硬壳化软包电容模组及系统的制作方法

本发明涉及储能装置技术领域，具体的说，涉及一种硬壳化软包电容模组及系统。

背景技术：

锂电容作为新型储能元件具有功率密度高、循环寿命长、工作安全等诸多优点。相比于传统双电层超级电容器，其质量能量密度约提高3倍，体积能量密度约提高6倍，而功率密度相当；相比于传统电池，其能量密度约和铅酸电池相当，功率密度为锂离子电池的5-10倍，而低温特性要远远优于上述各类电池。

软包锂电容最大的优点是成组效率高，但成组工艺较复杂，需要设计夹板等附件对其进行固定；同时软包锂电容的外表面为pp膜，耐磨及酸碱腐蚀性较差，装配时需对其进行额外防护，导致装配效率较低。

软包锂电容模组的“柔性”较差，针对不同电压和容量等级需重新设计模组，导致模组在系统内的兼容性较差，不利于系统容量扩展和模块化设计。

软包锂电容pack制做时多采用激光焊接工艺，虽提高了装配效率，但对后续检修和维护产生诸多不便，尤其在单体替换和模组扩容时无法对单体进行拆解，导致资源浪费。

传统的软包电容pack在系统箱体内基本都采用螺柱连接的固定方式，在突然加速或制动时，此种连接方式存在将螺栓剪断的风险；同时螺栓连接需要有固定地脚，占用了系统箱体空间，导致系统层面上的成组效率降低。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述技术缺陷，提供一种硬壳化软包电容模组及系统，可扩展性好，且易装配。

本发明的技术方案是：一种硬壳化软包电容模组，包括软包电容单体，所述软包电容单体设有单体极耳，包括两侧设置的单体正极极耳和单体负极极耳，还包括紧固板，所述紧固板包括第一紧固板和第二紧固板，两个紧固板对向安装，且两个紧固板以相互扣合方式连接；以及支撑体，所述支撑体包括第一支撑体和第二支撑体，两个支撑体对向安装，两个支撑体分别用于连接所述单体正极极耳和所述单体负极极耳，两个支撑体与两个紧固板共同围合构成用于将软包电容单体包裹的闭合结构。

优选的是，该电容模组包括多个并联连接的软包电容单体，相邻软包电容单体的单体正极极耳折弯部互相抱合，形成电容模组并联正极端；相邻软包电容单体的单体负极极耳折弯部互相抱合，形成电容模组并联负极端。

优选的是，该电容模组包括2个并联连接的软包电容单体，2个软包电容单体的单体正极极耳折弯部互相抱合，形成电容模组2并正极端；2个软包电容单体的单体负极极耳折弯部互相抱合，形成电容模组2并负极端。

优选的是，该电容模组包括多个串联连接的软包电容单体，相邻软包电容单体的单体正极极耳折弯部、单体负极极耳折弯部互相抱合，形成电容模组串联连接端；剩余单体正极极耳、剩余单体负极极耳折弯部背向设置，分别用作电容模组串联正极端和电容模组串联负极端。

优选的是，该电容模组包括2个串联连接的软包电容单体，2个软包电容单体的一个单体正极极耳折弯部与一个单体负极极耳折弯部互相抱合，形成电容模组2串连接端；2个软包电容单体的剩余单体正极极耳与剩余单体负极极耳折弯部背向设置，分别用作电容模组2串正极端和电容模组2串负极端。

优选的是，上述电容模组还包括硅胶绝缘体，硅胶绝缘体包括导热绝缘硅胶垫和阻燃绝缘硅胶护边；所述阻燃绝缘硅胶护边设置于外层软包电容单体端部的外表面；所述导热绝缘硅胶垫设置于外层软包电容单体两侧表面及相邻软包电容单体之间

优选的是，所述两个紧固板以相互扣合方式连接，具体为：所述第一紧固板内部设有向所述第二紧固板侧探出的第一挂钩体，相应的所述第二紧固板内部设有向所述第一紧固板侧探出的第二挂钩体，所述第一挂钩体与所述第二挂钩体可相互钩合卡紧。

