CN108417400A - 一种防挤压的超级电容器模组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防挤压的超级电容器模组，包括多个单体电容器和连接两个单体电容器的连接片，所述上壳体和下壳体的表面分别设置有正极柱和负极柱；所述下壳体内装配有电极芯；还包括上压紧块、下压紧块和压力检测模块，所述上压紧块通过弹簧与上壳体的底部连接；所述下压紧块设置在下壳体的顶部且下压紧块的边缘与下壳体内壁固定相连；两个压紧块和上壳体上均开设有位置对应的四个螺孔；该压力检测模块使用压力传感器实时对上壳体和下壳体之间的挤压力进行检测；组装方便，能够对内部结构进行较好的固定，从而减轻震动对内部的挤压力；在使用过程中能在挤压力超过阈值时进行报警，延长电容器模组的使用寿命。

Description

一种防挤压的超级电容器模组
技术领域
本发明涉及储能技术领域，具体为一种防挤压的超级电容器模组。
背景技术
超级电容器又叫双电层电容器、黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应。这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。
由于超级电容器单体工作电压不高，一般只有1V-4V，其中常用的单体超级电容电压规格一般是2.7V，而在实际应用中常需要16V、48V、54V、75V、125V或更高的电压才能满足这些设备的使用。这些设备多数为风力发电、汽车HEV、军用启动电源及微电网设备等，为了满足这些设备的使用要求，超级电容模组就应运而生了。
电容器模组一般来说都是上壳体带正极，下壳体带负极，传统的电容器在使用过程中没有对上壳体和下壳体之间的压力进行测量，造成上壳体和下壳体之间挤压力太大时对两个壳体本身都造成损坏，这样一来就会进一步使壳体内的电极芯使用寿命缩短；现在也有人针对此问题进行改进，比如申请号为201610102633.2的专利《一种超级电容器模组》采用“电容器单体均采用重量大的筒体位于重量小的筒体底部的布置方式，从而大大降低了密封圈因受力引起的振动幅度；保证了超级电容器模组工作的可靠性，延长了超级电容器模组的使用寿命”的工作方式。
不过上述改进产品在使用过程中需要根据使用情况对电容器单体的正负极进行调整，“若第一电容器单体1a的第一筒体10定义为正极，第二筒体11定义为负极，则第二电容器单体1b的第一筒体10定义为负极，第二筒体11定义为正极。”这样得排列就会让一个模组内得电容器单体数目为奇数，而且使用过程中要不同定义正负极得电容器单体才能正确匹配，装配十分繁琐，实际使用过程中会增加组装难度；另外，这种结构也无法知晓电容器模组在使用过程中是否挤压力超过阈值。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种防挤压的超级电容器模组，组装方便，能够对内部结构进行较好的固定，从而减轻震动对内部的挤压力；在使用过程中能在挤压力超过阈值时进行报警，延长电容器模组的使用寿命；可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种防挤压的超级电容器模组，包括多个单体电容器和连接两个单体电容器的连接片，方便两个单体电容器之间进行连接，由此操作可以组成电容器模组本体；所述单体电容器包括上壳体和连接在上壳体下端的下壳体；将电极芯包裹在其中。所述上壳体和下壳体的表面分别设置有正极柱和负极柱；这样的设计，能够将任意两个电容器单体进行组合，采用一上一下的组装模式，装配过程简单；所述下壳体的体积比上壳体的体积大，有利于下壳体内装配好电极芯；所述下壳体内装配有电极芯；
还包括
中空状的上压紧块和下压紧块，所述上压紧块通过弹簧与上壳体的底部连接；上压紧块能够与上壳体底部之间具体很好的弹力，这样一来，在上压紧块与下压紧块挤压时对上壳体本身具有很好的缓冲作用。
所述下压紧块设置在下壳体的顶部且下压紧块的边缘与下壳体内壁固定相连；两个压紧块和上壳体上均开设有位置对应的四个螺孔；方便使用螺钉从上壳体上端往下依次穿过上压紧块和下压紧块，对两个压紧块和上壳体之间很好的连接固定，同时螺钉对电极芯上部进行接触，也能对电极芯本身起到固定效果。
