CN109786133A - 储能器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种储能器件，所述储能器件的外壳的端部设置有第一通孔，正电极引出结构、芯体和负极盖从外壳的下端开始依次间隙套设在第一通孔内；正电极引出结构包括集流片和作为正极的引出盖，集流片的外缘间隙插配在第一通孔内，引出盖间隙插配在集流片的盲孔内，集流片的端部、引出盖的端部和外壳的端部一次焊接连接；负电极引出结构包括集流体、作为负极的极柱以及设置于集流体和极柱之间的转接柱，转接柱上设置有用于与极柱间隙配合的第三通孔，集流体与转接柱的下端焊接连接，转接柱与极柱之间在第三通孔的上端焊接连接。本发明既能保证其可靠稳定性、使用寿命，又能提高其生产效率和降低加工成本。
Description
技术领域
本发明涉及储能器件技术领域。
背景技术
电池或超级电容器作为储能器件被广泛应用于工业、能源、军事等领域。其中超级电容器的封装结构部分主要对其内部组织起到防止电解液的泄露，以及防止水、粉尘等外界恶劣环境对超级电容器本身的影响的作用；同时，超级电容器还提供动力引出极，用于与外部设备的连接。作为超级电容器的关键部分，采用何种封装结构不仅对超级电容器的电阻有重要影响，对单体的稳定可靠性及寿命也至关重要。
目前储能器件中常用的封装结构有以下两种形式，第一种结构形式如图1所示，在一端开口的外壳5’内设有芯体7’，芯体7’的两端分别焊接集流体4’和集流片6’，集流片6’与外壳5’的底部采用过盈配合连接，一般通过热装或冷装的方式进行装配，同时在外壳5’外部对应集流片6’的位置通过超声波/磁脉冲焊接的方式进行固定连接，从而引出正极；在集流体4’的轴肩处放置有绝缘垫圈2’，通过对外壳5’的指定位置处进行滚槽和压缩整形处理，使其内腔获得一个内嵌台阶，该台阶的下端面对集流体4’进行轴向固定，上端面放置O型圈3’，负极盖1’与集流体4’采用过盈配合，一般通过热装或冷装的方式进行装配，从而引出负极。
这种结构形式的储能器件在诸多环节容易造成产品质量不良。1、外壳5’在超声波/磁脉冲焊接后，焊斑位置的焊渣会凹凸不平，影响外观质量；同时，在超声波/磁脉冲焊接过程中，由于芯体7’具有一定软度，其受挤压后会产生一定变形，变形后其一方面会使芯体7’内部组织结构产生变化继而影响产品性能，另一方面会致使集流片6’因无硬性支撑，导致焊接质量不良，造成虚焊；2、外壳5’的内嵌台阶在形成时需要先进行滚槽定位，再进行轴向挤压处理，外壳5’的内嵌台阶在成型过程中会受到较大的压力，若材料内部组织均一性不好，或者有渣眼、气泡、断层等缺陷，则容易造成封装的质量隐患；3、装配环节复杂，其中的两处过盈配合一般只能利用金属的热胀冷缩原理，通过热装或冷装方式进行装配；4、外壳5’采用一端开口的结构形式，其一般采用冲压拉伸的方式生产，这种加工方式，加工量程较小，成本较高。该结构配合处的关键尺寸均需要进行机加生产，同时集流体、集流片、负极盖等零件也一般采用机加生产，其成本一般是模具方式生产成本的5-10倍，加工成本较高。
综上所述，采用上述结构，不仅装配环节较复杂，生产加工成本较高，而且诸多环节容易造成产品质量不良，对储能器件的性能产生一定的不确定性。
第二种结构形式如图2所示，在一端开口的外壳1”内设有芯体8”，芯体8”的两端分别焊接有集流体4”和集流片7”；集流体4”与负极盖3”之间采用过渡配合连接，之后在两者端面的重合缝隙处进行圆周焊接，实现固定和增大接触面积的目的；集流片7”与外壳1”的底部过渡配合连接，再通过超声波/磁脉冲方式对配合处进行焊接处理。
