CN111261416A - 一种圆柱形超级电容模组结构及其成组方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆柱形超级电容模组结构及其成组方法，其包括底板（1）、顶板（4），所述底板与所述顶板之间设置多块中隔板，使所述底板与顶板之间构成多层容纳空间，每层容纳空间内放置多排电容并联组件（6、7），且多根长螺杆（5）的一端穿过所述底板并被所述底板锁固，另一端穿过各中隔板、顶板后用紧固件紧固，使所述底板、各中隔板、顶板和多层多排电容并联组件固定成一体，且所述多层多排电容并联组件的上、下、左、右都被限位，各层电容并联组件依次电连接并由顶层电容并联组件的正、负总电气连接件输出。本发明紧固螺栓少，组装简单、方便，且利于超级电容模组的维护，大大提高工作效率。

Description

一种圆柱形超级电容模组结构及其成组方法

技术领域

本发明涉及超级电容模组结构，特别是一种圆柱形超级电容模组结构及其成组方法。

背景技术

超级电容作为储能元件，因能承受较大的充电电流，缩短充电时间，且单位体积能量密度大、绿色环保等优势，逐渐在轨道交通车辆得到了运用。

目前超级电容单体外形主要有方形和圆柱形结构。方形单体的正/负极柱都在顶部，有螺栓连接和焊接连接两种方式，整个系统设计中，一般采用多个单体上下多层布置方式，导致对下层单体维护检修困难。圆柱形单体的正/负极柱在两端，有螺栓连接和焊接连接两种方式，圆柱形单体超级电容成组后的模组基本为单层超级电容独立成组，使用时多个圆柱形超级电容模组上、下堆叠构成多层结构，特别不利于下层模组的维护检修，且需要单个模组整体焊接后，再整体组装。这种组装方式不仅对焊接、加工工艺精度要求高，且模组整体重量重，存在组装不方便的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有轨道车辆中超级电容难组装、不方便维护的不足，提供一种易组装、易维护的圆柱形超级电容模组结构及其成组方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种圆柱形超级电容模组结构，其包括底板、顶板，其中：

所述底板与所述顶板之间设置多块中隔板，使所述底板与顶板之间构成多层容纳空间，每层容纳空间内放置多排电容并联组件，且多根长螺杆的一端穿过所述底板并被所述底板锁固，另一端穿过各中隔板、顶板后用紧固件紧固，使所述底板、各中隔板、顶板和多层多排电容并联组件固定成一体，且所述多层多排电容并联组件的上、下、左、右都被限位；

所述电容并联组件包括多个并列设置的电容单体，各电容单体的正极极柱连接固定在正极汇流母排上，各电容单体的负极极柱连接固定在负极汇流母排上。

本发明将多个电容单体的正极极柱通过正极汇流母排焊接在一起，负极极柱通过负极汇流母排焊接在一起，形成模块化电容并联组件，并利用通过长螺杆串成一体的底板、多块中隔板、顶板形成多层容纳空间，每层容纳空间内放置多排电容并联组件，形成模块化的多层多排超级电容模组，不仅降低了连接导体与电容单体连接的加工难度，减少了电容并联组件的重量，便于组装和维护检修，而且通过长螺杆将各部件紧固成一体，减少了超级电容模组的紧固件数量，实现了快速组装。

本发明可根据需要在一个超级电容模组内按多层多排布置电容并联组件，可尽量避免超级电容模组的上下叠置，方便下层电容并联组件的维护。

本发明通过焊接方式实现电容单体的正、负极极柱与正、负极汇流母排的电连接，不仅可提高电流通过能力，还可减少电容单体与正极汇流母排、负极汇流母排连接的紧固件。

本发明采用底板、中隔板、顶板构成的层次结构，还能起到加强多排电容并联组件之间电气间隙和爬电距离的作用。

为对电容并联组件限位和固定，所述底板的上表面、所述中隔板的上、下表面、所述顶板的下表面分别设置用于卡置所述电容并联组件上电容单体的固定面和圆弧面，且所述固定面和圆弧面相对成组设置，每组固定面和圆弧面卡置一电容单体，通过圆弧面与电容单体的外圆柱面配合，固定面与电容单体的底面及顶面配合实现定位。

