CN116487808A - 能量存储系统 - Google Patents

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R·C·莱恩
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H·B·罗丝
W·B·斯托克顿
N·P·马诺夫
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Abstract

本公开涉及能量存储系统。能量存储系统包括模块壳体和定位在模块壳体内部的多个电池单元。电池单元中的每个电池单元具有第一端和第二端。此外，电池单元中的每个电池单元具有正端子和负端子。能量存储系统包括被定位在电池单元之上的第一互连和第二互连。多个第一单元连接器将电池单元的正端子连接到第一互连。多个第二单元连接器将电池单元的负端子连接到第二互连。具有内侧和外侧的顶板被定位在第一互连和第二互连之上。顶板包括被定位在一个或多个电池单元上方的一个或多个弱区。

Description

能量存储系统
本申请是国际申请号为PCT/IB2018/050158、国际申请日为2018年01月10日、于2019年07月03日进入中国国家阶段、中国国家申请号为201880005817.4、发明名称为“能量存储系统”的发明专利申请的分案申请。
相关专利/专利申请的交叉引用
本PCT申请要求于2017年1月20日提交的、标题为“ENERGY STORAGE SYSTEM”的美国实用新型专利申请第15/411,154号的优先权，该申请的全部内容由此通过引用并入本文并且出于所有目的而成为本PCT申请的一部分。
技术领域
本公开涉及一种能量存储系统。更特别地，本公开涉及能量存储系统的结构和电气方面。
背景技术
能量存储系统被用在各种环境中。例如，电存储系统可以用于存储从光伏产生的能量。本公开的能量存储系统包括堆叠在一起的多个电池单元的“包(pack)”。包中的这些单元和其它部件在操作期间产生热，两者都在充电过程期间存储能量，并且在排放过程期间在消耗能量时产生热量。当单元故障时，它们通常释放热气体。这些气体可能影响包中的其它单元的完整性，并且可能对未故障的功能单元造成实质损坏。因此，需要一种改进的能量存储系统，这种改进的能量存储系统减少或消除所提及的一个或多个问题。
附图说明
图1A示出了根据本发明的某些实施例的电池单元的透视图。
图1B示出了根据本发明的某些实施例的电池单元的侧视图。
图2示出了被定位在模块壳体内部的电池单元的阵列的透视图。
图3示出了根据本发明的某些实施例的具有放置在电池单元之间的间隙材料的电池单元的阵列的俯视图。
图4示出了根据本发明的某些实施例的具有围绕电池单元放置的套筒的电池单元的阵列的俯视图。
图5示出了根据本发明的某些实施例的用以提供冷却的在电池单元之间的冷却管。
图6示出了根据本发明的某些实施例的被定位在电池单元之上的第一互连和第二互连。
图7示出了根据本发明的某些实施例的互连层。
图8示出了根据本发明的某些实施例的互连层的一部分的详细视图。
图9A示出了根据本发明的某些实施例的具有六边形弱区的能量存储系统的顶板。
图9B示出了根据本发明的某些实施例的具有圆形弱区的能量存储系统的顶板。
图9C示出了根据本发明的某些实施例的具有多边形弱区的能量存储系统的顶板。
图10示出了根据本发明的某些实施例的能量存储系统的分解图。
图11示出了根据本发明的某些实施例的能量存储系统的侧视图。
图12示出了根据本发明的某些实施例的组装能量存储系统的方法。
图13A示出根据本发明的某些实施例的能量存储系统内的冷却元件。
图13B示出了根据本发明的某些实施例的能量存储系统内的冷板。
通过参考下述具体实施方式可以更好地理解本公开的实施例及其优点。应当理解的是，在一个或多个附图中，相似的附图标记用于标识所示出的相似元件，其中该一个或多个附图中所示内容是出于说明本公开的实施例的目的，而不是为了限制本公开的实施例。
具体实施方式
本公开涉及一种能量存储系统。更特别地，本公开涉及能量存储系统的结构方面。
能量存储系统包括模块壳体，该模块壳体具有定位在模块壳体内部的多个电池单元。电池单元中的每个电池单元具有第一端和第二端。此外，电池单元中的每个电池单元具有正端子和负端子。第一互连定位在多个电池单元之上。第二互连定位在多个电池单元之上。多个第一单元连接器将电池单元的正端子连接到第一互连。类似地，多个第二单元连接器将电池单元的负端子连接到第二互连。具有内侧和外侧的顶板被定位在第一互连和第二互连之上。顶板包括在一个或多个电池单元上方的一个或多个弱区。弱区(weak area)是具有较少完整性的区域，并且因此，在电池单元释放气体的情况下，在弱区机械故障更可能发生。与周围区域相比，这些区域可以是物理上更弱的区，并且当由于故障的单元而积累压力时，这些区域可能破裂。备选地，当暴露于由故障的电池单元释放的腐蚀性气体时，弱区可以是化学较弱的并且优选地破裂。弱区也可能由于物理和化学弱化的组合而产生故障。