优选的是，所述第一紧固板边部设置水平探出部；以及所述第二紧固板边部设置与所述探出部配合的导向凸台，所述第一挂钩体与所述第二挂钩体相互钩合时，所述导向凸台可沿所述水平探出部水平移动。

本发明还公开一种硬壳化软包电容系统，包括外壳，以及设置于外壳内部的硬壳化软包电容模组，所述硬壳化软包电容模组为上述所述的电容模组。

优选的是，所述电容系统包括多个电容模组，多个电容模组在所述外壳中呈多排多列结构排布。

本发明与现有技术相比的有益效果为：

(1)本发明的硬壳化软包电容模组将软包电容单体及硅胶绝缘体组装于相互扣合的紧固板内部，即将软包电容单体增设“硬壳化”结构，即将硬壳化软包电容模组以整体形式进行组合装配，并通过多个硬壳化软包电容模组串联或并联构成所需的硬壳化软包电容系统，可扩展性好，方便装配；

(2)硬壳化软包电容模组的紧固板设有可互相钩合卡紧的第一挂钩体与第二挂钩体，以及设有在紧固板装配产生导向作用的导向凸台和水平探出部，并可通过上述导向凸台对两个紧固板的相对位置进行调整，方便后续支撑体的定位与安装；

(3)硬壳化软包电容系统中，多个硬壳化软包电容模组可采用多排多列结构进行排布，以减少电容模组占用空间。

附图说明

图1为2并软包电容单体构成的电容模组结构示意图；

图2为图1主视图；

图3为图2的a-a剖视图；

图4为2并软包电容单体与硅胶绝缘体组合后示意图；

图5为图4俯视图；

图6为图4侧视图；

图7为2串软包电容单体构成的电容模组结构示意图；

图8为图7左视图；

图9为图7右视图；

图10为图7俯视图；

图11为图7的a-a剖视图；

图12为支撑体结构示意图；

图13为第一紧固板结构示意图；

图14为第一紧固板侧视图；

图15为图14中a部放大图；

图16为第二紧固板结构示意图；

图17为第二紧固板侧视图；

图18为图16中b部放大图；

图19为硬壳化软包电容系统结构示意图(一)；

图20为硬壳化软包电容系统结构示意图(二)。

图中，软包电容单体1；硅胶绝缘体2；紧固板3；支撑体4；硬壳化软包电容模组5；上盖板6；下壳体7；系统正极输出端子8；系统负极输出端子9；铜排10；从控板11；立柱12；

单体极耳11；槽口12；电容模组串联连接端13；电容模组串联负极端14；电容模组串联正极端15；电容模组并联正极端16；

导热绝缘硅胶垫21；阻燃绝缘硅胶护边22；

第一紧固板31；第二紧固板32；

第一挂钩体311；水平探出部312；第一空腔313；第一突出块314；

第二挂钩体321；导向凸台322；第二空腔323；第二突出块324；

第一支撑体41；第二支撑体42；

极耳通孔411；金属块412；固定孔413。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

以下叙述中以图1所示的方位进行描述，图1中的上下左右即为描述中的上下左右，图1水平方向为指向电容模组的横向方向，图1竖向为指向电容模组的竖直方向，图1前方为指向电容模组的前端，背离图1前方为指向电容模组的后端。

参见图1～图11，本发明公开一种硬壳化软包电容模组，该电容模组包括至少一个软包电容单体1。多个软包电容单体1可采用1并、2并……n并结构，或采用1串、2串……n串结构。此处需要说明的是，考虑实际的加工经济性及装配工艺性，通常采用1并、2并、3并结构方式，以及1串、2串……3串结构方式，对于n并或n串结构，可采用上述1并、2并、3并结构方式以及1串、2串、3串结构方式进行组合。软包电容单体1设有单体极耳11，包括单体正极极耳和单体负极极耳，单体正极极耳和单体负极极耳分别设置于软包电容单体1两侧，单体正极极耳与单体负极极耳折弯部上均设置有固定上述单体极耳11用的槽口12。