这种结构形式的储能器件的正极引出方式及采用一端开口设计的外壳与第一种结构形式的储能器件基本一致，其产生的问题同上；其负极引出方式，采用了过渡配合加焊接的结构，这种结构对集流体4”与负极盖3”配合处的加工精度要求较高，加工难度较大，由此也增加了零件的加工成本和检测成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种既能保证其可靠稳定性、使用寿命，又能提高其生产效率和降低加工成本的储能器件。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
一种储能器件，包括外壳、正电极引出结构、芯体、负极盖和负电极引出结构，其中：
所述外壳的端部设置有第一通孔，所述正电极引出结构、芯体和负极盖从所述外壳的下端开始依次间隙套设在所述第一通孔内；
所述正电极引出结构包括与所述芯体连接的集流片和作为正极的引出盖，所述集流片的端部设置有盲孔，所述集流片的外缘间隙插配在所述第一通孔内，所述引出盖间隙插配在所述盲孔内，所述集流片的端部、引出盖的端部和外壳的端部一次焊接连接；
所述负极盖的端部设置有用于套设所述负电极引出结构的第二通孔；
所述负电极引出结构包括与所述芯体连接的集流体、作为负极的极柱以及设置于所述集流体和极柱之间的转接柱，所述转接柱上设置有用于与所述极柱间隙配合的第三通孔，所述集流体与所述转接柱的下端焊接连接，所述转接柱与极柱之间在所述第三通孔的上端焊接连接。
进一步的，所述引出盖包括盖本体和设置于所述盖本体下端的凸台，所述盖本体远离所述芯体的端部、所述集流片远离所述芯体的端部均与所述外壳的端部平齐。
进一步的，所述转接柱的上端设置有与所述第三通孔同轴且直径大于所述第三通孔直径的第四通孔，所述转接柱与极柱之间在所述极柱与第四通孔形成的沟槽内焊接连接。
进一步的，所述极柱的外缘上与所述第四通孔相对应的位置设置有环形缺口，所述环形缺口的台阶与所述第四通孔的台阶相平齐。
进一步的，所述极柱上位于环形缺口的上端设置有直径小于所述环形缺口的直径的凸起。
进一步的，所述转接柱的下端设置有与所述第三通孔同轴且直径小于所述第三通孔的直径的第五通孔，所述集流体与所述转接柱在所述第五通孔处焊接连接。
进一步的，所述转接柱的外缘上设置有凹槽，所述凹槽内设置有绝缘垫和O型圈，所述绝缘垫的上端搭设在所述凹槽的上台阶面与所述负极盖的上端面之间，所述O型圈设置在所述凹槽的下台阶面与第二通孔的下端面之间。
进一步的，所述凹槽为设置于所述转接柱外缘上的通过翻边处的得到的环形凹槽。
进一步的，所述凹槽为由所述转接柱的上端面与所述集流体的上端面之间围成的环形凹槽。
进一步的，所述负极盖上位于所述第二通孔的下端设置有与所述第二通孔同轴并且直径大于所述第二通孔的直径的第六通孔，所述第二通孔的深度小于所述凹槽的深度，所述O型圈设置于所述第六通孔的台阶面与所述凹槽的下台阶面之间。
本发明具有以下有益效果：
与现有技术相比，本发明的储能器件中外壳的端部设置第一通孔的结构方式，使得芯体、正电极引出结构和负极盖均间隙套设在第一通孔内，负电极引出结构通过负极盖与外壳连接，并且正电极引出结构、负极盖分别与外壳采用焊接方式进行连接。这种结构方式使得储能器件在装配过程中无需对零部件进行降温或升温以及预定位处理，节省了装配时间，提高了生产效率。其中，外壳采用两端开口的设计，通过挤压拉伸方式进行生产，其生产量程较大，一般是冲压拉伸方式生产的6-8倍，成本较低。在正电极引出结构中，其通过单独设计作为正极的引出盖，并将引出盖间隙插配在集流片的盲孔中，而集流片则间隙套设在外壳的第一通孔中，通过一次焊接对外壳、集流片和引出盖进行固定连接，以实现可靠固定和获得较好的导电性能的目的。