压力检测模块；所述压力检测模块通过一个中空圆盘的外壳固定安装在上壳体底部，所述压力检测模块包括压力传感器、比较器、单片机控制器和蜂鸣器，所述压力传感器接收上壳体和下壳体之间、以及上壳体与电极芯之间的挤压力，所述压力传感器输出端与比较器输入端之间通过导线电连接，所述比较器输出端通过导线与单片机控制器输入端电连接，单片机控制器输出端通过导线电连接蜂鸣器。
使用过程中，该压力检测模块使用压力传感器实时对上壳体和下壳体之间的挤压力(包括上壳体与电极芯之间的挤压力)进行检测，实际上压力传感器设置在两个压紧块之间，这样一来，无论是将单体电容器正极向上还是向下的摆放，都会对两者之间的挤压力进行测量，压力传感器接收到的压力值与比较器预先设置的压力值电压进行比较，当压力传感器接收到的压力值超过预设压力值后，比较器将输出的信号传输到单片机控制器当中，此时单片机控制器响应该信号从而驱动蜂鸣器打开进行报警。当使用者听到蜂鸣声后对模组位置进行调整，从而改变各个单体电容器内部的挤压内，当压力小于预设压力值，单片机控制器可对蜂鸣器进行关闭；蜂鸣声可消除。
作为本发明一种优选的技术方案，所述上壳体和下壳体之间通过上螺纹和下螺纹进行螺纹连接，所述上螺纹和下螺纹之间设置有密封圈，能够将上壳体和下壳体之间进行很好的密封。
作为本发明一种优选的技术方案，所述上壳体、上压紧块、下压紧块上的四个螺孔通过螺钉从上往下进行固定连接后与电极芯接触；可以让上壳体、上压紧块、下压紧块、下壳体以及电极芯之间连接成一体化结构，有效减震。
作为本发明一种优选的技术方案，所述电极芯上端通过下压紧块、上压紧块的中空位置后与上壳体上的正极柱相连，符合电容器本身特征，装配电极芯方便。
作为本发明一种优选的技术方案，所述压力传感器设置在上压紧块与下压紧块的接触位置，检测效果更佳，而且压力传感器不会由于内部震动而脱落。
作为本发明一种优选的技术方案，所述正极柱底部通过导线连接有一供电器，所述供电器对压力传感器、比较器、单片机控制器和蜂鸣器供电。
作为本发明一种优选的技术方案，所述正极柱底部设置有充电保护芯片，所述充电保护芯片与供电器之间电连接，在对单体电容器进行充电时对供电器充电。
作为本发明一种优选的技术方案，所述充电保护芯片为BQ24157芯片，所述供电器为5V输出电压的蓄电池。
作为本发明一种优选的技术方案，所述上压紧块和下压紧块均为不锈钢材料制成，采用304号或者316号，弹性好而且不易损坏，能够将上壳体、上压紧块、下压紧块、下壳体以及电极芯连接成一体化结构时具有很好的耐用效果。
作为本发明一种优选的技术方案，所述上壳体和下壳体的端面设置有一中空状的垫块，所述正极柱和负极柱安装在垫块的中空位置处
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、组装方便，能够对内部结构进行较好的固定，从而减轻震动对内部的挤压力；
2、在使用过程中能在挤压力超过阈值时进行报警，延长电容器模组的使用寿命；
3、整体结构紧凑，具有很好的减震效果。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明中单体电容器结构示意图；
图3为本发明中单体电容器上壳体俯视图；
图4为本发明中单体电容器上壳体与下壳体分离后的上壳体侧视图；
图5为本发明中单体电容器上壳体仰视图；
图6为本发明中单体电容器下壳体俯视图；
图7为本发明中压力检测器的结构示意图。
图中：1-下壳体；2-上壳体；31-上螺纹；32-下螺纹；4-上压紧块；41-螺孔；42-下压紧块；43-弹簧；5-电极芯；6-正极柱；7-负极柱；8-压力检测模块；81-压力传感器；82-比较器；83-单片机控制器；84-蜂鸣器；85-导线；86-充电保护芯片；87-供电器；9-垫块。
具体实施方式
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
请参阅图1至图7，本发明提供一种技术方案：一种防挤压的超级电容器模组，包括多个单体电容器和连接两个单体电容器的连接片，便于对各个单体电容器之间进行连接后形成一个超级电容器模组。
所述单体电容器包括上壳体2和连接在上壳体2下端的下壳体1；所述上壳体2和下壳体1的表面分别设置有正极柱6和负极柱7；所述下壳体1的体积比上壳体2的体积大；所述下壳体1内装配有电极芯5；方便对电极芯5进行组装。这样的设计也让组装后的电容器单体正极和负极明显。
还包括