继续参见图1～图6，多个软包电容单体1并联时，相邻软包电容单体1的单体正极极耳折弯部互相抱合，相邻软包电容单体1的单体正极极耳槽口互相对应插合，形成电容模组并联正极端16；同时，相邻软包电容单体1的单体负极极耳折弯部互相抱合，相邻软包电容单体1的单体负极极耳槽口互相对应插合，形成电容模组并联负极端。

或者，参见图7～图11，多个软包电容单体1串联时，相邻软包电容单体1的单体正极极耳折弯部、单体负极极耳折弯部互相抱合，相邻软包电容单体1的单体正极极耳槽口、单体负极极耳槽口互相对应插合，形成电容模组串联连接端13；同时，第1个软包电容单体1以及第n个软包电容单体1的未连接的单体极耳，即外层软包电容单体1的剩余单体正极极耳、剩余单体负极极耳折弯部背向设置，分别用作电容模组串联正极端15和电容模组串联负极端14。

参见图4～图6，上述电容模组还包括硅胶绝缘体2，具体包括导热绝缘硅胶垫21和阻燃绝缘硅胶护边22，阻燃绝缘硅胶护边22设置于外层软包电容单体1端部的外表面，并与外层软包电容单体1端部外表面贴紧，用于对外层软包电容单体1端部进行绝缘保护。导热绝缘硅胶垫21与外层软包电容单体1两侧表面贴合，即导热绝缘硅胶垫21为设置于阻燃绝缘硅胶护边22外部，用于对外层软包电容单体1整体进行导热绝缘保护。

此处需要说明的是，对于2并～n并以及2串～n串结构，需在相邻软包电容单体1之间亦设置导热绝缘硅胶垫21，以增强整个电容模组的绝缘耐压能力，同时通过导热绝缘硅胶垫21与内层软包电容单体1紧密接触，可将部分由内层软包电容单体1产生的热量快速传递至外部空气中。

继续参见图1～图11，上述电容模组还包括紧固板3，紧固板3用于对上述多个软包电容单体1组成的串联结构或并联结构施加一定的预紧力，并通过面面接触方式，实现对软包电容单体1的固定。

紧固板3包括第一紧固板31和第二紧固板32，第一紧固板31和第二紧固板32对向安装，两个紧固板3通过相互扣合方式连接，软包电容单体1及硅胶绝缘体2组合后整体置于两个紧固板3构成的安装空间中。

具体的，参见图13～图18，第一紧固板31内部设有向第二紧固板32侧探出的第一挂钩体311，相应的第二紧固板32内部设有向第一紧固板31侧探出的第二挂钩体321，且第一挂钩体311与第二挂钩体321可相互钩合卡紧。在第一紧固板31上下边部，设置水平探出部312；以及，在第二紧固板32上下边部，设置与上述探出部配合的导向凸台322，当两个紧固板3的第一挂钩体311、第二挂钩体321相互钩合时，导向凸台322可沿水平探出部312水平移动，即导向凸台322在两个紧固板3装配时，起到导向作用，通过上述导向凸台322可对两个紧固板3的相对位置进行调整，方便后续支撑体的定位与安装。同时，为实现对内部软包电容单体1的卡紧固定，在第一紧固板31、第二紧固板32设置端部固定部，通过端部固定部将内部软包电容单体1与两个紧固板3卡紧，以提高软包电容单体1安装稳固性。

参见图12，支撑体4用于对上述单体正极极耳和单体负极极耳进行支撑固定，作为本发明电容模组的一种实施例，支撑体4包括第一支撑体41和第二支撑体42，两个支撑体4对向安装，且两个支撑体4与两个紧固板3共同围合构成用于将软包电容单体1包裹的闭合结构。

