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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kondensatormodul mit einer Mehrzahl
von Kondensatoren.
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Ein
solches Kondensatormodul ist zum Beispiel aus der
DE 10 2004 045 182 bekannt. Das
dort beschriebene Modul umfasst im Wesentlichen ein becherförmiges
Modulgehäuse sowie mehrere, in dem Modulgehäuse
angeordnete Kondensatoren, wobei zwischen zwei benachbarten Kondensatoren ein
Abstand vorgesehen und das Modulgehäuse nach außen
abgedichtet ist. Damit sollen die Kondensatoren vor äußeren
Umgebungsbedingungen geschützt, die Wärmekonvektion
in dem Gehäuse verbessert und verhindert werden, dass im
Falle einer Beschädigung eines Kondensators Elektrolyt
in die Umgebung austreten kann.
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Aus
der
DE 10 2004 035 810 ist
ein Kondensatormodul mit einer Mehrzahl von Kondensatoren bekannt,
die in einem Gehäuse angeordnet sind, wobei eine mit einem
Kondensator in Verbindung stehende Wärmekontaktfläche
mittels einer Masse mit einer Gehäusefläche verbunden
ist. Dadurch soll die Ableitung von Verlustwärme an die
Umgebung verbessert werden.
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Kondensatoren
für solche Kondensatormodule müssen im Allgemeinen
ein Überdruck- oder Entlüftungsventil aufweisen,
durch das zum Beispiel im Falle einer zu hohen Wärmeentwicklung
die entstehenden Gase in kontrollierter Weise austreten können,
so dass der Kondensator nicht in einer die Umgebung gefährdenden
Weise zerstört wird. Da dieses Ventil üblicherweise
an einer der beiden Stirnseiten des Kondensators angeordnet ist,
muss bei der Montage der Kondensatoren in dem Kondensatormodul beachtet
werden, dass sich in der späteren Einbaulage des Moduls
keine der das Ventil aufweisenden Stirnseiten an einer Unterseite
befindet, da in diesem Fall die Gefahr besteht, dass Elektrolyt
durch das Ventil austritt.
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Um
auch bei einer Reihenschaltung eine einfache Kontaktierung nebeneinander
angeordneter Kondensatoren an ihren nebeneinander liegenden Stirnseiten
realisieren zu können, werden zwei verschiedene Arten von
Kondensatoren ("Zellentypen") hergestellt, nämlich solche,
bei denen diejenige Stirnseiten, in der sich das Überdruckventil
befindet, entweder eine positive oder eine negative (Schraub-) Elektrode
aufweist. Zur Reihenschaltung werden dann Kondensatoren unterschiedlicher
Zellentypen jeweils nebeneinander angeordnet und in dem Modul aufrecht
stehend an ihren Böden verschweißt, wobei sich
die Überdruckventile (sowie alternierend die positiven
und negativen Elektroden) stets an der jeweils oberen Stirnseiten
befinden. Im Falle einer Parallelschaltung sind natürlich
nur Kondensatoren eines Zellentyps erforderlich.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Kosten eines
solchen Kondensatormoduls zu verringern.
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Gelöst
wird diese Aufgabe gemäß Anspruch 1 mit einem
Kondensatormodul, das mindestens zwei Kondensatoren eines gleichen
Zellentyps aufweist, die in dem Modul in einer in der Betriebsstellung
oder Einbaulage des Moduls zumindest im Wesentlichen horizontalen
Lage angeordnet und elektrisch miteinander verbunden sind.
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Die
Kosten werden dabei dadurch verringert, dass nur noch Kondensatoren
eines Zellentyps erforderlich sind, ohne dass sich bei einer Reihenschaltung
der oben genannten Art eine das Ventil aufweisende Stirnseite einer
der (mindestens) zwei Kondensatoren an einer Unterseite befindet.
