CN106449115A - 一种用于充电桩的耐充放电的铝电解电容器及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种用于充电桩的耐充放电的铝电解电容器，涉及电解电容技术领域，包括由正极箔、负极箔及隔离纸卷绕形成的素子，所述素子封装于铝壳之内，所述铝壳的顶部设有电木盖，所述电木盖上设有通过引线与所述正极箔与负极箔分别连接的正端子与负端子，所述正极箔采用磷酸系药粉化成，所述负极箔的纯度为99.7%及以上，所述隔离纸采用密度范围0.50～0.95
Description
技术领域
本发明涉及电解电容技术领域，具体的是指一种用于充电桩的耐充放电铝电解电容器。
背景技术
随着我国经济的增长，伴随而来的是对我们赖以生存的环境的污染，人们越来越关注节能和环保。新能源汽车作为一种新型的绿色交通工具应运而生受到了广泛关注，实施新能源汽车推广计划已经势在必行。而充电桩是保证新能源汽车使用的一项至关重要的技术。充电桩充电方式是将市电整流滤波逆变再降压整流滤波，然后给电瓶充电，本质是一个电源系统。
铝电解大电容是充电桩的核心部件，几乎在充电桩整个运行模块中均会用到。它主要运用在PFC中起到直流支撑，滤波以及与电感起到谐振的作用。由充电桩本身技术规范和工作环境及状况等特点决定，充电桩用电容重要应用环境是频繁进行开关，反复短周期的快速充放电的电路。
铝电解电容器在反复充放电条件下，施加电压时正极箔的电介质上就会积累电荷，在放电时，积累在正极箔的电荷就就会移动到负极箔，此时，负极箔的铝和电解液发生化学反应形成电介质，如氧化膜。像这样反复多次充放电的场合下，发生负极箔容量下降和铝电解电容器容量减少，与此同时，铝电解电容器的阻抗值会增大，反复充放电时产生发热和大量的气体，这样电容器铝壳内压力会上升，压力累计到一定程度后产生阀动作或产品破坏等情况。
目前市面上大部分的性能均大致满足充电桩的运用，但是在不同条件下的充放电特性没有得到满足。因一般的电容器不做充放电对应，铝电解电容器会因气胀导致开阀和容量下降，急剧充放电时、负引线和引线附近的部位因化成发生气胀以及短路的可能性会变大。
因此，充电桩市场快速扩张，需求量增大的情况下，充电桩设计时需要选用耐充放电的铝电解电容器，研发出一种耐充放电充电桩用铝电解电容器尤为迫切。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题而提出一种用于充电桩的耐充放电的铝电解电容器，本发明通过对传统的铝电解电容器中的正极箔、负极箔及隔离纸进行重新设计，增加铝电解电容器的充放电次数以提高铝电解电容器的耐充放电性。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
本发明提出一种用于充电桩的耐充放电的铝电解电容器，包括由正极箔、负极箔及隔离纸卷绕形成的素子，所述素子封装于铝壳之内，所述铝壳的顶部设有电木盖，所述电木盖上设有通过引线与所述正极箔与负极箔分别连接的正端子与负端子，所述正极箔采用磷酸系药粉化成，所述负极箔的纯度为99.7%及以上，所述隔离纸采用密度范围0.50～0.95，厚度范围20～70um的电解纸。
本发明将正极箔采取磷酸系化成液化成，在化成形成氧化膜的各阶段反应槽中添加了不同含量的磷酸、磷酸二氢铵、亚磷酸、次亚磷酸、次亚磷酸铵等含磷元素物质，并在铝箔表面氧化膜形成时每一步通过加电，将磷元素渗透到氧化膜中，形成一部分含磷的氧化膜，其结构为，该物质化学结构为四面体。该工艺化成的氧化膜主要含有和等均匀混合到整个氧化膜，该氧化膜漏电流特低和良好的防水合性能，在反复充放电时，铝电解电容器低漏电流可以减小发热，延长产品寿命。即使在某些极限条件下产品产生高温时，正极箔材料可能发生水合现象，此时具有较强的防水合性能磷酸系正极箔就显示巨大优势。
比较而言，目前国内很多铝电容器家采取硼酸系的化成箔，该化成箔主要工艺在化成加电槽以硼酸和五硼酸铵为主，形成氧化膜为及，当氧化膜耐压到达所要求的化成电压时，最后才使用磷酸等化学药粉极化处理，在氧化膜最外层去掉一定的水合氧化膜，简单覆盖了一层，而且这一层AlPO4也仅仅是通过与磷酸等进行一般化学方法附着。而磷酸系正极箔在开始形成氧化膜时，内部就渗透了含P元素，整个氧化膜都含有物质。其次硼酸系正极箔在形成过程中一直有OH根离子的存在，所以漏电流大。因此磷酸系正极箔相比普通硼酸系正极箔无论是防水合能力还是漏电流都具有较大优势。
