CN206820682U - 一种具有高性能电解电容器的太阳能发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种具有高性能电解电容器的太阳能发电系统，包括太阳能电池板，还包括DC‑DC变换器、蓄电池和逆变整流复用电路。本实用新型通过提供新的密封结构和电芯结构，从而较传统铝电解电容器的稳定能高，安全可靠；密封结构采用异形密封件和活动卡钩，能够增加密封性能。本实用新型创造的太阳能系统既可取市电进行整流后使用，也可在光照充足的时候将盈余的电能逆变后馈送给电网，因此既能并网运行，也能离网运行，不会由于电流变化过大而损坏逆变器，从而有效地降低了硬件成本，提升了蓄电池的充电效率，延长了发电系统的寿命。

Description

一种具有高性能电解电容器的太阳能发电系统

技术领域

本实用新型涉及一种储能技术领域，具体涉及一种具有高性能电解电容器的太阳能发电系统。

背景技术

如图1所示，目前，传统方式制造的铝电解电容器由于卷绕技术与封装技术的限制，已知最大单体尺寸为φ100mm×H260mm，400VDC时最大电容量上限为22000UF。铝电解电容器体积越大，散热就成了一个必须面对的问题，铝电解电容器发热是由于自身阻抗功率发热和漏电电流引起电化学发热。目前这两个问题在铝电解电容器中实际存在。理论上一个功能完好的铝电解电容器，寿命长短直接的原因由于高温使电极板电化学过程加快，缩短电极板极化时间。

现有技术中，所有大型铝电解电容器制作都为圆柱体形貌，圆柱直径过大时热阻很大，散热不科学，中心容易过热造成电容的局部寿命热衰竭，如中国专利第201020269753.X公开的电容器，其设计成圆柱体形貌，包括有实心结构的电芯以及包覆电芯的铝壳，其散热面积以及散热功能不好，电容器发热电芯膨胀容易发生危险。发热是电解电容器使用中不可忽视的因素，而现有技术中的圆柱体形貌铝电解电容器散热性差，圆柱式电容直径越大越不安全，目前应对的方法是通过提高正箔耐压，改良电解液高温稳定性以进行改善，然而，这些方法在一定上提高了产品的成本，并且效果并不理想。

而由于散热不畅，不仅会导致气密性变差，而且当所述电解电容器应用于光伏逆变器领域时，太阳能充电系统在离网或并网的发电和给电容器充电过程中，瞬时电流和电流的稳定性不好，如果电解电容器的稳定性较差，就不能承受大波纹电流而导致器件损坏，同时，由于离网和并网的切换也会导致电解电容器的损坏，使发电系统无法正常工作。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种具有高性能电解电容器的太阳能发电系统。

为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案为采用一种具有高性能电解电容器的太阳能发电系统，包括太阳能电池板，还包括DC-DC变换器、蓄电池和逆变整流复用电路，太阳能电池板的输出端连接DC-DC变换器的输入端，DC-DC变换器的输出端连接蓄电池的两极，蓄电池的两极连接逆变整流复用电路，逆变整流复用电路将太阳能电池板或蓄电池输出的电能逆变后向负载供电或将市电整流后给蓄电池充电，所述太阳能发电系统还包括变压器，逆变整流复用电路经由该变压器向负载供电或从市电取电；逆变整流复用电路设有双向逆变器和电解电容器，所述电解电容器包括壳体，所述壳体的上方安装有盖板，所述壳体内设有电芯，所述电芯通过正极引箔条和负极引箔条分别与正极接线端子和负极接线端子相通，所述正负极接线端子可通过熔接端子固定在所述盖板上，所述盖板上设有与所述正负极接线端子相配合的配接孔，所述电解电容器还包括异形密封件，设置在电解电容器的壳体开口处，在电解电容器盖板边缘设置有与所述异形密封件形状匹配的凹槽，所述盖板顶部设置有活动卡钩，所述活动卡钩与所述壳体的凹槽配接；所述电解电容器还包括有夹持电芯的电芯压片；其中，所述电芯设计成扁平状，其数量为复数个；所述电芯包括有正极箔片、铆接于正极箔片上的正极耳、负极箔片、铆接于负极箔片上的负极耳、以及电解纸。

