CN111326346B - 一种圆柱形超级电容模组结构及其成组方法 - Google Patents

Abstract

一种圆柱形超级电容模组结构及其成组方法，其包括电容串并联模块（4），所述电容串并联模块（4）包括呈多层多排固定在支架（41）上的多个电容并联组件（42、43），所述电容并联组件包括多个并列设置的电容单体（9），且各电容单体的正极极柱连接固定在正极汇流母排（423）上，各电容单体的负极极柱连接固定在负极汇流母排（424）上，所述正极汇流母排和负极汇流母排的两端相对弯折形成连接部；所述支架在多个所述电容并联组件的两端对称设置，所述支架上设置第一电气连接孔（412）；所述正、负极汇流母排的连接部的一端与所述支架固定连接，所述连接端的另一端露出所述支架的第一电气连接孔。本发明组装简单，维护方便，适应性广。

Description

一种圆柱形超级电容模组结构及其成组方法

技术领域

本发明涉及超级电容模组结构，特别是一种圆柱形超级电容模组结构及其成组方法。

背景技术

超级电容作为储能元件，因能承受较大的充电电流，缩短充电时间，且单位体积能量密度大、绿色环保等优势，逐渐在轨道交通车辆得到了运用。

目前超级电容单体外形主要有方形和圆柱形结构。方形单体的正/负极柱都在顶部，有螺栓连接和焊接连接两种方式，整个***设计中，一般采用多个单体上下多层布置方式，导致对下层单体维护检修困难。圆柱形单体的正/负极柱在两端，有螺栓连接和焊接连接两种方式，圆柱形单体超级电容成组后的模组基本为单层超级电容独立成组，使用时多个圆柱形超级电容模组上、下堆叠构成多层结构，特别不利于下层模组的维护检修，且需要单个模组整体焊接后，再整体组装。这种组装方式不仅对焊接、加工工艺精度要求高，且模组整体重量重，存在组装不方便的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有轨道车辆中超级电容难组装、不方便维护的不足，提供一种易组装、易维护的圆柱形超级电容模组结构及其成组方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种圆柱形超级电容模组结构，其包括固定组件，所述固定组件包括连接成一体的底板、侧板及顶板，且所述固定组件内固定安装电容串并联模块，其中：

所述电容串并联模块包括呈多层多排固定在支架上的多个电容并联组件，所述电容并联组件包括多个并列设置的电容单体，且各电容单体的正极极柱连接固定在正极汇流母排上，各电容单体的负极极柱连接固定在负极汇流母排上，所述正极汇流母排和负极汇流母排的两端相对弯折形成连接部；

所述支架在多个所述电容并联组件的两端对称设置，所述支架上设置第一电气连接孔；

所述正、负极汇流母排的连接部的一端与所述支架固定连接，所述连接端的另一端露出所述支架的第一电气连接孔。

本发明通过将多个电容单体的正极极柱通过正极汇流母排焊接在一起，负极极柱通过负极汇流母排焊接在一起，形成模块化电容并联组件，从而降低了连接导体与电容单体连接的加工难度，减少了单个部件的重量，便于组装和维护检修；并进一步将多个电容并联组件通过支架按多层多排结构固定成一体，使各电容并联组件的重量传递到支架上，并在支架上设置第一电气连接孔，使各电容并联组件的连接端从支架的第一电气连接孔中露出以方便电气连接，并可通过相邻电容并联组件的电连接就能固定电容并联组件，实现了在紧固件数量减少状况下的电容串并联模块的快速组装。

另外，本发明根据需要在电容串并联模块内按多层多排布置电容并联组件，使一个超级电容模组内容置多个电容并联组件，可尽量避免使用时超级电容模组的上、下叠置，方便下层电容并联组件的维护，且能减少超级电容模组使用时的组装时间。为使组装工艺简单，减少紧固螺栓的数量，所述电容串并联模块置于所述底板上，所述侧板在所述电容串并联模块的两侧对称安装，多根长拉杆依次穿过所述底板、侧板及顶板，将所述底板、侧板及顶板串成一体，且所述长拉杆的一端与所述底板锁固，另一端用紧固件紧固，使所述底板、侧板、电容串并联模块和顶板固定成一体。

为避免电容串并联模块在固定组件中晃动，所述侧板的内侧面设置用于对所述电容串并联模块限位的第一限位结构，使电容串并联模块中的电容单体定位，不会出现前后左右晃动的状况。

