CN115394569A - 一种电动汽车用低压电瓶超级电容 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电动汽车用低压电瓶超级电容，包括：外壳、盖板、卷芯、热缩套管和底部垫片；其中，热缩套管套接在卷芯上；盖板和热缩套管通过铆接连接；底部垫片套接在热缩套管底部；外壳套接在热缩套管外。本发明是一种圆柱形的超级电容，本发明的结构装配简易、节省空间。本发明的外壳、热缩套管都属于密封器件，能够很好的防止电解液泄露。盖板和底部垫片的设置使得本发明具有高可靠性。全密封的套接形式，使得本发明环保免维护、具有极低的自放电率、并通过电解液的超低内阻特性，减少电力损耗具有超低内阻。热缩套管具有热阻功能，增强超级电容的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电容技术领域，特别涉及一种电动汽车用低压电瓶超级电容。
背景技术
目前，目前新能源电驱动汽车通常采用纯电池的供电方式，或者采用内燃机与电池的混合动力方式，其中，电容选用电容器模组，电容器模组由超级电容构成，但是现有的超级电容不稳定，不能使用在低压电瓶中。
发明内容
本发明提供一种电动汽车用低压电瓶超级电容，用以解决超级电容不稳定，不能使用在低压电瓶中的情况。
本发明的实施例包括一种电动汽车用低压电瓶超级电容，包括：
外壳、盖板、卷芯、热缩套管和底部垫片；其中，
热缩套管套接在卷芯上；
盖板和热缩套管通过铆接连接；
底部垫片套接在热缩套管底部；
外壳套接在热缩套管外。
作为本发明可选的一种实施例：所述超级电容的卷芯包括正电极片、负电极片、隔膜和活性炭；其中，
所述正电极片和负电极片为石墨烯，正电极片和负电极片通过隔膜间隔，正电极片、负电极片和隔膜；
所述隔膜为低压纳米氧化锌薄膜，氧化锌薄膜通过离子烧结构成；
所述活性炭附着在正电极片和负电极片上；
卷芯和热缩套管之间设有电解液；
所述电解液由电解质盐和有机溶剂组成，电解质盐为双乙二酸硼酸四甲基铵和四氟硼酸锂，有机溶剂为碳酸酯类溶剂。
作为本发明可选的一种实施例：所述卷芯为固态电解质电芯；
固态电解质电芯由聚酯多元醇与多官能团丙烯酸酯单体混合构成；
聚酯多元醇由为聚丙三醇或聚乙二醇。
多官能团丙烯酸酯为三丙烯酸甲酯或乙氧基化三羟甲基丙烯酸甲酯。
作为本发明可选的一种实施例：所述超级电容包括超级电容外壳；
外壳包括壳体；
壳体中设有容纳腔和供导热介质流通的电解液通道；
电解液通道包括进液口和出液口，进液口和出液口用于更换电解液，进液口和出液口均和容纳腔连通；
容纳腔外层设置有散热层。
作为本发明可选的一种实施例：所述散热层为复合散热层；
复合散热层由至少一层绝缘薄层和至少一层固态金属散热薄层复合而成，复合散热层的底层为绝缘薄层，位于底层的绝缘薄层与功率部件主体外表面紧贴；
绝缘薄层厚度在0.001mm至0.200mm之间，所述固态金属散热薄层厚度在0.10mm至0.30mm之间；
绝缘薄层为聚酯薄膜或聚丙烯薄；
固态金属散热薄层为金属铝薄层、金属银薄层、金属锌薄层或锌铝合金薄层。
作为本发明可选的一种实施例：所述正电极片和负电极片为多层电极片，包括：
多层电极片包括：石墨烯基体层、箔材层和活性导电层；
箔材层由箔材纸构成；
石墨烯基体层由石墨烯粉末通过多官能团丙烯酸酯固化后通过静电纺丝在箔材层上生成石墨烯基体层；其中，
石墨烯基体层为网状的纤维层结构；
活性导电层通过活性物、导电剂和粘结剂融合涂敷在石墨烯基体层上构成。
作为本发明可选的一种实施例：所述电解液由有机溶剂、金属阳离子和阳离子盐构成；