优选的，DC-DC变换器包括电容C1、电容C2、开关管Q1、开关管Q2、二极管D2、二极管D3和电感L1，电容C1和电容C2串联后连接在开关管Q1的一个受控导通端和开关管Q2的一个受控导通端之间，电容C1与开关管Q1的接点为DC-DC变换器的正极输入端，电容C2与开关管Q2的接点为DC-DC变换器的负极输入端，二极管D2与二极管D3串联后连接在开关管Q1的另一个受控导通端和开关管Q2的另一个受控导通端之间，其中二极管D2的负极连接开关管Q1，二极管D3的正极连接开关管Q2，电容C1与电容C2的接点连接二极管D2与二极管D3的接点，电感L1一端连接二极管D2与开关管Q1的接点，另一端为DC-DC变换器的正极输出端，二极管D3与开关管Q2的接点为DC-DC变换器的负极输出端。

优选的：所述负极箔片以及电解纸均为长条片状设计，一个电芯仅包括有一长条片负极箔片以及一层以上长条片电解纸。

优选的：所述电芯设计有1对以上电极引出条，电芯结构采用平面叠层片式设计，该平面叠层片式系采用负极箔片与电解纸连续卷绕，而正极箔片则平行叠进负极箔片与电解纸形成的连续包围中。

优选的：所述异形密封件包括三段，第一段为从壳体边缘向壳体中心延伸且向壳体底部倾斜的斜坡；第二段为平行于所述壳体底部且向所述壳体中心突出的凸台；第三段为垂直于所述壳体侧壁设置的凸台。

优选的：所述异形密封件为环状结构。

优选的：所述凹槽的第一端均位于所述壳体侧壁的中心处。

优选的：相邻两个所述凹槽之间的夹角角度相同。

优选的，所述活动卡钩通过铰链与所述盖板铰接。

本实用新型通过提供新的密封结构和电芯结构，电芯结构采用平面叠层片式化设计，叠片结构采用负极箔片与电解纸连续卷绕，正极箔片则平行叠进负极箔片与电解纸形成的连续包围环境中，从而较传统铝电解电容器的稳定能高，安全可靠。密封结构采用异形密封件和活动卡钩，能够增加密封性能。使用具有该电解电容器的逆变整流复用电路的太阳能发电系统既可取市电进行整流后使用，也可在光照充足的时候将盈余的电能逆变后馈送给电网，因此既能并网运行，也能离网运行，不会由于电流变化过大而损坏逆变器，从而有效地降低了硬件成本，提升了蓄电池的充电效率，延长了发电系统的寿命。

附图说明

图1是传统带状电极与卷绕电芯示意图；

图2是本实用新型高性能的铝电解电容器示意图；

图3是本实用新型高性能的铝电解电容器的电芯图示；

图4是本实用新型高性能的铝电解电容器的电芯卷绕示意图；

图5是本实用新型高性能的铝电解电容器的帕状叠片及电极示意图；

图6 是本实用新型高性能电解电容器的防漏结构示意图；

图7 是本实用新型提供的具有高性能电解电容器的太阳能发电系统电路图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图7所示为本实施例的太阳能发电系统，其中L、N为市电的火线和零线，PV+、PV-分别为太阳能电池板的正、负极输出端，BAT为蓄电池，RL为负载，S1为旁路开关，正常情况下S1接通变压器T1与负载RL。二极管D1、电阻R1和开关S4构成软启动电路a，其主要起到软启动本实施例的太阳能发电系统的作用。电容C1、C2、开关管Q1、Q2、二极管D2、D3和电感L1构成DC-DC变换器b，其对太阳能电极板的输出进行变换，以使电压稳定在一定的范围内，利于蓄电池BAT的充电和提供稳定的电压给逆变整流复用电路c。电容C3和开关管Q3-Q6构成逆变整流复用电路c，其中Q3-Q6组成一个单相全桥逆变器，通过控制Q3-Q6四个开关管的有序配合，可实现逆变输出和取市电整流给蓄电池BAT充电的功能，故而其为双向逆变器。

