CN220357966U - 一种电容器模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电容器模组，包括金属底座，多只电容器和PCB板，其中，所述PCB板上具有连接多个正极等电位支路的正极引出端和连接多个负极等电位支路的负极引出端，每个正极等电位支路和/或每个负极等电位支路上串联有保险丝；所述多个正极等电位支路与多只电容器的正极导针通过正极绝缘导线连接；所述多个负极等电位支路与多只电容器的负极导针通过负极绝缘导线连接。由此，不仅解决了电解液泄漏问题，增大了模组散热面积，延长了电容器的工作寿命，而且避免了流过单个电容器的纹波电流过大时引起整个模组产品发生失效的风险，提高了电容器模组的可靠性。

Description

一种电容器模组

技术领域

本实用新型涉及具备多个电容器元件的电容器模组。

背景技术

电容器属于基本电子元器件或储能器件，常用的电容器有铝电解电容器、薄膜电容器、陶瓷电容器和超级电容器。通常电容器都是单体结构，包括芯片型、纽扣型、引线型、焊针型、焊片型、螺栓型等引出方式的产品，用户需要对产品进行串并联组合，整合各项性能参数，以适应产品的电压、功率、纹波电流以及补正频率、温度系数等指标，构成电容器组合应用于产业设备及各类电子产品中。

安装于组串式光伏逆变器、充电桩模组电源等电力设备中的铝电解电容器，由于散热不良，导致铝电解电容器的工作寿命通常不超过15年。这是因为铝电解电容器的工作寿命由中心热点温度决定，设备散热不良使得铝电解电容器中心热点温度增加，电解液与电极箔发生副反应导致铝电解电容器发生产气，引发内部电解液通过封口部向外蒸发加快、电容器封口橡胶老化加速，表现为铝电解电容器静电容量减少较快和损耗角正切值增大较快，从而降低了铝电解电容器使用寿命。一般情况下热点温度每增加10℃，铝电解电容器工作寿命减少一半。

为了满足组串式光伏逆变器、充电桩模组电源等电力设备预期使用寿命高达25年的用户需求，必须提高在这些电力设备中起直流支撑作用的铝电解电容器的工作寿命。将铝电解电容器预先集成为模组，同时提高模组的散热性能以降低铝电解电容器的热点温度，是提高铝电解电容器工作寿命的可靠解决方案。模组的核心部件为铝电解电容器单体的串并联组合体，与铝电解电容器单体相比，模组不仅具有更大容量及更高电压，而且还能优化电容器单体的漏电流、损耗等综合性能。

如专利CN 112038105 A所述，将多只铝电解电容器单体集成为模组产品，显著提高了铝电解电容器的耐纹波电流能力和高频特性等电性能。该专利通过设计金属内翅片，使铝电解电容器模组热点温度得到降低，延长了铝电解电容器的工作寿命。专利CN111758141 B公开了一种电解电容器模组，这种模组由多个电容器元件、电极引线、封口部件和放热部件组成。电极引线与多个电容器元件各自电连接，贯通封口部件。该专利通过设计具有多个电容器元件容纳部的放热部件，解决了电解电容器元件的放热问题，不仅延长了电解电容器的工作寿命，还提高了电解电容器的耐纹波电流能力。为了提高铝电解电容器在高频区的大纹波电流耐量，专利CN 111279446 B公开了具备至少两个电解电容器的电解电容器模组，通过包含隧道状蚀刻坑长度不同的两种电解电容器，在从低频区域至高频区域的宽频率区域能够以高效率表现出静电电容，提高了电解电容器的耐纹波电流能力，实现了模组小型化及轻量化。不过，由于上述三种方案均没有对铝电解电容器进行电路设计保护，一旦构成模组的某一个铝电解电容器单体发生失效，将迅速导致整个模组产品失效。

实用新型内容

传统电容器模组的结构如图4所示：多只电容器的负极导针和正极导针分别穿过PCB板并通过锡焊焊接到PCB板设定位置上，其中，所有负极导针均焊接到PCB板负极引出端对应的负极等电位支路上，所有正极导针均焊接到PCB板正极引出端对应的正极等电位支路上，这种模组结构存在以下问题：

(1)由于这种模组结构没有对电容器封口部加固密封以及底部爆浆风险实施防护措施，因此，电容器产气后可能引起电解液通过封口部向外蒸发或喷射以及底部防爆阀爆裂问题，泄漏的电解液将引起电力设备的其它电路发生短路。

