸片。托盘的狭槽的数量可以是至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个、13个、14个、15个、16个、17个、18个、19个、20个或更多个。托盘的凸片的数量可以是至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个、13个、14个、15个、16个、17个、18个、19个、20个或更多个。托盘的狭槽的数量可以与托盘的凸片的数量相同。替代地或除此之外，托盘的狭槽的数量可以不同于托盘的凸片的数量。狭槽可以包括开口。开口可以具有各种设计、形状和/或大小。托盘可以支撑一个或多个电化学电池。例如，托盘可以支撑至少1个、2个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个、13个、14个、15个、16个、17个、18个、19个、20个、30个、40个、50个或更多个电化学电池。

能量存储系统还可以包括机架外盖，所述机架外盖部分地或完全地覆盖能量存储系统中的一个或多个机架。机架外盖可以是机架的一部分或者可以与机架分离。在示例中，机架外盖是独立的，并且可以与机架分离(例如，可以移除)。在另一个示例中，机架外盖与机架集成在一起且不可移除。在另一个示例中，机架外盖的一部分与机架集成在一起，而另一个部分没有集成在一起(例如，是可移除的)。机架外盖可以用于防止粉末状热绝缘件接触或覆盖由机架保持的托盘上的电化学电池且/或用于将机架与能量存储系统的其他元件电绝缘。机架外盖可以完全地覆盖一个机架。机架外盖可以部分地覆盖一个机架。机架外盖可以完全地或部分地覆盖两个或更多个相邻的机架。机架外盖可以包括前盖。机架外盖的前盖可以被设计成在前盖被移除时允许托盘装载到机架中，并且允许机架的内部体积与机架和机架外盖外部绝缘密封，以防止绝缘件接触并且覆盖托盘上的一些电化学电池。机架外盖可以电连接到机架。机架外盖可以与机架物理分离，并且包括其自身的结构机架和/或可以与机架电绝缘。机架外盖可以热连接到机架。替代地或除此之外，机架外盖可以与机架热绝缘。多个电化学电池中的一个或多个可以设置在托盘上。设置在一个托盘上的多个电化学电池的数量可以是至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个、13个、14个、15个、16个、17个、18个、19个、20个或更多个。设置在机架的一个托盘上的多个电化学电池的数量可以与设置在机架的另一个托盘上的多个电化学电池的数量相同。设置在机架的一个托盘上的多个电化学电池的数量可以不同于设置在机架的另一个托盘上的多个电化学电池的数量。

机架或一组相邻的机架可以包括一个或多个加热器，用于向多个电化学电池供应热能。机架的加热器的数量可以是至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个、13个、14个、15个、16个、17个、18个、19个、20个或更多个。加热器可以放置在机架和机架外盖之间。加热器可以放置在机架内部。加热器可以放置在托盘旁边。加热器可以放置在托盘上。加热器可以放置在机架的邻近或接触机架外盖的部分上或邻近机架放置。加热器可以放置在机架外盖的外面。加热器可以被放置在接近沿着机架或机架外盖的内表面或外表面的位置，所述位置具有较高热泄漏路径，因此需要更多的加热来减小机架所封闭的体积内的热梯度。替代地或除此之外，加热器可以接近机架的入口和/或出口设置。机架的入口或出口可以被配置为将电连接和其他电气部件从机架内部传递到机架外部。

机架和/或机架外盖可在外壳中。外壳可以具有各种设计、形状和/或大小。可能的形状或设计的示例包含但不限于：数学形状(例如，圆形、三角形、正方形、矩形、五边形或六边形)、二维几何形状、多维几何形状、曲线、多边形、多面体、其他几何形状、或其部分形状或其形状的组合。

外壳、机架外盖、机架和托盘中的至少两者可由相同的材料形成。外壳、机架外盖、机架和托盘可由不同的材料形成。外壳、机架外盖、机架和/或托盘可由金属(或含金属)材料、聚合材料和/或复合材料形成。金属材料可以包含一种或多种元素金属。金属材料的示例包含铝、不锈钢合金(例如，200系列、300系列、400系列等)、商业纯钛、钛合金、银合金、铜合金、5级钛、超弹性钛合金、钴铬合金和超弹性金属合金(例如，镍钛诺或超弹塑性金属)。

机架可以放置在外壳中的一个或多个绝缘板上。绝缘板的数量可以是至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个、13个、14个、15个、16个、17个、18个、19个、20个或更多个。绝缘板可以具有各种设计、形状和/或大小。可能的形状或设计的示例包含但不限于：数学形状(例如，圆形、三角形、正方形、矩形、五边形或六边形)、二维几何形状、多维几何形状、曲线、多边形、多面体、其他几何形状、或其部分形状或其形状的组合。不同的绝缘板可以具有不同的形状、设计和/或大小。不同的绝缘板可以具有相同的形状、设计和/或大小。

能量存储系统可以包括机架和/或机架外盖和外壳之间的绝缘材料。绝缘材料可以是粉末形式。如果绝缘材料是粉末形式，粉末中单个颗粒的粒度(例如，横截面)可以是至多约1厘米(cm)、1000微米(μm)、500μm、400μm、300μm、200μm、100μm、50μm、10μm、1μm、0.5μm、0.1μm或更小。绝缘材料可以包括或不限于二氧化硅、微孔二氧化硅、氧化铝二氧化硅、氧化铝硅酸盐、氧化镁、真空热绝缘面板、二氧化硅气凝胶、水泥泡沫、珍珠岩松散填料、蛭石松散填料、加气混凝土、泡沫混凝土、砖、玻璃、浇注混凝土、玻璃纤维和矿棉或任何其他热绝缘材料。

现将参考附图，其中自始至终相似的附图标记指代相似的部件。应理解其中的附图和特征并不必按比例绘制。

图1示出了能量存储系统的示例；能量存储系统可以包括外壳101、外壳前盖102、绝缘区103和机架外盖104。外壳前盖102可以被配置为密封(例如，气密密封、非气密密封、充分密封以防止粉末绝缘材料从绝缘区大量流到外壳外部)外壳101。绝缘区103可以放置在外壳101内部。绝缘区103可以包括围绕机架105和/或机架外盖104的绝缘材料。绝缘材料可以保持在机架外盖104和外壳101之间。绝缘材料可以是粉末形式。在所示示例中，能量存储系统可以包括机架105。机架105可由机架前盖106密封。机架可以包括多个托盘107。多个托盘的数量可以是至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或更多个。机架可以被配置为支撑多个电池。电池可以是电化学电池。多个电化学电池中的一个或多个可以设置在多个托盘107中的一个托盘上。机架105和/或机架外盖104可以包括一个或多个加热器。加热器可以被配置为向多个电化学电池供应热能。机架105或机架外盖104可以放置在一个或多个绝缘板上。能量存储系统可以包括多个机架105。多个机架的数量可以是至少2个、3个、4个或更多个。外壳可以包括位于外壳的顶部上或接近顶部的一个或多个端口108。外壳还可以包括位于外壳底部处或接近底部的一个或多个移除端口109。

图2示出了没有外壳前盖的示例能量存储系统的前视图。能量存储系统可以包括外壳201和机架外盖202。机架外盖202可以放置在外壳201内部。在所示示例中，能量存储系统可以包括机架203。机架可以包括多个托盘204。多个托盘的数量可以是至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或更多个。一个或多个电池可以设置在多个托盘204中的一个上。电池可以是电化学电池。电池可以电连通。在示例中，电池以串联配置电连通(例如，一个电池的负电极与另一个电池的正电极电连通)。在另一个示例中，电池以并联配置电连通(例如，一个电池的负电极与另一个电池的负电极电连通)。机架外盖202可以放置在一个或多个绝缘板205上。在机架外盖202和外壳201之间，可以有一个或多个面板206。一个或多个面板206可以被配置为形成一个或多个绝缘分段207。一个或多个面板206可以是金属片。金属片面板可以是平面的或者可以是波纹状的，以提高机械刚性。面板可由较低成本和/或较低重量的材料或组件设计，诸如与薄片或箔(例如，不锈钢箔)结合的膨胀金属网。绝缘分段207可以包括绝缘材料。一个或多个绝缘分段207可以被配置为分离绝缘材料。绝缘分段可以允许从能量存储系统移除绝缘材料的部分。在这种情况下，外部人员可以在无需移除所有绝缘材料的情况下获得接入机架202或电化学电池以进行维护或更换。

机架和托盘

能量存储系统可以包括支撑多个电池的机架。机架可以在外壳中。机架可以提供结构支撑、参与和/或帮助形成互连。机架可以具有一个或多个流体流动路径，用于使热管理流体与多个电化学电池的至少一个子集热连通。热管理流体可以是任何合适的流体，包含但不限于空气、净化/清洁的空气、气体(例如，氦气、氩气、超临界CO₂)、油、水、熔盐或蒸汽。气体的示例是氩气或氮气(N₂)。可以使用环境空气。热管理流体可以具有高热容量。流体流动路径可以是机架的一体部分(例如，热管理流体可以流过机架)。替代地或除此之外，流体流动路径可以与机架分离。流体流动路径可以将热管理流体分离，使得热管理流体不与电池接触。

