CN112912979A

CN112912979A - 电容器

Info

Publication number: CN112912979A
Application number: CN201980072651.2A
Authority: CN
Inventors: K·埃莱凯什; R·伯塞; T·拉卡塔尔; R·维特曼
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Electronics AG; TDK Corp
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2021-06-04
Also published as: JP2023078220A; DE102018127263A1; JP2022509421A; US11501925B2; WO2020089316A1; US20210343481A1

Abstract

本发明涉及一种电容器，所述电容器包括具有开口的容器（1）、设置在所述容器（1）内部的至少一个电容器元件（2）以及密封所述容器（1）的盖子（4），其中，排气口（5）布置在所述盖子（7）的内表面中的凹槽（6）中。

Description

电容器

技术领域

本发明涉及一种电容器，该电容器包括密封盖子，该密封盖子具有布置在盖子中的排气口（vent）。

背景技术

排气口是默认部件，该部件通常设置在电容器的盖子中，以释放由于例如故障或泄露电流的原因在电容器中产生热量而导致的在容器中积聚的过压。该排气口突出到电容器的容器（receptacle）中，并且暴露于电容器中的沉淀物和流体。为此，沉淀物和流体通常可以进入不受阻碍的排气口，并且经常阻塞排气口，从而使其不起作用并且导致过早故障。特别是在电解电容器（在该电解电容器中，电解质进入排气口）中，电解质可以干燥、结晶和堵塞排气口。此外，突出的排气口消耗容器中的空间，并且从而减少了电容器元件在容器内的可能范围。因此，本发明的目的是提供一种改进的电容器，例如被设计为使布置在电容器的盖子中的排气口被保护免受容器内的沉淀物阻塞的电容器，并且最小化从电容器内的排气口消耗的空间。

发明内容

这个目的是通过根据权利要求1所述的电容器来解决的。

提供了一种电容器，该电容器包括具有开口的容器、设置在容器内部的至少一个电容器元件以及密封容器的盖子，其中，排气口布置在盖子的内表面中的凹槽中。

在这种背景下，凹槽是盖子中的不从盖子的内表面延伸到盖子的外表面的凹痕、凹陷或空腔。因此，通过凹槽，在盖子的厚度内产生附加表面或水平。在这个意义上，凹槽不能是形成开口的穿过盖子通孔，该通孔将电容器的外部与电容器的内部连接。

盖子可能是电容器的外壳的板状部件，从俯视平面图来看，该部件可能是圆整的或矩形的，并且该部件封闭容器。盖子的内表面可以是板的面向容器内部的电容器元件的表面。

在盖子的该内表面中，凹槽可以被构造为远离容器中的电容器元件指向的空腔。根据本发明，排气口布置在凹槽中。

排气口能够缓解来自电容器内部的过压，特别是在由于容器中的热量积聚和化学反应而产生气体的情况下。通过扩散，这种排气口可以释放产生的气体，诸如氢气，并且防止由积累的内部压力引起的电容器故障。这种排气口可以是过压排气口、安全排气口或合适的阀。通过在凹槽中布置排气口，与在电容器（其中排气口不被布置在凹槽中）中相比，该排气口更受保护，免受容器内的沉淀物的堵塞，并且因此减少电容器故障的风险。

附加地，由于在常规电容器中排气口从盖子突出到容器中，容器内部的空间通常不能完全用于电容器元件，该电容器元件可以包括例如绕组和电解质。根据本发明，由于排气口嵌入盖子中，容器内部的整个空间都可以被电容器元件占用。因此，与具有相同容积的常规电容器相比，根据本发明，可以增加储存在电容器中的能量密度，并且可以将更多的能量储存在电容器中。

优选地，排气口可以布置在凹槽中，即排气口面向容器中的电容器元件的端部比盖子的内表面更远离电容器元件。因此，排气口甚至更受保护，免受沉淀物的影响，并且容器内的更多空间可以被电容器元件使用。

在一个实施例中，电容器盖子中的凹槽可以具有上层（upper level）和下层（lower level），其中，上层比下层更远离电容器元件，并且其中，凹槽布置在上层中。在这种布置中，排气口面向电容器元件的开口更受保护，以免不期望的离子进入。特别是将流体包括在容器内部的电容器可以受益于两层凹槽，因为流体可以被保留，以通过在凹槽的下层处的表面张力进入凹槽。

如果封闭电容器内部的压力超过阈值压力，则凹槽或凹槽的下层可以形成为细长通道，以通过将气体输送到排气口以支持压力释放。通道可以延伸到排气口之外，以通过将颗粒引导至排气口来辅助气体喷射。另一种可能性是使通道在盖子的整个长度长延伸，以改善由于密封容器中的压力上升而产生的气体喷射。