(2)这种模组结构没有对电容器进行电路设计保护，一旦构成模组的某一个电容器单体发生失效，将导致整个模组产品迅速失效。

(3)电容器正/负极引出端均通过锡焊焊接到PCB板上，接触电阻大，导致电容器模组的ESR较高。

(4)由于电容器底部不固定，电容器模组一旦发生振动，将可能引起正/负极引出端与PCB板的焊接部位发生松动或脱落，同样会导致整个模组产品迅速失效。

本实用新型的目的在于至少一定程度的解决或改善上述技术问题之一，为此，本实用新型提供了如下技术方案：

一种电容器模组，包括金属底座，多只电容器和PCB板，其中，所述PCB板上具有连接多个正极等电位支路的正极引出端和连接多个负极等电位支路的负极引出端，每个正极等电位支路和/或每个负极等电位支路上串联有保险丝；

所述多个正极等电位支路与多只电容器的正极导针通过正极绝缘导线连接；

所述多个负极等电位支路与多只电容器的负极导针通过负极绝缘导线连接。

进一步地，所述多个正极等电位支路平行设置，所述多个负极等电位支路平行设置。

进一步地，只要是具有正极引出端和负极引出端的电容器均适用本实用新型，例如：引线型电容器。具体地，所述引线型电容器的类型包括但不限于铝电解电容器、薄膜电容器、陶瓷电容器或超级电容器。

进一步地，所述正极引出端的等电位支路与所述负极引出端的等电位支路的数量相同，并大于或等于电容器的数量，由此，所有的电容器均能与等电位支路连接。当其中某一个支路不通时，多出的等电位支路接入电容器，保证电路的正常工作。

本申请通过同时在PCB板上对并联的每一个电容器单体都串联保险丝，当流过单个电容器的纹波电流过大时，与该电容器单体串联的保险丝发生熔断，从而避免了整个模组产品迅速发生失效。同时，本申请采用绝缘导线将电容器的正/负极导针与正/负极等电位支路连接，起到防止电路漏电或短路的作用。

进一步地，所述金属底座具有多个相同的圆柱形凹坑，凹坑侧面具有内螺纹，电容器底端具有与所述内螺纹相对应的外螺纹，用于将电容器固定安装在金属底座上。

进一步地，所述凹坑之间为等间距，凹坑直径为6.3～22mm，凹坑深度为7～20mm，相邻两凹坑中心的距离大于凹坑直径的2倍。

进一步地，所述凹坑侧面内螺纹从凹坑开口端开始攻丝，攻丝深度为5～15mm。

在本申请的具体实施例中，所述电容器为铝电解电容器，所述电容器的形状为圆柱体，直径为6.3～22mm，高度为9～105mm。

进一步地，所述电容器底端的外螺纹高度为5～15mm，并低于所述凹坑的深度。由此，将电容器螺旋拧入凹坑中后，电容器底端与金属底座不接触，从而收集电容器因底部防爆阀爆浆后泄漏的电解液。

所述凹坑侧面内螺纹的攻丝深度与电容器底端的外螺纹高度相同，由此，使得内螺纹与外螺纹相对应，电容器被固定安装在金属底座上。

本申请通过将电容器底端与金属底座螺纹连接，金属底座上的凹坑不贯穿金属底座，并使电容器底端不接触凹坑的底部，是为了收集电容器因底部防爆阀爆浆后泄漏的电解液，以免电解液泄漏发生短路。而且金属底座和电容器侧面的接触有利于将电容器的热量传导到金属底座上，从而增大了电容器模组的散热面积。

本领域技术人员公知的是，对金属底座的凹坑进行攻丝所得内螺纹的直径及丝扣数应与电容器底端外壳的套丝所得外螺纹直径及丝扣数相匹配，由此，使得电容器能螺旋拧入凹坑内，从而固定电容器，提高模组的安全性。

值得注意的是，对电容器底端的外壳侧面区域进行套丝以得到外螺纹时，套丝深度应略小于铝壳底端防爆阀的压痕深度，确保电容器底部防爆阀打开前不爆浆。

进一步地，当所述电容器为引线型电容器时，电容器的胶塞的裸露平面和外壳封口端最高处围成的区域空间内填充有固化树脂，用于对电容器的封口部加固密封。由此，解决了电容器产气后可能引起电解液通过封口部向外蒸发或喷射的问题。

