CN111341565A - 一种圆柱形超级电容模组结构及其成组方法 - Google Patents

Abstract

一种圆柱形超级电容模组结构及其成组方法，其包括电容串并联模块（4），所述电容串并联模块（4）包括呈多层多排固定在支架（41）上的多个电容并联组件，所述电容并联组件包括多个并列设置的电容单体（9），且各电容单体的正极极柱连接固定在正极汇流母排（423）上，各电容单体的负极极柱连接固定在负极汇流母排（424）上，所述正极汇流母排和负极汇流母排的两端相对弯折形成第一凸台；所述支架在多个所述电容并联组件的两端对称设置，所述支架上设置与各电容并联组件上的第一凸台匹配的安装孔（411）；各电容并联组件两端的第一凸台分别嵌入并限位在所述支架的安装孔中，且相邻电容并联组件的第一凸台通过连接母排（44）连接固定。

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，其包括固定组件，所述固定组件包括连接成一体的底板、侧板及顶板，所述固定组件内固定安装电容串并联模块，其中：

所述电容串并联模块包括呈多层多排固定在支架上的多个电容并联组件，所述电容并联组件包括多个并列设置的电容单体，且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，所述正极汇流母排和负极汇流母排的两端相对弯折形成第一凸台；

所述支架在多个所述电容并联组件的两端对称设置，所述支架上设置与各电容并联组件上的第一凸台匹配的安装孔；

各电容并联组件两端的第一凸台分别嵌入并限位在所述支架的安装孔中，且相邻电容并联组件的第一凸台通过连接母排连接固定。

本发明通过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；并在正、负极汇流母排的两端分别对称设计两个第一凸台，正、负极汇流母排上的四个第一凸台嵌入支架的安装孔内，由于第一凸台的尺寸与支架上安装孔的尺寸匹配，因而可对电容并联组件的左右、上下进行限位，同时用连接母排实现相邻电容并联组件的电连接和电容并联组件的固定，从而通过相邻电容并联组件的电连接就能固定电容并联组件，实现了在紧固件数量减少状况下的电容串并联模块的快速组装。

本发明根据需要在电容串并联模块内按多层多排布置电容并联组件，使一个超级电容模组内容置多个电容并联组件，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，且能减少超级电容模组使用时的组装时间。

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。

为使组装工艺简单，减少紧固螺栓的数量，本发明采用长拉杆依次穿过所述底板、侧板及顶板，将所述底板、侧板及顶板串成一体，且所述长拉杆的末端用紧固件紧固，使所述底板、侧板、电容串并联模块和顶板固定在一起，构成模块化的超级电容模组。

为避免电容串并联模块在固定组件中晃动，所述侧板在所述底板及所述顶板的两侧对称安装，且所述侧板的内侧面设置用于对所述电容串并联模块限位的第一限位结构，使电容串并联模块中的电容单体定位，不会出现左右前后晃动的状况。

优选地，所述第一限位机构为与所述电容单体的外圆柱面匹配的圆弧面，通过侧板的圆弧面与电容单体的外圆柱面配合实现定位。

为方便与外部电路的连接，所述多层多排电容并联组件依次串联，顶层的电容并联组件上设置总电气连接件（包括总正极和总负极），且所述总电气连接件伸出所述固定组件。

为避免电容并联组件过度伸出支架，所述电容并联组件的正极汇流母排和负极汇流母排的两端分别设置第二凸台，且所述第二凸台被所述支架的支撑梁干涉限位。

为对电容串并联组件限位，所述底板、侧板及顶板上分别设置用于对所述电容串并联模块限位的卡槽，底层的电容并联组件的第二凸台嵌入，卡槽底层的电容并联组件嵌入所述底板和所述侧板的卡槽内，顶层的电容并联组件的第二凸台嵌入所述侧板和所述顶板的卡槽内。

优选地，所述固定组件内安装均衡单元，且所述顶板上设有方便所述均衡单元出线的第二出线孔。

优选地，所述底板上设置第一通风孔，所述顶板上设置第二通风孔，所述第一通风孔经所述电容串并联组件连通所述第二通风孔形成散热通道。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种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：将多个电容并联组件依次嵌入安装到支架上，使多个电容并联组件在支架内呈多层多排布置，且各电容并联组件通过连接母排电连接，形成电容串并联模块；

步骤3：将长拉杆的一端穿过底板，并使长拉杆上的定位块与底板上的止挡凹槽形成限位；

步骤4：将电容串并联模块置于底板上，并使底层的电容并联组件的第二凸台嵌入底板的卡槽内；

步骤5：将两侧板分别穿过长拉杆，并使底层的电容并联组件的第二凸台嵌入侧板的卡槽内，两侧板内侧的圆弧面卡入电容串并联模块的电容单体之间对电容串并联模块限位；

步骤6：将顶板穿过长拉杆，并使顶层的电容并联组件的第二凸台嵌入顶板的卡槽内，且电容串并联模块上的正、负极总电气连接件经第一出线孔伸出顶板；

步骤7：将拉手组装穿过长拉杆，并使拉手组装置放在顶板上；

步骤8：用紧固件将长拉杆紧固，使底板、侧板、顶板、拉手组装及电容串并联模块固定在一起形成模块化的超级电容模组，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。