优选地，所述第一限位机构为与所述电容单体的外圆柱面匹配的圆弧面，通过侧板的圆弧面与电容单体的外圆柱面配合实现定位。

为方便与外部电路连接，顶层电容并联组件上设置便于与外部电路连接的总电气连接件，且所述总电气连接件伸出所述固定组件。

优选地，顶层电容并联组件的顶部设置便于与外部电路连接的总电气连接件，所述固定组件的顶板上设置第一出线孔，所述总电气连接件伸出所述第一出线孔。

优选地，所述支架的内侧设置便于走线的凹槽。

优选地，所述固定组件内安装均衡单元，且所述顶板上设有方便所述均衡单元出线的第二出线孔。

优选地，所述底板上设置第一通风孔，所述顶板上设置第二通风孔，所述第一通风孔经所述电容串并联组件连通所述第二通风孔形成散热通道。

优选地，所述电容单体为圆柱形超级电容单体。

为解决上述技术问题，本发明还提供了所述圆柱形超级电容模组结构的成组方法，其包括：

步骤1：将多个电容单体的正极极柱焊接在正极汇流母排上，负极极柱焊接在负极汇流母排上形成电容并联组件；

步骤2：将多个电容并联组件按多层多排结构依次固定安装到支架上，保证各电容并联组件的连接端的第二电气连接孔从所述支架的第一电气连接孔中露出，形成电容串并联模块；

步骤3：将长拉杆的一端穿过底板，并使长拉杆上的定位块与底板上的止挡凹槽形成限位；

步骤4：将电容串并联模块置于底板上；

步骤5：将两侧板分别穿过长拉杆，并使两侧板内侧的圆弧面卡入电容串并联模块的电容单体之间对电容串并联模块限位；

步骤6：将顶板穿过长拉杆，并与侧板的顶部接触，且电容串并联模块上的总电气连接件经第一出线孔伸出顶板；

步骤7：将拉手组装穿过长拉杆，并使拉手组装置放在顶板上；

步骤8：用紧固件将长拉杆的螺纹端紧固，使底板、侧板、顶板、拉手组装及电容串并联模块固定在一起形成模块化的超级电容模组，并将多层多排电容并联组件依次电连接后由顶层电容并联组件的总电气连接件输出。

所述圆柱形超级电容模组结构的成组方法还包括：

步骤9：用紧固件将底板与侧板紧固在一起；

步骤10：用紧固件将顶板与侧板紧固在一起；

步骤11：用紧固件将均衡单元紧固在顶板和底板上；

步骤12：用紧固件将活动盖板紧固在顶板和底板上。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1）将整体的串并联电容单体分解成多个单个电容并联组件；电容并联组件将多个电容单体通过正、负极汇流母排焊接在一起，降低了连接导体与电容单体连接的加工难度，减少了单个部件的重量，便于组装和维护检修，还可进一步利用正、负极汇流母排的连接端与支架固定连接，实现电容并联组件的固定，同时可利用连接端实现相邻电容并联组件的电连接；

2）利用长拉杆将超级电容模组的各部件紧固成一体，简化了组装步骤，节省了组装时间；

3）模组底板、侧板、顶板、活动盖板均采用复合绝缘材料，提高模组的绝缘性能和检修维护的安全性；

4）电容串并联模块支架采用复合绝缘材料，满足电气绝缘性能要求；

5）电容单体的串并联数易组合，尺寸易调整；

6）有利于根据***要求调整电容并联组件中并联电容的数量以及电容并联组件的层数，达到快速适应不同***的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明圆柱形超级电容模组结构一实施例的立体结构示意图；

