DE112006001502T5

DE112006001502T5 - Verbesserte Konzeption einer Kondensatordeckel- und -Gehäusebeschichtung

Info

Publication number: DE112006001502T5
Application number: DE112006001502T
Authority: DE
Inventors: Roland Gallay; Daniel Schlunke; Sacha Jenny
Original assignee: Maxwell Technologies Inc
Current assignee: Maxwell Technologies Inc
Priority date: 2005-06-08
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2008-04-30
Also published as: WO2006135521A1; US20060279902A1

Abstract

Energiespeichereinrichtung, die umfasst:
eine erste Elektrode, die zum Speichern einer elektrischen Ladung in der Lage ist, eine zweite Elektrode, die zum Speichern einer entgegengesetzten elektrischen Ladung in der Lage ist, und einen dazwischenliegenden dielektrischen Separator, wobei die ersten und die zweiten Elektroden in der Form eines Films vorliegen;
ein erstes Kollektorblatt, das die erste Elektrode trägt, ein zweites Kollektorblatt, das die zweite Elektrode trägt, wobei jedes der ersten und zweiten Kollektorblätter elektrisch leitfähig ist, die Kombination der ersten Elektroden mit dem ersten Kollektorblatt, des dielektrischen Separators und der zweiten Elektrode mit dem zweiten Kollektorblatt spiralförmig zusammengewickelt ist, sich ein freies Ende des ersten Kollektorblatts von einem Rand der Spiralwicklung erstreckt und sich ein freies Ende des zweiten Kollektorblatts von dem gegenüberliegenden Rand der Spiralwicklung erstreckt;
einen Behälter, der zur Aufnahme der Spiralwicklung angepasst ist, wobei der Behälter eine elektrisch leitfähige Basis und eine oder mehrere Wände, die...

Description

Technisches Gebiet
Der Gegenstand dieser Anmeldung betrifft allgemein Kondensatoren und Kondensatorgehäuse und betrifft insbesondere Doppelschichtkondensatoren und Doppelschichtkondensatorbehälter und damit verwendete Beschichtungen.
Technischer Hintergrund
Energiespeichereinrichtungen werden überall in der modernen Gesellschaft verwendet, um in einer Vielzahl von Anwendungen Energie bereitzustellen, oder zur zeitweisen Speicherung und Freisetzung von Energie, um Energieversorgungen zu stabilisieren. Derartige elektro-chemische Einrichtungen umfassen Kondensatoren, Brennstoffzellen und Batterien. Insbesondere sind Doppelschichtkondensatoren, die auch als Ultrakondensatoren und Superkondensatoren bezeichnet werden, Energiespeichereinrichtungen, die in der Lage sind, mehr Energie pro Gewichtseinheit und Volumeneinheit zu speichern, als Kondensatoren, welche mit einer herkömmlichen Technologie hergestellt sind, beispielsweise Elektrolytkondensatoren.
Doppelschichtkondensatoren speichern elektrische Energie in einer polarisierten Elektroden/Elektrolyt-Schnittstellenschicht. Doppelschichtkondensatoren umfassen zwei oder mehr Elektroden, welche durch einen dielektrischen Separator kontakttechnisch getrennt sind, der verhindert, dass ein Elektronenstrom (im Gegensatz zu einem Ionenstrom) die zwei Elektroden kurzschließt. Sowohl die Elektroden als auch der poröse Separator sind in einen Elektrolyt eingetaucht, welcher ein Fließen des Ionenstroms zwischen den Elektroden und durch den Separator ermöglicht. An der Elektroden/Elektrolyt-Schnittstelle werden eine erste Schicht aus gelösten Dipolen und eine zweite Schicht aus geladenen Spezies ausgebildet (daher der Name „Doppelschicht"-Kondensator.
Mit jedem Typ von Energiespeichereinrichtung gehen positive und negative Merkmale einher, aufgrund derer Entscheidungen getroffen werden, welche Einrichtung zur Verwendung bei einer speziellen Anwendung besser geeignet ist. Die Gesamtkosten einer Energiespeichereinrichtung sind ein Merkmal, das eine Entscheidung darüber, ob ein spezieller Typ von Energiespeichereinrichtung eingesetzt wird, entscheidend beeinflusst.
Da der Bedarf an Doppelschichtkondensatoren aufgrund hochvolumiger Anwendungen ansteigt, unter anderem in der Kraftfahrzeug-, Luftfahrt-, tragbare Werkzeuge- und Energieerzeugungsindustrie, ist insbesondere ein Bedarf zur Bereitstellung von Doppelschichtkondensatoren und Energiespeichereinrichtungen allgemein entstanden, welche eine hohe Betriebszuverlässigkeit und erhöhte Energiespeicherfähigkeiten mit verringerten Herstellungskosten kombinieren.
Herkömmliche Kondensatortechnologie ist Fachleuten wohlbekannt. Die Energie- und Leistungsdichte, welche durch herkömmliche Kondensatortechnologie bereitgestellt werden kann, ist typischerweise niedrig, beispielsweise sind herkömmliche Kondensatoren typischerweise in der Lage, weniger als 0,1 Wh/kg bereitzustellen. Anwendungen, die eine größere Energiedichte von einer Energiequelle benötigen, vertrauen daher typischerweise nicht auf eine herkömmliche Kondensatortechnologie. Die von einer herkömmlichen Kondensatortechnologie gelieferte Energiemenge kann erhöht werden, aber nur durch ein Erhöhen der Anzahl an Kondensatoren.
Daher ist ein weiterer Bedarf zur Bereitstellung von Energiespeichereinrichtungen entstanden, die erhöhte Energiemengen speichern und liefern können und zwar mit unterschiedlichen Raten und innerhalb gewisser Formfaktoren, das heißt innerhalb der Größen und Gestalten von Energiespeichereinrichtungen, die im Stand der Technik bereits bekannt sind.
Offenbarung der Erfindung
Bei einer Ausführungsform umfasst eine Kondensatoreinrichtung ein Gehäuse und eine Abdeckung, wobei ein Isolator auf die Abdeckung aufgetragen ist und ein Dichtmittel auf den Isolator aufgetragen ist. Die Abdeckung und das Gehäuse können aneinander angrenzend angeordnet sein, wobei der Isolator und das Dichtmittel zwischen dem Gehäuse und der Abdeckung angeordnet sind. Der Isolator kann auf der Abdeckung mittels Kataphorese aufgetragen sein. Das Dichtmittel kann als ein Spray aufgebracht sein. Die Abdeckung kann einen Abschnitt umfassen, der frei von einem Dichtmittel und einem Isolator ist. An dem Abschnitt, der frei von eine Dichtmittel und einem Isolator ist, kann eine elektrische Verbindung zu einer Kondensatorzelle hergestellt sein. Bei einer Ausführungsform kann der Isolator COLORAL^® sein.
Bei einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Kondensatoreinrichtung die Schritte eines Bereitstellens mindestens einer ersten Abdeckung und einer zweiten Abdeckung; eines Platzierens der zweiten Abdeckung über der ersten Abdeckung; und eines im Wesentlichen zeitgleichen Aufbringens eines Isolators auf beide Abdeckungen. Ein Abschnitt der ersten Abdeckung kann durch die zweite Abdeckung von dem Isolator abgeschirmt sein. Die zweite Abdeckung kann auf die erste Abdeckung gestapelt sein. Mehr als zwei Abdeckungen können aufeinander gestapelt sein, wobei mehrere der Abdeckungen einen Abschnitt davon aufweisen, der von dem Isolator abgeschirmt ist. Der Isolator kann durch Kataphorese auf die Abdeckungen aufgebracht sein. Nachdem der Isolator aufgebracht ist, kann ein Dichtmittel auf mindestens einen Teil der Abdeckung aufgebracht werden. Wenn die Abdeckung und das Gehäuse miteinander verbördelt sind, sind der Isolator und das Dichtmittel zwischen dem Gehäuse und der Abdeckung angeordnet.
Bei einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Kondensators die Schritte eines Bereitstellens einer Einrichtung, wobei die Einrichtung einen Umfang aufweist; und eines Aufbringens eines Dichtmittels auf den Umfang, während die Einrichtung rotiert. Die Einrichtung kann eine Kondensatorabdeckung sein. Die Einrichtung kann ein Kondensatorgehäuse sein. Bei einer Ausführungsform kann das Dichtmittel auf einen Isolator aufgebracht werden. Die Abdeckung kann eine sich erstreckende kreisförmige Lippe umfassen, welche das Dichtmittel eingrenzt, während die Abdeckung rotiert. Die Abdeckung und das Gehäuse können miteinander verbördelt werden, wobei der Isolator und das Dichtmittel zwischen dem Gehäuse und der Abdeckung angeordnet sind.
Andere Ausführungsformen, Aufgaben und Vorteile werden bei einem weiteren Lesen der Spezifikation, Figuren und Ansprüche offenbar werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Zeichnungen stellen einen Teil dieser Spezifikation dar und umfassen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche in verschiedenen Formen ausgeführt werden kann. Es sollte verstanden sein, dass in einigen Fällen verschiedene Aspekte der Erfindung übertrieben oder vergrößert gezeigt sein können, um ein Verständnis der Erfindung zu erleichtern.
In 1 sind Strukturen eines Doppelschichtkondensators zu sehen.
In 2 ist eine Endansicht einer "Biskuitrolle" zu sehen.
In 3 ist ein mit einem Batterieformfaktor dimensioniertes Kondensatorgehäuse zu sehen.
In 4 ist eine perspektivische Ansicht eines zusammengerollten Doppelschichtkondensators zu sehen.
In 5a ist ein zusammengerollter Doppelschichtkondensator, der wie erörtert versetzte Kollektoren umfasst, in einem Kondensatorgehäuse untergebracht gezeigt, das mit einem Batterieformfaktor dimensioniert ist.
In 5b ist eine Abdeckung zu sehen.
In 5c ist ein Stapel von Abdeckungen zu sehen.
In 5d ist ein Blech zu sehen.
In 5e ist ein Gehäuse mit einer eingeführten Scheibe und einem aufgesprühten Isolator zu sehen.
In 5f ist eine Biskuitrolle vor und während eines Einführens in ein Gehäuse zu sehen.
In 5g ist eine Biskuitrolle mit einer Isolierhülse zu sehen.
In 5h sind Strukturen einer Biskuitrolle gezeigt, wobei ein Abschnitt einer der Strukturen um eine Distanz Y verkürzt ist.
In 5i sind eine Abdeckung und ein Gehäuse miteinander verbördelt zu sehen.
In 5j ist ein Befüllungsloch zu sehen, das mit einem Metall abgedichtet ist, welches mittels Ultraschall befestigt ist.
