CN205303200U - 锂离子电容器模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锂离子电容器模组，包括顶部敞开的底框、依次覆盖于底框顶部的中框和盖板、固定于底框内的锂离子电容器组和设置在相邻锂离子电容器单体之间的栅板；锂离子电容器单体位于同一侧的电极按正、负极间隔排列，其电极端子从中框顶部露出，串联母排通过连接位于同一侧的正负极端子使相邻锂离子电容器单体串联；锂离子电容器单体的电极端子通过相应的电极连接片连接设置于中框上的BMS板；该模组还设置有正、负极输出母排，一端连接锂离子电容器组的正、负极，另一端固定于中框上；盖板上开设有两个端子孔，端子孔上罩设有端子盖板；底框的侧壁设置有空气冷却通道；中框上设置有泄压部位。

Description

锂离子电容器模组

技术领域

本实用新型涉及一种，具体是一种储能器件，具体是一种锂离子电容器模组。

背景技术

可工业化生产的储能器件主要包括锂离子电池（LIB）和双电层电容器（EDLC，即超级电容器），取得了广泛的应用。锂离子电池具有能量密度高的优点，存在着使用寿命短、功率密度低的缺点，超级电容器具有输出功率大、循环寿命长的优点，存在能量密度低的问题。

锂离子电容器（LIC）采用锂离子电池和双电层电容器混合结构，正极采用活性炭，负极采用石墨等材料。兼具超级电容器的高功率密度（其功率密度远大于铅酸蓄电池）、长寿命特性和锂离子电池高能量密度的特性。本身具有很高的电压保持能力，常温25℃放置3个月，电压下降≤5%；宽使用温度范围（-40℃~70℃）的运行安全性、可靠性。

锂离子电容器可应用于轨道交通（地铁、轻轨、高铁等）、城市交通（有轨电车、混合动力大巴、纯电动汽车等）、工业领域（起重机、挖掘机、叉车、卡车、矿车、港口运输车等）、军事领域（坦克、舰艇等）、绿色能源（风力发电、太阳能发电等）、消费品领域（便携式产品、工具类产品等）以及其他领域（智能微网等）。

以上应用中所需要容量和电压都是单个锂离子电容电芯所无法满足的，因此必须通过串联或并联的形式将锂离子电容电芯组装成模组。

由于锂离子电容器在进行大功率充放电过程中，整个模组尤其是锂离子电容电芯会产生大量的热，因此在模组设计中要充分考虑到散热的问题。因为如果不及时将热量散出，大量热量会破坏电芯内部的结构，进而使模组中的各个锂离子电容电芯的一致性变差，严重的可能导致电芯短路等现象发生，进而使整个模组的使用寿命大大降低。

为了保证锂离子电容器模组充放电性能的稳定性，引出端子与电芯之间，电芯与电芯之间都需要紧密固定相连。然而随着锂离子电容器模组受到多次的振动、冲击、碰撞以后，这些紧密连接的部件会产生松动，从而可能导致连接部位产生电火花，影响模组的性能；甚至严重时导致模组异常发热，甚至引起安全事故。

同时也要考虑到锂离子电容过温过压导致安全阀开启后，气压的释放问题；以及锂离子电容电芯在异常情况下发生电解液汽化出现气胀而使模组变形。因此需要在模组设计的时候充分考虑到泄压以及模组外形紧固方面的需求。

另外，也要考虑到安装的便捷，制作的成本，材料的选取等。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种锂离子电容器模组，该锂离子电容器模组可有效解决电芯散热、模组变形引起的异常问题，同时该模组安装和拆卸方便。

为解决以上技术问题，本实用新型所述的锂离子电容器模组，包括顶部敞开的底框、依次覆盖于底框顶部的中框和盖板、容纳并固定于底框内由若干个（根据实际需求设定）锂离子电容器单体并排形成的锂离子电容器组和设置在相邻锂离子电容器单体之间的栅板；其中，中框通过螺钉与底框紧固连接，该栅板为栅栏式的隔离板，将相邻的锂离子电容器单体隔离开，防止锂离子电容器单体接触导致可能出现的短路等意外；