图2为图1拆掉侧板的立体结构示意图；

图3为底板俯视立体结构示意图；

图4为底板仰视立体结构示意图；

图5为侧板的立体结构示意图；

图6为顶板的俯视立体结构示意图；

图7为顶板的仰视立体结构示意图；

图8为电容串并联模块的立体结构示意图；

图9为电容串并联模块的***结构示意图；

图10为支架的立体结构示意图；

图11为电容并联组件的立体结构示意图；

图12为顶层的电容并联组件的立体结构示意图；

图13为长拉杆结构示意图；

图14为均衡单元结构示意图；

图15为活动盖板的结构示意图；

图16为拉手组装的结构示意图；

图17为拉手组装的安装块结构示意图。

图18为拉手组装的拉手结构示意图。

图中：1、底板；11、通孔；12、第一通风孔；13、加强筋；14、螺纹孔；15、螺纹孔；16、通孔；17、止挡凹槽、18、；

2、侧板；21、通孔；22、圆弧面；23、螺纹孔；24、加强筋；

3、顶板；31、通孔；32、凹槽；33、第二通风孔；34、第一出线孔；35、螺纹孔；36、螺纹孔；37、通孔；38、第二出线孔；

4、电容串并联模块；41、支架；42、43、电容并联组件；

411、安装孔；412、第一电气连接孔；413、凹槽；

421、螺纹孔；422、凸边；423、正极汇流母排；424、负极汇流母排；425、第二电气连接孔；

431、螺纹孔；432、凸边；433总电气连接件；

5、长拉杆；51、螺纹；52、光杆；53、定位块；

6、均衡单元；61、通孔；

7、活动盖板；71、通孔；72、加强筋；

8、拉手组装；81、安装块；82、拉手；811、812、通孔；821、转轴；822、提手；

9、电容单体；10、紧固件。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

为了便于描述，各部件的相对位置关系（如：上、下、左、右等）的描述均是根据说明书附图的布图方向来进行描述的，并不对本专利的结构起限定作用。

实施例1：

如图1-图18所示，本发明圆柱形超级电容模组结构一实施例包括底板1、侧板2、顶板3、电容串并联模块4、长拉杆5、均衡单元6、活动盖板7、拉手组装8，其中底板1、侧板2、顶板3、活动盖板7、电容串并联模块4中的支架41均采用复合绝缘材料，底板1、侧板2、顶板3通过长拉杆5连接成固定组件，固定组件内固定安装电容串并联模块4和均衡单元6，活动盖板7通过紧固件固定安装在固定组件的左、右两侧。

底板1位于固定组件的底部。如图3、图4所示，底板1主要包括：通孔11、第一通风孔12、绝缘边13、螺纹孔14、螺纹孔15、通孔16、止挡凹槽17，通孔11用于穿置长拉杆5；第一通风孔12用于电容串并联模块4的散热；绝缘边13用于增大爬电距离、满足***最高电压时的绝缘性能要求；螺纹孔14用于安装均衡单元6；螺纹孔15用于安装两侧的活动盖板7；通孔16用于侧板2紧固；止挡凹槽17用于对长拉杆5进行限位。

侧板2在固定组件的两侧对称安装。如图5所示，侧板2主要包括：通孔21、圆弧面22、螺纹孔23、加强筋24。其中，通孔21用于放置长拉杆5；圆弧面22用于电容串并联模块4的限位；螺纹孔23用于与底板1以及顶板3的连接和紧固；加强筋24用于增加侧板2的结构钢度。

顶板3位于固定组件的顶部。如图6、图7所示，顶板3主要包括：通孔31、凹槽32、第二通风孔33、第一出线孔34、螺纹孔35、螺纹孔36、通孔37、第二出线孔38。其中，通孔31用于放置长拉杆5；凹槽32用于放置电容串并联模块4；第二通风孔33经电容串并联模块4与第一通风孔18相连通，让固定组件内形成自下而上的散热通道；第一出线孔34用于电容串并联组件的总电气连接件433的出线；螺纹孔35用于安装活动盖板7；螺纹孔36用于安装均衡单元6；通孔37用于侧板2的连接和固定；第二出线孔38用于均衡单元6出线。

电容串并联模块4置于本发明固定组件内，并置于底板1上。如图8、图9所示，电容串并联模块4主要包括：支架41、电容并联组件42、电容并联组件43。其中：

如图10，所示支架41主要包括：通孔411、方便电气连接的第一电气连接孔412和便于布线的凹槽413；

如图11所示，电容并联组件42包括多个并列设置的电容单体9，且各电容单体9的正极极柱连接固定在正极汇流母排423上，各电容单体9的负极极柱连接固定在负极汇流母排424上，所述正极汇流母排423和负极汇流母排424的两端相对弯折形成连接部。连接部上设置螺纹孔421和第二电连接孔425。正极汇流母排423和负极汇流母排424的两侧分别设置凸边422，以增强正极汇流母排423和负极汇流母排424的结构强度。

