DE10039436C2 - Elekrochemischer Doppelschichtkondensator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Doppelschicht­ kondensator mit einem Schichtstapel, der in einer Längsrich­ tung von zwei Stirnflächen und quer zur Längsrichtung von ei­ ner oder mehreren Seitenflächen begrenzt ist und der in Längsrichtung verlaufende Elektrodenschichten und Trenn­ schichten aufweist.

Aus der Druckschrift EP 0 449 145 A2 ist ein elektrochemi­ scher Doppelschichtkondensator bekannt, bei dem der Kondensa­ torwickel die Form eines Rundwickels aufweist und der in ein zylinderförmiges Gehäuse eingebaut ist. Die einzelnen Schich­ ten des Doppelschichtkondensators sind dabei nicht aneinander gedrückt, was für die elektrischen Eigenschaften des Konden­ sators nachteilig ist.

Aus der Druckschrift DE 19 70 454 C2 ist ein elektrochemi­ scher Doppelschichtkondensator bekannt, bei dem ein Schicht­ stapel in einem Gehäuse zwischen zwei Endflanschen verpreßt ist. Da das Verpressen des Schichtstapels erst nach dem Ein­ bau des Schichtstapels in das Gehäuse erfolgt, erfordert der bekannte Kondensator ein aufwendiges Herstellungsverfahren, welches in wirtschaftlicher Hinsicht nachteilig ist.

Aus der Druckschrift DE 691 12 443 T2 ist es bekannt, daß die Elektroden eines elektrochemischen Doppelschichtkondensators vorteilhafterweise unter Druck gehalten werden, um die Parti­ kel des üblicherweise als Separator verwendeten aktivierten Kohlenstoffs in guten elektrischen Kontakt zueinander zu bringen.

Es sind Kondensatorwickel bekannt, die die Form eines Quaders aufweisen und bei denen die Trennschichten mit einer Flüssig­ keit getränkt sind. Diese Kondensatorwickel werden üblicherweise in Aluminiumgehäuse eingebaut. Zur elektrischen Isolie­ rung des Kondensatorwickels gegenüber dem Gehäuse und um das Auslaufen der Flüssigkeit aus dem Kondensatorwickel zu ver­ hindern, sind die bekannten Kondensatorwickel an jeder Sei­ tenfläche mit plattenförmigen Isolierelementen abgedeckt. Diese plattenförmigen Isolierelemente sind zusätzlich mit ei­ ner mehrlagigen Bandage umwickelt.

Die bekannten Kondensatorwickel haben den Nachteil, daß an den Stoßkanten der Isolierplatten keine ausreichende Dichtig­ keit besteht, so daß Flüssigkeit aus dem Kondensatorwickel austreten kann. Die bandagenförmige Umwicklung der Isolier­ platten sorgt zwar dafür, daß aus dem Schichtstapel und den Isolierplatten ein kompaktes Paket entsteht, können jedoch nicht das Auftreten von Kriechströmen zwischen mehreren ne­ beneinander in ein Gehäuse eingebauten Kondensatorwickeln verhindern.

Da die Kondensatorwickel üblicherweise durch Schieben in ein becherförmiges Gehäuse eingebaut werden, haben sie ferner den Nachteil, daß die Schichten des Schichtstapels an dessen Stirnflächen nur unzureichend gegenüber Beschädigung während des Einschiebens geschützt sind. Daher können die einzelnen Schichten des Schichtstapels beim Einbauen in das Gehäuse leicht beschädigt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen elektro­ chemischen Doppelschichtkondensator anzugeben, der vor Be­ schädigungen beim Einschieben in ein Gehäuse geschützt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen elektrochemi­ schen Doppelschichtkondensator nach Patentanspruch 1 er­ reicht. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den weite­ ren Ansprüchen zu entnehmen.

Es wird ein Kondensatorwickel angegeben, der einen Schicht­ stapel aufweist. Der Schichtstapel ist in einer Längsrichtung von zwei Stirnflächen und quer zur Längsrichtung von einer oder mehrerer Seitenflächen begrenzt. Ferner weist der Schichtstapel in Längsrichtung verlaufende Elektrodenschich­ ten und Trennschichten auf. Der Kondensatorwickel ist ferner mit einer einlagigen Hülle aus elektrisch isolierendem Mate­ rial versehen, die die Seitenflächen des Schichtstapels lüc­ kenlos bedeckt und die an einer Stirnfläche einen überstehen­ den Abschnitt aufweist.

Der Kondensatorwickel hat den Vorteil, daß durch den an einer Stirnfläche überstehenden Abschnitt der Hülle ein wirksamer Schutz der Kanten des Schichtstapels beim Einschieben in ein becherförmiges Gehäuse realisiert wird. Dabei ist allerdings zu beachten, daß der Schichtstapel mit der den überstehenden Abschnitt der Hülle aufweisenden Stirnfläche voran in das Ge­ häuse eingeschoben wird.