更进一步地，所述固化树脂选自环氧树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂或密封蜡中的至少一种。

进一步地，所述正极绝缘导线通过激光焊接将正极等电位支路与电容器的正极导针连接；所述负极绝缘导线通过激光焊接将负极等电位支路与电容器的负极导针连接。之所以采用激光焊接，是因为激光焊接为双金属熔融焊接，与传统的锡焊相比，激光焊接的焊点强度最高，接触电阻最低，从而有利于降低电容器模组的内阻，减少电容器充放电过程中的发热现象，从而提高电容器模组的使用寿命。

进一步地，所述电容器模组还包括绝缘外壳，所述绝缘外壳用于容纳所述金属底座、多只电容器和PCB板。

进一步地，所述金属底座的材质为铝、铜、不锈钢、镍、钛、铬、铜铝合金中的一种，由此，能提高金属底座的散热效果。

进一步地，所述电容器的数量与金属底座的凹坑数量相同，具体地，可以为：2个、4个、6个、8个、12个、16个、20个、24个、30个、36个、48个、100个等。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型针对基础电力设施预期使用寿命高达25年的用户需求，提供一种散热良好、预期使用寿命长达25年的电容器模组。本实用新型通过向电容器胶塞的裸露平面和外壳封口端最高处围成的区域空间内填充树脂，同时对电容器底端的外壳侧面区域进行套丝后螺旋拧入攻丝好的金属底座的凹坑内，不仅解决了电解液泄漏问题，而且金属底座和电容器外壳侧面的接触有利于将电容器的热量传导到金属底座上，从而增大了模组散热面积，延长了电容器的工作寿命。通过在PCB板上对并联的每一个电容器单体都串联保险丝，避免了流过单个电容器的纹波电流过大时引起整个模组产品发生失效的风险，提高了电容器模组的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种铝电解电容器模组的结构示意图；

图2为本实用新型提供的一种铝电解电容器的结构示意图；

图3为本实用新型提供的金属底座的结构示意图；

图4为传统的铝电解电容器模组的结构示意图；

其中，1-金属底座，11-凹坑，12-内螺纹，2-电容器，21-正极导针，22-负极导针，210-正极绝缘导线，220-负极绝缘导线，23-固化树脂，24-双孔胶塞，25-铝电解电容器铝壳，26-铝电解电容器素子，27-外螺纹，3-PCB板，31-正极引出端，32-负极引出端，310-正极等电位支路，320-负极等电位支路，4-保险丝。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，所述“凹坑直径”是指凹坑的圆形横截面的直径。

在本实用新型中，“每个正极等电位支路和/或每个负极等电位支路上串联有保险丝”是指每个正极等电位支路上串联有保险丝，或者，每个负极等电位支路上串联有保险丝，或者，每个正极等电位支路和每个负极等电位支路上均串联有保险丝。

实施例

如图1所示，本实用新型提供了一种铝电解电容器模组，所述铝电解电容器模组包括金属底座1，16只铝电解电容器2、PCB板3和绝缘外壳(图中未示出)，所述PCB板3上具有正极引出端31和负极引出端32，所述正极引出端31连接17个平行的正极等电位支路310，所述负极引出端32也连接17个平行的负极等电位支路320，所述正极等电位支路310上均串联有保险丝4，所述正极等电位支路310与铝电解电容器2的正极导针21通过正极绝缘导线210连接，所述连接方式为激光焊接；所述负极等电位支路320与铝电解电容器2的负极导针22通过负极绝缘导线220连接，所述连接方式为激光焊接；所述绝缘外壳用于容纳上述各部件。

本实用新型采用的铝电解电容器的结构如图2所示，所述铝电解电容器2的结构为引线型，形状为圆柱体，包括：铝电解电容器素子26，铝电解电容器铝壳25，正极导针21，负极导针22，双孔胶塞24和固化树脂23，其中，所述铝电解电容器铝壳25的底端具有外螺纹27，所述外螺纹27的高度为5～15mm，所述铝电解电容器2的直径为6.3～22mm，高度为9～105mm。所述固化树脂为环氧树脂，填充在双孔胶塞24的裸露平面和铝电解电容器铝壳25封口端最高处围成的区域空间内。

