CN114141543B - 一种气密封铝电解电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气密封铝电解电容器，包括电容器本体，所述电容器本体包括盖板、外壳、电容器芯子，所述盖板设置在所述外壳的上端，且所述盖板与所述外壳之间形成一密封腔体，所述电容器芯子设置在所述密封腔体内，所述盖板上贯穿设有引出端，所述引出端与所述盖板之间设置有绝缘环，所述引出端包括正极引出端、负极引出端，所述电容器芯子上设置有正极引出条、负极引出条，所述正极引出条与所述正极引出端连接，所述负极引出条与所述负极引出端连接，所述电容器芯子的上方设置有隔热罩。本发明通过将电容器防爆装置设置在金属外壳上，取消原来的橡胶制的防爆装置，彻底取代的橡胶件密封，提高了电容器的气密性。
Description
技术领域
本发明涉及电容器技术设备领域，具体为一种气密封铝电解电容器。
背景技术
目前，现有的铝电解电容器普遍由铝制外壳和密封橡胶件构成密封体，铝制外壳和密封橡胶件间采用机械方式使外壳压迫密封橡胶件形成密封腔体，隔绝电容器的内、外部，使电容器内部的液体电解质不外泄，外部的杂质也不会进行到电容器内部，同时为了防止电容器因异常状况发生爆炸，通常会设置一个防爆装置，防爆装置使用的也是橡胶件。
由于现有技术中，铝电解电容器密封是由铝制外壳和密封橡胶件构成，利用机械压迫方式形成密封腔体，这样的做法具有下述缺失：
1、这种密封结构可以有效阻止电解质液体的泄漏，但由于密封橡胶件是非气密性材料，例如常用的三元乙丙胶气透率本身就较高、达到了7.9×108cm/s·MP，而铝电解电容器的液体电解质在工作中会生成气体，同时液体电解质在高温下也会蒸发气体，这样在长时间工作中形成的气体会通过橡胶分子链间的缝隙挥发，使液体电解质量减少、成分变化，从而导致电容器的电容量下降而失效。
2、由于密封橡胶件存在老化，长时间工作、特别是在高温下长时间工作后橡胶件弹性下降。这样外壳与密封橡胶件间的结合力下降，从而导致密封性能下降，铝电解电容器内液体电解质从外壳与橡胶件的结合部泄漏，从而导致电容器的电容量下降而失效。
3、由于防爆装置采用橡胶件，同样存在老化风险，导致电解液从防爆装置处泄漏造成电容器失效。
因而，现有电容器的使用寿命一般不长于20年。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供以下的技术方案：
本发明提供了一种气密封铝电解电容器，
包括电容器本体，所述电容器本体包括盖板、外壳、电容器芯子，所述盖板设置在所述外壳的上端，且所述盖板与所述外壳之间形成一密封腔体，所述电容器芯子设置在所述密封腔体内，所述盖板上贯穿设有引出端，所述引出端与所述盖板之间设置有绝缘环，所述引出端包括正极引出端、负极引出端，所述电容器芯子上设置有正极引出条、负极引出条，所述正极引出条与所述正极引出端连接，所述负极引出条与所述负极引出端连接，所述电容器芯子的上方设置有隔热罩。
可选的，所述外壳的上端设置有阶梯结构，所述盖板与所述外壳上的阶梯结构采用激光焊接固定。
可选的，所述外壳的侧壁设置有防爆槽，当所述电容器本体内部压力异常升高时，所述防爆槽首先破裂释放气体，防止所述电容器本体发生爆裂性爆炸造成人员和设备损伤，所述防爆槽可以设置在所述外壳的外侧面或内侧面，也可以设置在所述外壳底部的内外面。
可选的，所述外壳与所述盖板均采用金属材质，具体的，所述外壳与所述盖板所用的材料设置为纯铝、铝合金或不锈钢中的一种。
可选的，所述外壳设置为方形、圆柱形、长圆形或椭圆形中的一种，所述盖板则为与所述外壳相匹配的形状。
可选的，所述绝缘环的材料设置为环氧树脂、聚苯硫醚、聚酯、聚酰胺或聚碳酸酯中的一种。
可选的，所述隔热罩所用的材料设置为聚四氟乙烯、PET塑料、聚酰胺或PP塑料中的一种，所述隔热罩通过压制成型或注塑成型形成，所述隔热罩的横截面设置为U型结构。