Arten zur Ausführung der Erfindung
Genaue Beschreibungen von Ausführungsformen der Erfindung sind in diesem Kontext bereitgestellt. Es sollte jedoch verstanden sein, dass die vorliegende Erfindung in verschiedenen Formen ausgeführt werden kann. Daher sollen die in diesem Kontext offenbarten speziellen Details nicht als beschränkend, sondern stattdessen als eine Darstellungsgrundlage aufgefasst werden, um einen Fachmann zu lehren, wie die vorliegende Erfindung auf nahezu beliebige Systeme, Strukturen oder Weisen angewandt werden soll.
Vor relativer kurzer Zeit wurde auf dem Gebiet der Energiespeicher eine Kondensatortechnologie entwickelt, welche Doppelschichtkondensatortechnologie genannt wird und die auch als Ultrakondensatortechnologie und Superkondensatortechnologie bezeichnet wird. Doppelschichtkondensatoren speichern elektrostatische Energie in einer polarisierten Elektroden/Elektrolyt-Schnittstellenschicht, die von einem elektrischen Potenzial erzeugt wird, welches zwischen zwei Elektrodenfilmen ausgebildet wird, wenn eine fertig gestellte Kondensatorzelle in ein Elektrolyt eingetaucht wird. Wenn die Elektrodenfilme und zugehörige Kollektorplatten in das Elektrolyt eingetaucht werden, werden eine erste Schicht aus elektrolytischen Dipolen und eine zweite Schicht aus geladenen Spezies ausgebildet (daher der Name "Doppelschicht"-Kondensator). Es sind einzelne Doppelschichtkondensatorzellen mit Werten verfügbar, welche 0,1 Farad und mehr umfassen. Bei einer beliebigen vorgegebenen Gehäusegröße kann eine Doppelschichtkondensatorzelle in der Größenordnung von etwa 100–1000-mal soviel oder mehr Kapazität wie eine herkömmliche Kondensatorzelle bereitstellen. Bei einer Ausführungsform liegt die Energiedichte, die von einem Doppelschichtkondensator bereitgestellt wird, in der Größenordnung von etwa 10 Wh/kg und die Leistungsdichte liegt in der Größenordnung von etwa 10.000 W/kg. Derartige Doppelschichtkondensatoren sind bei Maxwell Technologies, Inc. erhältlich.
Bei einer Ausführungsform sind vier abgedichtete Kondensatoren mit 2600 F | 2,5 V | 60 mm × 172 mm | 525 g | als eine serielle Kondensatorkette verbunden. Bei einer Ausführungsform kann ein momentaner Spitzenstrom von über 2000 Ampere durch vier derartig in Reihe geschaltete Kondensatoren durch ihre Anschlüsse fließen, wenn sie auf 10 Volt aufgeladen sind. Dementsprechend umfasst bei einer Ausführungsform jeder Kondensator vorzugsweise Anschlüsse und Verbindungen, die dimensioniert sind, um einen Spitzenstrom von 2000 Ampere sicher zu leiten.
Obwohl nur vier in Reihe geschaltete Kondensatoren erörtert werden, betrachtet der Schutzumfang der Ausführungsformen und Erfindungen, welche in diesem Kontext beschrieben sind, die Verbindung von weniger oder mehr als vier in Reihe und/oder parallel geschalteten Kondensatoren.
Nun auf 1 Bezug nehmend sind Strukturen eines Doppelschichtkondensators zu sehen. In 1 sind in einem Querschnitt ähnliche Strukturen eines Doppelschichtkondensatorblatts 10 gezeigt. Man kann sich vorstellen, dass sich die Blätter 10 nach innen und aus der 1 heraus erstrecken. Jedes Blatt 10 umfasst zwei Elektrodenfilme 40 und eine Stromkollektorplatte 60. Erste Oberflächen der Elektrodenfilme 40 sind mit der Kollektorplatte 60 gekoppelt. Bei einer Ausführungsform sind die Elektrodenfilme 40 mit einer jeweiligen leitfähigen Klebstoffschicht 50 an einer Kollektorplatte 60 befestigt. Bei einer Ausführungsform sind die Elektrodenfilme 40 aus einer Mischung aus Trockenteflon und trocken aktivierten und trocken leitfähigen Kohlenstoffpartikeln, ohne die Verwendung von irgendwelchen Verarbeitungsschritten mit Lösungsmitteln, Flüssigkeit und dergleichen ausgebildet (d.h. auf der Grundlage trockener Partikel). Bei einer Ausführungsform sind die Klebstoffschichten 50 aus einer Mischung von trocken leitfähigen Kohlenstoffpartikeln und trockenen Bindemittelpartikeln ohne die Verwendung von irgendwelchen Verarbeitungsschritten mit Lösungsmitteln, Flüssigkeit und dergleichen ausgebildet (d.h. auf der Grundlage trockener Partikel). Bei anderen Ausführungsformen können die Elektrodenfilme 40 und die Klebstoffschichten durch andere Prozesse ausgebildet sein, die Fachleuten bekannt sind, einschließlich durch Extrusion und/oder durch Beschichtung. Erste und zweite Blätter 10 sind durch einen ersten Separator 30 getrennt. Es ist ein zweiter Separator 30 bereitgestellt, um einen äußersten Separator zu umfassen (relativ zu dem Mittelpunkt der Biskuitrolle, die nachfolgend ausgebildet wird), wie durch 2 dargestellt ist. Die zwei Blätter 10 werden auf eine versetzte Weise zusammengerollt, die es ermöglicht, dass sich ein hervorstehendes Ende einer Kollektorplatte 60 des ersten Blatts 10 in eine Richtung erstreckt und dass sich ein hervorstehendes Ende einer Kollektorplatte 60 des zweiten Blatts 10 in eine zweite Richtung erstreckt. Die resultierende Kondensatorgeometrie ist Fachleuten als eine Biskuitrolle (jelly-roll) bekannt, die in 2 in einer Draufsicht dargestellt ist. Bei einer Ausführungsform umfasst die Stromkollektorplatte 60 eine geätzte oder behandelte Aluminiumfolie.
Doppelschichtkondensatoren weisen inhärente Eigenschaften auf, die ihre maximale Ladespannung auf einen theoretischen Wert von nicht mehr als etwa 4,0 Volt begrenzen. Bei einer Ausführungsform liegt eine maximale Nennladespannung eines Doppelschichtkondensators in einem Bereich von etwa 2,5 bis 3,0 Volt, welches eine Spannung ist, welche die Ausgangsspannung eines weiten Bereichs verfügbarer wiederaufladbarer und nicht-wiederaufladbarer Batterien umfasst. Bei anderen Ausführungsformen können höhere und niedrigere Spannungen verfügbar sein.
Doppelschichtkondensatoren können so konzipiert sein, dass sie eine Leistungsdichte umfassen, die größer als diejenige von Batterien vom Bleisäuretyp und vielen Nickelkadmium-, Lithium- und alkalinen Batterietypen ist; und mit einer Energiedichte, die sich an die Energiedichte annähert oder diese überlappt, welche bei Bleisäure-, Nickelkadmium-, Lithium- und alkalinen Batterien verfügbar ist.
Nun auf 3 Bezug nehmend ist ein mit einem Batterieformfaktor dimensionierter Kondensator zu sehen. Bei einer Ausführungsform ist ein Doppelschichtkondensator so konzipiert, dass er mit einem Batterieformfaktor konform ist. Obwohl eine beispielhafte Ausführungsform in diesem Kontext einen mit einem Batterieformfaktor dimensionierten Kondensator beschreibt, ist zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung mit anderen Formfaktoren angewendet werden kann, ob diese standardisiert sind oder nicht. Fachleute werden verstehen, dass mit einem standardisierten Batterieformfaktor dimensionierte Gehäuse innerhalb von Toleranzen variieren können, die eingeführt sind und von Herstellern und Fachleuten akzeptiert sind. Die Abmessungen von mit einem standardisierten Batterieformfaktor dimensionierten Gehäusen sind bei dem Internationalen Standardisierungsgremium IEC erhältlich. Fachleuten bekannte primäre Zellformfaktorstandards, welche im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung liegen, sind in dem Internationalen Standard IEC Standard 60086-1 – Ausgabe 9.0 angesprochen, welcher primäre Batterien mit Bezug auf deren elektrochemisches System, Abmessungen, Nomenklatur, Anschlusskonfigurationen, Markierungen, Testverfahren, Sicherheit bei typischer Leistung und Umweltaspekte dokumentiert, und welcher durch Bezug hierin umfasst ist. Fachleuten bekannte sekundäre Zellformfaktorstandards, welche im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung liegen, sind im internationalen Standard IEC Standard 61951-1 – Ausgabe 2.0 angesprochen, welcher sekundäre Batterien mit Bezug auf deren elektrochemisches System, Abmessungen, Nomenklatur, Anschlusskonfigurationen, Markierungen, Testverfahren, Sicherheit bei typischer Leistung und Umweltaspekte dokumentiert, und welcher durch Bezug hierin umfasst ist. Gehäuse mit einem standardisierten Batterieformfaktor und Anschlussdimensionen und Konfigurationen sind auch bei dem American National Standards Institute (ANSI) erhältlich, dessen Hauptverwaltung in Washington, DC. gelegen ist. ANSI-Standards für Batterien sind Fachleuten als ANSI/NEDA-Standards bekannt. Beispielsweise ist ein ANSI-Standard für Batteriegehäuse mit D-Zellendimensionierung als ANSI/NEDA 13A bekannt, ein ANSI-Standard für Batteriegehäuse mit C-Zellendimensionierung als ANSI/NEDA 14A bekannt, ein ANSI-Standard für Batteriegehäuse mit AA-Zellendimensionierung als ANSI/NEDA 15A bekannt, ein ANSI-Standard für Batteriegehäuse mit D-Zellendimensionierung als ANSI/NEDA 24A bekannt und ein ANSI-Standard für Batteriegehäuse mit 9 Volt Dimensionierung als ANSI/NEDA 1604A bekannt.
Bei einer Ausführungsform umfasst ein mit einem Batterieformfaktor dimensioniertes Gehäuse, das als eine Batterie mit D-Zellendimensionierung der Marke Energizer^TM gefertigt ist, einen Durchmesser von etwa 32,3–34,2 mm und eine Höhe von etwa 59,5–61,5 mm. Entsprechend umfasst bei einer Ausführungsform ein mit einem Batterieformfaktor dimensioniertes Kondensatorgehäuse 100 einen Durchmesser von etwa 33 +0/-1 mm und eine Höhe von etwa 61,5 +0/-2 mm, welches Abmessungen sind, die innerhalb der Abmessungen von ANSI/NEDA und IEC für Batteriegehäuse mit D-Zellendimensionierung und D-Zellen-Batterieabmessungen der Marke Energizer liegen. Es ist zu verstehen, dass die D-Zellenabmessung eine Darstellung eines möglichen standardisierten mit einem Batterieformfaktor dimensionierten Gehäuses ist, das im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung liegt, welche nur durch den Schutzumfang der Ansprüche begrenzt sein soll. Beispielsweise kann ein mit einem C-Zellen-Formfaktor dimensioniertes Kondensatorgehäuse einen Durchmesser von etwa 25,2 +0/-1 mm und eine Höhe von etwa 49,0 +0/-2 mm umfassen, ein mit einem AA-Zellen-Formfaktor dimensioniertes Kondensatorgehäuse kann einen Durchmesser von etwa 13,0 +0/-1 mm und eine Höhe von etwa 50,0 +0/-2 mm umfassen und ein mit einem AAA-Zellen-Formfaktor dimensioniertes Kondensatorgehäuse kann einen Durchmesser von etwa 10,0 +0/-1 mm und eine Höhe von 44,0 +0/-2 mm umfassen. Bei einer Ausführungsform wurde gezeigt, dass ein Doppelschichtkondensator in einem mit einem D-Zellen-Formfaktor dimensionierten Kondensatorgehäuse 100 425 Farad, 3,2 mOhm bei etwa 2,5 Vdc in einer 56 g Zelle und eine Energiedichte von etwa 6,5 Wh/kg und eine Leistungsdichte von etwa 8,7 kW/kg bereitstellt.
