CN219303417U - 一种高储能密度的直流支撑电容器 - Google Patents

Abstract

一种高储能密度的直流支撑电容器，其包括壳体组件，设置在所述壳体组件内部的电容器芯子组，以及填充在所述壳体组件与所述电容器芯子组之间的绝缘填充物。所述电容器芯子组包括第一电容器子组排，与第一电容器子组排交错且交替设置的第二电容器子组排，以及将所述第一、第二电容器子组排电性连接的导线组。所述第一电容器子组排包括第一电容器芯子。所述第二电容器子组排包括第一电容器芯子，以及多个第二电容器芯子。所述第二电容器芯子填充第二电容器子组排与所述壳体组件之间的间隙。所述第一、第二电容器子组排并联电性连接，所述第一、第二电容器子组排之间并联电性连接。通过设置第二电容器芯子提高电容器储能密度。

Description

一种高储能密度的直流支撑电容器

技术领域

本实用新型涉及直流支撑电容器的技术领域，特别涉及一种高储能密度的直流支撑电容器。

背景技术

直流支撑电容器，属于无源器件的一种，其主要采用聚丙烯薄膜作为电介质，高纯度金属镀层作为极板而制成的电容器。直流支撑电容器使用在逆变器直流侧的储能元件，并为逆变器提供直流电压支撑，同时还可缓冲系统故障时所引起的直流侧电压波动，减少直流侧电压纹波。直流支撑电容器被广泛应用于柔性直流输电、轨道交通、以及新能源汽车等领域。

传统直流支撑电容器是由若干具有小电容量的圆柱形电容器元件并联而成。其内部电容器元件放置摆法一般有两种，一种是棋盘放置摆法，另一种是交错放置摆法。在同样壳体组件体积的情况下，通常后一种摆法相较于前一种摆法空间利用率更高，因此使用范围更广。交错放置摆法内部芯子结构彼此交错紧密排列，形似晶体学中的二维正六边形晶格，或类似于自然界中的蜂巢。虽然这种排列结构的空间利用率相对较高，但这种交错排列结构会产生空位，所以仍有改进空间。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种可以解决上述问题的高储能密度的直流支撑电容器。

一种高储能密度的直流支撑电容器，其包括一个壳体组件，一个设置在所述壳体组件内部的电容器芯子组，以及填充在所述壳体组件与所述电容器芯子组的间隙之间的绝缘填充物。所述电容器芯子组包括多列第一电容器子组排，多列与该第一电容器子组排交错且交替排列设置的第二电容器子组排，以及多条将多列所述第一、第二电容器子组排连接的导线组。所述第一电容器子组排包括多个并排且规格相同的第一电容器芯子。所述第二电容器子组排包括多个并排且规格相同的第一电容器芯子，以及多个分别位于该第二电容器子组排的两端的第二电容器芯子。所述第二电容器芯子用于填充第二电容器子组排与所述壳体组件之间的间隙。所述第一电容器子组排并联电性连接，所述第二电容器子组排并联电性连接，所述第一、第二电容器子组排之间并联电性连接。

进一步地，所述壳体组件包括一个壳体，两个固定设置在所述壳体外部一端的接线端子，两个对称且分别固定设置在所述壳体外部两平行端的安装吊攀，多块设置在所述壳体与所述电容器芯子组之间的绝缘板，以及两条相同且均一端连接所述接线端子，另一端连接所述导线组的铜编织带。

进一步地，所述第一电容器芯子与所述第二电容器芯子的结构相同，且均包括一个绝缘芯棒，一个以所述绝缘芯棒为轴卷绕的双层金属化膜，一层包裹在所述双层金属化膜外侧面上作侧面绝缘用的外包膜，以及两个分别设置在两端上的喷金层。

进一步地，所述第二电容器子组排的两端的第二电容器芯子数量为两个时，所述两个第二电容器芯子居中放置且其外侧壁分别与所述电容器芯子组的边界、同列的第一电容器芯子相切。

进一步地，所述第二电容器子组排的两端分别各有两个所述第二电容器芯子，且第二电容器子组排中所述第二电容器芯子的外侧壁分别与所述电容器芯子的边界、同侧相邻的第一电容器芯子、另一相邻第二电容器芯子相切。

进一步地，两个所述喷金层上采用喷金工艺喷涂金属锌粉。

进一步地，所述导线组由紫铜为材质制成，包括两条设置在所述电容器芯子组一端的横向铜排，以及多条垂直连接所述横向铜排且分别将所述第一、第二电容器子组排并联电性连接的竖向铜排，所述横向铜排将所述第一、第二电容器子组排并联电性连接。

