CN106024418B - 一种锂离子电容器模组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电容器模组，包括由若干个锂离子电容器单体按序排列而成的锂离子电容器组、设置于相邻两个锂离子电容器单体之间的中间隔板、依次固定于锂离子电容器组前后两端的端板和钣金侧板、固定于锂离子电容器组左右两侧的加强板、固定于锂离子电容器组顶部的盖板，锂离子电容器单体的电极之间通过串联母排串联，锂离子电容器组的正、负极连接正、负极输出母排，正、负极输出母排的另一端连接端板，并从盖板输出；锂离子电容器组上方还固定有PCB板，以及采样片，采样片的一端固定连接串联母排，另一端固定在PCB板上，在该PCB板上还设置有信号连接器。本发明结构牢固，散热性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种储能器件，具体是一种锂离子电容器模组。
背景技术
锂离子电容器采用锂离子电池和双电层电容器混合结构，正极采用活性炭，负极采用石墨等材料，兼具超级电容器的高功率密度、长循环寿命以及锂离子电池高能量密度的特性。锂离子电容器具有很高的电压保持能力，常温下25℃放置3个月，电压下降低于5%；且其具有较宽的温度使用范围，安全可靠性高。因此，相比较超级电容器与锂离子电池，锂离子电容器在智能小车、轨道交通、工业运输等领域具备独特的优势，尤其新能源产业的兴起，给锂离子电容器的发展带来了更多的机遇。
通常锂离子电容器单体电容和电压不能满足实际需求，因此需要将单体进行串并联形成模组进行运用。模组结构设计的合理与否将直接影响模组性能的好坏。在模组结构稳定性方面，要考虑锂离子电容器模组受到震动、碰撞、冲击后结构的稳定性。通常结构设计不合理易导致模组在使用过程中结构受损，模组的使用寿命减短；在热均衡方面，锂离子电容器模组在进行大功率充放电过程中，单体会产生大量热量。模组中不同位置处的单体散热量不同，从而导致单体温度不一致。通常模组内部单体温度高于外部，模组结构设计不合理易导致单体温度均一性差。多次循环充放电后，模组容量衰减，使用寿命缩短；在模组安全性方面，模组设计要考虑使用过程中单体发生异常的情况。单体异常膨胀会导致模组结构变形，或单体异常时由于电解液快速喷发使模组内部压力骤升，一旦模组不能及时排压会导致模组爆炸，从而带来安全隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种新的锂离子电容器模组，以增强模组结构稳定性，改善模组内部温度不均匀以及提高模组安全性能。
为解决以上技术问题，本发明所述的锂离子电容器模组，包括由若干个带正负电极端子的锂离子电容器单体按序排列而成的锂离子电容器组、设置于相邻两个锂离子电容器单体之间的带通风结构的中间隔板、依次固定于锂离子电容器组前后两端的端板和钣金侧板、固定于锂离子电容器模组左右两侧的加强板、固定于锂离子电容器组顶部的带泄压结构的盖板，
所述锂离子电容器单体的电极之间通过串联母排串联，锂离子电容器模组的首尾正、负极连接正、负极输出母排，形成锂离子电容器模组的正、负极端子，正、负极输出母排的另一端连接端板，并从盖板输出；
所述锂离子电容器模组上方还固定有用于采集锂离子电容器模组的温度等信号后输出、且设置有泄压结构的PCB板，以及设有缓冲结构的采样片，所述采样片的一端固定连接串联母排，另一端固定在PCB板上，在该PCB板上还设置有信号连接器。
进一步地，两个锂离子电容器单体并联形成锂离子电容器单体单元，锂离子电容器单体单元的首尾处再通过串联母排串联形成锂离子电容器组。
进一步地，所述中间隔板包括方形的框体，该框体内设置有若干与框体的横边平行的隔离条，在相邻两隔离条之间以及隔离条与横边之间的空间为隔空区，框体的竖边上开设有与隔空区连通的隔板通风孔，位于上侧的横边上开设有用于伸出锂离子电容器单体的正负电极端子的伸出孔，中间隔板上还设置有用于置入温度探头的温度探头孔。
