CN107331524B - 发动机冷启动用超级电容模组及超级电容芯组 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种发动机冷启动用超级电容模组及超级电容芯组，该超级电容模组包括超级电容芯组、紧固套、DC/DC变换器、外接端子和壳体。本发明的超级电容单体呈多排多列排布，且相邻排以及相邻列的超级电容单体的极性相反，通过横向汇流排实现相邻排的两只超级电容单体串联，以及竖向汇流排实现相邻列的两只超级电容单体串联，上述结构方便超级电容单体串联连接，且减小超级电容模组的占用空间；紧固套从超级电容模组的前后两侧夹紧超级电容芯组，多个超级电容单体分别与多个单体安装部吻合，以实现将超级电容单体夹紧固定，并通过卡扣扣合进一步实现两侧紧固套的锁紧，以及在设置散热沟，安装其上的DC/DC变换器进行有效散热。

Description

发动机冷启动用超级电容模组及超级电容芯组

技术领域

本发明涉及一种汽车启动电源，具体的说，涉及一种发动机冷启动用超级电容模组及超级电容芯组。

背景技术

目前，汽车发动机多采用传统蓄电池作为启动电源，但由于低温环境下，润滑油粘度增大、传统蓄电池的放电特性和燃油雾化性能变差导致发动机启动困难(柴油发动机尤其严重)。在寒区通常采用火烤预热等手段配合蓄电池来启动发动机，但这种启动方式耗时长，效率低，而且启动稳定性差，不能够满足发动机快速启动要求，给生产和生活带来极大的不便。

因超级电容低温特性好，现有采用超级电容模块代替蓄电池作为汽车启动装置，如中国专利号CN201220666245公开一种超级电容汽车发动机启动装置，通过在DC/DC变换器输出端接有超级电容器模块，对超级电容模块进行充电，为汽车发动机启动提供足够能量。上述汽车启动装置可实现在低温下对汽车发动机的快速启动，但由于超级电容模组是由多个单体电容串联组成的超级电容器，其占用空间较大，而汽车发动机内部空间有限，需合理布置多个单体电容的安装空间，以及需对组合后的超级电容模组进行整体加固，以尽量减小超级电容模组的占用空间，同时确保超级电容模组的整体结构稳定性。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种发动机冷启动用超级电容模组及超级电容芯组，以减小超级电容模组的占用空间，且确保超级电容模组的整体结构稳定性。

本发明的技术方案是：一种超级电容芯组，该超级电容芯组包括多个超级电容单体、汇流排和芯组输出电极，所述多个超级电容单体通过所述汇流排串联；所述多个超级电容单体呈多排多列排布，且相邻排及相邻列的超级电容单体极性相反；所述汇流排包括横向汇流排和竖向汇流排，相邻排的两只超级电容单体通过所述横向汇流排串联，相邻列的两只超级电容单体通过所述竖向汇流排串联；所述芯组输出电极包括芯组正极输出电极和芯组负极输出电极，两个芯组输出电极分别与串联后超级电容单体的正负极连接。

优选的是，所述汇流排设有与超级电容单体装配的连接孔，所述连接孔内径大于超级电容单体电极直径。

本新型还公开一种发动机冷启动用超级电容模组，包括权利要求上述的超级电容芯组，还包括紧固套，所述紧固套包括第一紧固套和第二紧固套，第一紧固套和第二紧固套对称安装，两个紧固套上均设有与多个超级电容单体结构吻合的多个单体安装部，两个紧固套从两侧夹紧所述超级电容芯组时，多个超级电容单体分别与多个单体安装部吻合。

优选的是，还包括安装于所述紧固套的DC/DC变换器，所述DC/DC变换器通过对角设置极耳与所述紧固套固定；所述DC/DC变换器与所述超级电容芯组连接并为所述超级电容芯组充电。

优选的是，还包括设置于所述紧固套上的外接端子，所述外接端子包括共负极端子、充电正极端子和启动正极端子；所述共负极端子与所述芯组负极输出电极电性连接；所述启动正极端子与所述芯组正极输出电极电性连接；所述充电正极端子与所述DC/DC变换器电性连接。

优选的是，所述紧固套上设置安装DC/DC变换器的凹陷部，所述凹陷部处设置用于对DC/DC变换器散热的散热沟，所述散热沟延伸方向与超级电容单体安装方向平行，所述散热沟内设置卡扣，即所述第一紧固套与所述第二紧固套相应位置设置可相互扣合的卡扣，卡扣扣合以锁紧两个紧固套。

