КОНДЕНСАТОР С ДВОЙНЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СЛОЕМ Российский патент 2001 года по МПК H01G9/155 

Изобретение относится к электротехнике, в частности - к конструкции низковольтных накопительных конденсаторов.

Конденсаторы с двойным электрическим слоем (КДЭС) применяют в качестве резервных источников питания, а также для обеспечения больших импульсных токов через нагрузку, например, в системах электростартерного пуска двигателей внутреннего сгорания. Сверхвысокая емкость таких конденсаторов обеспечивается двойным электрическим слоем, образующимся на границе раздела между электродом и электролитом. КДЭС обладают хорошими зарядно-разрядными характеристиками и способностью сохранять заряд в течение длительного времени.

Известен КДЭС, содержащий полый цилиндрический корпус из изоляционного материала, внутри которого размещены пакеты накопительных секций, каждый из которых включает два электрода, разделенных ионопроводящим пористым сепаратором, пропитанным электролитом, и инертные к электролиту обкладки, охватывающие электроды и разделенные изоляционными проставками (патент РФ N 2036523, кл. H 01 G 9/00, 1995 г.). Токовыводами в данном конденсаторе являются торцевые силовые плиты, между которыми зажаты пакеты накопительных секций. Это ограничивает область применения конденсатора, так как в ряде случаев необходимо наличие специального токовывода, выполненного из металла или сплава с низким удельным сопротивлением (медь, латунь) и адаптированного к внешним коммутационным элементам.

Известен также КДЭС, содержащий пакеты накопительных секций, зажатые между токосъемными пластинами, и токовыводы, выполненные в виде цилиндрических стержней, каждый из которых прикреплен к соответствующей токосъемной пластине (заявка PCT 92/12521, кл. H 01 G 9/00, 1992 г.). Токовыводы имеют небольшой диаметр и, как правило, припаиваются к токосъемным пластинам. Для конденсаторов, имеющих большую емкость и массу (до нескольких десятков килограмм) такое крепление токовыводов является недостаточно надежным. Кроме того, при использовании таких конденсаторов на установках, работающих на открытом воздухе, например, на установках для запуска ДВС или для сварки, возможно попадание влаги и грязи на наружную торцевую поверхность силовых плит и на токовывод. Это приводит к саморазряду конденсаторов.

Задачей изобретения является повышение надежности КДЭС в эксплуатации.

Поставленная задача решается путем того, что конденсатор с двойным электрическим слоем, содержащий корпус, внутри которого размещен по меньшей мере один пакет накопительных секций с токосъемными пластинами, силовые плиты, закрывающие корпус с торцов и сжимающие пакет накопительных секций, по меньшей мере один стержневой токовывод, электрически соединенный с токосъемной пластиной и расположенный в отверстии, выполненном в силовой плите, и внутренние изоляторы, согласно изобретению снабжен наружным торцевым изолятором, закрепленным на токовыводе, прижатым к поверхности силовой плиты и герметично соединенным с внутренним изолятором, расположенным в отверстии силовой плиты вокруг токовывода, и переходной втулкой, приваренной к токосъемной пластине, а токовывод прикреплен к втулке с помощью резьбового соединения и дополнительно - с помощью пайки, сварки или склейки.

Наличие внешнего изолятора, герметично соединенного с внутренним изолятором, позволяет увеличить электрическое сопротивление между токовыводом и силовой плитой и значительно снизить влияние неблагоприятных условий эксплуатации (повышенная влажность, загрязнение поверхностей) на характеристики конденсатора. Предлагаемая конструкция обеспечивает повышение надежности электрического контакта между токосъемной пластиной и токовыводом. Вероятность того, что контакт может быть нарушен в результате механического воздействия на токовывод, например, при случайном ударе по нему, практически исключается. Кроме того, конструкция является технологичной с точки зрения производства КДЭС с токовыводами и токосъемными пластинами, выполненными из различных материалов и имеющими различную форму. Так, токосъемные пластины предпочтительно выполнять из электропроводящего материала, коррозионностойкого, по крайней мере, к электролиту, содержащемуся в накопительных секциях, а токовывод - из материала с высокой электропроводностью и коррозионностойкого к факторам окружающей среды.

Наружный торцевой изолятор может быть выполнен дисковым, а токовывод - цилиндрическим. В этом случае целесообразно, чтобы диаметр токовывода был равен 0,1-0,5 диаметра дискового изолятора. Корпус также может быть выполнен цилиндрическим, при этом целесообразно, чтобы диаметр наружного изолятора был равен 0,25- 0,5 диаметра корпуса, что позволяет обеспечить достаточное для надежной работы конденсатора расстояние по диэлектрику между токовыводом и силовой плитой.

Наиболее надежным является крепление наружного торцевого изолятора на стержне токовывода с помощью резьбового соединения, которое может быть загерметизировано компаундом.

С целью уменьшения материалоемкости и веса, наружный торцевой изолятор может иметь тарельчатую форму.

Наружный конец токовывода может быть выполнен адаптированным к присоединению внешних коммутационных элементов, в частности, снабжен глухим осевым резьбовым отверстием.

Возможно выполнение конденсатора с двумя стержневыми токовыводами и соответственно с двумя переходными втулками и двумя наружными торцевыми изоляторами, выполненными и установленными аналогично.

Для повышения надежности герметизации внутренней полости на корпусе могут быть закреплены колпаки, закрывающие области соединения корпуса с силовыми плитами. Колпаки предпочтительно выполнять из ударопрочного диэлектрического материала. Зазоры между колпаками, корпусом и силовыми плитами целесообразно дополнительно заполнять компаундом, например, эпоксидным для увеличения прочности соединения и защиты его от механических и климатических воздействий.