可选的，所述电容器芯子上吸附的电解液，所述隔热罩防止所述盖板与所述外壳激光焊接过程中产生的热量直接传导到所述电容器芯子吸附的电解液上，如果焊接产生的热量传导到所述电容器芯子上会引起芯子吸附的电解液气化，气化后的电解液气体在焊接处逸出会在焊接缝留下空洞从会影响焊缝的致密性。
本发明有益效果
(1)由于铝电解电容器的封口采用激光焊接方式使其达到完全气密封状态，电解液气体被完全密封在电容器本体的密封腔体中，不会造成电解液变化，从而延长了电容器的使用寿命，最长使用寿命可达100年。
(2)本发明通过将电容器防爆装置设置在金属外壳上，取消原来的橡胶制的防爆装置，彻底取代的橡胶件密封，提高了电容器的气密性。
(3)本发明由于密封方式的改变，克服了机械密封对电容器外壳形状的限制，电容器可以是方形、圆柱形或椭圆形，可以适应电子设备空间布局的要求、节省设备空间，给整机设计提供了便利。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明实施例1提供了一种圆柱形气密封铝电解电容器结构示意图与俯视图。
图3为本发明实施例2提供了一种方形气密封铝电解电容器结构示意图与俯视图。
图4为本发明实施例3提供了一种双向引出圆柱形气密封铝电解电容器结构示意图与俯视图。
图5为本发明实施例4提供了一种长圆形气密封铝电解电容器结构示意图与俯视图。
图6为本发明对比例1提供了一种圆柱形铝电解电容器结构示意图与俯视图。
附图标记说明：
在图中：1-正极引出条；2-正极引出端；3-绝缘环；4-负极引出端；5-金属盖板；6-负极引出条；7-隔热罩；8-金属外壳；9-电容器芯子10-防爆槽；11-圆形盖板；12-方形盖板；13-固定脚；14-圆形单引出盖板；15-负极引出固定端；16-长圆形盖板；17-橡胶层；18-树脂盖板；19-带橡胶层圆形盖板；20-支撑凹槽。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
实施例1
如图2所示，本实施例中提供了一种圆柱形气密封铝电解电容器，包括：
由金属盖板5、正极引出端1、负极引出端4和设置在正极引出端1及负极引出端4与金属盖板5之间的绝缘环3组成圆形盖板11，绝缘环3由注塑成型，金属盖板5、正极引出端1和负极引出端3的材质为高纯铝，绝缘环3的材质为聚苯硫醚；
设置在附着电解液的电容器芯子9上的正极引出条1穿过隔热罩7与正极引出端1通过铆接相连，设置在附着电解液的电容器芯子9上的负极引出条6穿过隔热罩7与负极引出端4通过铆接相连，隔热罩7为绝缘物质，隔热罩7是由聚四氟乙烯压制形成的，厚度3mm，正极引出条1、负极引出条6为厚度90μm、宽度6mm的高纯铝箔；
先将连接后的附着电解液的电容器芯子9装入金属外壳8中，再将圆形盖板11压入金属外壳8顶部的阶梯结构中，通过激光焊接机将金属外壳8与圆形盖板11间接缝处溶化成成一体、形成气密封腔体，金属外壳8为圆柱形，材质为纯铝，金属外壳底部外侧面冲压一道防爆槽10。
随机抽取本实施例尺寸为直径75㎜×高度120㎜的450V4700μF圆柱形电容器10只，进行125℃2000小时加速寿命试验，分别测量电容器试验前后的电容量和重量，并计算得出电容量变化率和重量变化率，
表1为在120Hz下测得的电容量，产品重量，以及计算得出的电容量变化率和重量变化率：
表1
实施例2
如图3所示，本实施例中提供了一种方形气密封铝电解电容器，包括：
由金属盖板5、正极引出端1、负极引出端4和设置在正极引出端1及负极引出端4与金属盖板5之间的绝缘环3组成方形盖板12，绝缘环3由模压成型，金属盖板5的材质为不锈钢，正极引出端1和负极引出端3的材质为高纯铝，绝缘环3的材质为环氧树脂；