考虑到串联的便捷性，所述锂离子电容器单体位于同一侧的电极按正、负极间隔排列，其电极端子从中框顶部露出，中框同时也将电极端子全部隔开，方便后续的装配操作，并且可以防止因操作失误引起的短路等异常情况的发生，串联母排通过连接位于同一侧的正负极端子使相邻锂离子电容器单体串联连接；且本实用新型将锂离子电容器组的正负极位于模组的同一侧。

所述锂离子电容器单体的电极端子通过电极连接片连接设置于中框上的BMS板（即锂离子电容器管理模块电路板）；电极连接片与BMS板通过自攻螺丝固定于中框，可实现锂离子电容器电压、电流的信号传输给BMS板，并且可以实现对锂离子电容器的充电。

该模组还设置有位于同一侧的正极输出母排和负极输出母排，一端分别通过六角法兰螺母连接锂离子电容器组的正、负极端子，另一端通过螺钉螺母配合与中框紧固相连，是串联后模组正、负极的输出端；

所述盖板通过卡扣式连接方式与中框相连，主要作用是保护BMS板，防止模组内功能性部件被碰触后发生短路等异常情况，同时也起到绝缘作用，在所述盖板上开设有两个端子孔，端子孔上罩设有端子盖板，该端子盖板同样的采用卡扣式连接方式与盖板相连，主要作用是防止端子短路；

所述底框的侧壁设置有空气冷却通道；

所述中框上设置有泄压部位。

进一步地，所述底框的底部内侧设置有用于定位锂离子电容器单体和栅板的定位板，通过该定位板将相邻锂离子电容器单体隔开。

进一步地，所述栅板底部设置有可卡固于定位板上的卡固槽。

进一步地，所述每个锂离子电容器单体底部均贴覆有弹性硅胶垫，该弹性硅胶垫在装配过程中是一种软连接，能够长时间维持弹性作用，可调节锂离子电容器、底座、中框、栅板因生产精度不一致而产生的尺寸差异导致的装配问题，同时也起到一定的散热作用。

进一步地，所述底框的外周设置有加强钣，加强钣通过底框两头的定位框与底框定位固定。该加强钣通过螺钉紧固相连将整个外壳包裹住，可防止锂离子电容器膨胀而使模组外观异常。所述的加强钣的材质包括：冷轧钢中的SPCC、SECC等型号。

进一步地，所述底框的空气冷却通道为设置于底框左右两侧的若干个通风孔，呈非完全封闭式结构，使模组能够得到强制空气冷却。

进一步地，所述栅板的顶部设置有卡固条，所述中框的底部设有供卡固条卡入固定的定位槽。

即栅板底部通过定位板与底框连接固定，顶部通过定位槽与中框连接固定，主要其如下作用：第一，主要起隔离锂离子电容器单体的作用，防止锂离子电容器单体直接接触而产生短路；第二，在异常情况下锂离子电容器单体膨胀，可以通过栅板的中空部位发生形变，而减缓对外壳的直接冲击；第三，条状相连的栅板可以使锂离子电容器单体在异常情况下发生的膨胀产生条状的条纹，这使锂离子电容器单体本身具有类似加强筋的结构。

进一步地，所述中框上设置有用于辨识串联母排安装位置的隔板。

进一步地，所述底框与中框之间、串联母排与锂离子电容器单体的电极端子之间、电极连接片与锂离子电容器单体的电极端子之间、正负极输出母排与电极连接片以及锂离子电容器单体的电极端子之间、电极连接片与BMS板之间、正负极输出母排与中框之间均采用螺纹固定。

进一步地，所述中框两侧设置的泄压部位为设置于中框前后两侧的泄压孔，当锂离子电容器发生异常导致安全阀开启，电解液迅速挥发产生的气体气压达到一定程度后，冲破该泄压部位，防止锂离子电容器模组因内部压力多大而产生破坏。

所述的中框上固定输出母排的部位有正、负极的标示，以防止锂离子电容器置于底座中的顺序错误。所述的盖板裸露输出端子的一侧有正、负极的标示，以防止锂离子电容器模组在串、并联时极性接反。

