一种超级电容器外壳、超级电容器及超级电容器模组的制作方法

1.本发明涉及储能器件技术领域，尤其涉及一种超级电容器外壳、超级电容器及超级电容器模组。


背景技术：

2.超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，它既具有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。与蓄电池和传统电容器相比，超级电容器的特点主要体现在：功率密度高、循环寿命长、工作温限宽、免维护、绿色环保等方面。因此，超级电容器在能源、汽车、医疗卫生、电子、军事等领域都有十分广泛的应用前景。
3.在超级电容器应用中，超级电容器充放电过程中的发热或使用环境过热会都对其寿命以及安全性产生影响。目前大部分的散热结构均焊接或跟超级电容器外壳一体成型，而大部分的散热部件均为金属，当超级电容器报废处理后，散热结构回收困难，很难再利用。
4.目前超级电容器主要是利用自然对流散热或风冷散热，散热效率较低，结构不紧凑，不利于超级电容器模组能量密度的提高，另外，水冷方式是散热效率更高的一种结构，但需要设计复杂的散热装置，且一种散热装置只能实现对单个超级电容器的散热，或者对整个超级电容器模组的散热，不利于提升超级电容器的使用灵活性。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题在于，提出一种可满足不同数量的超级电容器的散热需求，且使用灵活性高的超级电容器外壳、超级电容器及超级电容器模组。
6.本发明解决其技术问题采用的技术方案是，提出一种超级电容器外壳，包括：
7.壳体，所述壳体中设有容纳腔和供导热介质流通的散热通道；
8.第一连接结构和第二连接结构，均设置在所述壳体上；所述第一连接结构和第二连接结构两者中的一者上设有进流口，两者中的另一者上设有出流口，且所述进流口和所述出流口均与所述散热通道连通；可通过所述第一连接结构和第二连接结构将相邻两超级电容器外壳连接。
9.进一步地，所述第一连接结构上设有内螺纹，所述第二连接结构上设有外螺纹；
10.可通过所述内螺纹和外螺纹将相邻两超级电容器外壳连接。
11.进一步地，所述第二连接结构凸伸在所述壳体的外壁；
12.且当两超级电容器邻接时，所述第二连接结构可嵌入相邻所述超级电容器的第一连接结构中，且相邻两超级电容器的所述散热通道相互连通。
13.进一步地，所述散热通道围设在所述容纳腔的外侧。
14.进一步地，所述进流口和出流口均处于所述壳体的底部，且所述进流口正对所述出流口。
15.本发明解决其技术问题采用的技术方案是，还提出一种超级电容器，包括有：
16.上述的超级电容器外壳；
17.正极、负极、隔膜及电解质，均设置在所述容纳腔中；所述隔膜处于所述正极和负极之间；且所述正极与所述隔膜之间，所述负极与所述隔膜之间均设有所述电解质。
18.进一步地，所述正极和负极呈插指状设置。
19.本发明解决其技术问题采用的技术方案是，还提出一种超级电容器模组，包括有：
20.多个上述的超级电容器，且相邻两所述超级电容器之间通过所述第一连接结构和第二连接结构连接；多个所述超级电容器的散热通道依次连通，且所述散热通道中设有导热介质。
21.进一步地，所述导热介质为相变材料，相变材料的相变温度高于室温且低于所述超级电容的使用温度上限。
22.进一步地，相邻两所述超级电容器的第一连接结构和第二连接结构之间还设有密封垫片；
23.和/或还包括柔性基材，所述柔性基材上设有多个通孔，所述超级电容器设置在所述柔性基材上；所述正极上具有正极引出端，所述负极上具有负极引出端，所述正极引出端和负极引出端均穿过所述通孔连接在所述柔性线路上；所述柔性基材下方设有与其可拆卸连接的刚性基材。
24.进一步地，还包括至少一个恒温开关，所述恒温开关连接于所述超级电容器模组与用电设备之间，所述恒温开关的断开温度为所述超级电容器的使用温度上限。
25.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
26.本发明中，在超级电容器外壳中设有散热通道，散热通道围设在容纳腔的外侧，且第一连接结构和第二连接结构均与散热通道连通，相邻两超级电容器可通过第一连接结构和第二连接结构相互连接，且保持散热通道连通，导热介质可以在多个超级电容器的散热通道中流动，实现多个超级电容器的整体散热，且可以根据实际需求，使用不同数量的超级电容器。因此，本方案能够满足不同数量的超级电容器的散热需求，灵活性高；通过相邻的两超级电容器第一连接结构和第二连接结构连接，拆装也很便捷，也无需再额外设置其他的散热机构。另外，超级电容器报废后进流口和出流口的设置也可以方便进行导热介质的回收。