中空状的上压紧块4和下压紧块42，所述上压紧块4通过弹簧43与上壳体2的底部连接；上压紧块4能够与上壳体2底部之间具体很好的弹力，这样一来，在上压紧块4与下压紧块42挤压时对上壳体2本身具有很好的缓冲作用。
所述下压紧块42设置在下壳体1的顶部且下压紧块42的边缘与下壳体1内壁固定相连；两个压紧块和上壳体2上均开设有位置对应的四个螺孔41；方便使用螺钉从上壳体2上端往下依次穿过上压紧块4和下压紧块42，对两个压紧块和上壳体2之间很好的连接固定，同时螺钉对电极芯5上部进行接触，可在电极芯5与螺钉接触处采用一防滑垫隔开，防止电极芯5被磨损，也能对电极芯5本身起到固定效果。
压力检测模块8；所述压力检测模块8通过一个中空圆盘的外壳固定安装在上壳体2底部，所述压力检测模块8包括压力传感器81、比较器82、单片机控制器83和蜂鸣器84，所述压力传感器81接收上壳体2和下壳体1之间、以及上壳体2与电极芯5之间的挤压力，所述压力传感器81输出端与比较器82输入端之间通过导线85电连接，所述比较器82输出端通过导线85与单片机控制器83输入端电连接，单片机控制器83输出端通过导线85电连接蜂鸣器84。
压力检测模块使用压力传感器81实时对上壳体2和下壳体1之间的挤压力包括上壳体2与电极芯5之间的挤压力进行检测，实际上压力传感器81设置在两个压紧块之间，这样一来，无论是将单体电容器正极向上还是向下的摆放，都会对两者之间的挤压力进行测量，压力传感器81接收到的压力值与比较器82预先设置的压力值电压进行比较，当压力传感器81接收到的压力值超过预设压力值后，比较器82将输出的信号传输到单片机控制器83当中，此时单片机控制器83响应该信号从而驱动蜂鸣器84打开进行报警。当使用者听到蜂鸣声后对模组位置进行调整，从而改变相应单体电容器内部的挤压力，当压力小于预设压力值，单片机控制器83可对蜂鸣器84进行关闭；蜂鸣声可消除。
优选的，所述上壳体2和下壳体1之间通过上螺纹31和下螺纹32进行螺纹连接，所述上螺纹31和下螺纹32之间设置有密封圈。能够将上壳体2和下壳体1之间进行很好的密封。
优选的，所述上壳体2、上压紧块4、下压紧块42上的四个螺孔41通过螺钉从上往下进行固定连接后与电极芯5接触。可以让上壳体2、上压紧块4、下压紧块42、下壳体1以及电极芯5之间连接成一体化结构，减震有效。
优选的，所述电极芯5上端通过下压紧块42、上压紧块4的中空位置后与上壳体2上的正极柱6相连。符合电容器本身特征，装配电极芯5方便。
优选的，所述压力传感器81设置在上压紧块4与下压紧块42的接触位置；让上壳体2、上压紧块4、下压紧块42、下壳体1以及电极芯5之间连接成一体化结构。
优选的，所述正极柱6底部通过导线85连接有一供电器87，所述供电器87对压力传感器81、比较器82、单片机控制器83和蜂鸣器84供电，持续供电，使得压力检测模块8的监测实时有效。
优选的，所述正极柱6底部设置有充电保护芯片86，所述充电保护芯片86与供电器87之间电连接。
优选的，所述充电保护芯片86为BQ24157芯片，所述供电器87为5V输出电压的蓄电池，充电保护芯片86具有调节、恒定电流和恒定电压的作用；能够对蓄电池进行充电的过程中起到保护作用。
优选的，所述上压紧块4和下压紧块42均为不锈钢材料制成；采用304号或者316号，弹性好而且不易损坏，能够将上壳体2、上压紧块4、下压紧块42、下壳体1以及电极芯5连接成一体化结构时具有很好的耐用效果。
优选的，所述上壳体2和下壳体1的端面设置有一中空状的垫块9，所述正极柱6和负极柱7安装在垫块9的中空位置处，且垫块9的厚度比正极柱6和负极柱7的高度高，使得单体电容器无论是正极柱向上还是向下摆放过程中，壳体的端面受力都均匀。垫块(9)上开有一槽91，方便连接片对正负极进行相连。
本发明的工作原理：上壳体2、上压紧块4、下压紧块42上的四个螺孔41通过螺钉从上往下进行固定连接后与电极芯5接触。可以让上壳体2、上压紧块4、下压紧块42、下壳体1以及电极芯5之间连接成一体化结构，形成单体电容器，上压紧块4和上壳体2之间通过弹簧43进行连接，下压紧块42边缘直接与下壳体1内壁进行固定，这样的结构让单体电容器内部稳定不易晃动。再将多个单体电容器通过连接片连接后形成一个超级电容器模组。如果单体电容器正极柱6向上摆放时，下壳体1内的电极芯对上壳体的挤压力不大，当模组晃动时，压力传感器81受力较单体电容器负极柱7向上摆放时小，当负极柱7向上放置时，下壳体1和电极芯5对上壳体2进行挤压，这时上壳体2、上压紧块4、下压紧块42、下壳体1以及电极芯5连接成一体化结构能够很好的防止单体电容器内部有大的晃动，同时弹簧43对上压紧块4具有挤压力，能够抵消一部分下壳体1和电极芯5对上壳体2的压力，一定程度上减轻了下壳体的损坏。