Ferner hat der Kondensatorwickel den Vorteil, daß der Schichtstapel durch die einlagige Hülle besonders platzspa­ rend abgedichtet ist. Die lückenlose Bedeckung der Seitenflä­ chen des Schichtstapels sorgt für eine besonders gute elek­ trische Isolierung des Schichtstapels.

Der überstehende Abschnitt der Hülle kann beispielsweise kra­ genförmig ausgebildet sein und sich dabei in Längsrichtung des Schichtstapels erstrecken. Aus einem solchen überstehen­ den Abschnitt kann ein Trichter geformt werden, mit dem voran der Schichtstapel ein becherförmiges Gehäuse eingeschoben wird, um die Seitenkanten der entsprechenden Stirnfläche vor einer Beschädigung durch die Kanten des Gehäuses zu schützen.

Des weiteren ist es besonders vorteilhaft, wenn der überste­ hende Abschnitt der Hülle nach innen umgeschlagen ist und da­ durch ein Randgebiet der Stirnfläche bedeckt. In diesem Fall können die Kanten des Schichtstapels ohne zusätzliche Maßnah­ men vor Beschädigung beim Einschieben in das Kondensatorge­ häuse geschützt werden.

Besonders platzsparend kann die Hülle ausgebildet sein, indem sie so unter Zugspannung steht, daß sie eng an der Oberfläche des Schichtstapels anliegt. Dadurch bekommt man einen beson­ ders kompakten Kondensatorwickel, der entsprechend einfach zu handhaben ist.

Eine unter Zugspannung stehende, eng an der Oberfläche des Schichtstapels anliegende Hülle kann beispielsweise in Form eines Schrumpfschlauchs realisiert sein. Dabei gestaltet sich das Anbringen der Hülle am Schichtstapel besonders einfach, da der Schrumpfschlauch über den Schichtstapel gezogen und anschließend durch Aufheizen aufgeschrumpft wird. Als Materi­ al für eine solchen Schrumpfschlauch kommt beispielsweise PVC oder Polyester in Betracht. Diese Materialien können durch Aufheizen des Schichtstapels in einem Durchlaufofen auf 220 Grad Celsius aufgeschrumpft werden.

Des weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Hülle eine Dicke von 30 bis 80 Mikrometern aufweist. Eine solche Hülle hat ei­ nerseits eine ausreichende mechanische Stabilität, so daß sie beim Einschieben des Kondensatorwickels in ein becherförmiges Gehäuse nicht so leicht beschädigt wird. Andererseits ist sie hinreichend dünn, um eine gute Volumenausnutzung und damit Platzeinsparung für den Kondensatorwickel zu realisieren.

Es ist darüber hinaus ein Kondensatorwickel besonders vor­ teilhaft, bei dem die Elektrodenschichten mit einer ionenhal­ tigen Flüssigkeit getränkte Kohlenstofftücher und die Trenn­ schichten für die Ionen der Flüssigkeit durchlässige, elek­ trisch isolierende Zwischenschichten sind. Ferner ist eine Elektrodenschicht auf einer Seite mit einer elektrisch lei­ tenden Kontaktierungsschicht bedeckt und auf der anderen Sei­ te durch eine Trennschicht von einer weiteren Elektroden­ schicht getrennt.

Durch eine als Schrumpfschlauch ausgebildete Hülle kann ein solcher Doppelschicht-Kondensator besonders wirksam gegen das Auslaufen der Flüssigkeit geschützt werden. Zudem ist es bei dem eben beschriebenen Kondensator notwendig, daß ein Kon­ taktdruck zwischen den Elektrodenschichten und den Kontaktie­ rungsschichten besteht. Dieser Kontaktdruck wird üblicherwei­ se durch das Einpressen des Schichtstapels in ein Gehäuse mit entsprechenden Abmessungen erreicht. Gerade in diesem Fall erhöht sich das Risiko einer Beschädigung des Schichtstapels an den Stirnflächen während des Einschiebens in das Gehäuse. Deshalb ist die erfindungsgemäße Hülle in diesem Fall beson­ ders vorteilhaft einzusetzen.

Es wird ferner ein Kondensator angegeben mit einem Kondensa­ torwickel, der in ein zu einer Stirnseite des Kondensatorwic­ kels hin offenes Gehäuse eingeschoben ist. Dabei sind die Ab­ messungen des Gehäuses so gewählt, daß die Schichten des Kon­ densatorwickels an einer Wand des Gehäuses flachgedrückt sind. Da die Wände des Gehäuses üblicherweise fertigungsbe­ dingt scharfe Kanten aufweisen und da der Kondensatorwickel in das offene Gehäuse unter Druck eingeschoben werden muß (andernfalls wären die Schichten des Kondensatorwickels nicht an einer Wand flach gedrückt), ist in diesem Fall die erfindungsgemäße Hülle, die die Kanten der Stirnfläche des Kondensatorwickels schützt, besonders vorteilhaft.