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Dadurch,
dass die Kondensatoren in liegender, das heißt horizontaler
oder zumindest im wesentlichen horizontaler Stellung in dem Kondensatormodul
montiert sind, ist es nämlich möglich, die Kondensatoren
in alternierender Ausrichtung nebeneinander anzuordnen, ohne dass
die Gefahr besteht, dass aus einem der Überdruckventile
ungewollt Elektrolyt austritt. Gleichzeitig bleiben im Falle einer
Reihenschaltung dadurch auch die oben erläuterten Vorteile
bei der Verschaltung erhalten.
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Die
Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
zum Inhalt,
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten
und beispielhaften Ausführungsformen anhand der Zeichnung.
Es zeigt:
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1 eine
Explosionsdarstellung einer ersten Ausführungsform der
Erfindung;
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2 eine
dreidimensionale Darstellung des Kondensatormoduls gemäß der
ersten Ausführungsform;
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3 verschiedene
Ansichten des in 2 gezeigten Kondensatormoduls;
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4 eine
Explosionsdarstellung einer zweiten Ausführungsform der
Erfindung;
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5 eine
dreidimensionale Darstellung des Kondensatormoduls gemäß der
zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
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6 verschiedene
Ansichten des in 5 gezeigten Kondensatormoduls.
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Die
in den 1 bis 3 gezeigte erste Ausführungsform
der Erfindung hat insbesondere den Vorteil, dass eine besonders
wirksame Wärmeableitung bzw. Kühlung der Kondensatoren über
deren Zylindermantel erzielt wird, während die in den 4 bis 6 gezeigte
zweite Ausführungsform sich insbesondere dadurch auszeichnet,
dass die Wärme gut über die Stirnseiten der Kondensatoren bzw.
des Kondensatormoduls abgeführt wird.
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Ein
gemeinsames bevorzugtes Merkmal beider Ausführungsformen
besteht darin, dass die Kondensatormodule in einer Sandwichtechnik
aufgebaut sind, bei der die einzelnen Kondensatoren eng aneinander
liegend eingefasst sind, um eine besonders gute Wärmeableitung
zu gewährleisten. Diese Sandwichtechnik kann unabhängig
von den dafür verwendeten Materialien realisiert werden.
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Wie
eingangs bereits erwähnt wurde, haben die Kondensatoren
vorzugsweise alle den gleichen Zellentyp und weisen an einer ihrer
Stirnseiten jeweils ein Überdruckventil auf. Im Allgemeinen
befindet sich an dieser Stirnseite auch die positive Elektrode des
Kondensators, während an der gegenüberliegenden
Stirnseite die negative Elektrode zur Kontaktierung zur Verfügung
steht.
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Die
Sandwich-Konstruktion ist besonders gut in 1 erkennbar.
Die dort gezeigte erste Ausführungsform des Kondensatormoduls
umfasst demnach eine erste Gruppe von Kondensatoren 10 sowie eine
zweite Gruppe von Kondensatoren 20 (jeweils vorzugsweise
sogenannte EDLC-Zellen), die jeweils beispielhaft vier einzelne
Kondensatoren 10, 20 umfassen, die vorzugsweise
alle vom gleichen Zellentyp sind. Die Kondensatoren 10, 20 sind
in Reihe geschaltet. Um sie an ihren nebeneinander liegenden Stirnseiten
elektrisch miteinander verbinden zu können, sind sie in
ihrer Längsrichtung alternierend ausgerichtet.
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Alternativ
dazu könnten einzelne Kondensatoren 10, 20 auch
gleich ausgerichtet und parallel zueinander geschaltet sein.
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Je
nach der gewünschten Anzahl von Kondensatoren 10, 20 in
dem Kondensatormodul können die beiden Kondensatorgruppen
natürlich auch eine andere Anzahl von Kondensatoren 10, 20 umfassen, und/oder
es sind mehr als zwei Kondensatorgruppen in der in 1 gezeigten
Weise übereinander und/oder nebeneinander angeordnet.
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An
den beiden Längsseiten der beiden Kondensatorgruppen, d.
h. den Zylindermantel-Flächen der Kondensatoren 10, 20,
liegt jeweils eine erste und eine zweite wärmeleitende
und elektrisch isolierende Schicht, vorzugsweise in Form einer 20 Isolier-Matte 11, 12; 21, 22 an.