如图12所示，电容并联组件43的大致结构与电容并联组件42的结构相同，不同之处仅在于：电容并联组件43安装于顶层，且其顶部设有总电气连接件433；

本发明超级电容模组装配后，支架41上的通孔411与电容并联组件42、43上的螺纹孔421、431同轴，用紧固件将两者连接成一个整体，就可将电容并联组件42、43固定安装在支架41上；通过支架41上的第一电气连接孔412露出电容并联组件42、43上的第二电气连接孔425，以方便各电容并联组件的电连接；支架41上的凹槽413便于布线，而实现上、下电容并联组件42、43的电连接；总电气连接件433伸出顶板3的第一出线孔34，以方便与外部电路连接。

如图13所示，长拉杆5主要包括：位于一端的螺纹51、位于中部的光杆52、位于底部的定位块53。4根长拉杆5依次穿过所述底板1的通孔11、侧板2的通孔21、顶板3的通孔31及拉手组装8，将所述底板1、侧板2、顶板3及拉手组装8串成一体，且所述长拉杆5的螺纹51用紧固件紧固，使所述底板1、侧板2、电容串并联模块4和顶板3固定在一起，形成模块化的超级电容模组。

如图14所示，均衡单元6自身设有通孔61，利用紧固件将均衡单元6的通孔61与底板1的通孔14、顶板3的螺纹孔36连接，可将均衡单元6固定安装在固定组件上，且均衡单元6的出线通过顶板3上的第二出线孔34引出。

如图15所示，活动盖板7上设有：通孔71、加强筋72，利用紧固件将活动盖板7的通孔71与顶板3上的螺纹孔35、底板1上的螺纹孔15连接，可将活动盖板7固定安装在固定组件上。

如图16-18所示，拉手组装8包括：安装块81、拉手82。其中，安装块81包括通孔811、通孔812；拉手82包括转轴821、提手822。安装块81上的通孔812用于铰接拉手82上的转轴821，使拉手82的转轴821在安装块81的通孔812中可旋转，从而实现拉手高度的调整。

本发明超级电容模组结构实施例一的成组方法包括：

步骤1：将电容单体一字排列，并将正极极柱焊接在正极汇流母排423上，负极极柱焊接在负极汇流母排424上形成电容并联组件42或电容并联组件43；

步骤2：将两侧支架41与电容并联组件42、43进行拼装：将电容并联组件42上的螺纹孔421和电容并联组件43上的螺纹孔431分别与左右两侧支架41的通孔411同轴对齐，通过紧固件将两侧支架41与电容并联组件42上的螺纹孔421、电容并联组件43上的螺纹孔431连接，达到把电容并联组件42、电容并联组件43夹紧在左右两侧支架41上的目的，完成电容串并联模组4安装；

步骤3：将4根长拉杆5穿过底板1上的通孔11，使长拉杆5上的定位块53与底板1上的止挡凹槽17形成限位；

步骤4：将电容串并联模组4放置在底板1上；

步骤5：将2块侧板2上的通孔21穿入长拉杆5，并使2块侧板2的底部与底板1接触；侧板2上的圆弧面22将电容并联组件42、43的电容单体9卡固限位；

步骤6：将顶板3上的通孔31穿入长拉杆5，并使顶板3与侧板2的顶部接触；将顶板3对称放置在电容串并联模组4上，顶层的电容并联组件43的总电气连接块436突出顶板3上的第一出线孔34，方便电气连接；

步骤7：将拉手组装8上的通孔81穿入长拉杆5，并使拉手组装8的安装块81与顶板3接触；

步骤8：用紧固件将拉手组装8与长拉杆5进行紧固，使底板1、侧板2、顶板3、拉手组装8及电容串并联模块4固定在一起形成模块化的超级电容模组，并将多层多排电容并联组件依次电连接后由顶层电容并联组件43的总电气连接件433输出；

步骤9：用紧固件将底板1上的通孔16与侧板2上的螺纹孔23进行紧固；

步骤10：用紧固件将顶板3上的通孔37与侧板2上的螺纹孔23进行紧固；

步骤11：用紧固件将均衡单元6，通过通孔61与顶板3上的螺纹孔36和底板1上的螺纹孔15进行紧固；

步骤12：用紧固件将活动盖板7上的通孔71与顶板3上的螺纹孔35和底板1上的螺纹孔15进行紧固，即完成本发明超级电容串并联模块的总装配。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种圆柱形超级电容模组结构，包括固定组件，所述固定组件包括连接成一体的底板（1）、侧板（2）及顶板（3），且所述固定组件内固定安装电容串并联模块（4），其特征在于：