阳离子盐为金属阳离子和铵根离子的硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、硝酸盐、氯化盐或季铵盐；
金属阳离子为锂离子、钠离子、钾离子、铷离子或铯离子。
作为本发明可选的一种实施例：所述盖板上配置有测量装置；
测量装置包括：第一接口模块、第二接口模块、选择模块和处理器；
第一接口模块用于和外部测试装置连接，接收预先准备的用于在线仿真的测试数据；
第二接口模块用于在超级电容运行时对超级电容进行信息采集，得到超级电容的运行数据；
选择模块用于包括第一输入端和第二输入端，第一输入端和第一接口模块连接，第二输入端和第二接口模块连接；
处理器用于对比运行数据和测试数据，输出超级电容的测试偏差值，处理器通过第一接口模块上传测试偏差值至外部控制终端。
作为本发明可选的一种实施例：所述电解液通道内设置有检测探针，检测探针和处理器连接；
检测探针用于输出碳载量和气流量；
碳载量用于输出热传导系数；
所述检测探针通过如下步骤确定超级电容温度，包括：
根据上一检测周期确定的检测探针的电解液温度、气流量及对流换热系数，确定本周期的检测探针的气体温度；
根据所述上一检测周期确定的检测探针的气体温度及对流换热系数，确定本检测周期的检测探针的电解液温度。
作为本发明可选的一种实施例：所述超级电容连接有直流换流阀，并通过直流换流阀对超级电容进行过压过流协同保护
所述过压过流协同保护包括：
获取直流换流阀中超级电容运行时的电压-电流运行能力曲线；
基于电压-电流运行能力曲线获取超级电容运行的最大电压，并基于最大电压计算直流换流阀中的电压-电流保护定值曲线；
处理器根据超级电容的实时运行电流和电压-电流保护定值曲线，采用动态过压保护定值进行过压保护，包括：
直流换流阀实时采集任一时刻的超级电容输出电流；
根据超级电容输出电流和电压-电流保护定值曲线，确定超级电容输出电流下对应的过压保护定值；
将过压保护定值实时发送至处理器，由处理器监测超级电容的电压，若超级电容电压达到保护定值并持续设定时间，则进行报警，否则控制超级电容单体运行。
值并持续设定时间，则闭锁并旁路该子模块，否则继续解锁运行。
本发明的有益效果在于：本发明是一种圆柱形的超级电容，本发明的结构装配简易、节省空间。本发明的外壳1、热缩套管4都属于密封器件，能够很好的防止电解液泄露。盖板2和底部垫片5的设置使得本发明具有高可靠性。全密封的套接形式，使得本发明环保免维护、具有极低的自放电率、并通过电解液的超低内阻特性，减少电力损耗具有超低内阻。热缩套管具有热阻功能，增强超级电容的使用寿命。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种电动汽车用低压电瓶超级电容的组成图；
图2为本发明实施例中卷芯的结构图；
图3为本发明实施例中外壳的结构图；
图4为本发明实施例中测量装置的组成图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如附图1所示，本发明的实施例包括一种电动汽车用低压电瓶超级电容，包括：外壳1、盖板2、卷芯3、热缩套管4和底部垫片5；其中，热缩套管4套接在卷芯3上；盖板2和热缩套管4通过铆接连接；底部垫片5套接在热缩套管4底部；外壳1套接在热缩套管4外。
本发明是一种圆柱形的超级电容，本发明的结构装配简易、节省空间。本发明的外壳1、热缩套管4都属于密封器件，能够很好的防止电解液泄露。盖板2和底部垫片5的设置使得本发明具有高可靠性。全密封的套接形式，使得本发明环保免维护、具有极低的自放电率、并通过电解液的超低内阻特性，减少电力损耗具有超低内阻。热缩套管具有热阻功能，增强超级电容的使用寿命。
