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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hybrid-Polymer-Aluminium-Elektrolytkondensator und ein Verfahren zur Herstellung des Kondensators.
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Ein Hybrid-Polymer-Aluminium-Elektrolytkondensator ist ein Elektrolytkondensator mit einem flüssigen Elektrolyten und einem festen Eektrolyten aus leitfähigen Polymerteilchen. Das Polymer bedeckt eine Anodenfolie, eine Kathodenfolie, Separatoren und Laschen, die die Anodenfolie und die Kathodenfolie elektrisch verbinden. Ein Elektrolytkondensator ist ein polarisierter Kondensator, dessen Anode aus Aluminium gemacht ist, auf dem eine isolierende Oxidschicht durch Anodisierung gebildet wird. Die Oxidschicht wirkt als das Dielektrikum des Elektrolytkondensators. Der nicht feste Elektrolyt oder das feste Polymer bedeckt die Oberfläche der Oxidschicht und dient prinzipiell als zweite Elektrode des Kondensators.
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Hybrid-Polymer-Kondensatoren sind zum Beispiel in
US 6,307,735 B1 und
US 7,497,879 B2 beschrieben. Aufgrund der hohen Leitfähigkeit der Polymerschicht ist der äquivalente Serienwiderstand (ESR) eines Hybrid-Polymer-Kondensators niedrig und seine Rippelstromrate kann im Vergleich zu herkömmlichen Aluminium-Elektrolytkondensatoren hoch sein.
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Bislang sind hybride Polymerkondensatoren mit einem Durchmesser von mehr als 10 mm und einer Höhe von mehr als 12 mm nicht erhältlich. Die Hauptgründe, die den Bau größerer Hybrid-Polymer-Aluminium-Elektrolytkondensatoren verhindern, werden im Folgenden diskutiert.
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Das Aufbringen des Polymermaterials auf einen Standardentwurf des Wicklungselements des herkömmlichen Aluminium-Elektrolytkondensators mit Größen größer als 10 × 12 mm (Durchmesser x Höhe) führt zu einer Leistungsreduzierung hinsichtlich ESR und Rippeistromvermögen im Vergleich zu einer Parallelschaltung von mehreren kleinen Wicklungselementen mit der gleichen Gesamtkapazität. Wenn die Folien zu groß sind, muss sich der Strom über eine lange Strecke entlang der Folien bewegen, was zu einem erhöhten Metallwiderstand führt. Der Metallwiderstand eines herkömmlichen Wicklungsentwurfs ist zu hoch, um die hohe Leitfähigkeit des Hybridpolymer-Elektrolytsystems voll auszuschöpfen. Der Metallwiderstand wird zum begrenzenden Teil des ESR.
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Darüber hinaus sind Verfahren nach dem Stand der Technik zum Imprägnieren des Wicklungselements mit einer Polymerdispersion beschrieben, beispielsweise in
US 7,497,879 B2 . Diese Verfahren haben eine technische Beschränkung hinsichtlich der Wicklungshöhe. Die Polymerdispersion wird durch die Benetzungs- und Kapillarwirkung des Papiers in das Wicklungselement eingesaugt. Jedoch ist es bei Wicklungselementen mit einer Höhe von mehr als 12 mm auch bei mehrmaligem Wiederholen des Imprägnierverfahrens kaum möglich, sie vollständig mit dieser Technologie zu imprägnieren.
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Ein zusätzlicher Aspekt, der bei dem Bau eines hochzuverlässigen Hybrid-Polymer-Aluminium-Kondensators berücksichtigt werden muss, ist die Robustheit gegen das Laden und Entladen.
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Eine Erhöhung des Durchmessers eines allgemein bekannten Wicklungselements ohne weitere Entwurfsänderungen macht keinen Sinn, da in diesem Fall der ESR höher ist als die einer Parallelschaltung zweier kleiner Kondensatoren mit der geringen Gesamtkapazität.
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Eine Erhöhung der Höhe eines herkömmlichen Wicklungselements ohne weitere Verfahrensänderungen macht auch keinen Sinn aufgrund der technischen Einschränkungen des oben erläuterten Polymerimprägnierungsverfahrens des Standes der Technik. Während der Polymerimprägnierung muss die Flüssigkeit jeden Teil des Wicklungselements erreichen, bedecken und durchdringen. Dies ist kaum möglich und definitiv ineffizient bei einer Wicklungshöhe von mehr als 12 mm, wenn das in
US 7,497,879 beschriebene Standardverfahren angewandt wird. Die Polymerdispersion, die in Hybrid-Polymer-Kondensatoren verwendet wird, ist sehr viskos. Die Imprägnierung von Wicklungen mit einer Länge von mehr als 12 mm ist mit der herkömmlichen Tauchbehandlung aufgrund der hohen Viskosität der Polymerdispersion nicht möglich. In diesem Fall ist die Homogenität der Polymerdispersion innerhalb der Wicklung nicht ausreichend, und der mittlere Teil der Trennung bleibt sogar trocken. Das Ergebnis wäre eine nicht ordnungsgemäße elektrische Verbindung zwischen der Kathodenfolie und der Anodenfolie.
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Das Polymer ist meist mit dem Oxid der Anodenfolie und dem dünnen Oxid der Kathodenfolie verbunden. Während der Spannungsänderung des Kondensators ist das Polymerpotential hauptsächlich nahe an dem Kathodenfolienpotential, da das Kathodenoxid sehr dünn ist. Andererseits sind bei den auf dem Markt befindlichen Hybrid-Polymer-Kondensatoren nur wenige Polymerbereiche mit der Anodenfolie in Berührung. In diesem Bereich dominiert nur das Potential der Anodenfolie. Daher werden Kompensationsströme erzeugt. Wenn die Spannungsänderung zu schnell ist, kann der verursachte Kompensationsstrom das Polymer zerstören und Kurzschlüsse verursachen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Probleme des Standes der Technik zu überwinden, die den Bau eines Hybrid-Polymer-Aluminium-Elektrolytkondensators mit größeren Abmessungen verhindern. Dieses Problem wird durch den vorliegenden Anspruch 1 gelöst.
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Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Kondensator zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch den zweiten unabhängigen Anspruch gelöst.
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Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das den Bau eines solchen Kondensators ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch die weiteren unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Nach einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Hybrid-Polymer-Aluminium-Elektrolytkondensator, der ein Wicklungselement aufweist, das einen Durchmesser von mehr als 10 mm und eine Höhe von mehr als 12 mm hat.
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Wie oben diskutiert, ist ein Hybrid-Polymer-Aluminium-Elektrolytkondensator ein Elektrolytkondensator mit einem flüssigen Elektrolyten und einem festen Elektrolyten aus leitfähigen Polymerteilchen. Das Polymer bedeckt eine Anodenfolie, eine Kathodenfolie, Separatoren und Laschen, die die Anodenfolie und die Kathodenfolie elektrisch verbinden. Die Anodenfolie, die Kathodenfolie, und der Separator sind gewickelt, um das Wicklungselement zu bilden.
