CN108538636A - 超级电容器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超级电容器，其技术方案是：包括壳体、置于壳体内侧的芯体和端盖，端盖螺装在壳体开口端的第一法兰盘上，其特征在于，还包括容纳壳体、芯体和端盖的外壳，壳体与外壳同轴设置，外壳开口端的第二法兰盘上螺装有外盖；所述的端盖上有置于端盖上方的伸出管，伸出管的上端贯穿外盖；所述的端盖上装有由浮球和竖向设置的滑杆连接构成的浮子，浮球置于壳体内侧，滑杆与端盖竖向滑动连接并与伸出管同轴设置，端盖上开设有与伸出管的内孔相连通的竖向通孔；所述的外盖上有竖向贯穿外盖的进气孔；所述的壳体的下部装有第一单向阀。

Description

超级电容器
技术领域
本发明涉及电容器技术领域，特别是一种超级电容器。
背景技术
超级电容器是一种新型储能装置，具有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽等优点，但是，这种电容器由于受其自身的结构限制，在工作过程中其内部会产生发热现象，同时，由于超级电容器的电极组层数较多，其工作时因离子的吸附和脱附而产生的膨胀和收缩会在每一层电极组上累积叠加，极易造成对密封的破坏，使电解质溶液产生泄漏；而在使用过程中，一旦使用不当也会出现电解质溶液泄漏的现象。
当电解质溶液发生泄漏后，一方面，电解质溶液的减少使得电极板无法与电解质溶液充分接触，导致电容器的容量和容抗下降，易造成断电现象，影响正常使用；另一方面，外部空气会经泄漏处进入电容器内部，当电容器进行充放电时，尤其是充放电速率较快时，将使电容器温度迅速升高，这种情况下，进入电容器内部的空气受到高温而产生较大的压力，长时间工作后会导致电容器鼓胀甚至出现爆裂而无法继续使用；同时，由于电容器工作发热时会使电解质溶液产生一定程度的干枯现象，同样会造成内压升高，进而造成容量衰减，内阻增加，影响电容器的容量和容抗。
发明内容
针对上述情况，为弥补现有技术所存在的技术不足，本发明提供一种超级电容器，以解决现有超级电容器的电解质溶液干枯或电解质溶液泄漏后造成的内压升高的问题。
其解决的技术方案是：包括充满电解质溶液的壳体、置于壳体内侧的芯体和端盖，端盖螺装在壳体开口端的第一法兰盘上，其特征在于，还包括容纳壳体、芯体和端盖的外壳，壳体与外壳同轴设置且二者的开口端同向，外壳开口端的第二法兰盘上螺装有外盖，端盖与外盖使壳体与外壳之间形成密封的隔离腔，隔离腔内装有电解质溶液；所述的端盖上有置于端盖上方的竖向设置的伸出管，伸出管的上端贯穿外盖；所述的端盖上装有由浮球和竖向设置的滑杆连接构成的浮子，浮球置于壳体内侧，滑杆与端盖竖向滑动连接并与伸出管同轴设置，端盖上开设有与伸出管的内孔相连通的竖向通孔，当浮子在电解质溶液的浮力作用下向上滑动至浮球与端盖接触时，浮球将竖向通孔封闭；所述的外盖上有竖向贯穿外盖的进气孔；所述的壳体的下部装有第一单向阀，隔离腔内的电解质溶液经第一单向阀进入壳体内侧，还包括空气压缩机，外盖上装有控制空气压缩机启停的行程开关，滑杆与行程开关经连接杆连接；所述的空气压缩机的输出管与进气孔连接；在所述输出管内安装有气压传感器，气压传感器连接有控制器，控制器连接有电磁开关，电磁开关串联在行程开关上，所述外盖上安装有连通隔离腔的泄压阀。
本发明结构巧妙，实施简单，不仅可以实现对壳体内部的电解质溶液的自动补充，还可以有效防止内部压力过高导致的鼓胀和爆裂现象,对于提高电容器的使用寿命、保证电容器的稳定运行及提高电容器的安全性能具有良好的增益效果。
附图说明
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的图1中A部分的放大图。
图3为本发明的轴测剖视图。
图4为本发明的另一实施例的主视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