所述的锂离子电容器中的底座、栅板、中框、盖板的材质，既可以均为塑料，也可以均为金属。

所述的塑料材质包括：PP，ABS，PC，PA66，PPE中的一种或任意两种或任意两种以上的混合物；所述的金属材质包括铝合金（5052、6061、6063等型号）、冷轧钢（SPCC、SECC等型号）等。

所述的锂离子电容器模组的底座、栅板、中框、盖板的材质为塑料时，所有的定位、紧固螺钉的螺母均为金属材质的镶嵌螺母。

本实用新型中，定义电极两端分别为左右，另外两侧为前后。

本发明的有益效果如下：

（1）、锂离子电容器模组底座左右两侧均预留出可供空气对流的非完全封闭部位，锂离子电容器底部粘有硅胶垫，采用全塑料或全金属的外壳，均是锂离子电容器模组散热的有效方法。

（2）、所有的紧固连接均采用螺纹形式，包括底座与中框、串联母排与锂离子电容器电极端子、电极连接片与锂离子电容器电极端子、输出母排与锂离子电容器电极端子，连接片与BMS板，输出母排与中框等，避免铆接易产生松动的弊端，提高了抗震能力和安全能力。

（3）、在锂离子电容器之间放置了条状栅板，这可防止锂离子电容器直接接触而有可能引起短路、电火花等异常情况，在一定程度说进一步提高了锂离子电容器模组的安全能力。

（4）、在锂离子电容器模组中包含栅板、加强钣等，有效防止了在异常情况下锂离子电容器模组的膨胀。

（5）、在中框前后两侧均预设有泄压的部位，当锂离子电容器模组出现异常而导致安全阀开启时，当模组内部的压力达到一定值后会冲破该泄压部位，从而有效提供了模组的安全性能。

（6）、锂离子电容器模组中底座定位板、中框定位槽等的设计，硅胶垫的使用，均提高了锂离子电容器模组装配和拆卸过程中的便捷性。

附图说明

图1为本实用新型的锂离子电容器模组外观示意图；

图2为本实用新型去掉盖板、端子盖板和BMS板后的结构示意图；

图3为底框的立体结构示意图；

图4为底框的俯视结构示意图；

图5为底框的侧视结构示意图；

图6为加强钣的结构示意图；

图7为锂离子电容器组的结构示意图；

图8为栅板的立体结构示意图；

图9为栅板的侧视结构示意图；

图10为中框正面的立体结构示意图；

图11为中框底面的立体结构示意图；

图12为串联母排的结构示意图；

图13为电极连接片的结构示意图；

图14为正极输出母排的结构示意图；

图15为负极输出母排的结构示意图；

图16为盖板的结构示意图；

图17为端子盖板的结构示意图；

图18为本实用新型的装配示意图。

图中，1-底框；1.1-定位板；1.2-定位框；1.3-通风孔；2-锂离子电容器；3-弹性硅胶垫；4-栅板；4.1-卡固槽；4.2-卡固条；5-加强钣；6-中框；6.1-定位槽；6.2-隔板；6.3-泄压孔；6.4-固定柱；7-串联母排；7.1-套接孔；8-电极连接片；8.1-连接孔；8.2-固定孔；9-端子盖板；9.1-卡扣块；10-正极输出母排；11-负极输出母排；12-BMS板；13-盖板；13.1-端子孔；13.2-卡扣孔。

具体实施方式

实施例：

本实用新型的锂离子电容器模组的部件主要包括底框1、包括若干个锂离子电容器单体2的锂离子电容器组、弹性硅胶垫3、栅板4、加强钣5、中框6、串联母排7、电极连接片8、端子盖板9、正极输出母排10、负极输出母排11、BMS板12和盖板13，各部件组合后的产品如图1所示。其装配示意图如图18所示。本实用新型定义锂离子电容器单体2的两个电极端为左右，另外两侧为前后。