作为本发明可选的一种实施例：如附图2所示，所述超级电容的卷芯3包括正电极片、负电极片、隔膜和活性炭；其中，
所述正电极片32和负电极片33为石墨烯，正电极片32和负电极片33通过隔膜间隔；
石墨烯材质的电极片具有柔韧性，安装在电动汽车内的时候，可以防止缓冲和体积膨胀，而且具有优异的导电能力，可以增强电子传输能力。
所述隔膜为低压纳米氧化锌薄膜，氧化锌薄膜通过离子烧结构成；
低压纳米氧化锌薄膜具有良好的压电性能，因此在作为隔膜的时候同样能够承受更高的张力或压力。在电动汽车出现碰撞时，是的电池系统具有更高的抗压能力。
所述活性炭附着在正电极片和负电极片上；
活性炭可以吸附杂质，可以去在制造过程中残留的挥发物质；
卷芯和热缩套管之间设有电解液；
所述电解液由电解质盐和有机溶剂组成，电解质盐为双乙二酸硼酸四甲基铵和四氟硼酸锂，有机溶剂为碳酸酯类溶剂。
本发明中电解液组成试剂有双乙二酸硼酸四甲基铵和四氟硼酸锂，这是超级电容的惯用有机溶剂。
上述技术方案中是对超级电容进行的设计，本发明通过石墨烯组成的电极片容量很大，能够存储更多电能，也就在其进行放电的时候能够进行更大范围的电压调节。氧化锌薄膜的熔点比较高，更加适用于本发明中汽车的应用场景。电解液存在电解质盐和有机溶剂，能够保证到点效率高，从而充放电更加快速。
作为本发明可选的一种实施例：所述卷芯为固态电解质电芯31；
固态电解质电芯由聚酯多元醇与多官能团丙烯酸酯单体混合构成；聚酯多元醇具有良好的耐水解性、耐热性和黏附性，多官能团丙烯酸酯具有良好的粘性，能够将聚酯多元醇进行粘合也是一种填充材料和阻燃材料，可以防止超级电容着火。
聚酯多元醇由为聚丙三醇或聚乙二醇。
多官能团丙烯酸酯为三丙烯酸甲酯或乙氧基化三羟甲基丙烯酸甲酯。
作为本发明可选的一种实施例：所述超级电容包括超级电容外壳；
超级电容外壳包括壳体；
壳体中设有容纳腔12和供导热介质流通的电解液通道11；
本发明中容纳腔和电解液通道可以实现电解液的冲入，防止超级电容在使用一次之后直接报废。
电解液通道包括进液口13和出液口14，进液口13和出液口14用于更换电解液，进液口13和出液口14均和容纳腔12连通；
容纳腔12外层设置有散热层。
本发明的外壳设置有散热层，在充入电解液的时候，电解液的热度可以通过散热层散热。电解液通道11、进液口13和出液口可以进行电解液的替换，保证设备的重复利用，降低成本。
作为本发明可选的一种实施例：所述散热层为复合散热层；
复合散热层由至少一层绝缘薄层和至少一层固态金属散热薄层复合而成，复合散热层的底层为绝缘薄层，位于底层的绝缘薄层与功率部件主体外表面紧贴；
绝缘薄层是为了防止漏电，而固态金属散热薄层是为了实现散热功能。
绝缘薄层厚度在0.001mm至0.200mm之间，所述固态金属散热薄层厚度在0.10mm至0.30mm之间；
绝缘薄层为聚酯薄膜或聚丙烯薄；
固态金属散热薄层为金属铝薄层、金属银薄层、金属锌薄层或锌铝合金薄层。
可选的作为符合散热层，本发明可以实现多重放热的功能。绝缘薄层可以防止本发明漏电，固态金属散热薄层可以失效高效散热。
作为本发明可选的一种实施例：所述正电极片和负电极片为多层电极片，包括：
多层电极片包括：石墨烯基体层、箔材层和活性导电层；
箔材层由箔材纸构成；
石墨烯基体层由石墨烯粉末通过多官能团丙烯酸酯固化后通过静电纺丝在箔材层上生成石墨烯基体层；其中，
石墨烯基体层为网状的纤维层结构；
