CN111627715A - 一种适用于乘用车氢燃料电池的锂离子超级电容器模组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种适用于乘用车氢燃料电池的锂离子超级电容器模组，包括上端板、下端板和两个模组单元，模组单元包括两个端面支架、位于两个端面支架之间的N个中间支架、2(N+1)个单体电容器，相邻端面支架与中间支架、相邻中间支架与中间支架扣合后均形成并列的两相同容置空间，每个单体电容器平放设置在其一容置空间内，每一模组单元中，2(N+1)个单体电容器通过汇流排串联且两端单体电容器的极柱上分别引出正极端子和负极端子，两个模组单元背向并列设置在上端板与下端板之间，两个模组单元通过跨接汇流排串联构成整体模组。本发明的锂离子超级电容器模组能够解决氢燃料电动汽车中辅助动力系统的空间利用问题。

Description

一种适用于乘用车氢燃料电池的锂离子超级电容器模组
技术领域
本发明涉及氢燃料电池技术领域，尤其涉及一种适用于乘用车氢燃料电池的锂离子超级电容器模组。
背景技术
随着氢燃料电池在乘用车应用上的发展，锂离子超级电容器作为其重要部件的辅助动力系统，日益成为核心零部件之一。在实际应用中，锂离子超级电容器一般需要较高的电压和特定的容量才能满足电动汽车起动、加速和制动能量回收等行驶条件，因此，在实际系统中，需要使用多个单体电容器，通过串联或并联的方法来满足其高电压、高容量的要求。
由于不同的氢能源汽车能提供给辅助动力系统的安装空间不同，高低不定，甚至还存在异形空间。常规设计时，方形的锂离子超级电容器组一般采用多个单体电容器立式摆放的方式，这将导致辅助动力系统安装箱体的高度受到电容器尺寸的限制，无法在安装高度和空间有限的情况下最大化满足车辆的高电压和高容量的需求。
发明内容
本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种适用于乘用车氢燃料电池的锂离子超级电容器模组，能够解决氢燃料电动汽车中辅助动力系统的空间利用问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种适用于乘用车氢燃料电池的锂离子超级电容器模组，包括上端板、下端板和两个模组单元，所述模组单元包括两个端面支架、位于两个端面支架之间的N个中间支架、2(N+1)个单体电容器，N≥1，N为整数，相邻端面支架与中间支架、相邻中间支架与中间支架扣合后均形成并列的两相同容置空间，每个单体电容器平放设置在其一容置空间内且同一模组单元内每个单体电容器的极柱端面朝向一致，每一模组单元中，2(N+1)个单体电容器通过汇流排串联且两端单体电容器的极柱上分别引出正极端子和负极端子，两个模组单元背向并列设置在上端板与下端板之间，上端板、下端板以及端面支架和中间支架在纵向上通过若干组连接螺栓锁紧，两个模组单元通过跨接汇流排串联构成整体模组。
进一步的，两个模组单元之间设有通过液冷的水冷结构。
进一步的，所述水冷结构包括水冷管、进液管和出液管，水冷管为方形扁管，进液管和出液管分别设置在水冷管两端。
进一步的，所述水冷管与两侧的模组单元之间均设有导热胶垫。
进一步的，所述单体电容器与端面支架和中间支架的接触面上涂布有结构胶。
进一步的，串联构成的整体模组中，每一汇流排和正极端子以及其中一端单体电容器的极柱上连接的负极端子均与电压信息采集线连接。
进一步的，所述端面支架和中间支架均采用防火、绝缘、低密度的塑料制作。
进一步的，所述上端板和下端板均采用钣金件制作。
本发明的有益效果为：