凹槽或凹槽的下层也可以形成为许多通道，这些通道相互交叉，并且从而支持气体喷射。

盖子中的凹槽可以由附接到盖子的内表面的附加部分之间的间隙形成。这种配置可能有利于电容器盖子的生产。这些部分可以是与盖子相同的材料或另一种材料，只要它与容器内部的潜在化学物质不反应。例如，材料可以是不导电的材料，例如合成聚合物，诸如TPE、HDPE、PP、PVC或PTFE。

电容器显然可以是电解电容器。因为电解电容器除了由于电介质中的能力损失而自热外，也因为应用了错误的极性而处于热量积聚的风险中，它们比非电解电容器更容易受到加热和过压的威胁。因此，大多数电解电容器具有集成的排气口，该排气口可以得益于本发明。

特别是使用流体作为电解质的非固体电解电容器可以受益于所提出的排气口配置，因为液体电解质可能容易进入排气口并且堵塞该排气口。

由于必须为盖子的面向电容器元件的内表面中的凹槽围绕排气口留出盖子的部分，出于稳定性原因，使盖子围绕盖子的外表面处的排气口隆起可能是有利的。

电容器元件的电极可以与螺旋端子电连接，该螺旋端子气密地穿过盖子。螺旋端子可以形成以提供电气连接和机械连接至需要电容器的应用。

附加地，最大的好处可以将盖子形成为使得避免排气口和电容器元件（诸如电解质或薄膜）之间的接触。以这种方式，减少了短路的潜在风险。

附图说明

在下面，关于附图讨论本发明的优选实施例。

图1示出了根据本发明的电容器的简化横截面；

图2示出了根据本发明的电容器的另一个实施例的简化横截面；

图3示出了根据本发明的电容器的另一个的实施例的简化横截面；

图4示出了与图1中所示的实施例类似的盖子的放大横截面；

图5示出了根据另一个实施例的盖子的内侧的立体图；

图6示出了不同的电容器盖子的内表面的简化平面图。

具体实施方式

图1示出了电容器的简化横截面。电容器包括容器1。容器的基部区域可以是矩形、圆形或任何其它形状。在容器1内部设置有电容器元件2。容器1用紧密的盖子4密封。至少两个螺旋端子3以气密方式穿过盖子4，并且电连接到电容器元件2的电极。在这里，在盖子4的中间，在盖子7面向电容器元件2的内表面中形成凹槽6。如果封闭容器1内部的压力增加，例如由于热量生成，则在凹槽6中布置排气口，以提供压力释放。如果电容器是电解电容器，则电容器元件2包括可以是流体的电解质。

由于排气口5嵌入凹槽6中，排气口5面向容器1内部的开口更远离可能的气体喷射电容器元件2，其中，沉淀物可以由来自汽化电解质的气体形成。凹槽中的排气口的布置为排气口5提供受保护位置，使得排气口5被保护，免受沉淀物堵塞排气口5。这减小了电容器的故障的风险，因为堵塞的排气口5防止了压力释放，并且可能导致故障或甚至电容器的爆炸。

此外，因为排气口5嵌入凹槽6中，所以可以展开通常被排气口5占用的空间来扩大容器1内部的电容器元件2。因此，在具有相同容积的电容器中储存的能量密度可以增加，或具有相同的能量储存的电容器可以构造得更紧凑。排气口5的目的是能够释放由于热量积聚特别是气体生成而在容器1内积聚的压力。排气口5可以使用膜，该膜允许气体（例如氢气）通过扩散消散。由于电容器内的压力，特别是在堵塞的排气口5的情况下，可以导致电容器的爆炸，也可以使用安全、过压排气口或阀。

凹槽6可以具有圆柱形、圆锥形、立方体、长方形或适合于应用的任何其它三维形式。

容器1可以具有适合指定环境的要求和适合于电容器元件2的几何形状的任何三维形状。它可以有利于制造气密或至少液密的材料的容器1和盖子4。特别是如果电容器是电解电容器。容器1可以由金属制造，例如铝、钢，例如碳钢、不锈钢、工具钢或合金钢。其它合适的材料可以是合成聚合物，诸如TPE、HDPE、PP、PVC或PTFE。如果电容器处于腐蚀或退化的风险中，则材料可以用涂覆、电镀或另一种合适的保护处理来保护。

电容器元件2也可以具有任何三维形状，凭此，利用容器1所跨越的容积来优化电容器的能量密度可能是有益的。电容器元件2可以是非极化电容器（如陶瓷或薄膜电容器）或极化电容器。