由图1至图4给出，本发明包括充满电解质溶液的壳体1、置于壳体1内侧的芯体2和端盖3，端盖3螺装在壳体1开口端的第一法兰盘4上，其特征在于，还包括容纳壳体1、芯体2和端盖3的外壳5，壳体1与外壳5同轴设置且二者的开口端同向，外壳5开口端的第二法兰盘6上螺装有外盖7，端盖3与外盖7使壳体1与外壳5之间形成密封的隔离腔，隔离腔内装有电解质溶液；所述的端盖3上有置于端盖3上方的竖向设置的伸出管8，伸出管8的上端贯穿外盖7；所述的端盖3上装有由浮球9和竖向设置的滑杆10连接构成的浮子，浮球9置于壳体1内侧，滑杆10与端盖3竖向滑动连接并与伸出管8同轴设置，端盖3上开设有与伸出管8的内孔相连通的竖向通孔11，当浮子在电解质溶液的浮力作用下向上滑动至浮球9与端盖3接触时，浮球9将竖向通孔11封闭；所述的外盖7上有竖向贯穿外盖7的进气孔12；所述的壳体1的下部装有第一单向阀13，隔离腔内的电解质溶液经第一单向阀13进入壳体1内侧。
作为优选，所述的外盖7上有与进气孔12连接的第二单向阀14，外部空气可经第二单向阀14进入隔离腔内。
作为优选，所述的壳体1与外壳5之间有在隔离腔内竖向滑动的环形活塞15，环形活塞15与壳体1的外壁和外壳5的内壁同时挤压接触，从而将隔离腔分割成互不相通的上下两个腔室，环形活塞15置于隔离腔内的电解质溶液上方。
作为优选，所述的滑杆10竖向滑动贯穿端盖3，滑杆10上套装有置于端盖3上方的拉簧16，滑杆10在拉簧16的拉力作用下向下滑动，当电解质溶液减少导致作用在浮球9上的浮力变小时，浮子在拉簧16的拉力作用下及时向下滑动，使浮球9离开端盖3，以解除浮球9对竖向通孔11的封闭。
作为优选，本发明还包括空气压缩机，所述的外盖7上装有控制空气压缩机启停的行程开关17，滑杆10与行程开关17经连接杆18连接，当连接杆18随滑杆10竖向滑动时，连接杆18拉动行程开关17使行程开关17接通或断路，以实现对空气压缩机的启停控制；所述的空气压缩机的输出管19与进气孔12密封连接，当空气压缩机启动时，空气压缩机产生的高压气体经进气孔12和第二单向阀14进入外壳5内侧。
作为优选，所述滑杆10上套固有置于端盖3上方的固定板23，固定板23与滑杆10垂直设置，所述固定板23和端盖3之间连接有套在滑杆10上的拉簧16，所述固定板23下端固定有竖向的向下延伸的与通孔11配合的橡胶塞24。该橡胶塞24为由弹性橡胶制成，橡胶塞24的底面和侧面之间呈圆弧过渡，更加方便卡入到通孔11内，当壳体1内的电解质溶液变少时，浮球9向下移动，露出通孔11，拉簧16加速浮球9向下移动的速度，当浮球9封堵通孔11时，此时橡胶塞24置于通孔11上方与其间隔设置，当浮球9下降时，橡胶塞24封堵到通孔11上，通孔11内圆面为光滑面，橡胶塞24封堵通孔11之后浮球9可以带着橡胶塞在通孔11内继续滑动，之后连接杆18拉动行程开关17，空气压缩机经行程开关17连接到电源上，行程开关17控制空气压缩机打开，空气压缩机给隔离腔内充气，使得隔离腔内的气压增大，压着环形活塞15向下移动，此时推开第二单向阀14，隔离腔内的电解质溶液进入到壳体1内，壳体1内的电解质溶液得到补充，液面升高，带着浮球9向上移动，浮球9带着橡胶塞24向上移动脱离通孔11，通孔11被浮球9封堵，浮球9向上移动带动连接杆18向上移动，连接杆18向上移动带着行程开关17断开，使得空气压缩机停止工作。
在所述输出管19内安装有气压传感器25，气压传感器25连接有控制器，控制器连接有电磁开关，电磁开关串联在行程开关17上，所述外盖7上安装有连通隔离腔的泄压阀26。正常情况下，当空气压缩机打开后，将高压气体通入到隔离腔内，此时环形活塞15向下移动将隔离腔内的电解质溶液压入到壳体1内，由于环形活塞15可以向下移动，此时缓解了隔离腔内的气压大小，此时泄压阀26不打开。当环形活塞15向下接触到外壳5底部时，环形活塞15不能继续向下移动，此时如果壳体1内的电解质溶液减少，则行程开关17闭合打开空气压缩机，空气压缩机向隔离腔内通入高压气体，由于环形活塞15不能向下移动，大量的高压气体充入到隔离腔内，隔离腔内气压迅速升高，当升高到正常状态下可以推动环形活塞15的气压时，此时泄压阀26不打开，继续升高之后，泄压阀26为了保护壳体1、外壳5和空气压缩机，此时泄压阀26打开进行排放压力，泄压阀26排放压力的速度小于空气压缩机输入压力的速度，此时隔离腔内的压力继续升高，当升高到设定的最高值时，此时气压传感器27将输出管19内的气压传递给控制器，控制器控制电磁开关（电磁开关为常闭开关，当通电时断开）打开，由于电磁开关与行程开关17是串联的，因此此时的空气压缩机失电停止工作。