CN115394573B - 一种大功率高储能密度电容器的灌注方法及灌注工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率高储能密度电容器的灌注方法，包括以下步骤：准备真空箱和多个振动板；将待灌注的电容器置于真空箱内，使四个振动板分别从四周靠近电容器并使每个振动板上的所有振动头均与对应的外壳面板外侧表面紧密接触；对真空箱内抽真空；启动每个振动板上的所有振动头；启动灌封料灌注装置；灌注到位后，关闭灌封料灌注装置和所有的振动头，取出灌注后的电容器，常温固化后完成灌注过程。本发明还公开一种大功率高储能密度电容器的灌注方法采用的灌注工装，包括真空箱、驱动单元、振动单元和电控箱。本发明能够实现在灌注过程中使灌封料内部尤其是电容器外壳内壁处的气泡被高效快速排出的目的，显著提升了灌封质量。

Description

一种大功率高储能密度电容器的灌注方法及灌注工装

技术领域

本发明涉及一种电容器的灌注方法及灌注工装，尤其涉及一种大功率高储能密度电容器的灌注方法及灌注工装。

背景技术

随着现代科学技术水平的发展，对电子元器件也提出了新的需求，对电容器的储能密度的需求尤其迫切，高储能密度电容器(如高储能密度金属化薄膜电容器)是高功率脉冲电源的储能系统的重要组成部分，电容器的体积占据了电源系统的主要部分，尽量提高电容器的储能密度成为新概念高能武器电源系统小型化、轻量化的急切需求。

目前，高储能密度电容器发展的瓶颈之一便是绝缘处理，其中绝缘灌封料的灌注质量尤其决定了电容器的使用可靠性。

传统的高储能密度电容器灌注方法一般有以下两种：1、先在大气中直接灌注完成后，再进行抽真空排气处理；2、在配料过程中，对灌封料进行抽真空排泡处理，再进行电容器灌注。

上述传统的灌注方法分别存在以下缺陷：

1、大气中灌注后再抽真空排气，其缺陷在于：高储能密度电容器的体积较大，灌注量较多，大气中灌注后产品内部存在大量气泡，在抽真空的作用下，负压不足以将气泡完全排出，内部仍然残存气隙，影响产品绝缘，最终导致产品失效；

2、先抽真空排泡再灌注，其缺陷在于：虽然灌封料内没有气泡，但是灌注时灌封料存在一定的表面张力，在和电容器外壳内壁接触时容易形成气泡，而且电容器灌封失效的绝大部分原因来源于电容器外壳的绝缘性能不足，所以产品绝缘性能同样不佳。

上述传统灌注方法的缺陷对于大功率高储能密度电容器来说尤其突出，因为大功率高储能密度电容器的封装系数大，外壳和芯组之间的电气绝缘距离小，上述灌注缺陷会使电容器的电气强度急剧下降，在大功率高电压带电工作时，易引起击穿失效，甚至引起产品爆炸，影响人身和财产安全。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种灌注质量好、无气泡产生或气泡极少的大功率高储能密度电容器的灌注方法及灌注工装，

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种大功率高储能密度电容器的灌注方法，包括以下步骤：

步骤1、准备真空箱和多个振动板，每个振动板上安装有多个能够高频低幅振动的振动头，所述真空箱内设有灌封料灌注装置；

步骤2、将待灌注的大功率高储能密度电容器置于真空箱内，使四个振动板分别从四周靠近大功率高储能密度电容器的前、后、左、右四个外壳面板的外侧，并使每个振动板上的所有振动头均与对应的外壳面板外侧表面紧密接触；