Des weiteren ist ein Kondensator besonders vorteilhaft, bei dem mehrere Kondensatorwickel so nebeneinander in das Gehäuse eingeschoben sind, daß ihre Schichten an einer Wand des Ge­ häuses flachgedrückt sind.

In diesem Fall ist insbesondere auch die Isolierung der Kon­ densatorwickel untereinander von Bedeutung. Eine solche Iso­ lierung, insbesondere die Verhinderung von Kriechströmen zwi­ schen den Kondensatorwickeln, kann durch die die Seitenflä­ chen des Schichtstapels lückenlos abdeckende Hülle besonders gut realisiert werden.

Um den Kondensator vor äußeren Umwelteinflüssen zu schützen, kann das Gehäuse durch ein oder mehrere Abschlußelemente ver­ schlossen sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen und den dazu gehörigen Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt beispielhaft einen Kondensatorwickel im schema­ tischen Querschnitt.

Fig. 2 zeigt als Detail von Fig. 1 beispielhaft einen Schichtaufbau eines Kondensatorwickels.

Fig. 3 zeigt beispielhaft einen Kondensator mit einem Kon­ densatorwickel im schematischen Querschnitt.

Fig. 4 zeigt beispielhaft einen Kondensator mit mehreren in ein Gehäuse eingebauten Kondensatorwickeln im schematischen Querschnitt.

Fig. 1 zeigt einen Kondensatorwickel 9 mit einem Schichtsta­ pel 1, der die Form eines Quaders mit zwei Stirnflächen 2 und vier Seitenflächen 3 aufweist. Der Schichtstapel 1 umfaßt übereinander gestapelte Elektrodenschichten 4 und Trenn­ schichten 5. Der Schichtstapel 1 ist von einer Hülle 6 umge­ ben, die an beiden Stirnflächen 2 des Schichtstapels 1 einen überstehenden Abschnitt 7 aufweist. Der Schichtstapel 1 bil­ det zusammen mit der Hülle 6 den Kondensatorwickel 9. Die Hülle 6 ist als Schrumpfschlauch ausgebildet, mit der der Schichtstapel 1 umschrumpft ist.

Fig. 2 zeigt einen möglichen Schichtaufbau für den Schicht­ stapel aus Fig. 1. Es sind zwei Elektrodenschichten 4 darge­ stellt, die in Form von Kohlenstofftüchern mit großer Ober­ fläche an den einander zugewandten Seiten ausgebildet sind. Diese Kohlenstofftücher sind mit einer ionenhaltigen Flüssig­ keit getränkt. Die Elektrodenschichten 4 sind durch eine Trennschicht 5 voneinander getrennt. Diese Trennschicht 5 ist eine für die Ionen der Flüssigkeit durchlässige, jedoch elek­ trisch isolierende Schicht. Diese Trennschicht 5 kann bei­ spielsweise ein Papier oder auch eine Polypropylenfolie sein.

Die beiden Elektrodenschichten 4 sind an den voneinander ab­ gewandten Seiten durch eine Kontaktierungsschicht 8 kontak­ tiert. Diese Kontaktierungsschicht 8 kann beispielsweise aus Aluminium bestehen. Um einen guten elektrischen Kontakt zwi­ schen der Kontaktierungsschicht 8 und der Elektrodenschicht 4 zu gewährleisten, ist es erforderlich, daß die Kontaktie­ rungsschicht 8 auf die Elektrodenschicht 4 gedrückt wird.

Ein solcher Druck wird erreicht durch eine Kondensator gemäß Fig. 3, bei dem ein Kondensatorwickel mit den in Fig. 2 be­ schriebenen Schichten, insbesondere einer Elektrodenschicht 4 und einer Kontaktierungsschicht 8 in ein becherförmiges Ge­ häuse 10 eingebaut ist. Die Abmessungen des Gehäuses 10, ins­ besondere der Abstand der Wände 11 voneinander ist so ge­ wählt, daß die in dem Kondensatorwickel 9 befindlichen Schichten 8, 4 durch eine Kraft F aufeinander gedrückt wer­ den.

Zur Kontaktierung des Kondensatorwickels 9 sind Anschlußele­ mente 13 aus dem Gehäuse 10 herausgeführt. Durch die Hülle (nicht in Fig. 3 dargestellt) kann der Schichtstapel auch unter Druck in Richtung der Kraft F in das Gehäuse 10 einge­ schoben werden, ohne daß die Kanten der Stirnseiten des Kon­ densatorwickels 9 beschädigt werden.