本发明的各方面在下面被详细地描述为具有附图中示出的某些示例的特定方面或特征。在可能的情况下，将在整个附图中使用对应或相似的附图标记来指代相同或对应的部分。
图1以透视图图1A并以侧视图图1B示出了电池单元100。结合参考图1A和图1B，电池单元100可以是任何类型的常规电池单元，该电池单元可以将存储在电池单元100中的物质的化学能转换成电能。电池单元100具有第一端102和第二端104。电池单元100具有朝向第一端102的正端子106和负端子108。尽管可以存在正端子106的不同几何形状，正端子106优选地从电池单元100的第一端102突出，以允许形成到正端子106的触头并且将第一端102与第二端104区分开。负端子108优选地始于第二端104上并且在电池单元100的外表面110上继续，并且至少卷绕在第一端102的一部分上。电池单元100的从外表面卷绕到第一端的部分可以被称为电池单元100的“肩部”。负端子108优选地形成在肩部上，使得可以在肩部上形成到负端子的连接。换句话说，负端子108优选地存在于电池单元100的肩部上。绝缘区域112可以被设置在电池单元100的表面110上，使得正端子106和负端子108不会由于相互接触而短路。绝缘区域112也可以通过任何其它手段而被设置在正端子106与负端子108之间的表面110的区上。在备选实施例中，正端子和负端子可以被切换。
图2示出了被定位在模块壳体200内部的电池单元100的阵列。模块壳体200可以是箱形外壳，该箱形外壳可以具有以如图示的直立方式来容纳电池单元100的装置。根据本发明的某些实施例，模块壳体200包括底座202和支撑在底座202上的四个侧壁204。侧壁204可以通过诸如紧固件、粘合剂等任何合适的机械连接装置而被附接至底座202。模块壳体200也可以是整体的箱形结构。模块壳体200的底座202可以包括槽或任何其它这样的装置(未示出)，以将电池单元100准确地定位在模块壳体200内部。模块化壳体可以包括主动冷却元件或电元件。
电池单元100被优选地定位在模块壳体200内的统一的方向上，使得电池单元100的第一端102面向顶板900(如图10所示)，并且电池单元100的第二端104背对顶板900并且面向底座202。底座可以包括冷板(cold plate)或简单地为非冷却板(non-cooled plate)。底座可以被绝缘，以便防止电池单元100之间通过模块壳体的底座或其他部分的电连接的形成。电池单元100可以被布置在由系统的几何和设计约束所指示的不同取向中。电池单元100可以如图所示被布置成行和列，或者电池单元100还可以被布置为基于根据应用需求使用的电池单元100的数目而以任何其它方式堆叠。
在能量存储系统的操作期间，电池单元100产生热量。该系统可以包括用以使电池单元100与由其他电池(和/或其他电部件)产生的热量热绝缘的特征或材料，诸如基于聚合物的绝缘材料或另一类型的绝缘材料。该系统还可以包括诸如冷板或热管的特征，以在能量存储系统的操作期间移除由电池单元100产生的热量。电池单元100的负端子可以存在于单元的侧面上。因此，可能期望使电池单元100彼此电绝缘。能量存储系统可以包括用以使电池单元彼此电绝缘并且使电池单元与不期望电连接的其他电部件电绝缘的特征或材料。如下面进一步描述的，用以执行该电绝缘的特征或材料可以包括间隙材料或套筒。在备选实施例中，气隙可以提供必要的电隔离。
此外，电池单元100可能会故障并且将它的内容物以热气体进行排放，该热气体对于其它电池单元100和系统的其它部分是腐蚀性的。能量存储系统可以包括用于在电池单元100的故障期间引导热气体排放的特征或材料。在某些实施例中，用于将电池单元与由其他电池单元(和/或其他电部件)产生的热量热绝缘的特征或材料以及引导热气体在电池单元故障期间的排放的特征或材料可以是相同的。在其他实施例中，单独的特征或材料可以既使电池单元与其他电池单元绝缘并且还引导任何热气体的排放。绝缘材料或特征可以是间隙材料300(在图3中示出)或套筒400(在图4中示出)。类似地，用于引导热气体的排放的特征或材料可以是间隙材料300或套筒400。
图3示出了具有在电池单元100之间的间隙材料300的电池单元100的阵列的俯视图。间隙材料300可以将电池单元100与由其它电池单元100产生的热量热绝缘，并且还可以使电池单元100彼此电绝缘，这可能是必要的，因为负端子可能存在于电池单元的侧面上。间隙材料300还可以引导从电池单元100的故障产生的任何排放远离其它电池单元100。
