一种电动汽车用超级电容器封装结构的制作方法

1.本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种电动汽车用超级电容器封装结构，主要适用于提高散热效果。


背景技术：

2.人类进入21世纪以来，汽车工业迅猛发展，汽车也成为大众家庭的居家必备品。但一般的汽车都依赖传统化石燃料作为动力能源，化石燃料消耗的加剧不仅导致了煤、石油、天然气等资源逐年走向衰竭，而且使人类赖以生产的环境遭受了前所未有的破环，为减少化石燃料的大量使用，汽车工程师们着手研发新能源汽车来代替传统的燃料汽车，其中，靠电力驱动的纯电动汽车和混动汽车成为各科学家关注的重点。但这种汽车一般以蓄电池为储能元件，具有质量大、供能少、充电时间长、电池寿命短等缺点，严重阻碍了其广泛应用，也违背了汽车轻量化的观念。而超级电容器作为一种新兴的储能元件，性能介于电池与传统静电容器之间，弥补了传统静电容器能量密度过低和化学电池功率密度低的缺点，具有功率密度大、充放电速度快、使用寿命长、安全性高、能量密度相对较高的优点。除了应用于汽车领域以外，超级电容器还凭借其优异的性能，不断被应用于风力发电、太阳能光伏产品、汽车电子、智能仪表、工业ups电源、航空等重多领域。
3.但近年来，电动车自燃的消息屡次见诸报端，究其原因是由于其动力电源温度过高造成的。世博会期间运行的超级电容车，在高温天气下因超级电容器温度过高而停止运行，部分超级电容车甚至通过在超级电容器周围放置干冰来为超级电容器降温。温度对超级电容器的性能有很大的影响，温度升高可能带来以下后果：电容性能恶化，循环寿命缩短，电容内压上升，金属接头的预先老化等；当温度过高时，电解液会发生蒸发并因此毁坏电容。因此，对超级电容器进行热管理显得尤为重要，在电动车中，要使超级电容器性能发挥良好、使用安全、循环寿命长，就必须保证其温度场处在合适的范围。此外，各单元电容之间温度的不一致会导致阻抗和容量的不一致，进而影响整体的充放电性能和使用寿命，因此，对超级电容器进行热管理需要建立在超级电容器温度场分布的基础之上。对超级电容器进行热管理，对进一步进行超级电容器的结构改善以及超级电容器作为动力电源更大规模的使用具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服现有技术中存在的散热效果差的缺陷与问题，提供一种散热效果好的电动汽车用超级电容器封装结构。
5.为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种电动汽车用超级电容器封装结构，包括外壳及其内设置的超级电容器模组，所述超级电容器模组由多个从下到上依次布置的超级电容器单元堆叠而成，所述超级电容器单元由多个超级电容器单体采用六方最密堆积方式排列而成，超级电容器单元包括三层，各层中相切的三个超级电容器单体之间存在三角形间隙，三角形间隙包括尖向上三角形间隙与尖向下三角形间隙，第二层中的各个
超级电容器单体都位于第一层中的尖向上三角形间隙的正上方，且第二层中的各个超级电容器单体的部分结构都位于第一层中的尖向下三角形间隙的上方，各层中的尖向下三角形间隙构成多个贯穿通道，第三层中的各个超级电容器单体的中心与位于其正下方的第一层中的超级电容器单体的中心同轴，第n个超级电容器单元的第三层为第n＋1个超级电容器单元的第一层。
6.所述外壳内位于超级电容器模组下方的部位设置有通风装置，所述通风装置的空气从超级电容器模组底部的尖向下三角形间隙进入，从下往上依次经各个超级电容器单元的贯穿通道后，从超级电容器模组顶部的尖向下三角形间隙流出。
7.所述通风装置为风扇。
8.所述超级电容器单体之间采用串联方式连接。
