CN101458995B - 电容储能器 - Google Patents

Abstract

一种电容储能装置，它包括电容储能器和与所述电容储能器相连接的温控循环装置，电容储能器包括箱体、与箱体密封连接的箱盖，设置在箱体内的多个陶瓷电容部件，在箱体内充满介电强度大于20KV/mm的液体，陶瓷电容部件具有多个正负极板，在正极板或负极板上具有多个突起。由于在箱体内的正负极板之间充满了具有高介电强度的液体，使得电极板之间在高压环境下不易发生击穿和自发放电；其次，可以通过循环液体来调控箱体内的温度，保证储能器处于最佳工作环境。

Description

电容储能器

技术领域

本发明涉及一种电容储能器以及采用该电容储能器的电容储能装置。 

背景技术

现有的电能量储存器，包括电化学蓄电池、普通电容器、超级电容器等。 

其中电化学蓄电池(简称蓄电池)利用物质的氧化还原反应原理来储存能量，其缺点是单个电池的工作电压低，充电时间长，循环寿命短，部分蓄电池使用酸性电解液，一旦泄漏会造成危险及环境污染等。 

普通电容器是通过物理过程吸附电荷从而储存电能的元器件，被越来越广泛的用于电子设备和产品中。与传统的蓄电池相比，电容器具有充电时间短、使用寿命长等优点，但缺点是储存的电能量比较少，难以作为持续性的电源。 

近年来出现的超级电容器是一种介于畜电池和普通电容器之间的电化学电容器装置，超级电容器主要依靠在电极板和电解液的界面之间所形成的双电层来储存能量。目前，一般选用碳材料(比如多孔碳、碳纤维等)来作为超级电容的电极板，由于碳材料较大的比表面积(500～2000m²/g)和双电层之间的极小距离(约为 )，所以超级电容具有极大的电容量(一般超级电容的容量为法拉级)。但是，尽管如此，目前的超级电容的能量密度仍然没有传统蓄电池高，市场上的高端超级电容器每公斤的储存能量只有锂电池的1/25～1/10。 

使用了特殊介电材料的陶瓷介质电容器能够解决一般超级电容器的上述问题(美国专利US7033406)。对陶瓷介质电容的电介质材料进行改进，使其可以承受几千伏特的高压，其质量储能密度可以达到0.2～0.4kW·h/kg，超过了锂电池的0.2kW·h/kg，可以进行快速的充放电从而给汽车提供大功率的推动电源，而且无任何污染。但是在具体应用过程中，可能会出现如下的问题： 

1、由于电容储能器的正常工作环境比较复杂，如果在潮湿和有尘埃的环境下使用，正负极板间很容易产生自放电而使存储的电能损失；并且极板表面如果积有水蒸汽和尘埃时，将严重影响其表面散热性，正负极板之间可能发生击穿和自发放电，造成所储存的电能流失。 

2、这种大功率的电容储能器的工作电流最大可达到几百安培，使用过程中的介电损耗和线路损耗，使电容储能器内部产生大量的热量，当温度超过80℃，会破坏电容储能器的正常运行；如果在-40℃的低温环境下使用，电容储能器 由于内部电容材料的介电常数远低于常温的介电常数，电容值下降导致储能量低于常温时所能存储的能量，影响电容储能器的正常工作。 

3、如果电容储能器应用作为电动汽车的动力电源时，内部的高绝缘材料要保证电容储能器在高电压下使用可靠，而一旦发生意外，外壳破裂，内部的高电压电极会裸露出来，将导致安全问题。 

发明内容

本发明的目的就是针对上述问题，提供一种使用可靠性高的电容储能装器以及使用该电容储能器的电容储能装置。 

为了解决上述的技术问题，本发明采用的技术方案是： 

一种电容储能器，它包括箱体、与所述箱体密封连接的箱盖、设置在所述箱体内的多个陶瓷电容部件，在所述的箱体内充满介电强度大于20KV/mm的液体。 

所述的陶瓷电容部件具有多个正负极板，在所述的正极板或负极板上具有多个突起。 

所述的液体为硅油。 

一种电容储能装置，它包括上述的电容储能器和与上述电容储能器相连接的温控循环装置，所述的温控循环装置包括单向阀、加热或冷却装置、单向压力泵、气液分离装置、热电偶、电动机以及温度控制仪，所述的第一单向阀、加热或冷却装置、单向压力泵、气液分离装置、第二单向阀通过管道依次相连通，所述的第一单向阀和第二单向阀与箱体相连通，在管道内充满所述液体，所述热电偶的触头伸入箱体内，所述电动机与单向压力泵电连通，所述温度控制仪分别与电动机和热电偶电连通。 

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优点：由于在箱体内的正负极板之间充满了具有高介电强度的液体(介电强度＞20KV/mm)，使得电极板之间在高压环境下不易发生击穿和自发放电。 

本发明进一步的优点是：可以通过循环液体来调控电容储能器箱体内的温度，使得电容储能器处于最佳工作环境。 

本发明进一步的优点是：液体在循环过程中能将附着在电容储能器极板表面的杂质带走，保证极板之间不会因为杂质累积太多而导致击穿。 

本发明更进一步的优点是：当出现意外时，如果箱体破裂导致液体漏出时，极板间的突起露在空气中，发生击穿放电，使存储的电能迅速导走，使电容储 能器电压达到人体安全电压。 