使用压力传感器实时对上壳体和下壳体之间的挤压力包括上壳体与电极芯之间的挤压力进行检测，实际上压力传感器设置在两个压紧块之间，这样一来，无论是将单体电容器正极向上还是向下的摆放，都会对两者之间的挤压力进行测量，压力传感器接收到的压力值与比较器预先设置的压力值电压进行比较，当压力传感器接收到的压力值超过预设压力值后，比较器将输出的信号传输到单片机控制器当中，此时单片机控制器响应该信号从而驱动蜂鸣器打开进行报警。当使用者听到蜂鸣声后对模组位置进行调整，从而改变各个单体电容器内部的挤压内，当压力小于预设压力值，单片机控制器可对蜂鸣器进行关闭；蜂鸣声可消除。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防挤压的超级电容器模组，包括多个单体电容器和连接两个单体电容器的连接片，其特征在于：
所述单体电容器包括上壳体(2)和连接在上壳体(2)下端的下壳体(1)；所述上壳体(2)和下壳体(1)的表面分别设置有正极柱(6)和负极柱(7)；所述下壳体(1)的体积比上壳体(2)的体积大；所述下壳体(1)内装配有电极芯(5)；
还包括
中空状的上压紧块(4)和下压紧块(42)，所述上压紧块(4)通过弹簧(43)与上壳体(2)的底部连接；
所述下压紧块(2)设置在下壳体(1)的顶部且下压紧块(42)的边缘与下壳体(1)内壁固定相连；两个压紧块和上壳体(2)上均开设有位置对应的四个螺孔(41)；
压力检测模块(8)；所述压力检测模块(8)通过一个中空圆盘的外壳固定安装在上壳体(2)底部，所述压力检测模块(8)包括压力传感器(81)、比较器(82)、单片机控制器(83)和蜂鸣器(84)，所述压力传感器(81)接收上壳体(2)和下壳体(1)之间、以及上壳体(2)与电极芯(5)之间的挤压力，所述压力传感器(81)输出端与比较器(82)输入端之间通过导线(85)电连接，所述比较器(82)输出端通过导线(85)与单片机控制器(83)输入端电连接，单片机控制器(83)输出端通过导线(85)电连接蜂鸣器(84)。
2.根据权利要求1所述的一种防挤压的超级电容器模组，其特征在于：所述上壳体(2)和下壳体(1)之间通过上螺纹(31)和下螺纹(32)进行螺纹连接，所述上螺纹(31)和下螺纹(32)之间设置有密封圈。
3.根据权利要求1所述的一种防挤压的超级电容器模组，其特征在于：所述上壳体(2)、上压紧块(4)、下压紧块(42)上的四个螺孔(41)通过螺钉从上往下进行固定连接后与电极芯(5)接触。
4.根据权利要求3所述的一种防挤压的超级电容器模组，其特征在于：所述电极芯(5)上端通过下压紧块(42)、上压紧块(4)的中空位置后与上壳体(2)上的正极柱(6)相连。
5.根据权利要求3所述的一种防挤压的超级电容器模组，其特征在于：所述压力传感器(81)设置在上压紧块(4)与下压紧块(42)的接触位置。
6.根据权利要求1所述的一种防挤压的超级电容器模组，其特征在于：所述正极柱(6)底部通过导线(85)连接有一供电器(87)，所述供电器(87)对压力传感器(81)、比较器(82)、单片机控制器(83)和蜂鸣器(84)供电。
7.根据权利要求6所述的一种防挤压的超级电容器模组，其特征在于：所述正极柱(6)底部设置有充电保护芯片(86)，所述充电保护芯片(86)与供电器(87)之间电连接。
8.根据权利要求7所述的一种防挤压的超级电容器模组，其特征在于：所述充电保护芯片(86)为BQ24157芯片，所述供电器(87)为5V输出电压的蓄电池。
9.根据权利要求1所述的一种防挤压的超级电容器模组，其特征在于：所述上压紧块(4)和下压紧块(42)均为不锈钢材料制成。
10.根据权利要求1所述的一种防挤压的超级电容器模组，其特征在于：所述上壳体(2)和下壳体(1)的端面设置有一中空状的垫块(9)，所述正极柱(6)和负极柱(7)安装在垫块(9)的中空位置处，且垫块(9)的厚度比正极柱(6)和负极柱(7)的高度高，所述垫块(9)上开有一槽(91)。
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