为方便与外部电路电连接，所述多层多排电容并联组件依次串联，顶层电容并联组件上设置便于与外部电路连接的总电气连接件，且所述总电气连接件伸出所述顶板。

一优选为，所述顶板上设置第一出线孔，顶层电容并联组件的顶部设置所述总电气连接件，且所述总电气连接件经所述第一出线孔伸出所述顶板。

为对电容并联组件进行有效保护，每层容纳空间的两侧对称安装侧板，且所述侧板穿入所述长螺杆，与所述底板、各中隔板、顶板和多层多排电容并联组件固定成一体。

为对电容并联组件进行有效保护，同时为方便维护，所述顶板和所述底板的端部固定连接活动盖板。

为方便电路配置需要，所述底板和所述顶板的一端固定连接均衡单元，所述顶板上设置方便所述均衡单元出线的第二出线孔。

为保证本发明超级电容模组的散热需要，所述底板上设置第一通风孔，所述中隔板上设置第二通风孔，所述顶板上设置第三通风孔，所述第一通风孔经各中隔板上的第二通风孔连通所述第三通风孔形成自下而上的散热通道。

为简化组装步骤，并方便提拉本发明超级电容模组，所述长螺杆一体锁固拉手组装，且所述拉手组装位于所述顶板上。

为解决上述技术问题，本发明还提供了所述圆柱形超级电容模组结构的成组方法，其包括：

步骤1：将多个电容单体的正极极柱焊接在正极汇流母排上，负极极柱焊接在负极汇流母排上形成电容并联组件；

步骤2：将长螺杆的一端依次穿过底板、第一层的侧板，并使长螺杆上的定位块与底板上的止挡凹槽形成限位，在底板上放置第一层电容并联组件，且底板上的固定面、圆弧面对电容并联组件的下部进行限位完成第一层组装；

步骤3：在第一层组装的基础上将一中隔板、第二层的侧板穿过所述长螺杆，中隔板上放置第二层电容并联组件，且中隔板下表面上的固定面、圆弧面对第一层电容并联组件的上部进行限位，中隔板上表面上的固定面、圆弧面对第二层电容并联组件的下部进行限位，完成第三组装，并以此类推完成各层组装；

步骤4：将顶板穿过所述长螺杆，且顶板下表面的固定面、圆弧面对顶层的电容并联组件的上部进行限位，顶层的电容并联组件上的总电气连接件伸出顶板上的第一出线孔；

步骤5：将拉手组装穿入所述长螺杆后，用紧固件将长螺杆紧固，使底板、顶板、各层侧板、各中隔板、各层电容并联组件组装成一个整体，并将各层电容并联组件依次电连接后由顶层电容并联组件的总电气连接件输出；

步骤6：将均衡单元的两端分别与底板、顶板连接，完成均衡单元的组装；

步骤7：在底板、顶板的两端分别安装活动盖板，即成。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1）本发明将电容单体组成电容并联组件再拿到现场组装成超级电容模组，不仅降低了现场进行连接导体与电容单体连接的加工难度，而且相对传统组装将超级电容模组组装后再搬去现场的做法，大大减少了一次搬运电容单体的重量，更便于超级电容模组的组装和维护检修；

2）底板、侧板、中隔板、顶板、活动盖板均采用复合绝缘材料，提高了模组的绝缘性能和检修维护的安全性；

3）采用底板、中隔板和顶板上设置固定面和圆弧面的结构，解决了圆柱形电容难以固定的问题；

4）模组组装工艺简单，采用长螺杆将底板、侧板、电容并联组件、中隔板和顶板逐层串起来安装紧固的方式，紧固螺栓少，安装快捷方便；

5）模块化设计理念，有利于根据系统要求调整电容并联组件中并联电容的数量以及电容并联组件串联层数，达到能快速适应不同系统的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明圆柱形超级电容模组结构一实施例的立体结构示意图；