本实用新型采用的金属底座的结构如图3所示，所述金属底座1的厚度为10～25mm，金属底座1上具有16个等间距的凹坑11，凹坑11的侧面具有内螺纹12，所述内螺纹12与铝电解电容器铝壳25底端的外螺纹27相对应，通过螺纹连接的方式将铝电解电容器2与金属底座1固定。其中，所述凹坑11的直径为6.3～22mm，凹坑11的深度为7～20mm，凹坑11侧面内螺纹12的攻丝深度为5～15mm。

本实用新型提供的铝电解电容器模组在使用过程中，一旦出现流过任一个电容器单体纹波电流过大的情况，与该电容器对应的保险丝就会断开，从而避免了整个模组产品失效的风险。

本实用新型提供的铝电解电容器模组可以采用如下方法得到：

1、拆除铝电解电容器套管，得到裸露的铝电解电容器；

2、向步骤1所得裸露的铝电解电容器胶塞的裸露平面和铝壳封口端最高处围成的区域空间内填充固化树脂，得到封口部加固密封的铝电解电容器；

3、对步骤2所得封口部加固密封的铝电解电容器底端的铝壳侧面区域进行套丝，得到带有外螺纹的铝电解电容器；

4、对金属底板等间距打孔后攻丝，再将步骤3所得带有外螺纹的多个铝电解电容器螺旋拧入金属底板上的内螺纹孔内，得到多个铝电解电容器组合体；

5、采用激光焊接方式分别将绝缘导线与步骤4所得铝电解电容器组合体上各单体引线端点和具有并联结构的PCB板对应端点牢固焊接，同时在PCB板上对并联的每一个铝电解电容器单体都串联一根保险丝，得到铝电解电容器模组粗产品；

6、将步骤5所得铝电解电容器模组粗产品装入绝缘外壳内，得到所述铝电解电容器模组。

本实用新型的结构对于所有具有正极导针和负极导针的引线型电容器均适用，虽然上述实施例仅列举了铝电解电容器的情况，但本领域技术人员可以理解的是，对于其他类型的电容器，例如：薄膜电容器、陶瓷电容器或超级电容器等，本实用新型的结构均适用，也能解决相关的技术问题，达到相应的技术效果，其原理相同，本申请不再赘述。

本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。

Claims (10)

1.一种电容器模组，包括金属底座，多只电容器和PCB板，其特征在于，所述PCB板上具有连接多个正极等电位支路的正极引出端和连接多个负极等电位支路的负极引出端，每个正极等电位支路和/或每个负极等电位支路上串联有保险丝；

所述多个正极等电位支路分别与多只电容器的正极导针通过正极绝缘导线连接；

所述多个负极等电位支路分别与多只电容器的负极导针通过负极绝缘导线连接。

2.根据权利要求1所述的电容器模组，其特征在于，所述金属底座具有多个相同的圆柱形凹坑，所述凹坑侧面具有内螺纹，所述电容器底端具有与所述内螺纹相对应的外螺纹，用于将电容器固定安装在金属底座上。

3.根据权利要求2所述的电容器模组，其特征在于，所述凹坑之间为等间距，凹坑直径为6.3～22mm，凹坑深度为7～20mm，相邻两凹坑中心的距离大于凹坑直径的2倍，所述凹坑从凹坑开口端开始攻丝，攻丝深度为5～15mm。

4.根据权利要求2所述的电容器模组，其特征在于，所述电容器为引线型电容器，形状为圆柱体，所述电容器直径为6.3～22mm，高度为9～105mm。

5.根据权利要求2所述的电容器模组，其特征在于，所述电容器底端的外螺纹高度为5～15mm，并低于所述凹坑的深度。

6.根据权利要求4所述的电容器模组，其特征在于，所述引线型电容器的胶塞的裸露平面和外壳封口端最高处围成的区域空间内填充有固化树脂，用于对电容器的封口部加固密封。

7.根据权利要求6所述的电容器模组，其特征在于，所述固化树脂选自环氧树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂或密封蜡中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的电容器模组，其特征在于，所述正极绝缘导线通过激光焊接将正极等电位支路与电容器的正极导针连接；所述负极绝缘导线通过激光焊接将负极等电位支路与电容器的负极导针连接。

9.根据权利要求1所述的电容器模组，其特征在于，所述电容器模组还包括绝缘外壳，所述绝缘外壳用于容纳所述金属底座、多只电容器和PCB板。

10.根据权利要求1所述的电容器模组，其特征在于，所述电容器为铝电解电容器、薄膜电容器、陶瓷电容器或超级电容器。