CN103700511B - 一种储能装置及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能装置，包括壳体、电芯、正极内端子、负极内端子、负极外端子和电解液，正极内端子和负极内端子分别焊接在电芯的正极和负极端面上，正极内端子的外周插入壳体底壁上的圆环形凹槽内；负极内端子与负极外端子焊接在一起形成焊缝，O型密封圈压住焊缝，壳体的口部卷边通过圆环形密封垫圈压在负极外端子上；壳体侧壁在对应负极内端子和正极内端子的位置分别设有朝向壳体内部的起压紧作用的上环状侧突起和下环状侧突起。本发明还公开了一种储能装置的装配方法。本发明储能装置稳固性好，电阻低，可靠性好；结构简单，加工成型成本低，且易于组装。

Description

一种储能装置及其装配方法

技术领域

本发明涉及储能装置技术领域，具体地说，是一种结构简单、低内阻、使用寿命长、可靠性高的储能装置，还涉及储能装置的装配方法。

背景技术

当前，典型的电储能装置是电容器、超级电容器和电池。其中，超级电容器是一种介于电容器和电池之间的新型储能器件。与传统的电容器相比，超级电容器具有更高的比容量；与电池相比，超级电容器具有更高的比功率，可瞬间释放大电流，充电时间短，充电效率高，循环使用寿命长，无记忆效应和基本免维护等优点。因此，其在交通运输、工业、可再生能源、电力电子、军事、通讯、医疗等领域具有很大的潜在应用价值。

当超级电容器长时间在高工作电压或高温环境下使用时，这种储能装置在电解液与电极的界面会发生副反应，电解液被分解，生成各种副产物。这些副产物以固态或气态的形态存在，随着生成的副产物逐步增加，储能装置的性能逐步恶化，表现为容量下降、内阻增加，储能装置内的气压上升。这些现象，在过压、过温等滥用条件下表现得更为明显，即伴随着储能装置内副反应的放热效应引起的储能装置的温度升高，储能装置的容量、内阻衰减地更快，内部气压也急剧上升。随着副产物气体的不断产生，壳体的内压不断增加，壳体可能会膨胀或者气体可能在壳体的薄弱区域泄露，很可能会引起爆炸。

为了防止因产生气体而产生的这种爆炸，在传统储能装置的壳体的局部区域设置槽口结构防爆阀，使得槽口结构防爆阀在超过一定水平的压力下断裂，以允许释放压力。然而，防爆阀的过早断裂，降低了超级电容器的使用周期。

上述副反应中，水分是其中的一种关键反应物质，水分的存在会引起储能装置性能的严重恶化。有效的封装结构一方面有助于实现壳体内部和外部环境的隔离，阻止外部的水分进入壳体内部，另一方面还有助于防止电解液的挥发、渗漏。

现有技术中，储能装置的密封一般通过单一的O型圈或密封垫圈来实现，密封效果受材料精度、装配工艺的影响较大。此外，来自外界的振动和冲击，壳体内的电极单元或连接到该电极单元的引线易受到破坏，这将导致储能装置的可靠性降低或寿命缩短。

现有技术中超级电容器的负极内端子和负极外端子之间、正极内端子和壳体之间的连接一般通过过盈配合来实现，虽然所述方式能在一定程度上降低负极内端子和负极外端子、正极内端子和壳体的接触电阻，但是在长期使用过程中还是会受到外部冲击（如高低温热冲击或外力冲击）和机械振动出现内阻增加或大幅度波动的情形，使储能装置的性能恶化。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种储能装置。

本发明的另一个目的是，提供一种储能装置的装配方法。

为实现上述第一个目的，本发明采取的技术方案是：

一种储能装置，包括壳体、电芯、正极内端子、负极内端子、负极外端子和电解液，所述的正极内端子和负极内端子分别焊接在电芯的正极和负极端面上，正极内端子的外周插入壳体底壁上的圆环形凹槽内；负极内端子与负极外端子焊接在一起形成焊缝，在负极内端子外周侧面、负极外端子外周侧面和壳体之间设有O型密封圈，所述的O型密封圈压住所述的焊缝，壳体的口部向内翻形成口部卷边，所述口部卷边通过圆环形密封垫圈压在负极外端子上；负极外端子上设有注液口，注液口用堵头堵住；壳体侧壁在对应负极内端子和正极内端子的位置分别设有朝向壳体内部的起压紧作用的上环状侧突起和下环状侧突起。所述的焊接优选为激光焊接。