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Daher kann das Wicklungselement eine Anodenfolie und eine Kathodenfolie aufweisen, die um eine Achse mit zwischen der Anodenfolie und der Kathodenfolie angeordneten Separatoren gewickelt sind, wobei die Anodenfolie, die Kathodenfolie, und die Separatoren mit einem leitfähigen Polymer bedeckt sind, und wobei der Kondensator einen flüssigen Elektrolyten aufweist.
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Die Anodenfolie kann eine Aluminiumfolie aufweisen, wobei eine Oxidschicht auf der Oberfläche der Aluminiumfolie angeordnet ist. Die Oxidschicht kann nach dem Aufrauhen der Oberfläche der Aluminiumfolie durch Oxidation der Oberfläche erzeugt werden. Die Oxidschicht kann als ein dielektrischer Beschichtungsfilm wirken. Ferner kann die Kathodenfolie auch eine Aluminiumfolie sein, die eine Oxidschicht auf ihrer Oberfläche aufweist. Die Oxidschicht auf der Kathodenfolie kann auch nach dem Aufrauhen durch Oxidation der Oberfläche gebildet werden. Die Kathodenfolie kann eine geringere Dicke als die Anodenfolie haben. Die Oxidschicht auf der Kathodenfolie kann dünner sein als die Oxidschicht auf der Anodenfolie.
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Jeder der Separatoren kann ein Papier sein. Die Separatoren werden mit dem Polymer imprägniert. Der Separator kann zusätzlich mit einem flüssigen Elektrolyten imprägniert werden. Insbesondere kann das Wicklungselement zwei Separatoren aufweisen, die jeweils mit dem Polymer imprägniert sind.
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Das Wicklungselement kann eine zylindrische Form haben. Die Höhe des Wicklungselements entspricht der Höhe der zylindrischen Form. Die Höhe kann manchmal auch als eine Länge des Wicklungselements bezeichnet werden. Der Durchmesser des Wicklungselements kann dem Durchmesser der zylindrischen Form entsprechen.
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Ein Wicklungselement mit einem Durchmesser von mehr als 10 mm und einer Höhe von mehr als 12 mm bietet die Vorteile eines niedrigen ESR und einer hohen Rippeistromfähigkeit. Wie später beschrieben wird, haben die Erfinder einen Weg gefunden, den Bau eines Hybrid-Polymer-Aluminium-Elektrolytkondensators mit großen Abmessungen zu ermöglichen.
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Die Anodenfolie, die Kathodenfolie, und die Separatoren können mit einem leitfähigen Polymer bedeckt sein. Außerdem können auch Laschen, die die Anodenfolie elektrisch mit der Kathodenfolie verbinden, mit dem leitfähigen Polymer bedeckt sein. Die Abdeckung aus leitfähigem Polymer kann durch Imprägnieren des Wicklungselements mit einer Polymerdispersion gebildet werden. Die Polymerdispersion kann ein Lösungsmittel und entweder leitfähige Polymerteilchen oder ein Pulver eines leitfähigen Polymers aufweisen. Zusätzlich zu dem Polymer weist der Hybrid-Polymer-Aluminium-Elektrolytkondensator einen flüssigen Elektrolyten auf.
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Der Kondensator kann ein Axialkondensator sein. Hybrid-Polymer-Aluminium-Elektrolytkondensatoren, die Axialkondensatoren sind, haben mehrere Vorteile zur Folge. Beispielsweise ist eine Mehrfach-Laschen-Verbindung für einen Axialkondensator möglich. Insbesondere ist eine Mehrfach-Laschen-Verbindung für einen Axialkondensator in einem sehr weiten Bereich von Durchmessern möglich. Eine Mehrfach-Laschen-Verbindung bedeutet, dass mindestens zwei Laschen mit der Anodenfolie verbunden sind, was ein Potential ermöglicht, das an zwei Stellen auf die Anodenfolie aufgebracht wird, und mindestens zwei Laschen mit der Kathodenfolie verbunden sind, was ein Potential ermöglicht, das an zwei Stellen auf die Kathodenfolie aufgebracht wird. Die Verwendung einer Mehrfach-Laschen-Verbindung erlaubt es, dass die Länge, durch die der Strom entlang der Folie laufen muss, verringert ist im Vergleich mit einer Einzel-Laschen-Verbindung, wobei das Potential nur an einer Stelle auf die Folien aufgebracht wird. Dadurch können der Widerstand der Anodenfolie und der Widerstand der Kathodenfolie verringert werden.
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Außerdem stellt ein Axialkondensator eine symmetrische Struktur bereit.
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Die Anodenfolie und die Kathodenfolie können so angeordnet und dimensioniert sein, dass in dem Wicklungselement jeder Teil der Anodenfolie von der Kathodenfolie abgedeckt ist. Dementsprechend kann das Wicklungselement keinen Polymerbereich aufweisen, der nur an die Anodenfolie und nicht an die Kathodenfolie angrenzt. Das Wicklungselement kann frei von Polymerbereichen sein, in denen das Potential des Polymerbereichs durch das Potential einer Anodenfolie dominiert wird. Dementsprechend kann das Auftreten von Kompensationsströmen verhindert werden. Der Kondensator kann auf eine solche Weise gewickelt werden, dass die Polymerbereiche alle an die Kathodenfolie angrenzen, so dass die Kathodenfolie immer das Potential des Polymers dominiert. Dementsprechend haben alle Polymerbereiche das gleiche Potential, d.h. das Potential der Kathodenfolie. Daher kann kein Kompensationsstrom in den Polymerbereichen auftreten.
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Die Verhinderung eines solchen Kompensationsstroms kann helfen, die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer des Kondensators zu erhöhen. Kompensierende Ströme können das Polymer zerstören und Kurzschlüsse verursachen. Daher kann dieses Problem vermieden werden, indem Kompensationsströme verhindert werden.
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Die Kathodenfolie kann eine Aluminiumfolie aufweisen, die mit einer Oxidschicht bedeckt ist, wobei die Oxidschicht auf der Kathodenfolie eine homogene Dicke hat. Durch Vermeiden einer Asymmetrie in der Dicke der Oxidschicht auf der Kathodenfolie können Kompensationsströme auch während des Ladens und Entladens des Kondensators vermieden werden. Die Dicke der Oxidschicht kann als homogen betrachtet werden, wenn eine minimale Dicke der Oxidschicht nicht dünner als 10 nm ist.