机架可以具有一种或多种功能。此类(一个或多个)功能的示例可以包含但不限于：(i)为装置/系统内的电池和/或电池组提供机械支撑，且/或(ii)为热管理流体提供流动路径，以帮助蓄电池(或蓄电池系统)的热管理。能量存储系统可以包括机架外盖。机架外盖也可以视为机架的一部分。机架可以包括另外的部件。另外的部件可以是例如管、管道或封闭的桁架。另外的元件可以与机架焊接或与机架可操作地联接。热管理流体流动路径可以焊接或以其他方式连接或接合到机架结构的一个或多个部分。

机架还可以包括机架外盖。机架外盖可以电连接到机架。机架外盖可以与机架电绝缘。机架外盖可以是可移除的。机架外盖可以是部分可移除的。机架外盖可以是不可移除的。机架外盖可以是薄金属片表皮。机架外盖可以包括机架前盖。机架前盖可以是可移除的。机架前盖可以是不可移除的。

图3示出了能量存储系统的机架的一部分的示例。机架301可以包括机架元件，诸如结构支撑件302(例如，可以接合在一起以制造机架的机架件)和导轨303。机架元件可以包括例如管、管道或封闭的桁架。机架元件可以焊接在一起。机架301可以一体地形成。机架301和/或其(一个或多个)部分可以与装置/系统中的其他机架接合。热管理流体流动路径可以焊接或以其他方式连接或接合到机架的一个或多个部分。例如，外部管道可以接合到机架801上或(一个或多个)单个机架元件上的一个或多个流体入口或出口。(一个或多个)流体入口/(一个或多个)流体出口可以与机架或(一个或多个)机架元件中的流体流动导管流体连通。

机架可以是任何合适的大小或形状。机架可以是矩形盒，例如，包括任意数量的竖直和水平机架元件，如图3中示出的。机架可以机械地和/或结构地支撑串联和/或并联配置的电化学电池。机架可以将电化学电池分成具有任意数量电池的子集(例如，如本文别处所描述的电池组)。子集内的电化学电池可以并联和/或串联连接。此外，如本文别处更详细地描述的，机架可以与其他(一个或多个)机架接合和/或以其他方式连接。机架可以用于将电池组组装成更大的电池。机架(或其任何部分)可以被配置为与热绝缘材料对接。机架可以含有任意数量的电化学电池(例如，1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个、13个、14个、15个、16个、17个、18个、19个、20个或更多个)。机架可以含有至少约5个、至少约10个、至少约20个、至少约30个、至少约40个、至少约50个、至少约60个、至少约80个、至少约100个、至少约200个、至少约300个、至少约400个、至少约500个、至少约600个或至少约700个电化学电池。

机架可以包括一个或多个流体流动路径。在一些实现方式中，流体流动路径可以是平行的。例如，可以提供多个平行的流体流动路径。流体流动路径的至少一部分可以是单独可控的(例如，通过本公开的控制系统)。此类控制可以包含打开/关闭一个或多个流动路径、控制或维持(一个或多个)流速、控制或维持流体温度等。例如，通过至少两个平行流体流动路径的流体流速(例如，质量流速、体积流速)可以是单独可控的。热管理流体可以通过一个或多个开口进入流体流动路径。然后，流体可以通过任意数量(例如，正交、平行)的流体流动路径流过机架。单个流体流动路径可以具有圆形、正方形、矩形、椭圆形或任何其他合适形状的横截面几何形状。流体流动路径可以具有小于约0.1cm²、小于约0.5cm²、小于约1cm²、小于约2cm²、小于约5cm²、小于约10cm²、小于约20cm²、小于约50cm²、或小于约100cm²的横截面积。流体可以通过一个或多个开口进入或离开流体流动路径。流体替代地或另外地在机架的任何面或边界上(例如，在垂直于或邻近包括入口/出口的面/边界的面上)进入和/或离开机架。热管理流体可以通过第一开口进入机架，被分成多个流体流动路径，并且通过第二开口离开。热管理流体可以通过两个或更多个不同的开口进入机架。热管理流体可以流过不同的热流动路径(例如，每个热流动路径与一个或多个不同的开口(诸如，例如，不同的入口和/或不同的出口)流体连通)，所述不同的热流动路径将每个路径中的流体分离，从而使系统能够分别控制通过每个路径的流体流速(例如，每个热流动路径由它们自己的流体流动控制致动器控制，诸如，例如，提升式闸门或阀)。机架的一个或多个结构元件(例如，支撑构件或托盘)可以被配置为使得热管理流体流动路径穿过结构元件。在示例中，一个或多个结构元件构成用于热管理流体的流体流动路径。

热管理流体可以不接触电化学电池(例如，热管理流体可以保留在机架元件内)。机架可由任何合适的材料(包含塑料、铝、钢或不锈钢)制成。机架可以耐腐蚀。机架可以接触热管理流体并且可以对热管理流体具有化学抗性。热管理流体可以不与电池接触(例如，从而增加电池寿命并且减小系统复杂性)。机架可以对反应性材料(诸如反应性金属)具有化学抗性，诸如，例如，电化学电池中使用的反应性金属。

机架可以具有选择性地加速热量传送的特征件或特性(例如，几何特征)(例如，机架元件的厚度或组成和/或(一个或多个)流体流动路径的横截面积或直径可以不同，以允许更多或更少的热量在电化学电池和热管理流体之间传送)。例如，机架的尺寸(例如，机架中的流体流动路径的厚度、横截面积或直径，或者机架作为一个整体的热质量)或其一部分可以被配置为选择性地加速热量传送(例如，根据机架或机架分段在系统内的位置)。各种几何特征可以实现热管理流体布线的各种配置。流体流动路径可在电池或电池组之间布线以准许从系统选择性地移除热量。

托盘和机架可以设计成最小化重量并且最大化托盘装载密度(例如，增加能量存储系统外壳中的能量存储容量)。托盘可以被设计成可由叉车提起以装载到机架中。为了最小化竖直堆叠的机架之间的空间，机架可以设计有流道(例如，沿着机架壁从机架前部水平延伸到机架后部的结构元件)，并且流道可以小于或等于约10英寸(in)、8in、6in、5in、4in、3in、2in、1in或更小的宽度。托盘可以设计成使托盘上的流道与机架上的导轨相匹配，以便于装载。例如，当托盘被带到机架的前边缘时，托盘流道可以用于将托盘沿着机架中的导轨滑入机架。为了最小化组装期间所需的竖直空间，可以沿着导轨推动和/或拉动托盘(例如，使用绞盘系统)。

机架可以包括多个托盘。机架和/或托盘可以使用自固定焊接方案，加上每强度单位美元的度量，这可以实现低成本系统。自固定可以减小每单位的组装劳动。每组装强度度量的美元可用于确保制造过程具有成本效益。自固定焊接方案可以包含使用狭槽和凸片、互锁特征件，或者其他自对准和自定位特征件，以允许临时紧固件将部件保持在适当位置用于接合过程(例如，焊接或铜焊)，并且可在连接过程完成后移除。例如，部件可以根据部件上的标记以视觉方式对准。对准的特征可以被点焊或缝焊以形成机械坚固的结构。图4示出了能量存储系统中托盘的示例。托盘可以具有一种或多种功能。此类(一个或多个)功能的示例包含但不限于：(i)为装置/系统内的电池和/或电池组提供机械支撑，(ii)确保电池或电池组不会彼此直接短路或对接地连接短路，(iii)维持电池和/或电池组与其他非电活性结构构件之间的电绝缘，和/或(iv)为热管理流体提供流动路径以帮助电池(或蓄电池系统)的热管理。例如，机架和/或托盘的元件(例如，横向结构支撑件、竖直支撑件、导轨或流道)可以包含用于冷却流体流动的一个或多个路径。机架和/或托盘可以包含密封的路径，使得冷却流体不接触电化学电池。托盘401可以包括托盘元件402。托盘元件402可以包括例如狭槽和凸片或其他互锁或自固定特征件。托盘元件402可以焊接在一起。托盘401和/或其(一个或多个)部分可以与系统中的其他部件(例如，托盘、机架、机架外盖)接合。热管理流体流动路径可以焊接或以其他方式连接或接合到托盘401的一个或多个部分。托盘可以固定在机架中(例如，焊接、铜焊、紧固或以其他方式固定在适当位置)。替代地或除此之外，托盘可以可从机架移除。托盘可在不使用紧固件的情况下组装和/或固定到机架。