步骤3、关闭好真空箱后，对真空箱内抽真空；

步骤4、启动每个振动板上的所有振动头，使大功率高储能密度电容器的四个外壳面板均产生高频低幅振动；

步骤5、启动灌封料灌注装置，将灌封料注入大功率高储能密度电容器的外壳内；

步骤6、灌注到位后，关闭灌封料灌注装置和所有的振动头，解除真空箱内的真空状态，打开真空箱门，取出灌注后的大功率高储能密度电容器，常温固化后完成灌注过程。

作为优选，所述步骤3中，真空箱内抽真空后的真空度不小于-0.1Mpa。

一种大功率高储能密度电容器的灌注方法采用的灌注工装，包括真空箱、驱动单元、振动单元和电控箱，所述真空箱的顶部设有灌封料灌注装置且所述灌封料灌注装置的灌胶枪位于所述真空箱内，所述真空箱的一侧设有箱门，每一个所述振动单元包括一个振动座、一个振动板和多个能够高频低幅振动的振动头，竖向的所述振动板与所述振动座连接，多个横向的所述振动头安装在所述振动板上，所述真空箱外靠近箱门的位置设有一个所述振动单元和一个所述驱动单元且该振动单元的振动座安装在该驱动单元上并能够被该驱动单元驱动往返移动，所述真空箱内设有三个所述振动单元和三个所述驱动单元，其中两个所述振动单元的振动座分别安装在两个所述驱动单元上并能够被对应的所述驱动单元驱动往返移动且这两个所述振动单元的往返移动方向相同并与位于所述真空箱外的所述振动单元的往返移动方向相互垂直，所述真空箱内的另一个所述振动单元与另一个所述驱动单元靠近但不被该驱动单元驱动且设定该振动单元为A振动单元、该驱动单元为A驱动单元，四个所述驱动单元的控制输入端、多个所述振动头的控制输入端和所述灌封料灌注装置的控制输入端分别与所述电控箱内的控制器的控制输出端对应连接。

作为优选，为了实现对振动单元的精确驱动，每一个所述驱动单元包括两条驱动滑轨、两个驱动螺杆和一个驱动座，两条相互平行的所述驱动滑轨的一端通过所述驱动座连接在一起，两个所述驱动螺杆分别安装在两条所述驱动滑轨上且同轴向，所述驱动座内设有用于驱动两个所述驱动螺杆旋转的驱动电机，除去所述A振动单元和所述A驱动单元的其它三个所述振动单元的振动座的下部两侧分别设有滑槽并通过该滑槽套装在对应的其它三个所述驱动单元的驱动滑轨上，每个所述滑槽的中部设有局部传动螺纹且该局部传动螺纹与对应的所述驱动螺杆的外螺纹对应啮合，所述驱动电机的控制输入端与所述电控箱内的控制器的控制输出端对应连接。

作为优选，为了便于将待灌封的电容器推入真空箱内，所述A驱动单元的驱动滑轨和驱动螺杆向靠近所述真空箱的箱门的方向延伸并靠近所述箱门，位于所述真空箱外的所述驱动单元的驱动滑轨和驱动螺杆靠近所述箱门，位于所述真空箱外的所述振动单元的振动座下部向靠近所述箱门的方向延伸并形成电容器支撑平台，所述A驱动单元的两个驱动螺杆与位于所述真空箱外的所述驱动单元的两个驱动螺杆分别一一对应。

作为优选，为了便于实现两种灌封原料的自动计量和混合，所述灌封料灌注装置包括置于所述真空箱的外顶部上的第一计量泵、第二计量泵和混合泵，所述第一计量泵的出口和所述第二计量泵的出口分别与所述混合泵的入口连接，所述混合泵的出口通过料管与所述灌胶枪的入口连接，所述第一计量泵的信号输出端和所述第二计量泵的信号输出端分别与所述电控箱内的控制器的信号输入端对应连接，所述混合泵的控制输入端与所述电控箱内的控制器的控制输出端对应连接。

作为优选，为了便于对灌封枪的移动实现多向自动控制以根据需要实时改变灌注位置以提高灌注质量，所述料管为软管，所述真空箱内的顶部设有双向驱动装置，所述灌胶枪安装于所述双向驱动装置上并能够被驱动在相互垂直的两个方向往返移动。

作为优选，为了保护电容器外壳，所述振动头外包覆有硅胶。

本发明的有益效果在于：

本发明通过设置四个振动板并在每个振动板上安装多个能够高频低幅振动的振动头，在电容器外壳的四个面板外壁上施加高频低幅振动，并利用真空箱实现真空灌注，最终实现在灌注过程中使灌封料内部尤其是电容器外壳内壁处的气泡被高效快速排出的目的，固化后的电容器内没有气泡或有极少的气泡，显著提升了大功率高储能密度电容器的灌封质量，使其使用可靠性显著提升；通过设置基于螺杆驱动的驱动单元和基于机电振动的振动单元，能够实现对振动单元移动距离的精确控制，从而实现对振动头压住电容器外壳外壁压力的精确控制，最终实现使电容器外壳四个面板均产生高频低幅振动的目的，并配合真空箱使电容器能够自动进出真空箱，从而能够全面高效地排出灌注过程中产生的气泡，显著提高灌注质量。

附图说明

图1是本发明所述大功率高储能密度电容器的灌注方法采用的灌注工装的立体结构示意图之一，图中的电容器位于真空箱外；

图2是本发明所述大功率高储能密度电容器的灌注方法采用的灌注工装的立体结构示意图之二，与图1视角不同，图中的电容器位于真空箱外；

图3是本发明所述大功率高储能密度电容器的灌注方法采用的灌注工装的立体结构示意图之二，与图1和图2视角不同，图中的电容器位于真空箱外；

图4是本发明所述大功率高储能密度电容器的灌注方法采用的灌注工装的主视结构示意图，图中的电容器位于真空箱外。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