图2为图1拆掉侧板的立体结构示意图；

图3为底板俯视立体结构示意图；

图4为底板仰视立体结构示意图；

图5为侧板的立体结构示意图；

图6为中隔板的俯视立体结构示意图；

图7为中隔板的仰视立体结构示意图；

图8为顶板的俯视立体结构示意图；

图9为顶板的仰视立体结构示意图；

图10为长螺杆的立体结构示意图；

图11为电容并联组件的立体结构示意图；

图12为顶层的电容并联组件的立体结构示意图；

图13为均衡单元结构示意图；

图14为拉手组装的结构示意图；

图15为拉手组装的安装块结构示意图；

图16为拉手组装的拉手结构示意图；

图17为活动盖板的结构示意图；

图18为本发明超级电容模组结构的组装流程图。

图中：1、底板；11、通孔；12、固定面；13、圆弧面；14、第一通风孔；15、螺纹孔；16、螺纹孔；17、止挡凹槽；

2、侧板；21、通孔；22、加强筋；

3、中隔板；31、通孔；32、固定面；33、圆弧面；34、第二通风孔；

4、顶板；41、通孔；42、固定面；43、圆弧面；44、第一出线孔；45、螺纹孔；46、螺纹孔；47、第三通风孔；48、第二出线孔；

5、长螺杆；51、螺纹；52、光杆；53、定位块；

6、电容并联组件；61、电容单体；62、正级汇流母排；63、负极汇流母排；

7、顶层电容并联组件；71、总电气连接件；

8、均衡单元；81、通孔；

9、拉手组装；91、安装块；92、拉手；911、912、通孔；921、转轴；922、提手；

10、活动盖板；101、通孔；102、加强筋；

11、紧固件。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

为了便于描述，各部件的相对位置关系（如：上、下、左、右等）的描述均是根据说明书附图的布图方向来进行描述的，并不对本专利的结构起限定作用。

实施例1：

如图1-图18所示，本发明圆柱形超级电容模组结构一实施例包括底板1、侧板2、中隔板3、顶板4、长螺杆5、电容并联组件6、顶层电容并联组件7、均衡单元8、拉手组装9、活动盖板10，底板1、侧板2、中隔板3、顶板4、活动盖板10均采用复合绝缘材料，所述底板1与所述顶板3之间设置多块中隔板3，使所述底板1与顶板4之间构成多层容纳空间，每层容纳空间内放置多排电容并联组件6或顶层电容并联组件7，每层电容并联组件的两侧对称安装侧板2，所述底板1、侧板2、中隔板3、顶板4用长螺杆5串连成一体，且所述长螺杆5的一端被所述底板1锁固，一端用紧固件11紧固，使所述底板1、各中隔板3、顶板4和多层多排电容并联组件固定成一体，形成模块化的超级电容模组结构。模块化的超级电容模组结构优选为本实施例中的方形结构。

底板1位于本发明圆柱形超级电容模组结构的底部。如图3、图4所示，底板1主要包括：通孔11、固定面12、圆弧面13、第一通风孔14、螺纹孔15、螺纹孔16、止挡凹槽17，其中，通孔11用于放置长螺杆5；固定面12与底板1的上、下表面平行，用于固定底层电容并联组件的圆柱形电容单体的底面；圆弧面13与底板1的上、下表面垂直，用于与圆柱形电容单体的外圆柱面配合进行限位；第一通风孔14让电容并联组件形成自下而上的散热通道；螺纹孔15用于安装两侧活动盖板10；螺纹孔16用于安装均衡单元8；止挡凹槽17用于对长螺杆5进行限位。

侧板2位于本发明圆柱形超级电容模组结构的两侧。如图5所示，侧板2主要包括：通孔21、加强筋22。其中，通孔21用于放置长螺杆5；加强筋22用于增加侧板2的结构钢度。

如图6、图7所示，中隔板3为上、下对称结构，位于本发明圆柱形超级电容模组结构的中部（各层电容并联组件之间），主要包括：通孔31、固定面32、圆弧面33、第二通风孔34。其中，通孔31用于放置长螺杆5；固定面32与中隔板3的上、下表面平行，并在中隔板3的上、下表面分别设置，用于固定上、下层电容并联组件的圆柱形电容单体的底面或顶面；圆弧面33与中隔板3的上、下表面垂直，并在中隔板3的上、下表面分别设置，用于与圆柱形电容单体的外圆柱面配合进行限位；第二通风孔34让电容并联组件形成自下而上的散热通道。

顶板4位于本发明圆柱形超级电容模组结构的顶部。如图8、图9所示，顶板4主要包括：通孔41、固定面42、圆弧面43、第一出线孔44、螺纹孔45、螺纹孔46、第三通风孔47、第二出线孔48。其中，通孔41用于放置长螺杆5；固定面42与顶板4的上、下表面平行，并位于顶板4的下表面，用于固定顶层电容并联组件的圆柱形电容单体的顶面；圆弧面43与顶板4的上、下表面垂直，用于与圆柱形电容单体的外圆柱面配合进行限位；第一出线孔44用于总电气连接件出线；螺纹孔45用于安装活动盖板10；螺纹孔46用于安装均衡单元8；第三通风孔47用于实现超级电容的散热，且第三通风孔47与各中隔板3的第二通风孔34、底板1的第一通风孔14连通构成自下而上的散热通道；第二出线孔48用于均衡单元8的出线。