Bei einer Ausführungsform kann ein Kondensatorgehäuse 100 mit externen Elektroden-Verbindungen/Verbindern/Anschlüssen 70, 80 bereitgestellt sein, welche ähnlich zu oder gleich denjenigen von standardisierten Batterien sind. Ein Aufnehmen von Anschlussenden im Batteriestil in ein Kondensatorgehäuse 100 ermöglicht, dass das Gehäuse für eine einfache Verbindung mit Vorrichtungen vorgesehen werden kann, welche Verbindungen im Batteriestil mit einem umgekehrten Geschlecht verwenden. Da existierende standardisierte Verbinder im Batteriestil und Module, welche diese verwenden, bei Herstellern leicht erhältlich sind, können Zeit und Kosten für eine Entwurfsänderung beträchtlich verringert werden, wenn eine oder mehrere der in diesem Kontext beschriebenen Ausführungsformen implementiert werden.
Standardisierte Verbindungen/Verbinder/Anschlüsse 70, 80 im Batteriestil können auch verwendet werden, um mehrere Kondensatorgehäuse 100 miteinander zu verbinden. Beispielsweise kann die Betriebsspannung eines Doppelschichtkondensators 150 wie bei Batterien durch ein Schalten von zwei oder mehr Doppelschichtkondensatoren in Reihe erhöht werden. Die Verwendung von standardisierten Verbindungen/Verbindern/Anschlüssen 70, 80 im Batteriestil erleichtert derartige Reihenschaltungen.
Ebenso können standardisierte Verbindungen/Verbinder/Anschlüsse 70, 80 im Batteriestil verwendet werden, um Parallelschaltungen zu erleichtern. Die Verbindungen 70, 80 im Batteriestil erlauben, dass ein leichtes Auswechseln von Batterien durch Kondensatoren durchgeführt werden kann. Der Nutzen und die Vorteile der in diesen Kontext beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen ein leichtes Verbinden und Austauschen von Batterietechnologie mit Doppelschichtkondensatortechnologie und erhöhen damit die Anzahl potenzieller Anwendungen, in welchen Doppel schichtkondensatoren verwendet werden können. Darüber hinaus ist ein Wechsel des Typs der Energiekomponente von einer Batterie zu einem Doppelschichtkondensator bei Anwendungen von Interesse, in denen Wartungskosten ein Schlüsselfaktor sind oder in denen eine Zyklusfähigkeit wichtig ist.
Bei einer Ausführungsform passen die Enden 70, 80 eines mit einem Batterieformfaktor dimensionierten Kondensatorgehäuses 100 gut zu einem geometrischen Entwurf, der einen relativ großen elektrisch leitfähigen Oberflächenbereich im Vergleich zu herkömmlichen Kondensatorgehäusen aufweist, welche Leitungen, Anschlüsse etc. mit einem kleinen Durchmesser bereitstellen. Bei einer Ausführungsform beispielsweise kann ein mit einem D-Zellen-Batterieformfaktor dimensioniertes Kondensatorgehäuse 100 so konzipiert sein, dass es einen leitfähigen/mehrere leitfähige Endoberflächenbereich(e) von größer als 90 mm² umfasst. Der große elektrische Kontaktflächenbereich an den Enden eines mit einem D-Zellen-Formfaktor dimensionierten Kondensatorgehäuses 100 ermöglicht, dass ein hoher Strom mit einem minimalen elektrischen Verlust durch das Ende fließen kann. Da Doppelschichtkondensatoren höhere Ströme als vergleichbare Batterien bereitstellen oder empfangen können, können die großen Oberflächenbereichsenden 70, 80 zu diesem Zweck vorteilhaft verwendet werden. Große Oberflächenbereichsenden 70, 80 ermöglichen auch, dass die Enden in vielen geometrischen Variationen bereitgestellt werden können und dennoch innerhalb der erforderlichen Abmessungen eines speziellen Batterieformfaktors bleiben. Es kann beispielsweise ein geeignetes Dimensionieren der Enden 70, 80 durchgeführt werden, um große Verbindungen vom Einschraubtyp, Verbindungen vom mechanischen Drucktyp, Verbindungen vom Schweiß-/Löttyp sowie andere bereitzustellen, die im Stand der Technik der Kondensatoren nicht praktikabel oder möglich wären.
Doppelschichttechnologie kann nun mit Leistungsmerkmalen für Energie- und/oder Leistungsdichte ausgestattet werden, die sich denjenigen von Batterien annähern oder diese übertreffen. Entsprechend kann Doppelschichtkondensatortechnologie in einem mit einem standardisierten Batterieformfaktor dimensionierten Gehäuse untergebracht werden, um äquivalent dimensionierte Batterien zu ergänzen oder zu ersetzen. Doppelschichtkondensatortechnik in einem mit einem Batterieformfaktor dimensionierten Gehäuse 100 kann auch zu Verbesserungen bei der Batterietechnologie führen. Beispielsweise kann ein Doppelschichtkondensator 150 mit einer D-Zellendimensionierung viel mehr Ladungs-/Wiederaufladungszyklen bereitstellen, als mit einer wiederaufladbaren Batterie mit einer D-Zellendimensionierung erreicht werden können. Da Doppelschichtkondensatoren einen elektrostatischen Speichermechanismus verwenden, können sie ohne einen Leistungsabfall Hunderttausende von Malen geladen und entladen werden, im Vergleich zu Lebenszyklen für wiederaufladbare Batterien von weniger als 1000.
Obwohl es mit Bezug auf ein mit einem D-Zellen-Formfaktor dimensioniertes Gehäuse 100 erörtert wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein Gehäuse mit einem D-Zellen-Formfaktor und/oder standardisierte Batterieelektroden-Verbindungen/Verbinder/Anschlüsse 70, 80 begrenzt. Beispielsweise können ein oder mehrere der voranstehend aufgezeigten Prinzipien und Vorteile verwendet werden, um andere Kondensatorgehäuse und Verbinder zu bewirken, die mit einem Batterieformfaktor dimensioniert sind. Beispielsweise werden verschiedene Elektrowerkzeuge nun von Batterien in einem Gehäuse mit einem speziellen Elektrowerkzeugformfaktor betrieben. Bei einer Ausführungsform ist ein/sind mehrere Doppelschichtkondensator(en) in einem derartigen herstellerspezifischen Gehäuse untergebracht. Obwohl einige Doppelschichtkondensatoren mög licherweise nicht die Energiedichte von Batterien aufweisen, weisen sie typischerweise eine höhere Leistungsdichte als Batterien auf und können daher als ein kurzzeitiger Ersatz für einen Elektrowerkzeug-Batteriestapel verwendet werden. Da eine doppelschichtkondensatorbasierte Energiequelle in einem mit einem Batterieformfaktor dimensionierten Kondensatorgehäuse schneller als eine Batterie wiederaufgeladen werden kann, zum Beispiel in der Größenordnung von etwa 15 Sekunden im Gegensatz zu den mehreren 10 Minuten für eine Batterie, kann eine Doppelschichtkondensatortechnologie als ein Batterieersatz oder eine Ergänzung verwendet werden, wenn (Wiederauf-)Ladezeiten kritisch sind.
Nun auf 4 Bezug nehmend ist eine perspektivische Ansicht eines Doppelschichtkondensators von einem "Biskuitrollentyp" zu sehen. Bei einer Ausführungsform erstrecken sich Enden eines versetzten Kollektors von einem Ende 1212 eines zusammengerollten Doppelschichtkondensators 1200, und Enden eines anderen versetzten Kollektors (dargestellt durch beispielhafte Kollektorausdehnungen 1202) erstrecken sich von einem anderen Ende 1206. Bei einer Ausführungsform ist der Kondensator um einen zentral angeordneten Stab herum aufgerollt, welcher nach dem Zusammenrollen entfernt werden kann, um somit einen zentral angeordneten Leerraum in der Biskuitrolle zu hinterlassen.
Auf 5a und bei Bedarf auf vorhergehende Figuren Bezug nehmend umfasst bei einer Ausführungsform ein Doppelschichtkondensator mit einem D-Zellen-Formfaktor ein Gehäuse 100, eine Abdeckung 200 und eine Biskuitrollenelektrode 300. Bei einer Ausführungsform umfasst das Gehäuse Aluminium und die Abdeckung 200 umfasst Aluminium.
Mit Bezug auf 5b und bei Bedarf auf vorhergehende Figuren kann die Abdeckung 200 extrudiert, geprägt, maschinell bearbeitet, gespritzt und/oder gestanzt sein, um der allgemeinen Gestalt eines Endes einer D-Zellen-Batterie zu entsprechen oder diese zu umfassen. Wie in 5b zu sehen ist, umfasst die Abdeckung 200 in ihrer nicht zusammengebauten Form eine kreisförmige Geometrie mit einer oberen Oberfläche 201 und einer unteren Oberfläche 202 und einem umgebogenen äußeren Umfang 203. Die untere Oberfläche 202 wird an dem äußeren Umfang später mit dem Gehäuse 100 während eines Prozesses gekoppelt, der eine Dichtung zwischen der Abdeckung 200 und dem Gehäuse 100 ausbildet.
Ein zusammengebauter Doppelschichtkondensator umfasst eine positive und eine negative Polarität. Um eine derartige Polarität elektrisch zu trennen, kann ein elektrischer Isolator oder eine elektrische Isolierung bereitgestellt sein, beispielsweise zwischen einer Abdeckung 200 und einem Gehäuse 100. Wie später angezeigt wird, kann vorzugsweise auch ein Dichtungsmaterial zwischen der Abdeckung 200 und dem Gehäuse 100 bereitgestellt sein.