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Das Wicklungselement kann innerhalb einer Dose mit einem Dosenboden angeordnet sein. Die Dose kann ein leitfähiges Material aufweisen. Die Kathodenfolie kann in der axialen Richtung zum Dosenboden hin eine größere Ausdehnung haben als die Anodenfolie, wobei die Kathodenfolie mit dem Dosenboden elektrisch kontaktiert ist.
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Dieser Entwurf wird auch als eine sich erstreckende Kathodenfolie bezeichnet. Die sich erstreckende Kathodenfolie ist besonders vorteilhaft für einen Hybrid-Polymer-Aluminium-Elektrolytkondensator. In einem Elektrolytkondensator, der kein festes Polymer aufweist, führt eine sich erstreckende Kathodenfolie zu Problemen aufgrund einer Oxidation, die über die Lebensdauer des Kondensators auf der sich erstreckenden Kathodenfolie auftritt. Jedoch ist in dem Hybrid-Polymer-Kondensator die Kathodenfolie mit einem Polymer bedeckt, das die Oxidation verhindern kann. Daher wird keine Leistungsverringerung erzeugt, wenn die Oxidation der sich erstreckenden Kathodenfolie verhindert wird.
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Der Dosenboden kann eine Struktur aufweisen, die eine Bewegung des Wicklungselementes relativ zum Dosenboden mechanisch behindert. Die Struktur kann beispielsweise Rippen aufweisen. Die Struktur und die sich erstreckende Kathodenfolie können so angeordnet und geformt sein, dass die Folie und die Struktur miteinander verschmelzen, wodurch eine Relativbewegung der Kathodenfolie relativ zum Dosenboden verhindert wird.
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Die Kathodenfolie kann auch mit dem Dosenboden verschweißt sein.
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Die Dose kann eine Wellung umfassen, die das Wicklungselement fixiert. Die Wellung kann ein nach innen vorstehender Teil der Dose sein.
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Die Dose kann eine Abdeckung aufweisen. Die Anodenfolie kann in axialer Richtung zum Deckel hin eine größere Ausdehnung haben als die Kathodenfolie, wobei die Anodenfolie mit der Abdeckung elektrisch verbunden ist. Die Abdeckung kann auch eine Struktur aufweisen, die der oben in Bezug auf den Dosenboden diskutierten Struktur ähnlich ist. Die Anodenfolie und die Struktur auf der Abdeckung können so angeordnet und angepasst werden, dass sie ineinander greifen. Eine Relativbewegung der Anodenfolie und der Dose kann durch das Ineinandergreifen der Anodenfolie und der Abdeckung verhindert werden. Der Struktur der Abdeckung kann beispielsweise Rippen aufweisen. Die Anodenfolie kann mit der Abdeckung verschweißt sein.
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Der Kondensator kann mindestens zwei Laschen aufweisen, die elektrisch mit der Anodenfolie kontaktiert sind, und mindestens zwei Laschen, die elektrisch mit der Kathodenfolie kontaktiert sind. Dieser Entwurf ist auch als Mehrfach-Laschen-Verbindung bekannt. Eine Mehrfach-Laschen-Verbindung ist besonders einfach für Axialkondensatoren. Eine Mehrfach-Laschen-Verbindung kann den Vorteil eines verringerten Widerstands bereitstellen, da ein Potential an mehreren Stellen auf jede Folie aufgebracht werden kann. Dadurch kann der Metallwiderstand der Folie verringert werden.
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Das Wicklungselement kann einen Durchmesser von weniger als 22 mm haben. Vorzugsweise hat das Wicklungselement einen Durchmesser im Bereich von 12 mm bis 17 mm. Das Wicklungselement kann eine Höhe von weniger als 40 mm haben. Vorzugsweise hat das Wicklungselement eine Höhe im Bereich von 15 mm bis 30 mm.
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Das Verhältnis der Höhe des Wicklungselements zum Durchmesser kann größer als 2 sein. Dieses Verhältnis führt zu besonders bevorzugten elektrischen Eigenschaften des Wicklungselements.
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Nach einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Hybrid-Polymer-Aluminium-Elektrolytkondensator, der ein erstes Wicklungselement und ein zweites Wicklungselement aufweist. Das erste Wicklungselement weist eine Anode, Separatoren, und eine Kathodenfolie auf, die um eine Achse gewickelt sind und die von einem leitfähigen Polymer bedeckt sind. Zusätzlich zu dem leitfähigen Polymer weist das erste Wicklungselement einen flüssigen Elektrolyten auf. Das erste Wicklungselement hat eine Höhe von mehr als 12 mm. Das zweite Wicklungselement weist eine Anodenfolie, Separatoren, und eine Kathodenfolie auf, die um eine Achse gewickelt sind und die von einem leitfähigen Polymer bedeckt sind. Zusätzlich zu dem leitfähigen Polymer weist das zweite Wicklungselement einen flüssigen Elektrolyten auf. Das zweite Wicklungselement hat eine Höhe von mehr als 12 mm. Die Wicklungselemente sind in einer gemeinsamen Dose angeordnet. Jedes Wicklungselement weist eine mit seiner Anodenfolie verbundene Lasche und eine mit seiner Kathodenfolie verbundene Lasche auf. Die mit den Anodenfolien verbundenen Laschen sind miteinander verbunden und die mit den Kathodenfolien verbundenen Laschen sind miteinander verbunden, so dass die Wicklungselemente elektrisch parallel zueinander geschaltet sind. Der Kondensator kann ferner mehr als zwei Wicklungselemente aufweisen, wobei jedes Wicklungselement auf die gleiche Weise wie das erste und das zweite Wicklungselement entworfen ist und wobei alle Wicklungselemente in der gemeinsamen Dose angeordnet sind. Jedes von dem ersten Wicklungselement und dem zweiten Wicklungselement kann ein radiales Wicklungselement sein. Alternativ kann jedes von dem ersten Wicklungselement und dem zweiten Wicklungselement ein axiales Wicklungselement sein.
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Der Kondensator kann mehr als zwei Wicklungselemente aufweisen, die in der gemeinsamen Dose angeordnet sind und die parallel zueinander geschaltet sind.
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Die Wicklungselemente können mit dem im folgenden beschriebenen Imprägnierverfahren hergestellt werden, was eine homogene Imprägnierung ermöglicht, selbst für Wicklungselemente mit einer Höhe größer als 12 mm.
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Nach einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Kondensators nach dem ersten Aspekt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- - Wickeln von einer Anodenfolie, Separatoren, und einer Kathodenfolie um eine Achse, um ein Wicklungselement zu bilden,
- - Fluten des Wicklungselements mit einer Polymerdispersion, wobei die Polymerdispersion elektrisch leitfähige feste Polymerteilchen oder Polymerpulver und ein Lösungsmittel enthält,
- - Aufbringen von Pulsen eines Überdrucks auf das geflutete Wicklungselement.
