CN209401490U - 一种超级电容器模块的串并连接结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于一种超级电容器模块的串并连接结构，其特征在于，连接件包括位于连接件一端的第一盲孔、位于连接件另一端的第二盲孔，第一盲孔的内径与超级电容器单体一待连接极柱的外径适配，第一盲孔的顶部端面设有凸台结构顶部限位，与超级电容器单体一待连接极柱过盈配合；第二盲孔的中心线上设有螺钉安装的通孔，与超级电容器单体另一待连接极柱过盈配合；连接件的第一盲孔和第二盲孔上方分别通过螺钉叠加齿形锁紧垫圈加压。本实用新型大幅改善超级电容器使用过程中因接触不良而产生的发热和解决各个超级电容器单体电压值的离散导致的一系列问题。

Description

一种超级电容器模块的串并连接结构

[技术领域]

本实用新型属于电化学储能元器件领域，具体涉及一种超级电容器的串并连接方法，但不限于其它结构、其它储能元器件或装置的串并连接方法。

[背景技术]

超级电容器是一种新型储能装置，其具有充电时间快、使用温度范围高、节能环保等特点，尤其是充放电功率高的特性，具有不可替代性，因此超级电容器的串并连接方法直接影响了其大电流的充放电能力和使用安全。

超级电容器模块是由一定数量的双电层超级电容器或者锂离子超级电容器单体，用单一简单的结构件连接，无论是传统的螺栓还是过盈连接方法，在长期的使用过程中，连接件容易松动或脱开，造成断路或者接触不良，影响超级电容器的功能和安全；

另外，其它连接方式，如激光焊接方法存在如下几个问题：

1、为满足超级电容器的大电流充放电能力，串并连接超级器的连接件的截面积较大(即连接件的厚度较厚)，从而要求焊接的激光器功率极高甚至无法满足焊接需求；

2、激光焊接要求超级电容器和连接件的接触面，充分接触，否则无法保证焊接的熔深和焊接质量；而且超级电容器需要焊接的结合面为铝或铝合金材质，空气中的铝或铝合金极易形成致密的不导电的铝氧化膜，生成的铝氧化膜易使激光焊接产生气孔及焊接缺陷；

3、现有的激光焊接检验方法，在无法确定结合面间隙大小和氧化铝膜的前提下，无法有效排查焊接缺陷，即激光焊接无法做到100％连接可靠。

因此现有的连接方式存在缺陷，需要改进。

[发明内容]

本实用新型的目的是：对现有超级电容器模块中普遍存在的连接件松脱、接触不良、连接阻值偏高、阻值不一致、激光焊接载流较小的问题，提供通过结构改进设计使其在使用中的可靠性和一致性大幅提高的一种超级电容器的串并连接方法。

为实现上述目的，本实用新型采用以下设计方案：

一种超级电容器模块的串并连接结构，包括：至少二个超级电容器单体、至少一个连接件，所述超级电容器单体包含一金属外壳以及固定在该金属外壳上的一带有内螺纹的正极柱和一带有内螺纹的负极柱，连接件串联或并联连接两个超级电容器单体；其特征在于，所述连接件包括位于连接件一端的第一盲孔、位于连接件另一端的第二盲孔，

第一盲孔的内径与超级电容器单体一待连接极柱的外径适配，第一盲孔的顶部端面设有凸台结构顶部限位，与超级电容器单体一待连接极柱过盈配合；

第二盲孔的中心线上设有螺钉安装的通孔，与超级电容器单体另一待连接极柱过盈配合；

连接件的第一盲孔与所述超级电容器单体一待连接极柱侧面过盈配合，盲孔凸台结构刺入所述超级电容器单体一极柱端面，达到破坏结合面铝氧化膜，额外增加极柱端面的接触连接，,最终实现结合面接触内阻的稳定，阻止铝氧化膜的生成，该形式不限于顶尖或压花或其他形式的凸台结构位于超级电容器单体的极柱端面。

连接件的第二盲孔端面的另一面采用激光焊接加强固定或采用螺钉与齿型锁紧垫圈配合，分别置于所述连接件的一通孔内，用于压力压入所述连接件与所述超级电容器单体一极柱侧面的过盈配合，所述螺钉与所述齿型锁紧垫圈对所述连接件的锁固方式，有效控制了载流结合面的间隙，及传统压紧机构卸荷瞬间的间隙回弹，以此保证后续激光焊接前，载流结合面间隙的稳定以及影响焊接的铝氧化膜的生成，该形式不限于除螺纹锁固外的其它压紧方法；

连接件的第二盲孔端面的另一面采用激光焊接加强固定。所述激光焊接位置位于所述连接件的一盲孔端面的另一面，该处属于薄壁结构，只需要较小的激光器功率，就能达到激光穿透焊接的效果，同时激光焊接的作用能有效预防螺纹或过盈连接方法，在长期的使用过程中，连接件的松动或脱开，更能预防因为松脱致使结合面产生间隙而生成影响导电性能的铝氧化膜；

连接件中的连接件凸台与超级电容单体极柱在同一平面，当较多数量的超级电容器进行成组的时候，水平X、Y方向呈360°自由转动。

超级电容器单体极柱和连接件结合面的凸台截面的结构采用三角形或方形或圆形或顶尖或压花形状。

本实用新型通过一种特殊设计的结构将各个超级电容器单体进行可靠连接，将串并连接产生的接触不良(连接阻值)降至极低，且各个超级电容器的串并连接的接触值(连接阻值)更加一致，进而大幅改善超级电容器使用过程中因接触不良而产生的发热和解决各个超级电容器单体电压值的离散导致的一系列问题。本实用新型具有以下优点和积极效果：

