КОНДЕНСАТОР С ДВОЙНЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СЛОЕМ Российский патент 1995 года по МПК H01G9/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкции корпуса энергоемких конденсаторов с двойным электрическим слоем.

Конденсаторы с двойным электрическим слоем (ДЭС) нашли применение в качестве источников питания в системах с длительностью разряда 0,001-100 с (импульсный разряд). Такие конденсаторы дают возможность выделять в нагрузку энергии порядка 1-10 кДж и могут быть использованы в блоках питания технологического (конденсаторная сварка), медицинского (рентгеновские аппараты), а также для электростартерного пуска двигатель внутреннего сгорания.

Известен конденсатор, обеспечивающий реализацию способа накопления электрической энергии в двойном электрическом слое на поверхности контакта электрода и электролита. Электроды выполнены из пористого материала, обладающего большой площадью поверхности (например частиц активированного угля, имеющие площадь поверхности 1000-2000 м²/г), и разделены ионопроводящим сепаратором. Электроды и сепаратор пропитаны электролитом. Для отвода заряда с внешней стороны электродов установлены токоведущие обкладки из тонколистового материала, непроницаемого для электролита, и электрически разделенные по периметру диэлектрической прокладкой. Обладая высокой емкостью, такие конденсаторы являются низковольтными системами, рабочее напряжение которых ограничено напряжением разложения электролита. Для повышения напряжения используют конструкцию в виде пакета последовательно установленных друг на друга конденсаторов с двойным электрическим слоем (в дальнейшем конденсаторные элементы), при этом необходимое количество элементов определяется требуемым рабочим напряжением. Многослойная конструкция обладает значительным внутренним сопротивлением из-за большого числа механических контактов (между конденсаторными элементами, между частицами в электродах и т.п.). Для уменьшения внутреннего сопротивления к верхней и нижней плоскостях пакета прикладывается определенное усилие сжатия, которое поддерживается силовым корпусом, состоящим из силовых плит и упругой металлической оболочки, неразъемно и герметично соединенной с силовыми плитами.

Известная конструкция обладает следующими недостатками: для достижения малого внутреннего сопротивления требуется значительное усилие сжатия (до 100 кг/см²), которое в случае электродов большой площади достигает нескольких тонн, для обеспечения равномерного распределения сжимающего усилия по всей поверхности электрода и поддержания его длительное время необходимы массивные силовые плиты, что значительно утяжеляет конденсатор с ДЭС; установка высокого пакета конденсаторных элементов в корпус стаканного типа технологически затруднена и может привести к повреждению конденсаторных элементов, затрудняет изоляцию пакета от корпуса. Указанные недостатки известной конструкции снижают удельные характеристики и надежность энергоемких конденсаторов с двойным электрическим слоем.

Задачей данного изобретения является устранение указанных недостатков.

Поставленная задача решается тем, что в конденсаторе с двойным электрическим слоем, содержащем корпус, выполненный в виде оболочки из упругого листового металлического листа, неразъемно и герметично соединенной с силовыми плитами, внутри которого размещен установленный между токосъемными пластинами с токовыводами, снабженный изоляцией и сжатый при определенном усилии пакет конденсаторных элементов, каждый из которых содержит два пористых электрода, разделенных ионопроводящим сепаратором, электролит и токосъемники, охватывающие электроды и разделенные по периметру элемента диэлектрической прокладкой, согласно изобретению, оболочка корпуса выполнена из двух или более неразъемно и герметично соединенных частей, каждая из которых снабжена по кромкам вдоль направления сжатия пакета ребрами, обращенными наружу, и на одной из кромок с внутренней стороны в области пакета профилированной планкой, перекрывающей место соединения частей оболочки, а каждая из силовых плит выполнена из листового металла в виде полой оболочки, внутренний объем которой заполнен набором пластин, плоскость которых расположена вдоль направления сжатия пакета и образующих двумерную решетку, неразъемно соединенную с оболочкой плит.

В частных случаях соединение частей оболочки корпуса друг с другом выполнено сварным.