设置在附着电解液的电容器芯子9上的正极引出条1穿过隔热罩7后用激光点焊与正极引出端1相连，设置在附着电解液的电容器芯子9上的负极引出条6穿过隔热罩7后用激光点焊与负极引出端4相连，隔热罩7为绝缘物质，隔热罩7是由PET塑料注塑形成的，厚度5mm，正极引出条1、负极引出条6为厚度60μm、宽度5mm的高纯铝箔；
先将连接后的附着电解液的电容器芯子9装入金属外壳8中，再将方形盖板12压入金属外壳8顶部的阶梯结构中，通过激光焊接机将金属外壳8与方形盖板12间接缝处溶化成一体、形成气密封腔体，金属外壳8为方形，材质为不锈钢，金属外壳8侧面冲压一道防爆槽10；
在组装后的电容器上设置固定脚13，用于电容器的固定，固定脚13与电容器本体用激光焊接连接，固定脚13的材质为不锈钢。
随机抽取本实施例尺寸为长35㎜×宽16㎜×高50㎜的50V10000μF方形电容器10只，进行125℃2000小时加速寿命试验，分别测量电容器试验前后的电容量和重量，并计算得出电容量变化率和重量变化率。
表2为在120Hz下测得的电容量，产品重量，以及计算得出的电容量变化率和重量变化率。
表2
实施例3
如图4所示，本实施例中提供了一种双向引出圆柱形气密封铝电解电容器，包括：
由金属盖板5、正极引出端1和设置在正极引出端1与金属盖板5之间的绝缘环3组成圆形单引出盖板14，绝缘环3由注塑成型，金属盖板5的材质为铝合金，正极引出端1的材质为高纯铝，绝缘环3的材质为聚脂树脂。
先将设置在附着电解液的电容器芯子9上的负极引出条6用激光点焊与金属外壳8的内底部相连，并将附着电解液的电容器芯子9装入金属外壳8中，再将设置在附着电解液的电容器芯子9上的正极引出条1穿过隔热罩7后用激光点焊与正极引出端1相连，隔热罩7为绝缘物质，隔热罩7是由PE塑料模压形成，厚度6mm。正极引出条1、负极引出条6为厚度120μm、宽度8mm的高纯铝箔，
将圆形单引出盖板14压入金属外壳8顶部的阶梯结构中，通过激光焊接机将金属外壳8与圆形单引出盖板14间接缝处溶化成成一体、形成气密封腔体。金属外壳8为带有负极引出固定端15的圆柱形壳体，材质为铝合金。金属外壳8内侧面冲压一道防爆槽10。
金属外壳8底部设置负极引出固定端15，用于电容器的负极引出，同时还用于电容器的固定。
随机抽取本实施例尺寸为直径75㎜×高度170㎜的250V22000μF双向引出圆柱形电容器10只，进行125℃2000小时加速寿命试验，分别测量电容器试验前后的电容量和重量，并计算得出电容量变化率和重量变化率。
表3为在120Hz下测得的电容量，产品重量，以及计算得出的电容量变化率和重量变化率。
表3
实施例4
如图5所示，本实施例中提供了一种长圆形气密封铝电解电容器，包括：
由金属盖板5、正极引出端1、负极引出端4和设置在正极引出端1及负极引出端4与金属盖板5之间的绝缘环3组成长圆形盖板16，绝缘环3由模压成型，金属盖板5的材质为纯铝，正极引出端1和负极引出端3的材质为高纯铝，绝缘环3的材质为聚碳酸酯，
设置在附着电解液的电容器芯子9上的正极引出条1穿过隔热罩7后用激光点焊与正极引出端1相连，设置在附着电解液的电容器芯子9上的负极引出条6穿过隔热罩7后用激光点焊与负极引出端4相连。隔热罩7为绝缘物质，隔热罩7是由聚酰胺压制形成的，厚度3mm。正极引出条1、负极引出条6为厚度80μm、宽度8mm的高纯铝箔。
先将连接后的附着电解液的电容器芯子9装入金属外壳8中，再将长圆形盖板16压入金属外壳8顶部的阶梯结构中，通过激光焊接机将金属外壳8与长圆形盖板16间接缝处溶化成一体、形成气密封腔体。金属外壳8为长圆形，材质为纯铝。金属外壳8底部内侧面冲压一道防爆槽10。
随机抽取本实施例尺寸为64㎜×32㎜×100㎜的400V1200μF长圆形电容器10只，进行125℃2000小时加速寿命试验，分别测量电容器试验前后的电容量和重量，并计算得出电容量变化率和重量变化率。
表4为在120Hz下测得的电容量，产品重量，以及计算得出的电容量变化率和重量变化率。