底框1如图3、4、5所示，为顶部敞开式结构，在其左右两侧开设有通风孔1.3，形成非完全封闭结构，作为空气冷却通道，即模组的强制空气冷却的通道。在底框1的底部内侧设置有若干条用于定位锂离子电容器单体2和栅板4的定位板1.1，在底框1的外部左右两侧设置有用于定位加强钣5的定位框1.2；加强钣5有两个，如图6所示，通过定位框1.2的定位后，由四个螺丝紧固，分别从底框1的前后将底框1包裹住，起到加强筋的功能，防止锂离子电容器在异常情况下发生膨胀而使整个模组外观发生异常。加强钣的材质包括：冷轧钢中的SPCC、SECC等型号。

锂离子电容器组如图7所示，包括若干个锂离子电容器单体2，本实施例包括四个锂离子电容器单体2，锂离子电容器单体2位于同一侧的电极按正、负极间隔排列，方便正负极的串联，排列后整个锂离子电容器组的正负极位于同一侧，并分别通过正极输出母排10和负极输出母排11形成模组的正负极端子。在每个锂离子电容器单体2的底部粘附有一块弹性硅胶垫3。

栅板4如图8、9所示，为一种栅栏式的隔板，其底部设置有可卡固于定位板1.1上的卡固槽4.1；顶部设置有卡固条4.2，用于与中框6的底部设置的定位槽6.1卡固。

中框6如图10、11所示，底部设置有定位槽6.1，用于卡固栅板4，锂离子电容器单体2的电极端子可从中框6顶部露出并隔开，中框6上设置有隔板6.2，可用于快速识别串联锂离子电容器单体的串联母排7，串联母排7如图12所示，通过连接位于同一侧的正负极端子使相邻锂离子电容器单体2串联连接。

中框6置于底框1的固定位置后，通过四个螺钉将其固定。其中，如果底框1的材料是塑料，那么螺钉固定于金属材质的镶嵌螺母中；如果底框1的材料是金属，那么螺钉直接固定于带螺纹的部位即可。

在中框6的前后两侧预留有可供泄压的部位，泄压孔6.3，当锂离子电容器单体2发生异常导致安全阀开启，电解液迅速挥发产生的气体气压达到一定程度后，冲破该泄压部位，防止锂离子电容器模组因内部压力多大而产生破坏。

本实用新型还设置有BMS板12，该BMS板12通过如图13所示的电极连接片8连接锂离子电容器单体2的电极端子，并与电极连接片8一起固定在中框6上。

该模组还设置有正极输出母排10（如图14所示）和负极输出母排11（如图15所示），一端分别通过一电极连接片8连接锂离子电容器组的正、负极，另一端通过两个螺母和两个螺钉固定于中框6的固定柱6.4上，作为模组的正负极端子；

所述盖板13如图16所示，其上开设有两个端子孔13.1，端子孔13.1上罩设有端子盖板9（如图17所示）。

所述底框1与中框6之间、串联母排7与锂离子电容器单体2的电极端子之间、电极连接片与锂离子电容器单体2的电极端子之间、正负极输出母排10、11与电极连接片8以及锂离子电容器单体2的电极端子之间、电极连接片与BMS板12之间、正负极输出母排10、11与中框6之间均采用螺纹固定。

安装时，可按照如下步骤进行：

1、将四个锂离子电容器单体2底部垫上弹性硅胶垫3，按照如图7所示，同一侧的电极以正、负间隔排列方式排列，并依次置入底框1中。

2、同时将三个栅板4依次置入相邻的锂离子电容器单体2之间，下端与底框1内的定位板1.1卡接，将相邻的锂离子电容器单体2隔开。

3、盖上中框6，中框6底部的定位槽6.1与栅板4顶部的卡固条4.2卡固，中框6与底框1之间通过四个螺钉固定，其中，如果底框1的材料是塑料，那么螺钉固定于金属材质的镶嵌螺母中；如果底框1的材料是金属，那么螺钉直接固定于带螺纹的部位即可。中框6盖上后，锂离子电容器单体2的正负极端子从中框6露出，并被全部隔开。中框6的固定柱6.4上标示有正负极，即为模组的正负极。