附图说明

附图1为本发明实施例的整体示意图； 

附图2为本发明实施例中电容储能器正常工作时的内部示意图； 

附图3为本发明实施例中电容储能器的箱体破裂后的内部示意图； 

其中：1、电容储能器；2、温控循环装置；3、硅油；4、管道；5、突起；11、箱体；12、箱盖；13、陶瓷电容部件；21、第一单向阀；22、第二单向阀；23、加热或冷却装置；24、单向压力泵；25、气液分离装置；26、热电偶；27、电动机；28、温度控制仪；131、正极板；132、负极板。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做出详细的说明。 

如附图1所示意： 

一种电容储能器1，它包括包括箱体11、与所述箱体11密封连接的箱盖12，设置在所述箱体11内的多个陶瓷电容部件13，在所述的箱体11内充满了硅油3，所述硅油3的介电强度大于20KV/mm。 

一种电容储能装置，它包括电容储能器1和与所述电容储能器相连接的温控循环装置2，所述的温控循环装置2包括第一单向阀(21)、第二单向阀(22)、加热或冷却装置23、单向压力泵24、气液分离装置25、热电偶26、电动机27以及温度控制仪28，所述的第一单向阀21、加热或冷却装置23、单向压力泵24、气液分离装置25、第二单向阀22之间通过管道4依次相连通，所述的第一单向阀(21)和第二单向阀(22)与箱体11相连通，在管道4内充满所述液体3，所述热电偶26的触头伸入箱体11内，所述电动机27与单向压力泵24电连通，所述温度控制仪28分别与电动机27和热电偶26电连通。 

在本实施例中，箱体11的容积为9314cm3，箱体11内充有3.5千克的硅油，这样，可以使得当电容储能器1在连续通300安培电流达十分钟的情况下，其温度不超过60℃。而一旦箱体11内的温度超过了60℃，热电偶26即会将温度信号传递至温度控制仪28，温度控制器28通过可控硅或者固态集线器等触发回路，开启电动机27，电动机27带动单向压力泵24，使得箱体11内的硅油3通过第一单向阀(21)、第二单向阀(22)和管道4开始单向循环(循环方向在附图1中以直线箭头标出)，第一单向阀21位于箱体11的上部，为硅油的出口；第二单向阀22位于箱体11的下部，为硅油的入口。而一旦当箱体11内的温度低于0℃时，与上述的 冷却方式相同，温控循环装置2使得硅油3循环加热。加热或冷却装置23连接在管道4上，其内部表面积较大，这样有利于高效地加热或者冷却。加热或冷却方式可外接加热器或散热片、采用外接冷却水或者直接风冷的方式或混合方式。为避免在循环过程中，可能产生的空气进入电容储能器1，使其发生自放电现象而导致储能电能的浪费，在电容储能器1旁边硅油3的入口端，第二单向阀22和单向压力泵24之间装有一套气液分离装置25，这样可以过滤掉硅油3中可能存在的空气。另外，本温控循环系统中的接头处采用管螺纹方式连接，可以防止硅油的渗漏。 

如附图2所示意，所述的陶瓷电容部件13具有多个正负极板131，132，在所述的正极板131或负极板132上具有多个突起5。在正负极板之间充满硅油3，突起5与其相对极板之间的距离约为1mm，在正常工作状态下，正负极板之间的电压约为3500V，在极板间充满硅油3的条件下，正负极板不会发生击穿现象。 

如附图3所示意，一旦箱体11发生破裂，箱内的硅油3发生泄漏，正负极板之间只有低介电强度的空气，在3500伏特的电压下，在突起5和其相对极板之间的空气会很快发生击穿，从而正负极板发生放电，使得极板之间的电压下降；并且该放电过程很快，在10分钟之内正负极板之间的电压可以下降到36伏特以下，达到人体安全电压。 

最后，为了保证硅油3渗漏以后，电容储能器1不管处于何种位置都能够自放电，正极板131或负极板132的四周都布有突起5，从而防止硅油3只渗漏一部分而不发生自放电现象。 

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此来限定本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。 

Claims (1)

1.一种电容储能器，它包括箱体(11)、与所述箱体(11)密封连接的箱盖(12)、设置在所述箱体(11)内的多个陶瓷电容部件(13)，其中，所述的箱体(11)内充满介电强度大于20KV/mm的液体(3)，所述液体(3)为硅油；还进一步包括与所述电容储能器相连接的温控循环装置(2)，所述的温控循环装置(2)包括第一单向阀(21)、第二单向阀(22)、加热或冷却装置(23)、单向压力泵(24)、气液分离装置(25)、热电偶(26)、电动机(27)以及温度控制仪(28)，所述的第一单向阀(21)、加热或冷却装置(23)、单向压力泵(24)、气液分离装置(25)、第二单向阀(22)通过管道(4)依次相连通，所述第一单向阀(21)和第二单向阀(22)与箱体(11)相连通，在管道(4)内充满所述液体(3)，所述热电偶(26)的触头伸入箱体(11)内，所述电动机(27)与单向压力泵(24)电连通，所述温度控制仪(28)分别与电动机(27)和热电偶(26)电连通。

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