由于2并软包电容单体1或2串软包电容单体1在实际应用中比较广泛，且方便组装，作为本发明的一种优选实施例，下面将以2并软包电容单体1、2串软包电容单体1构成的硬壳化软包电容模组为例进行描述。

继续参见图1～图6，2个软包电容单体1并联时，即2并软包电容单体1，2个软包电容单体1的单体正极极耳折弯部互相抱合，形成电容模组2并正极端；同时，2个软包电容单体1的单体负极极耳折弯部互相抱合，形成电容模组2并负极端。

或者，继续参见图7～图11，2个软包电容单体1串联时，即2串软包电容单体1，2个软包电容单体1的一个单体正极极耳折弯部、一个单体负极极耳折弯部互相抱合，形成电容模组2串连接端；同时，第1个软包电容单体1的剩余单体正极极耳、第2个软包电容单体1的剩余单体负极极耳折弯部背向设置，分别用作电容模组2串正极端和电容模组2串负极端。

对于2并软包电容单体1、2串软包电容单体1构成的硬壳化软包电容模组，其硅胶绝缘体2、紧固板3、支撑体4的结构采用上述结构，具体为：

参见图1～图11，硅胶绝缘体2采用上述硅胶绝缘体2结构，需要说明的是，对于2并软包电容单体1、2串软包电容单体1构成的硬壳化软包电容模组，其2只软包电容单体1并排布置，导热绝缘硅胶垫21应同时设置于并排后的2只软包电容单体1之间、以及2只软包电容单体1外侧，以实现硅胶绝缘体2与软包电容单体1表面的紧密接触，将软包电容单体1产生的热量快速传递至外部空气中。其中，阻燃绝缘硅胶护边22采用前述设置方式，即对外层软包电容单体1端部进行绝缘隔热保护。

紧固板3采用前述紧固板3结构，需要说明的是，第一挂钩体311、第二挂钩体321分别设置于第一紧固板31、第二紧固板32内部，而非位于第一紧固板31、第二紧固板32边部。在第一紧固板31上下边部，即图14中第一紧固板31的上下两侧，设置水平探出部312；以及，在第二紧固板32上下边部，即图17第二紧固板32的上下两侧，设置与上述探出部配合的导向凸台322，当两个紧固板3的第一挂钩体311、第二挂钩体321相互钩合时，导向凸台322可沿水平探出部312水平移动，即导向凸台322在两个紧固板3装配时，起到导向作用，通过上述导向凸台322可对两个紧固板3的相对位置进行调整，方便后续支撑体4的定位与安装。

进一步，为实现对内部软包电容单体1的卡紧固定，上述端部固定部包括第一空腔313和第二空腔323，软包电容单体1端部内嵌于上述第一空腔313和第二空腔323中。具体为：在第一紧固板31侧边部，即图14第一紧固板31中的侧边上下两端，设置第一突出块314，第一突出块314与第一挂钩体311之间形成容置上述软包电容单体1端部的第一空腔313，软包电容单体1端部嵌入第一空腔313中；以及，在第二紧固板32侧边部，即图17第二紧固板32的侧边上下两端，设置第二突出块324，第二突出块324与第二挂钩体321之间形成容置上述软包电容单体1端部的第二空腔323，相邻软包电容单体1端部嵌入第二空腔323中。

参见图1～图12，支撑体4采用前述支撑体4结构，需要说明的是，为方便支撑体4与上述单体正极极耳和单体负极极耳的支撑固定，支撑体4上设有两道并行的极耳通孔411，单体正极极耳和单体负极极耳的折弯部分别穿过上述极耳通孔411，并探出至极耳通孔411外部。两道极耳通孔411之间设置金属块412，互相抱合的两个单体极耳11的折弯部与金属块412重合，并将金属块412包裹于折弯部内侧。金属块412上设置固定孔413，固定孔413对应于互相插合的两个单体极耳11的槽口12，通过螺栓穿过上述槽口12、固定孔将支撑体4与单体极耳11固定。为实现支撑体4与软包电容单体1的可靠固定，上述固定孔413优选采用2只，相应的每个单体极耳11折弯部上设置有2个槽口12，2只固定孔413分别与2个槽口12位置相对应，以实现支撑体4对软包电容单体1的有效连接及支撑，支撑体4同时起到将单体极耳11与紧固板3分离作用，对两者进行隔离绝缘。