还可以使用单独的材料来热绝缘和/或电绝缘电池单元100，并且引导从电池单元100的故障产生的排放远离电池单元100的阵列。例如，这可以通过在热隔离和/或电隔离的电池单元周围提供第一间隙材料而发生。如果该材料不足以完全引导任何来自故障的电池单元的热气体排放(例如，由于材料的孔隙率)，则第二间隙材料可以设置在第一间隙材料周围以引起期望的排放方向。
间隙材料300可以从各种材料中选择，包括但不限于以泡沫、织物、棉絮、膨胀材料和在热绝缘领域中已知的相关绝缘材料的形式的热绝缘材料。这包括聚合物泡沫，诸如硅树脂、环氧树脂、聚氨酯、聚酰亚胺、芳族聚醚和砜，并且包括酚醛泡沫——通常已知为具有高的热稳定性的材料。它还包括由相同种类的聚合物形成的复合泡沫(具有中空微泡填料的基于树脂的材料)。这可以被扩展到包括与粘合剂结合在一起而不是完全浸入树脂基质中的绝缘颗粒(如微泡)的结合组件。它还包括非聚合物泡沫，诸如气凝胶和多孔陶瓷。织物和棉絮包括陶瓷和玻璃纤维毡、纸、织物和棉絮。作为在热量存在下膨胀和焦化的材料的膨胀材料可以作为独立式填充材料被加入、或者被加入到泡沫、复合泡沫或织物类材料的上述选项中。同样的，填充材料可以是上述提及的种类的材料的组合。填充材料可以通过加入抗火领域已知的火焰抑制剂和阻燃材料而被进一步增强。
通过将材料通过模块化壳体的一个或多个侧壁204中的端口来添加，可以将间隙材料300设置在模块壳体200中的电池单元100之间的空间中。备选地，可以在电池单元已经被放置到模块化壳体内排除顶板的位置之后，从顶部添加材料。加入填充材料的附加方法包括：在组装期间、或者在单元组装之后但在外壳最终封闭之前，将预成形的热绝缘插入件放置到间隙中。当使用多种类型的间隙材料时，可以使用其他技术。例如，第一间隙材料可以通过例如浸涂(dip coating)或旋涂(spin coating)而被涂覆、随后通过涂覆技术添加第二材料，或者在电池单元已经被放置到模块化壳体内排除顶板的位置之后通过侧壁中的端口或从顶部添加间隙材料。
图4示出了具有围绕电池单元的套筒的本发明的另一实施例的俯视图。套筒400优选地设置在一个或多个电池单元100周围。在某些实施例中，可以围绕每个电池单元100设置套筒。在备选实施例中，可以围绕少于每个电池单元100设置套筒，但是也使得每个电池单元彼此电隔离和/或热隔离。
套筒400可以起到与间隙材料300类似的功能，特别地用于将电池单元100彼此(以及其他电部件)电隔离、将电池单元100彼此(以及其他热部件)热隔离、和/或引导由电池单元的故障引起的任何热气体的排放。套筒400可以是具有与电池单元100的外表面一致的内表面的圆柱形套筒。套筒400可以具有与电池单元100的外径相同或者甚至略小于电池单元100的外径的内径，使得套筒400可以压合在电池单元100上。套筒400也可以以任何其它合适的方式被附接到电池单元100。套筒400可以包括间隙或空间以允许电连接到电池单元100的正端子106和负端子108，例如，在到负端子的连接被形成到电池单元的侧面而不形成到电池单元的肩部的情况下。使用套筒400可以允许更高的包装效率并减少提供所需特性(诸如电绝缘或热绝缘)所必需的材料的量，或者允许在某一方向上引导热气体排放。
在某些实施例中，套筒400和间隙材料300可以一起出现。例如，套筒400可以被设置在一个或多个电池单元(例如，所有电池单元、或者少于全部但足以提供必要功能的电池单元)周围，以提供热绝缘、电绝缘和/或引导故障的单元的排放。如果套筒不提供所有期望的特性，则可以通过将间隙材料通过模块化壳体的一个或多个侧壁204中的端口添加来将间隙材料300设置在具有套筒的电池单元100之间的空间中(注意，并非所有电池单元需要具有套筒)。备选地，可以在电池单元已经被放置到模块化外壳内排除顶板的位置之后，从顶部添加间隙材料。
图5示出了根据某些实施例的用于移除由电池单元产生的热量的冷却管。如图5所示，冷却管500被布置在电池单元100的行之间。在其它实施例中，多个冷却管500可以被设置在电池单元100之间。根据冷却需求的要求，冷却管500的任何合适的布置可以被设置在电池单元100之间。冷却管500从电池单元100移除热量并且帮助将温度保持在可接受的限度内。在某些实施例中，间隙材料300、套筒400和冷却管500彼此组合使用。例如，冷却管500可以被设置在模块壳体200内，以帮助冷却电池单元100，然后间隙材料300可以被设置在电池单元100和冷却管500周围，以帮助引动从故障的电池单元100的任何排放。冷却管500优选地具有改善热传递的内部腔(即，内部分隔的壁)。美国专利申请第14/056,552号描述了可以在本发明的能量存储系统内使用的用于热管理的冷却管的特征。美国专利申请第14/056,552号的全部公开内容以引用的方式并入本文。
