БАТАРЕЯ КОНДЕНСАТОРОВ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2001 года по МПК H01G9/14 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкции корпуса конденсаторов цилиндрической формы с двойным электрическим слоем, предназначенным для работы в качестве импульсных источников тока в электросистемах, требующих организации импульсных разрядов (сварочные аппараты, системы запуска двигателей и т.п.), а также в качестве буферных накопителей электроэнергии в комбинированных энергоустановках для электромобилей и др. транспортных средств.

Известны конденсаторы с двойным электрическим слоем (патент РФ N 2041516, МКИ H 01 G 9/00, 25.11.1992, ООО "Эконд"), 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 конденсаторного элемента диэлектрической прокладкой. Каждая из силовых плит выполнена из листового металла в виде полой оболочки, внутренний объем которой заполнен набором пластин, причем плоскость пластин расположена вдоль направления сжатия пакета конденсаторных элементов и которые образуют двумерную решетку, неразъемно соединенную с оболочкой плит.

Данное техническое решение имеет следующие недостатки. Более легкие по сравнению с монолитными силовые плиты в виде двумерной решетки приводят к существенному увеличению их толщины (в 2-4 раза), а следовательно, к увеличению размеров конденсатора в направлении сжатия пакета конденсаторных элементов и ухудшению удельных габаритных характеристик. Решетчатая конструкция силовых плит сложна и трудоемка в изготовлении, требует ряда специальной оснастки, удорожает стоимость изготовления конденсаторов. Кроме того, плоскопараллельная конструкция силовых плит не позволяет при сжатии пакета конденсаторных элементов полностью выдавить из конденсаторных элементов избытка электролита, оставшегося после заправки конденсаторных элементов электролитом, т. к. при сжатии пакета вначале происходит смыкание диэлектрических прокладок и герметизация внутренних полостей конденсаторных элементов. Электролитный зазор определяется строительной высотой сжатых прокладок, а не строительной высотой сепараторов. Это в свою очередь приводит к увеличению внутреннего сопротивления конденсатора.

Известна также конденсаторная батарея, выбранная в качестве прототипа (см. SU N 1075318A, МКИ H 01 G 9/13, 10.11.1984, НПО "КВАНТ"), содержащая между конденсаторными элементами пружинные тарельчатые токоотводы, обеспечивающие поджим и надежный электрический контакт. Тарельчатые пружины изготавливаются из специальных сталей с последующей термикрообработкой, вследствие чего они имеют более низкую электропроводность. Их применение в конструкции конденсаторов приводит к увеличению габаритных размеров, снижению удельных энергетических и мощностных параметров и увеличению стоимости изготовления.

Целью данного изобретения является устранение указанных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что в батарее конденсаторов, содержащей корпус, пакет цилиндрических конденсаторных элементов и упругие поджимающие устройства тарельчатой формы, согласно изобретению, упругие поджимающие устройства тарельчатой формы ограничены выпуклой и вогнутой сферическими поверхностями, причем выпуклая сферическая поверхность, примыкающая к пакету цилиндрических конденсаторных элементов, имеет радиус, равный 5-10 диаметрам пакета цилиндрических конденсаторных элементов, а радиус наружной сферической поверхности больше радиуса выпуклой сферической поверхности на 1-3 диаметра пакета цилиндрических конденсаторных элементов, при этом толщина прижимающего устройства по оси пакета цилиндрических конденсаторных элементов определяется требуемым усилием сжатия и механическими характеристиками применяемого материала.

Предлагаемая конструкция упругих поджимающих пакет конденсаторных элементов устройств обеспечивает постепенное вытеснение избытка электролита при сжатии пакета в направлении от центра к периферии конденсаторных элементов. При этом обеспечивается минимальный электролитный зазор, определяемый толщиной сепараторов, а следовательно, и минимальное внутреннее сопротивление батареи конденсаторных элементов в целом. На последнем этапе сжатия пакета происходит распрямление выпуклой поверхности поджимающего устройства в плоскость и герметизация конденсаторных элементов по периметру. Затем производится нейтрализация электролита, отмывка периметра от остатков нейтрализованного электролита, сушка и установка упругой обечайки, которая неразъемно, например, при помощи сварки соединяется с поджимающим устройством по его периметру.