活性导电层通过活性物、导电剂和粘结剂融合涂敷在石墨烯基体层上构成。
作为本发明的可选实施了，多层电极片中石墨烯基体层的网状纤维层结构，更加便于进行散热，而且还能够具有特别强的韧性，不会直接断开。箔材具有防潮、气密、遮光、耐磨蚀、保香、无毒无味，在本发明中最终要的作用是作为石墨烯基体层的载体，从而保证石墨烯基体层的密封性和房腐蚀性。最后的活性导电层是为了增强导电能力，因为石墨烯基体层是网状的纤维结构，导电能力相对于现有技术中的纯材质的电极片是导电能力要弱一下，通过活性导电层可以直接增强导电能力。
可选的，本发明在进行制备多层电极片的过程中，通过多层的粘合复合连接，构成本发明的多层电极片，提高导电效率。
作为本发明可选的一种实施例：所述电解液的阳离子由金属阳离子和阳离子盐构成；
阳离子盐为金属阳离子和铵根离子的硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、硝酸盐、氯化盐或季铵盐；
金属阳离子为锂离子、钠离子、钾离子、铷离子或铯离子。
在本发明中电解液存在金属阳离子和阳离子盐等多种能够实现互相反应的离子液构成，能够实现增强电解液的活性，从而达到提高电容量的能力。本发明的电解液存在多种离子，通过多种离子能够提高超级电容的电能容量，实现提高电容量的作用。
作为本发明可选的一种实施例：如附图4所示，所述超级电容的盖板2上配置有测量装置；
测量装置包括：第一接口模块、第二接口模块、选择模块和处理器；
第一接口模块用于和外部测试装置连接，接收预先准备的用于在线仿真的测试数据；
第二接口模块用于在超级电容运行时对超级电容进行信息采集，得到超级电容的运行数据；
选择模块包括第一输入端和第二输入端，第一输入端和第一接口模块连接，第二输入端和第二接口模块连接；
选择模块和处理器连接，处理器用于对比运行数据和测试数据，输出超级电容的测试偏差值，处理器通过第一接口模块上传测试偏差值至外部控制终端。
可选的，本发明的能够通过两个接口分别连接外部检测设备和超级电容单体，处理器的作用是控制第二接口模块进行数据采集，并控制第一接口模块将采集的数据传输给外部测试设备，实现电容测试。
第一结构是一种通信接口，通信接口的类型可以根据需要定制，其用于在超级电容进行电力供应的时候进行数据采集，从而实现在线的仿真测试，测试数据主要是超级电容的额定的电容量和电压电流的输入输出数据。
第二接口模块用于传输超级电容运行时的电压输出和电压输入数据，包括电压输入输出的稳定性，通过和第一接口模块的数据进行对比验证判断超级电容是否存在偏差，在存在偏差的时候，处理器会通过第二接口模块将数据传输出去，然后对超级电容单体的电解液的量进行调节，实现对超级电容的校准。
作为本发明可选的一种实施例：所述电解液通道内设置有检测探针，检测探针和处理器连接；
检测探针用于输出碳载量和气流量；
碳载量用于输出热传导系数；
所述检测探针通过如下步骤确定超级电容温度，包括：
根据上一检测周期确定的检测探针的电解液温度、气流量及对流换热系数，确定本周期的检测探针的气体温度；
根据所述上一检测周期确定的检测探针的气体温度及对流换热系数，确定本检测周期的检测探针的电解液温度。
可选的，本发明能够在电解液通道内设置检测探针，检测探针可以会通过碳载量和气流量进行温度检测，确定每一时刻的温度，确定超级电容的具体温度。检测探针是一种固定在电解液通道内壁上，凸起式的探针设备，其能感应实时电解液的碳载量和气流量，本发明超级电容在运行的时候，电解液通过电解液通道进行流动，从而增强电解液的活性，电解液的流动时在车辆运行的时候，通过晃动，超级电容单体内的电解液自动流动。在温度检测方面，电解液温度也就是电解液温度，如果超级电容内的气体温度和其流量，检测探针确定温度和确定气流量都是通过电解液的碳载量确定，气流量是在感应不到碳载量时，感应的就是气流量。通过气流量温度和电解液温度实现对超级电容内的温度进行实时监测，监测结果传输到处理器。检测探针采用纳米探针、红外激光探针中任意一种。