Fig. 4 zeigt einen Kondensator, bei dem mehrere Schichtsta­ pel 1 so in ein Gehäuse 10 eingebaut sind, daß die einzelnen Schichten durch einen entsprechenden Abstand der Wände 11 des Gehäuses 10 aufeinander gedrückt werden. In diesem Fall hat die Hülle 6 den zusätzlichen Vorteil, daß Kriechströme zwi­ schen den einzelnen Schichtstapeln 1 wirksam vermindert wer­ den können.

Die Schichtstapel 1 sind mit Anschlußelementen 13 versehen, die jeweils mit Anschlußelementen 13 der benachbarten Schichtstapel 1 mittels Verbindungselementen 14 so verbunden sind, daß eine elektrische Reihenschaltung der Schichtstapel 1 entsteht. Jeweils das äußerste Anschlußelement 13 ist mit einem Außenanschluß 15 verbunden, der durch ein das Gehäuse 10 verschießendes Abschlußelement 12 geführt ist. Die Verbin­ dungselemente 14 können beispielsweise Lötstellen sein. Durch die Wahl der Abmessungen des Gehäuses 10 wird erreicht, daß die einzelnen Schichte der Schichtstapel 1 durch eine Kraft F aufeinander gedrückt werden.

Bezugszeichenliste

1

Schichtstapel

2

Stirnfläche

3

Seitenfläche

4

Elektrodenschicht

5

Trennschicht

6

Hülle

7

überstehender Abschnitt

8

Kontaktierungsschicht

9

Kondensatorwickel

10

Gehäuse

11

Wand

12

Abschlußelement

13

Anschlußelement

14

Verbindungselement

15

Außenanschluß

Claims (9)

1. Elektrochemischer Doppelkondensator mit einem Schichtsta­ pel (1)
der in Längsrichtung von zwei Stirnflächen (2) und quer zur Längsrichtung von einer oder mehreren Seitenflächen (3) be­ grenzt ist,
der in Längsrichtung verlaufende Elektrodenschichten (4) und Trenn­ schichten (5) aufweist,
der mit einer einlagigen Hülle (6) aus elektrisch isolie­ rendem Material versehen ist, die die Seitenflächen (3) des Schichtstapels (1) lückenlos bedeckt und die an einer Stirn­ fläche (2) einen überstehenden Abschnitt (7) aufweist,
bei dem der Schichtstapel (1) in ein zu einer Stirnseite des Schichtstapels (1) hin offenes Gehäuse (10) unter Druck eingeschoben ist, wodurch die Schichten (4, 5) des Schicht­ stapels (1) an einer Wand (11) des Gehäuses (10) flachge­ drückt sind.

2. Kondensator nach Anspruch 1, bei dem der überstehende Abschnitt (7) der Hülle (6) kragen­ förmig ist und sich in Längsrichtung erstreckt.

3. Kondensator nach Anspruch 1, bei dem der überstehende Abschnitt (7) der Hülle (6) nach in­ nen umgeschlagen ist und ein Randgebiet der Stirnfläche (2) bedeckt.

4. Kondensator nach Anspruch 1 bis 3, bei dem die Hülle (6) so unter Zugspannung steht, daß sie eng an der Oberfläche des Schichtstapels (1) anliegt.

5. Kondensator nach Anspruch 4, bei dem die Hülle (6) ein Schrumpfschlauch ist.

6. Kondensator nach Anspruch 1 bis 5, bei dem die Hülle (6) eine Dicke von 30 bis 80 µm aufweist.

7. Kondensator nach Anspruch 1 bis 6, bei dem die Elektrodenschichten (4) mit einer ionenhaltigen Flüssigkeit getränkte Kohlenstofftücher und die Trennschich­ ten (5) für die Ionen der Flüssigkeit durchlässige, elek­ trisch isolierende Zwischenschichten sind, und bei dem eine Elektrodenschicht (4) auf einer Seite mit einer elektrisch leitenden Kontaktierungsschicht (8) bedeckt und auf der ande­ ren Seite durch eine Trennschicht (5) von einer weiteren Elektrodenschicht (4) getrennt ist.

8. Kondensator nach Anspruch 1 bis 7, bei dem mehrere Kondensatorwickel (9) so nebeneinander in das Gehäuse (10) eingeschoben sind, daß ihre Schichten (4, 5, 8) an einer Wand (11) des Gehäuses (10) flachgedrückt sind.

9. Kondensator nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das Gehäuse (10) durch ein oder mehrere Abschlußele­ mente (12) verschlossen ist.