Поставленная цель достигается также выполнением в известном устройстве упругого поджимающего устройства тарельчатой формы, ограниченного выпуклой поверхностью, примыкающей к пакету цилиндрических конденсаторных элементов с плоской наружной поверхностью, или наружной поверхностью в виде выпуклого конуса с углом при вершине 175-178^o или тем, что упругое поджимающее устройство состоит из центрального диска с плоской поверхностью со стороны пакета цилиндрических конденсаторных элементов, диаметр которого равен 0,5-0,7 диаметра пакета цилиндрических конденсаторных элементов, и тарельчатой пружины с коническими не пересекающимися в пространстве поверхностями, причем центральный диск со стороны пакета цилиндрических конденсаторных элементов снабжен цилиндрическим или торообразным пояском, высота которого равна 0,25-0,5 толщины центрального диска, а наружный диаметр на 3-10 мм больше диаметра центрального диска, при этом нижняя часть тарельчатой пружины по контуру центрального отверстия, диаметр которого равен диаметру диска, имеет проточку глубиной, равной высоте пояска диска, и диаметром на 1-3 мм больше наружного диаметра пояска.

Приведенный анализ уровня техники показал, что заявляемая совокупность существенных признаков, изложенных в формуле, неизвестна. Это позволяет сделать вывод, что заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Для проверки соответствия заявляемого изобретения критерию "изобретательский уровень" проведен поиск технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа заявляемого изобретения.

Установлено, что заявляемое изобретение не следует для специалиста в данной области техники явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами и описанием устройства.

На фиг. 1 представлено прижимное устройство 1 со сферическими поверхностями, выпуклая поверхность 2 имеет радиус сферы R_сф.вып. = 5-10 D_пк, где D_пк - наружный диаметр пакета конденсаторов. Внешняя вогнутая поверхность 3 имеет радиус сферы R_{сф.вогн.} = R_сф.вып. + (1-3)D_пк. Отверстие 4 предназначено для токовывода. h - толщина прижимного устройства по оси пакета цилиндрических конденсаторных элементов.

На фиг. 2 изображено прижимное устройство с внешней поверхностью в виде плоскости 5.

На фиг. 3 показано прижимное устройство с внешней конической поверхностью 6.

На фиг. 4 показано прижимное устройство 7, состоящее из центрального диска 8, снабженного выступом 9, и тарельчатой пружины 10 с канавкой 11.

На фиг. 5 представлена батарея конденсаторов 12 в собранном виде. Батарея конденсаторов содержит корпус 13, пакет цилиндрических конденсаторных элементов 14 с токовыводами 15 и изоляционными прокладками 16, упругие прижимающие устройства 17.

Заявленная батарея конденсаторов была реализована на макете с пакетом из 30 конденсаторных элементов с двойным электрическим слоем наружным диаметром 90 мм (диаметр электродов 83 мм). Прижимное устройство состояло из двух частей: центрального диска диаметром 60 мм и высотой 7 мм и тарельчатой пружины с коническими поверхностями наружным диаметром 100 мм, толщина пружины 5 мм, прогиб до полного распрямления 2,5 мм, контролируемый прогиб в батарее конденсаторов 2,0 мм, материал центрального диска и тарельчатой пружины 60C2A, усилие прижима составило 3600 кГ, что соответствует удельной нагрузке на электрод - 56,6 кГ/см². Полученная величина близка к удельным нагрузкам на электроды серийно выпускаемых импульсных конденсаторов энергетических (с двойным электрическим слоем) по ТУ.

По сравнению с выпускаемыми серийно изделиями высота устройства при тех же электрических параметрах уменьшилась со 180 мм до 160 мм, а внутреннее сопротивление уменьшилось на 12%.