正极内端子可以是由金属盘体经冷挤压或冲压形成的中空圆柱体结构，圆柱体的内表面优选做滚花处理，一方面可以除去表面的氧化层，另一方面可以使其与壳体底壁接触更良好。负极内端子也可以是由金属面板经冷挤压或冲压形成上部开口的中空圆柱体结构，其上表面平整光滑，外周侧面边缘进行倒角处理，上表面的内周边缘优选做机械打磨或滚花处理。负极外端子的下表面平整光滑，可与负极内端子的上表面紧密接触，降低接触内阻，其外周侧面边缘也进行倒角处理，在焊接处形成一个夹角，使得激光焊接连接负极内端子上表面和负极外端子下表面时，焊接位置靠内，有效保护O型密封圈，避免不必要的刺破或磨损。壳体由金属或合金制备，优选由铝或其合金构成。壳体和正极外端子为一体化结构，即壳体的底部充当正极外端子。

进一步地，所述壳体的侧壁上设有防爆阀。防爆阀的形状为曲面、平面、线、柱状等形状中的任意一种。

进一步地，所述的堵头由橡胶堵头和铝堵头组成，所述的橡胶堵头朝向负极内端子。

进一步地，所述的负极外端子在对应密封垫圈的位置上设有向上环状突起，所述向上环状突起的横截面为弧形、梯形或方形，弧形优选为半圆形。该向上环状突起的目的在于增大绝缘密封垫圈的压缩率，有利于强化负极外端子与壳体口部卷边的密封效果。

进一步地，所述的负极外端子在其下表面上设有向下定位体，所述的向下定位体紧挨负极外端子与负极内端子的焊接面，所述的向下定位体的横截面为方形或三角形或半圆形。向下定位体整体为连续的环状或断开的几段，例如呈环形对称的三段或四段。该向下定位体能防止装配时负极内端子和外端子错位，且能增加稳固性。

进一步地，所述壳体的底部内侧设有内凸台，内凸台与壳体侧壁之间为圆环形凹槽，内凸台的中心位置设有球状突起，该球状突起具有引导正极内端子准确放置的作用；壳体的底部外侧设有外凸台，外凸台上设有下极柱，所述外凸台、下极柱和内凸台同轴设置。

进一步地，所述的负极外端子外周侧面为倾斜的平面、向内弯曲的曲面或向外弯曲的曲面。优选向内弯曲的曲面，与O型密封圈结合起到更好的密封效果。

进一步地，所述的负极外端子包括直径逐渐减小而高度逐渐递增的第一平台、第二平台和第三平台，第三平台上设有向上延伸的中空圆柱状的上极柱，第一平台、第二平台、第三平台和上极柱同轴设置，所述注液口位于第二平台上。三个平台和上极柱可以是由一块盘体向上垂直挤压形成。第三平台的设置便于储能装置单体的连接，避免连接过程中触碰到壳体口部卷边和第二平台上的注液口焊接区域。

进一步地，所述的圆环形密封垫圈的横截面形状近似为S型，且与壳体口部卷边的形状相匹配，当口部卷边内壁为平面时，S型的中间部分窄些，当口部卷边内壁为曲面时，S型的中间部分丰满些，能更好的与口部卷边接触密封。