进一步地，所述外包膜采用聚丙烯材质制成。

进一步地，所述绝缘填充物为环氧树脂或聚氨酯。

与现有技术相比，在本实用新型提供的高储能密度的直流支撑电容器中，其通过对电容器芯子组的设计使得该直流支撑电容器的成本低、储能密度高且方便简单、可操作性强。具体地，所述电容器芯子组包括多列第一电容器子组排，多列与该第一电容器子组排交错且交替排列设置的第二电容器子组排，以及多条将多列所述第一、第二电容器子组排连接的导线组。所述第一电容器子组排包括多个并排且规格相同的第一电容器芯子，所述第二电容器子组排包括多个并排且规格相同的第一电容器芯子，以及至多两个分别位于所述第二电容器子组排两端的第二电容器芯子。所述第二电容器芯子用于填充第二电容器子组排与所述壳体组件之间的间隙，且所述第二电容器子组排并联电性连接，所述第一、第二电容器子组排之间并联电性连接，以使得所述电容器芯子组的体积不变的情况下其电容总量得到增加，从而达到提高电容器储能密度的目的。另外，当需要制造一个固定能量的电容器时，由于所述第二电容器芯子的设置，使得所需的电容器壳体组件体积更小。同时，由于所述第二电容器芯子的结构与所述第一电容器芯子相同，只是其规格不同，从而在制造所述第二电容器芯子时可以使用制造所述第一电容器芯子剩下的尾料，以减少成本，提高经济效益。除此之外，所述高储能密度的直流支撑电容器无需更改电容器本身的其他设计，所述第二电容器芯子只是占据了原有绝缘填充物的空间，与其他结构不冲突，可迅速改进，方便简单，可操作性强。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例提供的一种高储能密度的直流支撑电容器的立体结构示意图。

图2为图1的高储能密度的直流支撑电容器的内部结构示意图。

图3为图1的高储能密度的直流支撑电容器的电容器芯子组的结构示意图。

图4为图1的高储能密度的直流支撑电容器的第一电容器芯子的结构示意图。

图5为本实用新型第二实施例提供的一种高储能密度的直流支撑电容器的内部结构示意图。

具体实施方式

以下对本实用新型的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本实用新型实施例的说明并不用于限定本实用新型的保护范围。

如图1至图4所示，其为本实用新型第一实施例提供的一种高储能密度的直流支撑电容器的结构示意图。所述高储能密度的直流支撑电容器包括一个壳体组件10，一个设置在所述壳体组件10内部的电容器芯子组20，以及填充在所述壳体组件10与所述电容器芯子组20的间隙之间的绝缘填充物30。可以想到的是，该直流支撑电容器还包括一些其他的功能结构，如电气连接组件，安装组件、安全组件等，其为本领域技术人员习知的技术，在此不再赘述。

所述壳体组件10用于收容所述电容器芯子组20，其包括一个壳体11，两个固定设置在所述壳体组件10外部的接线端子12，两个对称且分别固定设置在所述壳体11外部两平行端的安装吊攀13，多块设置在所述壳体11与所述电容器芯子组20之间的绝缘板14，以及两条相同且均一端连接所述接线端子12，另一端连接所述电容器芯子组20的铜编织带15。

所述壳体11可以为长方体状，其尺寸大小并不固定，可以根据实际需求来设计。所述壳体11的尺寸大小以能容纳设置所述芯子结构20为宜。所述壳体11可以采用不锈钢板或铝板构成以使得该电容器的散热性得到了一定的保障，且相邻不锈钢板或铝板接触的部分密封连接在一起。可以想到的是，要实现不锈钢板或铝板的密封连接所述壳体11可以是通过不锈钢板或铝板焊接在一起而成型，或者是通过铸造的方式而成型。所述接线端子12其为一段封在绝缘塑料中的金属片用于与导线的连接，以实现电容器的电气连接，至于如何制造所述接线端子12，其为现有技术，故在此不再赘述。所述安装吊攀13用于所述电容器的壳体组件10的配合安装，至于所述安装吊攀13的尺寸大小以及种类的选择，应根据实际需求而定。所述绝缘板14呈板状由绝缘材质制成。所述绝缘板14应至少设置两块，且分别覆盖设置在所述电容器芯子组20电性连接的两端上，以隔绝所述电容器芯子组20电性连接的两端直接碰触到所述壳体11，进而保证了所述电容器内部的所述电容器芯子组20与所述壳体组件10之间的绝缘性，延长其使用寿命。可以想到的是，为了更好地绝缘保护，两块位于所述电容器芯子组20电性连接的两端上的绝缘板14之间还可密封连接多块所述绝缘板14，将其拼接成盒状以隔绝所述电容器芯子组20与所述壳体11之间的接触。所述绝缘板14的形状尺寸应与所述电容器芯子组20相配套。所述铜编织带15的一端连接着所述接线端子12，另一端连接着所述电容器芯子组20，其与所述电容器芯子组20的连接方式将在下面进行详细说明。通过所述铜编织带15以使得所述电容器芯子组20与所述接线端子12连接达到电路导通的目的。所述铜编织带15的尺寸大小并不固定，但应根据实际需求设计为宜。