充电桩用电容器频繁充放电时，设计时要求负极箔容量高，原材料纯度高，负极箔氧化膜形成2～7V。当铝电解电容器在充电和放电条件下，施加电压时正极箔的电介质上就会积累电荷，在放电时，积累在正极箔的电荷就就会移动到负极箔，此时，负极箔的铝和电解液发生化学反应形成电介质，如氧化膜。像这样反复多次充放电的场合下，会导致负极箔容量下降进而使铝电解电容器容量减少。因此，有必要在设计时增加负极箔容量。
同时，普通负极箔使用化学腐蚀得到较高的容量，而化学腐蚀所要求的负极箔纯度一般在98.4%，原材料还有较高的Cu元素，负极箔的Al和Cu元素由于存在电位差，电容器长期负载或充放电时，负极箔容易发生原电池反应，出现腐蚀，负极箔容量减少的现象。因此，在设计耐充放电铝电解电容时必须提高负极箔原材料纯度，本发明使用99.8%以上的原材料。在原材料纯度提高的情况，负极箔通过化学腐蚀获取高容量的方法已经变得很困难，因此，采取电化学腐蚀的方法，才能提高负极腐蚀箔容量。
负极腐蚀箔自然氧化膜一般在0.5～0.9V，按照前面所述，在反复充放电情况下负极氧化膜会增加，耐压上升，同时负极箔容量下降，因此负极箔氧化膜仅为0.5～0.9V时是远远不够，必须提高氧化膜耐压。一般可以采取2～7V的负极箔来应对电容器频繁充放电的环境。
隔离纸采取密度范围0.50～0.95，厚度范围20～70um，其具有耐电压高，吸水性中等的特性。在考虑纸张的时候必须同时兼顾降低产品ESR值和防止正负极电极短路，过厚电解纸或密度过大的隔离纸，会导致电容器的ESR大，产品施加纹波电流时，发热量过大，缩短产品寿命，也不利于电容器耐充放电能力。隔离纸厚度过薄或密度过低，容易使铝电解电容器发生短路。
优选的，上述铝电解电容其包括牛角铝电解电容器和螺栓铝电解电容器。
上述铝电解电容可用于充电桩的耐充放电的铝电解电容器在充电桩模块、伺服电机、工业变频中的应用。
本发明的有益效果：
1.与传统的采用硼酸系的药粉化成的正极箔相比，本发明通过采用磷酸系化成液化成，具有防水合性能好、漏电流低，寿命长的优点；
2.本发明负极箔采取纯度高的原材料，纯度要求99.7%以上，使用电化学方法进行腐蚀，在腐蚀箔的基础上加压2～7V，使得负极箔具有高容量的特点；
3.本发明的隔离纸采取中高密度电解纸，充分降低电容器Tanδ，降低电容器充放电时发生的热量。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实例一：使用充电桩常用产品①snap-in 105℃ 2000H 820uF/315V 30X60
正极箔采取磷酸系化成液，厚度为110um～130um，纯度99.99%，耐压倍率为额定电压的1.5倍，低比容，折曲大于25回的铝箔；负极箔采取电化学方法进行腐蚀，厚度为20～30um，耐压3V，比容80 uF/ ，纯度要求99.7%以上，折曲大于80回的负箔；隔离纸采取平均密度为0.6～0.7 ，一层高密度（BLT）的厚度为20um，密度为0.7和一层中密度（WCD265）的厚度为40um，密度为0.65 两种组合密度的隔离纸；通过充放电测试，电压变化率150V，周期3Hz 可以达到充放电1500万次，周期6Hz充放电3500万次，周期9Hz充放电5000万次。
实例二：使用充电桩常用产品②snap-in 105℃ 2000H 470uF/315V 30X30
正极箔采取磷酸系化成液，厚度为110um～130um，纯度99.99%，耐压倍率为额定电压的1.45倍，低比容，折曲大于30回的铝箔；负极箔采取电化学方法进行腐蚀，厚度为30um，耐压2V，比容100 uF/ ，纯度要求99.7%以上，折曲大于80回的负箔；隔离纸采取平均密度为0.6～0.65 ，一层高密度（BLT）的厚度为20um，密度为0.7和一层中密度（WCD258）的厚度为40um，密度为0.58两种组合密度的隔离纸。通过充放电测试，电压变化率150V，周期3Hz可以达到充放电1500万次，周期6Hz充放电3500万次，周期9Hz充放电5000万次；
