Конденсатор с двойным электрическим слоем

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности - к конструкции низковольтных накопительных конденсаторов. Конденсатор с двойным электрическим слоем содержит полый корпус 1, внутри которого размещен по меньшей мере один пакет 2 накопительных секций 3 с токосъемными пластинами 4, 5, силовые плиты 6, 7, закрывающие корпус с торцов и сжимающие пакет накопительных секций, по меньшей мере один 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 отличается тем, что он снабжен наружным торцевым изолятором 13, закрепленным на токовыводе 8 и герметично соединенным с внутренним изолятором, расположенным в отверстии 9 силовой плиты вокруг токовывода 8, внутренний конец которого прикреплен к токосъемной пластине 4 сварным герметичным соединением. Повышение надежности конденсатора в эксплуатации является техническим результатом изобретения. 13 з.п.ф-лы, 2 ил.

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 стержневого токовывода, 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 выполненный в виде стержня токовывод, электрически соединенный с токосъемной пластиной и расположенный в отверстии, выполненном в силовой плите, и внутренние изоляторы, согласно изобретению снабжен наружным изолятором, закрепленным на токовыводе и герметично соединенным с внутренним изолятором, расположенным в отверстии силовой плиты вокруг токовывода, внутренний конец которого прикреплен к токосъемной пластине сварным герметичным соединением.

Наличие наружного 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 является технологичной и обеспечивает повышение надежности крепления токовывода к токосъемной пластине, а также улучшение электрического контакта между ними.

Токовывод может быть выполнен цилиндрическим. В этом случае целесообразно, чтобы его диаметр был равен 0,3-0,9 диаметра отверстия в силовой плите. Корпус также может быть выполнен цилиндрическим, а наружный изолятор - дисковым, с диаметром равным 0,05-0,5 диаметра корпуса, что позволяет обеспечить достаточное для надежной работы конденсатора расстояние по диэлектрику между токовыводом и силовой плитой.

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

С целью уменьшения материалоемкости и веса наружный 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 наружными 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 заполнять компаундом, например эпоксидным, для увеличения прочности соединения и защиты его от механических и климатических воздействий.

Внутренний конец токовывода может быть приварен к токосъемной пластине со стороны внутреннего изолятора или расположен в отверстии токосъемной пластины и приварен к ней со стороны пакета накопительных секций.

Для повышения прочности соединения внутренний конец токовывода может быть расположен в отверстии токосъемной пластины и приварен к ней с двух сторон.

Как токовывод, так и токосъемная пластина могут быть выполнены из стали.

На фиг. 1 изображен конденсатор с двойным электрическим слоем, снабженный одним токовыводом, внутренний конец которого приварен к поверхности токосъемной пластины со стороны внутреннего изолятора.

На фиг. 2 - конденсатор с одним токовыводом, внутренний конец которого расположен в отверстии токосъемной пластины и приварен к ней с двух сторон.

Конденсатор содержит полый корпус 1, внутри которого размещен по меньшей 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 2, 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 герметично соединенным с внутренним изолятором 10. В одном исполнении (фиг. 1) внутренний конец токовывода 8 приварен к пластине 4 со стороны изолятора 10, а в другом исполнении (фиг. 2) - расположен в отверстии токосъемной пластины и приварен к ней с двух сторон. Внутренний изолятор 10 получают путем заполнения изоляционным герметиком полости, образованной стенками отверстия 9 в силовой плите, поверхностями изолятора 13 и токовывода 8.

Корпус 1 выполнен цилиндрическим, а диаметр дискового наружного изолятора D_и равен 0,05-0,5 диаметра корпуса D_к. Токовывод 8 также выполнен цилиндрическим с диаметром D_в, равным 0,5-0,9 диаметра D_о отверстия 9 в силовой плите.

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

Наружный конец токовывода 8 выполнен адаптированным к присоединению внешних коммутационных элементов путем выполнения в нем глухого осевого резьбового отверстия 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, и токовывод 8.

Формула изобретения

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 выполненный в виде стержня токовывод, электрически соединенный с токосъемной пластиной и расположенный в отверстии, выполненном в силовой плите, и внутренние изоляторы, отличающийся тем, что он снабжен наружным изолятором, закрепленным на токовыводе и герметично соединенным с внутренним изолятором, расположенным в отверстии силовой плиты вокруг токовывода, прикрепленного к токосъемной пластине сварным герметичным соединением.

2. Конденсатор по п. 1, отличающийся тем, что токовывод выполнен цилиндрическим, с диаметром, равным 0,3 - 0,9 диаметра отверстия в силовой плите.

3. Конденсатор по п.2, отличающийся тем, что корпус выполнен цилиндрическим, а наружный изолятор - дисковым, с диаметром, равным 0,05 - 0,5 диаметра корпуса.

4. Конденсатор по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что наружный изолятор закреплен на токовыводе с помощью резьбового соединения.

5. Конденсатор по п.4, отличающийся тем, что резьбовое соединение наружного изолятора с токовыводом загерметизировано компаундом.

6. Конденсатор по любому из пп. 3 - 5, отличающийся тем, что наружный изолятор имеет тарельчатую форму.

7. Конденсатор по любому 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 любому из пп. 1 - 7, отличающийся тем, что он имеет два стержневых токовывода, и, соответственно, два наружных изолятора, выполненных и установленных аналогично.

9. Конденсатор по любому 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 любому из пп.9,10, отличающийся тем, что зазоры между колпаком, корпусом и силовыми плитами заполнены герметизирующим компаундом.

12. Конденсатор по любому из пп.1 - 11, отличающийся тем, что внутренний конец токовывода приварен к токосъемной пластине со стороны внутреннего изолятора.

13. Конденсатор по любому из пп.1 - 11, отличающийся тем, что токосъемная пластина имеет отверстие, в котором расположен внутренний конец токовывода, приваренный к ней с двух сторон.

14. Конденсатор по любому из пп.1 - 13, отличающийся тем, что токовывод и токосъемная пластина выполнены из стали.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2