CN116783671A - 超级电容器密封盖子 - Google Patents
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Abstract
描述了一种用于密封容纳电极(4)和电解材料的超级电容器(2)的隔室(3)的密封盖子(1)，超级电容器(2)包括：外壳(5)，该外壳在内部限定隔室(3)并具有纵向轴线(A)、围绕纵向轴线(A)延伸的侧壁(6)、轴向底壁(7)和布置在侧壁(6)的相对于端壁(7)的轴向相对侧的用于进入隔室(3)的轴向开口(8)；以及与一个电极(4)电连接的至少一个端子(10)，该至少一个端子通过轴向开口(8)突出到隔室(3)外；盖子(1)适于封闭轴向开口(8)并包括弹性体元件(13)，该弹性体元件具有：适于接收端子(10)并由内壁(15)界定的贯通的内孔(14)，所述内壁适于与终端(10)以流体密封接触的方式配合；以及适于与侧壁(6)以流体密封接触的方式配合的外周壁(16)。
Description
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2020年10月12日提交的意大利专利申请第102020000023932号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种超级电容器密封盖子，特别是用于对容纳超级电容器的电极和电解材料的隔室进行流体密封的密封的盖子。
背景技术
超级电容器是已知的，也称为超大容量电容器，用作电能蓄能器。
超级电容器实际上是一种特殊类型的电容器，其具有存储远多于传统电容器的电荷的特性。
超级电容器还因其高比功率而著称：在与普通化学蓄能器(电池)充电所需的时间相比时，它们可以在相对较短的时间内充电(或放电)。超级电容器的另一个优点是它们的使用寿命比传统化学蓄能器长得多。
此外，与化学蓄能器相比，超级电容器的特点是能量密度低，这意味着能量存储容量低于化学蓄能器本身。
已知类型的超级电容器通常包括通常由金属制成的中空棱柱形或圆柱形外壳，以及容纳在由外壳限定的隔室内的一正一负两个电极。
该隔室还容纳以电气方式插置在两个电极之间的隔板或绝缘体。
在容纳隔室内，电极和隔板浸入电解液中，电解液通常为液体或凝胶状。
在已知的配置中，外壳具有围绕纵向轴线的圆柱形形状并且包括沿着该轴线延伸的侧壁、轴向底壁和与底壁相对的用于进入容纳隔室的轴向开口。在制造超级电容器时，通常由彼此卷绕的同轴卷限定的电极与绝缘体一起和电解材料通过该轴向开口插入到隔室中。
通常，超级电容器具有用于封闭轴向开口并由此流体密封地密封超级电容器隔室的盖子。
超级电容器通常包括两个端子，每个端子与相应的电极电连接并延伸到外壳外以与电源插座或使用超级电容器充电的设备连接。
方便地由诸如铝的导电金属材料制成的两个端子均布置在盖子处，或者替代地，一个在盖子处而另一个在底壁处。
例如，在一种已知配置中，端子布置成一个在盖子处，另一个在底壁处，位于彼此同轴且与外壳的轴线同轴的位置，并且分别从盖子和底壁轴向地突出。
在该配置中，盖子具有端子通过内孔(如果两个端子都布置在盖子处，则具有两个孔)。
通常由金属制成的盖子通常在上述孔处焊接到端子(或多个端子)，同时在其外周壁处与外壳的侧壁联接。
通常，被配置为流体密封地密封容纳隔室的垫圈被插置在盖子的周壁与外壳的侧壁之间。
EP2614512、EP2017862、CN109910642和CN201966072U中公开了上述超级电容器的例子。
众所周知，在操作期间，会产生透过容纳隔室的电解气体。还已知对容纳隔室加压来确保超级电容器的最佳操作。
因此，需要确保垫圈的正确定位及其标称的可操作性，以避免电解材料或电解气体在盖子和外壳之间泄漏。
还已知，盖子孔和端子(或多个端子)之间的焊接联接部随着时间的推移容易发生泄漏。
因此，感到需要改进已知的超级电容器密封盖子，尤其就它们的使用寿命以及它们的制造和与超级电容器本身的联接的容易性来说。
发明内容
本发明的目的是制造一种超级电容器密封盖子，其高度可靠且便宜，并且允许克服至少一些上面指出的与已知类型的超级电容器密封盖子相关的缺点。
根据本发明，上述目的通过权利要求1所述的超级电容器密封盖子来实现。
附图说明
为了更好地理解本发明，下面仅通过举例并借助于附图来描述优选的非限制性实施方式，在附图中：