所述双向逆变器工作在逆变模式时，太阳能电池板输出的电能经过DC-DC变换器2后给蓄电池BAT和所述双向逆变器供电，所述双向逆变器将DC-DC变换器2输入的直流电逆变成交流电，再经过变压器T1升压后向负载RL输出。所述双向逆变器工作在整流模式时，市电经过变压器T1降压后输入到所述双向逆变器，所述双向逆变器对变压器T1输入的交流电进行整流后再提供给蓄电池BAT充电。

开关S2和S3为并离网切换开关，在市电正常时，S2和S3闭合，本实施例的太阳能发电系统并网运行；在市电异常时，S2和S3断开，本实施例的太阳能发电系统离网运行。

依照本实用新型，由于太阳能发电系统既能离网运行，又能够并网运行，所以对光伏逆变器即电解电容器的稳定性和寿命要求更高，因此，本实用新型特意提供了一种高性能的电解电容器。

参照图2-图4所示，本实用新型高性能的铝电解电容器100包括有电芯3、电解液(未图示)、外壳2以及盖板3；其中，还包括有夹持电芯的电芯压片(未图示)；所述电芯3设计成扁平状，其数量为复数个；所述电芯压片由弹性钢片制成。

所述电芯3包括有正极箔片10、铆接于正极箔片10上的正极耳100、负极箔片111、铆接于负极箔片111上的负极耳110、以及电解纸12。其中，正极箔片10为独立的单片设计，其形状与扁平电芯1的结构相适配，一个电芯1包括有复数片独立的正极箔片10；而负极箔片111以及电解纸12均为长条片状设计，一个电芯3仅包括有一长条片负极箔片111以及一长条片电解纸12。正极箔片10采用多片叠层并独立引出正极耳100，这样使得电荷路径低阻抗化，发热降低。

其中，负极箔片111与电解纸12为不中断的连续绕制，正极箔片10则是铆接好正极耳100后置入电解纸12的夹层之中，即：在连续卷绕过程中，当电解纸12与负极箔片111绕过后，在水平线方向时，放置上一片铆好正极耳100的正极箔片10；当电解纸12与负极箔片111绕过一圈再次在水平线方向时，再放置上一片铆好正极耳100的正极箔片10，如此不停绕制，当叠入设计数量的铆好正极耳的正极箔片10后，电解纸12与负极箔片111继续卷绕一定长度后，实施捆包短路刷选处理，这样一个流程就制作成完整的一个电芯3。电芯3制作好后经过干燥处理，对干燥处理好的电芯投入电解液注入设施注入若干电解液处理，电芯3注入电解液后经过装配、封装、电极赋能、测试处理后即可具有独立的储存电荷功能。

电芯3最少有1对以上极耳，在有明确正负极的情况下，正极箔片10设计入片数为一片以上，入片总数上不封顶。本实用新型实施例为10对极耳，正极入片数为10片，负箔和电解纸为连续性卷绕而成。本实用新型实施例中，按10对极耳，入片数10片来计，实际单个电芯厚度为3～5mm。

本实用新型实施例中，电芯设计有1对以上电极引出条、有正极性要求时每层正电极叠片单独引出，电芯结构采用平面叠层片式化设计，叠片结构采用负极箔片与电解纸连续卷绕，正极箔片则平行叠进负极箔片与电解纸形成的连续包围环境中，从而较传统铝电解电容器的性能高，同时简化了制造过程，并能采用自动化卷绕入片设备进行生产。

参照图5所示，本实用新型正极箔片10呈帕状比传统长带状电极如图1所示的a为电极箔片，b为极耳。本新型的正极箔片具有更小的电流路径、电极板方阻更小，其中箭头方向为电流路径。蓄电核心采用1个以上数量的电芯单元设计、电荷进出路径低阻抗化，10对以上正负电极引出条、且每层正电极叠片单独引出，卷绕结构上采用扁平化设计，叠片结构采用负极箔片与电解纸连续卷绕，正极箔片10则平行叠进负箔111与电解纸12形成的连续包围圈之中，较传统铝电解电容器的性能高，同时简化制造过程，并能采用自动化卷绕设备生产实现。其中，电芯数量、体积的大小、外形随容量、耐压高低、环境的具体条件可进行具体量化设计。