在其它实施例中，代替冷却管，热管(heat pipe)被设置在电池单元之间以移除产生的热量。热管可以通过挤压管或者其它形状的金属或者具有高导热率的另一种材料来制成。在挤出过程中，产生用作毛细管的小的翅片。被挤出的管或其它形状填充有液体，空气被排空，然后该管或其它形状被密封，使得液体/气体混合物存在于密封的管或形状内。热管通过蒸发过程来提供冷却，在蒸发过程中，与较热区域热接触的液体吸收热并且可以经历从液体到气体的相变。气体达到足够冷的区域以从气体中移除足够的热量，然后该气体冷凝变回液体。该液体可以借助于来自在挤出过程期间形成的翅片的毛细管作用而迁移回热量源。美国专利申请第14/189,219号描述了在能量存储系统内的用于热管理的热管的附加特征，该专利的公开内容以引用方式并入本文。
在某些实施例中，冷板(该冷板提供液体冷却)可以与电池单元100热连接，以进一步移除在系统使用期间产生的热量。冷板可以与电池单元100直接热接触，或者备选地，一个或多个层和/或特征可以在冷板与电池单元100之间。在某些实施例中，电池单元100与一个或多个热管接触，以移除设置在电池单元下方的过量热量。冷板被设置在(一个或多个)热管的下方(在远离电池单元100的热管的侧面上)，这有助于耗散包含在热管中的热量。
在某些实施例中，冷板可以与单元的一侧热接触，而没有设置在电池单元之间的任何热管。冷板可以物理地由热连接到单元和/或彼此热连接的单个板或多个板组成。在其他实施例中，一个或多个热管被设置在电池单元100之间，并且冷板被设置在电池单元100下方。热管和冷板可以彼此热连接。
包括热管和冷板的实施例的附加细节参考图13A和图13B描述，图13A和图13B示出了根据某些实施例的伴随能量存储系统的一个或多个冷却元件。图13A示出了具有热管1300和冷板1302的能量存储系统。在图13A所示的实施例中，使用热管1300和冷板1302两者来移除由电池单元100产生的热量。粘合层1304接合热管1300和冷板1302。如图13A所示，热管1300在每侧上涂覆有电介质涂层，并且冷板1302在最靠近冷板1302的一侧上涂覆有电介质涂层。如图13A所示，当热管1300和冷板1302涂覆有电介质涂层时，粘合层1304直接接合到电介质涂层1306和1310。类似地，粘合层1312将电池单元接合到热管1300。如图13A所示，粘合层1312直接接合到电池单元100并且接合到热管1300上的电介质涂层1308。粘合层1304和1312优选地包括作为电介质的具有高导热率的粘合剂，尽管粘合层可以包括任何类型的粘合剂，该粘合剂在要被接合的元件之间(例如，在热管1300与冷板1302之间)提供必要的粘合力。热耦合到热管1300的冷板1302从图13A中所示的热管中移除热量，并且直接从如图13B所示的电池单元中移除热量。
在某些实施例中，可以省略电介质涂层中的一个或多个电介质涂层。当电介质涂层不存在时，粘合层1304或粘合层1312可以直接接合到热管或冷板。例如，如果电介质涂层1306不存在，则粘合层1304将直接接合到冷板1302，但是通过电介质涂层1310接合到热管1300。在备选实施例中，在热管与冷板之间或在热管之间可以存在附加层。附加层也可以存在于热管与电池单元之间。在其他实施例中，粘合层1304和1312中的一个或多个粘合层可以被省略。
图13B示出了在没有热管的情况下冷板被热连接到电池单元的实施例。如图13B所示，冷板1302涂覆有电介质涂层1306。使用粘合剂1312通过电介质涂层1306而将电池单元100接合到冷板。如上所述，电介质涂层可以被省略，在这种情况下，使用粘合剂将电池单元直接接合到冷板。同样，在某些实施例中，存在附加层。
图6示出了被定位在电池单元100之上的第一互连602和第二互连600。尽管电池单元100被示出为与套筒400一起，但是应当理解的是，电池单元100也可以在没有套筒400的情况下被设置。第一互连602和第二互连600可以是金属的板。此外，第一互连602和第二互连600的下侧(即，更靠近电池单元100的侧)优选是电绝缘的，以便不会通过第一互连602和第二互连600的与单元端子的接触而形成非期望的电连接。如图6所示，使用第一单元连接器604和第二单元连接器606进行电连接。