如图10所示，长螺杆5主要包括：位于顶端的螺纹51、位于中部的光杆52、位于底部的定位块53。长螺杆5依次穿过所述底板1的通孔11、各层侧板2的通孔21、各中隔板3的通孔31、顶板4的通孔41及拉手组装9，将所述底板1、侧板2、中隔板3、顶板4及拉手组装9串成一体，且所述长螺杆5的一端被底板1锁固，另一端用紧固件紧固，使所述底板1、侧板2、中隔板3、顶板4、电容并联组件6、电容并联组件7及拉手组装10固定在一起，形成模块化的超级电容模组。

如图11所示，电容并联组件6包括多个电容单体61，各电容单体61的正极极柱经正极汇流母排62焊接在一起实现固定和电连接，负极极柱经负极汇流母排63焊接在一起实现固定和电连接，形成模块化的电容并联组件。

如图12所示，顶层电容并联组件7的结构与电容并联组件6的结构大致相同，不同点仅在于，顶层电容并联组件7安装在本发明超级电容模组的顶层，且顶层电容并联组件7的顶部设置总电气连接件71。很明显，总电气连接件71包括正级连接件和负极连接件。

如图13所示，均衡单元8自身设有通孔81，利用紧固件将均衡单元8的通孔81与底板1的通孔16、顶板4的螺纹孔46连接，可将均衡单元8固定安装，且均衡单元8的出线通过顶板4上的第二出线孔48引出，。

如图14-图16所示，拉手组装9包括：安装块91、拉手92。其中，安装块91包括通孔911、通孔912；拉手92包括转轴921、提手922。安装块91上的通孔912用于铰接拉手92上的转轴921，使拉手92的转轴921在安装块91的通孔912中可旋转，从而实现拉手高度的调整。

如图17所示，活动盖板10上设有：通孔101、加强筋102，利用紧固件将活动盖板10的通孔101与顶板4上的螺纹孔45、底板1上的螺纹孔15连接，可将活动盖板10固定安装。

如图18所示，本发明超级电容模组结构实施例一的成组方法包括：

步骤1：把长螺杆5穿过底板1上的通孔11、侧板2上的通孔21，底板1上放置多排电容并联组件6，且底板1上的固定面12、圆弧面13对电容并联组件6的下部进行限位；长螺杆5上的定位块53与底板1上的止挡凹槽17形成限位完成第一层组装；

步骤2：在第一层组装的基础上再把中隔板3上的通孔31、侧板2上的通孔21穿过长螺杆5；中隔板3下表面上的固定面32、圆弧面33对第一层电容并联组件的上部进行限位，中隔板3上表面上的固定面32、圆弧面33对第二层电容并联组件6的下部进行限位完成第二层组装，以此类推完成第三层组装；

步骤3：在第三层组装的基础上装配顶层电容并联组件7，并利用最上层中隔板3的上表面上的固定面32、圆弧面33对顶层电容并联组件7的下部进行限位；然后把顶板4上的通孔41穿过长螺杆5，顶板4下表面上的固定面42、圆弧面43对顶层电容并联组件7的上部进行限位；顶层电容并联组件7上的总电气连接件71伸出顶板3上的第一出线孔44；把拉手组装9上的通孔911穿过长螺杆5，用紧固件紧固长螺杆5，使各层安装好的部件组装成一个整体，并将各层电容并联组件依次电连接后由顶层电容并联组件7的总电气连接件71输出；

步骤4：均衡单元8自身设有通孔81与底板1上的螺纹孔16以及顶板4上的螺纹孔46同轴心，通过紧固件完成均衡单元8的安装；

步骤5：活动盖板10上的通孔101与底板1上的螺纹孔15以及顶板4上的螺纹孔45同轴心，通过紧固件完成两侧活动盖板10的安装，即完成本发明超级电容模组的总装配。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种圆柱形超级电容模组结构，包括底板（1）、顶板（4），其特征在于：