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Durch die Verwendung von Pulsen eines Überdrucks kann die Polymerdispersion homogen über das gesamte Wicklungselement verteilt werden. Es ist möglich, innere Teile des Wicklungselements mit diesem Verfahren zu imprägnieren, die zuvor durch das Imprägnieren nicht erreicht werden konnten.
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Während eines Pulses des Überdrucks kann ein Überdruck im Bereich von 2 bis 150 bar aufgebracht werden, gefolgt von der Anwendung entweder eines atmosphärischen Drucks oder eines Drucks von weniger als 1 bar. Die Pulse werden vorzugsweise mehrmals aufgebracht.
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Zusätzlich kann das Verfahren den Schritt des Anordnens des Wicklungselements in einer Dose aufweisen, die einen flüssigen Elektrolyten aufweist.
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Nach einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein alternatives Verfahren zur Herstellung des Kondensators. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- - Wickeln von einer Anodenfolie, Separatoren, und einer Kathodenfolie um eine Achse, um ein Wicklungselement zu bilden,
- - Anordnen des Wicklungselements in einem Rohr,
- - Zwingen einer Polymerdispersion, durch das Rohr und dadurch durch das Wicklungselement zu fließen, wobei die Polymerdispersion elektrisch leitfähige feste Polymerteilchen oder Polymerpulver und ein Lösungsmittel enthält.
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Ein Überdruck von mindestens 1,5 bar kann aufgebracht werden, wenn die Polymerdispersion durch das Wicklungselement fließt. Das Durchflussverfahren stellt auch sicher, dass das Wicklungselement mit großen Abmessungen homogen imprägniert wird. Durch das Aufbringen des Überdrucks wird das Durchflussverfahren weiter verbessert.
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Zusätzlich kann das Verfahren den Schritt des Anordnens des Wicklungselements in einer Dose aufweisen, die einen flüssigen Elektrolyten aufweist.
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Im Folgenden sind vorteilhafte Aspekte beschrieben. Um eine Referenzierung zu erleichtern sind die Aspekte durchnummeriert. Merkmale der Aspekte sind nicht nur in Kombination mit dem speziellen Aspekt, auf den sie sich beziehen, sondern auch separat betrachtet relevant.
- 1. Hybrid-Polymer-Aluminium-Elektrolytkondensator, aufweisend ein Wicklungselement, das einen Durchmesser von mehr als 10 mm und eine Höhe von mehr als 12 mm hat.
- 2. Kondensator nach Aspekt 1,
wobei das Wicklungselement eine Anodenfolie und eine Kathodenfolie, die um eine Achse gewickelt sind, mit zwischen der Anodenfolie und der Kathodenfolie angeordneten Separatoren aufweist,
wobei die Anodenfolie, die Kathodenfolie, und die Separatoren mit einem leitfähigen Polymer bedeckt sind, und wobei der Kondensator einen flüssigen Elektrolyten aufweist.
- 3. Kondensator nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Kondensator ein Axialkondensator ist.
- 4. Kondensator nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Anodenfolie und die Kathodenfolie derart angeordnet und dimensioniert sind, dass in dem Wicklungselement jeder Teil der Anodenfolie durch die Kathodenfolie bedeckt ist.
- 5. Kondensator nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Kathodenfolie eine mit einer Oxidschicht bedeckte Aluminiumfolie aufweist, wobei die Oxidschicht eine homogene Dicke auf der Kathodenfolie hat.
- 6. Kondensator nach einem der vorhergehenden Aspekte,
wobei das Wicklungselement innerhalb einer Dose, die einen Dosenboden hat, angeordnet ist,
wobei die Kathodenfolie eine größere Ausdehnung in der axialen Richtung, zum Dosenboden hin, hat als die Anodenfolie und wobei die Kathodenfolie mit dem Dosenboden elektrisch kontaktiert ist.
- 7. Kondensator nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Dosenboden eine Struktur aufweist, die eine Bewegung des Wicklungselements relativ zum Dosenboden mechanisch behindert.
- 8. Kondensator nach einem der Aspekte 6 oder 7, wobei die Kathodenfolie mit dem Dosenboden verschweißt ist.
- 9. Kondensator nach einem der Aspekte 6 bis 8, wobei die Dose eine das Wicklungselement fixierende Wellung aufweist.
- 10. Kondensator nach einem der Aspekte 6 bis 9,
wobei die Dose eine Abdeckung aufweist,
wobei die Anodenfolie eine größere Ausdehnung in der axialen Richtung, zur Abdeckung hin, hat als die Kathodenfolie und wobei die Anodenfolie mit der Abdeckung elektrisch kontaktiert ist.
- 11. Kondensator nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei die Anodenfolie mit der Abdeckung verschweißt ist.
- 12. Kondensator nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Kondensator mindestens zwei mit der Anodenfolie elektrisch kontaktierte Laschen und mindestens zwei mit der Kathodenfolie elektrisch kontaktierte Laschen aufweist.
- 13. Kondensator nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das Wicklungselement einen Durchmesser von weniger als 22 mm aufweist.
- 14. Kondensator nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das Verhältnis der Höhe des Wicklungselements zu dem Durchmesser des Wicklungselements größer als 2 ist.
- 15. Hybrid-Polymer-Aluminium-Elektrolytkondensator, aufweisend ein erstes Wicklungselement, das eine Anodenfolie, Separatoren, und eine Kathodenfolie aufweist, die um eine Achse gewickelt sind und die von einem leitfähiges Polymer bedeckt sind, wobei das erste Wicklungselement einen flüssigen Elektrolyten aufweist, und ein zweites Wicklungselement, das eine Anodenfolie, Separatoren, und eine Kathodenfolie aufweist, die um eine Achse gewickelt sind und die von einem leitfähigen Polymer bedeckt sind, wobei das zweite Wicklungselement einen flüssigen Elektrolyten aufweist,
wobei das erste Wicklungselement und das zweite Wicklungselement eine Höhe von mehr als 12 mm hat, wobei die Wicklungselemente in einer gemeinsamen Dose angeordnet sind,
wobei jedes Wicklungselement eine mit der jeweiligen Anodenfolie verbundenen Lasche und eine mit der jeweiligen Kathodenfolie verbundene Lasche aufweist, und wobei die mit den Anodenfolien verbundenen Laschen miteinander verbunden sind und die mit den Kathodenfolien verbundenen Laschen miteinander verbunden sind, so dass die Wicklungselemente elektrisch parallel zueinander geschaltet sind.
- 16. Kondensator nach dem vorhergehenden Aspekt,
wobei jedes von dem ersten Wicklungselement und dem zweiten Wicklungselement ein radiales Wicklungselement ist, oder
wobei jedes von dem ersten Wicklungselement und dem zweiten Wicklungselement ein axiales Wicklungselement ist.