目前传统方式制造的电容器由于卷绕技术与封装技术的限制，最大单体尺寸为φ100mm x H260mm，例如400VDC最大容量上限为22000UF。而本实用新型采用叠层电容结构，叠层电容容量由叠层的大小与多少决定有效容值大小，只要将材料面积足够大、叠层数无限叠层，即可以使单体电容器容量无上限，满足一切大容量应用场合，技术实现没有上限。

本实用新型铝电解电容器结构与扁片电芯相一致，其基本型貌为扁平状，电极端子为螺栓连接方式，电容横切面为椭圆环型或者为大R角的规则多边型。扁平化有利于蓄电单元低热阻阻抗，电容器的热点为中心线位置，散热路径为中心向外传导散热，经过实验，同容量的两种电容，扁平式结构电容器与传统的圆柱状铝电解电容器相比，圆柱状的电容器热阻路径较扁平体结构电容的热阻大一倍以上，在电容器高度不变，截面积不变，散热结构展开为长条状时，圆柱状的电容器的热路径成倍的减小。

如图6所示，本实用新型的一个实施例中包括壳体1，所述壳体1的上方安装有盖板2。在本实施例中，所述盖板2的材质可分为两部分，上部为酚醛材料，周边为橡胶层，选用橡胶层的原因是因为橡胶材质软，有较好的密封效果，且可以很好地固定。所述盖板也可以其它材质，只要能实现与所述壳体的密封配合即可。

所述壳体1内设有电芯，所述电芯通过正极引箔条和负极引箔条分别与正极接线端子和负极接线端子相通，所述正负极接线端子可通过熔接端子固定在所述盖板2上，所述盖板2上设有与所述正负极接线端子相配合的配接孔，所述配接孔用于使所述正极接线端子5、所述负极接线端子6通过该孔并与所述正极引箔条、所述负极引箔条连接。

所述壳体1的开口处设有一异形密封件4，在本实施例中，所述异形密封件4具体设置在所述壳体1的上端开口结构处，所述盖板2的顶部具有与所述异形密封件4形状相匹配的凹槽，在配接过程中，可实现所述盖板2与所述壳体1的固定连接，进而保证所述电解电容器的稳固性。所述壳体1通过冷挤压形成下端封闭上端开口的结构，在所述盖板2上还设置有包覆配接区的异形密封件4，所述异形密封件4包括三段，第一段为从壳体边缘向壳体中心向壳体底部倾斜的斜坡；第二段为平行于所述壳体底部且向所述壳体中心突出的凸台；第三段为垂直于所述壳体侧壁设置的凸台。与现有技术相比，所述异形密封件4的设置使密封结构和盖板的密封具有更强的密封性能，所述电解电容器在使用过程中不需要担心其内的电解液泄露。在本技术方案中，所述异形密封件4可为环状结构，所述环状结构的设置可使得所述电解电容器的密封效果更好，且还具有在高温状态下工作稳定性好的优点，大大降低了所述电解电容器的漏液风险，在产业上可广泛使用。

如图6所示，在所示壳体的外表面上开设有一凹槽5。所述凹槽为多个，所述凹槽可为任意形状，比如弧形槽或横截面为三角形的凹槽等。各所述凹槽的第一端连接于同一点，所述凹槽的深度优选为1~5mm。各所述凹槽的第一端均位于所述壳体1侧壁的中心处。相邻两个所述凹槽之间的夹角角度相同，该角度的设置使得各凹槽分布均匀。本技术方案的另一实施例：在盖板顶部还包括一个通过铰链6与所述盖板铰接的活动卡钩，所述活动卡钩和凹槽配接卡紧固定，增加电解电容器的密封性。

传统的电解电容器和壳体都是圆柱型的，通过实验证明，以400V/1100uF、85度、5000h规格的产品为例，在负载状态，环境温度为85度下圆柱体产品的电芯中心温升为1.5度，耐纹波电流能力为18A，而本技术方案中，椭圆形产品电芯中心温升为1度，耐波纹电流能力为21A。