优选的是，还包括对所述超级电容芯组、所述紧固套、所述DC/DC变换器进行封装壳体，所述壳体包括下壳体和上盖，所述下壳体采用中空结构，所述上盖可与所述下壳体扣合；所述上盖设有用于观察所述超级电容芯组的充电状态的观察窗。

优选的是，所述DC/DC变换器设有用于指示超级电容芯组充电状态的双色LED灯，所述双色LED灯设置于所述上盖的观察窗处。

本发明与现有技术相比的有益效果为：

(1)采用超级电容芯组在用作发动机冷启动动力源，具有低温放电特性好、能够提供大电流等优点，能够在低温环境下高效快速启动发动机；

(2)超级电容单体呈多排多列排布，且相邻排以及相邻列的超级电容单体的极性相反，通过横向汇流排实现相邻排的两只超级电容单体串联，以及竖向汇流排实现相邻列的两只超级电容单体串联，上述结构方便超级电容单体串联连接，且减小超级电容模组的占用空间；

(3)紧固套用于从超级电容模组的前后两侧夹紧超级电容芯组，多个超级电容单体分别与多个单体安装部吻合，以实现将超级电容单体夹紧固定，并通过卡扣扣合进一步实现两侧紧固套的锁紧，以及在设置散热沟，安装其上的DC/DC变换器进行有效散热。

附图说明

图1为超级电容芯组结构示意图(一)；

图2为超级电容芯组结构示意图(二)；

图3为未安装DC/DC变换器的超级电容模组结构示意图；

图4为安装DC/DC变换器后的超级电容模组结构示意图；

图5为壳体封装后的超级电容模组结构示意图。

图中，1-超级电容芯组；2-紧固套；3-DC/DC变换器；4-外接端子；5-壳体；

11-超级电容单体，12-汇流排，13-芯组负极输出电极，14-芯组正极输出电极；

121-横向汇流排；122-竖向汇流排；

21-第一紧固套；22-第二紧固套；23-单体安装部；24-卡扣；25-凹陷部；26-散热沟；27-紧固套接线孔；28-走线槽；

31-极耳；32-双色LED灯；

41-共负极端子；42-充电正极端子；43-启动正极端子；44-电极连接片；

51-下壳体；52-上盖；53-观察窗。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

以下叙述中以图1所示的方位进行描述，图1中的上下左右即为描述中的上下左右，图1水平方向为指向超级电容模组的横向方向，图1竖向为指向超级电容模组的竖直方向，图1前方为指向超级电容模组的前端，背离图1前方为指向超级电容模组的后端。

参见图1和图2，本新型公开一种超级电容芯组1，超级电容芯组1在用作发动机冷启动动力源时，具有低温放电特性好、能够提供大电流等优点，能够在低温环境下高效快速启动发动机。本新型的超级电容芯组1由多个超级电容单体11串联构成。为合理布置超级电容芯组1的排布空间，超级电容单体11呈多排多列排布，且相邻排以及相邻列的超级电容单体11的极性相反，以方便超级电容单体11串联连接。

继续参见图1、图2，超级电容芯组1还包括汇流排12，汇流排12设有2个连接孔，连接孔的直径稍大于超级电容单体11电极直径，其直径差控制在0.1mm为最佳，以方便超级电容单体11与汇流排12的装配。为实现超级电容芯组1的串联，汇流排12包括横向汇流排121和竖向汇流排122，横向汇流排121实现相邻排的两只超级电容单体11串联，竖向汇流排122实现相邻列的两只超级电容单体11串联。横向汇流排121的2个连接孔在横向汇流排121呈左右排布，相邻排的两只超级电容单体11分别连接至横向汇流排121的2个连接孔，以实现相邻排的两只超级电容单体11串联。竖向汇流排122的2个连接孔在竖向汇流排122呈上下排布，相邻列的两只超级电容单体11分别连接至竖向汇流排122的2个连接孔，以实现相邻列的两只超级电容单体11串联。多个超级电容单体11呈多排多列排布后，通过横向汇流排121和竖向汇流排122串联构成超级电容芯组1，可有效减小超级电容芯组1的占用空间。超级电容单体11与汇流排12装配完成后，在两者连接处进行激光焊接，以确保两者连接的可靠性。汇流排12同时设有汇流排接线孔，以方便与电压检测电路连接。