9.所述超级电容器单体为卷绕式超级电容器。
10.所述超级电容器单体至少包括一个正极、一个负极以及正极与负极之间的隔膜，正极、负极与隔膜构成的孔隙填充有电解液。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果为：1、本发明一种电动汽车用超级电容器封装结构中，超级电容器单元由多个超级电容器单体采用六方最密堆积方式排列而成，超级电容器单元包括三层，各层中相切的三个超级电容器单体之间存在三角形间隙，三角形间隙包括尖向上三角形间隙与尖向下三角形间隙，第二层中的各个超级电容器单体都位于第一层中的尖向上三角形间隙的正上方，且第二层中的各个超级电容器单体的部分结构都位于第一层中的尖向下三角形间隙的上方，各层中的尖向下三角形间隙构成多个贯穿通道，第三层中的各个超级电容器单体的中心与位于其正下方的第一层中的超级电容器单体的中心同轴，第n个超级电容器单元的第三层为第n＋1个超级电容器单元的第一层；上述结构的超级电容器模组，不仅通过改变超级电容器单体堆积模式使得空气散热效率最高，而且通过对轴向径向散热比例的协调使得散热更加均匀。因此，本发明散热效果好。
12.2、本发明一种电动汽车用超级电容器封装结构中，超级电容器单体采用六方最密堆积是三维空间上空间利用率最高的排列模式，能有效减少超级电容器的占用空间。因此，本发明空间利用率高。
13.3、本发明一种电动汽车用超级电容器封装结构中，外壳内位于超级电容器模组下方的部位设置有通风装置，通风装置的空气从超级电容器模组底部的尖向下三角形间隙进入，从下往上依次经各个超级电容器单元的贯穿通道后，从超级电容器模组顶部的尖向下三角形间隙流出，超级电容器工作时温度攀升速率并不剧烈，采用空气冷却的方式使得整个结构简单、节约资源；通风装置为风扇，使得结构简单、布置简便、成本低；超级电容器单体之间采用串联方式连接，能使电动汽车功率达到要求值。因此，本发明结构简单、布置简便、成本低、可靠性高。
附图说明
14.图1是本发明中超级电容器单元的立体结构示意图。
15.图2是本发明中超级电容器单元的俯视图。
16.图3是本发明中超级电容器封装结构内的空气流通方向示意图。
17.图4是本发明中空气流通示意图。
18.图中：超级电容器单元1、超级电容器单体2、尖向上三角形间隙3、尖向下三角形间隙4、贯穿通道5。
具体实施方式
19.以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
20.参见图1至图4，一种电动汽车用超级电容器封装结构，包括外壳及其内设置的超级电容器模组，所述超级电容器模组由多个从下到上依次布置的超级电容器单元1堆叠而成，所述超级电容器单元1由多个超级电容器单体2采用六方最密堆积方式排列而成，超级电容器单元1包括三层，各层中相切的三个超级电容器单体2之间存在三角形间隙，三角形间隙包括尖向上三角形间隙3与尖向下三角形间隙4，第二层中的各个超级电容器单体2都位于第一层中的尖向上三角形间隙3的正上方，且第二层中的各个超级电容器单体2的部分结构都位于第一层中的尖向下三角形间隙4的上方，各层中的尖向下三角形间隙4构成多个贯穿通道5，第三层中的各个超级电容器单体2的中心与位于其正下方的第一层中的超级电容器单体2的中心同轴，第n个超级电容器单元1的第三层为第n＋1个超级电容器单元1的第一层。
21.所述外壳内位于超级电容器模组下方的部位设置有通风装置，所述通风装置的空气从超级电容器模组底部的尖向下三角形间隙4进入，从下往上依次经各个超级电容器单元1的贯穿通道5后，从超级电容器模组顶部的尖向下三角形间隙4流出。
22.所述通风装置为风扇。
23.所述超级电容器单体2之间采用串联方式连接。