所述电容器芯子组20设置在所述壳体组件10的内部，且所述电容器芯子组20与所述壳体11之间设置有绝缘板14。所述电容器芯子组20包括多列第一电容器子组排21，多列与所述第一电容器子组排21交错且交替排列设置的第二电容器子组排22，以及将多列所述第一、第二电容器子组排21、22连接的导线组23。所述第一电容器子组排21与所述第二电容器子组排22之间交错且交替排列设置，其主视图形似自然界中的蜂巢。所述第一电容器子组排21包括多个并排且规格相同的第一电容器芯子211。所述第一电容器芯子211本身为现有技术，其包括一个绝缘芯棒2111，一个以所述绝缘芯棒2111为轴卷绕的双层金属化膜2112，一层包裹在所述双层金属化膜2112外侧面上作侧面绝缘用的外包膜2113，以及两个分别设置在所述第一电容器芯子211两个底面上的喷金层2114。所述绝缘芯棒2111呈圆柱形，且由环氧树脂和玻璃纤维制成，所述绝缘芯棒2111具有良好的绝缘性能和良好的减振性。至于如何制造所述绝缘芯棒2111，其为现有技术，故在此不再赘述。所述双层金属化膜2112以所述绝缘芯棒2111为轴卷绕若干圈，可以想到的是，所述双层金属化膜2112的尺寸大小应根据所述绝缘芯棒2111的尺寸大小来设计，应与所述绝缘芯棒2111的尺寸大小相同为宜。所述双层金属化膜2112以所述绝缘芯棒2111为轴卷绕若干圈使其具有一定厚度，所述双层金属化膜2112具有良好的导电性能。所述外包膜2113可以由聚丙烯材质制成，所述外包膜2113包裹在所述双层金属化膜2112的外侧面上作侧面绝缘用，以确保所述第一电容器芯子211在交错放置时彼此之间具有良好的绝缘保护。可以想到的是，所述外包膜2113的尺寸大小应能完全包裹所述双层金属化膜2112为宜，以确保所述第一电容器芯子211彼此之间具有良好的绝缘性。所述喷金层2114设置在所述第一电容器芯子211的两个底面上，采用喷金工艺喷涂金属锌粉，以实现电极的引出。所述第二电容器子组排22包括多个并排且规格相同的第一电容器芯子211，以及两个分别位于所述第二电容器子组排22两端的第二电容器芯子221。所述第一电容器子组排21中的第一电容器芯子211数量相较于所述第二电容器子组排22中第一电容器芯子211数量多一个，且由于所述第一、第二电容器子组排21、22彼此之间交错且交替排列，从而使得所述第二电容器子组排22的两端处与所述壳体11之间存有一个因所述第一、第二电容器子组排交错且交替排列而产生的间隙。可以想到的是，所述第一电容器子组排21中的第一电容器芯子211数量相较于所述第二电容器子组排22中第一电容器芯子211的数量也可是少一个或相等，无论何种情况所述第一、第二电容器子组排21、22之间总会因交错且交替的摆放方式而产生间隙。所述第二电容器芯子221用于填充该间隙，其结构组成与所述第一电容器芯子211无异，只是芯子直径有所变化，故不再详细赘述。在本实施例中，一列所述第二电容器子组排22的两端上分别设置一个所述第二电容器芯子221。所述第二电容器芯子221的中心与同列的所有的所述第一电容器芯子211的中心在一条直线上，且其尺寸应当按下述规则来设计，即该所述第二电容器芯子221的外侧壁分别与所述电容器芯子组20的边界、同列第一电容器芯子211相切，以使其充分利用间隙空间，一列所述第一、第二电容器子组排21、22的截面长度相同，均与所述壳体11的尺寸相配套，从而可以得知两个所述第二电容器芯子221的直径d2相当于一个所述第一电容器芯子211的直径d1，即在本实施例中，所述第二电容器芯子221的直径d2为所述第一电容器芯子211直径d1的一半，但其结构相同，故当制造所述第二电容器芯子221时可以采用制造所述第一电容器芯子211剩下的尾料，以减少成本，提高经济效益。