本发明的锂离子超级电容器模组能够解决氢燃料电动汽车中辅助动力系统的空间利用问题，具有配置灵活、组装方便、整体结构紧凑牢固、抗震性强、散热效果良好等优点，可以根据不同高度和数量的要求，将单体电容器进行拼接组合，利于调整设计方案调整，有效地缩短了设计周期，降低了制造成本，提高了箱体空间的利用率。
附图说明
附图1为本发明实施例1的立体图；
附图2为本发明模组单元的立体图；
附图3为本发明实施例1中无上端板、下端板以及端面支架和中间支架的立体图；
附图4为本发明实施例1中无上端板、下端板以及端面支架和中间支架的主视图；
附图5为本发明实施例2的立体图；
附图6为本发明实施例2中无上端板、下端板以及端面支架和中间支架的立体图；
附图7为本发明实施例2中无上端板、下端板、端面支架、中间支架的主视图；
附图8为本发明上端板-下端板的立体图；
附图9为本发明端面支架-中间支架的立体图；
附图10为本发明中间支架-中间支架的立体图；
附图11为本发明水冷结构的立体图。
标注说明：1、上端板，2、下端板，3、端面支架，4、中间支架，5、单体电容器，6、跨接汇流排，7、汇流排，8、正极端子，9、负极端子，10、进液管，11、出液管，12、水冷管，13、导热胶垫。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：
请参阅图1-4、8-10所示，一种适用于乘用车氢燃料电池的锂离子超级电容器模组，包括上端板1、下端板2和两个模组单元，上端板1和下端板2均采用钣金件制作。所述模组单元包括两个端面支架3、位于两个端面支架3之间的3个中间支架4、8个单体电容器5，端面支架3和中间支架4均采用防火、绝缘、低密度的塑料制作，使其具有一定强度，同时可以防止与单体电容器5接触导致出现短路等意外。
相邻端面支架3与中间支架4、相邻中间支架4与中间支架4扣合后均形成并列的两相同容置空间，每个单体电容器5平放设置在其一容置空间内且同一模组单元内每个单体电容器5的极柱端面朝向一致，也就是使每一模组单元中所有单体电容器5的放置方向一致。组装时，定义模组单元中有极柱端面为正面，无极柱端面为反面。单体电容器5与端面支架3和中间支架4的接触面上涂布有结构胶，防止使用过程中单体电容器5在模组单元中窜动，并提高导热性，利于散热。
每一模组单元中，8个单体电容器5通过汇流排7串联且两端单体电容器5的极柱上分别引出正极端子8和负极端子9。
两个模组单元背向并列设置在上端板1与下端板2之间，上端板1、下端板2以及端面支架3和中间支架4在纵向上通过若干组连接螺栓锁紧，两个模组单元通过跨接汇流排6串联构成整体模组。
按照该排布方式，每一模组单元中，单体电容器5分为两纵列，每列4个，即每列单体电容器5的数量为偶数。整体模组中，单体电容器5纵向上分4层，每层4个，共16个。汇流排7、正极端子8、负极端子9和跨接汇流排6的连接方式如图4。
实施例2：
请参阅图5-10所示，区别于实施例1的技术方案，本实施例的模组单元包括两个端面支架3、位于两个端面支架3之间的2个中间支架4、6个单体电容器5。
按照该排布方式，每一模组单元中，单体电容器5分为两纵列，每列3个，即每列单体电容器5的数量为奇数，整体模组中，单体电容器5纵向上分3层，每层4个，共12个，汇流排7、正极端子8、负极端子9和跨接汇流排6的连接方式如图7。
实施例1-2中，串联构成的整体模组中，每一汇流排7和正极端子8以及其中一端单体电容器5的极柱上连接的负极端子9均与电压信息采集线连接，从而采集每一单体电容器5上的正极电压和其中一端单体电容器5上的负极电压。