第一互连602和第二互连600用于在能量存储系统的操作期间对电池单元100进行充电和放电。第一互连602(或互连集合)连接到电池单元100的正端子106，并且第二互连600(或互连集合)连接到电池单元100的负端子108。第一单元连接器604将每个电池单元100的正端子106连接到第一互连602。第一单元连接器604可以是导线或另一电连接并且连接到电池单元100的正端子106。也可以是导线或其他电连接的第二单元连接器606将电池单元100的负端子108连接到第二互连600。第二单元连接器606可以连接到电池单元100的负端子108的任何部分。电池单元100的负端子108可以从远离正端子106的端部、沿电池单元100的侧面向上、甚至围绕正端子106的一侧(即，在第一端102的“肩部”上)延伸。负端子甚至可以主要地被设置在第一端102上，只要正端子和负端子彼此电隔离。第二单元连接器606可以在电池单元100的肩部上接触电池单元100的负端子。在备选实施例中，正端子和负端子可以被切换。
如图6所示，电池单元100的正端子106通过多个第一单元连接器604而被连接至第一互连602，并且电池单元100的所有负端子108通过多个第二单元连接器606而被连接至第二互连600。也就是说，图6中所示的所有电池单元100并联电连接。并联电连接的一组电池单元100可以被串联电连接到另一组电池单元100。
第一互连602和第二互连600位于电池单元100上方的相同水平平面中。第一单元连接器604和第二单元连接器606可以在第一互连602和第二互连600上方略微突出。第一互连602和第二互连600还可以包括凹槽等，以在第一互连602和第二互连600位于其中的相同水平平面中容纳第一单元连接器604和第二单元连接器606。在某些实施例中，顶板900(在图9中示出)包括允许第一单元连接器604和第二单元连接器606从电池单元100向上突出的特征。例如，顶板900可以具有被移除的材料，使得第一互连602和第二互连600可以不受抑制地突出。在包括一个或多个套筒400的其它实施例中，套筒400可以包括间隙或空间，以允许第一互连602和第二互连600分别连接到正端子106和负端子108，而不抑制顶板900被放置在电池单元100之上。
图7示出了本公开的另一实施例，其中第一单元连接器604和第二单元连接器606形成在与第一互连602和第二互连600相同的平面中。该物理互连层700包括用于电池单元100的正端子106和负端子108两者的连接装置。该连接装置可以是金属片的一部分，该金属片包括单元连接器和互连(或互连集合)。类似于参考图6描述的实施例中，互连可以包含电绝缘层以防止非期望的电连接。在形成到正端子106或负端子108的电连接的区域中，电绝缘可以被移除或不存在电绝缘。电池单元100的块可以彼此并联连接并且还可以串联连接。
图8示出了互连层700的进一步的结构细节。互连层700可以连接电池单元100的正端子106和负端子108两者。互连层包括正互连802和负互连804。正互连802将电池单元100的正端子106与互连层700连接，并且负互连804将电池单元100的负端子108与互连层700连接。
正互连802在多个第一连接点806处连接电池单元100的正端子106。类似地，负互连802在多个第二连接点808处连接电池单元100的负端子108。第一连接点806和第二连接点808可以分别是正互连802和负互连804的集成部分。第一连接点806和第二连接点808通常位于与正互连和负互连相同的水平面中，并且可以由与互连相同的材料形成。正互连802和负互连804也可以由相同材料形成。
例如，如图8所示，电流可以从左向右流动。左侧的电池单元100可以彼此并联电连接，并且然后与右侧的电池单元100串联连接。如图8所示，电池单元100的块通过虚线880、890而被限定。虚线880内示出的电池单元100彼此并联电连接。然后，该组电池单元100与虚线890内所示的一组电池单元100串联连接。虚线890内的该组电池单元100彼此并联连接。该描述仅仅是说明性的；具有串联和并联的不同数目的电池单元100的其他配置也是可能的。
顶板900被放置在第一互连602和第二互连600之上。图9A-图9C示出了顶板900的结构细节。顶板900包括多个弱区904。在某些实施例中，内侧902包含被定位在电池单元100上方的多个弱区904。在其他实施例中，弱区904可以在顶板的外部部分上。顶板900的内侧902上的弱区904的数目可以根据应用要求而变化。弱区904是顶板900的结构较弱的部分。根据本发明的需要，弱区904可以具有任何合适的几何形状(包括六边形几何形状、圆形几何形状或不规则几何形状)，以容纳能量存储系统的其它特征或元件。
例如，如图9A所示，弱区904具有六边形几何形状。如图9B所示，弱区904具有圆形几何形状，其中部分材料沿着圆周被移除。移除的部分材料可以是沿着圆周设置的槽口。在其他实施例中，弱区904可以具有不规则的多边形几何形状，诸如图9C所示的几何形状，以将第一单元连接器604和第二单元连接器606容纳到正端子106和负端子108。