图1是具有由根据本发明的密封盖子密封的隔室的超级电容器的截面，为了清楚起见，一些部分被去除；以及
图2以放大比例显示了图1的细节。
具体实施方式
参照附图，1表示用于超级电容器2的密封盖子的整体。
特别地，盖子1被配置为流体密封地密封隔室3，隔室3容纳超级电容器2的电极4和电解材料。
图1示意性地以截面显示了超级电容器2的示例，根据本发明的盖子1适于与该超级电容器2联接。
详细地，超级电容器2包括：
-外壳5，该外壳在内部限定隔室3并具有纵向轴线A、围绕并沿着纵向轴线A延伸的侧壁6、轴向底壁7和布置侧壁6的相对于底壁7的轴向相对侧的用于进入隔室3的轴向开口8；
-第一端子10，该第一端子以已知的但未详细描述的方式与两个电极4中的一个电连接，并且通过开口8突出到隔室3外；以及
-第二端子11，该第二端子与两个电极4中的另一个电连接并且布置在底壁7处，特别是从底壁7延伸并延伸穿过底壁7。
第一端子10和第二端子11延伸到隔室3外以在使用中与电源插座或使用存储在超级电容器2中的能量的设备连接。
方便地，端子10、11由导电金属材料制成，例如铝。
优选地，外壳5由金属材料制成。
根据该优选且非限制性的实施方式，外壳5为具有轴线A的大致圆柱形，因此轴线A是外壳5的对称轴线，并且两个端子10、11与轴线A同轴地布置。
电极4彼此同心并且与轴线A同轴地成螺旋形卷绕，并且被容纳在隔室3中，浸没在已知的且未规定的电解材料中，例如液体或凝胶状的电解液。
根据已知技术，隔室3还容纳由电绝缘材料制成并且电气地插置在两个电极4之间的隔板12，如图1所示。
根据未被示出的替代实施方式，外壳具有棱柱形状，其截面为多边形或具有圆形边缘的多边形。此外，端子10、11可以都布置在开口8处。在该后一种情况下，端子10、11相对于轴线A偏心布置。
盖子1被设计为封闭开口8以流体密封地密封隔室3，从而限制、特别是阻止电解材料泄漏。
众所周知，当超级电容器2在运行时，会产生透过隔室3的电解气体。
在一个实施方式中，这些电解气体导致隔室3内的压力增加到15巴的值。
因此，盖子1也被配置为限定密封在隔室3内的操作压力。
如在图1中、特别是在图2中可见，根据本文所述和所示的优选且非限制性的实施方式的盖子1具有围绕中心轴线B的环形形状。
特别地，盖子1被配置为与盖子5联接，使得轴线B与轴线A同轴。
盖子1包括弹性体元件13，该弹性体元件具有贯通的内孔14和外周壁16，该内孔14被配置为接收第一端子10并由内壁15界定。
有利地，内孔14的内壁15适于与第一端子10以流体密封接触的方式配合，并且外周壁16适于与侧壁6以流体密封接触的方式配合，特别是当盖子与外壳5联接以封闭开口8时。
在所描述的例子中，内孔14在弹性体元件13中与轴线B同轴地获得，以便当盖子封闭开口8时同轴地接收第一端子10。
因此，弹性体元件13也具有围绕轴线B的环形形状，并且包括承载内壁15的内部径向端部分17和承载外周壁16的外部径向端部分18，内部径向端部分17被配置为与第一端子10接触并流体密封地配合，外部径向端部分18被配置为与外壳5的侧壁6接触并流体密封地配合，以便当盖子1与外壳5联接以封闭开口8时，流体密封地密封隔室3。
优选地，外周壁16适于与侧壁6的内表面6a接触并流体密封地配合，内表面6a面向轴线A。
鉴于上述情况，弹性体元件13从内壁15到外周壁16或者在使用中从第一端子10到侧壁6的内表面6a一体地径向地延伸并且不中断连续性。
因此，弹性体元件13完全限定了用于超级电容器2的隔室3的轴向盖子和密封垫圈，从而以单个部件实现了封闭和流体密封的双重功能。
便利地，内壁15具有多个凹槽19，这些凹槽优选地围绕轴线B环绕，沿着内壁15本身限定一组连续的脊20和谷19。脊20被设计为与第一端子10以流体密封接触的方式配合。
特别地，内壁15具有围绕轴线B的两个周向凹槽19，这两个周向凹槽19限定两个连续的脊20，凹槽19插置在两个连续的脊20之间并且限定谷19。
实际上，内壁15包括多个密封唇。
申请人观察到，这样的配置允许在使用中尽可能地限制、特别是阻止容纳在隔室3内的电解材料和/或电解气体泄漏，同时在泄漏方面的关键区域处确保标称的压力密封。
如附图所示，盖子1还包括结合在弹性体元件13内的插入件21，该插入件21由刚性材料制成，优选为金属，例如钢。
详细地，插入件21由圆盘形或盘状元件限定，该圆盘形或盘状元件具有围绕弹性元件的内孔14的孔22。