为实现上述第二个目的，本发明采取的技术方案是：

一种储能装置的装配方法，包括以下步骤：

步骤一，将正极内端子和负极内端子分别焊接固定在电芯的正极和负极端面上；

步骤二，通过压入的方式将负极外端子和负极内端子组合在一起，负极外端子的下表面和负极内端子的上表面贴合形成结合部；

步骤三，对所述的结合部进行焊接，使负极外端子和负极内端子成为一个组合体；

步骤四，在所述组合体的外周套设O型密封圈和密封垫圈；

步骤五，将正极内端子、电芯、负极内端子、负极外端子、O型密封圈和密封垫圈整体插入壳体内；

步骤六，在壳体的外侧壁上，对应负极内端子的位置处向内滚压形成上环状侧突起，挤压支撑O型密封圈；

步骤七，加工壳体的口部，使其向内翻形成口部卷边，所述口部卷边压在密封垫圈上；

步骤八，在壳体的外侧壁上，对应正极内端子的位置处向内滚压形成下环状侧突起，使壳体内壁紧贴正极内端子。

为了实现良好的密封效果，有两种途径：

（1）增大O型密封圈与壳体内壁、负极内端子外周侧面、负极外端子外周侧面的接触面积；

（2）控制O型密封圈的压缩率；

（3）选择合适材质和直径的O型密封圈。

本发明优点在于：

1、负极内端子和负极外端子、正极内端子和壳体的连接方式，降低了接触电阻，从而使功率特性得到强化；

2、储能装置内部的稳固结构可以防止电极单元由于外部振动或冲击而被损坏，延长储能装置的使用寿命；

3、增加密封点，实现储能装置的多重密封，保证气密性，可改善储能装置的可靠性；

4、储能装置的内部空间较大，一方面可以用来容纳储能装置使用过程中产生的气体副产物，以延缓防爆阀的爆破时间，另一方面在注液过程中有更多的缓冲空间容纳电解液，减少注液次数，提高注液效率；

5、储能装置结构简单，加工成型成本低，且易于组装。

附图说明

附图1是本发明储能装置的剖面结构示意图。

附图2是图1中A区域的局部放大图。

附图3是图1中A区域所示的负极内端子和负极外端子的组合示意图。

附图4是图1中A区域所示的O型密封圈和密封垫圈未被挤压时的结构示意图。

附图5是本发明储能装置另一种实施方式中的局部结构图。

附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：

1.壳体 11.口部卷边

12.上环状侧突起 13.下环状侧突起

14.内凸台 15.球状突起

16.圆环形凹槽 17.外凸台

18.下极柱 2.电芯

21.正极 22.负极

3.正极内端子 4.负极内端子

41.倒角 5.负极外端子

51.第一平台 511.外周侧面

512.向上环状突起 513.向下定位体

514.倒角 52.第二平台

521.注液口 522.铝堵头

523.橡胶堵头 53.第三平台

54.上极柱 6.焊缝

7.O型密封圈 8.密封垫圈。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图对本发明提供的具体实施方式作详细说明；本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

请参照图1，图1是储能装置的剖面结构示意图。该储能装置包括壳体1、电芯2、正极内端子3、负极内端子4、负极外端子5和电解液。壳体1呈圆筒状，电解液、电芯2、正极内端子3和负极内端子4位于壳体1的内部。壳体1的底部充当正极外端子，与正极内端子3接触。壳体1由金属或合金制备，优选由铝或其合金构成。壳体1的侧壁上还设有防爆阀，图中未示出。

正极内端子3和负极内端子4分别焊接在电芯2的正极21和负极22的端面上。正极内端子3是由金属盘体经冷挤压或冲压形成的中空圆柱体结构，圆柱体的内表面优选做滚花处理，一方面可以除去表面的氧化层，另一方面可以使其与壳体1底壁接触更良好。正极内端子3的外周插入壳体1底壁上的圆环形凹槽16内。壳体1侧壁在对应正极内端子3的位置设有朝向壳体1内部的起压紧作用的下环状侧突起13。壳体1的底部内侧设有内凸台14，内凸台14与壳体1侧壁之间的空腔为圆环形凹槽16。内凸台14的中心位置设有球状突起15，该球状突起15具有引导正极内端子3准确放置的作用。壳体1的底部外侧设有外凸台17，外凸台17上设有下极柱18，所述外凸台17、下极柱18和内凸台14同轴设置。