所述电容串并联模块（4）包括呈多层多排固定在两个支架（41）上的多个电容并联组件（42），所述电容并联组件包括多个呈一字排列的电容单体（9），且各电容单体的正极极柱连接固定在正极汇流母排（423）上，各电容单体的负极极柱连接固定在负极汇流母排（424）上，所述正极汇流母排和负极汇流母排的两端相对弯折形成连接部；

所述两个支架在多个所述电容并联组件的两端对称设置，且所述支架上设置第一电气连接孔（412）；

所述正、负极汇流母排的连接部的一端与所述支架固定连接，所述连接部的另一端露出所述支架的第一电气连接孔。

2.根据权利要求1所述的一种圆柱形超级电容模组结构，其特征在于，所述电容串并联模块置于所述底板上，所述侧板在所述电容串并联模块的两侧对称安装，多根长拉杆（5）依次穿过所述底板、侧板及顶板，将所述底板、侧板及顶板串成一体，且所述长拉杆的一端与所述底板锁固，另一端用紧固件紧固，使所述底板、侧板、电容串并联模块和顶板固定成一体。

3.根据权利要求1所述的一种圆柱形超级电容模组结构，其特征在于，所述侧板的内侧面设置用于对所述电容串并联模块限位的第一限位结构。

4.根据权利要求3所述的一种圆柱形超级电容模组结构，其特征在于，所述第一限位机构为与所述电容单体的外圆柱面匹配的圆弧面（22）。

5.根据权利要求1所述的一种圆柱形超级电容模组结构，其特征在于，所述电容并联组件依次串联，顶层电容并联组件（43）上设置便于与外部电路连接的总电气连接件（433），且所述总电气连接件伸出所述固定组件。

6.根据权利要求1所述的一种圆柱形超级电容模组结构，其特征在于，顶层电容并联组件的顶部设置便于与外部电路连接的总电气连接件（433），所述固定组件的顶板上设置第一出线孔（34），所述总电气连接件伸出所述第一出线孔。

7.根据权利要求1所述的一种圆柱形超级电容模组结构，其特征在于，所述固定组件内安装均衡单元（6），且所述顶板上设有方便所述均衡单元出线的第二出线孔（38）。

8.根据权利要求1所述的一种圆柱形超级电容模组结构，其特征在于，所述支架的内侧设置便于走线的凹槽（413）。

9.一种权利要求1-8中任一项所述圆柱形超级电容模组结构的成组方法，其特征在于包括：

步骤1：将多个电容单体（9）的正极极柱焊接在正极汇流母排上，负极极柱焊接在负极汇流母排上形成电容并联组件（42）；

步骤2：将多个电容并联组件按多层多排结构依次固定安装到支架（41）上，保证各电容并联组件的连接部的第二电气连接孔从所述支架的第一电气连接孔中露出，形成电容串并联模块（4）；

步骤3：将长拉杆（5）的一端穿过底板（1），并使长拉杆上的定位块（53）与底板上的止挡凹槽（17）形成限位；

步骤4：将电容串并联模块（4）置于底板（1）上；

步骤5：将两侧板（2）分别穿过长拉杆，并使两侧板内侧的圆弧面卡入电容串并联模块（4）的电容单体之间对电容串并联模块（4）限位；

步骤6：将顶板（3）穿过长拉杆，并与侧板的顶部接触，且电容串并联模块上的总电气连接件（433）经第一出线孔（34）伸出顶板；

步骤7：将拉手组装（8）穿过长拉杆，并使拉手组装置放在顶板上；

步骤8：用紧固件将长拉杆的螺纹端紧固，使底板、侧板、顶板、拉手组装及电容串并联模块固定在一起形成模块化的超级电容模组。

10.根据权利要求9所述的圆柱形超级电容模组结构的成组方法，其特征在于还包括：

步骤9：用紧固件将底板（1）与侧板（2）紧固在一起；

步骤10：用紧固件将顶板（3）与侧板（2）紧固在一起；

步骤11：用紧固件将均衡单元（6）紧固在顶板（3）和底板（1）上；

步骤12：用紧固件将活动盖板（7）紧固在顶板（3）和底板（1）上。

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