为方便与外接端子连接，超级电容芯组1进一步包括芯组输出电极，包括芯组正极输出电极14和芯组负极输出电极13，两个芯组输出电极分别位于串联后超级电容芯组1两端，即串联后超级电容芯组1的正负极分别连接芯组正极输出电极14和芯组负极输出电极13。芯组输出电极同时设有电极接线孔、外接通孔，通过电极接线孔方便与电压检测电路连接，通过外接通孔与外接端子装配,外接端子4分别与芯组正极输出电极14和芯组负极输出电极13装配后，在两者连接处进行激光焊接，以确保两者连接的可靠性。

如图3-图5所示，本新型还公开一种发动机冷启动用超级电容模组，该超级电容模组采用上述的超级电容芯组1，上述超级电容芯组1为本新型超级电容模组的核心元件，同时超级电容模组还包括紧固套2、DC/DC变换器3、外接端子4和壳体5。

紧固套2用于从超级电容模组的前后两侧夹紧超级电容芯组1，并对超级电容芯组1进行支撑并紧固，提高超级电容模组的整体结构稳定性。

具体的，紧固套2包括第一紧固套21和第二紧固套22，第一紧固套21和第二紧固套22对称安装，两个紧固套上设有与多个超级电容单体11结构吻合的多个单体安装部23，第一紧固套21和第二紧固套22分别从前后两侧夹紧超级电容芯组1时，多个超级电容单体11分别与多个单体安装部23吻合，以实现将超级电容单体11夹紧固定。第一紧固套21与第二紧固套22相应位置均设置相互配合的卡扣24，两侧紧固套从前后两侧夹紧超级电容芯组1后，通过两侧卡扣24扣合实现两侧紧固套2的锁紧，进而对超级电容芯组1进行支撑并紧固。

紧固套2上端设有变换器安装部，即紧固套2上端设置与DC/DC变换器3结构吻合的凹陷部25。凹陷部25处设置散热沟26，散热沟26延伸方向与超级电容单体11方向一致，即散热沟26与超级电容单体11平行，卡扣24设置于第一紧固套21与第二紧固套22的散热沟26交汇处，散热沟26用于对DC/DC变换器3进行散热。紧固套2同时设有紧固套接线孔27和走线槽28，紧固套接线孔27和走线槽28设置于相邻单体安装部23之间间隙，其中，紧固套接线孔27用于方便紧固套2内部超级电容芯组1与外界线路连接。走线槽28可方便紧固套内超级电容芯组1与外界线路连接时走线。

参见图3、图4，DC/DC变换器3安装于紧固套2上端，DC/DC变换器3封装于DC/DC变换盒体内，用于为超级电容芯组1充电。DC/DC变换器3对角设置极耳31，极耳31上开设通孔，通过螺钉穿过极耳31的通孔与紧固套2固定。DC/DC变换器3同时设有2个双色LED灯32，用于指示超级电容芯组1工作温度监测状态、供电电池电压和充电电流监测状态、超级电容单体11电压监测状态和超级电容单体11电压均衡状态等充电状态。同时由于充电过程中DC/DC变换器3的功率元件会产生热量，在上述DC/DC变换器3底面设计有散热板，散热板朝向上述散热沟26，便于热量传导。

外接端子4用于与外部蓄电池及发动机启动线路连接，外接端子4共有3个，包括共负极端子41、充电正极端子42和启动正极端子43，3个外接端子4均设置于紧固套2上端，且共负极端子41与充电正极端子42和启动正极端子43分居紧固套2上端两侧。共负极端子41与芯组负极输出电极13连接，共负极端子41用作本新型超级电容模组对外输出以及充电的共负极。启动正极端子43与芯组正极输出电极14连接，启动正极端子43用作本新型超级电容模组对外输出正极。充电正极端子42通过电极连接片44连接至DC/DC变换器3，充电正极端子42用作本新型超级电容模组的充电正极。

充电时，外部蓄电池通过共负极端子41、充电正极端子42与DC/DC变换器3连接，DC/DC变换器3通过芯组负极输出电极13、芯组正极输出电极14与超级电容芯组1连接，对超级电容芯组1进行充电；放电时，超级电容芯组1通过芯组负极输出电极13、芯组正极输出电极14与共负极端子41、启动正极端子43连接，由启动正极端子43连接至发动机启动线路，为发动机启动提供能量。