而由于壳体1内的液位降低，浮球阀9下降，此时橡胶塞24封堵到通孔11内，保持壳体1与外界密封的状态。另外可以在壳体1上密封连通一个呼吸阀27，呼吸阀27密封连接一个向上穿出外盖7的通气管28连通到外界大气，使得壳体1内的气压保持在稳定值。电磁开关、行程开关和空气压缩机串联连接在电源上。
作为优选，所述的竖向通孔11有多个，多个竖向通孔11沿伸出管8的轴线圆周分布。
作为优选，所述的排气孔12有多个，多个排气孔12沿伸出管8的轴线圆周均布。
作为优选，所述的芯体2包括串联连接的至少一个芯体单元，所述芯体单元包括第一电极、第二电极和置于第一电极与第二电极之间的隔膜20，所述第一电极和第二电极分别包括集流体21和形成在集流体21上的电极材料22。
作为优选，所述第一单向阀13和第二单向阀14均为压力控制实现开启与闭合且采用球阀结构的阀门。
本发明使用时，在正常使用过程中，由于壳体1内部充满了电解质溶液，芯体2完全置于电解质溶液中，隔膜20、集流体21与电极材料22可与电解质溶液充分接触，保证电容器的容量与稳定的容抗；同时，浮子受到电解质溶液的浮力而与端盖3紧密贴合，竖向通孔11被浮球9阻挡，而由于第一单向阀13的单向流通特性，壳体1内的溶液无法经第一单向阀13流出，因此壳体1内侧与外部被完全隔离，为芯体2提供稳定的运行环境。
当电解质溶液产生泄漏，或电容器工作产生的发热使电解质溶液产生干枯时，电解质溶液液面下降，浮子在自身重力及拉簧16的拉力作用下向下移动，浮球9与端盖3分离，竖向通孔11失去浮球9的阻挡，壳体1内侧与伸出管8的内孔经竖向通孔11连通，并经伸出管8的内孔与外界连通，因此外界空气与壳体1内侧空气流体，避免壳体1内部的发热导致压力过高使壳体1产生鼓胀或爆裂；同时，当浮球9向下移动时，滑杆10随之产生向下的滑动并经连接杆18拉动行程开关17，当行程开关17被拉动至行程最下端时，行程开关17接通，空气压缩机启动，空气压缩机启动后产生的高压气体经输出管19进入进气孔12并推开第二单向阀14，从而进入隔离腔内使隔离腔内的压力逐渐升高并开始推动环形活塞15向下滑动，环形活塞15的滑动使隔离腔内的电解质溶液产生向下的流动并将环形活塞15的压力传递至第一单向阀13上，第一单向阀13受到压力而被打开，隔离腔内的电解质溶液经第一单向阀13进入壳体1内侧，实现壳体1内侧的电解质溶液的补充；随着壳体1内侧的电解质溶液的增多，电解质溶液的液面逐渐升高，浮球9在浮力作用下上升；当浮球9再次与端盖3紧密贴合后，竖向通孔11被封闭，壳体1内侧与外部再次被完全隔离，使电容器回到稳定的工作状态，同时，行程开关17被连接杆18拉动至行程最上端而断路，空气压缩机停止工作。
在电解质溶液产生泄漏的情况下，电解质溶液的泄漏部位会使壳体1内侧与隔离腔内的空气产生流通，但由于泄漏部位通常为较小的间隙或孔洞，因此当隔离腔内的压力较高时，即使部分空气经泄漏部位进入壳体1内侧，也不会对电解质溶液的补充产生明显影响；而即便产生一定程度的影响，也可以通过调节空气压缩机的输出压力来实现隔离腔内部的压力控制，实现电解质溶液的补充。
由于第一单向阀13的单向流体特性，即使隔离腔内的电解质溶液的液面高度低于壳体1内侧的电解质溶液的液面高度，壳体1内侧的电解质溶液也无法经第一单向阀13反流进隔离腔内，保证电容器的正常工作。
本发明结构巧妙，操作便捷，通过浮子受到的浮力控制竖向通孔的开启与闭合，使壳体内部的空气不会产生受热高压导致壳体鼓胀或爆裂，同时，浮子的浮动控制行程开关的接通与断路，从而使空气压缩机适时启动，实现对壳体内部的电解质溶液进行补充，使电容器内部电解质溶液的液位高度可以满足电容器正常工作需要，保证电容器的容量和容抗，对于提高电容器的使用寿命、保证电容器的稳定运行及提高电容器的安全性能具有良好的增益效果。