在负电极引出结构中，其通过转接柱将极柱与集流体连接，集流体与转接柱的下端进行焊接处理，转接柱与极柱之间间隙配合，之后将转接柱与极柱在第三通孔的上端进行焊接处理，在装配过程中无需对零部件进行降温或升温以及预定位处理，节省了时间，提高了生产效率；同时，负电极引出结构的结构方式使得外壳不需要进行外部滚槽处理，减少了加工工序，并且芯体不受外力挤压，能很好的保证储能器件内部组织机构不变形，有利于延长储能器件的使用寿命。此外，焊接是导电连接中最佳的连接方式，可增加零部件之间的接触面积，减小接触内阻，从而有利于降低储能器件的内阻，高温或低温环境对焊接效果基本无影响，由此增加了电极引出方式的可靠稳定性，有利于延长储能器件的使用寿命。
综上所述，本发明的储能器件对各零部件的加工精度的要求较低，易于实现，可以较大程度提高产品的合格率和生产效率，降低生产加工成本。
附图说明
图1为现有技术中储能器件的第一种封装结构的结构示意图；
图2为现有技术中储能器件的第二种封装结构的结构示意图；
图3为本发明的储能器件的结构示意图；
图4为本发明的储能器件中正电极引出结构的结构示意图；
图5为图4中Ⅰ处的局部放大示意图；
图6为本发明的储能器件中负电极引出结构的结构示意图；
图7为本发明的储能器件中绝缘密封结构的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种能器件，如图3至图7所示，包括外壳7、正电极引出结构、芯体10、负极盖5和负电极引出结构，其中：
外壳7的端部设置有第一通孔7-1，正电极引出结构、芯体10和负极盖5从外壳7的下端开始依次间隙套设在第一通孔7-1内；
正电极引出结构包括与芯体10连接的集流片8和作为正极的引出盖9，集流片8的端部设置有盲孔8-1，集流片8的外缘间隙插配在第一通孔7-1内，引出盖间隙插配在盲孔8-1内，集流片8的端部、引出盖9的端部和外壳7的端部一次焊接连接；
负极盖5的端部设置有用于套设负电极引出结构的第二通孔5-1；
负电极引出结构包括与芯体10连接的集流体6、作为负极的极柱1以及设置于集流体6和极柱1之间的转接柱2，转接柱2上设置有用于与极柱1间隙配合的第三通孔2-1，集流体6与转接柱2的下端焊接连接，转接柱2与极柱1之间在第三通孔2-1的上端焊接连接。
本发明的储能器件中外壳7的端部设置第一通孔7-1的结构方式，使得芯体10、正电极引出结构和负极盖5均间隙套设在第一通孔7-1内，负电极引出结构通过负极盖5与外壳7连接，并且正电极引出结构、负极盖5分别与外壳7采用焊接方式进行连接。这种结构方式使得储能器件在装配过程中无需对零部件进行降温或升温以及预定位处理，节省了装配时间，提高了生产效率。其中，外壳7采用两端开口的设计，通过挤压拉伸方式进行生产，其生产量程较大，一般是冲压拉伸方式生产的6-8倍，成本较低。在正电极引出结构中，其通过单独设计作为正极的引出盖9，并将引出盖9间隙插配在集流片8的盲孔8-1中，而集流片8则间隙套设在外壳7的第一通孔7-1中，通过一次焊接对外壳7、集流片8和引出盖9进行固定连接(即图5中的A处)，以实现可靠固定和获得较好的导电性能的目的。在负电极引出结构中，其通过转接柱2将极柱1与集流体6连接，集流体6与转接柱2的下端进行焊接处理，转接柱2与极柱1之间间隙配合，之后将转接柱2与极柱1在第三通孔2-1的上端进行焊接处理，在装配过程中无需对零部件进行降温或升温以及预定位处理，节省了时间，提高了生产效率；同时，负电极引出结构的结构方式使得外壳7不需要进行外部滚槽处理，减少了加工工序，并且芯体10不受外力挤压，能很好的保证储能器件内部组织机构不变形，有利于延长储能器件的使用寿命。此外，焊接是导电连接中最佳的连接方式，可增加零部件之间的接触面积，减小接触内阻，从而有利于降低储能器件的内阻，高温或低温环境对焊接效果基本无影响，由此增加了电极引出方式的可靠稳定性，有利于延长储能器件的使用寿命。