参见图3和图5，壳体5用于对上述超级电容芯组1、紧固套2、DC/DC变换器3进行封装，壳体封装后，仅外接端子4探出壳体5外部，用于与外部蓄电池及发动机启动线路连接。如图5，壳体5整体采用塑料材质制成，可减轻重量并防水绝缘。壳体5具体包括下壳体51和上盖52，下壳体51采用中空结构，上盖52可扣合至下壳体51上部。由于下壳体51中空，其四面极易产生内凹现象，且面的长度越长内凹现象越严重，为避免下壳体51产生内凹现象，上盖52内部设置支撑架，以减小下壳体51的内凹变形量。上盖52同时设有观察窗53，观察窗53位置与DC/DC变换器3的2个双色LED灯32位置相对应，即透过观察窗53，可实时观察超级电容芯组1的充电状态。

本新型的超级电容模组在进行发动机冷启动时，由外部蓄电池通过共负极端子41、充电正极端子42与DC/DC变换器3连接，DC/DC变换器3通过芯组负极输出电极13、芯组正极输出电极14与超级电容芯组1连接，并为上述超级电容芯组1充电，当观察到超级电容芯组1满电时，超级电容芯组1放电，通过芯组负极输出电极13、芯组正极输出电极14分别与共负极端子41、启动正极端子43连接，由启动正极端子43连接至发动机启动线路，为发动机启动提供足够能量。

最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其进行限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种发动机冷启动用超级电容模组，其特征在于：包括超级电容芯组（1），

超级电容芯组（1）包括多个超级电容单体（11）、汇流排（12）和芯组输出电极，所述多个超级电容单体（11）通过所述汇流排（12）串联；所述多个超级电容单体（11）呈多排多列排布，且相邻排及相邻列的超级电容单体（11）极性相反；所述汇流排（12）包括横向汇流排（121）和竖向汇流排（122），相邻排的两只超级电容单体（11）通过所述横向汇流排（121）串联，相邻列的两只超级电容单体（11）通过所述竖向汇流排（122）串联；所述芯组输出电极包括芯组正极输出电极（14）和芯组负极输出电极（13），两个芯组输出电极分别与串联后超级电容单体（11）的正负极连接；

所述汇流排（12）设有与超级电容单体（11）装配的连接孔，所述连接孔内径大于超级电容单体（11）电极直径；

还包括紧固套（2），所述紧固套（2）包括第一紧固套（21）和第二紧固套（22），第一紧固套（21）和第二紧固套（22）对称安装，两个紧固套（2）上均设有与多个超级电容单体（11）结构吻合的多个单体安装部（23），两个紧固套（21、22）从两侧夹紧所述超级电容芯组（1）时，多个超级电容单体（11）分别与多个单体安装部（23）吻合；

还包括安装于所述紧固套（2）的DC/DC变换器（3），所述DC/DC变换器（3）通过对角设置极耳（31）与所述紧固套（2）固定；所述DC/DC变换器（3）与所述超级电容芯组（1）连接并为所述超级电容芯组（1）充电；

所述紧固套（2）上设置用于安装DC/DC变换器（3）的凹陷部（25），所述凹陷部（25）处设置用于对DC/DC变换器（3）散热的散热沟（26），所述散热沟（26）延伸方向与超级电容单体（11）安装方向平行，所述散热沟（26）内设置卡扣（24），即所述第一紧固套（21）与所述第二紧固套（22）相应位置设置可相互扣合的卡扣（24），卡扣（24）扣合以锁紧两个紧固套（2）。

2.根据权利要求1所述的超级电容模组，其特征在于：还包括设置于所述紧固套（2）上的外接端子（4），所述外接端子（4）包括共负极端子（41）、充电正极端子（42）和启动正极端子（43）；所述共负极端子（41）与所述芯组负极输出电极（13）电性连接；所述启动正极端子（43）与所述芯组正极输出电极（14）电性连接；所述充电正极端子（42）与所述DC/DC变换器（3）电性连接 。

3.根据权利要求1所述的超级电容模组，其特征在于：还包括对所述超级电容芯组（1）、所述紧固套（2）、所述DC/DC变换器（3）进行封装壳体（5），所述壳体（5）包括下壳体（51）和上盖（52），所述下壳体（51）采用中空结构，所述上盖（52）可与所述下壳体（51）扣合；所述上盖（52）设有用于观察所述超级电容芯组（1）的充电状态的观察窗（53）。

4.根据权利要求3所述的超级电容模组，其特征在于：所述DC/DC变换器（3）设有用于指示超级电容芯组（1）充电状态的双色LED灯（32），所述双色LED灯（32）设置于所述上盖的观察窗（53）处。