托盘可以具有长尺寸和短尺寸。托盘可以包含具有平行于托盘的长尺寸的长尺寸的流道。托盘可以具有横向结构支撑构件，所述横向结构支撑构件具有平行于短尺寸的长尺寸。托盘可以具有至少有2个、3个、4个、5个、6个、8个、10个或更多个流道。托盘可以具有至少1个、2个、3个、4个、6个、8个、10个、12个、15个、20个或更多个横向结构支撑构件。托盘可以包含比流道更多的横向结构支撑构件。横向结构支撑构件可以是机架内的电化学电池提供机械支撑。托盘可以具有小于或等于约1、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1或更小的纵横比(例如，短尺寸对长尺寸)。托盘可以具有约0.1至0.2、0.1至0.3、0.1至0.4、0.1至0.5、0.1至0.6、0.1至0.7、0.1至0.8、0.1至0.9或0.1至1的纵横比。在示例中，托盘具有小于或等于约0.5的纵横比。

图5A和图5B示出了能量存储系统中托盘的放大视图的示例。托盘可以包括一个或多个托盘元件。图5A示出了组装之前的托盘元件的示例。图5B示出了组装好的托盘元件的示例。托盘元件可以包含一个或多个流道501和/或横向结构支撑构件503。流道501可以延伸托盘的一个或多个侧面的长度。在示例中，托盘的两侧上的流道501可以均延伸托盘的侧面的长度。在另一个示例中，托盘每侧上的流道501均延伸托盘的四个侧面的长度。机架可以包括导轨并且托盘的流道可以邻近导轨设置(例如，导轨可以经由导轨和流道之间的接触进行机械支撑)。托盘可以通过机架的导轨和托盘的流道之间的紧固件或焊接固定在适当的位置。替代地或除此之外，托盘的流道中的一个或多个和机架的导轨可以是相同的元件，因此，托盘可以固定在机架中(例如，托盘可以是不可移除的)。流道501可以包括一个或多个狭槽502。每个流道可以包括至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、8个、10个、12个、15个、20个或更多个狭槽。狭槽502可以被设计或被配置为接收凸片504。凸片504可以是在横向结构支撑构件503的一个或多个侧面上的突起。每个横向结构支撑构件503可以包含至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、8个、10个、12个、15个、20个或更多个凸片。替代地或除此之外，流道可以包括凸片，并且横向结构支撑构件可以包括配合狭槽。单个凸片504可以与单个狭槽502配合(例如，每个凸片可以具有凸片插入其中的相对应的狭槽)。凸片504可以具有各种设计、形状和/或大小。凸片504的尺寸可以被设计成配合在狭槽502中。凸片504可以进入狭槽502并且与狭槽502互锁。狭槽502和凸片504可以准许在没有工具的情况下组装托盘。替代地或除此之外，可以使用焊接、铜焊或另一种机械连接将凸片504接合在狭槽502中。托盘可以被配置为保持多个电池。托盘上的电池数量可以是至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、15个、20个、30个、40个、50个、75个、100个、125个、150个、175个、200个、250个、300个、400个、500个或更多个。托盘可以被配置为或者可以机械地支撑多个电池。多个电化学电池中的一个或多个可以设置在托盘上。在一个示例中，多个托盘中的一个托盘可以保持100个电化学电池，并且一个机架可以包括5个托盘，使得机架保持500个电化学电池。在另一个示例中，多个托盘中的一个托盘可以保持100个电化学电池，一个机架可以包括5个托盘，并且一个外壳可以包括两个机架，使得外壳保持1000个电化学电池。

托盘上的电池可以被配置为使得各个电化学电池(例如，电池的壳体或其他部件)彼此不接触(例如，不形成并联电连接)。避免电池之间的直接连接可以通过将电池间隔至少一小段距离放置，使得电化学电池之间存在间隙来准许或实现。例如，电化学电池之间的间隙可以大于或等于约0.0625英寸(in)、0.125in、0.25in、0.5in、0.75in、1in或更大。电化学电池之间的间隙可以从约0.0625in到0.125in，0.0625in到0.25in，0.0625in到0.5in，0.0625in到0.75in，或者0.0625in到1in。替代地或除此之外，一种或多种电绝缘材料可以设置在相邻的电化学电池的壳体之间(例如，在电池之间的间隙中)，以将一个电池与另一个电池电绝缘(例如，使得电池不处于并联电配置)。电绝缘材料(诸如耐火砖、硅酸铝、陶瓷、玻璃、玻璃纤维或其他电绝缘材料)可以耐高温(例如，550℃或更高)，并且在高温下稳定。设置在托盘上的电化学电池可以使用一个或多个电池到托盘绝缘元件与托盘电绝缘。电池到托盘的绝缘元件可以是陶瓷材料或其他耐热电绝缘材料。例如，电池到托盘绝缘陶瓷可以包括耐火砖、硅酸铝、陶瓷、玻璃、玻璃纤维或任何其他高温和电绝缘材料。电池到托盘绝缘元件可以是平坦的绝缘面板。平坦绝缘面板可以定位在托盘上的单个电池和托盘之间、托盘上的电池的一部分和托盘之间、和/或托盘上的所有其他电池和托盘之间。在示例中，电池到托盘绝缘元件是设置在托盘上的多个电池和托盘之间的层。电池到托盘绝缘元件可以接合或附接到一个或多个电池和/或托盘。例如，电池到托盘绝缘部件可以包括涂层或其他薄的粘合材料层，以将电池到托盘绝缘元件接合或附接到(一个或多个)电池和/或托盘。

狭槽和凸片可以用于任何高温金属焊接应用，其包含但不限于电池级托盘部件、机架、外部结构和任何其他系统部件。托盘可由具有成本效益的材料制成。托盘可以被配置为在端部使用双支撑，使得可在移除装置不进入机架的情况下移除托盘。托盘可以容易组装。狭槽和凸片可以通过使用切割装置来制造。切割装置可以包含但不限于剪刀、环形刀具、刀片、拉刀、斜口钳、金刚石工具、模具、磨边机、锯、激光、镊子、钳子和剃刀。托盘元件可在高架切割台上切割。托盘元件然后可以被弯曲以形成凸片。切割装置可以是自动化装置。切割装置可以是自动化装置。相对于其他制造方法，切割装置可以准许以低成本制造狭槽和凸片。

互连件

电化学电池可在托盘上和托盘之间串联或并联接合在一起。串联连接的电池可能需要使用高电流和高温额定的电池间电连接件或(一个或多个)互连件。互连件可由在空气中稳定到或高于电化学电池的操作温度的材料制成，并且可以电接合到电池的正电极端子和/或负电极端子。串联连接的电池可以具有互连件，所述互连件将来自一个电池的正电极端子连接到另一个电池的负极端子。互连件可以包括额定在电池化学的操作温度(例如，高达或大于约550℃)下长时间(例如，数年)操作，并且必须在电池的操作温度下具有足够高的电导率的材料。互连件可以包括镍合金(例如，金属和合金统一编号系统(USN)#N02201NS)、铜镍铝青铜合金(例如，UNS#C63000)、铝黄铜合金(例如，UNS#68700)、铜合金(UNS#C95400)、铝合金(例如，UNS#A91100和UNS#A93003)。互连件还可以包括具有高电导率但在电池的操作温度下在空气中不稳定的材料，例如镀镍低碳钢。在电化学电池的操作温度(例如，约或大于约550℃)下互连件的电阻可以小于或等于约1×10^-3欧姆、1×10^-4欧姆、5×10^-5欧姆、1.5×10^-5欧姆、1×10^-5欧姆、5×10^-6欧姆、1×10^-6欧姆、1×10^-7欧姆、1×10^-8欧姆或更小。在示例中，互连件在操作温度下的电阻小于或等于约5×10^-5欧姆。在另一个示例中，互连件在操作温度下的电阻小于或等于约1.5×10^-5欧姆。

互连件还可以包括便于与电池上的正电极或负电极端子形成导电连接的元件。在一些示例中，互连件直接铜焊或焊接到电池端子。在另一个示例中，互连材料可能与直接铜焊或焊接到电池不兼容(例如，由于基于对互连件和电池端子使用不同材料形成机械弱铜焊接头)。互连件可以包括中间元件，所述中间元件可以结合(例如，焊接或铜焊)到主互连件材料(例如，构成互连件部件的大部分的材料)和电池端子，并且具有在额定功率、电流和操作温度下操作系统所需的足够的机械强度和电导率。

绝缘件

为了维持安全和高效的操作，能量存储系统可以包括机架和外壳之间的绝缘材料。绝缘材料可以是热绝缘材料。绝缘材料可以是粉末形式。绝缘材料可以填充机架和外壳之间的空体积。绝缘材料可以形成没有间隙、接缝或接缝的同质层。随着时间的推移或在此期间，绝缘材料会沉淀下来，可以将其加满。例如，机架可以包括机架外盖并且绝缘件可以设置在机架外盖和外壳之间。