Bei einer Ausführungsform wird der elektrische Isolator auf die Abdeckung 200 aufgebracht. Bei Ausführungsformen kann der Isolator auf die Abdeckung 200 aufgebracht werden, indem der Isolator durch Eintauchen oder Besprühen der Abdeckung aufgebracht wird. Bei einer Ausführungsform wird ein Isolator in der Form einer Flüssigkeit 204 derart auf die Abdeckung 200 aufgetragen, dass der Isolator über eine Oberfläche der Abdeckung durch Rotationsfliehkräfte verteilt wird, welche von der Abdeckung auf die Flüssigkeit übertragen werden, während die Abdeckung um ihren Mittelpunkt gedreht wird. Bei einer Ausführungsform bewirkt ein nach oben umgebogener Abschnitt des äußeren Umfangs 203, dass ein Ausbreiten der Flüssigkeit 204 auf einen Bereich innerhalb des Umfangs begrenzt wird, wenn diese von oberhalb einer rotierenden Abdeckung 200 mit einer Ausrichtung der Abdeckung aufgebracht wird, welche ein Auf tragen der Flüssigkeit 204 auf die untere Oberfläche 202 ermöglicht. Ein Rotieren der Abdeckung 200, um Materialien auf einer blanken Abdeckung oder einer zuvor beschichteten Abdeckung gleichmäßig zu verteilen, kann auf andere Materialien, beispielsweise Dichtmittel, ausgedehnt werden, welche nachfolgend weiter erörtert werden.
Bei einer Ausführungsform muss eine elektrische Verbindung zwischen der Abdeckung 200 und der Biskuitrolle 300 hergestellt werden und zu diesem Zweck wird vorzugsweise ein Abschnitt der Oberfläche 202, auf welche ein Isolator aufgebracht wurde, frei von dem Isolator gelassen. Bei einer Ausführungsform wird ein zentraler Abschnitt 205 der Oberfläche 202 freigelassen.
Wenn es erforderlich ist, dass ein Material nur auf einen Abschnitt einer Abdeckung 200 aufgebracht wird, wird der blanke Abschnitt der Abdeckung typischerweise von dem Material abgeschirmt. Eine derartige Abschirmung sowie ein Aufbringen von Material ist insofern zeitraubend, als es ein individuelles Handhaben einer jeden Abdeckung erfordert.
Die vorliegende Erfindung hat einen neuartigen und neuen Weg zum Aufbringen eines Materials auf eine Abdeckung 200 aufgezeigt, welcher kein individuelles Handhaben einer jeden Abdeckung während eines Aufbringens des Materials erfordert. Die vorliegende Erfindung ermöglicht, dass mehrere Abdeckungen 200 in einer Stapelbetriebsart verarbeitet werden können, wobei die Abdeckungen vor und nach der Verarbeitung in einer Konfiguration gehalten werden können, welche ein Aufbringen des Materials erleichtert, während zur gleichen Zeit ein zentraler Abschnitt einer Abdeckung abgeschirmt wird. Bei einer Ausführungsform ist das Material der voranstehend erörterte Isolator.
Auf 5c und bei Bedarf auf vorhergehende Figuren Bezug nehmend wird eine Abdeckung 200a nach der Herstellung auf eine zuvor hergestellte blanke Abdeckung 200b gestapelt. Dieser Stapelvorgang kann innerhalb von Grenzen andauern, welche durch die Möglichkeit zu einer effektiven Handhabung eines derartigen Stapels bestimmt sind. Sobald ein Stapel 200c von Abdeckungen gebildet ist, kann der Stapel in einer Stapelbetriebsart bewegt werden, um eine Stapelverarbeitung der Abdeckungen zu bewirken. Bei einer Ausführungsform beispielsweise kann ein Stapel 200c von 30 Abdeckungen von einem Herstellbereich zu einem anderen bewegt werden, ohne jede Abdeckung getrennt handhaben zu müssen.
Ein Isolator 200d kann auf einzelne Abdeckungen, die einen Stapel 200c umfassen, aufgebracht werden, ohne dass es erforderlich ist, den Stapel zu zerlegen. Obwohl ein derartiger Stapel 200c von Abdeckungen unter Verwendung einer Sprühtechnik mit einem Isolator 200d beschichtet werden könnte, wobei der Isolator auf den gesamten Stapel aufgebracht werden könnte, kann der Isolator 200d typischerweise nicht ausreichend in die Abstände zwischen dem Stapel 200c eindringen, weil der vertikale Abstand "A" zwischen jeder gestapelten Abdeckung relativ klein ist, beispielsweise in der Größenordnung von 1,59 mm (1/16 eines Inch).
Jedoch kann ein Aufbringen des Isolators 200d auf einen Stapel 200c von Abdeckungen durch einen Prozess, der Fachleuten als "Kataphorese" bekannt ist, eine gleichmäßige, glatte, konsistente Dicke des Isolators 200d entlang der Oberflächen der Abdeckung bereitstellen. Kataphorese ist ein Fachleuten bekannter Prozess, bei dem ein Material (beispielsweise der Isolator 200d) auf eine Oberfläche gleichmäßig aufgetragen werden kann, indem entgegengesetzte elektrische Ladungen auf das Material und den Gegenstand aufgebracht werden, auf den aufgetragen werden soll (beispielsweise die Abdeckung 200). Zahlreiche Untersuchungen durch die gegenwärtigen Erfinder haben aufgezeigt, dass COLORAL^® gegenwärtig zum Aufbringen durch Kataphorese und sowie zur Verwendung in einem Doppelschichtkondensatorprodukt am besten geeignet ist. COLORAL^® ist bei VISTA NV erhältlich.
Bei einer Ausführungsform ist es gewünscht, dass der Isolator 200d gleichmäßig und konsistent sowohl auf der oberen Oberfläche 201 als auch auf der unteren Oberfläche 202 an dem äußeren Radius der Abdeckung 200, aber nicht an dem inneren Radius der Abdeckung aufgetragen wird. Ein Aufbringen des Isolators 200d durch Kataphorese auf einen Stapel 200c von Abdeckungen bewirkt, dass der Isolator 200d nicht auf den inneren Radius der Abdeckung 200 aufgetragen wird. Wenn mit anderen Worten zwei oder mehr Abdeckungen 200 gestapelt sind, kann die obere Abdeckung aufgrund ihrer Geometrie ein Abschirmen der Abdeckung darunter von einem extern aufgebrachten Isolator bewirken. Da bei einem Stapel 200c der zentrale Abschnitt 205 einer unteren Abdeckung durch eine angrenzende obere Abdeckung blockiert sein kann, kann der zentrale Abschnitt 205 der unteren Abdeckung abgeschirmt werden, ohne dass irgendein Bedienereingriff erforderlich ist. Während eines nachfolgenden Schritts eines Aufbringens des Isolators 200d durch Kataphorese oder anderweitig wird der innere Radius einer jeden Abdeckung (außer möglicherweise der obersten Abdeckung) von dem Isolator 200d durch den zentralen Abschnitt 205 einer angrenzenden Abdeckung freigehalten. Nach einem Aufbringen des Isolators auf den Stapel 200c von Abdeckungen können die Abdeckungen in einer Stapelbetriebsart zu nachfolgenden Verarbeitungsschritten bewegt werden, bei denen die Abdeckungen nach Bedarf einzeln von dem Stapel getrennt werden können.
Bei einem nachfolgenden Schritt wird eine getrennte Abdeckung 200 mit einem aufgebrachten Isolator 200d mit einem Dichtmittel 200e beschich tet. Das Dichtmittel 200e stellt Flexibilität und Dichtigkeit bereit, sodass, wenn die Abdeckung 200 zur Abdichtung eines Gehäuses 100 verwendet wird, das auf diese Weise ausgebildete abgedichtete Kondensatorprodukt frei vom Austreten eines Elektrolyts ist. Bei einer Ausführungsform wird das Dichtmittel 200e vorzugsweise aus einem Dichtmittel gewählt, die als DAREX bei W.R. Grace S.A. verfügbar ist. Das Dichtmittel wird vorzugsweise derart aufgebracht, dass eine gleichmäßige, glatte, konsistente Schicht des Dichtmittels 200e über dem Isolator 200d ausgebildet wird. Bei einer Ausführungsform wird das Dichtmittel 200e als eine Flüssigkeit 204 auf den äußeren radialen Umfang einer rotierenden Abdeckung 200 aufgebracht, wobei Fliehkräfte der Abdeckung die Flüssigkeit gleichmäßig über den äußeren Radius der Abdeckung verteilen. Durch eine geeignete Anfangsplatzierung der Flüssigkeit 204 und eine angemessene Drehgeschwindigkeit kann eine gleichmäßige, glatte, konsistente Schicht ausgebildet und derart verteilt werden, dass ein innerer Radius der Abdeckung 200 von dem Dichtmittel 200e frei bleibt. Vor einer weiteren Behandlung kann die Abdeckung anschließend wärmebehandelt werden.
Auf 5d und bei Bedarf auf vorhergehende Figuren Bezug nehmend wird bei einem nachfolgenden Schritt ein halbsteifes elektrisch leitfähiges Metall 600 mit einem blanken Zentralabschnitt 205 der unteren Oberfläche 202 einer Abdeckung 200 verbunden. Zu Beginn wird das Metall 600 aus einem 0,6 mm dicken ebenen Aluminiumblech gebildet. Das Metall 600 weist eine ausreichende Querschnittsfläche auf, um in der Lage zu sein, 2000 Ampere Strom ohne eine Beschädigung des Metalls 600 oder der Verbindungen durchzuleiten, die zur Kopplung des Metalls mit der Abdeckung und der Biskuitrolle hergestellt wurden. Das Metall ist in eine Geometrie geformt, die ein erstes Ende 600a, ein zweites Ende 600b und einen Mittelabschnitt 600c umfasst. Bei einer Ausführungsform umfasst das Metall an dem zweiten Ende 600b einen Abschnitt, der sich im We sentlichen rechtwinklig zu einer Achse erstreckt, die von dem ersten Abschnitt 600 und dem Mittelabschnitt 600c gebildet wird. Bei einer Ausführungsform umfasst das zweite Ende 600b einen zentral angeordneten Leerraum 600d. Der Leerraum kann einen Schlitz, ein Loch oder eine andere Öffnung umfassen. Vor einer Befestigung an einer Abdeckung 200 kann das Metall 600 an dem Mittelabschnitt 600c zweimal derart gebogen werden, dass das Metall eine Gestalt umfasst, die der eines "M" ähnlich ist, wenn es in einem Querschnitt betrachtet wird. Bei dieser "M"-Konfiguration wird das erste Ende 600a an einem zentralen Abschnitt 205 einer Abdeckung 200 befestigt. Die Befestigung wird vorzugsweise durch Schweißen hergestellt, beispielsweise durch Punktschweißen oder Laserschweißen. Nach der Befestigung des Metalls 600 an einer Abdeckung 200 wird die Abdeckung beiseite gelegt, bis sie benötigt wird, wie nachfolgend weiter beschrieben wird.