进一步地，在位于相邻两个串联母排之间以及串联母排与正、负极输出母排之间的中间隔板的伸出孔内设置有电气隔离板。
进一步地，所述端板包括方形的框体，框体的顶部设置有两个外侧带卡扣的端子台，该端子台通过正、负极输出母排与锂离子电容器组的首尾正、负极连接，框体左右两侧的竖边上设置有端板通风孔，框体的内部设置有端板加强筋，框体的左右两侧竖边的外侧设置有凸台。
进一步地，所述钣金侧板包括呈凸起状的侧板主体，侧板主体上设置有若干条侧板加强筋，侧板主体两侧为铆接边，铆接边上开设有若干个铆接边铆接孔，在铆接边的外边缘开设有镶嵌槽。
进一步地，所述加强板包括长条形的加强板主体，在该加强板主体上设置有加强板加强筋，在加强板主体的两端设置有弯向一侧的折边，加强板主体向折边过渡处为折弯，在折弯处还开设有角撑孔。
进一步地，所述盖板上开设有泄压孔以及凹槽，内侧设置盖板加强筋，盖板的前后两端设置有卡扣槽，在盖板的前后两端还设置有盖板端子孔。
进一步地，所述采样片包括与串联母排固定的安装部，安装部的侧面设置有两个脚，每个脚包括通过连接段与安装部连接的向上弯起成一弧形的弯弧，弯弧的另一侧横向设置有一焊接于PCB板上的焊接段，焊接段的另一端纵向设置有一与PCB板插接固定的插接段。
进一步地，所述正、负极输出母排呈台阶状结构，下台阶为连接锂离子电容器组首尾正、负极端子的连接端，上台阶为连接端板的输出端，所述正极输出母排和负极输出母排结构对称。
本发明中，定义锂离子电容器单体的电极两端分别为左右，另外两侧为前后。
本发明的有益效果如下：
（1）、锂离子电容器模组中的端板，钣金侧板，加强板以及盖板都设置多条加强筋，且钣金侧板的折弯处设置有角撑孔，这都是用于提高模组结构强度，增强模组结构稳定性。
（2）、所述采样片设置有弯弧，起缓冲作用，可以防止模组震动剧烈导致采样片断裂。
（3）、所述中间隔板上端设置有电气隔离板，用于隔离单体正负极端子，防止因装配或操作失误导致电极接触而发生短路，在一定程度上提高了锂离子电容模组的安全能力。
（4）、中间隔板内部以及端板两侧设置有多处风道，用于电芯表面对流散热，有效改善模组内部温度不均匀。
（5）、所述加强板为条状结构，在保证紧固锂离子电容器模组的情况下不会堵住通风口，使锂离子电容器模组具有更好的通风散热性。
（6）、锂离子电容器模组中盖板以及PCB板上设置有多处泄压孔，当锂离子电容器发生异常导致安全阀开启，电解液迅速挥发产生的气体气压达到一定程度后，冲破该泄压孔，可以防止锂离子电容器模组因压力过大而产生破坏。
附图说明
图1为本发明的锂离子电容器模组外观示意图；
图2为本发明的锂离子电容器模组的分解结构示意图；
图3为本发明锂离子电容器单体的排列结构示意图；
图4为本发明中间隔板的立体结构示意图；
图5为本发明中间隔板的俯视结构示意图；
图6为本发明端板的结构示意图；
图7为本发明钣金侧板的结构示意图；
图8为本发明钣金侧板的俯视结构示意图；
图9为本发明加强板的结构示意图；
图10为本发明盖板正面的立体结构示意图；
图11为本发明盖板反面的立体结构示意图；
图12为本发明串联母排的结构示意图；
图13为本发明采样片的结构示意图；
图14为本发明正极输出母排的结构示意图；
图15为本发明负极输出母排的结构示意图；
图16为本发明带信号连接器的PCB板的结构示意图；
图17为本发明中间隔板、串联母排、输出母排和采样片在俯视方向的结构示意图。
图中，1-锂离子电容器单体；2-中间隔板；2.1-电气隔离板；2.2-隔空区；2.3-温度探头孔；2.4-隔离条；2.5-隔板通风孔；3-串联母排；3.1-电极端子插接孔；3.2-固定块；3.3-串联母排安装孔；4-采样片；4.1-弯弧；；4.2-安装部；4.3-焊接段；4.4-插接段；4.5-连接段；5-PCB板；5.1-PCB板安装孔；5.2-PCB板泄压孔；6-信号连接器； 7-端板；7.1-端子台；7.2-卡扣；7.3-凸台；7.4-端板通风孔；7.5-端板加强筋；8-正极输出母排；8.1-连接端；8.2-输出端；9-负极输出母排；10-钣金侧板10.1-铆接孔；10.2-侧板加强筋；10.3-镶嵌槽；10.4-铆接边；10.5-侧板主体；11-盖板；11.1-卡扣槽；11.2-盖板泄压孔；11.3-凹槽；11.4-端子孔；11.5-盖板加强筋；12-加强板；12.1-加强板加强筋；12.2-折弯；12.3-角撑孔；12.4-折边。