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）固定组件的底板、侧板、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）电容串并联模块的支架和连接绝缘板采用复合绝缘材料，满足电气绝缘性能要求；

4）利用连接母排将限位在支架上的相邻电容并联组件的电气连接孔用紧固件连接，使得在固定电容并联组件的同时也完成了电容串并联模块的电气连接；

5）模组组装工艺简单，采用长拉杆将底板、侧板、电容串并联模块和顶板串起来安装紧固的方式，减少了紧固螺栓的数量，使组装更为快速；

6）这种方式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的层数，达到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拆掉侧板及盖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为顶板的俯视立体结构示意图；

图7为顶板的仰视立体结构示意图；

图8为电容串并联模块的立体结构示意图；

图9为电容串并联模块的爆炸结构示意图；

图10为电容串并联模块的电路连接示意图；

图11为支架的立体结构示意图；

图12为电容并联组件的立体结构示意图；

图13为顶层的电容并联组件的立体结构示意图；

图14为连接母排的结构示意图；

图15为连接绝缘板的结构示意图；

图16为长拉杆结构示意图；

图17为均衡单元结构示意图；

图18为盖板的结构示意图；

图19为拉手组装的结构示意图；

图20为拉手组装的安装块结构示意图；

图21为拉手组装的拉手结构示意图；

图22为隐藏侧板、顶板的组装过程图；

图23为本发明超级电容模组结构的爆炸图。

图中：1、底板；11、通孔；12、卡槽；13、加强筋；14、螺纹孔；15、螺纹孔；16、通孔；17、止挡凹槽、18、第一通风孔；

2、侧板；21、通孔；22、卡槽；23、圆弧面；24、螺纹孔；25、加强筋；

3、顶板；31、通孔；32、卡槽；33、第二通风孔；34、第一出线孔；35、螺纹孔；36、螺纹孔；37、通孔；38、第二出线孔；

4、电容串并联模块；41、支架；42、电容并联组件；43、连接绝缘板；44、连接母排；

411、安装孔；412、支撑梁；

421、电连接螺纹孔；422、第二凸台；423、正极汇流母排；424、负极汇流母排；425、总电气连接件；

431、通孔；441、电连接通孔；

5、长拉杆；51、螺纹；52、光杆；53、定位块；

6、均衡单元；61、通孔；

7、活动盖板；71、通孔；72、加强筋；

8、拉手组装；81、安装块；82、拉手；811、812、通孔；821、转轴；822、提手；

9、电容单体；10、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21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、顶板3、电容串并联模块4、长拉杆5、均衡单元6、活动盖板7、拉手组装8，底板1、侧板2、顶板3、活动盖板7均采用复合绝缘材料，底板1、侧板2、顶板3通过长拉杆5连接成固定组件，固定组件内固定安装电容串并联模块4和均衡单元6，活动盖板7通过紧固件固定安装在固定组件的左、右两侧。

底板1位于固定组件的底部。如图3、图4所示，底板1主要包括：通孔11、卡槽12、加强筋13、螺纹孔14、螺纹孔15、通孔16、止挡凹槽17、第一通风孔18，通孔11用于穿置长拉杆5；卡槽12用于电容串并联模块4的固定和限位；加强筋13用于加强底板1的结构刚度；螺纹孔14用于安装两侧的活动盖板7；螺纹孔15用于安装均衡单元6；通孔16用于侧板2紧固；止挡凹槽17用于对长拉杆5进行限位；第一通风孔18用于电容串并联模块4的散热。

侧板2在固定组件的两侧对称安装。如图5所示主要包括：通孔21、卡槽22、圆弧面23、螺纹孔24、加强筋25。其中，通孔21用于放置长拉杆5；卡槽22和圆弧面23用于电容串并联模块4的限位；螺纹孔24用于与底板1以及顶板3连接；加强筋25用于增加侧板2的结构钢度。

顶板3位于固定组件的顶部。如图6、图7所示顶板3主要包括：通孔31、卡槽32、第二通风孔33、第一出线孔34、螺纹孔35、螺纹孔36、通孔37、第二出线孔38。其中，通孔31用于放置长拉杆5；卡槽32用于电容串并联模块4限位；第二通风孔33经电容串并联模块4与第一通风孔18相连通，让固定组件内形成自下而上的散热通道；第一出线孔34用于正负极总电气连接件435的出线；螺纹孔35用于安装活动盖板7；螺纹孔36用于安装均衡单元6；通孔37用于安装侧板2；第二出线孔38用于均衡单元6出线。