更详细地，孔22的径向尺寸(即直径)大于内孔14的径向尺寸。
换言之，插入件21由垫圈限定。
插入件21包括：
-第一表面23，该第一表面被配置为当盖子1在使用中封闭轴向开口8时，面朝隔室3；
-与第一表面23相对的第二表面24，该第二表面被配置为当盖子1封闭轴向开口8时，面朝外侧；以及
-介于第一表面23和第二表面24之间的侧表面25。
在所述的例子中，表面23、24相对于B轴线是轴向的和环形的，而表面25相对于B轴线是周向的。
弹性体元件13部分地覆盖插入件21：特别地，弹性体元件13至少覆盖第一表面23和侧表面25，更特别地，它还部分地覆盖第二表面24。
更确切地说，在与轴线B相比时，弹性体元件13的半轮廓具有端部分26朝向彼此折叠且自由端26a由它们支撑成彼此面对的大致C形。
这样，C的中心部分27(即，半轮廓的)和因此折叠的端部分26部分地界定用于容纳插入件21的空腔28。
换言之，弹性体元件13包括容纳插入件21的环形空腔28，该环形空腔与轴线B同轴并且在顶部开口以使插入件21的第二表面24部分地未被覆盖。
根据该优选的非限制性实施方式，径向最内端部分26具有比径向最外端部分26更长的长度。
便利地，外周壁16具有多个凹槽29，这些凹槽优选地围绕轴线B环绕，沿着外周壁16本身限定一组连续的脊30和谷29。脊30被设计为与外壳5的内表面6a以流体密封接触的方式配合。
特别地，外周壁16具有围绕轴线B的三个周向凹槽29，这三个周向凹槽29限定四个连续的脊30。
实际上，外周壁16包括多个密封唇。
申请人观察到，这样的配置允许在使用中尽可能地限制、特别是阻止容纳在隔室3内的电解材料和/或电解气体泄漏，同时在泄漏方面的关键区域处确保标称的压力密封。
根据未被示出的替代实施方式，弹性体元件13在外部径向端部分18处包括径向突出部(未被示出)，该径向突出部从外周壁16突出并且被设计为当安装到超级电容器2上时，接合对应的在外壳5的侧壁6中获得的凹槽(未被示出)。由此，弹性体元件13以及因此盖子1被固定到外壳5上。
根据未被示出的另一替代实施方式，弹性体元件13以及因此盖子1简单地抵靠外壳5的侧壁6的表面6a过盈配合，外周壁16基本上是光滑的。
根据未被示出的实施方式，位于盖子1处的外壳5的端部分被配置为部分地折叠在盖子1上，特别地折叠在弹性体元件13的径向最外端部分26上。由此，外壳5的折叠部分确保盖子1在操作期间保持在适当位置。
根据未被示出的实施方式，端子10包括适于接收弹性体元件13的内壁15的对应突出部(未被示出)的凹槽(未被示出)。这种配置将进一步改进盖子1的定位。
在检查了根据本发明制造的盖子1的特性之后，其允许获得的优点是清楚的。
特别地，由于弹性体元件13在使用中从端子10到外壳的侧壁6一体地延伸并且不中断连续性，因此可以以简单的方式和尽可能少的部件获得密封超级电容器2的隔室3的有效的盖子1。
事实上，弹性体元件13完全限定用于超级电容器2的隔室3的轴向盖子和密封垫圈，以单个部件实现了封闭和流体密封的双重功能，在简化超级电容器盖子的架构和生产方面具有特别的优势。
此外，申请人观察到，插入件21的存在为盖子1提供了增加的刚度，进一步提高了隔室3内的流体密封和压力密封性能。
此外，在与柔性很大且难以操作、必须手动扩大并且在组装超级电容器2时经常从适当的座离开的已知密封垫圈相比时，根据本发明的盖子1只需简单地装配在开口8处使得孔14被端子10接合，从而简化了组装操作。
最后，由于盖子1仅在弹性体材料与超级电容器2的构件(而不是焊接的金属构件)之间具有与超级电容器2的联接，因此在使用中，盖子1的流体密封性得到改善。
显然，在不脱离权利要求限定的保护范围的情况下，本文描述和示出的盖子1可以进行修改和变化。
特别地，在第一端子10相对于轴线A偏心布置的情况下，盖子1可以包括相对于轴线B偏心的内孔14。在这种情况下，弹性体元件13和插入件21是偏心的环形。
另外，在第一端子10和第二端子11都布置在开口8处时，盖子1可包括相对于轴线B偏心的两个内孔。
Claims (10)
1.一种密封盖子(1)，用于密封容纳电极(4)和电解材料的超级电容器(2)的隔室(3)，所述超级电容器(2)包括：
外壳(5)，所述外壳在内部限定所述隔室(3)并具有纵向轴线(A)、围绕所述纵向轴线(A)延伸的侧壁(6)、轴向底壁(7)和布置在所述侧壁(6)的相对于所述底壁(7)的轴向相对侧的用于进入所述隔室(3)的轴向开口(8)；以及