На чертеже изображен конденсатор с двойным электрическим слоем, снабженный одним токовыводом.

Конденсатор содержит полый корпус 1, внутри которого размещен по крайней мере один пакет 2 накопительных секций 3 (конденсаторных элементов, каждый из которых содержит пропитанные электролитом электроды и сепаратор). Пакет 2 зажат между токосъемными пластинами 4,5. Конденсатор также содержит силовые плиты 6,7, приваренные по периметру к корпусу 1 для обеспечения усилия сжатия пакета, стержневой токовывод 8, электрически соединенный с токосъемной пластиной 4 и расположенный в отверстии 9, выполненном в силовой плите 6, и внутренние изоляторы 10-12. Конденсатор снабжен наружным торцевым изолятором 13, закрепленным на токовыводе 8 и прижатым к силовой плите 6, и переходной втулкой 14, приваренной к токосъемной пластине 4. Токовывод 8 прикреплен к втулке 14 с помощью резьбового соединения и дополнительно - с помощью пайки или сварки или склейки, например, электропроводящим клеем. Полости, образованные стенками отверстия 9 в силовой плите, поверхностями изолятора 13, токовывода 8 и втулки 14, заполнены изоляционным герметиком.

Корпус 1 выполнен цилиндрическим, а наружный торцевой изолятор 13 - дисковым, с диаметром D_и, равным 0,25-0,5 диаметра корпуса D_к. Токовывод 8 также выполнен цилиндрическим с диаметром D_в, равным 0,1-0,5 диаметра D_и дискового изолятора.

Наружный торцевой изолятор 13 навинчен на резьбу, выполненную на стержне 8 токовывода, и закреплен на ней с помощью герметизирующего клеевого состава. На чертеже изображен изолятор 13, имеющий тарельчатую форму.

Наружный конец токовывода 8 адаптирован к присоединению внешних коммутационных элементов, так как в нем выполнено глухое осевое резьбовое отверстие 15 под болт.

На корпусе 1 закреплены колпаки 16,17 из ударопрочного материала, закрывающие области соединения корпуса с силовыми плитами 6,7.

Конденсатор работает следующим образом.

При заряде и разряде пакета 2 накопительных секций ток протекает через токосъемные пластины 4,5, переходную втулку 14, токовывод 8.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкции низковольтных накопительных конденсаторов. Конденсатор с двойным электрическим слоем содержит полый корпус, внутри которого размещен по меньшей мере один пакет накопительных секций с токосъемными пластинами, силовые плиты, закрывающие корпус с торцом и сжимающие пакет накопительных секций, по меньшей мере один стержневой токовывод, электрически соединенный с токосъемной пластиной и расположенный в отверстии 9, выполненном в силовой плите, и внутренние изоляторы. Конденсатор отличается тем, что он снабжен наружным торцевым изолятором, закрепленным на токовыводе, прижатым к поверхности силовой плиты 6 и герметично соединенным с внутренним изолятором, расположенным в отверстии силовой плиты вокруг токовывода, и переходной втулкой, приваренной к токосъемной пластине, а токовывод прикреплен к втулке с помощью резьбового соединения и дополнительно - с помощью пайки или склейки. Изобретение позволяет повысить надежность конденсатора в эксплуатации. 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Конденсатор с двойным электрическим слоем, содержащий корпус, внутри которого размещен по меньшей мере один пакет накопительных секций с токосъемными пластинами, силовые плиты, закрывающие корпус с торцов и сжимающие пакет накопительных секций по меньшей мере один стержневой токовывод, электрически соединенный с токосъемной пластиной и расположенный в отверстии, выполненном в силовой плите, и внутренние изоляторы, отличающийся тем, что он снабжен наружным торцевым изолятором, закрепленным на токовыводе, прижатым к поверхности силовой плиты и герметично соединенным с внутренним изолятором, расположенным в отверстии силовой плиты вокруг токовывода, и переходной втулкой, приваренной к токосъемной пластине, а токовывод прикреплен к втулке с помощью резьбового соединения и, дополнительно, с помощью пайки, сварки или склейки. 2. Конденсатор по п.1, отличающийся тем, что наружный торцевой изолятор выполнен дисковым, а токовывод - цилиндрическим с диаметром, равным 0,1 - 0,5 диаметра дискового изолятора. 3. Конденсатор по п.2, отличающийся тем, что корпус выполнен цилиндрическим, а диаметр наружного торцевого изолятора равен 0,25 - 0,5 диаметра корпуса. 4. Конденсатор по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что наружный торцевой изолятор закреплен на стержне токовывода с помощью резьбового соединения. 5. Конденсатор по п.4, отличающийся тем, что резьбовое соединение наружного торцевого изолятора с стержнем токовывода загерметизировано компаундом. 6. Конденсатор по одному из пп.1 - 5, отличающийся тем, что наружный торцевой изолятор имеет тарельчатую форму. 7. Конденсатор по одному из пп.1 - 6, отличающийся тем, что наружный конец токовывода выполнен адаптированным к присоединению внешних коммутационных элементов, в частности снабжен глухим осевым резьбовым отверстием. 8. Конденсатор по одному из пп.1 - 7, отличающийся тем, что он имеет два стрежневых токовывода по одному на каждую силовую плиту и соответственно две переходные втулки и два наружных торцевых изолятора, выполненных и установленных аналогично. 9. Конденсатор по одному из пп.1 - 8, отличающийся тем, что на корпусе закреплены колпаки, закрывающие области соединения корпуса с силовыми плитами. 10. Конденсатор по п.9, отличающийся тем, что колпаки выполнены из ударопрочного диэлектрического материала. 11. Конденсатор по одному из пп.1 и 10, отличающийся тем, что зазоры между колпаком, корпусом и силовыми плитами заполнены герметизирующим компаундом.