24.所述超级电容器单体2为卷绕式超级电容器。
25.所述超级电容器单体2至少包括一个正极、一个负极以及正极与负极之间的隔膜，正极、负极与隔膜构成的孔隙填充有电解液。
26.本发明的原理说明如下：本设计基于卷绕式超级电容器等效传热系数各向异性的特点和三维空间占用率理论，建立卷绕式超级电容器的封装结构排列模组，该模组创造性地将超级电容器按照六方最密堆积方案排列，其中超级电容器之间的位置分配合理、堆积密度最高，与面心立方堆积方案相比留出了散热间隙，既能使电动汽车动力强，又不易出现温度过高导致的安全事故，在方法简单有效的情况下保证了电动机、蓄电装置和固体氧化物燃料电池堆始终高效、稳定的工作，有效地提高了电动汽车的续航能力和高温条件下的安全性。
27.本设计使超级电容器的工作温度不会过高，始终保持在高效、安全的工作温度区间；此外，本设计充分考虑了动力系统的工作效率和工作成本等问题，不仅实现了超级电容器的温度管理，而且能提升整车空间利用率与降低热管理成本，从而使整个动力系统始终高效、稳定的工作，有效地提高了整车的续航能力和燃料利用率。
28.电动汽车在较高温度下工作时，若由本设计的超级电容器模组供电，则每一个超级电容器单体内部产生的热量可以从模组中间的通风孔（贯穿通道）排出，每一个超级电容器旁都有通向模组外的通风孔，与密闭式排布不同，本设计可以增大单个超级电容器的通风效率。超级电容器模组中最难以散热的是中央超级电容器单体，因为中央超级电容器单
体热量传输方式只有热传导，而外部的超级电容器单体热量传输方式还有热对流和热辐射，本设计为中央超级电容器单体设计了最多的通风孔，能够最大效率的排出中央超级电容器单体产生的大量热量，进而在环境高温的情况下保证电动汽车工作的安全性。同时，由于超级电容器模组的单位利用率是三维空间中最高的，可以在相同体积的超级电容器占用空间的情况下提供更多的能量，从而使电动汽车跑的更远。
29.通风装置的空气从超级电容器模组的下方进入，经过各超级电容器单元的贯穿通道从上方流出，由于超级电容器模组的堆积方法，使得层与层之间存在一个贯穿通道，使内部温度场更加均匀，处于中央的超级电容器毗邻最多的贯穿通道，使内部的热传导更好，散热效果更好，同时超级电容器工作时温度攀升速率并不很剧烈，采取空气冷却的方式使整个模组结构简单、节约资源。
30.实施例：参见图1至图4，一种电动汽车用超级电容器封装结构，包括外壳及其内设置的超级电容器模组，所述超级电容器模组由多个从下到上依次布置的超级电容器单元1堆叠而成，所述超级电容器单元1由多个超级电容器单体2采用六方最密堆积方式排列而成，超级电容器单元1包括三层，各层中相切的三个超级电容器单体2之间存在三角形间隙，三角形间隙包括尖向上三角形间隙3与尖向下三角形间隙4，第二层中的各个超级电容器单体2都位于第一层中的尖向上三角形间隙3的正上方，且第二层中的各个超级电容器单体2的部分结构都位于第一层中的尖向下三角形间隙4的上方，各层中的尖向下三角形间隙4构成多个贯穿通道5，第三层中的各个超级电容器单体2的中心与位于其正下方的第一层中的超级电容器单体2的中心同轴，第n个超级电容器单元1的第三层为第n＋1个超级电容器单元1的第一层；所述外壳内位于超级电容器模组下方的部位设置有通风装置，所述通风装置的空气从超级电容器模组底部的尖向下三角形间隙4进入，从下往上依次经各个超级电容器单元1的贯穿通道5后，从超级电容器模组顶部的尖向下三角形间隙4流出；所述通风装置为风扇；所述超级电容器单体2之间采用串联方式连接；所述超级电容器单体2为卷绕式超级电容器；所述超级电容器单体2至少包括一个正极、一个负极以及正极与负极之间的隔膜，正极、负极与隔膜构成的孔隙填充有电解液。