- 17. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators nach einem der Aspekte 1 bis 14, aufweisend die folgenden Schritte:
- - Wickeln von einer Anodenfolie, Separatoren, und einer Kathodenfolie um eine Achse, um ein Wicklungselement zu bilden,
- - Fluten des Wicklungselements mit einer Polymerdispersion, wobei die Polymerdispersion elektrisch leitfähige feste Polymerteilchen oder Polymerpulver und ein Lösungsmittel enthält,
- - Aufbringen von Pulsen eines Überdrucks auf das geflutete Wicklungselement.
- 18. Verfahren nach den vorhergehenden Aspekten, wobei während eines Pulses des Überdrucks ein Überdruck im Bereich von 2 bis 150 bar aufgebracht wird, gefolgt von entweder einem Atmosphärendruck oder einem Druck unter 1 bar.
- 19. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators nach einem der Aspekte 1 bis 14, aufweisend die folgenden Schritte:
- - Wickeln von einer Anodenfolie, Separatoren, und einer Kathodenfolie um eine Achse, um ein Wicklungselement zu bilden,
- - Anordnen des Wicklungselements in einem Rohr,
- - Zwingen einer Polymerdispersion, durch das Rohr und dadurch durch das Wicklungselement zu fließen, wobei die Polymerdispersion elektrisch leitfähige feste Polymerteilchen oder Polymerpulver und ein Lösungsmittel enthält.
- 20. Verfahren nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei ein Überdruck von mindestens 1,5 bar aufgebracht wird, wenn die Polymerdispersion durch das Wicklungselement fließt.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung ausführlich beschrieben.
- 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Wicklungselements.
- 2 zeigt unterschiedliche Arten von Kondensatoren in einer perspektivischen Ansicht.
- 3 zeigt einen Kondensator, der drei Wicklungselemente aufweist.
- 4 zeigt ein Röntgenbild eines herkömmlichen Polymerelektrolytkondensators.
- 5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Hybrid-Aluminium-Polymerelektrolytkondensators ohne Leitungslaschen.
- 6 zeigt ein Beispiel einer Polymerdispersion, die auf ein Wicklungselement unter Verwendung eines herkömmlichen Imprägnierungsverfahrens aufgebracht wird.
- 7 zeigt eine Detailfotografie eines Wicklungselements, das mit dem neuen Verfahren imprägniert wurde.
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Die 8 bis 12 zeigen unterschiedliche Arten von Kondensatorelementen.
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Die 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Wicklungselements 2 eines Hybrid-Polymer-Aluminium-Elektrolytkondensators 1. Das Wicklungselement 2 hat einen Durchmesser von mehr als 10 mm und eine Höhe von mehr als 12 mm.
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Das Wicklungselement 2 weist eine Anodenfolie 3, eine Kathodenfolie 4, und einen Separator 5 auf, die um eine gemeinsame Achse gewickelt sind. Der Separator 5 ist zwischen der Anodenfolie 3 und der Kathodenfolie 4 angeordnet. Das Wicklungselement 2 weist ferner einen weiteren Separator auf, der ebenfalls zwischen der Anodenfolie 3 und der Kathodenfolie 4 angeordnet ist und der in 1 nicht gezeigt ist, um die Figur zu vereinfachen. Insbesondere werden die Anodenfolie 3, der Separator 5, die Kathodenfolie 4, und der andere Separator in dieser Reihenfolge gestapelt und dann um die Achse gewickelt.
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Das Wicklungselement 2 wurde mit einem Polymer 6 imprägniert. Die Imprägnierung wird in 1 gekennzeichnet, indem das Polymer 6, das die Anodenfolie 3, die Kathodenfolie 4, und den Separator 5 bedeckt, in einer vergrößerten Ansicht gezeigt wird. Das Polymer 6, das die Anodenfolie 3, die Kathodenfolie 4, und die Separatoren 5 bedeckt, ist leitfähig. Zusätzlich zum Polymer weist der Kondensator 1 auch einen flüssigen Elektrolyten auf.
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Die Anodenfolie 3 weist eine Aluminiumfolie auf. Die Oberfläche der Aluminiumfolie wurde durch ein Ätzverfahren aufgerauht. Dann wurde ein dielektrischer Oxidfilm auf der Oberfläche durch eine Oxidationsbehandlung gebildet. Daher weist die Anodenfolie 3 eine Aluminiumfolie mit einer Oxidschicht auf ihrer Oberfläche auf. Die Kathodenfolie 4 weist auch eine Aluminiumfolie auf, auf der die Oberfläche der Aluminiumfolie durch ein Ätzverfahren aufgerauht wurde, und dann wurde ein dielektrischer Oxidfilm auf der Oberfläche durch eine Oxidationsbehandlung gebildet. Daher weist die Kathodenfolie 4 auch eine Aluminiumfolie mit einer Oxidschicht auf ihrer Oberfläche auf.
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Die Anodenfolie 3 und die Kathodenfolie 4 sind so dimensioniert, dass sie, wenn sie gewickelt werden, ein Wicklungselement 2 mit einem Durchmesser von mehr als 10 mm und einer Höhe von mehr als 12 mm ergeben. Daher sind die Folien 3, 4 größer und breiter als die herkommlicherweise für Hybrid-Polymer-Aluminium-Elektrolytkondensatoren verwendeten Folien.
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Jeder der Separatoren 5 ist ein Papier, das mit dem Polymer 6 imprägniert wurde.
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Die gemeinsame Achse, um die das Wicklungselement 2 gewickelt ist, definiert eine axiale Richtung.
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Das Wicklungselement 2 weist weiterhin Laschen 7, 8 auf, die zur elektrischen Kontaktierung des Wicklungselements 2 dienen. Das Wicklungselement 2 weist zwei Laschen 7 auf, die beide mit der Anodenfolie 3 verbunden sind. Die mit der Anodenfolie 3 verbundenen Laschen 7 erstrecken sich in positiver axialer Richtung. Ferner weist das Wicklungselement 2 zwei Laschen 8 auf, die mit der Kathodenfolie 4 verbunden sind. Die mit der Kathodenfolie 4 verbundenen Laschen 8 erstrecken sich in der negativen axialen Richtung, d.h. in der entgegengesetzten Richtung zu den Laschen 7, die mit der Anodenfolie 3 verbunden sind.
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Kondensatoren 1 mit Laschen 7, die mit der Anodenfolie 3 verbundenen sind, und Laschen 8, die mit der Kathodenfolie 4 verbundenen sind, die sich in entgegengesetzten Richtungen erstrecken, sind auch als Axialkondensatoren bekannt. Im Gegensatz dazu erstrecken sich in einem Radialkondensator eine mit der Anodenfolie verbundene Lasche und eine mit der Kathodenfolie verbundene Lasche beide in der gleichen axialen Richtung, d.h. beide erstrecken sich in der positiven axialen Richtung oder beide erstrecken sich in der negativen axialen Richtung.