作为本发明可选的一种实施例：所述超级电容连接有直流换流阀，并通过直流换流阀对超级电容进行过压过流协同保护
所述过压过流协同保护包括：
获取直流换流阀中超级电容运行时的电压-电流运行能力曲线；
基于电压-电流运行能力曲线获取超级电容运行的最大电压，并基于最大电压计算直流换流阀中的电压-电流保护定值曲线；
处理器根据超级电容的实时运行电流和电压-电流保护定值曲线，采用动态过压保护定值进行过压保护，包括：
直流换流阀实时采集任一时刻的超级电容输出电流；
根据超级电容输出电流和电压-电流保护定值曲线，确定超级电容输出电流下对应的过压保护定值；
将过压保护定值实时发送至处理器，由处理器监测超级电容的电压，若超级电容电压达到保护定值并持续设定时间，则进行报警，否则控制超级电容单体运行。
可选的，本发明设置有直流换流阀，通过直流换流阀进行超级电容的带你留采集，生成超级电容的运行曲线，通过运行曲线对超级电容进行锁定控制。
在本发明直流换流阀是超级电容单体的外接设备，超级电容单体和直流换流阀构成组合件，直流换流阀是一种柔性换流阀，能够实时生成超级电容与性能时的电压和电流运行曲线，从而通过运行曲线直流输出时的最高电压和最高电流，进而判断直流换流阀在进行电压保护的时候，需要自动配置的电压-电流保护定值曲线；电压-电流保护定值曲线是界限值曲线，直流换流阀控制输出的时候不能超过这个界限值曲线。本发明的超级电容运行的时候处理器时刻连接外部的控制终端，通过控制终端控制整个超级电容构成的电容模组进行供电。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种电动汽车用低压电瓶超级电容，其特征在于，包括：
外壳（1）、盖板（2）、卷芯（3）、热缩套管（4）和底部垫片（5）；其中，
热缩套管（4）套接在卷芯（3）上；
盖板（2）和热缩套管（4）通过铆接连接；
底部垫片（5）套接在热缩套管（4）底部；
外壳（1）套接在热缩套管（4）外。
2.如权利要求1所述的一种电动汽车用低压电瓶超级电容，其特征在于，所述卷芯（3）包括正电极片、负电极片、隔膜和活性炭；其中，
所述正电极片（32）和负电极片（33）为石墨烯，正电极片（32）和负电极片（33）通过隔膜间隔；
所述隔膜为低压纳米氧化锌薄膜，氧化锌薄膜通过离子烧结构成；
所述活性炭附着在正电极片和负电极片上；
卷芯（3）和热缩套管（4）之间设有电解液；
所述电解液由电解质盐和有机溶剂组成，电解质盐为双乙二酸硼酸四甲基铵和四氟硼酸锂，有机溶剂为碳酸酯类溶剂，有机溶剂还包括阳离子。
3.如权利要求1所述的一种电动汽车用低压电瓶超级电容，其特征在于，所述卷芯为固态电解质电芯（31）；
固态电解质电芯（31）由聚酯多元醇与多官能团丙烯酸酯单体混合构成；
聚酯多元醇由为聚丙三醇或聚乙二醇；
多官能团丙烯酸酯为三丙烯酸甲酯或乙氧基化三羟甲基丙烯酸甲酯。
4.如权利要求3所述的一种电动汽车用低压电瓶超级电容，其特征在于，所述外壳（1）包括壳体；
壳体中设有容纳腔（12）和供导热介质流通的电解液通道（11）；
电解液通道（11）包括进液口（13）和出液口（14），进液口（13）和出液口（14）用于更换电解液，进液口（13）和出液口（14）均和容纳腔（12）连通；