使用铝、钽或铌作为阳极的电解电容器元件2或使用聚合物作为电解质的聚合物电容器元件2都是普通的极化电容器元件。本发明可以应用于具有固体电解质的电容器，但是在非固体电解质中具有最佳优势，因为流体电解质可以轻易进入并且堵塞排气口5。在这种情况下，电容器元件2可以包括流体电解质和绕组。但是，作为双层电容器或准电容器（pseudocapacitor）的超级电容器元件2也是适用于本发明的极化电容器元件2。具体地，极化电容器元件2如果安装错误则能够容易遭受短路，并且由此注定在热量积聚下遭受。电容器元件2可以由许多电容器元件2构造。

图2示出了本发明的另一个实施例。在该实施例中，盖子7的内表面中的凹槽6具有两个水平，即上层6a和下层6b，其中，上层6a比下层6b更远离电容器元件2，并且其中，排气口5布置在上层6a中。在该图示中，排气口5完全深嵌于凹槽6的上层6a中。因此，排气口5面向电容器元件2的开口或端部比盖子7的内表面更远离电容器元件2。这种布置增强了保护性能，并且改善了对堵塞排气口5的防止。由于排气口5不突出到容器1中，由容器1和盖子4所跨越的完整空间可以用于电容器元件2，与利用排气口5的传统电容器相反。

附加地，盖子4围绕在盖子4的外表面上的排气口5隆起。凹槽6自然地削弱盖子4，因为缺少用于形成凹槽6的体积。盖子4的外表面上的隆起9增加了附加构造体积，并且因此改善了盖子4的稳定性。

此外，通过隆起9，在盖子4和排气口5之间提供更多接触表面。因此，改善了排气口5和盖子4之间的粘结性。

图3示出了根据本发明的电容器的另一个实施例的横截面的示意图。该实施例还具有凹槽6，该凹槽具有两个水平，即上层6a和下层6b。在这里，下层6b由附接到盖子7的内表面的附加部分8之间的间隙形成，同时上层6a是盖子4中的空腔。排气口5布置在凹槽6的上层6a中，但是在该实施例中，突出凹槽6的下层6b。以这种方式，与没有凹槽6的传统电容器相比，增加了可以由电容器元件2使用的由容器1和排气口5的下边缘所跨越的可用空间。如同在前面的实施例中，图2的实施例在盖子4的外表面上也具有隆起9。

附加部分8可以由不导电的材料制成，例如合成聚合物，诸如TPE、HDPE、PP、PVC或PTFE。如果附加部分8处于腐蚀或退化的风险中，则材料可以用涂覆、电镀或另一种合适的保护处理来保护。对附加部分8使用与盖子4相同的材料以防止热机械应力可能是有利的。

根据凹槽6的期望形式，附加部分8可以具有穿孔盘、半圆、圆的段、矩形或任何其它适当形式的形式。

图4示出了与图1中所示的实施例类似的盖子4的放大横截面，但是在该实施例中，盖子4在盖子4的外表面处在排气口5附近鼓起，并且与图2和图3类似，排气口5深嵌于凹槽6中。在该实施例中更详细地示出了排气口5。排气口5嵌入凹槽6中的部分的直径在向下方向上，即朝向电容器元件扩展。该扩展部分按照惯例会戳入容器1中。由于该扩展部分深嵌于凹槽6（在该实施例中，该凹槽6仅以一个水平形成）中，排气口5在容器1中不突出。在盖子4的外表面上的隆起9旁边，图示了螺旋端子3的用于连接电容器的部分。

在图5中，示出了根据另一个实施例的盖子7的内表面的立体图。该实施例与图3中所示的实施例类似。在盖子7的内表面上，附接了两个半圆的附加部分8。这些附加部分8之间的间隙形成凹槽6的下层6b以作为纵向通道。以这种方式，通道延伸通过盖子的整个长度，并且因此支持气体从容器1内部通过排气口5喷射到外部。凹槽6的上层6a为圆整的，并且位于通道中的非中心位置。在直侧上的附加部分8中留出小切口10，以为凹槽6的圆整上层6a留出空间，其直径比形成凹槽6的上层6a的通道大。在凹槽6的下层6b的中间，螺栓11附着到凹槽6的上层6a。该螺栓11被提供以固定电容器元件2，例如电解电容器中的绕组。在螺栓11的旁边，螺旋端子3的下端从附加部分8中的每一个的下表面露出。