弱区可以用于在电池单元发生故障时引导热气体并且排出它的内容物。弱区帮助将热气体引导至期望的排放位置，并且更重要地引导远离诸如其他电池单元的不太期望的区域。热气体通常是腐蚀性的，并且如果足够量的腐蚀性气体暴露于其它电池单元，则可能导致其它电池单元故障。产生弱区有助于引导腐蚀性气体远离其它电池单元100，并且使来自电池单元的故障的损失最小化。
顶板900被设计为一旦故障单元上方的弱区904破裂就允许来自故障的电池单元的气体被排出。由于来自冲击在较弱区上的气体和/或腐蚀性气体的增加的压力引起破裂，所以弱区优选地破裂。一旦破裂发生，气体就可以被排出到模块化壳体的外部。
可以以不同的方式来制造具有弱区904的顶板900。例如，顶板900可以由单一材料制备。材料的一部分可以在弱区904的预期位置处从顶板900移除，使得与在其它位置处的顶板900的厚度相比，在弱区904处的顶板900的厚度更小。因此，弱区904可以是顶板900的内侧902上的凹槽或结构凹部。备选地，弱区904可以是在顶板900的外侧上的凹槽或结构凹部。
在另一实施例中，顶板900可以包括厚层或结构层，并且在每个电池单元上方具有开口。开口可以是在电池单元发生故障时允许气体被排出的任何形状，并且可以被成形以向诸如突出的互连或单元连接器的其他部件提供空间。然后可以将诸如云母薄层的薄层接合(或以其它方式添加)到该厚层或结构层。薄层覆盖厚层或结构层中的开口。该薄层应当足够薄以在压力从故障的电池单元积累时破裂。薄层优选地仅在故障的电池单元之上破裂，从而留下剩余电池(未发生故障)被覆盖。厚层或结构层可以通过各种手段被接合到薄层，包括合适的粘合剂、通过在热的帮助下接合层、或者适用于包括顶板900的材料的材料的任何其它手段。
在其他实施例中，通过由复合材料制造顶板900而在顶板900上形成弱区904。例如，顶板900可以由在顶部具有钢网的云母层制造。然后可以从顶板900的旨在成为弱区904的部分移除钢网，从而仅留下电池单元100上方的云母。因此，弱区904在结构上较弱，并且在施加诸如来自故障电池单元100的热气体的力的情况下，顶板900在弱区904处故障。本文所述的顶板900的制造方法和组合物本质上仅仅是示例性的，并且材料以及制造工艺的任何变化可以根据应用需求进行。顶板900可以包括其它材料，包括金属(具有添加的电绝缘以防止任何不希望的电)、陶瓷、具有云母的金属、阻燃复合材料、塑料、或者能够提供必要结构绝缘特性的任何其它材料。
图10示出了图示各种部件的能量存储系统1000的展开图。模块壳体200通常包括底座202和四个侧壁204，但是可以移除一个或多个元件，诸如侧壁204。模块壳体200通常与容纳的电池单元100电隔离。这可以通过物理分离或通过电绝缘层而发生。在某些实施例中，底座202包括在金属片的顶部上的电绝缘层。在其他实施例中，底座202由非导电或电绝缘材料形成，诸如聚丙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、另一塑料、非导电复合物或绝缘碳纤维。侧壁204还可以包含绝缘层或者由非导电或电绝缘材料形成，诸如聚丙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、另一塑料、非导电复合物或绝缘碳纤维。
根据本发明的特定实施例，侧壁204包括突起1002，突起1002可以配合在设置在底座202中的孔1004中，以将侧壁204耦合到底座202。根据能量存储系统1000将被使用的应用要求，以预定的位置布置将电池单元100放置在底座202上。包括第一互连602和第二互连600的互连层700被定位在电池单元100上方。顶板900被定位在互连层700之上。顶板900可以是单个板，或者顶板900可以包括如图所示的多个顶板900。根据本发明的范围，多个顶板900可以以任何合适的方式彼此耦合。顶板900包括平面的外侧1006，外侧1006与具有结构凹部的内侧902相对。
图11示出了能量存储系统1000的侧视图。模块壳体200、互连层700和顶板900的尺寸使得电池单元100被高效地封装在模块壳体200内，并且互连层700与电池单元100的正端子106和负端子108接触。互连层700和顶板900具有类似的尺寸。模块壳体200具有与互连层700和顶板900的对应尺寸相匹配的长度和宽度尺寸。模块壳体200的底座202和侧壁204相应地具有适当的尺寸。