电容串并联模块4位于固定组件的中部。如图8-图10所示，电容串并联模块4主要包括：支架41、电容并联组件42、连接绝缘板43、连接母排44，支架41、连接绝缘板43均采用复合绝缘材料。其中：

支架41主要包括：安装孔411、支撑梁412，安装孔411开设在支撑梁412上，如图11所示；

如图12所示，电容并联组件42包括呈一字排列的多个电容单体9，且各电容单体9的正极极柱在一侧、负极极柱在一侧，所有电容单体9的正极极柱焊接固定在正极汇流母排423上同时实现电连接，各电容单体9的负极极柱焊接固定在负极汇流母排424上并同时实现电连接，正极汇流母排423和负极汇流母排424的两端分别相对弯折形成第一凸台，各第一凸台上设置电连接螺纹孔421；正极汇流母排423和负极汇流母排424上分别设置用于与支架41的支撑梁412产生干涉限位的第二凸台422；

顶层的电容并联组件42的顶部设有总电气连接件425，以方便与外部电路的连接，如图13所示；

如图14所示，连接母排44的两端设置电连接通孔441，利用紧固件将连接母排44两端的电连接通孔441与相邻电容并联组件42上的电连接螺纹孔421连接，不仅可实现电容并联组件42之间的电连接，还可将电容并联组件42固定在支架41上；

如图15所示，连接绝缘板43的两端设置通孔431，利用紧固件将连接绝缘板43两端的通孔431与相邻电容并联组件42上的电连接螺纹孔421连接，可实现两组电容并联组件的机械连接；

电容并联组件42两端的第一凸台分别插入左右两侧支架41的长方形的安装孔411中，支架41上的安装孔411的长、宽尺寸与电容并联组件42上的第一凸台的尺寸匹配，以实现对电容并联组件42的左右、上下限位；电容并联组件42上的第二凸台422对左右两侧支架41上的支撑梁412内侧进行限位，用紧固件把连接母排44和电容并联组件42上的电连接螺纹孔421进行连接；用紧固件把连接绝缘板43与顶层的电容并联组件42上的电连接螺纹孔431进行连接，连接母排44和连接绝缘板43分别压在支撑梁412外侧，达到用连接母排44和连接绝缘板43把电容并联组件42紧固在左右两侧支架41上的目的，在固定电容并联组件42的同时也完成了一个电容串并联模块的电气连接。

如图16所示，长拉杆5主要包括：位于一端的螺纹51、位于中部的光杆52、位于底部的定位块53。长拉杆5依次穿过所述底板1的通孔11、侧板2的通孔21、顶板3的通孔31及拉手组装8，将所述底板1、侧板2、顶板3及拉手组装8串成一体，且所述长拉杆5的末端用紧固件紧固，使所述底板1、侧板2、电容串并联模块4和顶板3固定在一起，形成模块化的超级电容模组。

如图17所示，均衡单元6自身设有通孔61，利用紧固件将均衡单元6的通孔61与底板1的通孔15、顶板3的螺纹孔36连接，可将均衡单元6固定安装在固定组件上，且均衡单元6的出线通过顶板3上的第二出线孔34引出。

如图18所示，活动盖板7上设有：通孔71、加强筋72，利用紧固件将活动盖板7的通孔71与顶板3上的螺纹孔35、底板1上的螺纹孔14连接，可将活动盖板7固定安装在固定组件上。

如图19-21所示，拉手组装8包括：安装块81、拉手82。其中，安装块81包括通孔811、通孔812；拉手82包括转轴821、提手822。安装块81上的通孔812用于铰接拉手82上的转轴821，使拉手82的转轴821在安装块81的通孔812中可旋转，从而实现拉手高度的调整。

如图22、图23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：将多个电容单体9一字排列，并将正极极柱焊接在正极汇流母排423上，负极极柱焊接在负极汇流母排424上形成电容并联组件42；

步骤2：将多个电容并联组件42依次嵌入安装到支架41的安装孔411内，使多个电容并联组件42在支架41内呈多层多排布置，且各电容并联组件42通过连接母排44电连接，同时各电容并联组件42通过连接母排44的连接而固定在支架41的支撑梁412上，形成电容串并联模块4；

步骤3：将4根长拉杆5的带有螺纹51的一端穿过底板1的通孔11，并使长拉杆5上的定位块53与底板上的止挡凹槽17形成限位；

步骤4：将电容串并联模块4置于底板1上，并使底层的电容并联组件42上的第二凸台422嵌入底板1的卡槽12内；

步骤5：将两侧板2分别穿过长拉杆5，并使底层的电容并联组件42的第二凸台422嵌入侧板2底部的卡槽内，两侧板2内侧的圆弧面23卡入电容串并联模块4的电容单体9之间以对电容串并联模块4限位；