Die Isolier-Matten 11, 12; 21, 22 haben,
sofern sie nicht aus einem flexiblen Material hergestellt sind,
ein Profil, das sich jeweils an das Profil der Kondensatorgruppen
anlegt.
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Die
Kondensatorgruppen und die an diesen anliegenden Isolier-Matten 11, 12; 21, 22 sind
jeweils zwischen ein erstes und ein zweites Aufnahmeprofil 13, 14; 23, 24 eingelagert,
dessen innere Fläche jeweils ebenfalls ein Profil aufweist,
das der Fläche der Kondensatorgruppen bzw. der Isolier-Matten 11, 12; 21, 22 folgt.
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Diese
Sandwich-Struktur mit den beiden Kondensatorgruppen, die jeweils
an beiden Seiten von einer Isoliermatte 11, 12; 21, 22 sowie
den Aufnahmeprofilen 13, 14; 23, 24 eingefasst
sind, wird in zusammengefügtem Zustand an den beiden Stirnseiten
der Struktur mit jeweils einer ersten bzw. zweiten Abdeckung 30; 31 geschlossen,
wobei die erste Abdeckung 30 auch zwei Anschlussbolzen 301, 302 aufweist,
die jeweils mit dem positiven bzw. negativen Pol der Kondensatorgruppen
elektrisch verbunden sind und über die die Kontaktierung
des Kondensatormoduls erfolgt.
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2 zeigt
das Kondensatormodul in zusammengebautem Zustand in dreidimensionaler
Ansicht. In diesem Zustand sind im Wesentlichen nur noch die Aufnahmeprofile 13, 14; 23, 24 der
ersten und zweiten Kondensatorgruppe zu erkennen, die von der ersten
und zweiten Abdeckung 30; 31 eingefasst sind.
Ferner sind die zur Kontaktierung des Kondensatormoduls dienenden
Anschlussbolzen 301, 302 an der ersten Abdeckung 30 dargestellt.
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3 zeigt
drei Ansichten des Kondensatormoduls gemäß 2.
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In 3(A) ist eine Draufsicht auf das erste Aufnahmeprofil 13 der
ersten Kondensatorgruppe sowie die erste und zweite Abdeckung 30, 31 dargestellt,
wobei an der ersten Abdeckung 30 auch einer der beiden
Anschlussbolzen 301 zu erkennen ist.
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3(B) zeigt eine Seitenansicht auf die
in 2 hintere Seitenfläche gemäß Pfeil
P1 in 2, in der wiederum die vier Aufnahmeprofile 13, 14; 23, 24 der
beiden Kondensatorgruppen sowie die erste und zweite Abdeckung 30, 31 mit
dem ersten und zweiten Anschlussbolzen 301, 302 an
der ersten Abdeckung 30 zu erkennen sind.
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3(C) zeigt schließlich eine Draufsicht
auf die erste Abdeckung 30 gemäß Pfeil
P2 in 3(A) mit den beiden Anschlussbolzen 301, 302.
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Als
Material für die Aufnahmeprofile 13, 14; 23, 24 sowie
die beiden Abdeckungen 30, 31 wird vorzugsweise
Metall oder ein anderes gut wärmeleitendes Material gewählt,
um einen guten Wärmeübergang und eine ausreichende
Wärmeabfuhr aus dem Kondensatormodul zu gewährleisten.
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4 zeigt
eine zweite Ausführungsform des Kondensatormoduls in Explosionsdarstellung
mit einer Gruppe von Kondensatoren 40, die beispielhaft in
zwei Reihen zu je vier Kondensatoren 40 nebeneinander und
vorzugsweise aneinander anliegend angeordnet sind. Auch hierbei
sind vorzugsweise alle Kondensatoren vom gleichen Zellentyp und
weisen an einer ihrer Stirnseiten jeweils ein Überdruckventil gemäß obiger
Erläuterungen auf.