具体实施方式
实施例：
本发明的锂离子电容器模组的部件如图2所示，主要包括锂离子电容器单体1、中间隔板2、串联母排3、采样片4、PCB板5、信号连接器6、端板7、正极输出母排8、负极输出母排9、钣金侧板10、盖板11和加强板12。
锂离子电容器单体1有两个电极端，本发明定义锂离子电容器单体1的两个电极端的位置分别为左右，另外两侧为前后。
本发明中锂离子电容器单体1的排列如图3所示，两个锂离子电容器单体1的正负极端子置于同一侧形成并联，得到锂离子电容器单元，锂离子电容器单元则正负极置于异侧，首尾串联。本实施例中包括十六个锂离子电容器单体1，两两并联后得到八个锂离子电容器单元。
在任意两个相邻的锂离子电容器单体1之间都有一个中间隔板2，用于隔离锂离子电容器单体1，该中间隔板2如图4、图5所示，包括方形的框体，该框体内设置有若干与框体的横边平行的隔离条2.4，在相邻两隔离条2.4之间以及隔离条2.4与横边之间的空间为隔空区2.2，框体的竖边上开设有与隔空区2.2连通的隔板通风孔2.5，隔板通风孔2.5与隔空区2.2形成风道，用于锂离子电容器单体1表面对流散热，保证单体内部热量及时散去；位于上侧的横边上开设有用于伸出锂离子电容器单体1的正负电极端子的伸出孔2.6。中间隔板2上还设置有用于置入温度探头的温度探头孔2.3，该温度探头孔2.3顶部于上侧横边处开口，底部向下连接最近的隔离条2.4，温度探头通过双面胶发泡棉固定于该温度探头孔2.3中，另一端通过锡焊与PCB板5连接，用于采集锂离子电容模组温度信号。
锂离子电容器单体1的电极之间通过串联母排3连接，串联母排3（如图12所示）包括串联母排本体，在串联母排本体上设置有四个电极端子插接孔3.1，在串联母排本体一侧设置有固定块3.2，在固定块3.2上开设有两个串联母排安装孔3.3。每个串联母排3连接在四个锂离子电容器单体1上，具体为一个锂离子电容器单元的正极和另一个锂离子电容器单元的负极（即使得两个锂离子电容器单元首尾相连）。排列连接完成后，整个锂离子电容器组首尾处的正负极位于同侧，并分别通过正极输出母排8和负极输出母排9形成模组的正负极端子。在位于相邻两个串联母排3之间以及串联母排3与正、负极输出母排8、9之间的中间隔板2的伸出孔2.6内设置有电气隔离板2.1，用于隔离锂离子电容器单体1的正负极端子，而被串联母排本体以及正、负极输出母排8、9的下台阶跨过的中间隔板2的伸出孔2.6内则不设置电气隔离板2.1，即中间隔板2的伸出孔2.6根据实际需要设置或不设置电气隔离板2.1，或者在中间隔板2的批量生产时，每个伸出孔2.6均可设置有电气隔离板2.1，再根据需要保留或去除该电气隔离板2.1。
PCB板5如图16所示，其上设置有多处安装孔5.1，通过螺丝与中间隔板2紧固连接，在PCB板5的两端设置有信号连接器6，用于输出锂离子电容器电压，温度等信号；PCB板5中间还设置有泄压孔5.2，当锂离子电容器发生异常导致安全阀开启，电解液迅速挥发产生的气体气压达到一定程度后，冲破该泄压孔，可以防止锂离子电容器模组因压力过大而产生破坏。
采样片4如图13所示，包括安装部4.2，安装部4.2为环状结构，中间为用于与串联母排3通过铆钉固定连接的安装孔，安装部4.2的侧面设置有两个脚，每个脚包括通过连接段4.5与安装部4.2连接的向上弯起成一弧形的弯弧4.1，起到缓冲作用。弯弧4.1的另一侧横向设置有一焊接于PCB板5上的焊接段4.3，焊接段4.3的另一端纵向设置有一与PCB板5插接固定的插接段4.4。