所述导线组23包括多条分别用于并联所述第一、第二电容器子组排21、22的正负极的纵向铜排231，以及两条分别用于位于所述第一、第二电容器子组排21、22两侧的横向铜排232。所述纵向铜排231与横向铜排232用于将多列所述第一、第二电容器子组排21、22连接，以实现所述电容器芯子组20的电路连接，其可以采用紫铜制作而成，以确保其具有良好的导电性。所述第一电容器子组排21通过所述纵向铜排231并联电性连接，所述第二电容器子组排22通过所述纵向铜排231并联电性连接，所述第一、第二电容器子组排21、22之间通过所述横向铜排232并联电性连接。可以想到的是，所述纵向铜排231与横向铜排232的内侧可通过焊丝与所述第一、第二电容器芯子211、221固定连接，且所述纵向铜排231的具体设置个数应根据所述第一、第二电容器子组排21、22的数量设置。所述横向铜排232还应与所述铜编织带15连接，从而使得所述电容器芯子组20与所述接线端子12实现电气连接。

所述绝缘填充物30可以采用环氧树脂或聚氨酯。所述绝缘填充物30浇注在所述壳体组件10与所述电容器芯子组20的间隙处，且所述绝缘填充物30的填充量应使其高过所述电容器芯子组20为宜。可以想到的是，所述绝缘填充物30不仅起到绝缘防护的作用，而且有利于所述电容器芯子组20工作产生出的热量导出，以确保所述直流支撑电容器的安全性，同时所述绝缘填充物30在固化之后能够避免所述第一、第二电容器芯子211、221之间的碰撞以确保所述导线组23与所述第一、第二电容器芯子211、221之间的焊点不会因碰撞而掉落失效。

与现有技术相比，在本实用新型提供的高储能密度的直流支撑电容器中，其通过对电容器芯子组20的设计使得该直流支撑电容器的成本低、储能密度高且方便简单、可操作性强。具体地，所述电容器芯子组20包括多列第一电容器子组排21，多列与该第一电容器子组排21交错且交替排列设置的第二电容器子组排22，以及多条将多列所述第一、第二电容器子组排21、22连接的导线组23。所述第一电容器子组排21包括多个并排且规格相同的第一电容器芯子211，所述第二电容器子组排22包括多个并排且规格相同的第一电容器芯子211，以及至多两个分别位于所述第二电容器子组排22两端的第二电容器芯子221。所述第二电容器芯子221用于填充第二电容器子组排22与所述壳体组件10之间的间隙，且所述第二电容器子组排22并联电性连接，所述第一、第二电容器子组排21、22之间并联电性连接，以使得所述电容器芯子组20的外尺寸不变的情况下其电容总量得到增加，从而达到提高电容器储能密度的目的。另外，当需要制造一个固定能量的电容器时，由于所述第二电容器芯子221的设置，使得所需的电容器壳体组件体积更小。同时，由于所述第二电容器芯子221的结构与所述第一电容器芯子211相同，只是其规格不同，从而在制造所述第二电容器芯子221时可以使用制造所述第一电容器芯子211剩下的尾料，以减少成本，提高经济效益。除此之外，所述高储能密度的直流支撑电容器无需更改电容器本身的其他设计，所述第二电容器芯子221只是占据了原有绝缘填充物30的空间，与其他结构不冲突，可迅速改进，方便简单，可操作性强。

如图5所示，其为本实用新型第二实施例提供的一种高储能密度的直流支撑电容器的结构示意图。所述直流支撑电容器也包括一个壳体组件40，一个设置在所述壳体组件40内部的电容器芯子组50，以及填充在所述壳体组件40与所述电容器芯子组50间隙之间的绝缘填充物60。所述电容器芯子组50包括多列第一电容器子组排51，多列与所述第一电容器子组排51交错且交替排列设置的第二电容器子组排52，以及多条将多列所述第一、第二电容器子组排51、52电性连接的导线组53。所述第一电容器子组排51包括多个并排且规格相同的第一电容器芯子511，所述第二电容器子组排52包括多个并排且规格相同的第一电容器芯子511，以及四个设置在所述第二电容器子组排52两端的第二电容器芯子521。第一实施例与第二实施例的区别在于所述第二电容器芯子521的设置数量。在第二实施例中，一列所述第二电容器子排组52的两端分别设置有两个所述第二电容器芯子521，且所述第二电容器芯子521分别于所述电容器芯子组50的边界，同侧相邻的第一电容器芯子511、另一相邻第二电容器芯子521相切，由公式可推导出所述第二电容器芯子521的直径