附图说明
27.图1为本发明的超级电容器的结构示意图；
28.图2为超级电容器模组的结构示意图；
29.图3为超级电容器模组的另一结构示意图。
30.图中：
31.1、正极；2、负极；3、电解质；4、隔膜；5、壳体；6、正极引出端；7、负极引出端；8、导热介质；9、第一连接结构；10、第二连接结构；11、柔性基材；12、柔性电路；13、刚性基材。
具体实施方式
32.以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，
但本发明并不限于这些实施例。
33.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
34.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”、“一”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
35.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
37.实施例一：
38.如图1所示，一种超级电容器外壳，包括：壳体5，所述壳体5中设有容纳腔和供导热介质8流通的散热通道；容纳腔用于容纳正极1、负极2、电解质3、隔膜4等部件，散热通道容纳导热介质8，并且是导热介质8的流通通道，且所述散热通道围设在所述容纳腔的外侧，以便于导热介质能将容纳腔中产生的热量快速带走，提高散热效率，围设指得是从下至上，散热通道几乎全包裹于容纳腔的外侧，即除了避让一些其他零件的安装位置，均覆盖了该散热通道，使得超级电容器的散热效果最佳，且散热通道与容纳腔不连通；第一连接结构9和第二连接结构10，均设置在所述壳体5上；所述第一连接结构9和第二连接结构10两者中的一者上设有进流口，所述第一连接结构9和第二连接结构10两者中的另一者上设有出流口，进流口和出流口可供导热介质8进入和流出。所述进流口和出流口均处于所述壳体5的底部，且所述进流口正对所述出流口，方便超级电容器之间的依次相互对接。一般而言，导热介质8为液体；且所述进流口和所述出流口均与所述散热通道连通；可通过所述第一连接结构9和第二连接结构10将相邻两超级电容器外壳连接，即通过第一连接结构9和第二连接结构10适配实现相邻两超级电容器的对接。
39.其中，所述第一连接结构9上设有内螺纹，所述第二连接结构10上设有外螺纹；可通过所述内螺纹和外螺纹将相邻两超级电容器外壳可拆卸连接，即实现相邻两超级电容器的可拆卸连接。具体地，所述第二连接结构10为外壁上设有外螺纹的螺纹管，第一连接结构9为壳体5上通孔的内壁上设有内螺纹，该螺纹管与内螺纹适配，相邻两个超级电容器可以通过该螺纹管螺纹连接至该具有内螺纹的孔中，实现对接、连通。具体地，所述第二连接结构10凸伸在所述壳体5的外壁；且当两超级电容器邻接时，所述第二连接结构10可嵌入相邻所述超级电容器的第一连接结构9中，且相邻两超级电容器的所述散热通道相互连通，第二连接结构10嵌入第一连接结构9中，使得超级电容器对接后，占用的安装空间小，使得超级电容器模组的结构更加紧凑。此为超级电容器实现螺纹对接的形式，但其不限于此一种形
式，比如：还可以通过大小管对接的形式，不设置螺纹，使用过盈配合等方式。
40.实施例二：
41.本实施例中的超级电容器可以应用于电动汽车、电力系统，智能表、工业仪器设备、电动玩具、指示灯等多个领域中。下面本实施例对超级电容器中的各结构进行详细说明。
42.如图1所示，一种超级电容器，包括有：以上的超级电容器外壳；正极1、负极2、隔膜4及电解质3，均设置在所述容纳腔中；所述隔膜4处于所述正极1和负极2之间；且所述正极1与所述隔膜4之间，所述负极2与所述隔膜4之间均设有所述电解质3，即电解质3填充于正极1和隔膜4之间，以及填充于负极2与隔膜4之间。其中，所述正极1和负极2呈插指状设置。
43.需要解释地是：本实施例中超级电容器的电解质3可以为溶解于有机溶剂中的锂盐或铵盐，有机溶剂可以为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、乙腈、碳酸二甲酯或碳酸二乙酯中的一种或几种，锂盐可以为高氯酸锂(liclo4)或六氟磷酸锂(lipf6)或氟硼酸锂(libf4)或三氟甲基磺酸锂(licf3so3)，铵盐可以为氟硼酸四乙基铵(et4nbf4)或氟硼酸四丁基铵(eu4nbf4)。
44.可选地，本实施例中的隔膜4可以为厚度为30微米～300微米的pp聚丙烯隔膜，或者，厚度为30微米～70微米的纤维素隔膜。
45.可选地，本实施例中的壳体5选用强度高且耐腐蚀的材料制成，壳体5上还可以设置有用于添加电解质4的开口，以及用于密封该开口的密封件。