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Die Verwendung von mehreren Laschen 7, 8 zum Verbinden jeder der Anodenfolie 3 und der Kathodenfolie 4 erlaubt die Verwendung langer und breiter Folien 3, 4. Die Verwendung mehrerer Laschen 7, 8 verringert den Metallwiderstand des Wicklungselements 2, da an mehreren Stellen ein Strom in das Wicklungselement 2 eingespeist werden kann, wodurch die Länge verringert wird, die der Strom im Wicklungselement 2 zu durchlaufen hat. Die Verwendung von mehreren Laschen 7, 8 ist von Hybrid-Polymer-Aluminium-Elektrolytkondensatoren nicht bekannt.
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2 zeigt unterschiedliche Arten von Kondensatoren in einer perspektivischen Ansicht. Insbesondere zeigt 2 zwei axiale Kondensatoren 9, von denen jeder zwei Laschen 7 hat, die sich in der positiven axialen Richtung erstrecken, und zwei Laschen 8, die sich in der negativen axialen Richtung erstrecken. Die Laschen 7, die sich in der positiven axialen Richtung erstrecken, sind mit der Anodenfolie 3 verbunden und die Laschen 8, die sich in der negativen axialen Richtung erstrecken, sind mit der Kathodenfolie 4 verbunden. Für den auf der linken Seite gezeigten Axialkondensator sind die beiden Laschen 8 aufgrund der Perspektive nicht sichtbar.
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Das Wicklungselement des Axialkondensators 9 ist um eine Achse gewickelt. Jede der beiden mit der Anodenfolie 3 verbundenen Laschen 7 ist in einem radialen Abstand von dieser Achse angeordnet. In einer Ebene senkrecht zur Achse sind die beiden Laschen 7 in Bezug auf die Achse punktsymmetrisch angeordnet. Jede der beiden Laschen 8, die mit der Kathodenfolie 4 verbunden sind, ist in einem radialen Abstand von der Achse angeordnet. In einer Ebene senkrecht zur Achse sind die beiden Laschen 8 in Bezug auf die Achse punktsymmetrisch angeordnet. Die Axialkondensatoren 9 mit zwei mit jeder der Anodenfolie 3 und der Kathodenfolie 4 verbundenen Laschen 7, 8 haben einen geringen ESR und damit eine erhöhte Rippeistromfähigkeit.
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Es kann festgestellt werden, dass Bauen eines Kondensators mit zwei Laschen, die mit jeder der Anodenfolie und der Kathodenfolie verbunden sind, für einen Axialkondensator 9 möglich ist. 2 zeigt ferner zwei „Snap-In“-Kondensatoren 10. Ein minimaler Durchmesser von 22 mm ist erforderlich, um den Aufbau eines „Snap-In“-Kondensators 10 mit zwei Laschen, die mit jeder der Anodenfolie 3 und der Kathodenfolie 4 verbunden sind, zu ermöglichen. 2 zeigt ferner einen Radialkondensator 11. Es ist nicht möglich, einen Radialkondensator 11 mit zwei Laschen zu bauen, die jeweils mit der Anodenfolie 3 und der Kathodenfolie 4 verbunden sind.
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Der in 1 gezeigte Kondensator 1 ist innerhalb einer Dose angeordnet, die in 1 nicht gezeigt ist. Die Dose weist einen rohrförmigen Dosenkörper, einen Dosenboden, und eine Abdeckung auf. Der Dosenboden und die Abdeckung sind scheibenförmig. In der axialen Richtung ist der rohrförmige Dosenkörper zwischen dem Dosenboden und der Abdeckung angeordnet.
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Die Kathodenfolie 4 hat in der axialen Richtung eine größere Ausdehnung zum Dosenboden als die Anodenfolie 3. Die Separatoren 5 haben in der axialen Richtung eine geringere Ausdehnung zum Dosenboden hin als die Kathodenfolie 4. Die Anodenfolie 3 hat in der axialen Richtung eine kleinere Ausdehnung zum Dosenboden hin als die Kathodenfolie 4 und die Separatoren 5.
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Die sich erstreckende Kathodenfolie 4 berührt den Dosenboden. Daher kann ein Strom durch einen Kurzschluss über den leitfähigen Gehäuseboden zu der Kathodenfolie 4 fließen. Die in 1 gezeigte sich erstreckende Kathodenfolie 4 führt zu einem verringerten ESR.
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Diese Idee ist für Elektrolytkondensatoren bekannt, bei denen das Wicklungselement mechanisch an den Dosenboden gedrückt wird, so dass eine sich erstreckende Kathodenfolie den Dosenboden berührt. Dieser Ansatz arbeitet nur mit geringer Zuverlässigkeit und für eine begrenzte Zeit. Während des Betriebs wird eine Oxidschicht zwischen der Kathodenfolie und dem Dosenboden gebildet, die die elektrische Verbindung verringert und schließlich unterbricht.
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Jedoch ist in dem Hybrid-Polymer-Aluminium-Elektrolytkondensator 1 die Kathodenfolie 4 mit einem Polymer bedeckt. Die Polymerabdeckung verhindert eine Oxidation der Kathodenfolie 4. Daher kann keine Oxidschicht wachsen. Außerdem ist das Polymer auch leitfähig, so dass ein Strom von dem Dosenboden über das Polymer zu der Kathodenfolie 4 fließen kann. Dementsprechend ist keine Verbindung zweier Metalle erforderlich. Daher führt der in 1 gezeigte Aufbau zu einer besseren thermischen Verbindung und einem verringerten ESR.
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Für eine langfristige Stabilität der elektrischen Verbindung zur Dose sollte eine mechanische Bewegung des Wicklungselements 2 relativ zur Dose verhindert werden. Daher kann die Kathodenfolie 4 am Dosenboden befestigt sein, z. B. durch Schweißen. Das Schweißen hat den Vorteil eines geringen Kontaktwiderstands, hat aber den Nachteil eines zusätzlichen Verfahrensschrittes und daher zusätzlicher Kosten.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Dosenboden ferner eine Struktur, z. B. Rippen, aufweisen. Die Struktur kann ferner helfen, mechanische Bewegungen zu vermeiden. Die Struktur kann so entworfen sein, dass sie die sich erstreckende Kathodenfolie 4 fixiert. Beispielsweise kann die Kathodenfolie 4 zwischen zwei angrenzenden Rippen eingeklemmt sein. Die Kathodenfolie 4 und die Struktur auf dem Dosenboden können so entworfen sein, dass sie ineinander greifen und dadurch mechanische Stabilität bereitstellen.