图12示出了根据某些实施例的用以创建能量存储系统1000的方法1200。能量存储系统1000包括模块壳体200。根据方法1200，在步骤1202处，电池单元100被定位在模块壳体200内部。电池单元100具有第一端102和第二端104。每个电池单元100包括正端子106和负端子108。电池单元100可以定位在由模块壳体200的底座202上的槽或任何其它这类装置所限定的预定位置处，或者备选地通过如本领域的技术人员已知的计算机辅助机构，以使用模块壳体上的数据来正确地定位电池单元。在步骤1204处，电池单元100的正端子106通过多个第一单元连接器604而被耦合到第一互连602。第一单元连接器604可以是任何合适的电接合装置，诸如导线。在步骤1206处，电池单元100的负端子108通过多个第二单元连接器606而被耦合到第二互连600。第二单元连接器606可以是任何合适的电接合装置，诸如导线。
备选地，到正端子和负端子的连接可以通过全部位于相同水平平面中的第一互连602和第二互连600而被耦合到互连层700。在步骤1208，顶板900被定位在第一互连602和第二互连600之上。顶板900包括一个或多个电池单元100上方的一个或多个弱区904。弱区904是顶板900的结构较弱的部分。
顶板900可以根据不同的技术和不同的材料制造，以产生弱区904。例如，顶板900可以由单一材料形成。材料的一部分可以在弱区904的预期位置处从顶板900移除，使得与在其它位置处的顶板900的厚度相比，在弱区904处的顶板900的厚度更小。因此，弱区904可以是顶板900的内侧902上的凹槽或结构凹部。弱区904可以是顶板900的外侧上的凹槽或结构凹部。可以使用如本文所述并且所属领域的技术人员将已知的其它方式来形成弱区。
方法1200还可以包括将间隙材料300定位在电池单元100之间。间隙材料300可以向电池单元100提供电绝缘和/或热绝缘。间隙材料还可以引导来自故障电池单元的单元排放。方法1200还可以包括将套筒400定位在一个或多个电池单元100周围。套筒可以代替任何间隙材料使用或与任何间隙材料结合使用。方法1200还可以包括将冷却管500定位在电池单元100之间，以向电池单元提供冷却。此外，方法1200可以包括将一个或多个冷板定位为与电池单元热连接以耗散热量。一个或多个冷板可以定位在模块壳体200的底座202上，或者备选地代替底座202。当冷板被放置在底座202的顶部上或者代替底座202时，在步骤1202，电池单元被定位在冷板的顶部上而不是底座202上。备选地，电池单元可以被热连接到一个或多个散热器。然后可以通过在散热器周围循环环境空气或冷空气来移除热量。
方法1200可以包括定位间隙材料、套筒、热管和/或冷却管的任何组合。在电池单元100处于模块壳体200内之后，可以添加间隙材料300。例如，可以通过侧壁204中的端口来添加间隙材料300。间隙材料300也可以在装配第一互连602和第二互连600和顶板900之前而从顶部被添加。
前述公开并非旨在将本公开限制于所公开的确切形式或特定的应用领域。因此，根据本公开，无论是否在本文中明确描述或暗示，本公开的各种备选实施例和/或修改是可能的。在已经这样描述了本公开的实施例的情况下，本领域普通技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。因此，本公开仅由权利要求所限制。
在前述说明书中，已经参考特定实施例描述了本公开。然而，如本领域技术人员将领会的，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以修改或以各种其它方式实现本文所公开的各种实施例。因此，本描述被认为是说明性的，并且用于教导本领域技术人员制作和使用所公开的通气孔组件的各种实施例的目的。应当理解的是，本文中所示出和所描述的本公开的形式应当被视为代表性实施例。等效的元件、材料、过程或步骤可以替代本文中代表性地示出和描述的那些元件、材料、过程或步骤。此外，本公开的某些特征可以独立于其它特征的使用而被利用，在得益于本公开的描述之后，所有这些特征对于本领域技术人员而言是明显的。诸如“包括(including)”、“包括(comprising)”、“并入”、“由……组成”、“具有”、“是”的表达用来描述和声明本公开旨在以非排他性的方式进行解释，即，允许还存在没有明确描述的项目、部件或元件。对单数的引用也应被解释为涉及复数。
此外，本文公开的各种实施例应当以说明性和解释性的意义进行，并且绝不应解释为限制本发明。所有连接参考词(例如，附接、粘附、耦合、连接等)仅用于帮助读者对本公开的理解，并且可以并不产生限制，特别是不对本文公开的系统和/或方法的位置、取向或使用产生限制。因此，连接参考词(如果有的话)将被广义地解释。此外，这样的连接参考词不一定推断两个元件彼此直接连接。