Auf 5e und bei Bedarf auf vorhergehende Figuren Bezug nehmend erhält man in einem nachfolgenden Schritt ein Gehäuse 100. Vorzugsweise wird das Gehäuse 100 so ausgebildet, dass es an seinem offenen Ende einen nach innen gebogenen Halsabschnitt 100a und einen nach außen gerichteten Lippenabschnitt 100b umfasst. Diese Geometrie bewirkt ein Abdichten zwischen einer Abdeckung 200 und dem Gehäuse 100 während eines nachfolgenden Bördel-/Abdichtungsschritts. Andere Geometrien liegen auch in dem Schutzumfang der Erfindung. Bei einer Ausführungsform kann das Ausbilden (zum Beispiel Einschnüren, Abdichten) etc. nach einem Einführen einer Biskuitrolle 300 in das Gehäuse bewirkt werden, wobei Fachleuten die Implementierung derartiger Prozesse bekannt ist. Bei einer Ausführungsform kann das Gehäuse 100 während der Herstellung des Gehäuses dem Aufbringen einer Präge- oder einer anderen Formkraft unterworfen sein, welche eine Längsvertiefung 100c in dem Gehäuse ausbildet. Die Vertiefung 100c kann verwendet werden, um das Gehäuse bis zum einem Maß zu schwächen, welches ermöglicht, dass die Vertiefung bei einem speziellen Druck langsam bricht oder sich öffnet. Die Fähigkeit zu einem langsamen Brechen oder Sich-Öffnen schützt ein abgedichtetes Kondensatorprodukt vor einer katastrophalen Explosion während einiger seiner Fehlerbetriebsarten. Mit anderen Worten kann die Vertiefung 100c eine Funktionalität bereitstellen, die der einer "Sicherung" gleicht, wobei die Vertiefung bei einem gewissen Druck den Überdruck aufnimmt und den Kondensator schließlich in einen nicht funktionalen Zustand versetzt. Die Außenseite und die Innenseite des Gehäuses 100 werden unter Verwendung von Techniken gereinigt, die Fachleuten bekannt sind.
Bei einem anschließenden Schritt wird ein elektrischer Isolator 100e auf die Außenseite und die Innenseite des Gehäuses 100 aufgebracht. Bei einer Ausführungsform wird der Isolator 100e auf das Gehäuse aufgebracht, während die Dose einer Rotation um eine zentrale Längsachse unterworfen ist. Bei einer Ausführungsform wird der Isolator 100e durch ein Aufsprühen des Isolators aufgebracht. Bei einer Ausführungsform ist der Isolator 100e eine PAM-Polyamidbeschichtung, die Fachleuten bekannt ist. Bei einer Ausführungsform wird der Isolator 100e nur auf einen Abschnitt der Außenseite und der Innenseite des Gehäuses 100 aufgebracht. Beispielsweise kann es sein, dass die Innenseite und die Außenseite des Gehäuses 100 bis zu einem Maß beschichtet werden müssen, das benötigt wird, um ein anschließendes Abdichten des Gehäuses 100 durch eine Abdeckung 200 zu bewirken. Mit anderen Worten kann eine elektrische Isolierung nur auf einen Abschnitt der Außenseite des Gehäuses 100 aufgebracht werden, der andernfalls einen elektrischen Kontakt mit einer blanken Abdeckung 200 herstellen würde. Bei einer Ausführungsform ist der Abschnitt der Innenseite und der Außenseite des Gehäuses 100, der mit einer elektrischen Isolierung 100e bedeckt wird, ein oberer Abschnitt der Außenseite des Gehäuses.
Der obere Abschnitt der Innenseite des Gehäuses 100 wird vorzugsweise aus demselben Grund mit einem Isolator bedeckt, aus dem der obere Abschnitt der Außenseite des Gehäuses bedeckt wird, nämlich zur elektrischen Isolierung zwischen Oberflächen des oberen Abschnitts und einer anschließend aufgebrachten Abdeckung 200. Jedoch kann ein Aufbringen eines Isolators auf denverbleibenden Abschnitt der Innenseite des Gehäuses 100 auch notwendig sein. Vor dem Bereitstellen einer weiteren Beschreibung des Aufbringens des Isolators 100e auf den Abschnitt der Innenseite des Gehäuses 100 wird eine genauere Beschreibung der Biskuitrolle 300 bereitgestellt.
Auf 5f und bei Bedarf auf vorhergehende Figuren Bezug nehmend wird bei einer Ausführungsform eine Biskuitrolle 300, die versetzte Kollektoren umfasst, in einem offenen Ende eines Gehäuses 100 angeordnet. Bei einer Ausführungsform, bei der das Gehäuse 100 mit einer Polarität versehen ist und die Abdeckung mit der entgegengesetzten Polarität versehen ist, kann eine Ausrichtung der Biskuitrolle 300 in dem Gehäuse 100 die Leistungsfähigkeit eines fertigen Kondensatorprodukts beeinflussen. Wenn beispielsweise ein der äußersten Elektrodenschicht 300a zugeordneter sich erstreckender Kollektor mit der positiven Polarität der Abdeckung 200 gekoppelt ist (d.h. "umgedrehte" Biskuitrollenausrichtung), kann die positive Polarität der Abdeckung durch die äußerste Elektrodenschicht mit der negativen Polarität des Gehäuses elektrisch kurzgeschlossen werden. Obwohl die Biskuitrolle 300 bei einer Ausführungsform von dem Gehäuse 100 durch einen äußersten Papierseparator 30 (1d) physikalisch getrennt sein kann, wirkt dieser nicht als vollständiger elektrischer Separator der Biskuitrolle von dem Gehäuse, wenn er anschlie ßend mit einem leitfähigen Elektrolyt getränkt wird, da der Papierseparator 30 porös ist. Eine Verwendung des Papierseparators 30 kann auch eine thermische Isolierung der Biskuitrolle 300 von dem Gehäuse 100 bewirken, welche als Begrenzung einer thermischen Dissipation von Wärme durch das Gehäuse wirken kann, welche von der Biskuitrolle 300 erzeugt wird, was als eine Folge die Lebensdauer der Biskuitrolle verringern kann.
Auf 5g und bei Bedarf auf vorhergehende Figuren Bezug nehmend, kann bei einer "umgedrehten" Biskuitrollenausrichtung eine zusätzliche äußere Hülse aus dünnem Kunststoff oder einem anderen isolierenden Material 300b zur Bereitstellung einer elektrischen Isolierung von einem Gehäuse 100 auf eine Biskuitrolle 300 aufgebracht werden. Die Verwendung eines derartigen äußeren isolierenden Materials 300b führt jedoch zu Zusatzkosten sowohl beim Material als auch bei der Zeit.
Wieder auf 5e Bezug nehmend wird bei einer Ausführungsform ein elektrischer Isolator von einem oberen Abschnitt der Wände der Innenseite des Gehäuses 100 zu einem unteren Abschnitt aufgebracht. Bei einer Ausführungsform wird der elektrische Isolator als ein fixiertes Spray während einer Zeit aufgebracht, in der das Gehäuse gedreht wird. Wie voranstehend beschrieben wurde, wurde herausgefunden, dass PAM-Polyamid ein bevorzugter Isolator 100e zur Verwendung für eine Sprühbeschichtung ist. Eine derartige Beschichtung kann als eine natürliche Erweiterung der Beschichtung der oberen äußeren und oberen inneren Abschnitte des Gehäuses 100 aufgebracht werden. Als ein Ergebnis kann es sein, dass bei einer Ausführungsform, bei der eine Biskuitrolle in einer umgedrehten Ausrichtung eingeführt wird, sowie in einer umgedrehten Ausrichtung, wenn ein Isolator 100e auf die Wände der Innenseite des Gehäuses aufgebracht wird, dass ein isolierendes Material 300b nicht verwendet zu werden braucht.
Während eines Aufbringens des Isolators 100e auf die Innenwände des Gehäuses 100 kann jedoch eine gewisse Menge von Isolator auf das innere untere Ende 100f des Gehäuses aufgetragen werden, beispielsweise durch Übersprühen oder durch Diffusion. Ein derartiger Auftrag an dem inneren unteren Ende 100f kann sich negativ auf einen anschließenden elektrischen Verbindungsschritt auswirken, der zwischen den Kollektoren der Biskuitrolle 300 und dem unteren inneren Ende des Gehäuses 100 durchgeführt wird.
Bei einer Ausführungsform werden nach einem Schritt eines Einführens einer Biskuitrolle 300 in das Gehäuse 100 die Kollektoren an einem Ende der Biskuitrolle mit dem Gehäuse durch Schweißen elektrisch gekoppelt. Während des Schweißens ist es wünschenswert, die Biskuitrolle 300 niederzudrücken, um über einen großflächigeren Kontakt und eine großflächigere Schnittstelle zwischen den Kollektoren und dem Gehäuse 100 zu verfügen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Schweißen mit einem Laserschweißschritt bewirkt, bei dem ein Laserlichtstrahl 300m (5f) mit einem speziellen Muster auf das untere Ende der Außenseite des Gehäuses 100 aufgebracht wird. Vorzugsweise weist der Laserlichtstrahl eine ausreichende Intensität auf, um das Gehäuse 100 und die Kollektoren der Biskuitrolle 300 derart zu erwärmen, dass die Kollektoren an dem Gehäuse 100 physikalisch und elektrisch befestigt werden, ohne das Gehäuse oder die Biskuitrolle zu beschädigen.
Jegliche Verunreinigungen, Schmutz, Rückstände und/oder Übersprühreste, die an dem inneren unteren Ende 100f vorhanden sind, können sich störend auf den Schweißprozess auswirken. Beispielsweise kann ein Overspray aus einem Aufbringen des Isolators 100e auf die Innenseite der Wände des Gehäuses 100 entstehen und auf dem inneren unteren Ende 100f des Gehäuses aufgetragen sein. Ein derartiger Overspray kann in Wechselwirkung mit dem extern aufgebrachten Laserstrahl treten, indem er einen lokalen Temperaturanstieg am Punkt des Aufbringens des Laserlichts 300m bewirkt. Eine derart erhöhte Temperatur kann ein Durchbrennen an dem unteren Ende des Gehäuses 100 und/oder eine Beschädigung des Gehäuses und/oder der Biskuitrolle 300 bewirken. Zusätzlich kann eine derart erhöhte Temperatur eine Wechselwirkung mit dem Isolator 100e bewirken, so dass er Verunreinigungen freisetzt oder erzeugt, die anschließend einen Betrieb der Biskuitrolle 300 beeinflussen können. Entsprechend ist es bevorzugt, dass das innere untere Ende 100f des Gehäuses frei von irgendwelchem Schmutz, Verunreinigungen, Rückständen, einschließlich frei von dem Isolator gehalten wird, wenn die Innenseite des Gehäuses 100 mit einem Isolator 100e versehen wird.