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Außerdem kann die Dose eine Wellung aufweisen, die auch das Wicklungselement 2 mechanisch fixiert. Die Wellung kann ein nach innen vorstehender Teil der Dose sein. Die Wellung hält das Wicklungselement 2 stabil am Dosenboden. Daher bleibt der Strompfad vom Dosenboden zur Kathodenfolie 4 über das Polymer oder über eine Metallverbindung stabil.
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Zusätzlich oder alternativ kann sich die Anodenfolie 3 in die entgegengesetzte Richtung erstrecken. Dementsprechend kann die ausgedehnte Anodenfolie 3 die Abdeckung der Dose berühren. Die ausgedehnte Anodenfolie 3 kann mit der Abdeckung verschweißt sein. Diese Lösung stellt einen niedrigen äquivalenten ESR bereit, wie unter Verwendung einer hohen Anzahl von Laschen auf der Anodenseite.
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3 zeigt eine andere Ausführungsform eines Kondensators 1, der drei Wicklungselemente 2 aufweist, wobei jedes Wicklungselement 2 eine Höhe von mehr als 12 mm hat. Jedes Wicklungselement ist durch zwei Laschen 7, 8 verbunden, wobei eine Lasche 7 mit der Anodenfolie 3 und eine Lasche 8 mit der Kathodenfolie 4 verbunden ist. Alle mit den Anodenfolien 3 verbundenen Laschen 7 sind miteinander verbunden. Außerdem sind auch alle mit den Kathodenfolien 4 verbundenen Laschen 8 miteinander verbunden. Daher sind die Wicklungselemente 2 elektrisch parallel zueinander geschaltet. Die Wicklungselemente 2 sind in einer gemeinsamen Dose 12 angeordnet. Alle Laschen 7, 8 sind auf derselben Seite herausgezogen. Daher ist jedes Wicklungselement 2 als ein radiales Wicklungselement verbunden. Alle mit den Anodenfolien 3 verbundenen Laschen 7, 8 sind miteinander verbunden. Außerdem sind auch alle mit den Kathodenfolien 4 verbundenen Laschen 7, 8 miteinander verbunden.
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In einem alternativen Entwurf können die Wicklungselemente 2 als axiale Wicklungselemente gebildet sein, wobei die mit der Anodenfolie verbundenen Laschen 7 an einem Ende der Wicklungselemente 2 herausgezogen sind und die mit der Kathodenfolie verbundenen Laschen 8 an dem entgegengesetzten Ende des Wicklungselements 2 herausgezogen sind.
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4 ist ein Röntgenbild eines herkömmlichen Polymerelektrolytkondensators. Mit Hilfe von Figure 4 wird ein Fehlermechanismus erklärt, der identifiziert wurde.
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Das Polymer ist meistens mit dem Oxid der Anodenfolie 3 und dem Oxid der Kathodenfolie 4 verbunden. Während einer Spannungsänderung des Kondensators liegt das Polymerpotential hauptsächlich nahe an dem Potential des Kathodenfolienpotentials, da das Oxid auf der Kathodenfolie 4 sehr dünn ist.
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Jedoch weist der Kondensator auch Polymerbereiche auf, die nur in Kontakt mit der Anodenfolie 3 sind. Diese Bereiche sind durch zwei dicke Pfeile A in 4 markiert. In diesem Bereich dominiert nur das Potential der Anodenfolie 3. Daher werden Kompensationsströme erzeugt, wenn der Kondensator geladen oder entladen wird. Außerdem kann, wenn die Spannungsladung zu schnell ist, der verursachte Kompensationsstrom das Polymer zerstören und verursacht Kurzschlüsse. Wie nun erläutert wird, sind die Anodenfolie 3 und die Kathodenfolie 4 so dimensioniert und gewickelt, dass Kompensationsströme vermieden werden können.
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5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Hybrid-Polymer-Aluminium-Elektrolytkondensators 1. Der Kondensator 1 weist die Anodenfolie 3, die Kathodenfolie 4, einen ersten Separator 5, und einen zweiten Separator 5 auf. Außerdem weist der Kondensator 1 einen flüssigen Elektrolyten 13 auf, der die Lücken zwischen der Anodenfolie 3, der Kathodenfolie 4, und den Separatoren 5 füllt.
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Die Anodenfolie 3 ist kürzer als die Kathodenfolie 4. Daher weist das Wicklungselement 2 am Anfang seiner Wicklung und am Ende seiner Wicklung nicht die Anodenfolie 3 auf. In jedem Teil des Wicklungselements 2 ist die Kathodenfolie 4 stets parallel zur Anodenfolie 3. Das Wicklungselement 2 weist keinen Bereich auf, in dem die Anodenfolie 3 frei von der Kathodenfolie 4 ist. Das Wicklungselement 2 weist keinen Polymerbereich auf, der in Kontakt mit der Anodenfolie 3 und nicht in Kontakt mit der Kathodenfolie 4 ist. Die Anodenfolie 3 und die Kathodenfolie 4 sind so angeordnet und dimensioniert, dass in dem Wicklungselement 2 jeder Teil der Anodenfolie 3 von der Kathodenfolie 4 bedeckt ist.
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Daher kann sichergestellt werden, dass der Kondensator 1 keinen Polymerbereich aufweist, in dem das an die Anodenfolie 3 angelegte Potential das Potential in einem angrenzenden Polymerbereich dominieren kann. Dementsprechend kann kein Kompensationsstrom erzeugt werden. Die Anordnung der Kathodenfolie 4 stellt sicher, dass das Polymer und der Elektrolyt 13 mehr oder weniger das gleiche elektrische Potential haben. Der mit Bezug auf 4 diskutierte Fehlermechanismus kann vermieden werden.
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Außerdem kann auch eine inhomogene Dicke der Oxidschicht auf der Kathodenfolie 4 zu Kompensationsströmen beim Laden und Entladen des Kondensators 1 führen. Um die Erzeugung des Kompensationsstroms zu vermeiden, hat die Oxidschicht auf der Kathodenfolie 4 eine homogene Dicke. Daher wird die Dicke der Oxidschicht als homogen betrachtet, wenn ihre minimale Dicke nicht dünner als 95% ihrer maximalen Dicke ist.
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Die homogene Oxiddicke auf der Kathodenfolie 4 erhöht die Robustheit gegenüber transienten elektrischen Lasten weiter.
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Dies kann erreicht werden, indem Kathodenfolien 4 verwendet werden, die bis zu einem Spannungsniveau von z. B. 3 V oder mehr ausgebildet sind, anstatt ungeformte Folien mit einer niedrigeren und natürlich variierenden Oxiddicke aufzubringen.
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Im Folgenden wird das Verfahren zur Imprägnierung des Wicklungselements 2 mit einer Polymerdispersion beschrieben. Das Wicklungselement 2 wird vor dem Schritt des Imprägnierens des Wicklungselements 2 gewickelt.