在竖向通孔11上端分别对应多个封堵塞，当浮球向下降低时，封堵塞可以封堵着竖向通孔，将壳体内封闭。
当夹层内的电解质液体不能补充到壳体内时，压缩机工作，但是活塞环不下降，造成夹层内气压大大升高，加一个气压传感器，用来切断压缩机。

Claims (9)

1.一种超级电容器，包括充满电解质溶液的壳体（1）、置于壳体（1）内侧的芯体（2）和端盖（3），端盖（3）螺装在壳体（1）开口端的第一法兰盘（4）上，其特征在于，还包括容纳壳体（1）、芯体（2）和端盖（3）的外壳（5），壳体（1）与外壳（5）同轴设置且二者的开口端同向，外壳（5）开口端的第二法兰盘（6）上螺装有外盖（7），端盖（3）与外盖（7）使壳体（1）与外壳（5）之间形成密封的隔离腔，隔离腔内装有电解质溶液；所述的端盖（3）上有置于端盖（3）上方的竖向设置的伸出管（8），伸出管（8）的上端贯穿外盖（7）；所述的端盖（3）上装有由浮球（9）和竖向设置的滑杆（10）连接构成的浮子，浮球（9）置于壳体（1）内侧，滑杆（10）与端盖（3）竖向滑动连接并与伸出管（8）同轴设置，端盖（3）上开设有与伸出管（8）的内孔相连通的竖向通孔（11）；所述的外盖（7）上有竖向贯穿外盖（7）的进气孔（12）；所述的壳体（1）的下部装有第一单向阀（13），还包括空气压缩机，外盖（7）上装有控制空气压缩机启停的行程开关（17），滑杆（10）与行程开关（17）经连接杆（18）连接；所述的空气压缩机的输出管（19）与进气孔（12）连接；在所述输出管（19）内安装有气压传感器（25），气压传感器（25）连接有控制器，控制器连接有电磁开关，电磁开关串联在行程开关（17）上，所述外盖（7）上安装有连通隔离腔的泄压阀（26）。
2.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其特征在于，外盖（7）上有与进气孔（12）连接的第二单向阀（14）。
3.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其特征在于，壳体（1）与外壳（5）之间有竖向滑动的环形活塞（15），环形活塞（15）与壳体（1）和外壳（5）同时挤压接触。
4.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其特征在于，滑杆（10）竖向滑动贯穿端盖（3），滑杆（10）上套装有置于端盖（3）上方的拉簧（16），滑杆（10）在拉簧（16）的拉力作用下向下滑动。
5.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其特征在于，竖向通孔（11）有多个，多个竖向通孔（11）沿伸出管（8）的轴线圆周分布。
6.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其特征在于，排气孔（12）有多个，多个排气孔（12）沿伸出管（8）的轴线圆周均布。
7.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其特征在于，芯体（2）包括串联连接的至少一个芯体单元，所述芯体单元包括第一电极、第二电极和置于第一电极与第二电极之间的隔膜（20），所述第一电极和第二电极分别包括集流体（21）和形成在集流体（21）上的电极材料（22）。
8.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其特征在于，所述外盖（7）上安装有连通隔离腔的泄压阀（26）。
9.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其特征在于，所述滑杆（10）上套固有置于端盖（3）上方的固定板（23），固定板（23）与滑杆（10）垂直设置，所述固定板（23）和端盖（3）之间连接有套在滑杆（10）上的拉簧（16），所述固定板（23）下端固定有竖向的向下延伸的与通孔（11）配合的橡胶塞（24）。
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