综上所述，本发明的储能器件对各零部件的加工精度的要求较低，易于实现，可以较大程度提高产品的合格率和生产效率，降低生产加工成本。
本发明中的储能器件优选包括超级电容器和电池。
进一步的，引出盖9优选包括盖本体9-1和设置于盖本体9-1下端的凸台9-2，盖本体9-1远离芯体10的端部、集流片8远离芯体10的端部与外壳7的端部平齐以便于三者之间进行一次焊接连接。凸台9-2用于作为本发明的正电极引出结构的引出端。
为了增加转接柱2与极柱1之间的焊接接触面积，转接柱2的上端优选设置有与第三通孔2-1同轴且直径大于第三通孔2-1直径的第四通孔2-4，转接柱2与极柱1之间在极柱1与第四通孔2-4形成的沟槽内焊接连接。
此外，极柱1的外缘上与第四通孔2-4相对应的位置也可以设置有环形缺口1-2，环形缺口1-2的台阶与第四通孔2-4的台阶相平齐以进一步增大转接柱2与极柱1之间的焊接接触面积。
进一步的，极柱1上位于环形缺口1-2的上端优选设置有直径小于环形缺口1-2的直径的凸起1-1。凸起1-1用于作为本发明的负电极引出结构的引出端。
优选的，转接柱2的下端可以设置有与第三通孔2-1同轴且直径小于第三通孔2-1的直径的第五通孔2-2，集流体6与转接柱2在第五通孔2-2处焊接连接，以实现集流体6与转接柱2的固定连接。
进一步的，转接柱2的外缘上设置有凹槽2-3，凹槽2-3内设置有绝缘垫3和O型圈4，绝缘垫3的上端搭设在凹槽2-3的上台阶面与负极盖5的上端面之间，O型圈4设置在凹槽2-3的下台阶面与第二通孔5-1的下端面之间。
如图6所示，凹槽2-3可以为设置于转接柱2外缘上的通过翻边处的得到的环形凹槽。在将放置绝缘垫3的负极盖5套置在放置O型圈4的转接柱2的凹槽2-3的下台阶面上后，通过对转接柱2的上端进行往外沿的翻边处理，使转接柱2的上端面形成凹槽2-3的上台阶面并且其上台阶面紧压在绝缘垫3的上端，即可将负极盖5、绝缘垫3、O型圈4和转接柱2固定连接。
当然，凹槽2-3还可以为由转接柱2的上端面与集流体6的上端面之间围成的环形凹槽。这种结构可以将放置绝缘垫3的负极盖5从下往上套置在转接柱2的外缘上，并使凹槽2-3的上台阶面紧压在绝缘垫3的上端，之后将O型圈4从下往上套置在转接柱2的外缘上，并使O型圈4紧压在第二通孔5-1的下端面上，之后将转接柱2与集流体6焊接连接，使集流体6的上端面形成凹槽2-3的下台阶面。
如图7所示，负极盖5上位于第二通孔5-1的下端优选设置有与第二通孔5-1同轴并且直径大于第二通孔5-1的直径的第六通孔5-2，第二通孔5-1的深度h1小于凹槽2-3的深度h2，O型圈4设置于第六通孔5-2的台阶面与凹槽2-3的下台阶面之间。这种结构能够减小负极盖5的重量，使负极盖5的结构更加合理。其中凹槽2-3的深度h2与第二通孔5-1的深度h1的差值应保证O型圈4的变形量。
本发明的储能器件的装配步骤如下：
步骤1：将集流体6和集流片8分别焊接固定在芯体10的上、下两端面上，之后将三者整体套置在外壳7的内孔内；
步骤2：将绝缘垫3放置在负极盖5的第二通孔5-1内，并使绝缘垫3的上端搭设在负极盖5的上端面上，其二者整体套置在在放置有O型圈4的转接柱2的凹槽2-3的下台阶面上，通过对转接柱2的上端进行往外沿的翻边处理，使转接柱2的上端面形成凹槽2-3的上台阶面并且其上台阶面紧压在绝缘垫3的上端，由此将负极盖5、绝缘垫3、O型圈4和转接柱2进行连接固定形成盖组件，同时O型圈4产生压缩变形实现密封；