绝缘材料可以包括或可以是但不限于二氧化硅、微孔二氧化硅、氧化铝二氧化硅、氧化铝硅酸盐、氧化镁、真空热绝缘面板、二氧化硅气凝胶、水泥泡沫、珍珠岩松散填料、蛭石松散填料、加气混凝土、泡沫混凝土、砖、玻璃、浇注混凝土、玻璃纤维和矿棉或任何其他绝缘材料。绝缘材料可以是粉末形式。如果绝缘材料是粉末形式，则粉末中单个颗粒的粒度(例如，横截面)可以是至多约1厘米(cm)、1000微米(μm)、500μm、400μm、300μm、200μm、100μm、50μm、10μm、1μm、0.5μm、0.1μm或更小。粉末绝缘材料可由硅酸铝、二氧化硅或其他设计用于高温使用的无机材料制成。粉末状绝缘材料可以用于填充能量存储系统内部的气隙。当一个或多个面板被连接以形成一个或多个绝缘分段(例如，两个面板相遇处的接缝，或者其他类型的绝缘材料所需的外层)时，可能存在气隙。由于许多其他绝缘材料可能包括刚性元件，所述刚性元件可能在相邻的绝缘刚性元件之间的接缝或接头处留下开口，因此可能存在气隙。

能量存储系统还可以包括在机架和外壳之间的一个或多个面板。一个或多个面板可以被配置为形成一个或多个绝缘分段并且可以被设计成在邻近含有电化学电池的系统的一部分的某些区域中保持粉末绝缘。图6示出了其中外壳前盖和侧面板被移除的能量存储系统的示例。一个或多个面板603可以设置在外壳(例如，外壳的壁)和机架外盖或机架602之间。一个或多个面板603可以附接到或可以不附接到机架或机架外盖602。一个或多个面板603可以被配置为使得绝缘件被分成多个分段。绝缘分段可以包括第一绝缘分段605、第二绝缘分段606和第三绝缘分段607。绝缘区分离面板(图6中未示出)可以位于第一绝缘分段605和第二绝缘分段606之间。第一绝缘分段605可以围绕机架和/或机架外盖并且使电池的壁和顶部绝缘。可以首先填充第一绝缘分段605(例如，在部署之前或在部署位置处)。在示例中，可在安装任何电池之前填充第一绝缘分段605。第二绝缘分段606可以包括在机架后部的“隧道”。第二绝缘分段606可以在汇流排、线、感测引线、冷却管和氩气吹扫管周围绝缘。绝缘材料可以填充第二绝缘分段606中这些部件周围的所有空隙和气穴。可在第一绝缘分段被填充之后填充第二绝缘分段606。在维护或维修期间，小“隧道”体积可以被清空，而其余的绝缘件可以不被清空。第三绝缘分段607可以是所有电池安装后下一个被填充的分段。在关闭外壳前盖之后，可以通过接近外壳前部(例如，邻近外壳前盖)的端口604填充绝缘材料。

绝缘材料可以设置在一个或多个绝缘分段中。一个或多个绝缘分段可以填充有绝缘材料。在系统部署之前，一些绝缘分段可能会填充有绝缘材料。在系统安装在部署位置之后，需要通过其接入以安装电池或线的一些绝缘分段可以用绝缘材料填充。绝缘材料可以通过外壳601顶部上的多个端口604填充。绝缘材料可以完全填充任何空隙和/或置换空气空间。诱导振动或搅动可以用于使绝缘材料适当沉降。绝缘材料可以通过真空抽吸从系统容易地移除，如果热性能随时间的推移而降低，则可以用新的绝缘材料替换，而无需重新安装整个系统。

绝缘材料可以通过多种方法设置在一个或多个绝缘分段中。所述方法可以包含将绝缘材料倒入绝缘分段中。绝缘材料可以通过一个或多个装备设置在一个或多个绝缘分段中。一个或多个装备可以是重力进料器、存储容器、混合器、搅拌机、筛分机、破碎机、研磨机、包装机或任何其他加工装备。为了从能量存储系统中移除绝缘材料，可以使用标准的“车间真空”、“工业真空”或类似装备。为了辅助冷却，可以引入另外的绝缘分段。可以通过减小总绝缘厚度来增加冷却速率来清空选定的绝缘分段以辅助冷却。

能量存储系统可以设计成包含控制室，所述控制室与容器的热区(例如，电池所在的位置)热绝缘。控制室可以是热绝缘的电子装置隔室。热绝缘电子装置隔室可以设置在外壳和/或机架的内部或外部。控制室可以包括一个或多个控制系统、电子装置(例如，蓄电池管理系统、加热器控制器)、电气部件(例如，热到冷感测/平衡线和汇流排过渡、AC配电、电路面板、AC和DC断开器、保险丝)、通信装置和其他装置(例如，视觉指示器、安全部件)。控制室可以使用风扇进行热控制以与外部环境和/或空调交换空气。

机架和/或机架外盖(或其任何部分)可以被配置为与一个或多个面板对接。机架和/或机架外盖可以包括一个或多个特定区域或部分，所述一个或多个特定区域或部分可以充当用于一个或多个面板安装的拴系或利用位置。一个或多个面板可以通过刚性金属连接件附接到机架和/或机架外盖，所述刚性金属连接件可以永久地附接(例如，焊接或粘接)到机架(或其任何部分)。一个或多个面板可以连接到机架和/或机架外盖，使得连接点可以是可移除的或可更换的(例如，以便于维修触及或定期更换)。一个或多个面板可以组装到机架和/或机架外盖，使得组件的绝缘区域不会在组件的热绝缘区域(例如，系统的热维持区)和组件的非热绝缘区域和/或周围环境之间形成直接的热路径。

机架可以放置在外壳中的一个或多个绝缘板上。绝缘板可以具有各种设计、形状和/或大小。可能的形状或设计的示例包含但不限于：数学形状(例如，圆形、三角形、正方形、矩形、五边形或六边形)、二维几何形状、多维几何形状、曲线、多边形、多面体、其他几何形状、或其部分形状或其形状的组合。绝缘板的数量可以是至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或更多个。绝缘板的尺寸可以设计成适配在外壳中。绝缘面板的材料可以是但不限于真空绝缘面板、硅酸钙、水泥粘结硅酸钙、水泥粘结无机硅酸盐、二氧化硅气凝胶、高密度玻璃纤维棉、岩石、岩石和矿渣棉松散填料、水泥泡沫、珍珠岩松散填料、玻璃纤维刚性面板、蛭石松散填料、加气混凝土、泡沫混凝土、砖、玻璃、浇注混凝土、玻璃纤维、矿棉、纤维素、聚氨酯泡沫、聚苯乙烯或其任意组合。

绝缘材料可以围绕机架和/或机架外盖和/或可以设置在(一个或多个)流体流动通道的内部。绝缘材料可以围绕电化学电池。流体流动通道内部的绝缘材料可在传热流体和流体流动通道的一个或多个结构部分之间提供绝缘材料。绝缘件可以以便于系统热管理的方式分布。在系统/装置和/或机架的中心处或附近(例如，面对)的绝缘材料的量(例如，体积、质量、厚度、总绝缘能力等)可以小于在系统/装置和/或机架的外周处或附近(例如，不在加热区处或不在加热区附近，或者背离中心)的绝缘材料的量。例如，系统可以包括沿着流体流动路径的至少一部分的绝缘件以帮助从系统内的预定位置移除热量。沿着任何给定部分的绝缘量可以根据位置而变化。例如，可在靠近或邻近加热区的位置提供最少量的绝缘。

绝缘材料可以用于防止电池的热量损失(例如，当电池的充电或放电不产生热量时，保持金属电极熔化)。绝缘材料可以被设计成使得当电池不活动和/或当没有通过加热器提供补充加热功率时，它在给定的时间段(例如，有限的时间段，诸如，例如，至少约30分钟、1小时、2小时、4小时、6小时、8小时、10小时、12小时、18小时、24小时、2天、5天、10天、20天、1个月或更长时间)内维持电池处于或高于操作温度。

绝缘材料可以允许系统在正常/常规操作时(例如，当至少每2天循环一次，或至少每2天放电至少50％的能量容量时)(例如，完全地)自加热。例如，当至少每2天充放电(或循环)一次时，绝缘材料可以使系统能够在自加热配置下连续操作。在一些示例中，正常/常规操作可以包含至少每1小时、2小时、3小时、4小时、5小时、6小时、12小时、1天、2天、3天、4天、5天、6天、1周、2周、3周、1个月、2个月、3个月、4个月、5个月、6个月或更长时间循环(与此类操作相关联的充电/放电度量的示例)一次。