结合图1-图4所示，本发明所述大功率高储能密度电容器的灌注方法，包括以下步骤：

步骤1、准备真空箱10和多个振动板6，每个振动板6上安装有多个能够高频低幅振动的振动头7，真空箱10内设有灌封料灌注装置；

步骤2、将待灌注的大功率高储能密度电容器9置于真空箱10内，使四个振动板6分别从四周靠近大功率高储能密度电容器9的前、后、左、右四个外壳面板的外侧，并使每个振动板6上的所有振动头7均与对应的外壳面板外侧表面紧密接触；

步骤3、关闭好真空箱10后，对真空箱10内抽真空，抽真空后的真空度不小于-0.1Mpa；

步骤4、启动每个振动板6上的所有振动头7，使大功率高储能密度电容器9的四个外壳面板均产生高频低幅振动；

步骤5、启动灌封料灌注装置，将灌封料注入大功率高储能密度电容器9的外壳内；

步骤6、灌注到位后，关闭灌封料灌注装置和所有的振动头7，解除真空箱10内的真空状态，打开真空箱10的箱门11，取出灌注后的大功率高储能密度电容器9，常温固化后完成灌注过程。

如图1-图4所示，本发明所述大功率高储能密度电容器的灌注方法采用的灌注工装，包括真空箱10、驱动单元、振动单元1和电控箱15，真空箱10的顶部设有灌封料灌注装置且所述灌封料灌注装置的灌胶枪16位于真空箱10内，真空箱10的一侧设有箱门11，每一个振动单元1包括一个振动座5、一个振动板6和多个能够高频低幅振动的振动头7，竖向的振动板6与振动座5连接，多个横向的振动头7安装在振动板6上，真空箱10外靠近箱门11的位置设有一个振动单元1和一个所述驱动单元且该振动单元1的振动座5安装在该驱动单元上并能够被该驱动单元驱动往返移动，真空箱10内设有三个振动单元1和三个所述驱动单元，其中两个振动单元1的振动座5分别安装在两个所述驱动单元上并能够被对应的所述驱动单元驱动往返移动且这两个振动单元1的往返移动方向相同并与位于真空箱10外的振动单元1的往返移动方向相互垂直，真空箱10内的另一个振动单元1与另一个所述驱动单元靠近但不被该驱动单元驱动且设定该振动单元1为A振动单元、该驱动单元为A驱动单元，四个所述驱动单元的控制输入端、多个振动头7的控制输入端和所述灌封料灌注装置的控制输入端分别与电控箱15内的控制器的控制输出端对应连接。

如图1-图4所示，本发明还公开以下多种更加优化的具体结构：

为了实现对振动单元1的精确驱动，每一个所述驱动单元包括两条驱动滑轨3、两个驱动螺杆4和一个驱动座2，两条相互平行的驱动滑轨3的一端通过驱动座2连接在一起，两个驱动螺杆4分别安装在两条驱动滑轨3上(设有安装凹槽，在该安装凹槽内填充黄油，驱动螺杆4能够在该安装凹槽内自由转动)且同轴向，驱动座2内设有用于驱动两个驱动螺杆4旋转的驱动电机(图中未示出，采用步进电机)，除去所述A振动单元和所述A驱动单元的其它三个振动单元1的振动座5的下部两侧分别设有滑槽(图中不可视，与驱动滑轨配合)并通过该滑槽套装在对应的其它三个所述驱动单元的驱动滑轨3上，每个所述滑槽的中部设有局部传动螺纹且该局部传动螺纹与对应的驱动螺杆4的外螺纹对应啮合，所述驱动电机的控制输入端与电控箱15内的控制器的控制输出端对应连接。上述局部传动螺纹即为几圈螺纹的一部分，该结构在有驱动滑轨和滑槽配合的前提下同样能够实现螺纹传动功能。

为了便于将待灌封的大功率高储能密度电容器9推入真空箱11内，所述A驱动单元的驱动滑轨3和驱动螺杆4向靠近真空箱10的箱门11的方向延伸并靠近箱门11，位于真空箱10外的所述驱动单元的驱动滑轨3和驱动螺杆4靠近箱门11，位于真空箱10外的振动单元1的振动座5下部向靠近箱门11的方向延伸并形成电容器支撑平台8，所述A驱动单元的两个驱动螺杆4与位于真空箱10外的驱动单元1的两个驱动螺杆4分别一一对应。