步骤6：将顶板3穿过长拉杆5，并使顶层的电容并联组件42的第二凸台422嵌入顶板3的卡槽32内，且电容串并联模块4上的正、负极总电气连接件425经第一出线孔34伸出顶板，以方便电气连接；

步骤7：将拉手组装8穿过长拉杆5，并使拉手组装8置放在顶板3上；

步骤8：用紧固件将长拉杆5紧固，使底板1、侧板2、顶板3、拉手组装8及电容串并联模块4固定在一起形成模块化的超级电容模组，并将多层多排电容并联组件用连接母排44依次电连接后由顶层电容并联组件42的总电气连接件425输出；

步骤9：用紧固件将底板1上的通孔16与侧板2底部的螺纹孔24紧固；

步骤10：用紧固件将顶板3上的通孔37与侧板2顶部的螺纹孔24紧固；

步骤11：用紧固件将均衡单元6的通孔61与顶板3上的螺纹孔36和底板1上的螺纹孔15紧固；

步骤12：用紧固件将活动盖板7上的通孔71与顶板3上的螺纹孔35和底板1上的螺纹孔14进行紧固，即完成本发明超级电容串并联模块的总装配。

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 (9)

1.一种圆柱形超级电容模组结构，包括固定组件，所述固定组件包括连接成一体的底板（1）、侧板（2）及顶板（3），且所述固定组件内固定安装电容串并联模块（4），其特征在于：

所述电容串并联模块（4）包括呈多层多排固定在支架（41）上的多个电容并联组件（42），所述电容并联组件包括多个并列设置的电容单体（9），且各电容单体的正极极柱连接固定在正极汇流母排（423）上，各电容单体的负极极柱连接固定在负极汇流母排（424）上，所述正极汇流母排和负极汇流母排的两端相对弯折形成第一凸台；

所述支架在多个所述电容并联组件的两端对称设置，所述支架上设置与各电容并联组件上的第一凸台匹配的安装孔（411）；

各电容并联组件两端的第一凸台分别嵌入并限位在所述支架的安装孔中，且相邻电容并联组件的第一凸台通过连接母排（44）连接固定。

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，长拉杆（5）的一端依次穿过所述底板、侧板及顶板，将所述底板、侧板及顶板串成一体，且所述长拉杆用紧固件紧固，使所述底板、侧板、电容串并联模块和顶板固定在一起。

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，所述侧板在所述底板及所述顶板的两侧对称安装，且所述侧板的内侧面设置用于对所述电容串并联模块限位的第一限位结构。

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，所述第一限位机构为与所述电容单体的外圆柱面匹配的圆弧面（23）。

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，所述多层多排电容并联组件依次串联，顶层的所述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（425），且所述正负极总电气连接件伸出所述固定组件。

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，所述电容并联组件的正极汇流母排和负极汇流母排的两端分别设置第二凸台，且所述第二凸台被所述支架的支撑梁（412）干涉限位。

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、侧板及顶板上分别设置用于对所述电容串并联模块限位的卡槽，底层的电容并联组件的第二凸台嵌入（12、22、32），卡槽底层的电容并联组件嵌入所述底板和所述侧板的卡槽（12、22）内，顶层的电容并联组件的第二凸台嵌入所述侧板和所述顶板的卡槽（22、32）内。

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，所述固定组件内安装均衡单元（6），且所述顶板上设有方便所述均衡单元出线的第二出线孔（38）。

9.一种权利要求1-8中任一项所述的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（9）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：将多个电容并联组件依次嵌入安装到支架（41）上，使多个电容并联组件在支架内呈多层多排布置，且各电容并联组件通过连接母排（44）电连接，形成电容串并联模块（4）；

步骤3：将长拉杆（5）的一端穿过底板（1），并使长拉杆上的定位块（53）与底板上的止挡凹槽（17）形成限位；

步骤4：将电容串并联模块（4）置于底板1上，并使底层的电容并联组件的第二凸台嵌入底板的卡槽内；

步骤5：将两侧板（2）分别穿过长拉杆，并使底层的电容并联组件的第二凸台嵌入侧板的卡槽内，两侧板内侧的圆弧面卡入电容串并联模块（4）的电容单体之间对电容串并联模块（4）限位；

步骤6：将顶板（3）穿过长拉杆，并使顶层的电容并联组件的第二凸台嵌入顶板的卡槽内，且电容串并联模块上的正负极总电气连接件（425）经第一出线孔（34）伸出顶板；

步骤7：将拉手组装（8）穿过长拉杆，并使拉手组装置放在顶板上；

步骤8：用紧固件将长拉杆紧固，使底板、侧板、顶板、拉手组装及电容串并联模块固定在一起形成模块化的超级电容模组，并将多层多排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。

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