端板7如图6所示，置于锂离子电容器组的前后两端，该端板7也包括方形的框体，框体的顶部设置有两个外侧带卡扣7.2的端子台7.1，框体左右两侧的竖边上设置有端板通风孔7.4，保证模组通风冷却，框体的内部交叉设置有多条横向及纵向的端板加强筋7.5，框体的左右两侧竖边的外侧（以靠近锂离子电容器单体1一侧为内侧，另一侧为外侧）设置有凸台7.3。
正极输出母排8和负极输出母排9分别如图14、图15所示，呈台阶状，且两者在结构上对称，保证锂离子电容器组的首尾正、负极输出端子在同一侧，方便安装。本实施例描述时以正极输出母排8为例，其上台阶为连接端板7的端子台7.1的输出端8.2，下台阶为连接锂离子电容器模组的正极端的连接端8.1。
钣金侧板10置于端板7的外侧，其结构如图7、图8所示，包括呈凸起状的侧板主体10.5，侧板主体10.5上设置有若干条侧板加强筋10.2，用于增强钣金侧板10的强度，侧板主体10.5两侧为铆接边10.4，铆接边10.4上开设有若干个铆接边铆接孔10.1， 在铆接边10.4的外边缘开设有镶嵌槽10.3，使端板7上的凸台7.3卡入该镶嵌槽10.3。
盖板11如图10、图11所示，其左右两侧均开设有一组泄压孔11.2，可以防止锂离子电容单体出现异常后模组内部压力骤升而损坏模组结构。在与信号连接器6的安装位置对应处开设有凹槽11.3，以方便接插件与PCB板5上的信号连接器6连接。盖板11的内侧设置盖板加强筋11.5，用于加强盖板11的强度。盖板11的前后两端设置有用于端板7上的卡扣7.1卡入的卡扣槽11.1，在盖板11的前后两端还设置有盖板端子孔11.4，用于固定有正、负极输出母排8、9的端子台7.1伸出安装。
加强板12设置于锂离子电容器组的左右两侧，每侧各设置两个，共四个，包括长条形的加强板主体，在该加强板主体上设置有加强板加强筋12.1，在加强板主体的两端设置有弯向一侧的折边12.4，加强板主体向折边12.4过渡处为折弯12.2，在折弯12.2处还开设有角撑孔12.3，用于增强加强板12的强度。
安装时，先将两个并联的锂离子电容器单体1分别置于一个中间隔板2的两侧，卡入中间隔板2的框体，由隔离条2.2隔开，锂离子电容器单体1的电极端子则从中间隔板2顶部的伸出孔2.6伸出，得到一个锂离子电容器单元。再于相邻锂离子电容器单元之间搁置一个中间隔板2，卡紧。
然后按照如图17所示，将一个串联母排3的四个电极端子插接孔3.1卡接在第一个锂离子电容器单元的两个负极端子和第二个锂离子电容器单元的两个正极端子上，用螺钉通过串联母排安装孔3.3固定到中间隔板2上，然后在锂离子电容器组的另一侧再用第二个串连母排3连接第二个锂离子电容器单元的两个负极端和第三个锂离子电容器单元的正极端，依次类推。最后在锂离子电容器组的同一侧留下首尾处的正负极端子，分别套接正、负极输出母排8、9的下台阶8.1上的连接孔。在锂离子电容器组的前后两端均固定上端板7，正、负极输出母排8、9通过其上台阶8.2上的安装孔固定到端板7的端子台7.1上。
取一块已安装好信号连接器6的PCB板5，将采样片4的插接段4.4卡入PCB板5，并将焊接段4.3焊接于PCB板5，再将采样片4的安装部4.2与串联母排3的安装孔3.3固定。最后将PCB板5通过螺丝固定在中间隔板2上。
再于端板7的外侧固定钣金侧板10，固定钣金侧板10的凸面卡入端板7的框内，端板7外侧的凸台7.3卡在钣金侧板10的镶嵌槽10.3内。
再取四个加强板12，于锂离子电容器组的左右两侧各两个进行安装，折边12.4折向锂离子电容器组的前后两端固定。
钣金侧板10，端板7以及加强钣12通过组合螺丝紧固。
以上步骤顺序可根据实际操作进行一定调整，比如当批量生产得到的中间隔板2的伸出孔2.6内均有电气隔离板2.1的情况时，可根据需要，先去除部分电气隔离板2.1，再与锂离子电容器单体1进行逐一拼合，或先将中间隔板2与锂离子电容器单体1拼合完成后，再去除相应的电气隔离板2.1。
Claims (9)
1.一种锂离子电容器模组，其特征在于：该模组包括由若干个带正负电极端子的锂离子电容器单体（1）按序排列而成的锂离子电容器组、设置于相邻两个锂离子电容器单体（1）之间的带通风结构的中间隔板（2）、依次固定于锂离子电容器组前后两端的端板（7）和钣金侧板（10）、固定于锂离子电容器组左右两侧的加强板（12）、固定于锂离子电容器组顶部的带泄压结构的盖板（11），