与所述电极(4)中的一个电极电连接的至少一个端子(10)，所述至少一个端子通过所述轴向开口(8)突出到所述隔室(3)外；
所述盖子(1)易于封闭所述轴向开口(8)并包括弹性体元件(13)，所述弹性体元件具有：
贯通的内孔(14)，所述内孔适于接收所述端子(10)并由内壁(15)界定，所述内壁(15)被配置为与所述端子(10)以流体密封接触的方式配合；以及
外周壁(16)，所述外周壁被配置为与所述侧壁(6)以流体密封接触的方式配合。
2.根据权利要求1所述的密封盖子，其中，所述外周壁(16)被配置为与所述侧壁(6)的面向所述纵向轴线(A)的内表面(6a)以流体密封接触的方式配合。
3.根据权利要求1或2所述的密封盖子，其中，所述弹性体元件(13)从所述内壁(15)到所述外周壁(16)在不中断连续性的情况下一体地延伸。
4.根据前述任一项权利要求所述的密封盖子，其中，所述内壁(15)具有至少一个凹槽(19)，所述至少一个凹槽沿着所述内壁(15)本身限定至少两个连续的脊(20)，所述脊(20)被配置为与所述端子(10)以流体密封接触的方式配合。
5.根据前述任一项权利要求所述的密封盖子，其包括至少部分被结合在所述弹性体元件(13)中的插入件(21)，所述插入件由刚性材料制成，所述刚性材料优选是金属的。
6.根据权利要求5所述的密封盖子，其中，所述插入件(21)由盘状元件限定，所述盘状元件具有围绕所述弹性体元件(13)的所述内孔(14)的孔(22)，并且所述盘状元件包括：
第一表面(23)，所述第一表面被配置为当所述盖子(1)在使用中封闭所述轴向开口(8)时，面朝所述隔室(3)；
与所述第一表面(23)相对的第二表面(24)，所述第二表面被配置为当所述盖子(1)在使用中封闭所述轴向开口(8)时，面朝外侧；以及
介于所述第一表面(23)和所述第二表面(24)之间的侧表面(25)；
所述弹性体元件(13)至少覆盖所述第一表面(23)和所述侧表面(25)。
7.根据权利要求6所述的密封盖子，其中，所述弹性体元件(13)至少部分地覆盖所述第二表面(24)。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的密封盖子，其中，所述弹性体元件(13)具有围绕中心轴线(B)的环形形状；
其中所述弹性体元件(13)的半轮廓具有端部分(26)朝向彼此折叠且自由端(26a)彼此面对的大致C形；
并且其中C形的半轮廓的中心部分(27)和因此折叠的所述端部分(26)部分地界定用于容纳所述插入件(21)的空腔(28)。
9.根据前述任一项权利要求所述的密封盖子，其具有中心轴线(B)，所述内孔(14)与所述中心轴线(B)同轴地布置；
其中所述盖子(1)被配置为与所述外壳(5)的所述纵向轴线(A)同轴地布置，并且当所述端子(10)与所述外壳(5)的所述纵向轴线(A)同轴地布置时，将所述端子(10)同轴地接收在其自身的内孔(14)处；
并且其中所述弹性体元件(13)具有围绕所述中心轴线(B)的环形形状并且包括承载所述内壁(15)的内部径向端部分(17)和承载所述外周壁(16)的外部径向端部分(18)，所述内部径向端部分(17)被配置为与所述端子(10)以流体密封接触的方式配合，所述外部径向端部分(18)被配置为与所述外壳(5)的所述侧壁(6)以流体密封接触的方式配合，以便流体密封地密封所述隔室(3)。
10.一种超级电容器(2)，其包括：
外壳(5)，所述外壳在内部限定容纳电极(4)和电解材料的隔室(3)并具有纵向轴线(A)、围绕所述纵向轴线(A)延伸的侧壁(6)、轴向底壁(7)和布置在所述侧壁(6)的相对于所述底壁(7)的轴向相对侧的用于进入所述隔室(3)的轴向开口(8)；
与所述电极(4)中的一个电极电连接的至少一个端子(10)，所述至少一个端子通过所述轴向开口(8)突出到所述隔室(3)外；以及
根据前述任一项权利要求所述的密封盖子(1)，所述密封盖子被配置为封闭所述轴向开口(8)以通过流体密封的方式密封所述隔室(3)；
其中所述密封盖子(1)的所述弹性体元件(13)从所述端子(10)到所述外壳(5)的所述侧壁(6)在不中断连续性的情况下一体地延伸。
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