以上，软包电容单体1串并联后与硅胶绝缘体2、紧固板3、支撑体4共同构成硬壳化软包电容模组，电容模组可根据具体系统电压等级和容量进行组合实现。如前述，为降低成组成本，通常采用1并～3并结构方式，以及1串～3串结构方式，通过以上结构方式组合形成所要求的电容模组的电压等级和容量。在具体组合过程中，硬壳化软包电容模组以整体形式进行组合装配，即可通过多个硬壳化软包电容模组串联或并联构成所需的硬壳化软包电容系统。

参见图19、图20，为实现硬壳化软包电容系统结构紧凑性，在多个硬壳化软包电容模组5进行组装时，多个硬壳化软包电容模组5可采用多排多列结构进行排布，参见图20，多个硬壳化软包电容模组5为5排2列形式排布，容易理解的是，图20仅是多个硬壳化软包电容模组5多排多列结构的示意图，并不应当将其理解为多排多列的唯一结构形式。

硬壳化软包电容系统还包括外壳和立柱12。外壳包括上盖板6、侧板和底板，侧板和底板围合形成下壳体7，上盖板6可扣合于下壳体7上。下壳体7内部中空，硬壳化软包电容模组5装配于下壳体7中，并通过上盖板6对其进行夹紧，可省去螺栓等附件，结构简单，夹紧限位可靠。立柱12设置于下壳体7的四角，立柱12采用滑轨立柱，多个硬壳化软包电容模组5装配时，可通过滑轨立柱的导向作用运行至下壳体7相应位置。

为方便硬壳化软包电容模组5安装与固定，硬壳化软包电容模组5上设有凹槽结构，相应的下壳体7内设有与上述凹槽结构配合的限位块，在硬壳化软包电容模组5装配时，硬壳化软包电容模组5的凹槽结构恰好运行至下壳体7的限位块处，将硬壳化软包电容模组5固定于下壳体7，以提高系统抗冲击震动性能。

上盖板6上端设置系统正极输出端子8和系统负极输出端子9，系统正极输出端子8和系统负极输出端子9分别用于连接串并联后硬壳化软包电容模组5的模组正极端和模组负极端。仍然以2并软包电容单体1构成的硬壳化软包电容模组5为例，2个电容模组2并正极端并联连接后与系统正极输出端子8连接，作为系统与外部电路的正极接口；2个电容模组2并负极端并联连接后与系统负极输出端子9连接，作为系统与外部电路的负极接口。且仍然以2串软包电容单体1构成的硬壳化软包电容模组5为例，2个电容模组2串正极端与每个相邻电容模组2串正极端连接，剩余单体正极极耳与系统正极输出端子8连接，作为系统与外部电路的正极接口；剩余单体负极极耳与与系统负极输出端子9连接，作为系统与外部电路的负极接口。

在上述电容模组的电容模组正极端或电容模组负极端与系统正极输出端子8、系统负极输出端子9连接时，可在电容模组输出端子与系统输出端子之间设置汇流排，以方便两者的线路连接。

若硬壳化软包电容系统的硬壳化软包电容模组5采用多排结构，如参见图20，为采用2排结构，为方便相邻排之间的端子连接，在下壳体7内设置铜排10，铜排10横跨2排电容模组，可直接与2相邻排的电容模组正极端或电容模组负极端连接，减少电容模组走线。

同时，硬壳化软包电容系统还包括与硬壳化软包电容模组5连接且对各硬壳化软包电容模组5实时监控的从控板11，从控板11可在线监测各硬壳化软包电容模组5内软包电容单体1的温度和电压，实时实现单体电压均衡。

最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其进行限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。