表4
对比例1
如图6所示，本对比例中提供了一种圆柱形铝电解电容器，包括：
由附加有橡胶层17的树脂盖板18、正极引出端1、负极引出端4组成带橡胶层圆形盖板19。树脂盖板18的材质为环氧树脂、附加的橡胶层17为三元乙丙胶，正极引出端1和负极引出端3的材质为高纯铝。
设置在附着电解液的电容器芯子9上的正极引出条1与正极引出端1通过铆接相连，设置在附着电解液的电容器芯子9上的负极引出条6与负极引出端4通过铆接相连。正极引出条1、负极引出条6为厚度90μm、宽度6mm的高纯铝箔。
先将连接后的附着电解液的电容器芯子9装入金属外壳8中，再将带橡胶层圆形盖板19压入金属外壳8顶部的支撑凹槽20所形成的阶梯结构中，通过卷边机将金属外壳8的顶边翻边后压入带橡胶层圆形盖板19上橡胶层17形成密封腔体。金属外壳8为圆柱形，材质为纯铝。
随机抽取本对比例尺寸为φ75㎜×120㎜的450V4700μF圆柱形电容器10只，进行125℃2000小时加速寿命试验，分别测量电容器试验前后的电容量和重量，并计算得出电容量变化率和重量变化率。
表5为在120Hz下测得的电容量，产品重量，以及计算得出的电容量变化率和重量变化率；
表5
因此，由实施例一和对比例一对比，显然得出，因为对比例一中采用了非气密性的橡胶层密封，电容量变化率和产品重量变化率异常大。实施例一采用激光焊接形成气密封后，会显著延缓电容器内部电解液的挥发、降低产品重量变化率，进而使电容量变化率仅为对比例电容量变化率的16.1％，有效地延长了实施例电容器的工作寿命。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种气密封铝电解电容器的制备方法，其特征在于，
由金属盖板和设置在正极引出端及负极引出端与金属盖板之间的绝缘环组成圆形盖板，设置在附着电解液的电容器芯子上的正极引出条穿过隔热罩与所述正极引出端通过铆接相连，设置在附着电解液的电容器芯子上的负极引出条穿过所述隔热罩与负极引出端通过铆接相连，将连接后的附着电解液的电容器芯子装入金属外壳中，再将圆形盖板压入金属外壳顶部的阶梯结构中，通过激光焊接机将金属外壳与圆形盖板间接缝处焊接形成气密封腔体；
所述电容器芯子上吸附电解液，所述隔热罩防止所述圆形盖板与所述金属外壳激光焊接过程中产生的热量直接传导到所述电容器芯子吸附的电解液上，如果焊接产生的热量传导到所述电容器芯子上，导致芯子吸附的电解液气化，气化后的电解液气体在焊接处逸出会在焊缝留下空洞从而影响焊缝的致密性。
2.根据权利要求1所述的一种气密封铝电解电容器的制备方法，其特征在于，
所述金属外壳的侧壁设置有防爆槽，当所述电容器本体内部压力异常升高时，所述防爆槽首先破裂释放气体，防止所述电容器本体发生爆裂性爆炸造成人员和设备损伤，所述防爆槽设置在所述金属外壳的外侧面或内侧面，或设置在所述金属外壳底部的内外面。
3.根据权利要求1所述的一种气密封铝电解电容器的制备方法，其特征在于，
所述金属外壳与所述金属盖板所用的材料设置为纯铝、铝合金或不锈钢中的一种。
4.根据权利要求3所述的一种气密封铝电解电容器的制备方法，其特征在于，
所述金属外壳设置为方形、圆柱形、长圆形或椭圆形中的一种，所述金属盖板则为与所述金属外壳相匹配的形状。
5.根据权利要求1所述的一种气密封铝电解电容器的制备方法，其特征在于，
所述绝缘环的材料设置为环氧树脂、聚苯硫醚、聚酯、聚酰胺或聚碳酸酯中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种气密封铝电解电容器的制备方法，其特征在于，
所述隔热罩所用的材料设置为聚四氟乙烯、PET塑料、聚酰胺或PP塑料中的一种，所述隔热罩通过压制成型或注塑成型形成，所述隔热罩的横截面设置为U型结构。
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