本实用新型的电解电容器结构简单，设计合理，密封效果明显。本实用新型不仅具有损耗低、漏电小、密封性好和使用寿命长的特点，而且还具有在高温状态下工作稳定性好，电解电容器内的电解液不会泄露的优点。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有高性能电解电容器的太阳能发电系统，包括太阳能电池板，还包括DC-DC变换器、蓄电池和逆变整流复用电路，所述太阳能电池板的输出端连接DC-DC变换器的输入端，DC-DC变换器的输出端连接蓄电池的两极，所述蓄电池的两极连接逆变整流复用电路，所述逆变整流复用电路将太阳能电池板或蓄电池输出的电能逆变后向负载供电或将市电整流后给蓄电池充电，所述太阳能发电系统还包括变压器，所述逆变整流复用电路经由该变压器向负载供电或从市电取电，逆变整流复用电路设有双向逆变器和电解电容器，其特征在于，

所述电解电容器包括壳体，所述壳体的上方安装有盖板，所述壳体内设有电芯，所述电芯通过正极引箔条和负极引箔条分别与正极接线端子和负极接线端子相通，所述正负极接线端子可通过熔接端子固定在所述盖板上，所述盖板上设有与所述正负极接线端子相配合的配接孔，

所述电解电容器还包括异形密封件，设置在电解电容器的壳体开口处，在电解电容器盖板边缘设置有与所述异形密封件形状匹配的凹槽，所述盖板顶部设置有活动卡钩，所述活动卡钩与所述壳体的凹槽配接；

所述电解电容器还包括有夹持电芯的电芯压片；其中，所述电芯设计成扁平状，其数量为复数个；所述电芯包括有正极箔片、铆接于正极箔片上的正极耳、负极箔片、铆接于负极箔片上的负极耳、以及电解纸。

2.根据权利要求1所述的一种具有高性能电解电容器的太阳能发电系统，其特征在于：所述DC-DC变换器包括电容C1、电容C2、开关管Q1、开关管Q2、二极管D2、二极管D3和电感L1，电容C1和电容C2串联后连接在开关管Q1的一个受控导通端和开关管Q2的一个受控导通端之间，电容C1与开关管Q1的接点为DC-DC变换器的正极输入端，电容C2与开关管Q2的接点为DC-DC变换器的负极输入端，二极管D2与二极管D3串联后连接在开关管Q1的另一个受控导通端和开关管Q2的另一个受控导通端之间，其中二极管D2的负极连接开关管Q1，二极管D3的正极连接开关管Q2，电容C1与电容C2的接点连接二极管D2与二极管D3的接点，电感L1一端连接二极管D2与开关管Q1的接点，另一端为DC-DC变换器的正极输出端，二极管D3与开关管Q2的接点为DC-DC变换器的负极输出端。

3.根据权利要求2所述的一种具有高性能电解电容器的太阳能发电系统，其特征在于：所述正极箔片为独立的单片设计，其形状与扁平电芯的机构相适配，一个电芯包括有复数片独立的正极箔片，该正极箔片采用多片叠层并独立引出正极极耳。

4.根据权利要求3所述的一种具有高性能电解电容器的太阳能发电系统，其特征在于：所述负极箔片以及电解纸均为长条片状设计，一个电芯仅包括有一长条片负极箔片以及一层以上长条片电解纸。

5.根据权利要求4所述的一种具有高性能电解电容器的太阳能发电系统，其特征在于：所述电芯设计有1对以上电极引出条，电芯结构采用平面叠层片式设计，该平面叠层片式系采用负极箔片与电解纸连续卷绕，而正极箔片则平行叠进负极箔片与电解纸形成的连续包围中。

6.根据权利要求5所述的一种具有高性能电解电容器的太阳能发电系统，其特征在于：所述异形密封件包括三段，第一段为从壳体边缘向壳体中心延伸且向壳体底部倾斜的斜坡；第二段为平行于所述壳体底部且向所述壳体中心突出的凸台；第三段为垂直于所述壳体侧壁设置的凸台。

7.根据权利要求6所述的一种具有高性能电解电容器的太阳能发电系统，其特征在于：所述异形密封件为环状结构。

8.根据权利要求7所述的一种具有高性能电解电容器的太阳能发电系统，其特征在于，所述活动卡钩通过铰链与所述盖板铰接。