Mit Bezug auf 5e und bei Bedarf auf vorhergehende Figuren wird bei einer Ausführungsform während eines Aufbringens des Isolators 100e in dem Gehäuse 100 eine Scheibe 100s in dem Gehäuse bereitgestellt. Bei einer Ausführungsform wird ein Durchmesser der Scheibe 100s ein wenig kleiner als der Innendurchmesser des Gehäuses gemacht. Bei einem Schritt des Sprühens des Isolators 100e in das Innere des Gehäuses 100e wird die Scheibe 100s in das Gehäuse eingeführt, wobei während der Zeit der drehenden Rotation des Gehäuses und des Aufbringens des Isolators 100e ein Druck unter der Scheibe aufgebracht wird, der größer als derjenige über der Scheibe ist. Bei einer Ausführungsform kann der Druck über einen hohlen Stab 100r aufgebracht werden, der auch zum Zentrieren der Scheibe 100s in dem Gehäuse verwendet werden kann. Mit einem positiven Relativdruck, der in dem Gehäuse 100 unter der Scheibe 100s erzeugt wird, kann jeglicher gesprühte Isolator 100e, der über der Scheibe 100s aufgebracht wird, daran gehindert werden, unter die Scheibe zu migrieren oder zu diffundieren. Auf diese Weise können die Innenseiten der Wände des Gehäuses 100 selektiv und gleichmäßig mit dem Isolator 100e beschichtet werden, und das innere untere Ende 100f kann frei von dem Isolator gehalten werden.
Bei anderen Ausführungsformen kann die Scheibe 100s verwendet werden, um einen Isolator 100e oder ein anderes Material auf die Innenseite eines Gehäuses steuerbar aufzubringen, sodass sich das Material anders als über die volle Länge von oben nach unten an der Innenseite der Wände des Gehäuses erstreckt. Ein derartiges selektives und steuerbares Aufbringen von Material auf die Innenseite der Wände des Gehäuses 100 kann bei anderen Ausführungsformen verwendet werden. Bei einer Ausführungsform kann es beispielsweise gewünscht sein, eine Isolierhülse 300b (5g) um nur einen kurzen unteren Abschnitt einer Biskuitrolle 300 herum bereitzustellen, in welchem Fall nur ein oberer Abschnitt der Innenseite der Wände des Gehäuses 100 mit einem Isolator beschichtet werden müsste. Nachdem der Isolator 100e auf die Innenseite des Gehäuses 100 aufgebracht ist, kann der Isolator bei einer geeigneten Temperatur getrocknet werden, und eine Biskuitrolle 100 wird in das Gehäuse eingeführt (5f). Vor dem Einführen in das Gehäuse 100 können die vorstehenden Kollektoren der Biskuitrolle 300 an beiden Enden derart umgebogen werden, dass ein flächengleicher Oberflächenkontakt zwischen den Kollektoren erreicht werden kann und dass ein besserer elektrischer und geschweißter Kontakt anschließend damit hergestellt werden kann.
Bei einer Ausführungsform, bei der ein mit einer äußersten Elektrodenschicht 300a verbundener sich erstreckender Kollektor mit dem Gehäuse 100 gekoppelt wird (eine "nicht umgedrehte" Biskuitrollenausrichtung) und bei der ein direkter elektrischer Kontakt zwischen einer äußersten Elektrodenschicht und dem Gehäuse 100 gewünscht sein kann, um einen elektrischen Widerstand zwischen dem Gehäuse und dem äußersten Kol lektor der äußersten Elektrodenschicht zu verringern, ist zu verstehen, dass der voranstehend beschriebene Isolator 100e nur auf den oberen inneren Abschnitt des Gehäuses 100, der für eine anschließende Abdichtung verwendet wird, aufgebracht zu werden braucht. Wie voranstehend erörtert wurde, kann jedoch ein äußerster Papierseparator 30 bewirken, dass eine thermische Dissipation sowie eine Leitfähigkeit zwischen der äußersten Elektrodenschicht 300a und dem Gehäuse 100 verschlechtert wird. Daher kann bei einigen Ausführungsformen die äußerste Elektrodenschicht 300a einer Biskuitrolle 300 eine begrenzte oder keine Funktionalität bereitstellen. Bei einem derartigen Fall können die Materialien (Separator, Kohlenstoff, Bindemittel, etc.), welche zur Ausbildung der äußersten Elektrodenschicht 300a verwendet werden, so angesehen werden, dass sie ein Volumen des Kondensators einnehmen, das andernfalls zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit eines Kondensators verwendet werden könnte.
Zu diesem Zweck kann es bei einer "nicht umgedrehten" Ausrichtung der Biskuitrolle 300 bevorzugt sein, während oder nach der Herstellung der Kondensatorblätter 10 (1c) einen Abschnitt des Elektrodenfilms 40 und, falls verwendet, der Klebstoffschicht 50 von dem Blatt 10 zu entfernen, welcher der äußersten Elektrodenschicht 300a entspricht.
Auf 5h und bei Bedarf vorhergehende Figuren Bezug nehmend sind zwei Kondensatorblätter 11, 12 zu sehen, wobei bei einer nicht zusammengerollten Konfiguration jedes Elektrodenblatt 11, 12 einer Biskuitrolle 75 einen Elektrodenfilm 40, eine Klebstoffschicht 50 und eine Kollektorplatte 60 aufweist. Das Elektrodenblatt 12 unterscheidet sich von dem Elektrodenblatt 11 dadurch, dass sich der flächengleiche Kontakt des Elektrodenfilms 40 und der Klebstoffschicht 50 mit einer Seite der Kollektorplatte 60 um einen Abstand "Y" unterscheidet. Bei einer Ausführungs form entspricht der Abstand "Y" in etwa dem gleichen Abstand wie die äußere freiliegende Oberfläche an einem Umfang einer Biskuitrolle, die anschließend aus den Elektrodenblättern 11, 12 und den Separatoren 10 gebildet wird. Bei einer Ausführungsform kann auch der Papierseparator 10, der so ausgerichtet ist, dass er der äußerste Separator einer Biskuitrolle ist, in der Länge um einen Abstand "Y" verkürzt sein. Bei einer Ausführungsform können die Enden der Separatoren 10 und der Elektrodenblätter 11, 12 an Enden über einander gelegt werden und anschließend zu einer Biskuitrolle 75 zusammengerollt werden. Auf diese Weise kann somit eine Biskuitrolle 75 so ausgebildet werden, dass sie eine äußerste Elektrodenschicht 12 umfasst, die nur einen blanken Kollektorplattenabschnitt 60 ("Y"-Abstand) entlang der Außenumfangsoberfläche der Biskuitrolle zeigt, welcher dann verwendet werden kann, um einen direkten elektrischen Kontakt mit einem Gehäuse 100 derselben Polarität herzustellen. Bei einer Ausführungsform kann der "Y"-Abstand des Elektrodenfilms 40 und/oder der Klebstoffschicht 50 nach dem Aufwickeln der Biskuitrolle von der äußersten Elektrodenschicht 12 entfernt werden. Bei derartigen Ausführungsformen, bei welchen gewünscht ist, dass ein elektrischer Kontakt mit der äußersten Elektrodenschicht 12 hergestellt wird, benötigen die Innenwände eines Gehäuses 100 kein Aufbringen eines Isolators.
Bei einer Ausführungsform wird vor einem Einführen in das Gehäuse 100 das Ende der Biskuitrolle 300, das sich von dem offenen Ende des Gehäuses erstrecken würde, an dem unteren Ende 600b des leitfähigen Metalls 600 (5d) befestigt. Bei einer Ausführungsform wird das untere Ende 600b an der Biskuitrolle 300 durch ein Anwenden eines Laserstrahls während einer Zeit befestigt, in der die Unterseite in einem zentralisierten Kontakt mit dem Ende der Biskuitrolle gehalten wird. Der Laserstrahl weist vorzugsweise eine Größe auf, dass die Biskuitrolle während eines Schweißens des unteren Endes 600b an die Biskuitrolle 300 nicht be schädigt wird, aber eine ausreichende Größe, dass eine feste Verbindung mit den Kollektoren der Biskuitrolle hergestellt wird.
Auf 5i Bezug nehmend wird die Biskuitrolle 300 bei einer Ausführungsform in dem Gehäuse 100 abgedichtet, indem die Abdeckung 200 auf dem Gehäuse platziert wird und indem eine Kraft auf die Abdeckung 200 und die oberen Abschnitte 100a–b des Gehäuses (5e) aufgebracht wird, um die Abdeckung und den oberen Abschnitt zur gleichen Zeit und auf eine Weise mechanisch zu bördeln, dass die Dichtung 200e, die zuvor auf die Abdeckung aufgebracht wurde, eine hermetische Dichtung gegen eine Freisetzung und einen Zufluss von Gasen, Flüssigkeiten, Verunreinigungen, etc. erzeugt, und sowie dass der Isolator 100e und 200d, der zuvor auf das Gehäuse und die Abdeckung aufgebracht wurde, bewirkt, dass die Abdeckung elektrisch von dem Gehäuse isoliert ist.
Während des Schritts des Aufbringens der Abdeckung 200 auf das Gehäuse 100 wird das Metall 600 (5a) an den zuvor umgebogenen Abschnitten weiter gefaltet werden, und dass, wenn die Abdeckung mit dem Gehäuse vollständig abgedichtet ist, eine Federwirkung des gebogenen Metalls wirken kann, um eine nach unten gerichtete Kraft auf die Biskuitrolle 300 auszuüben. Diese Federwirkung kann zur Herstellung eines besseren Kontakts zwischen der Biskuitrolle 300 und dem Gehäuse 100 bei einer Ausführungsform beitragen, bei welcher das untere Ende der Biskuitrolle mit dem unteren Ende des Gehäuses lasergeschweißt wird, nachdem das Gehäuse durch eine Abdeckung 200 abgedichtet ist.
Nachdem bei einer Ausführungsform ein Gehäuse 100 durch eine Abdeckung 200 abgedichtet ist, kann das resultierende Kondensatorprodukt mit einem Elektrolyt getränkt werden, indem das Elektrolyt durch einen abdichtbaren Befüllungsanschluss 800 eingefüllt wird. Bei einer Ausfüh rungsform wird nach dem Einfüllen von Elektrolyt ein Niet 500 in den Befüllungsanschluss eingefügt. Der Niet 500 wird verwendet, um einen O-Ring 400 gegen das Gehäuse 100 zusammenzudrücken, wonach das Kondensatorprodukt in seiner abgedichteten Form zur Verwendung bereitgestellt werden kann. Nachdem ein Niet 500 zur Abdichtung eines Kondensators verwendet wird, kann jedoch ein Abschnitt des Niets in dem Gehäuse 100 verbleiben und sich dort erstrecken. Ein derartiger sich erstreckender Abschnitt eines Niets 500 kann bewirken, dass eine Biskuitrolle 300 physikalisch beschädigt wird. Aus diesem Grund muss, wenn ein Niet 500 verwendet wird, die Geometrie der Biskuitrolle 300 derart sein, dass sie mit einer Verwendung des Niets in Einklang gebracht werden kann. Ein Verfahren zur Unterbringung eines Niets 500 war das Sicherstellen, dass ein Leerraum, der einer Platzierung des Niets entspricht, in der Biskuitrolle bereitgestellt wird. Wie zuvor erörtert wurde, kann eine Biskuitrolle 300 während ihrer Ausformung mit einem axial angeordneten Leerraum versehen werden, welcher anschließend verwendet werden kann, um den sich erstreckenden Abschnitt des Niets 500 unterzubringen, der an der Unterseite eines Gehäuses 100 zentral gelegen ist. Es ist jedoch gewünscht, dass die Größe des Leerraums in der Biskuitrolle 300 minimal gehalten wird, in welchem Fall Toleranzabweichungen von einer Biskuitrolle zu einer anderen Biskuitrolle bewirken können, dass anschließend verwendete Niete manchmal die Biskuitrollen berühren oder beschädigen.