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Die
Kondensatoren 40 sind, wie im Zusammenhang mit der ersten
Ausführungsform erläutert, wiederum in ihrer Längsrichtung
alternierend ausgerichtet und in Reihe geschaltet, wobei im Bedarfsfall einzelne
Kondensatoren 40 natürlich auch gleich ausgerichtet
und parallel zueinander geschaltet sein könnten. Die Anzahl
der Kondensatoren 40 wird wiederum ebenfalls je nach Bedarf
gewählt.
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Die
Kondensatoren 40 sind mittels elektrischer Zellverbinder 41 an
ihren beiden Stirnseiten in gewünschter Weise elektrischen
miteinander verschaltet.
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Die
beiden Stirnseiten der Kondensatorgruppe sind jeweils von einem
ersten bzw. 15 zweiten Halter 44, 47 eingefasst,
der im Wesentlichen zur mechanischen Fixierung der Kondensatoren 40 dient.
Zur elektrischen Kontaktierung der Reihenschaltung der Kondensatoren
und damit des Kondensatormoduls sind an dem zweiten Halter 47 ein erster
und ein zweiter Anschlussbolzen 48, 49 vorgesehen.
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Zur
Fixierung der Kondensatoren 40 ist weiterhin ein Abstandhalter 42 vorgesehen,
der zwischen die beiden Kondensatorreihen gelegt und mittels zweier
Stäbe 43 gehalten wird, die sich zwischen den
beiden Haltern 44, 47 erstrecken und an diesen befestigt
sind.
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Zur
Kühlung des Kondensatormoduls ist an der den Anschlussbolzen 48, 49 gegenüberliegenden
Stirnseite der Kondensatoren 40 vorzugsweise ein Kühlkörper 46 angeordnet,
der vorzugsweise über eine Mehrzahl von wärmeleitenden
und elektrisch isolierenden Plättchen 45 zur Wärmeableitung mit
dem ersten Halter 44 verbunden ist.
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5 zeigt
die zweite Ausführungsform des Kondensatormoduls in zusammengebautem
Zustand in dreidimensionaler Ansicht. In diesem Zustand sind im
Wesentlichen die Kondensatoren 40, die in zwei Reihen von
jeweils vier einzelnen Kondensatoren 40 angeordnet sind,
sowie der erste und der zweite Halter 44, 47 an
den beiden Stirnseiten der Kondensatorgruppe zu erkennen. Ferner
ist einer der beiden Anschlussbolzen 48 an dem zweiten
Halter 47 sowie ein Teil des Abstandhalters 42 zwischen
den beiden Reihen von Kondensatoren 40 dargestellt. Schließlich
ist auch der Kühlkörper 46 an dem ersten
Halter 44 zu erkennen.
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6 zeigt
wiederum drei Ansichten des Kondensatormoduls gemäß 5.
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In 6(A) ist eine Draufsicht auf das Kondensatormodul
dargestellt, in der die Kondensatoren 40, der erste und
der zweite Halter 44, 47, der Kühlkörper 46 an
dem ersten Halter 44 sowie der erste Anschlussbolzen 48 an
dem zweiten Halter 47 zu erkennen ist.
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6(B) zeigt eine Stirnansicht auf das Kondensatormodul
gemäß Pfeil P1 in 5, in der
im Wesentlichen der zweite Halter 47 mit den beiden Anschlussbolzen 48, 49 dargestellt
ist.
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6(C) zeigt schließlich eine Seitenansicht auf
das Kondensatormodul gemäß Pfeil P2 in 6(A), in der zu erkennen ist, dass die
Kondensatoren 40 in zwei Reihen angeordnet sind. Ferner
sind der Abstandhalter 42 sowie der erste Halter 20 44 mit dem
Kühlkörper 46 und der zweite Halter 47 mit
den beiden Anschlussbolzen 48, 49 angedeutet.
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Als
Material für die beiden Halter 44, 47 wird wiederum
vorzugsweise ein elektrisch nichtleitendes, jedoch gut wärmeleitendes
Material gewählt, um einen ausreichenden Wärmeübergang
und eine entsprechende Kühlung bzw. Wärmeabfuhr
aus dem Kondensatormodul zu erzielen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004045182 [0002]
- - DE 102004035810 [0003]