能量存储装置或系统的至少一部分部件(例如，电化学电池、电池组和一个或多个机架)可以通过绝缘材料边界与能量存储装置或系统的其他室温部件热绝缘。绝缘材料可以帮助限定(一个或多个)热障，所述热障允许热边界(例如，其包括(一个或多个)热障的热边界)的一侧维持在适合(例如，所需)电池操作(例如，热区)的温度或以上，而热边界的另一侧可以维持更接近室温或环境温度条件(例如，冷区)。

绝缘材料可以包括具有用于热量传送的高阻抗的材料(本文也称为“热阻抗”)。此类材料可以包装在片材、瓦片、包裹物、胶带或其他(例如，类似的)形式的因素中，使得它们可以包装在高温区(本文也称为“热区”)周围。在同一能量存储系统中可以使用不同的绝缘材料。例如，一个绝缘分段可以利用具有第一热阻抗的热绝缘体，而其他绝缘分段可以包括具有一个或多个不同热阻抗(例如，第二热阻抗、第三热阻抗等)的材料。绝缘材料可以包括一组或一包部件。在一些示例中，可移除和/或可更换的部件(例如，瓦片)可以结合到绝缘材料层中。绝缘材料可以具有专用的区域、部分或入口和出口(例如，通路)，线、传感器和/或高电流/电压(例如，电池电流或电压)连接件(本文统称为“连接件”)可以通过所述区域、部分或入口和出口，以便将电化学电池(例如，在热绝缘体内部)连接到能量存储系统中的其他部件(例如，在热绝缘体外部)。例如，通路可以携载与管理/控制系统通信的线和/或传感器。例如，此类传感器可以包含一个或多个温度传感器，所述一个或多个温度传感器放置在系统热区中或与系统热区热连通。在一些示例中，通路携载电压(例如，低电流)感测线。电压感测线可以被设计成处理(例如，承受)少量电流(例如，小于约10毫安(mA)或小于约1mA)。通路携载电压感测线和/或用于将电流分配到电池或从电池分配电流的线。通路将大电流线和/或高压线携载到汇流排。通路可以具有例如圆形、矩形、正方形、椭圆形或多边形的横截面。此类通路可以具有大于约0.0001平方厘米(cm²)、大于约0.001cm²、大于约0.01cm²、大于约0.1cm²、大于约1cm²或大于约10cm²的横截面积。

通路可以是热高效的，以限制或防止过多的热量通过它损失。在一些情况下，通路可以填充有具有高热阻抗的(一种或多种)材料，以限制或减少从系统的热区到其他较低温度区域(例如，到一个或多个冷区)的热量传送。填充材料可以是同质的(例如，一种材料填充整个通路)或异质的(例如，在一个通路中使用两种或更多种不同的材料作为填料)。通路可以包括一个或多个柱塞和/或一个或多个端帽，所述一个或多个柱塞和/或一个或多个端帽可以限制或减少通过所述通路的热量传送。(一个或多个)柱塞和/或端帽可以将具有高热阻抗的材料封装在通路结构内。整个通路结构可以安装在绝缘材料的瓦片(或片材、包裹物、胶带等)上，使得瓦片(或片材、包裹物、胶带等)可以作为维修或修理的部分连同通路一起移除。

穿过通路的线可以包括特殊材料(例如，在系统操作温度或高于系统操作温度下稳定的材料、抗氧化材料、在系统操作温度下具有合适(例如，足够和/或高)电导率的材料)，诸如，例如，镍、铝、青铜、黄铜、不锈钢或其任意组合。此类材料可以限制或减少线上的热致腐蚀。通路中的线可以从在较高温度下稳定的材料过渡(例如，顺序地)到更导电但热稳定性较差的材料(例如，铜)。通路中的线可以包括至少约1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、12个、14个、16个、18个、20个、25个、30个或更多个不同的分段。这些分段可以包括不同的材料。这些分段可以一体地形成，或者接合(例如，焊接)在一起以形成复合线。在一些情况下，材料可以从邻近热侧的通路区域中具有最高热稳定性(并且在一些情况下具有较低电导率)的材料到邻近冷侧的区域中具有最高电导率(并且在一些情况下具有较低热稳定性)的材料顺序排列。

通路可以包括嵌入(例如，与其一体地形成)通路结构的线。在一些情况下，系统中的不同通路可以被设计成使得线长度、线在通路内的位置和/或线之间的间距对于不同的通路是相同的。在一些情况下，通路可以包括漂浮在通路内的线。在一些情况下，线可以铸造或设置在高热阻抗材料中，使得线不会在系统的高温(例如，热)区和低温(例如，冷/凉、室温)区之间形成直线连接。以这种方式布线的线可以具有包含在通路内的多余长度，以允许线传导的热能在线穿过通路内的非均质热阻抗材料层时被释放。例如，线的(实际)长度可以大于从热区到冷区的距离(例如，通路的长度)的至少约1.5倍、至少约2倍、至少约5倍、至少约10倍、至少约50倍或至少约100倍。这可以帮助容易地和/或安全地将线与电子元件互连，且/或使系统服务接入/触摸区域安全。

能量存储系统可以包括一个或多个绝缘部件。如果绝缘材料是粉末形式，则绝缘部件可以被配置为封装粉末绝缘材料，使得粉末不会流过小缝隙和/或围绕电化学电池，这可能使得难以移除和更换电池。绝缘部件可以是管式垫圈。能量存储系统的机架可由一个或多个管式垫圈密封。图7示出了管式垫圈密封机架的示例。一个或多个面板701可以连接到机架702。绝缘材料可以容纳在由一个或多个面板701围绕的绝缘分段内部。绝缘材料可以是粉末形式。一个或一个以上面板701可以是薄金属片表皮。如果一个或多个面板是薄金属片表皮，则可以使用弯曲特征件和肋而不是全缝焊将金属表皮附接到机架。在机架内部，绝缘材料可能不填充所有间隙，并且可以允许一些漏洞，从而大幅降低成本。一个或多个面板701可以是可移除的。只要有可移除面板，就可以使用管式垫圈703。管式垫圈可由编织绝缘织物和绝缘材料制成。编织绝缘织物可以用于形成具有卷曲端部的管状部件。管状部件可以填充有绝缘材料。绝缘材料可以是粉末形式。管式垫圈703可以用于将机架的内部(电池托盘所在的位置)与围绕机架的粉末绝缘件“密封”开，同时允许在需要时容易接入。机架702还可以包括机架前盖704。机架前盖704可以被配置为密封机架和托盘。机架前盖704可以是悬挂在顶部的薄壁门。机架前盖704可以向下压在管式垫圈703上并且覆盖机架。

本文公开的能量存储系统可以实现更好的热效率、系统或运营成本的可能减小、容易安装、容易移除、容易维修、选择性填充某些区域和/或动态改变系统的热特性，以通过从区域选择性地移除粉末来加速冷却。

加热系统

机架可以包括一个或多个加热器，用于向多个电化学电池供应热能。可以使用任何形式的加热器来实现加热，诸如，例如，从电源转换电能的电阻加热器(例如，经由电网的发电机、备用蓄电池系统、现场发电机(诸如柴油发电机)、可再生发电机(诸如风力涡轮机或太阳能系统))。也可在系统被加热之后对系统进行加热，以便在充电、放电和/或静止操作模式期间，或者在长时间静止期间，或者在蓄电池以低于其常规(或正常)或预期操作开机率(power rates)的开机率充电和/或放电期间，管理系统的温度。当蓄电池处于、接近或高于其操作温度时，蓄电池可以通过从存储在蓄电池内的能量提供功率(例如，蓄电池可以将其能量释放到加热器)来维持操作温度。蓄电池绝缘件可以被设计成使得一旦被加热，蓄电池在空闲时(例如，当蓄电池没有充电或放电时)维持热量(例如，在蓄电池的热室中)。然而，在操作期间，热室在一些情况下可能过热。为了在循环期间(例如，当蓄电池正在充电和/或放电时)调节装置的温度(例如，装置室或容器中的温度)，可以使用热管理系统。由于电池部件可能需要热量来操作，因此系统可以被配置为使得电池和/或电池组被过度热绝缘以捕获并维持尽可能多的热量，同时提供一种或多种热管理流体的自然或强制移动的(一个或多个)机构以帮助维持给定的(例如，最佳的)热边界。(一个或多个)机构可以被激活并且使能改善系统可靠性、性能稳固性和高效率操作。(一个或多个)冷却机构可以包括激活的被动冷却(例如，打开通风口/对流流动通道，打开通风口/阀门以允许自然对流来冷却系统)。(一个或多个)冷却机构可以包括主动冷却(例如，启动或增加热管理流体的流量)。冷却机构可以包括激活的被动冷却和主动冷却的组合。