容纳腔（12）外层设置有散热层。
5.如权利要求4所述的一种电动汽车用低压电瓶超级电容，其特征在于，所述散热层为复合散热层；
复合散热层由至少一层绝缘薄层和至少一层固态金属散热薄层复合而成，复合散热层的底层为绝缘薄层，位于底层的绝缘薄层与功率部件主体外表面紧贴；
绝缘薄层厚度在0.001mm至0.200mm之间，所述固态金属散热薄层厚度在0.10mm至0.30mm之间；
绝缘薄层为聚酯薄膜或聚丙烯薄；
固态金属散热薄层为金属铝薄层、金属银薄层、金属锌薄层或锌铝合金薄层。
6.如权利要求2所述的一种电动汽车用低压电瓶超级电容，其特征在于，所述正电极片和负电极片为多层电极片，包括：
多层电极片包括：石墨烯基体层、箔材层和活性导电层；
箔材层由箔材纸构成；
石墨烯基体层由石墨烯粉末通过多官能团丙烯酸酯固化后通过静电纺丝在箔材层上生成石墨烯基体层；其中，
石墨烯基体层为网状的纤维层结构；
活性导电层通过活性物、导电剂和粘结剂融合涂敷在石墨烯基体层上构成。
7.如权利要求2所述的一种电动汽车用低压电瓶超级电容，其特征在于，所述电解液的阳离子还包括金属阳离子和阳离子盐；
阳离子盐为金属阳离子和铵根离子的硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、硝酸盐、氯化盐或季铵盐；
金属阳离子为锂离子、钠离子、钾离子、铷离子或铯离子。
8.如权利要求4所述的一种电动汽车用低压电瓶超级电容，其特征在于，所述盖板（2）上配置有测量装置；
测量装置包括：第一接口模块、第二接口模块、选择模块和处理器；
第一接口模块用于和外部测试装置连接，接收预先准备的用于在线仿真的测试数据；
第二接口模块用于在超级电容运行时对超级电容进行信息采集，得到超级电容的运行数据；
选择模块用于包括第一输入端和第二输入端，第一输入端和第一接口模块连接，第二输入端和第二接口模块连接；
处理器用于对比运行数据和测试数据，输出超级电容的测试偏差值，处理器通过第一接口模块上传测试偏差值至外部控制终端。
9.如权利要求8所述的一种电动汽车用低压电瓶超级电容，其特征在于，所述电解液通道内设置有检测探针，检测探针和处理器连接；
检测探针用于输出碳载量和气流量；
碳载量用于输出热传导系数；
所述检测探针通过如下步骤确定超级电容温度，包括：
根据上一检测周期确定的检测探针的电解液温度、气流量及对流换热系数，确定本周期的检测探针的气体温度；
根据所述上一检测周期确定的检测探针的气体温度及对流换热系数，确定本检测周期的检测探针的电解液温度。
10.如权利要求8所述的一种电动汽车用低压电瓶超级电容，其特征在于，所述超级电容连接有直流换流阀，并通过直流换流阀对超级电容进行过压过流协同保护；
所述过压过流协同保护包括：
获取直流换流阀中超级电容运行时的电压-电流运行能力曲线；
基于电压-电流运行能力曲线获取超级电容运行的最大电压，并基于最大电压计算直流换流阀中的电压-电流保护定值曲线；
处理器根据超级电容的实时运行电流和电压-电流保护定值曲线，采用动态过压保护定值进行过压保护，包括：
直流换流阀实时采集任一时刻的超级电容输出电流；
根据超级电容输出电流和电压-电流保护定值曲线，确定超级电容输出电流下对应的过压保护定值；
将过压保护定值实时发送至处理器，由处理器监测超级电容的电压，若超级电容电压达到保护定值并持续设定时间，则进行报警，否则控制超级电容单体运行。
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