为了便于实现两种灌封原料的自动计量和混合，所述灌封料灌注装置包括置于真空箱10的外顶部上的第一计量泵13、第二计量泵14和混合泵12，第一计量泵13的入口和第二计量泵14的入口分别与两种原料罐(图中未示出)连接，第一计量泵13的出口和第二计量泵14的出口分别与混合泵12的入口连接，混合泵12的出口通过料管与灌胶枪16的入口连接，第一计量泵13的信号输出端和第二计量泵14的信号输出端分别与电控箱15内的控制器的信号输入端对应连接，混合泵12的控制输入端与电控箱15内的控制器的控制输出端对应连接。

为了便于对灌封枪16的移动实现多向自动控制以根据需要实时改变灌注位置以提高灌注质量，所述料管为软管，真空箱10内的顶部设有双向驱动装置，该装置为常规X、Y向驱动装置，优选采用螺杆传动结构，灌胶枪16安装于所述双向驱动装置上并能够被驱动在相互垂直的两个方向往返移动。

为了保护大功率高储能密度电容器的外壳，振动头7外包覆有硅胶。

如图1-图4所示，本发明所述大功率高储能密度电容器的灌注方法采用的灌注工装的具体工作流程如下：

首先将待灌封的大功率高储能密度电容器9通过叉车和微型吊车放置在电容器支撑平台8上并靠近对应的振动单元1的振动头7，然后启动真空箱10外的驱动单元的驱动座2内的驱动电机以及A驱动单元的驱动电机，带动对应的驱动螺杆4旋转，在螺纹配合作用下，真空箱10外的振动单元1、电容器支撑平台8和大功率高储能密度电容器9向靠近真空箱10的方向移动，在到达箱门11所在位置时，对应的振动单元1、电容器支撑平台8和大功率高储能密度电容器9会因为螺纹配合部分较长而会继续移动，直到过渡到真空箱10内的A驱动单元的驱动螺杆4上并继续移动，最终使大功率高储能密度电容器9同时与A振动单元的振动头7和推动大功率高储能密度电容器9移动的振动单元1的振动头7紧密接触，然后启动真空箱10内的另外两个驱动单元的驱动座2内的驱动电机，带动对应的驱动螺杆4旋转，使真空箱10内的另外两个振动单元1的振动头7分别从两侧与大功率高储能密度电容器9的相对两侧外壁紧密接触，如此完成对大功率高储能密度电容器9的移动以及四个振动单元1对大功率高储能密度电容器9的四个面板外壁的压紧过程；然后关闭真空箱10的箱门11使真空箱10密封，启动真空泵(图中未示出，为真空箱10的常规配套设备)，对真空箱10内抽真空，使其真空度不小于-0.1Mpa；然后启动每个振动板6上的所有振动头7，使大功率高储能密度电容器9的四个外壳面板均产生高频低幅振动；再启动第一计量泵13、第二计量泵14和混合泵12，首先将两种原料按比例计量，然后通过混合泵12混合，再通过灌胶枪16注入大功率高储能密度电容器9的外壳内，灌注过程中，通过双向驱动装置改变灌胶枪16的位置，使其处于大功率高储能密度电容器9的外壳内的不同位置，提高灌注质量；灌注到位后，关闭第一计量泵13、第二计量泵14、混合泵12和所有的振动头7，再解除真空箱10内的真空状态，打开真空箱10的箱门11，首先控制真空箱10内除了A驱动单元外的两个驱动单元的驱动螺杆4反向旋转，对应的两个振动单元1向远离大功率高储能密度电容器9的方向移动并复位，解除对大功率高储能密度电容器9的压制；然后控制A驱动单元和靠近箱门11的驱动单元的驱动螺杆4反向旋转，对应的振动单元1、电容器支撑平台8和大功率高储能密度电容器9向靠近箱门11的方向移动，直到通过箱门11并到达真空箱10外的初始位置，通过微型吊车将大功率高储能密度电容器9从电容器支撑平台8上取下并通过叉车送至其它位置，常温固化后得到灌封后的大功率高储能密度电容器9，完成灌注过程。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (8)

1.一种大功率高储能密度电容器的灌注方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、准备真空箱和多个振动板，每个振动板上安装有多个能够高频低幅振动的振动头，所述真空箱内设有灌封料灌注装置；

步骤2、将待灌注的大功率高储能密度电容器置于真空箱内，使四个振动板分别从四周靠近大功率高储能密度电容器的前、后、左、右四个外壳面板的外侧，并使每个振动板上的所有振动头均与对应的外壳面板外侧表面紧密接触；