Так как сборка конденсатора при цельной оболочке затруднена, оболочка выполняется состоящей из двух или более частей. При этом каждая часть по кромке вдоль направления сжатия пакета снабжена ребрами, обращенными наружу, которые обеспечивают монтаж оболочки и последующее неразъемное и герметичное соединение частей оболочки. Для центровки оболочки при ее сборке и предохранении пакета конденсаторных элементов и изоляции от возможных повреждений при операции соединения частей оболочки, на одной из кромок каждой части оболочки с внутренней стороны в области пакета, установлена профилированная планка, перекрывающая место соединения частей оболочки. Необходимо силовые плиты делать полыми, что позволяет значительно снизить их вес. Но, чтобы они не потеряли свою прочность и жесткость, необходимо изготовлять их из листового металла, а внутренний объем заполнить набором пластин, плоскость которых расположена вдоль направления сжатия пакета конденсаторных элементов и которые образуют двумерную решетку, неразъемно соединенную с оболочкой плит. Последнее необходимо для удобства сборки силовых плит и, кроме того, швы соединения повышают жесткость.

На фиг. 1 изображен предлагаемый конденсатор; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3-5 силовая плита, варианты выполнения; на фиг. 6-9 двумерная решетка, варианты выполнения.

Конденсатор с двойным электрическим слоем содержит корпус, внутри которого размещен пакет 1 конденсаторных элементов 2, вариант конструкции которых показан на фиг. 1. Пакет конденсаторных элементов установлен между токосъемными пластинами 3 и токовыводами 4 и снабжен изоляцией 5, выполненной из диэлектрического материала и предохраняет пакет от контакта с металлическим корпусом. Корпус содержит плиты 6 и оболочку 7. Представлена конструкция конденсатора с оболочкой, состоящей из двух частей. Каждая часть оболочки в месте соединения снабжена ребром 8, высота которого определяется удобством и надежностью монтажа корпуса и способом неразъемного и герметичного соединения (сварка, пайка, склейка). В случае применения сварки, например аргонно-дуговой, высота ребра составляет 2-3 мм. С внутренней стороны каждой части оболочки в области пакета на одной из кромок установлена профилированная планка 9, которую целесообразно выполнять металлической. Ширина и изгиб профиля планки определяются в каждом конкретном случае и зависят от диаметра электродов, толщины изоляции и т.п.

Силовая плита 6 содержит две чашки 10 и 11, которые вставляются друг в друга (фиг. 3 и 4) или стыкуются (фиг.5). Полость силовой плиты заполнена набором пластин 12, образующих двумерную решетку, неразъемно соединенную с оболочкой плиты. Возможны варианты выполнения двумерной решетки набором пластин (фиг.6-9).

Изобретение позволяет создавать энергоемкие конденсаторы с двойным электрическим слоем с высокой удельной мощностью (до 1-10 Вт/г) и надежностью.

Использование: в электротехнике, в частности в конструкции корпусов энергоемких конденсаторов с двойным электрическим слоем. Сущность изобретения: в конденсаторе с двойным электрическим слоем корпус образован силовыми плитами и оболочкой из упругого листового металла, выполненной из двух или более неразъемно и герметично соединенных между собой и с силовыми плитами частей. Каждая часть оболочки снабжена по кромке вдоль направления сжатия пакета элементов конденсаторов ребрами, обращенными наружу, и профилированной планкой, расположенной с ее внутренней стороны и перекрывающей место соединения частей оболочки. Каждая из силовых плит выполнена из листового металла в виде полой оболочки, внутренний объем которого заполнен набором пластин, плоскость которых расположена вдоль направления сжатия пакета, образующих двумерную решетку, неразъемно соединенную с оболочкой плит. Предлагаемая конструкция обеспечивает повышение удельной мощности и надежности конденсатора. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. КОНДЕНСАТОР С ДВОЙНЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СЛОЕМ, содержащий корпус, выполненный в виде оболочки из упругого листового металла, неразъемно и герметично соединенной с силовыми плитами, внутри которого размещен установленный между токосъемными пластинами с токовыводами, снабженный изоляцией и сжатый при определенном усилии пакет конденсаторных элементов, каждый из которых содержит два пористых электрода, разделенных ионопроводящим сепаратором, электролит и токосъемники, охватывающие электроды и разделенные по периметру элемента диэлектрической прокладкой, отличающийся тем, что оболочка корпуса выполнена из двух или более неразъемно и герметично соединенных частей, каждая из которых снабжена ребрами, расположенными по кромкам вдоль направления сжатия пакета и обращенными наружу и профилированной планкой, размещенной на одной из кромок с внутренней стороны оболочки и перекрывающей место соединения частей оболочки, а каждая из силовых плит выполнена из листового металла в виде полой оболочки, внутренний объем которой заполнен набором пластин, плоскость которых расположена вдоль направления сжатия пакета и которые образуют двумерную решетку, неразъемно соединенную с оболочкой плит. 2. Конденсатор по п. 1, отличающийся тем, что соединение частей оболочки выполнено сварным.