在图6a）至图6f）中，示出了盖子7的内表面的许多示意图。在所有示意图中，凹槽6延伸到排气口5之外，以支持通过盖子4的气体喷射。在这些示意图中，盖子4的形式在此是圆形的，但可以是合乎需要且配合到容器1的任何其它形式。图6a）的凹槽6是圆形的并且布置在盖子4的中心。排气口5设置在凹槽6中。偏离中心的两个较小的圆是穿过盖子4的螺旋端子3的横截面。

在图6b）中，凹槽6形成为细长通常，其中，排气口5被包含在中间。形成凹槽6以作为延伸通过盖子4的整个长度的细长通道，可以通过将沉淀物引导至排气口5来支持压力和气体释放。因此，凹槽6与盖子7的内表面平行的表面可以具有通向排气口5的斜坡。

通道可以限定扩散路径。气体可以沿扩散路径从容器1的内部扩散到排气口5。扩散路径有助于避免排气口5的撕裂，从而延长了电容器的最大预期寿命，同时增加了最大电容。

在图6c）中，凹槽6形成为两个相交的通道，这两个通道形成十字。排气口5位于盖子4的中间的两个通道的连接处。凹槽也可以由许多交叉的通道形成。

图6d）展示了具有在中间交叉的三个通道的示例。在该实施例中，排气口5布置为偏离中心。

在图6e）中，两个附加的半圆形部分附接到盖子4，从而通过保持部分之间的间隙畅通而形成凹槽。在这里，排气口5也布置为偏离中心，并且通道延伸通过盖子4的整个长度。

在图6f）中，凹槽6也通过在附接到盖子4的附加部分8之间保持间隙畅通而形成。附加部分8是四分之一圆，并且因此创建具有十字形的凹槽6。交叉通道延伸通过盖子4的整个长度，以在容器1内部的压力上升的情况下支持颗粒和气体喷射。在该示例中，排气口5布置在盖子4和十字的中间。

必须注意，本发明并不限于前面所描述的布局，并且布局的组合是可能的。

附图标记列表：

（1）容器

（2）电容器元件

（3）螺旋端子

（4）盖子

（5）排气口

（6）凹槽

（6a/b）凹槽的上/下层

（7）盖子的内表面

（8）附加部分

（9）隆起

（10）切口

（11）螺栓。

Claims

1.一种电容器，包括：

- 容器（1），所述容器（1）具有开口；

- 至少一个电容器元件（2），所述电容器元件（2）设置在所述容器（1）内；

- 盖子（4），所述盖子（4）密封所述容器（1），其中

排气口（5）布置在所述盖子（7）的内表面中的凹槽（6）中。

2.根据权利要求1所述的电容器，其中，所述排气口（5）布置在所述凹槽（6）中，使得所述排气口（5）的面向所述电容器元件（2）比所述盖子（7）的所述内表面更远离所述电容器元件（2）。

3.根据前述权利要求中的一项所述的电容器，其中，所述凹槽（6）具有上层（6a）和下层（6b），其中，所述上层（6a）比所述下层（6b）更远离所述电容器元件（2），并且其中，所述排气口（5）布置在所述上层（6a）中。

4.根据权利要求1或2所述的电容器，其中，所述凹槽（6）形成为通道。

5.根据权利要求3所述的电容器，其中，所述凹槽（6）的所述下层（6b）形成为通道。

6.根据权利要求1或2所述的电容器，其中，所述凹槽（6）形成为相互交叉的许多通道。

7.根据权利要求3所述的电容器，其中，所述凹槽（6）的所述下层（6b）形成为相互交叉的许多通道。

8.根据前述权利要求中的一项所述的电容器，其中，所述凹槽（6）由附接到所述盖子（7）的所述内表面的附加部分之间的间隙形成。

9.根据前述权利要求中的一项所述的电容器，其中，所述电容器元件（2）包含电解质。

10.根据权利要求9所述的电容器，其中，所述电解质是非固体的。

11.根据前述权利要求中的一项所述的电容器，其中，所述排气口（5）具有膜。

12.根据前述权利要求中的一项所述的电容器，其中，所述排气口（5）是安全或过压排气口。

13.根据前述权利要求中的一项所述的电容器，其中，所述盖子（4）围绕所述排气口（5）在外表面处具有隆起（9）。

14.根据前述权利要求中的一项所述的电容器，其中，两个螺旋端子（3）与至少一个电容器元件（3）的指定电极电连接并且气密地穿过所述盖子（4）。

15.根据前述权利要求中的一项所述的电容器，其中，所述盖子（4）被形成为使得所述排气口（5）与所述电容器元件（2）或所述电解质没有接触。