4、将串联母排7的套接孔7.1套接在相邻的两个锂离子电容器单体2的电极端子上，使相邻两个锂离子电容器单体2得到串联，由于中框6上预先设置了隔板6.2，因此只要根据隔板6.2隔离的空间即可确定串联母排7的连接位置（比如位于中框6固定柱6.4一侧作为模组正负极的两个端子被隔板6.2单独隔开，是不需要连接串联母排7的，因此本实施例总共需要三个串联母排7）。

5、将正、负极输出母排10、11的一端套接到模组的正负极端子上（覆盖相应的电极连接片8上），另一端通过螺钉和螺母配合紧固在中框6的固定柱6.4上。

6、将电极连接片8一端的连接孔8.1进一步套接在锂离子电容器单体2的电极端子上（本实施例总共五个电极连接片8，电极端子上有串联母排7的，压在串联母排7上，且同个串联母排7上设置一个电极连接片8即可）。电极连接片8另一端的固定孔8.2与BMS板12共同通过自攻螺丝固定在中框6上。

以上套接在电极端子上的串联母排7、电极连接片8的一端以及正、负极输出母排10、11的一端均通过六角法兰螺母紧固。

7、盖上盖板13，盖板13与中框6之间通过卡扣式连接固定。

8、端子盖板9通过卡扣式连接扣在盖板13的端子孔13.1上，端子盖板9的侧面设置有卡扣块9.1，与开设在端子孔13.1侧边的卡扣孔13.2卡扣。

9、将两个加强钣5通过定位框1.2定位到底框1的相应位置，并通过四个螺丝紧固。

以上步骤顺序可根据实际操作进行一定调整。

Claims (10)

1.一种锂离子电容器模组，其特征在于：包括顶部敞开的底框、依次覆盖于底框顶部的中框和盖板、容纳并固定于底框内由若干个锂离子电容器单体并排形成的锂离子电容器组和设置在相邻锂离子电容器单体之间的栅板；

所述锂离子电容器单体位于同一侧的电极按正、负极间隔排列，其电极端子从中框顶部露出，串联母排通过连接位于同一侧的正负极端子使相邻锂离子电容器单体串联连接；

所述锂离子电容器单体的电极端子通过相应的电极连接片连接设置于中框上的BMS板；

该模组还设置有正极输出母排和负极输出母排，一端连接锂离子电容器组的正、负极，另一端固定于中框上，形成锂离子电容器模组的正负极端子；

所述盖板上开设有两个端子孔，端子孔上罩设有端子盖板；

所述底框的侧壁设置有空气冷却通道；

所述中框上设置有泄压部位。

2.根据权利要求1所述锂离子电容器模组，其特征在于：所述底框的底部内侧设置有用于定位锂离子电容器单体和栅板的定位板。

3.根据权利要求2所述锂离子电容器模组，其特征在于：所述栅板底部设置有可卡固于定位板上的卡固槽。

4.根据权利要求1所述锂离子电容器模组，其特征在于：所述每个锂离子电容器单体底部均贴覆有弹性硅胶垫。

5.根据权利要求1所述锂离子电容器模组，其特征在于：所述底框的外周设置有加强钣，加强钣通过底框两头的定位框与底框定位固定。

6.根据权利要求1所述锂离子电容器模组，其特征在于：所述底框的空气冷却通道为设置于底框左右两侧的若干通风孔。

7.根据权利要求1所述锂离子电容器模组，其特征在于：所述栅板的顶部设置有卡固条，所述中框的底部设有供卡固条卡入固定的定位槽。

8.根据权利要求1所述锂离子电容器模组，其特征在于：所述中框上设置有用于辨识串联母排安装位置的隔板。

9.根据权利要求1所述锂离子电容器模组，其特征在于：所述底框与中框之间、串联母排与锂离子电容器单体的电极端子之间、电极连接片与锂离子电容器单体的电极端子之间、正负极输出母排与电极连接片以及锂离子电容器单体的电极端子之间、电极连接片与BMS板之间、正负极输出母排与中框之间均采用螺纹固定。

10.根据权利要求1所述锂离子电容器模组，其特征在于：所述中框上设置的泄压部位为设置于中框前后两侧的泄压孔。