可以想到是，第一实施例中一列所述第二电容器子组排22设置两个第二电容器芯子221填充间隙，相较于第二实施例中一列所述第二电容器子组排52设置四个第二电容器芯子521填充间隙，前者的空间利用率不如后者，但制造两个所述第二电容器芯子221所消耗的材料相较于制造四个所述第二电容器芯子所消耗的材料更少，且焊接摆放时更加简单便捷，而后者能够最大限度地利用空位，以使得制造相同体积的电容器时其储能密度最大，或当制造同等能量的电容器时其体积最小。至于具体选择应视实际情况而定。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用于局限本实用新型的保护范围，任何在本实用新型精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本实用新型的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种高储能密度的直流支撑电容器，其特征在于：所述高储能密度的直流支撑电容器包括一个壳体组件，一个设置在所述壳体组件内部的电容器芯子组，以及填充在所述壳体组件与所述电容器芯子组的间隙之间的绝缘填充物，所述电容器芯子组包括多列第一电容器子组排，多列与该第一电容器子组排交错且交替排列设置的第二电容器子组排，以及多条将多列所述第一、第二电容器子组排电性连接的导线组，所述第一电容器子组排包括多个并排且规格相同的第一电容器芯子，所述第二电容器子组排包括多个并排且规格相同的第一电容器芯子，以及多个分别位于该第二电容器子组排的两端的第二电容器芯子，所述第一电容器子组排中的第一电容器芯子数量大于所述第二电容器子组排中的第一电容器芯子的数量，所述第二电容器芯子用于填充第二电容器子组排与所述壳体组件之间的间隙中，所述第一电容器子组排并联电性连接，所述第二电容器子组排并联电性连接，所述第一、第二电容器子组排之间并联电性连接。

2.如权利要求1所述的高储能密度的直流支撑电容器，其特征在于：所述壳体组件包括一个壳体，两个固定设置在所述壳体外部一端的接线端子，两个对称且分别固定设置在所述壳体外部两平行端的安装吊攀，多块设置在所述壳体与所述电容器芯子组之间的绝缘板，以及两条相同且均一端连接所述接线端子，另一端连接所述导线组的铜编织带。

3.如权利要求1所述的高储能密度的直流支撑电容器，其特征在于：所述第一电容器芯子与所述第二电容器芯子的结构相同，且均包括一个绝缘芯棒，一个以所述绝缘芯棒为轴卷绕的双层金属化膜，一层包裹在所述双层金属化膜外侧面上作侧面绝缘用的外包膜，以及两个分别设置在两端上的喷金层。

4.如权利要求1所述的高储能密度的直流支撑电容器，其特征在于：所述第二电容器子组排两端的第二电容器芯子数量为两个时，所述第二电容器芯子居中放置且其外侧壁分别与所述电容器芯子组的边界、同列的第一电容器芯子相切。

5.如权利要求1所述的高储能密度的直流支撑电容器，其特征在于：所述第二电容器子组排的两端分别各有两个所述第二电容器芯子，且第二电容器子组排中所述第二电容器芯子的外侧壁分别与所述电容器芯子组的边界、同侧相邻的第一电容器芯子、另一相邻的第二电容器芯子相切。

6.如权利要求3所述的高储能密度的直流支撑电容器，其特征在于：所述喷金层上采用喷金工艺喷涂金属锌粉。

7.如权利要求1所述的高储能密度的直流支撑电容器，其特征在于：所述导线组由紫铜为材质制成，并包括多条分别用于并联所述第一、第二电容器子组排的正负极的纵向铜排，以及两条分别用于位于所述第一、第一电容器子组排两侧的横向铜排，所述横向铜排将所述第一、第二电容器子组排并联电性连接。

8.如权利要求3所述的高储能密度的直流支撑电容器，其特征在于：所述外包膜采用聚丙烯材质制成。

9.如权利要求1所述的高储能密度的直流支撑电容器，其特征在于：所述绝缘填充物为环氧树脂或聚氨酯。

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