能量存储系统可以包括一个或多个加热器。加热器可以是电阻加热器，诸如加热元件或加热线圈。加热器可以位于机架上、在机架上并且邻近绝缘件，位于机架上接近热量损失最高的位置(例如，接近具有通道的分段)、接近机架中的托盘、接合到机架的结构元件或接合到机架外盖的位置。能量存储系统可以包括至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、15个、20个、25个、30个、50个或100个加热器。加热器可以集成到机架、机架外盖、托盘或能量存储系统的其他部分中。加热器可以贯穿加热区分布，包含邻近电化学电池、机架、托盘和/或机架外盖。加热器可以是可单独寻址的(例如，可以独立操作)，或者可以作为组寻址(例如，作为组操作)。在示例中，加热器的块是可独立寻址的(例如，加热器的分段作为一组被控制)。加热器可以与一个或多个热电偶相关联。加热器可以与热电偶连通，使得当由热电偶测得的温度变化时，加热器打开或关闭。单个加热器可以与单个热电偶相关联。替代地或除此之外，单个加热器可以与多个热电偶相关联，或者单个热电偶可以与多个加热器相关联。热电偶可以贯穿加热区分布，并且可以邻近机架、托盘和/或电化学电池设置。

能量存储系统可以设计成允许加热器和/或热电偶的简单移除、维修和/或更换。当系统接近操作温度时，可以发生移除、维修和/或更换加热器和/或热电偶。可以在不将系统冷却到接近环境温度的情况下发生移除、维修和/或更换加热器和/或热电偶。可在不从系统移除托盘和/或电化学电池的情况下发生移除、维修和/或更换加热器和/或热电偶。在示例中，一个或多个绝缘分段可以被移除并且加热器和热电偶可以从没有绝缘的分段进行维修。

图8示出了加热器的部分的示例。加热器801可以包括绝缘壁802。热绝缘壁802可由耐火砖(例如，其包括硅酸盐、硅酸铝、硅酸钙、石灰或氧化镁)制成。加热器还可以包括一个或多个加热器线圈803。耐火砖可以用于支撑加热器线圈803。例如，绝缘体或绝缘体可以包括一个或多个凹槽或通道。凹槽或通道可以被配置为保持一根或多根加热丝。由于膨胀，耐火砖可以在不强制消除加热线圈上的应力的情况下用作保持加热线圈的移动的通道。加热器线圈可由一根或多根安装线804固定。安装线804可以是金属夹具。为了允许加热器线圈在其间移动，安装线804可以以至少约每0.1英寸、1英寸、2英寸、3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、7英寸、8英寸、9英寸、10英寸、11英寸、12英寸或更大间隔开。加热器线圈可以针对调整热梯度以及高功率加热系统所需的特定位置。加热器线圈可以具有迂回的(例如，锯齿形、螺旋形或螺旋状)图案或路径(穿过通路)。通过一个或多个加热器线圈传导的热量的速率可以与以下中的一者或多者相关或取决于以下中的一者或多者：(一个或多个)加热器线圈的横截面积、(一个或多个)加热器线圈的(一种或多种)材料的热导率或电导率以及(一个或多个)加热器线圈长度的倒数。在一些情况下，进一步减小横截面积可能导致容易断裂和/或氧化的机械易碎的加热器线圈线。加热器线圈可以被配置为螺旋线圈，诸如，例如，在从机架到绝缘材料或冷区的圆形几何路径中盘旋的线。螺旋结构的轴线可以大致平行于(例如，基本上平行于)从机架到绝缘材料或冷区的热流动路径的方向。加热器线圈可以被配置为其他几何形状，诸如，例如，具有椭圆形、正方形、矩形、多边形和/或其他横截面形状的螺旋型几何形状。

图9示出了图8的加热器的部分的侧视图的示例。安装线903可在一端901上铸造或胶合到绝缘壁902中并且在安装期间弯曲。加热器可以放置在一个或多个机架周围。加热器可以放置在机架周围。图10示出了放置在机架周围的加热器的示例。加热器可以放置在机架1002周围。加热器可以放置在机架外盖1001周围。绝缘材料1003可以放置在加热器附近。加热器可以同时作为高压交流绝缘材料，以保持加热器线圈与电化学电池和机架的外表皮绝缘。

热镇流器

电化学电池和/或能量存储系统的热特性和工况(例如，操作的频率和持续时间、功率使用曲线)可能使得将电池维持在操作温度窗口内具有挑战性。在一些示例中，系统可以被设计成包含用于维持或吸收大量热能的元件，诸如热镇流器。热镇流器可在系统的操作温度或接近系统的操作温度处维持或吸收大量热能，从而在不主动冷却或加热系统的情况下允许系统维持在较窄的操作温度窗口中。此类热镇流器可以涉及使用在电池的操作温度窗口的下端处或接近电池的操作温度窗口的下端处经历相变(例如，冻结或熔化)的材料。因此，如果电池开始冷却到相变温度或相变温度以下的温度(例如，液体的冰点)，则热镇流器可以释放热量来帮助将温度维持在材料的相变温度或接近相变温度，从而将电池维持在最低操作温度或最低操作温度以上。类似地，热镇流器可以具有接近或略低于电池的最大操作温度的相变温度(例如，熔点)，并且如果电池发热(例如，由于它们操作的方式)，则热镇流器可以经历相变(例如，熔化)并且吸收热量，从而将电池的温度维持在可接受的操作温度范围内。热镇流器可以具有相变(诸如非共晶盐混合物)可以发生的范围，其将导致热镇流器在一定温度范围内连续释放或吸收热量。在示例中，温度范围可以与电池的操作范围完全地或部分地重叠。热镇流器(例如，非共晶盐混合物)可以是接近电池的操作温度上限的液体。当操作温度降低到低于操作温度上限时，热镇流器可以至少部分地冻结以形成两相混合物。热镇流器可以是接近电池的较低操作温度的固体。电化学电池的较低操作温度可以与热镇流器的共晶熔点一致。

热镇流器可以包括在每单位质量施加大量能量时经历相变的材料。产生热镇流器材料相变的每单位质量能量可以大于或等于约10焦耳/克(J/g)、20J/g、50J/g、100J/g、200J/g、500J/g、1000J/g或更多。相变材料可以是一种或多种盐(包含氯化物、溴化物、氢氧化物、碳酸盐，诸如氯化镁(MgCl₂)、氯化钙(CaCl₂)、氯化锂(LiCl)、氯化钠(NaCl)、钾氯化物(KCl)、氢氧化镁(Mg(OH)₂)、氢氧化钙(Ca(OH)₂)、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、碳酸钠(Na2CO₃)、碳酸钾(K2CO₃)、镁碳酸盐(MgCO₃)、碳酸锂(Li₂CO₃)或碳酸钙(CaCO₃))的组合。

热镇流器可以保持在系统内的密封元件内。密封元件还可以在系统中起到其他作用。在一些示例中，托盘或机架的结构元件也可以用作密封元件，热镇流材料保持并且密封在所述密封元件内。替代地或除此之外，包括热镇流器的密封元件可以设置在邻近机架的一个或多个位置处。例如，密封元件可以邻近机架或托盘的一个或多个结构元件(例如，流道、导轨和/或横向结构构件)设置。

安全特征件

能量存储系统可以包括安全特征件以在能量存储系统内的一个或多个部件发生故障的情况下减小对装备的潜在破坏、损害或损坏的风险。安全特征件可以包含一个或多个手动或远程可接入的AC和/或DC断路开关、提供从容器外部到热区内部(例如，电池所在的位置)的流体流动路径的(一个或多个)外部端口、在容器顶部允许烟雾或其他危险气体(包含氢气)逸出的通风端口、和/或设计成检测电、热或其他危险并且采取措施减小能量存储系统的电、热和/或化学危险的控制系统。手动或远程可接入的断开开关可以准许能量存储装置与电网或任何其他电能源断开以防止能量存储装置充电或放电电能。(一个或多个)外部端口可以提供流体流动路径，以准许水或其他流体进入外壳。例如在一个或多个电化学电池破裂的情况下，水或其他流体可以减小、防止或停止在外壳内发生的反应。流体可以包含水或灭火液体、泡沫或凝胶。能量存储系统可以包含至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、8个、10个、1个、15个、20个或更多个外部端口。在发生火灾、热量、烟雾产生或其他危险事件的情况下，端口可以连接到消防软管或其他水源或流体源。能量存储系统可以包括至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、8个、10个、1个、15个、20个或更多个通风端口。通风端口可以包含破裂盘和/或热绝缘柱塞。当系统的压力低于压力阈值时，破裂盘可以密封通风口，并且当系统的压力高于压力阈值时，破裂盘可以破裂。压力阈值(例如，系统内部对环境空气压力的相对压力)可以小于或等于约5个大气压(atm)、4atm、3atm、2atm、1.5atm、1atm、0.5atm、0.25atm、0.1atm、0.05atm、0.01atm或更小。在示例中，当系统的压力高于约0.1个大气压时，破裂盘可能破裂。(一个或多个)通风端口还可以包括热绝缘件，以最小化和/或防止正常操作期间的热量损失。控制系统可以自动断开系统内的电连接，自动打开连接到热流体流动路径的鼓风机以冷却系统，和/或停止或限制系统的充电或放电速率。