实施例1-2中，请参阅图1、11所示，两个模组单元之间设有通过液冷的水冷结构。所述水冷结构包括水冷管12、进液管10和出液管11，水冷管12为方形扁管，进液管10和出液管11分别设置在水冷管12两端。进液管10和出液管11均具有两分支，从而将不同锂离子超级电容器模组的水冷结构并联。水冷管12为方形扁管，既能最大程度减小水冷管12的体积，又能大幅增加水冷管12与单体电容器5的接触面积，提高锂离子超级电容器模组使用过程中的散热效率，保证锂离子超级电容器模组使用过程中的安全性。作为优选的，所述水冷管12与两侧的模组单元之间均设有导热胶垫13，导热胶垫13使水冷管12与两侧的模组单元之间紧密贴合，提升模组单元的散热性能。
具体的，无论每一模组单元中每列单体电容器5的数量为偶数还是奇数，其组装过程如下：
S1、将涂布有结构胶的单体电容器5按所需方式堆叠在端面支架3和中间支架4内，组成一个模组单元；
S2、将两个模组单元背向并列放置在下端板2上；
S3、将两侧贴附导热胶垫13的水冷管12通过工装定位放置在两个模组单元之间，使水冷管12与单体电容器5通过导热胶垫13充分接触；
S4、将上端板1放置于已放置好的两个模组单元顶部，并用连接螺栓将上端板1、下端板2以及端面支架3和中间支架4锁紧；
S5、将汇流排7、正极端子8、负极端子9和跨接汇流排6通过螺母按所需的方式安装在各个单体电容器5上，构成整体模组；
S6、将电压信息采集线通过铆接方式与整体模组中每一汇流排7和正极端子8以及其中一端单体电容器5的极柱上连接的负极端子9连接，完成组装。
当然，以上仅为本发明较佳实施方式，并非以此限定本发明的使用范围，故，凡是在本发明原理上做等效改变均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种适用于乘用车氢燃料电池的锂离子超级电容器模组，其特征在于：包括上端板、下端板和两个模组单元，所述模组单元包括两个端面支架、位于两个端面支架之间的N个中间支架、2(N+1)个单体电容器，N≥1，N为整数，相邻端面支架与中间支架、相邻中间支架与中间支架扣合后均形成并列的两相同容置空间，每个单体电容器平放设置在其一容置空间内且同一模组单元内每个单体电容器的极柱端面朝向一致，每一模组单元中，2(N+1)个单体电容器通过汇流排串联且两端单体电容器的极柱上分别引出正极端子和负极端子，两个模组单元背向并列设置在上端板与下端板之间，上端板、下端板以及端面支架和中间支架在纵向上通过若干组连接螺栓锁紧，两个模组单元通过跨接汇流排串联构成整体模组。
2.根据权利要求1所述的一种适用于乘用车氢燃料电池的锂离子超级电容器模组，其特征在于：两个模组单元之间设有通过液冷的水冷结构。
3.根据权利要求2所述的一种适用于乘用车氢燃料电池的锂离子超级电容器模组，其特征在于：所述水冷结构包括水冷管、进液管和出液管，水冷管为方形扁管，进液管和出液管分别设置在水冷管两端。
4.根据权利要求3所述的一种适用于乘用车氢燃料电池的锂离子超级电容器模组，其特征在于：所述水冷管与两侧的模组单元之间均设有导热胶垫。
5.根据权利要求1所述的一种适用于乘用车氢燃料电池的锂离子超级电容器模组，其特征在于：所述单体电容器与端面支架和中间支架的接触面上涂布有结构胶。
6.根据权利要求1所述的一种适用于乘用车氢燃料电池的锂离子超级电容器模组，其特征在于：串联构成的整体模组中，每一汇流排和正极端子以及其中一端单体电容器的极柱上连接的负极端子均与电压信息采集线连接。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种适用于乘用车氢燃料电池的锂离子超级电容器模组，其特征在于：所述端面支架和中间支架均采用防火、绝缘、低密度的塑料制作。
8.根据权利要求1至6任意一项所述的一种适用于乘用车氢燃料电池的锂离子超级电容器模组，其特征在于：所述上端板和下端板均采用钣金件制作。
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