46.可选地，本实施例中超级电容器的正极1的材料包括活性碳、碳纳米管、石墨烯、石墨烯、活性碳纤维布、碳凝胶、高密度石墨、高活性中间相碳微球、具有纳米空隙的蜂窝状石墨、导电聚合物中的一种或几种。正极1接触电解质3的一面可以为平面，也可以为具有多个凸起结构的非平面结构，以吸附更多的电荷，本领域技术人员可以根据对超级电容器性能的需求进行合理选择。
47.可选地，本实施例中超级电容器的负极2的材料包括阀金属、阀金属氧化物、阀金属碳化物、阀金属型纳米碳中的一种或几种。负极2接触电解质3的一面可以为平面，也可以为具有多个凸起结构的非平面结构，本领域技术人员可以根据对超级电容器性能的需求进行合理选择。示例性地，本发明实施例中的正极1和负极2为插指状结构，以提升正极1和负极2与电解质3的接触面积。
48.在实际使用过程中，相当于单个超级电容器均填充有导热介质8，即该超级电容器的壳体5为填充有导热介质8的中空结构，从而使得能够对单个超级电容器进行有效散热。
49.实施例三：
50.如图2
‑
图3所示，一种超级电容器模组，包括有：多个以上的超级电容器，且相邻两所述超级电容器之间通过所述第一连接结构9和第二连接结构10连接；多个所述超级电容器的散热通道依次连通，且所述散热通道中设有导热介质8。其中，所述导热介质8为相变材料，相变材料的相变温度高于室温且低于所述超级电容的使用温度上限。需要解释地，上述相变材料在室温下为固态，且在吸收超级电容器散发的热量由固态熔化成液态的过程中，可以在自身温度不变的情况下吸收大量热量，散热效果好。以上相变材料可以为脂肪酸、乙酰胺、三水合醋酸钠、低熔点金属等。相邻的两所述超级电容器的第一连接结构9和第二连接结构10之间连接时还设有密封垫片，以提高二者连接的密封性。
51.优选地，超级电容器模组还包括柔性基材11，所述柔性基材11上设有多个通孔，所述超级电容器设置在所述柔性基材11上；所述正极1上具有正极引出端6，所述负极2上具有负极引出端7，所述正极引出端6和负极引出端7均穿过所述通孔连接在所述柔性线路12上；所述柔性基材11下方设有刚性基材13。具体地，以上柔性线路12可以由柔性的铜箔、铝箔制成，或者由柔性导电浆料印刷制成。柔性基材11和柔性线路12的设置可以使得超级电容器模组的安装方式和接线方式更加灵活。还包括可拆卸连接的刚性基材13，可拆卸的刚性基材13的设置可以方便地满足某些情况下对于超级电容器模组的基材的高强度需求。柔性基材11与刚性基材13的可拆卸连接方式可以有多种，如粘结、螺栓连接等，此处不进行限定。
52.本实施例中的正极引出端6和负极引出端7远离正极1或负极2的自由端均通过贯穿壳体5的通道伸出至壳体5外部，以使其不会与导热介质8接触，进而可以避免正极引出端6和/或负极引出端7与导热介质8之间的相互影响。
53.可选地，本实施例中的超级电容器模组还包括至少一个恒温开关，恒温开关连接于超级电容器模组与用电设备之间，恒温开关的断开温度为超级电容器的使用温度上限。一旦超级电容器模组的温度已经上升至其使用温度上限，则恒温开关自动断开超级电容器模组与用电设备之间的电连接，可以有效保护超级电容器模组中的各超级电容器不被损害。
54.需要说明的是，为了实现较好的散热效果，导热介质8应该是流动的，当仅有一个超级电容器工作时，应通过外部驱动设备与其进流口和出流口连通，驱动导热介质流动，当如图2所示多个超级电容器组装在一起工作时，应通过外部驱动设备与整个超级电容器模组中最边缘的进流口和出流口连通，驱动整个超级电容器模组中导热介质流动。当导热介质为相变材料时，应在其熔化后通过外部驱动设备驱动其流动。
55.在使用过程中，本方案在超级电容器外壳中设有散热通道，散热通道围设在容纳腔的外侧，且第一连接结构9和第二连接结构10均与散热通道连通，相邻两超级电容器可通过第一连接结构9和第二连接结构10相互连接，且保持散热通道连通，导热介质8可以在多个超级电容器的散热通道中流动，实现多个超级电容器的整体散热，且可以根据实际需求，使用不同数量的超级电容器。因此，本方案能够满足不同数量的超级电容器的散热需求，灵活性高；通过相邻的两超级电容器第一连接结构9和第二连接结构10连接，拆装也很便捷，也无需再额外设置其他的散热机构。另外，超级电容器报废后进流口和出流口的设置也可以方便进行导热介质的回收。
56.本方案中，相邻的超级电容器之间可通过第一连接结构9和第二连接结构10对接，散热通道依次连通，满足不同数量的超级电容器的共同散热需求，且可有效提升超级电容器的使用灵活性。
57.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。