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Die Polymerdispersion weist elektrisch leitende feste Polymerteilchen oder ein Polymerpulver auf. Zusätzlich weist die Polymerdispersion ein Lösungsmittel, z. B. Wasser, auf. Im Stand der Technik sind Verfahren zur Imprägnierung eines Wicklungselements 2 mit einer Polymerdispersion bekannt, wobei die Polymerdispersion unter Vakuumbedingungen aufgebracht wird. Wie bereits diskutiert, hat dieses Verfahren technische Beschränkungen hinsichtlich der Höhe des Wicklungselements 2. 6 zeigt ein Beispiel einer Polymerdispersion, die auf ein Wicklungselement 2 mit einer Höhe von mehr als 10 mm unter Verwendung eines herkömmlichen Imprägnierungsverfahrens aufgebracht wird. 6 zeigt deutlich, dass die Polymerlösung nur in die oberen und unteren Teile des Separators, der Anodenfolie, und der Kathodenfolie eindringt. Der mittlere Teil des Separators ist vollständig frei von Polymer, da die Polymerteilchen nicht unter Verwendung eines starken Vakuums eindringen könnten.
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Im Gegensatz dazu kann nach der vorliegenden Erfindung das Wicklungselement 2 mit einer Polymerdispersion unter Verwendung von Druckpulsen eines Überdrucks imprägniert werden. Das Wicklungselement 2 ist in einem dicht verschlossenen Druckgefäß angeordnet. Das Gefäß wird durch eine Polymerdispersion durch ein Verbindungsstück geflutet. Eine Überdruckluft wird durch das Verbindungsstück auf das Gefäß aufgebracht. Die Überdruckluft kann einen Druck von mehr als 1 atm haben. Der Überdruck kann im Bereich von 2 bis 150 bar liegen. Der Überdruck wird nach einigen Sekunden, z. B. nach einer Zeitspanne im Bereich von 2 Sekunden bis 20 Sekunden, gelöst. Dann fällt der Druck im Gefäß auf einen niedrigeren Druck ab. Der niedrigere Druck kann entweder ein atmosphärischer Druck oder ein Druck unter 1 bar sein. Der Zyklus des Aufbringens eines Überdrucks, gefolgt von dem Aufbringen eines niedrigeren Drucks, wird als ein Druckpuls betrachtet. Der Zyklus wird mehrfach wiederholt. Durch Aufbringen von Druckpulsen auf das Wicklungselement und die Polymerdispersion wird die Polymerdispersion auf homogenisierte Weise in der Anodenfolie 3, dem Separator 5, und der Kathodenfolie 4 verteilt.
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Die 7 zeigt eine Detailfotografie einer Anodenfolie 3, eines Separators 5, und einer Kathodenfolie 4, die mit Hilfe von Druckpulsen imprägniert wurden. Die Polymerpartikel haben den Kern des Separators 5 erreicht. Das Eindringen der Polymerpartikel in das Wicklungselement 2 und die Homogenität der Polymerverteilung sind hervorragend.
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In einem alternativen Verfahren sind die Wicklungselemente 2 in einem Rohr angeordnet, und das Rohr wird mit der durch das Rohr und damit durch die Wicklungselemente 2 fließenden Polymerdispersion gefüllt. Außerdem kann ein Überdruck von mehr als 1,5 bar auf die Polymerdispersion aufgebracht werden. Dieses Verfahren führt auch zu einer homogenen Bedeckung der Anodenfolie 3, des Separators 5, der Kathodenfolie 4, und der Laschen 7, 8 mit dem Polymer.
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Insbesondere tritt die Polymerdispersion auf den Boden oder auf die Oberseite des Wicklungselements 2 ein und durchfließt das Wicklungselement 2 in der axialen Richtung. Das Verfahren kann so entworfen sein, dass die Polymerdispersion zirkuliert und daher mehrmals durch das Wicklungselement 2 fließt, wobei die Imprägnierung des Wicklungselements 2 jeweils weiter verbessert wird.
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Die oben beschriebenen Verfahren zur Imprägnierung des Wicklungselements 2 ermöglichen eine homogene Imprägnierung von Wicklungselementen 2 mit einem Durchmesser von mehr als 10 mm und einer Höhe von mehr als 12 mm.
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Der oben beschriebene Hybrid-Polymer-Aluminium-Elektrolytkondensator hat die folgenden Vorteile. Selbst bei Durchmesserdimensionen von mehr als 10 mm stellt er einen geringen ESR und daher eine hohe Rippelstromfähigkeit bereit. Da der Kondensator eine Höhe von mehr als 12 mm hat, hat er einen niedrigen ESR. Ferner führen der Durchmesser von mehr als 10 mm und die Höhe von mehr als 12 mm zu einer hohen Kapazität. Der niedrige ESR und die großen Abmessungen führen weiter zu einer hohen Rippeistromfähigkeit. Selbst bei Hochspannungs-Rippellasten kann eine hohe Qualität sichergestellt werden. Daher kann ein Kunde eine niedrigere Anzahl von großen Kondensatoren verwenden, anstatt eine größere Anzahl von kleinen Kondensatoren zu verwenden. Die Lebensdauer des Hybrid-Polymer-Aluminium-ElektrolytKondensators ist aufgrund seiner großen Dimensionen lang. Der Kondensator hat ein großes Reservoir an flüssigem Elektrolyt, der daher langsamer durch Diffusion durch die Gummi- und Dosenmaterialien entweicht.
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Die 8 bis 12 zeigen unterschiedliche Entwürfe des Kondensators, der ein Wicklungselement mit einem Durchmesser von mehr als 10 mm und einer Länge von mehr als 12 mm aufweist. Jeder der in den 8 bis 12 gezeigten Kondensatoren ist ein Hybrid-Polymer-Aluminium-Elektrolytkondensator. Die 8 zeigt einen Axialkondensator. Er ist für Löt- oder Schweißleitungen ausgelegt. 9 zeigt einen Lötsternkondensator. Ein Lötsternkondensator stellt den Vorteil einer niedrigen Induktivität bereit. Die 10 zeigt einen flachen horizontalen Lötsternkondensator. Die 11 zeigt einen oberflächenmontierbaren Kondensator. Die 12 zeigt eine Presspassungsversion entweder des in 9 gezeigten Kondensators oder des in 10 gezeigten Kondensators.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kondensator
- 2
- Wicklungselement
- 3
- Anodenfolie
- 4
- Kathodenfolie
- 5
- Separator
- 6
- Polymer
- 7
- Lasche
- 8
- Lasche
- 9
- Axialkondensator
- 10
- „Snap-in“-Kondensator
- 11
- Radialkondensator
- 12
- Dose
- 13
- flüssiger Elektrolyt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6307735 B1 [0003]
- US 7497879 B2 [0003, 0006]
- US 7497879 [0009]