另外，诸如但不限于“第一”、“第二”、“第三”、“初级”、“次级”、“主要”或任何其他普通和/或数字术语的所有数字术语也应当仅被用作标识符，以帮助读者理解本公开的各种元件、实施例、变化和/或修改，并且可以不产生任何限制，特别是不对关于任何元件、实施例、变型和/或修改的顺序或优选相对于或越过另一元件、实施例、变型和/或修改产生限制。
还应当理解，附图/图中所示的元件中的一个或多个元件也可以以更分离或更集成的方式实现，或者甚至在某些情况下(如根据特定应用是有用的)被移除或使得不可操作。

Claims (20)

1.一种能量存储系统，包括：
模块壳体；
多个电池单元，被定位在所述模块壳体内部，所述多个电池单元中的每个电池单元包括第一端和第二端，所述多个电池单元中的每个电池单元还包括正端子和负端子；
第一互连，被定位在所述多个电池单元之上；
第二互连，被定位在所述多个电池单元之上；
多个第一单元连接器，将所述电池单元的所述正端子连接到所述第一互连；
多个第二单元连接器，将所述电池单元的所述负端子连接到所述第二互连；以及
顶板，包括内侧和外侧，并且被定位在所述第一互连和所述第二互连之上，其中所述顶板包括被定位在一个或多个电池单元上方的一个或多个弱区。
2.根据权利要求1所述的能量存储系统，其中所述顶板中的所述弱区是所述顶板的物理上较弱的部分。
3.根据权利要求2所述的能量存储系统，其中所述弱区是所述顶板中的结构凹部，使得所述结构凹部位于所述顶板的所述内侧上、并且所述外侧是平面的。
4.根据权利要求2所述的能量存储系统，其中所述顶板由单一材料制备，并且材料的一部分从所述弱区移除。
5.根据权利要求2所述的能量存储系统，其中所述顶板由复合材料制备。
6.根据权利要求1所述的能量存储系统，还包括互连层，其中所述互连层包括所述第一互连和所述第二互连。
7.根据权利要求1所述的能量存储系统，其中所述第一互连和所述第二互连分别从所述电池单元的所述正端子和所述负端子收集电流。
8.根据权利要求1所述的能量存储系统，还包括在所述模块壳体内部的所述多个电池单元之间的间隙材料。
9.根据权利要求1所述的能量存储系统，其中所述间隙材料包含基于硅树脂的材料。
10.根据权利要求1所述的能量存储系统，还包括围绕所述多个电池单元定位的套筒。
11.根据权利要求1所述的能量存储系统，还包括与所述多个电池单元热连接的冷板。
12.一种组装能量存储系统的方法，所述方法包括：
将多个电池单元定位在模块壳体内，其中所述多个电池单元中的每个电池单元包括第一端和第二端，所述多个电池单元中的每个电池单元还包括正端子和负端子；
通过多个第一单元连接器将所述多个电池单元的所述正端子耦合到第一互连；
通过多个第二单元连接器将所述多个电池单元的所述负端子耦合到第二互连；以及
将顶板定位在所述第一互连和所述第二互连之上，其中所述顶板包括被定位在所述一个或多个电池单元上方的一个或多个弱区。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：在所述多个电池单元之间添加间隙材料。
14.根据权利要求12所述的方法，还包括：围绕所述多个电池单元中的一个或多个电池单元添加套筒。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括：在所述多个电池单元之间或所述多个电池单元下方添加一个或多个热管。
16.根据权利要求12所述的方法，其中所述能量存储系统还包括互连层，所述互连层包括所述第一互连和所述第二互连。
17.根据权利要求12所述的方法，其中所述顶板中的所述弱区是所述顶板的物理上较弱的部分。
18.根据权利要求12所述的方法，其中所述弱区是所述顶板中的结构凹部。
19.一种能量存储系统，包括：
模块壳体；
多个电池单元，被定位在所述模块壳体内部，所述多个电池单元中的每个电池单元包括第一端和第二端，所述多个电池单元中的每个电池单元还包括正端子和负端子；
用于将所述多个电池单元绝缘的材料；
用于引导来自一个或多个电池单元的故障的排放的材料；
多个第一单元连接器，被耦合到所述电池单元的所述正端子；
多个第二单元连接器，被耦合到所述电池单元的所述负端子；
互连层，被定位在所述多个电池单元之上，所述互连层包括：
第一互连，被配置为将所述多个第一单元连接器耦合到所述第一互连；以及
第二互连，被配置为将所述多个第二单元连接器耦合到所述第二互连；
其中所述第一互连和所述第二互连位于所述多个电池单元上方的相同水平平面中；以及
顶板，被定位在所述互连层之上，其中所述顶板包括在一个或多个电池单元上方的一个或多个较弱部分。
20.根据权利要求19所述的能量存储系统，其中用于将所述电池单元绝缘的所述材料和用于引导来自一个或多个电池单元的所述故障的所述排放的所述材料是相同的材料。
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