负极内端子4是由金属面板经冷挤压或冲压形成上部开口的中空圆柱体结构，其上表面平整光滑，上表面的内周边缘优选做机械打磨或滚花处理。负极外端子5包括直径逐渐减小而高度逐渐递增的第一平台51、第二平台52和第三平台53，第三平台53上设有向上延伸的中空圆柱状的上极柱54。第一平台51、第二平台52、第三平台53和上极柱54同轴设置。负极外端子5是由一块盘体向上垂直挤压形成。第一平台51的下表面平整光滑，可与负极内端子4的上表面紧密接触，降低接触内阻。储能装置的内部空间较大，一方面可以用来容纳储能装置使用过程中产生的气体副产物，以延缓防爆阀的爆破时间，另一方面在注液过程中有更多的缓冲空间容纳电解液，减少注液次数，提高注液效率。

在负极内端子4外周侧面、负极外端子5第一平台51外周侧面和壳体1之间设有O型密封圈7。壳体1的口部向内翻形成口部卷边11，所述口部卷边11通过圆环形密封垫圈8压在负极外端子5的第一平台51上。

请参照图2、图3和图4，图2是图1中A区域的局部放大图，图3是图1中A区域所示的负极内端子4和负极外端子5的组合示意图，图4是图1中A区域所示的O型密封圈7和密封垫圈8未被挤压时的结构示意图。注液口521位于第二平台52上，第三平台53的设置便于储能装置单体的连接，避免连接过程中触碰到壳体1口部卷边11和注液口521焊接区域。注液口521用橡胶堵头523和铝堵头522堵住，橡胶堵头523朝向负极内端子4，铝堵头522位于橡胶堵头523上方。

第一平台51的外周侧面511边缘进行处理形成倒角514，负极内端子4外周侧面边缘进行处理形成倒角41，倒角514和倒角41在焊接处形成一个夹角，使得焊接连接负极内端子4上表面和负极外端子5下表面时，焊缝6的位置靠内，O型密封圈7在压住焊缝6时，避免不必要的刺破或磨损。所述的焊接优选为激光焊接。壳体1侧壁在对应负极内端子4的位置设有朝向壳体1内部的起压紧作用的上环状侧突起12。

负极外端子5的第一平台51在对应密封垫圈8的位置上设有向上环状突起512，所述向上环状突起512的横截面为半圆形。该向上环状突起512的目的在于增大绝缘密封垫圈8的压缩率，有利于强化负极外端子5与壳体1口部卷边11的密封效果。第一平台51在其下表面上设有向下定位体513，所述的向下定位体513紧挨负极外端子5与负极内端子4的焊接面，向下定位体513的横截面为方形。本实施例中，向下定位体513整体为连续的环状。该向下定位体513能防止装配时负极内端子4和负极外端子5错位，且能增加稳固性。第一平台51外周侧面511为向内弯曲的曲面，与O型密封圈7结合起到更好的密封效果。