所述锂离子电容器单体（1）的电极之间通过串联母排（3）串联，锂离子电容器组的首尾正、负极连接正、负极输出母排（8、9），形成锂离子电容器模组的正、负极端子，正、负极输出母排（8、9）的另一端连接端板（7），并从盖板（11）输出；
所述锂离子电容器组上方还固定有用于采集锂离子电容器模组的电压、温度信号后输出、且设置有泄压结构的PCB板（5），以及设有缓冲结构的采样片（4），所述采样片（4）的一端固定连接串联母排（3），另一端固定在PCB板（5）上，在该PCB板（5）上还设置有信号连接器（6）；
所述中间隔板（2）包括方形的框体，该框体内设置有若干与框体的横边平行的隔离条（2.4），在相邻两隔离条（2.4）之间以及隔离条（2.4）与横边之间的空间为隔空区（2.2），框体的竖边上开设有与隔空区（2.2）连通的隔板通风孔（2.5），位于上侧的横边上开设有用于伸出锂离子电容器单体（1）的正负电极端子的伸出孔（2.6），中间隔板（2）上还设置有用于置入温度探头的温度探头孔（2.3）。
2.根据权利要求1所述锂离子电容器模组，其特征在于：两个锂离子电容器单体（1）并联形成锂离子电容器单体单元，锂离子电容器单体单元的首尾处再通过串联母排（3）串联形成锂离子电容器组。
3.根据权利要求1所述锂离子电容器模组，其特征在于：在位于相邻两个串联母排（3）之间以及串联母排（3）与正、负极输出母排（8、9）之间的中间隔板（2）的伸出孔（2.6）内设置有电气隔离板（2.1）。
4.根据权利要求1所述锂离子电容器模组，其特征在于：所述端板（7）包括方形的框体，框体的顶部设置有两个外侧带卡扣（7.2）的端子台（7.1），该端子台（7.1）通过正、负极输出母排（8、9）与锂离子电容器组的首尾正、负极连接，框体左右两侧的竖边上设置有端板通风孔（7.4），框体的内部设置有端板加强筋（7.5），框体的左右两侧竖边的外侧设置有凸台（7.3）。
5.根据权利要求1所述锂离子电容器模组，其特征在于：所述钣金侧板（10）包括呈凸起状的侧板主体（10.5），侧板主体（10.5）上设置有若干条侧板加强筋（10.2），侧板主体（10.5）两侧为铆接边（10.4），铆接边（10.4）上开设有若干个铆接边铆接孔（10.1），在铆接边（10.4）的外边缘开设有镶嵌槽（10.3）。
6.根据权利要求1所述锂离子电容器模组，其特征在于：所述加强板（12）包括长条形的加强板主体，在该加强板主体上设置有加强板加强筋（12.1），在加强板主体的两端设置有弯向一侧的折边（12.4），加强板主体向折边（12.4）过渡处为折弯（12.2），在折弯（12.2）处还开设有角撑孔（12.3）。
7.根据权利要求1所述锂离子电容器模组，其特征在于：所述盖板（11）上开设有泄压孔（11.2）以及凹槽（11.3），内侧设置盖板加强筋（11.5），盖板（11）的前后两端设置有卡扣槽（11.1），在盖板（11）的前后两端还设置有盖板端子孔（11.4）。
8.根据权利要求1所述锂离子电容器模组，其特征在于：所述采样片（4）包括与串联母排（3）固定的安装部（4.2），安装部（4.2）的侧面设置有两个脚，每个脚包括通过连接段（4.5）与安装部（4.2）连接的向上弯起成一弧形的弯弧（4.1），弯弧（4.1）的另一侧横向设置有一焊接于PCB板（5）上的焊接段（4.3），焊接段（4.3）的另一端纵向设置有一与PCB板（5）插接固定的插接段（4.4）。
9.根据权利要求1所述锂离子电容器模组，其特征在于：所述正、负极输出母排（8、9）呈台阶状结构，下台阶为连接锂离子电容器组首尾正、负极端子的连接端，上台阶为连接端板的输出端，所述正极输出母排（8）和负极输出母排（9）结构对称。
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