一种结合散热和灭火功能的非密封性超级电容模组的制作方法

本发明属于电容器，具体涉及一种结合散热和灭火功能的非密封性超级电容模组。

背景技术：

1、超级电容器（又称双电层电容器）是介于传统物理电容器与电化学充电电池之间的新型储能器件，依靠电极界面双电层实现可逆储能，充放电过程无化学反应，具备高功率密度、毫秒级快充快放、百万次超长循环寿命、宽温域工作等突出优势，现已广泛应用于轨道交通启动、工商业储能、工程机械启停、新能源并网调频等场景。

2、超级电容模组由多颗超级电容单体经串并联集成安装于箱体内部构成，单体在高倍率持续充放电工况下会持续产生焦耳热，热量堆积将引发单体内部电解液挥发、内压升高，极端工况下出现热失控、喷液甚至起火燃烧，因此模组热管理与消防安全设计是保障设备长期稳定运行的核心环节。当前行业内超级电容模组箱体主要分为全密封封闭式与开孔非密封式两类结构，两类方案在散热、防火层面均存在固有技术短板：

3、其一，封闭式超级电容模组整体密闭，箱体仅依靠导热片、内置液冷板等固体导热结构向外传递热量，模组内部空气流通性差，高负载运行时热量易在单体间隙聚集，模组整体温升大、温度均匀性差，长期高温会加速单体老化、缩短使用寿命。若内置灭火贴、灭火绳等被动灭火构件，密闭空间虽能留存灭火剂、抑制火势，但无法解决常态散热不足的基础问题，仅适用于低功率间歇工作场景，难以匹配大功率持续充放电工况需求。

4、其二，非密封式超级电容模组箱体侧壁开设大量散热孔，箱体内部与外界大气直接对流换热，常态散热效率高，可有效避免内部热量堆积，适配机房、洁净储能舱等持续大功率运行场景。但该结构存在难以调和的消防安全缺陷，即现有非密封模组仅单纯依靠散热孔自然通风，当单体因过压、短路发生热失控起火时，外界氧气会持续通过散热孔涌入模组内部，持续助燃，即便模组内部预先布置全氟己酮灭火贴、灭火绳等被动灭火组件，灭火剂释放后也会快速随对流气流从散热孔向外扩散稀释，无法在起火区域维持有效灭火浓度，灭火起效慢、复燃风险高，火情极易快速扩散至周边全部单体，存在重大设备安全隐患。

5、专利公开号cn104752066a公开一种带绝缘导热片散热的封闭型超级电容模组，依靠护板与导热片实现单体热传导缓冲。但是其仅能小幅降低局部摩擦损耗，无法改善封闭箱体内部空气滞热问题，大功率工况下散热缺陷显著。

6、专利公开号cn120565299a公开一种风冷散热超级电容储能包，通过交错导热隔片与真空泵提升换热均匀性，但全程保持箱体敞开对流状态，未设置火情时的气流隔断结构，完全未兼顾火灾抑制需求。

7、为平衡散热与防火需求，部分现有方案尝试在模组内部增设独立灭火腔体、外置气体灭火管路，但此类结构灭火腔体与散热风道相互独立，箱体结构复杂、体积占用大、装配成本高；而且灭火系统与散热系统无联动控制逻辑，仅能采集少数单体表面温度，无法全覆盖监测每一颗电容单体与灭火构件的实时温度，测温盲区大，难以及时预判高温起火风险，预警滞后。

8、同时，当模组监测到单体高温但未起火时，常规方案仅两种极端选择，一是完全封闭箱体隔绝氧气，但内部散热通道阻断，高温持续累积加速热失控；二是完全敞开散热孔持续通风，又会丧失火情防护能力，二者无法兼顾，无法解决“高温未起火阶段既要持续散热、又要预留防火隔离条件”的行业痛点。

9、综上，现有非密封超级电容模组无法同时实现常态高效对流散热、高温预警自动隔氧、火情长效抑制、高温半封闭主动降温多重功能，散热需求与消防安全防护存在不可调和的结构矛盾，设备运行可靠性与安全性难以兼顾。

技术实现思路

1、本发明所要解决的问题在于，当前超级电容模组缺乏一种能够兼具散热需求与消防安全防护的装置。

2、本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

3、一种结合散热和灭火功能的非密封性超级电容模组，包括箱体以及设于所述箱体内部的超级电容组，所述超级电容组包括上下相对布置的上安装板、下安装板以及位于上、下安装板之间的若干超级电容单体；所述箱体侧壁开设有散热孔；所述上安装板内顶面固定布设有若干灭火贴，各所述灭火贴分布于相邻超级电容单体的间隙处；

4、所述上安装板与下安装板之间还铺设有感温光纤和阻流帘，所述感温光纤同时与超级电容单体侧壁、灭火贴下端接触；所述阻流帘位于上、下安装板的外围，包围全部超级电容单体；所述箱体内壁还固定设置气泵，所述气泵一端通过导气软管与阻流帘连通，另一端通过导气硬管延伸至散热孔位置。