本实施例中，壳体1口部卷边11的内壁为曲面，密封垫圈8的横截面S型的中间部分丰满些，能更好的与口部卷边11接触密封。

实施例2

请参照图5，图5是本发明储能装置另一种实施方式中的局部结构图。本实施例中，储能装置与实施例1中的储能装置不同之处在于：

向下定位体513的横截面为三角形，同样具有较好的定位作用；本实施例中，向下定位体513整体为断开的四段，四段呈环形对称设置；

外周侧面511为向外弯曲的曲面，可增加O型密封圈7的压缩率；

密封垫圈8的横截面S型的中间部分窄些，此时，壳体1口部卷边11的内壁为平面，密封效果较好。

实施例3

一种储能装置的装配方法，包括以下步骤：

步骤一，将正极内端子3和负极内端子4分别焊接固定在电芯2的正极21和负极22端面上；

步骤二，通过压入的方式将负极外端子5和负极内端子4组合在一起，负极外端子5的下表面和负极内端子4的上表面贴合形成结合部；

步骤三，对所述的结合部进行焊接，使负极外端子和负极内端子成为一个组合体；

步骤四，在所述组合体的外周套设O型密封圈7和密封垫圈8；

步骤五，将正极内端子3、电芯2、负极内端子4、负极外端子5、O型密封圈7和密封垫圈8整体插入壳体1内；

步骤六，在壳体1的外侧壁上，对应负极内端子4的位置处向内滚压形成上环状侧突起12，挤压支撑O型密封圈7；

步骤七，加工壳体1的口部，使其向内翻形成口部卷边11，所述口部卷边11压在密封垫圈8上；

步骤八，在壳体1的外侧壁上，对应正极内端子3的位置处向内滚压形成下环状侧突起13，使壳体1内壁紧贴正极内端子3。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种储能装置，包括壳体、电芯、正极内端子、负极内端子、负极外端子和电解液，其特征在于，所述的正极内端子和负极内端子分别焊接在电芯的正极和负极端面上，正极内端子的外周插入壳体底壁上的圆环形凹槽内；负极内端子与负极外端子焊接在一起形成焊缝，在负极内端子外周侧面、负极外端子外周侧面和壳体之间设有O型密封圈，所述的O型密封圈压住所述的焊缝，壳体的口部向内翻形成口部卷边，所述口部卷边通过圆环形密封垫圈压在负极外端子上；负极外端子上设有注液口，注液口用堵头堵住；壳体侧壁在对应负极内端子和正极内端子的位置分别设有朝向壳体内部的起压紧作用的上环状侧突起和下环状侧突起。

2.根据权利要求1所述的储能装置，其特征在于，所述壳体的侧壁上设有防爆阀。

3.根据权利要求1所述的储能装置，其特征在于，所述的堵头由橡胶堵头和铝堵头组成，所述的橡胶堵头朝向负极内端子。

4.根据权利要求1所述的储能装置，其特征在于，所述的负极外端子在对应密封垫圈的位置上设有向上环状突起，所述向上环状突起的横截面为弧形、梯形或方形。

5.根据权利要求1所述的储能装置，其特征在于，所述的负极外端子在其下表面上设有向下定位体，所述的向下定位体紧挨负极外端子与负极内端子的焊接面，所述的向下定位体的横截面为方形或三角形或半圆形，所述向下定位体整体为连续的环状或断开的几段。

6.根据权利要求1所述的储能装置，其特征在于，所述壳体的底部内侧设有内凸台，内凸台与壳体侧壁之间为圆环形凹槽，内凸台的中心位置设有球状突起；壳体的底部外侧设有外凸台，外凸台上设有下极柱，所述外凸台、下极柱和内凸台同轴设置。

7.根据权利要求1所述的储能装置，其特征在于，所述的负极外端子外周侧面为倾斜的平面、向内弯曲的曲面或向外弯曲的曲面，所述的负极内端子上表面的内周边缘做机械打磨或滚花处理。

8.根据权利要求1所述的储能装置，其特征在于，所述的负极外端子包括直径逐渐减小而高度逐渐递增的第一平台、第二平台和第三平台，第三平台上设有向上延伸的中空圆柱状的上极柱，第一平台、第二平台、第三平台和上极柱同轴设置，所述注液口位于第二平台上。

9.根据权利要求1所述的储能装置，其特征在于，所述的圆环形密封垫圈的横截面形状为S型。

10.一种储能装置的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将正极内端子和负极内端子分别焊接固定在电芯的正极和负极端面上；

步骤二，通过压入的方式将负极外端子和负极内端子组合在一起，负极外端子的下表面和负极内端子的上表面贴合形成结合部；

步骤三，对所述的结合部进行焊接，使负极外端子和负极内端子成为一个组合体；

步骤四，在所述组合体的外周套设O型密封圈和密封垫圈；

步骤五，将正极内端子、电芯、负极内端子、负极外端子、O型密封圈和圆环形密封垫圈整体插入壳体内；

步骤六，在壳体的外侧壁上，对应负极内端子的位置处向内滚压形成上环状侧突起，挤压支撑O型密封圈；

步骤七，加工壳体的口部，使其向内翻形成口部卷边，所述口部卷边压在密封垫圈上；

步骤八，在壳体的外侧壁上，对应正极内端子的位置处向内滚压形成下环状侧突起，使壳体内壁紧贴正极内端子。