能量存储系统还可以包括容错安全指示器，诸如温度传感器或指示器，其提供系统内部温度的指示或示出系统是否具有带电电气危险(例如，AC或DC电气危险)。容错安全指示器可以不使用由电网或蓄电池提供的功率(例如，指示器可以是独立的并且包括独立的能源)。所述系统可以包含单一类型的安全指示器(例如，温度传感器)或者可以包含多种类型的安全指示器。所述系统可以包含冗余安全指示器。

能量存储系统还可以包括通风和过滤系统。通风和过滤系统可以被配置为当满足某些条件时，使能量存储系统通风(例如，从能量存储系统释放空气或使空气循环通过能量存储系统)。例如，当能量存储系统的温度超过阈值温度时，通风和过滤系统可以使能量存储系统通风。阈值温度可以是至少约200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃或更高。另外地或替代地，通风和过滤系统可在电池破裂时使能量存储系统通风。在电池破裂的情况下，从电池释放的盐蒸汽(例如，MgCl₂、CaCl₂、LiCl、NaCl、KCl)可以与大气水蒸气和氧气反应以形成危险的氯化氢或氯气。通风和过滤系统可以移除或减小此类气体的浓度，从而减小任何操作员暴露于此类气体的风险。通风和过滤系统可以设置在能量存储系统的电池和通风端口之间，使得从能量存储系统释放的任何空气被过滤。能量存储系统可以包括备用蓄电池，所述备用蓄电池被配置为在断电期间向通风系统提供功率。

过滤系统可以包括一个或多个鼓风机。鼓风机可以迫使电池附近的空气进入过滤系统。鼓风机也可以迫使空气离开过滤系统到达能量存储系统的通风端口，然后空气可以从能量存储系统排出。在一些情况下，鼓风机可以被配置为将热的、过滤的空气从能量存储系统中循环出来，并且将新鲜空气从环境循环到能量存储系统中。

过滤系统的过滤部分可以包括活性炭过滤器。例如，活性炭过滤器可以用酸和氯中和化合物(诸如氢氧化钾和碘化钾)浸渍。过滤系统还可以包括高效微粒吸收(HEPA)过滤器。HEPA过滤器可由随机排列的纤维(例如，玻璃纤维)垫制成，所述随机排列的纤维垫过滤在破裂期间从电池释放的任何蒸汽中的固体颗粒。

运输和现场安装

能量存储系统可以包含便于简单现场安装的设计特征件。能量存储系统可以设计成重量小于约30公吨，以允许其更容易经由公路、铁路或海洋运输。能量存储系统可以被设计成具有永久性或可移除特征件，以允许其被运输而不会对其任何部件造成机械/振动损坏。所述系统可以设计成在外壳交付和安装后现场安装某些敏感部件，诸如电子装置、(一个或多个)机架、绝缘和/或托盘。

能量存储系统也可以设计成放置在预先准备好的表面(诸如混凝土板、平整的砾石层等)上。预先准备好的表面可以包含电线或其他方面，以便于在客户现场简单地安装和调试系统。

外壳可以被设计成具有准许其从运输船舶(例如，运输卡车、运输船舶或火车)上提起的特征件，诸如在外壳的顶部、侧面和/或接近底部的机械连接件，以允许使用起重机或叉车将外壳从运输船舶提起。

计算机系统

本公开提供被编程为实现本公开的方法的计算机系统。图11示出了计算机系统1101，所述计算机系统1101被编程或以其他方式被配置为控制能量存储系统。计算机系统1101可以调节本公开的能量存储系统的各个方面，诸如，例如，能量存储系统的操作时间、功率和/或温度。计算机系统1101可以是用户的电子装置或相对于电子装置位于远处的计算机系统。电子装置可以是移动电子装置。

服务器1101包括中央处理单元(CPU，本文中亦称“处理器”和“计算机处理器”)1105，该中央处理单元可以是单核或多核处理器或者是用于并行处理的多个处理器。服务器1101还包括存储器1110(例如，随机存取存储器、只读存储器、闪速存储器)、电子存储单元1115(例如，硬盘)、用于和一个或多个其他系统通信的通信接口1120(例如，网络适配器)以及外围设备1125，诸如高速缓存器、其他存储器、数据存储和/或电子显示适配器。存储器1110、存储单元1115、接口1120和外围设备1125通过诸如母板等通信总线(实线)与CPU1105相通信。存储单元1115可以是用于存储数据的数据存储单元(或数据储存库)。服务器1101可以借助于通信接口1120可操作地耦合至计算机网络(“网络”)1130。网络1130可以是因特网、互联网和/或外联网，或者与因特网通信的内联网和/或外联网。网络1130在一些情况下是电信和/或数据网络。网络1130可以包括一个或多个计算机服务器，该计算机服务器可以支持诸如云计算的分布式计算。在一些情况下，网络1130借助于服务器1101可以实现对等网络，该对等网络可以使得耦合至服务器1101的设备充当客户端或服务器。

CPU 1105可以执行可以在程序或软件中实施的机器可读指令序列。指令可以存储在存储器位置(诸如存储器1110)中。指令可以指向CPU 1105，这可以随后对CPU 1105进行编程或以其他方式配置CPU 1105，以实现本公开的方法。CPU 1105执行的操作的示例可以包含获取、解码、执行和写回。

CPU 1105可以是电路(诸如集成电路)的一部分。在电路中可以包含系统1101的一个或多个其他部件。在一些情况下，电路是专用集成电路(ASIC)。

存储单元1115可以存储文件，诸如驱动程序、库和保存的程序。存储单元1115可以存储用户数据，例如，用户偏好和用户程序。在一些情况下，计算机系统1101可以包含计算机系统1101外部(诸如位于通过内联网或互联网与计算机系统1101通信的远程服务器上)的一个或多个另外的数据存储单元。

计算机系统1101可以通过网络1130与一个或多个远程计算机系统通信。例如，计算机系统1101可以与用户的远程计算机系统通信。远程计算机系统的示例包含个人计算机(例如，便携式PC)、平板电脑或平板计算机(例如，苹果

iPad、三星

Galaxy Tab)、电话、智能手机(例如，

iPhone、支持Android的装置、黑莓

)、或个人数字助理。用户可以经由网络1130访问计算机系统1101。

可以通过存储在计算机系统1101的电子存储位置(诸如，例如，存储在存储器1110或电子存储单元1115上)上的机器(例如，计算机处理器)可执行代码来实现本文所描述的方法。机器可执行或机器可读代码可以以软件的形式提供。在使用期间，代码可由处理器1105执行。在一些情况下，可以从存储单元1115检索代码，并且将其存储在存储器1110上，以备处理器1105访问。在一些情况下，可以排除电子存储单元1115，并且机器可执行指令被存储在存储器1110上。

所述代码可以被预编译并且被配置成与具有适于执行所述代码的处理器一起使用，或者可以在运行期间被编译。可以用编程语言提供所述代码，可以选择所述编程语言以使得所述代码按预编译或即时编译的方式来执行。

本文所提供的系统和方法方面，诸如服务器1101，可以在编程中得到体现。所述技术的各个方面可以被认作“产品”或“制造品”，其通常形式为机器(或处理器)可执行代码和/或者在一类机器可读介质上实施或体现的关联数据。机器可执行代码可以储存在电子存储单元上，诸如存储器(例如，只读存储器、随机存取存储器、闪速存储器)或硬盘上。“存储”类型介质可以包括计算机、处理器等的任何或所有有形存储器或者其关联模块，诸如各个半导体存储器、磁带驱动器、硬盘驱动器等，所述存储器可以在任何时间为软件编程提供非暂时性存储。所述软件的全部或部分有时可能通过因特网或各个其他电信网络进行通信。这样的通信例如可以使得软件从一台计算机或处理器向另一台计算机或处理器中加载，例如，从管理服务器或主计算机向应用服务器的计算机平台中加载。因此，可能承载软件元素的另一类介质包括光波、电波和电磁波，诸如跨本地设备之间的物理接口、通过有线光学陆线网络以及经由各个空中链路而使用。运载这样的波的物理元件，诸如有线或无线链路、光学链路等，也可以被认为是承载所述软件的介质。如本文中所使用的，除非被限制成非暂时性的有形“存储”介质，否则诸如计算机或机器“可读介质”等术语指代参与向处理器提供指令以供执行的任何介质。