На основании изложенного можно сделать вывод, что заявляемое устройство может быть реализовано на практике с достижением указанного технического результата и, следовательно, соответствует критерию "промышленная применимость".

Изобретение относится к электротехнике, в частности к батареям конденсаторов (вариантов) цилиндрической конструкции, например к конденсаторам с двойным электрическим слоем. Согласно изобретению, батарея конденсаторов содержит упругие поджимающие устройства тарельчатой формы со сферическими поверхностями. Выпуклая сферическая поверхность, примыкающая к пакету цилиндрических конденсаторных элементов, имеет радиус сферы, равный 5-10 диаметрам пакета, а радиус наружной вогнутой поверхности на 1-3 диаметра пакета больше радиуса выпуклой поверхности. Наружная поверхность упругого поджимающего устройства может быть выполнена плоской или в виде выпуклого конуса с углом при вершине 175-178°. Также, согласно изобретению, упругое поджимающее устройство состоит из центрального диска с плоской поверхностью со стороны пакета конденсаторных элементов, диаметр которого равен 0,5-0,7 диаметра пакета, и тарельчатой пружины. Центральный диск со стороны пакета снабжен цилиндрическим или торообразным пояском, а центральное отверстие тарельчатой пружины имеет проточку со стороны пакета, обеспечивающие сопряжение центрального диска с тарельчатой пружиной. Изобретение позволяет уменьшить габаритные размеры и снизить удельные энергетические и мощностные параметры. 4 с.п.ф-лы, 5 ил.

1. Батарея конденсаторов, содержащая корпус, пакет цилиндрических конденсаторных элементов и упругие поджимающие устройства тарельчатой формы, отличающаяся тем, что упругие поджимающие устройства тарельчатой формы ограничены выпуклой и вогнутой сферическими поверхностями, причем выпуклая сферическая поверхность, примыкающая к пакету цилиндрических конденсаторных элементов, имеет радиус сферы, равный 5 - 10 диаметрам пакета цилиндрических конденсаторных элементов, а радиус наружной вогнутой сферической поверхности больше радиуса выпуклой сферической поверхности на 1 - 3 диаметра пакета цилиндрических конденсаторных элементов. 2. Батарея конденсаторов, содержащая корпус, пакет цилиндрических конденсаторных элементов и упругие поджимающие устройства тарельчатой формы, отличающаяся тем, что упругие поджимающие устройства тарельчатой формы ограничены выпуклой поверхностью, примыкающей к пакету цилиндрических конденсаторных элементов, наружная поверхность упругого поджимающего устройства выполнена плоской. 3. Батарея конденсаторов, содержащая корпус, пакет цилиндрических конденсаторных элементов и упругие поджимающие устройства тарельчатой формы, отличающийся тем, что упругие поджимающие устройства тарельчатой формы ограничены выпуклой поверхностью, примыкающей к пакету цилиндрических конденсаторных элементов и имеют наружную поверхность в виде выпуклого конуса с углом при вершине 175 - 178°. 4. Батарея конденсаторов, содержащая корпус, пакет цилиндрических конденсаторных элементов и упругие поджимающие устройства тарельчатой формы, отличающаяся тем, что упругое поджимающее устройство состоит из центрального диска с плоской поверхностью со стороны пакета цилиндрических конденсаторных элементов, диаметр которого равен 0,5 - 0,7 диаметра пакета цилиндрических конденсаторных элементов, и тарельчатой пружины с коническими, не пересекающимися в пространстве поверхностями, причем центральный диск со стороны пакета цилиндрических конденсаторных элементов снабжен цилиндрическим или торообразным пояском, высота которого равна 0,25 - 0,5 толщины центрального диска, наружный диаметр на 3 - 10 мм больше диаметра центрального диска, при этом нижняя часть тарельчатой пружины по контуру центрального отверстия, диаметр которого равен диаметру центрального диска, имеет проточку глубиной, равной высоте пояска с диаметром на 1 - 3 мм больше наружного диаметра пояска.