所述底板与所述顶板之间设置多块中隔板，使所述底板与顶板之间构成多层容纳空间，每层容纳空间内放置多排电容并联组件（6），且多根长螺杆（5）的一端穿过所述底板并被所述底板锁固，另一端穿过各中隔板、顶板后用紧固件紧固，使所述底板、各中隔板、顶板和多层多排电容并联组件固定成一体，且所述多层多排电容并联组件的上、下、左、右都被限位；

所述电容并联组件包括多个并列设置的电容单体（61），各电容单体的正极极柱连接固定在正极汇流母排（62）上，各电容单体的负极极柱连接固定在负极汇流母排（63）上。

2.根据权利要求1所述的一种圆柱形超级电容模组结构，其特征在于，所述底板的上表面、所述中隔板的上下表面、所述顶板的下表面分别设置用于卡置所述电容并联组件上电容单体的固定面（12、32、42）和圆弧面（13、33、43），且所述固定面和圆弧面相对成组设置，每组固定面和圆弧面卡置一电容单体。

3.根据权利要求1所述的一种圆柱形超级电容模组结构，其特征在于，所述多层多排电容并联组件依次串联，顶层电容并联组件上设置便于与外部电路连接的总电气连接件（71），且所述总电气连接件伸出所述顶板。

4.根据权利要求3所述的一种圆柱形超级电容模组结构，其特征在于，所述顶板上设置第一出线孔（44），顶层电容并联组件的顶部设置所述总电气连接件（71），且所述总电气连接件经所述第一出线孔伸出所述顶板。

5.根据权利要求1所述的一种圆柱形超级电容模组结构，其特征在于，每层容纳空间的两侧对称安装侧板（2），且所述侧板穿入所述长螺杆，与所述底板、各中隔板、顶板和多层多排电容并联组件固定成一体。

6.根据权利要求1所述的一种圆柱形超级电容模组结构，其特征在于，所述顶板和所述底板的端部固定连接活动盖板（10）。

7.根据权利要求1所述的一种圆柱形超级电容模组结构，其特征在于，所述底板和所述顶板的一端固定连接均衡单元（8），所述顶板上设置方便所述均衡单元出线的第二出线孔（48）。

8.根据权利要求1所述的一种圆柱形超级电容模组结构，其特征在于，所述底板上设置第一通风孔（14），所述中隔板上设置第二通风孔（34），所述顶板上设置第三通风孔（47），所述第一通风孔经各中隔板上的第二通风孔连通所述第三通风孔形成自下而上的散热通道。

9.根据权利要求1所述的一种圆柱形超级电容模组结构，其特征在于，所述长螺杆一体锁固拉手组装（9），且所述拉手组装位于所述顶板上。

10.一种权利要求1-9中任一项所述圆柱形超级电容模组结构的成组方法，其特征在于包括：

步骤1：将多个电容单体（61、71）的正极极柱焊接在正极汇流母排（62、72）上，负极极柱焊接在负极汇流母排（63、73）上形成电容并联组件；

步骤2：将长螺杆（5）的一端依次穿过底板（1）、第一层的侧板（2），并使长螺杆上的定位块（53）与底板上的止挡凹槽（17）形成限位，在底板上放置第一层电容并联组件，且底板上的固定面（12）、圆弧面（13）对电容并联组件（6）的下部进行限位完成第一层组装；

步骤3：在第一层组装的基础上将一中隔板（3）、第二层的侧板（2）穿过所述长螺杆（5），中隔板上放置第二层电容并联组件，且中隔板（3）下表面上的固定面（32）、圆弧面（33）对第一层电容并联组件的上部进行限位，中隔板（3）上表面上的固定面（32）、圆弧面（33）对第二层电容并联组件的下部进行限位，完成第三组装，并以此类推完成各层组装；

步骤4：将顶板（4）穿过所述长螺杆（5），且顶板（4）下表面的固定面（42）、圆弧面（43）对顶层的电容并联组件的上部进行限位，顶层的电容并联组件上的总电气连接件伸出顶板（3）上的第一出线孔（44）；

步骤5：将拉手组装（9）穿入所述长螺杆（5）后，用紧固件将长螺杆紧固，使底板、顶板、各层侧板、各中隔板、各层电容并联组件组装成一个整体，并将各层电容并联组件依次电连接后由顶层电容并联组件的总电气连接件输出；

步骤6：将均衡单元的两端分别与底板、顶板连接，完成均衡单元的组装；

步骤7：在底板、顶板的两端分别安装活动盖板（10），即成。

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