因此，机器可读介质，诸如计算机可执行代码可能采取多种形式，所述多种形式包括但不限于有形存储介质、载波介质或物理传输介质。非易失性存储介质例如包括光盘或磁盘，诸如是在任何计算机中的任何存储设备等，诸如是如附图所示可能用于实现数据库等。易失性存储介质包括动态存储器，诸如此类计算机平台的主存储器。有形传输介质包括同轴线缆；铜线和光纤，其包括在计算机系统内包括总线的导线。载波传输介质可能采取电信号或电磁信号的形式，或者采取声波或光波的形式，诸如在射频(RF)和红外(IF)数据通信期间产生的声波或光波。计算机可读介质的常见形式因此例如包括：软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、DVD或DVD-ROM、任何其他光学介质、穿孔卡片纸带、任何具有孔洞图案的物理存储介质、RAM、ROM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储芯片或盒、传输数据或指令的载波、传输此类载波的线缆或链路或者计算机可以从中读取编程代码和/或数据的任何其他介质。这些计算机可读介质形式中的许多种可能包含在将一条或多条指令中的一个或多个序列运载至处理器用于执行。

计算机系统1101可以包含电子显示器1135或与电子显示器1135通信，所述电子显示器1135包括用于提供例如能量存储系统的控制的用户界面(UI)1140。UI的示例包含但不限于图形用户界面(GUI)和基于web的用户界面。

本公开的方法和系统可以通过一种或多种算法来实现。算法可在由中央处理单元1105执行时通过软件来实现。例如，所述算法可以改变系统的温度，改变系统的运行时间，以及改变系统供应的功率。

尽管本文已经示出和描述了本发明的优选实施方式，但是对于本领域技术人员来说，显然此类实施方式仅是作为示例提供的。本发明不意图受限于说明书中提供的特定示例。尽管已经参考前述说明书描述了本发明，但是本文对实施方式的描述和说明并且不意味着被解释为限制性的。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员现在将会想到许多变化、改变和替换。此外，应理解，本发明的所有方面不限于本文根据多种条件和变量阐述的具体描述、配置或相对比例。应理解，在实践本发明时，可以采用本文所描述的本发明的实施方式的各种替代方案。因此，设想本发明也将覆盖任何此类替换、修改、变型或等效物。以下权利要求意图限定本发明的范围，并且由此被覆盖这些权利要求及其等效物范围内的方法和结构。

Claims (36)

1.一种能量存储系统，包括：

多个电化学电池，其中所述多个电化学电池中的电化学电池包括负电极、电解质和正电极，其中所述负电极、所述电解质和所述正电极中的至少两者在所述电化学电池的操作温度下处于液态，并且其中所述多个电化学电池串联或并联连接；以及

机架，其支撑所述多个电化学电池，其中所述机架包括多个托盘，并且其中所述多个托盘中的一托盘包括不经由紧固件彼此联接的支撑单元。

2.根据权利要求1所述的能量存储系统，还包括外壳，其中所述机架设置在所述外壳内部。

3.根据权利要求2所述的能量存储系统，其中所述外壳包括多个机架，所述多个机架包括所述机架。

4.根据权利要求2所述的能量存储系统，其中所述外壳还包括外壳外盖，并且其中所述外壳外盖与所述机架电绝缘。

5.根据权利要求2所述的能量存储系统，其中所述机架放置在所述外壳中的一个或多个绝缘板上。

6.根据权利要求2所述的能量存储系统，还包括绝缘材料，所述绝缘材料设置在所述机架和所述外壳之间。

7.根据权利要求6所述的能量存储系统，其中所述绝缘材料为粉末形式。

8.根据权利要求1所述的能量存储系统，其中所述机架还包括机架外盖，并且其中所述机架外盖电连接到所述机架。

9.根据权利要求4或8所述的能量存储系统，其中所述机架外盖或所述外壳外盖包括可移除的前盖。

10.根据权利要求1所述的能量存储系统，其中所述多个电化学电池中的一个或多个设置在所述托盘上。

11.根据权利要求1所述的能量存储系统，其中所述支撑单元的至少一部分是多个横截面支撑构件，所述多个横截面支撑构件被配置为支撑所述多个电化学电池。

12.根据权利要求1所述的能量存储系统，其中所述托盘的纵横比小于或等于约0.5。

13.根据权利要求1所述的能量存储系统，其中所述机架包括一个或多个加热器，所述一个或多个加热器被配置为向所述多个电化学电池供应热能。

14.根据权利要求13所述的能量存储系统，其中所述一个或多个加热器设置在所述机架的内部上或邻近所述机架的通路。

15.根据权利要求13所述的能量存储系统，其中所述一个或多个加热器包括绝缘体和加热丝，并且其中所述加热丝设置在所述绝缘体的凹槽中。

16.根据权利要求1所述的能量存储系统，其中所述系统包括一个或多个安全特征件，所述一个或多个安全特征件选自由以下组成的组：外部端口，其被配置为准许流体流动；通风端口，其被配置为准许气流从所述机架释放；以及容错安全指示器。

17.根据权利要求1所述的能量存储系统，其中所述机架或所述托盘被配置为使冷却流体流过所述机架或所述托盘的一个或多个元件。

18.根据权利要求1所述的能量存储系统，其中所述多个电化学电池经由互连件连接，所述互连件被配置为在所述操作温度下维持小于或等于约5×10^-5欧姆的电阻。

19.根据权利要求1所述的能量存储系统，其中所述多个电化学电池串联和并联连接。

20.一种能量存储系统，其包括：

外壳；

多个电化学电池，其中所述多个电化学电池中的电化学电池包括负电极、电解质和正电极，其中所述负电极、所述电解质和所述正电极中的至少两者在所述电化学电池的操作温度下处于液态，其中所述多个电化学电池串联或并联连接；

机架，其支撑所述多个电化学电池，其中所述机架设置在所述外壳中；

在所述机架和所述外壳之间的一个或多个面板，其中所述一个或多个面板被配置为形成一个或多个绝缘分段；以及

绝缘材料，其设置在所述一个或多个绝缘分段中。

21.根据权利要求20所述的能量存储系统，其中所述绝缘材料为粉末形式。

22.根据权利要求20所述的能量存储系统，其中所述一个或多个面板附接到所述机架或所述外壳。

23.根据权利要求20所述的能量存储系统，其中所述机架包括多个机架，所述多个机架包括所述机架。

24.根据权利要求20所述的能量存储系统，其中所述机架由一个或多个管式垫圈密封。

25.根据权利要求24所述的能量存储系统，其中所述一个或多个管式垫圈包括填充有所述绝缘材料的编织绝缘织物。

26.根据权利要求20所述的能量存储系统，其中所述系统包括一个或多个安全特征件，所述一个或多个安全特征件选自由以下组成的组：外部端口，其被配置为准许流体流动；通风端口，其被配置为准许气流从所述外壳释放；以及容错安全指示器。

27.根据权利要求20所述的能量存储系统，还包括热镇流器，所述热镇流器设置在所述机架中或邻近所述机架设置，其中所述热镇流器被配置为维持或调节所述外壳的温度。

28.根据权利要求20所述的能量存储系统，还包括热绝缘电子室，所述热绝缘电子室被配置为容纳选自由以下组成的组的一个或多个部件：控制系统、蓄电池管理系统、加热器控制器、电路面板、保险丝、交流(AC)配电、AC和直流(DC)断开器、通信装置和安全部件。

29.根据权利要求20所述的能量存储系统，其中所述机架被配置为使冷却流体流过所述机架的一个或多个元件。

30.根据权利要求20所述的能量存储系统，其中所述多个电化学电池经由互连件连接，所述互连件被配置为在所述操作温度下维持小于或等于约5×10^-5欧姆的电阻。

31.根据权利要求30所述的能量存储系统，其中所述互连件包括选自由以下组成的组的一种或多种材料：镍合金、铜镍铝青铜合金、铝黄铜合金、铜合金和铝合金。

32.根据权利要求20所述的能量存储系统，还包括通风系统，所述通风系统被配置为在所述外壳达到阈值温度时对所述外壳进行通风。

33.根据权利要求32所述的能量存储系统，其中所述通风系统包括过滤器，所述过滤器被配置为移除氯化氢或氯气。

34.一种用于制造能量存储系统的方法，所述方法包括：

(a)在机架上提供多个电化学电池，其中所述多个电化学电池中的电化学电池包括负电极、电解质和正电极，其中所述负电极、所述电解质和所述正电极中的至少两者在所述电化学电池的操作温度下处于液态，并且其中所述机架包括多个支撑元件，所述多个支撑元件在没有紧固件的情况下接合在一起；以及

(b)使用互连件串联或并联连接所述多个电化学电池。

35.根据权利要求34所述的方法，还包括提供邻近所述机架的多个绝缘面板。

36.根据权利要求34所述的方法，还包括在(a)之前，将所述多个支撑元件接合在一起以形成所述机架。

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