Bei einer Ausführungsform werden zur Abdichtung eines Befüllungslochs 800 kein Niet 500 und kein O-Ring 400 verwendet. Durch eine Nichtverwendung eines Niets 500 oder eines O-Rings 400 kann ein begleitender Prozessschritt vereinfacht werden. Zudem können chemische Wechselwirkungen zwischen dem Niet und dem O-Ring, die auftreten können, beseitigt werden, wodurch die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer des Kondensators erhöht wird.
Auf 5j und bei Bedarf auf vorhergehende Figuren Bezug nehmend wird ein Befüllungsloch 800 bei einer Ausführungsform durch ein getrennt aufgebrachtes Metall, beispielsweise Aluminium, abgedichtet. Bei einer Ausführungsform weist das aufgebrachte Metall die Gestalt einer Scheibe 750 auf. Nach einem Einfüllen von Elektrolyt über das Befüllungsloch 800 in ein Gehäuse 100, das durch eine Abdeckung 200 abgedichtet wurde, wird eine geeignet dimensionierte Scheibe 700 über dem Befüllungsloch platziert und ein Ultraschallschweißprozess wird verwendet, um die Scheibe an dem Gehäuse zu befestigen und den Befüllungsanschluss direkt an dem Kontakt zu dem Metall, der dem Ultraschallschweißen ausgesetzt ist, abzudichten.
Bei einer Ausführungsform kann die Scheibe 750 selbst durch eine geeignete Wahl einer Dicke des separat aufgebrachten Metalls als eine "Sicherung" wirken, welche anstelle oder in Verbindung mit der Längsvertiefung 100c (5e) verwendet werden kann, in welchem Fall bei einem gewissen Druck die Scheibe 750 verwendet werden kann, um Elektrolyt in dem abgedichteten Kondensator freizusetzen, um den Kondensator in einen sicheren und nicht funktionalen Zustand zu versetzen.
Der Leerraum in der Biskuitrolle 300 kann verwendet werden, um das Strömen und das Tränken des Elektrolyts in einem abgedichteten Kondensator zu erleichtern. Da viele der Kollektoren der Biskuitrolle 300 während eines Einführungsschritts nach innen in Richtung des Mittelpunkts der Biskuitrolle gebogen wurden, wodurch sie möglicherweise ein Strömen von Elektrolyt von einem Abschnitt der Biskuitrolle zu einem anderen Abschnitt blockieren, kann der Leerraum in der Biskuitrolle verwendet werden, um ein zirkulierendes Strömen des Elektrolyts zu unterstützen. Wenn jedoch eine Metallfeder 600 an der Biskuitrolle 300 befestigt ist, kann das untere Ende 600b der Metallfeder das Strömen von Elektrolyt durch den Leerraum in der Biskuitrolle blockieren. Wenn ein entsprechender Leerraum 600d oder ein Loch (5d) in der Metallfeder 600 bereitgestellt ist, kann dieser/dieses anschließend ein Strömen von Elektrolyt in dem abgedichteten Kondensatorprodukt erleichtern, wenn ein derartiger Leerraum 600d mit dem Leerraum in der Biskuitrolle 300 ausgerichtet ist.
Bei einer Ausführungsform umfassen ein Gehäuse 100, eine Abdeckung 200 und Kollektorplatten 60 im Wesentlichen das gleiche Metall, beispielsweise Aluminium. Bei einer Ausführungsform mit Laserschweißen werden jeweilige Kollektorplatten 60 einer Biskuitrolle an dem Aluminiumgehäuse 100 und der Abdeckung 200 ohne die Verwendung von zusätzlichem Befestigungsmetall befestigt. Fachleute werden erkennen, dass durch das Befestigen oder durch Schweißpunkte kein galvanischer Effekt geschaffen wird, da im Wesentlichen gleiche Gehäuse-, Abdeckungs- und Kollektormetalle aneinander befestigt werden. Fachleute werden erkennen, dass Batterien an Verbindungspunkten mit unterschiedlichem Anoden- und Kathodenmetall typischerweise dem galvanischen Effekt unterworfen sind. Teilweise aufgrund des galvanischen Effekts werden Batterien polarisiert und müssen folglich durch ihre Anschlüsse mit einer korrekten positiven und negativen Orientierung verbunden werden. Bei einer Ausführungsform wird ein mit einem Batterieformfaktor dimensioniertes Gehäuse 2000, das einen derartigen Kondensator enthält, anfänglich keinen Polarisierungseffekt erfahren, weil ein Doppelschichtkondensator, der durch ein Laserschweißen von Aluminium auf Aluminium hergestellt ist, keine verschiedenen Metalle verwendet. Entsprechend kann ein Doppelschichtkondensator 1200 in einem mit einem Batterieformfaktor dimensionierten Gehäuse anfänglich als ein Ersatz oder eine Ergänzung für eine gleichartig dimensionierte Batterie bereitgestellt werden, ohne notwendi gerweise die Ausrichtung seiner Anschlüsse zu berücksichtigen, wodurch Anwendungen, in denen Doppelschichtkondensatoren verwendet werden können, weiter erweitert werden. Es sollte jedoch verstanden sein, dass nach einer anfänglichen Benutzung, beispielsweise nach einem anfänglichen Ladezyklus, ein wie in diesem Kontext beschrieben hergestellter Kondensator polarisiert sein wird, weil sich eine positive Ladung an einer Kollektorplatte ansammelt und sich eine negative Ladung an einer anderen Kollektorplatte ansammelt. Solange ein derart geladener Kondensator anschließend nicht vollständig entladen wird, muss die hergestellte Polarisierung des Kondensators bei einer fortgesetzten Verwendung in Betracht gezogen werden.
Bei einer Ausführungsform kann es manchmal gewünscht sein, dass ein externer permanenter elektrischer Kontakt zu einem mit einem Batterieformfaktor dimensionierten Kondensatorprodukt hergestellt wird. Wie bisher beschrieben wurde, umfasst bei einer Ausführungsform eine Abdeckung 200 und ein Gehäuse 100 Aluminium. Da Aluminium leicht oxidiert, ist Aluminium ein schwieriges Metall, um elektrische Verbindungen damit herzustellen. Ohne ein Vorsehen von permanenten elektrischen Kontakten ist ein Kontaktwiderstand an den Enden eines aus Aluminium hergestellten Doppelschichtkondensatorprodukts hoch, und bei den hohen Strömen, bei denen Doppelschichtkondensatoren verwendet werden können, wird übermäßige Wärme erzeugt. Permanente elektrische Kontakte zu einem Kondensatorprodukt können durch Schweißen hergestellt werden, aber ein derartiges Schweißen führt zu hohen Kosten sowohl bei Geld als auch bei Zeit. Daher kann bei einer Ausführungsform ein Gehäuse 100 und/oder eine Abdeckung 200 mit einer dünnen Metallverkleidung versehen sein. Bei einer Ausführungsform ist das Metall eine nickelbasierte Verkleidung, die durch ein Bimetall (BI-Lame) bereitgestellt werden kann. Durch Bereitstellung einer Abdeckung einer externen Schicht einer derartigen Verkleidung kann anschließend ein elektrischer Kontakt mit der Abdeckung leicht hergestellt werden, beispielsweise durch ein Niedertemperaturlöten.
Obwohl die in diesem Kontext beschriebenen speziellen Ausführungsformen vollständig in der Lage sind, die voranstehend beschriebenen Vorteile und Aufgaben der vorliegenden Erfindung zu erreichen, ist zu verstehen, dass die Beschreibung und die Zeichnungen, die in diesem Kontext dargestellt wurden, einige, aber nicht alle Ausführungsformen der Erfindung darstellen und daher den Gegenstand, der von der vorliegenden Erfindung betrachtet wird, in einem breiten Sinn darstellen. Beispielsweise können einige der voranstehend aufgezeigten Prinzipien und Vorteile auf andere Energiespeichereinrichtungen und Formfaktoren angewandt werden, die existieren oder in der Zukunft entwickelt und akzeptiert werden können. Ebenso können im Schutzumfang der Ansprüche die in diesem Kontext beschriebenen Isolierungen und Dichtmittel variieren oder bei anderen Ausführungsformen unterschiedlich sein. Es sollte daher verstanden sein, dass der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung andere Ausführungsformen, die Fachleuten offenbar werden können, vollständig umfasst, und dass der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung dementsprechend durch nichts anderes als die beigefügten Ansprüche begrenzt ist.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung findet Anwendung bei allen industriellen Anwendungen, bei denen Energiespeichereinrichtungen verwendet werden. Eine derartige Anwendung ist die Herstellung von elektrischen Kondensatoren, insbesondere von Doppelschichtkondensatoren.
Zusammenfassung
Bei einer Ausführungsform umfasst eine Kondensatoreinrichtung ein Gehäuse und eine Abdeckung, wobei ein Isolator auf die Abdeckung aufgetragen ist und ein Dichtmittel auf den Isolator aufgetragen ist. Die Abdeckung und das Gehäuse können aneinander angrenzend angeordnet sein, wobei der Isolator und das Dichtmittel zwischen dem Gehäuse und der Abdeckung angeordnet sind. Der Isolator kann durch Kataphorese auf die Abdeckung aufgetragen sein. Das Dichtmittel kann als ein Spray aufgebracht sein. Die Abdeckung kann einen Abschnitt umfassen, der frei von einem Dichtmittel und einem Isolator ist. Wenn die Abdeckung und das Gehäuse verbördelt sind, sind der Isolator und das Dichtmittel zwischen dem Gehäuse und der Abdeckung angeordnet. An dem Abschnitt, der frei von einem Dichtmittel und einem Isolator ist, kann eine elektrische Verbindung zu einer Kondensatorzelle hergestellt sein.