步骤3：将步骤2中的盖组件整体放置于外壳7的第一通孔7-1处，同时转接柱3的底面压紧在集流体6的上端面上，之后在外壳7的端部对负极盖5和外壳7进行焊接固定，在转接柱2的第五通孔2-2处与集流体6进行焊接实现固定连接；
步骤4：在转接柱2的第三通孔2-1的上半部套置极柱1，在三通孔2-1的上端将转接柱2和极柱1进行焊接固定，由此引出储能器件的负电极；
步骤5：将引出盖9套置在集流片8的盲孔8-1内，并对引出盖9的端部、集流片8的端部和外壳7的端部进行一次焊接固定，由此引出储能器件的正电极。
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种储能器件，其特征在于，包括外壳、正电极引出结构、芯体、负极盖和负电极引出结构，其中：
所述外壳的端部设置有第一通孔，所述正电极引出结构、芯体和负极盖从所述外壳的下端开始依次间隙套设在所述第一通孔内；
所述正电极引出结构包括与所述芯体连接的集流片和作为正极的引出盖，所述集流片的端部设置有盲孔，所述集流片的外缘间隙插配在所述第一通孔内，所述引出盖间隙插配在所述盲孔内，所述集流片的端部、引出盖的端部和外壳的端部一次焊接连接；
所述负极盖的端部设置有用于套设所述负电极引出结构的第二通孔；
所述负电极引出结构包括与所述芯体连接的集流体、作为负极的极柱以及设置于所述集流体和极柱之间的转接柱，所述转接柱上设置有用于与所述极柱间隙配合的第三通孔，所述集流体与所述转接柱的下端焊接连接，所述转接柱与极柱之间在所述第三通孔的上端焊接连接。
2.根据权利要求1所述的储能器件，其特征在于，所述引出盖包括盖本体和设置于所述盖本体下端的凸台，所述盖本体远离所述芯体的端部、所述集流片远离所述芯体的端部均与所述外壳的端部平齐。
3.根据权利要求1所述的储能器件，其特征在于，所述转接柱的上端设置有与所述第三通孔同轴且直径大于所述第三通孔直径的第四通孔，所述转接柱与极柱之间在所述极柱与第四通孔形成的沟槽内焊接连接。
4.根据权利要求3所述的储能器件，其特征在于，所述极柱的外缘上与所述第四通孔相对应的位置设置有环形缺口，所述环形缺口的台阶与所述第四通孔的台阶相平齐。
5.根据权利要求4所述的储能器件，其特征在于，所述极柱上位于环形缺口的上端设置有直径小于所述环形缺口的直径的凸起。
6.根据权利要求3所述的储能器件，其特征在于，所述转接柱的下端设置有与所述第三通孔同轴且直径小于所述第三通孔的直径的第五通孔，所述集流体与所述转接柱在所述第五通孔处焊接连接。
7.根据权利要求1至6中任一所述的储能器件，其特征在于，所述转接柱的外缘上设置有凹槽，所述凹槽内设置有绝缘垫和O型圈，所述绝缘垫的上端搭设在所述凹槽的上台阶面与所述负极盖的上端面之间，所述O型圈设置在所述凹槽的下台阶面与第二通孔的下端面之间。
8.根据权利要求7所述的储能器件，其特征在于，所述凹槽为设置于所述转接柱外缘上的通过翻边处的得到的环形凹槽。
9.根据权利要求7所述的储能器件，其特征在于，所述凹槽为由所述转接柱的上端面与所述集流体的上端面之间围成的环形凹槽。
10.根据权利要求7所述的储能器件，其特征在于，所述负极盖上位于所述第二通孔的下端设置有与所述第二通孔同轴并且直径大于所述第二通孔的直径的第六通孔，所述第二通孔的深度小于所述凹槽的深度，所述O型圈设置于所述第六通孔的台阶面与所述凹槽的下台阶面之间。
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