1)本实用新型通过简单的顶尖或压花或其他形式的凸台结构，有效破坏了导电接触面的铝氧化膜，大幅降低了连接阻值；

2)本实用新型通过在原有过盈配合的基础上，额外增加了极柱端面的接触连接，大幅增加了载流面积，改善了超级电容器模块的大电流充放电能力；

3)本实用新型通过优化的激光焊接结构，有效兼顾了激光焊接的经济性和焊接稳定性；同时通过激光焊接的作用，保障了过盈配合和极柱端面的接触连接的抗振性及其连接阻值；

4)本实用新型通过优化的连接方法，保障了超级电容器模块中各超级电容器单体的外部连接阻值的一致性，保障了超级电容器模块的可靠性。

[附图说明]

图1为本实用新型的超级电容器模块的串并连接主视图。

图2为本实用新型的超级电容器模块的串并连接立体图。

图3为本实用新型的超级电容器模块的串并连接方法的工艺流程示意图。

图4是本实用新型的超级电容器模块的连接件的不同凸台结构。

图5是极柱端面的接触连接结构示意图。

图6是另一种工艺路线装配爆炸图。

图中标记说明：1一超级电容器单体，2连接件，3超级电容器单体待连接极柱，4连接件盲孔，5盲孔凸台结构，6激光焊接轨迹、7超级电容器单体极柱内螺纹、8螺钉9齿型锁紧垫圈、10额外增加极柱端面载流面、11过盈载流面、12激光焊接熔深、13薄壁结构(利于激光穿透)。

[具体实施方式]

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步说明。

参考图1，超级电容器模块的串并连接方法只需要很少的零件、辅以较小的激光器功率，就可大幅改善连接的可靠性及连接的差异性；其中零件及特征包括：超级电容器单体1、连接件2、超级电容器单体极柱3、连接件盲孔4连接件凸台5、激光焊接轨迹6、超级电容器单体极柱内螺纹7等部分组成。

参考图2，超级电容器模块的串并连接方法的工艺流程示意图：1)将连接件需要过盈的盲孔与超级电容器单体的极柱对齐，并施以一定的压力；2)连接件与超级电容器单体的极柱压力压入过盈装配后，顶尖或压花或其他形式的凸台结构破坏结合面的铝氧化膜，保持压力并维持一定的时间；3A)将超级电容器极柱外侧的压力进行释放、中心位置的压力继续保压；4A)将超级电容器极柱中心位置的压力继续保压的同时，在被破坏氧化膜的结合面的正上方，施以激光焊接；5A)最终将超级电容器极柱中心位置的压力进行释放，得到泄压后状态。或：3B)将超级电容器极柱外侧的压力继续保压、中心位置的压力进行释放，然后用螺钉和齿形锁紧垫圈对连接件进行锁固；4B)将超级电容器极柱外侧的压力进行释放，然后在被破坏氧化膜的结合面的正上方，施以激光焊接；5B)最终状态，螺钉和齿形锁紧螺母垫圈可以卸载，亦可保留。

参考图3，超级电容器单体极柱和连接件结合面的凸台截面的结构包括：三角形、方形、圆形、顶尖等各种形状。

本实用新型的一种超级电容器模块的串并连接方法，和现有的串并连接方法相比，将外部连接阻值降到极低及各个连接点的阻值一致性更高、大电流充放电能力更大、抗震性更好、连接发热更小、安全性更好、故障率更低。

最后需要说明的是，本实用新型也适用于锂离子电容器、二次电池和传统电容器等生产制造领域。

实施例二

当较多数量的超级电容器进行成组的时候，水平X、Y方向必然会受到结构的的自由度上不会被定向限制，有利于批量规模生产。

Claims (6)

1.一种超级电容器模块的串并连接结构，包括：至少二个超级电容器单体(1)、至少一个连接件(2)，所述超级电容器单体包含一金属外壳以及固定在该金属外壳上的一带有内螺纹的正极柱和一带有内螺纹的负极柱，连接件(2)串联或并联连接两个超级电容器单体(1)；其特征在于，所述连接件(2)包括位于连接件一端的第一盲孔、位于连接件另一端的第二盲孔，

第一盲孔的内径与超级电容器单体一待连接极柱的外径适配，第一盲孔的顶部端面设有凸台结构顶部限位，与超级电容器单体一待连接极柱过盈配合；

第二盲孔的中心线上设有螺钉安装的通孔，与超级电容器单体另一待连接极柱过盈配合。

2.如权利要求1所述的一种超级电容器模块的串并连接结构，其特征在于，所述连接件(2)的第一盲孔与所述超级电容器单体一待连接极柱侧面过盈配合，盲孔凸台结构刺入所述超级电容器单体一极柱端面，破坏结合面铝氧化膜，额外增加极柱端面的接触连接。

3.如权利要求1所述的一种超级电容器模块的串并连接结构，其特征在于，连接件的第二盲孔端面的另一面采用激光焊接加强固定。

4.如权利要求1所述的一种超级电容器模块的串并连接结构，其特征在于，螺钉与齿形锁紧垫圈配合，置于连接件(2)的第二盲孔内。

5.如权利要求1所述的一种超级电容器模块的串并连接结构，其特征在于，连接件中的连接件凸台(5)与超级电容单体极柱(3)在同一平面，当较多数量的超级电容器进行成组的时候，水平X、Y方向呈360°自由转动。

6.如权利要求1所述的一种超级电容器模块的串并连接结构，其特征在于，超级电容器单体极柱和连接件结合面的凸台截面的结构采用三角形或方形或圆形或顶尖或压花形状。