实例三：使用充电桩常用产品③snap-in 105℃2000H 270uF/450V 30X30
正极箔采取磷酸系化成液，厚度为110um～130um，纯度99.99%，耐压倍率为额定电压的1.4倍，低比容，折曲大于20回的铝箔；负极箔采取电化学方法进行腐蚀，厚度20～30um，耐压4V,比容60 uF/ ，纯度要求99.7%以上，折曲大于80回的负箔；隔离纸采取平均密度为0.70～0.8，一层高密度（PSHS）厚度20um，密度0.9和一层中密度（WCD270）厚度50um，密度0.70两种组合密度的隔离纸；通过充放电测试，电压变化率150V,周期3Hz可以达到充放电2000万次，周期6Hz 充放电5000万次，周期9Hz 充放电7000万次；电压变化率300V,周期3Hz 可以达到充放电1000万次，周期6Hz 充放电2000万次，周期9Hz充放电3000万次；
实例四：使用充电桩常用产品④snap-in 105℃ 2000H 680uF/400V 30X50
正极箔采取磷酸系化成液，厚度为110um～130um，纯度99.99%，耐压倍率为额定电压的1.42倍，低比容，折曲大于23回的铝箔；负极箔采取电化学方法进行腐蚀，厚度20～30um，耐压3V,比容80 uF/ ，纯度要求99.7%以上，折曲大于80回的负箔；隔离纸采取平均密度为0.65～0.75 ，一层高密度（ESH）厚度20um，密度0.85和一层中密度（WCD258）厚度50um，密度0.58两种组合密度的隔离纸；通过充放电测试，电压变化率150V,周期3Hz 可以达到充放电2000万次，周期6Hz充放电5000万次，周期9Hz充放电7000万次；电压变化率300V，周期3Hz可以达到充放电1000万次，周期6Hz充放电2000万次，周期9Hz充放电3000万次；
实例五：使用充电桩常用产品⑤screw 105℃ 2000H 1000uF/400V 50X80
正极箔采取磷酸系化成液，厚度为110um～130um，纯度99.99%，耐压倍率为额定电压的1.45倍，低比容，折曲大于21回的铝箔；负极箔采取电化学方法进行腐蚀，厚度20～30um，耐压4V,比容60 uF/，纯度要求99.7%以上，折曲大于80回的负箔；隔离纸采取平均密度为0.65～0.75 ，一层中密度（WD270）厚度50um，密度0.70 和一层低密度（SM255）厚度40um，密度0.55 两种组合密度的隔离纸，通过充放电测试，电压变化率150V,周期3Hz可以达到充放电5000万次，周期6Hz充放电7000万次，周期9Hz充放电1亿次，电压变化率300V，周期3Hz可以达到充放电2000万次，周期6Hz充放电3000万次，周期9Hz充放电5000万次；
以上各实例数据见附表1
附表1 耐充放电充电桩用电容的实施方案
当然，本发明还可有其它多种实施方式，基于本实施方式，本领域的普通技术人员在没有做出任何创造性劳动的前提下所获得其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。
Claims (5)
1.一种用于充电桩的耐充放电的铝电解电容器，包括由正极箔、负极箔及隔离纸卷绕形成的素子，所述素子封装于铝壳之内，所述铝壳的顶部设有电木盖，所述电木盖上设有通过引线与所述正极箔与负极箔分别连接的正端子与负端子，其特征在于，所述正极箔采用磷酸系药粉化成，所述负极箔的纯度为99.7%及以上，所述隔离纸采用密度范围0.50～0.95，厚度范围20～70um的电解纸。
2.根据权利要求1所述一种用于充电桩的耐充放电的铝电解电容器，其特征在于，所述正极箔的厚度为110～130um。
3.根据权利要求1所述一种用于充电桩的耐充放电的铝电解电容器，其特征在于，所述负极箔采用电化学方法腐蚀形成耐压2～7V的氧化膜。
4.根据权利要求1所述一种用于充电桩的耐充放电的铝电解电容器，其特征在于，其包括牛角铝电解电容器和螺栓铝电解电容器。
5.根据权利要求1-4任一项所述的用于充电桩的耐充放电的铝电解电容器在充电桩模块、伺服电机、工业变频中的应用。
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