步骤3、关闭好真空箱后，对真空箱内抽真空；

步骤4、启动每个振动板上的所有振动头，使大功率高储能密度电容器的四个外壳面板均产生高频低幅振动；

步骤5、启动灌封料灌注装置，将灌封料注入大功率高储能密度电容器的外壳内；

步骤6、灌注到位后，关闭灌封料灌注装置和所有的振动头，解除真空箱内的真空状态，打开真空箱门，取出灌注后的大功率高储能密度电容器，常温固化后完成灌注过程。

2.根据权利要求1所述的大功率高储能密度电容器的灌注方法，其特征在于：所述步骤3中，真空箱内抽真空后的真空度不小于-0.1Mpa。

3.一种如权利要求1所述的大功率高储能密度电容器的灌注方法采用的灌注工装，其特征在于：包括真空箱、驱动单元、振动单元和电控箱，所述真空箱的顶部设有灌封料灌注装置且所述灌封料灌注装置的灌胶枪位于所述真空箱内，所述真空箱的一侧设有箱门，每一个所述振动单元包括一个振动座、一个振动板和多个能够高频低幅振动的振动头，竖向的所述振动板与所述振动座连接，多个横向的所述振动头安装在所述振动板上，所述真空箱外靠近箱门的位置设有一个所述振动单元和一个所述驱动单元且该振动单元的振动座安装在该驱动单元上并能够被该驱动单元驱动往返移动，所述真空箱内设有三个所述振动单元和三个所述驱动单元，其中两个所述振动单元的振动座分别安装在两个所述驱动单元上并能够被对应的所述驱动单元驱动往返移动且这两个所述振动单元的往返移动方向相同并与位于所述真空箱外的所述振动单元的往返移动方向相互垂直，所述真空箱内的另一个所述振动单元与另一个所述驱动单元靠近但不被该驱动单元驱动且设定该振动单元为A振动单元、该驱动单元为A驱动单元，四个所述驱动单元的控制输入端、多个所述振动头的控制输入端和所述灌封料灌注装置的控制输入端分别与所述电控箱内的控制器的控制输出端对应连接。

4.根据权利要求3所述大功率高储能密度电容器的灌注方法采用的灌注工装，其特征在于：每一个所述驱动单元包括两条驱动滑轨、两个驱动螺杆和一个驱动座，两条相互平行的所述驱动滑轨的一端通过所述驱动座连接在一起，两个所述驱动螺杆分别安装在两条所述驱动滑轨上且同轴向，所述驱动座内设有用于驱动两个所述驱动螺杆旋转的驱动电机，除去所述A振动单元和所述A驱动单元的其它三个所述振动单元的振动座的下部两侧分别设有滑槽并通过该滑槽套装在对应的其它三个所述驱动单元的驱动滑轨上，每个所述滑槽的中部设有局部传动螺纹且该局部传动螺纹与对应的所述驱动螺杆的外螺纹对应啮合，所述驱动电机的控制输入端与所述电控箱内的控制器的控制输出端对应连接。

5.根据权利要求4所述大功率高储能密度电容器的灌注方法采用的灌注工装，其特征在于：所述A驱动单元的驱动滑轨和驱动螺杆向靠近所述真空箱的箱门的方向延伸并靠近所述箱门，位于所述真空箱外的所述驱动单元的驱动滑轨和驱动螺杆靠近所述箱门，位于所述真空箱外的所述振动单元的振动座下部向靠近所述箱门的方向延伸并形成电容器支撑平台，所述A驱动单元的两个驱动螺杆与位于所述真空箱外的所述驱动单元的两个驱动螺杆分别一一对应。

6.根据权利要求3-5中任何一项所述大功率高储能密度电容器的灌注方法采用的灌注工装，其特征在于：所述灌封料灌注装置包括置于所述真空箱的外顶部上的第一计量泵、第二计量泵和混合泵，所述第一计量泵的出口和所述第二计量泵的出口分别与所述混合泵的入口连接，所述混合泵的出口通过料管与所述灌胶枪的入口连接，所述第一计量泵的信号输出端和所述第二计量泵的信号输出端分别与所述电控箱内的控制器的信号输入端对应连接，所述混合泵的控制输入端与所述电控箱内的控制器的控制输出端对应连接。

7.根据权利要求6所述大功率高储能密度电容器的灌注方法采用的灌注工装，其特征在于：所述料管为软管，所述真空箱内的顶部设有双向驱动装置，所述灌胶枪安装于所述双向驱动装置上并能够被驱动在相互垂直的两个方向往返移动。

8.根据权利要求3-5中任何一项所述大功率高储能密度电容器的灌注方法采用的灌注工装，其特征在于：所述振动头外包覆有硅胶。