Claims

Energiespeichereinrichtung, die umfasst: eine erste Elektrode, die zum Speichern einer elektrischen Ladung in der Lage ist, eine zweite Elektrode, die zum Speichern einer entgegengesetzten elektrischen Ladung in der Lage ist, und einen dazwischenliegenden dielektrischen Separator, wobei die ersten und die zweiten Elektroden in der Form eines Films vorliegen; ein erstes Kollektorblatt, das die erste Elektrode trägt, ein zweites Kollektorblatt, das die zweite Elektrode trägt, wobei jedes der ersten und zweiten Kollektorblätter elektrisch leitfähig ist, die Kombination der ersten Elektroden mit dem ersten Kollektorblatt, des dielektrischen Separators und der zweiten Elektrode mit dem zweiten Kollektorblatt spiralförmig zusammengewickelt ist, sich ein freies Ende des ersten Kollektorblatts von einem Rand der Spiralwicklung erstreckt und sich ein freies Ende des zweiten Kollektorblatts von dem gegenüberliegenden Rand der Spiralwicklung erstreckt; einen Behälter, der zur Aufnahme der Spiralwicklung angepasst ist, wobei der Behälter eine elektrisch leitfähige Basis und eine oder mehrere Wände, die eine Öffnung definieren, umfasst, und wobei die Spiralwicklung in dem Behälter untergebracht ist, sodass das freie Ende des ersten Kollektorblatts die Basis kontaktiert und das freie Ende des zweiten Kollektorblatts zu der Öffnung hin ausgerichtet ist; ein Elektrolyt in ionischem Kontakt mit den ersten und zweiten Elektroden; eine Kollektorplatte, die an einer Seite zum Kontaktieren des freien Endes des zweiten Kollektorblatts gestaltet und an der gegenüberliegenden Seite zu der Öffnung hin ausgerichtet ist, wobei die Kollektorplatte zwischen das freie Ende des zweiten Kollektorblatts und die Öffnung eingefügt ist, die Kollektorplatte durch eine Crimpverbindung in der einen oder den mehreren Behälterwänden in Position gehalten ist, die Kollektorplatte von der einen oder den mehreren Behälterwänden elektrisch isoliert ist; einen Deckel, der in der Öffnung an der Seite der Klemmverbindung gegenüber der Kollektorplatte positioniert ist, wobei der Deckel eine Seite in elektrischem Kontakt mit der Kollektorplatte und eine gegenüberliegende Seite aufweist, die zu der Außenseite des Behälters hin ausgerichtet ist, der Deckel durch ein Rollen der einen oder mehreren Behälterwände über die der Kollektorplatte gegenüber liegende Seite des Deckels in Position gehalten ist und von der einen oder den mehreren Behälterwänden elektrisch isoliert ist; und einen ersten Anschlusspfosten, der sich von dem Deckel erstreckt, wobei der elektrische Anschluss strukturiert ist, um Strom von der zweiten Elektrode zu leiten, und für ein Befestigen an einer externen Last gestaltet ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Behälter von zylindrischer Gestalt ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 1, wobei das freie Ende des ersten Kollektorblatts mit der Basis verschweißt ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 3, wobei das freie Ende des ersten Kollektorblatts mit der Basis laserverschweißt ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 4, wobei die äußere Oberfläche der Basis Vertiefungen umfasst, wobei die Laserschweißung in den Vertiefungen ausgeführt ist und wobei die Vertiefungen nach dem Schweißen mit einem Harz gefüllt werden.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 5, wobei nach dem Füllen mit dem Harz Abdeckkappen auf die Vertiefungen aufgebracht werden.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kollektorplatte durch ein Einfügen eines ersten Isolierrings zwischen die Kollektorplatte und die eine oder die mehreren Wände von der einen oder den mehreren Behälterwänden isoliert ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 7, wobei der erste Isolierring ein Fluorpolymerharz umfasst.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Seite der Kollektorplatte, die dem Deckel zugewandt ist, einen sich nach außen erstreckenden Vorsprung aufweist, wobei die Seite des Deckels, die der Kollektorplatte zugewandt ist, einen entsprechenden Hohlraum aufweist und wobei die Kollektorplatte und der Deckel durch ein Einpassen des sich nach außen erstreckenden Vorsprungs in den Hohlraum verbunden sind.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 9, wobei der sich nach außen erstreckende Vorsprung und der Hohlraum durch ein Erwärmen des Deckels und ein Veranlassen einer Ausdehnung des Hohlraums eingepasst sind, was bei einer Kontraktion des Hohlraums während des Abkühlens des Hohlraums zu einer Presspassung mit dem sich nach außen erstreckenden Vorsprung führt.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Deckel von der einen oder den mehreren Behälterwänden durch ein Einfügen eines oder mehrerer Isolierringe zwischen den Deckel und die eine oder die mehreren Behälterwände elektrisch isoliert ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 11, wobei der eine oder die mehreren Isolierringe einen komprimierbaren O-Ring umfassen, der zwischen den Deckel und die Crimpverbindung und einen zweiten Isolierring eingefügt ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 12, wobei der zweite Isolierring ein Fluorpolymerharz umfasst.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Energiespeichereinrichtung einen abdichtbaren Anschluss umfasst, der zur Injektion des Elektrolyts in den Behälter geeignet ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 14, wobei der abdichtbare Anschluss in dem Deckel gelegen ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 14, wobei der abdichtbare Anschluss in der Basis gelegen ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 14, wobei der abdichtbare Anschluss mit einem Gewinde versehen ist und durch ein Einpassen einer geeigneten Schraube in den Anschluss abgedichtet ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 14, wobei der abdichtbare Anschluss ein Blindniet ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Anschlusspfosten mit einem Gewinde versehen ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 1, ferner einen zweiten Anschlusspfosten umfassend, der sich von der Basis erstreckt, wobei der zweite Anschlusspfosten strukturiert ist, um Strom von der ersten Elektrode zu leiten, und für eine Befestigung an einer externen Last gestaltet ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 20, wobei der zweite Anschlusspfosten mit einem Gewinde versehen ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die eine oder die mehreren Wände des Behälters eine Vertiefung umfassen, die strukturiert ist, um sich bei einem Druckanstieg in dem Behälter mit einer schnelleren Rate als der Rest der einen oder der mehreren Wände auszudehnen.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 1, ferner eine Banderole umfassend, welche die eine oder die mehreren Wände umwickelt und elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 23, wobei die Banderole um die eine oder die mehreren Wände herum aufgeschrumpft ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Energiespeichereinrichtung ein elektrischer Kondensator ist.
Energiespeichereinrichtung, die umfasst: eine erste Elektrode, die zum Speichern einer elektrischen Ladung in der Lage ist, eine zweite Elektrode, die zum Speichern einer entgegengesetzten elektrischen Ladung in der Lage ist, und einen dazwischenliegenden dielektrischen Separator, wobei die ersten und die zweiten Elektroden in der Form eines Films vorliegen; ein erstes Kollektorblatt, das die erste Elektrode trägt, ein zweites Kollektorblatt, das die zweite Elektrode trägt, wobei jedes der ersten und zweiten Kollektorblätter elektrisch leitfähig ist, die Kombination der ersten Elektrode mit dem ersten Kollektorblatt, des dielektrischen Separators, und der zweiten Elektrode mit dem zweiten Kollektorblatt spiralförmig zusammengewickelt ist, sich ein freies Ende des ersten Kollektorblatts von einem Rand der Spiralwicklung erstreckt und sich ein freies Ende des zweiten Kollektorblatts von dem gegenüberliegenden Rand der Spiralwicklung erstreckt; einen Behälter, der zur Aufnahme der Spiralwicklung angepasst ist, wobei der Behälter eine elektrisch leitfähige Basis und eine oder mehrere Wände, die eine Öffnung definieren, umfasst, und wo bei die Spiralwicklung in dem Behälter untergebracht ist, sodass das freie Ende des ersten Kollektorblatts die Basis kontaktiert und das freie Ende des zweiten Kollektorblatts zu der Öffnung hin ausgerichtet ist; ein Elektrolyt in ionischem Kontakt mit den ersten und zweiten Elektroden; eine Feder, die an einer Seite zum Kontaktieren des freien Endes des zweiten Kollektorblatts gestaltet und an der gegenüberliegenden Seite zu der Öffnung hin ausgerichtet ist, wobei die Feder eine nahe Platte, die gegen das freie Ende des zweiten Kollektorblatts positioniert ist, und eine entfernte Platte aufweist; und einen Deckel, der über der Öffnung positioniert ist, wobei der Deckel durch ein Rollen des Umfangsbereichs des Deckels mit der einen oder den mehreren Behälterwänden in Position gehalten ist, der Deckel mit der entfernten Platte der Feder in Kontakt steht und von der einen oder den mehreren Behälterwänden elektrisch isoliert ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 26, wobei der Behälter von zylindrischer Gestalt ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 26, wobei das freie Ende des ersten Kollektorblatts mit der Basis verschweißt ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 28, wobei das freie Ende des ersten Kollektorblatts mit der Basis laserverschweißt ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 29, wobei die äußere Oberfläche der Basis Vertiefungen umfasst, wobei die Laserschweißung in den Vertiefungen ausgeführt ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 26, wobei die Spiralwicklung von der einen oder den mehreren Behälterwänden durch ein Beschichten der einen oder der mehreren Behälterwände mit einer Isolierbeschichtung isoliert ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 31, wobei die eine oder die mehreren Behälterwände mit einem Sprühprozess beschichtet sind.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 26, wobei der Deckel von der einen oder den mehreren Behälterwänden durch ein Beschichten des äußeren Abschnitts des Deckels mit einer Isolierbeschichtung elektrisch isoliert ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 33, wobei der äußere Abschnitt des Deckels durch ein Anordnen einer geeigneten Menge der Isolierbeschichtung auf einen begrenzten Bereich des äußeren Abschnitts des Deckels und durch ein winkelförmiges Drehen des Deckels beschichtet ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 26, wobei die Energiespeichereinrichtung durch ein Aufbringen einer Dichtungsmischung auf den Kontaktbereich der einen oder der mehreren Behälterwände mit dem Deckel abgedichtet ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 26, wobei die Energiespeichereinrichtung einen abdichtbaren Anschluss umfasst, der zur Injektion des Elektrolyts in den Behälter geeignet ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 36, wobei der abdichtbare Anschluss in der Basis des Behälters gelegen ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 36, wobei der abdichtbare Anschluss von einem Niet verschlossen ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 26, ferner einen ersten Anschlusspfosten, der sich von der Basis erstreckt, und einen zweiten Anschlusspfosten umfassend, der sich von dem Deckel erstreckt.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 39, wobei sich die ersten und zweiten Anschlusspfosten in Längsrichtung erstrecken.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 39, wobei sich die ersten und zweiten Anschlusspfosten radial erstrecken.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 26, wobei die eine oder die mehreren Wände des Behälters eine Vertiefung umfassen, die strukturiert ist, um sich bei einem Druckanstieg in dem Behälter mit einer schnelleren Rate als der Rest der einen oder mehreren Wände auszudehnen.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 26, ferner eine Banderole umfassend, welche die eine oder die mehreren Wände umwickelt und elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 43, wobei die Banderole um die eine oder die mehreren Wände herum aufgeschrumpft ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 26, wobei die Energiespeichereinrichtung ein elektrischer Kondensator ist.