5、集成散热孔自然通风、多点灭火贴、全域接触式感温光纤、可包围电容单体的阻流帘与气泵联动换气结构；常态依靠散热孔实现非密封高效散热，高温时可通过气泵驱动阻流帘形成半封闭空间，兼顾散热通风与火情隔氧灭火两大核心需求，解决现有非密封模组散热、防火无法兼容的关键矛盾，整体结构一体化程度高。

6、优选的，所述下安装板上端固定有若干导向柱，各导向柱设于相邻两排超级电容单体之间；所述感温光纤绕设于导向柱外壁并与导向柱贴合。

7、增设导向柱对感温光纤进行限位支撑，使光纤能够紧贴每一排超级电容单体侧壁铺设，避免光纤悬空、移位造成测温盲区；实现全单体同步精准测温，及时捕捉单体局部异常温升，提升高温预警及时性与测温可靠性。

8、优选的，所述阻流帘包括底板、上板以及连接底板与上板的柔性层；所述底板上端固定多根限位杆，所述限位杆上端滑动穿设上板。

9、限定阻流帘底板、上板、柔性层与限位杆滑动配合结构，依靠限位杆对上板升降进行导向限位，保证阻流帘充气展开、放气收缩动作平稳规整，防止柔性层歪斜、褶皱遮挡电容或散热通道，提升阻流帘开合动作稳定性。

10、优选的，所述柔性层内侧壁固定布置若干灭火绳。

11、优选的，所述底板通过螺栓可拆卸固定于下安装板，所述限位杆顶端与上安装板下表面相抵。

12、底板采用螺栓可拆卸安装于下安装板，阻流帘整体可单独拆装，便于后期检修、更换内部超级电容单体、灭火绳；限位杆顶端抵靠上安装板，限定上板最大上升行程，避免充气过度拉扯柔性层，延长阻流帘使用寿命。

13、优选的，所述上板内部开设上气腔，所述上气腔通过第三通孔连通直管；所述上气腔侧壁开设与箱体内部空间连通的第四通孔。

14、在上板内部设置上气腔及连通箱体内部的第四通孔，为半封闭工况下主动换气提供独立气流通道；气体可经由上气腔向模组内部均匀散出，实现密闭阻隔环境下全域均匀散热，无需打开阻流帘破坏防火隔离条件。

15、优选的，所述底板与上板之间设置多根柔性套筒；所述底板内部开设下气腔，所述下气腔的上内壁开设有多个第一通孔，侧壁开设有第二通孔；所述下气腔通过第一通孔分别连通各柔性套筒，通过第二通孔连通导气软管。

16、底板内置下气腔并通过多组第一通孔均分气流至各柔性套筒，充气时各套筒同步均匀膨胀，阻流帘整体同步展开无局部鼓包；下气腔单独设置第二通孔对接导气软管，气路布局规整，气流输送稳定，充气响应速度一致。

17、优选的，所述柔性套筒上端与上板之间装配单向控气组件。

18、优选的，所述单向控气组件包括直管，所述直管内自上而下设有网板、环板；所述网板下端连接伸缩杆，伸缩杆底端固定堵球，伸缩杆外侧套设压缩弹簧；初始状态下，所述堵球在压缩弹簧作用下封堵环板中心通孔。

19、优选的，所述感温光纤两端分别连接测温主机与反射器，所述测温主机、反射器均固定于箱体内壁。

20、本发明的优点在于：

21、（1）散热与防火同时兼容：箱体自带散热孔实现常态开放式对流高效散热；监测到单体高温时，气泵驱动阻流帘展开形成半封闭隔氧空间，抑制氧气持续助燃，保障灭火贴、灭火绳灭火剂浓度；高温未起火时可维持半封闭环境同步内部换气降温，不用打开阻流帘，兼顾散热与火情防护，打破传统非密封模组“通风易助燃、封闭易积热”的矛盾；

22、（2）测温精准无盲区，预警判断更可靠：采用感温光纤贴合全部超级电容单体与灭火贴布置，搭配导向柱规整布线，配合测温主机、反射器组成完整测温系统；可同步采集电容发热、灭火构件温度两类数据，精准区分普通高温、起火险情，为阻流帘、气泵联动调控提供精准数据基础，相比单点热电偶测温覆盖更全面、预警更及时；

23、（3）双层灭火布局：上安装板分散布置灭火贴，阻流帘柔性层内侧环绕设置灭火绳，上下、四周全方位包裹超级电容单体；火灾初期二者同步释放灭火剂，半封闭空间留存灭火剂，快速扑灭初期热失控明火，大幅降低火势扩散、复燃风险，消防安全等级显著提升；

24、（4）结构简单稳定易维护：阻流帘设置下气腔、柔性套筒、单向控气组件、上气腔多级气路，依靠单台气泵即可完成阻流帘收缩或展开隔氧、半封闭环境主动换气散热两种动作；单向控气组件为无源机械结构，耐高温不易故障；阻流帘采用螺栓可拆卸安装，方便后期检修更换电容、灭火耗材，装配维护成本更低。