DE3802712A1 - Elektrischer doppelschichtkondensator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Doppelschichtkondensator, bei dem insbesondere die Abdichtung des mit einer Öffnung versehenen Endabschnittes des Gehäuses verbessert ist.

Bei herkömmlichen elektrischen Doppelschichtkondensatoren (Stand der Technik, Beispiel 1), wird eine Mehrzahl von Komponenten im allgemeinen übereinandergeschichtet und mit einem thermischen Schrumpfschlauch umgeben. Außerdem ist daran eine aus Elektrodenplatten und einer Isolierplatte gebildete Elektrodenstruktur angebracht. Diese Komponenten werden in einem Gehäuse untergebracht, dessen geöffneter Endabschnitt dann abgedichtet und dessen äußere Oberfläche mit einem thermischen Schrumpfschlauch umgeben wird.

Bei einer anderen Ausführungsform eines herkömmlichen elektrischen Doppelschichtkondensators (Beispiel 2) wird zum luftdichten Abschluß das abgedichtete Teil an dem offenen Ende eines becherförmigen Gehäuses durch ultraviolett- oder hitzehärtendes Harz versiegelt.

Bei Beispiel 1 kann jedoch die Struktur des Elementes durch Eindringen von organischem Lösungsmittel oder Wasser aufgequollen bzw. aufgeweicht werden oder es können Metallteile verrosten, da der offene Endabschnitt des becherförmigen Gehäuses nicht genügend abgedichtet ist. Außerdem kann sich aufgrund ungenügender Abdichtung die elektrolytische Lösung verflüchtigen, was zu einer Verschlechterung der Eigenschaften, wie zum Beispiel Vergrößerung des äquivalenten Serienwiderstandes und Verringerung der elektrostatischen Kapazität führt.

Bei Beispiel 2 kann ungenügende Luftabdichtung durch Volumenveränderung des eingespritzten Harzes oder schlechte Benetzung desselben verursacht werden. Außerdem kann sich das eingespritzte Harz nach oben zu den Enden der Elektrodenanschlüsse ausbreiten, was Probleme bei der Anwendung des elektrischen Doppelschichtkondensators mit sich bringt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Doppelschichtkondensator zu schaffen, der luftdicht abgeschlossen ist und bei dem keine Probleme bei der Anwendung durch sich ausbreitendes Harz entstehen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens zum Inhalt.

Der erfindungsgemäße elektrische Doppelschichtkondensator enthält ein oder mehrere elektrische Doppelschichtkondensatorelemente, eine Elektrodenstruktur aus Elektrodenplatten und einer Isolierplatte, die auf den elektrischen Doppelschichtkondensatorelementen angeordnet sind, sowie ein Gehäuse zur Aufnahme beider Komponenten. Das Gehäuse ist an der inneren Umfangsoberfläche seiner Seitenwände mit einem vorsprungartig gestuften Abschnitt versehen, der in engen Kontakt mit dem Umfangsabschnitt der isolierenden Platte gebracht wird, um das Gehäuse und die isolierende Platte luftdicht abzuschließen. Jede der Elektrodenplatten hat einen Elektrodenanschluß, der sich von dem geöffneten Endabschnitt des Gehäuses nach außen erstreckt.

Der geöffnete Endabschnitt des Gehäuses ist vorzugsweise so umgebogen, daß der Umfangsabschnitt der isolierenden Platte zwischen dem geöffneten Endabschnitt und dem vorsprungartig gestuften Abschnitt des Gehäuses gehalten wird.

Der vorsprungartig gestufte Abschnitt wird zum Beispiel durch Schaben der inneren Oberfläche der Seitenwände des Gehäuses gebildet. Andere Möglichkeiten bestehen darin, den gestuften Abschnitt durch ringförmige Verjüngung in innerer Richtung der Seitenwandoberfläche des Gehäuses selbst zu erzielen, durch Verringerung der Dicke nur eines nahe des offenen Endabschnittes des Gehäuses liegenden Abschnittes, oder durch Vergrößerung des inneren Durchmessers des nahe am offenen Endabschnitt des Gehäuses liegenden Teiles zu erzielen.

Außerdem wird vorteilhafterweise ein Dichtmittel auf die obere Oberfläche des gestuften Abschnittes aufgebracht. Die Isolierplatte wird vorteilhafterweise aus einem Material aus Polyamidharz, Fluorkohlenstoffpolymeren oder mit glasfaserverstärkten Polypropylenharzen gebildet. Außerdem werden Elektroden- und Isolierplatte am besten durch ein Einbettungsformverfahren ("insert molding") gefertigt. Das Gehäuse sei zum Beispiel aus Metall. Die Grundfläche des Gehäuses steht zum Beispiel zur elektrischen Verbindung in Kontakt mit dem (den) elektrischen Doppelschichtkondensatorelement(en). Es werde ein Elektrodenplattenpaar mit Abstand zwischen den Platten verwendet. Eine der Elektrodenplatten, die näher an dem (den) elektrischen Doppelschichtkondensatorelement(en) liegt, steht zur elektrischen Verbindung in Kontakt mit dieser (diesen). Die andere Elektrodenplatte steht mit dem offenen Endabschnitt des Gehäuses in Verbindung, so daß auch hier eine elektrische Verbindung geschaffen wird.

Bei der oben beschriebenen Struktur kann man die peripheren Umfangsbereiche der Isolierplatte, des gestuften Abschnittes, usw. leicht in engen Kontakt miteinander bringen, so daß ein luftdichter Verschluß gewährleistet ist. Auf diese Weise wird das Gehäuse vor dem Eindringen organischer Lösungsmittel oder Wasser bei einem Waschprozeß geschützt, der nach Einlöten des Kondensators in eine Schaltung stattfindet, oder bei Verwendung im Wasser, so daß die Elemente nicht aufquellen bzw. weich werden und die Metallteile nicht verrosten. Ferner wird die Verdunstung der elektrolytischen Lösung auch dann verhindert, wenn der elektrische Doppelschichtkondensator sich unter hoher Temperatur befindet, so daß ein Ansteigen des äquivalenten Serienwiderstandes und ein Abfallen der elektrostatischen Kapazität verhindert werden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt in Längsrichtung eines elektrischen Doppelschichtkondensators entsprechend der Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt in Längsrichtung eines Beispiels eines Metallgehäuses;

Fig. 3 einen Querschnitt in Längsrichtung eines Beispiels einer Elektrodenstruktur; und

Fig. 4, 5 und 6 Querschnitte in Längsrichtung von anderen Beispielen von Metallgehäusen.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 1 zeigt einen elektrischen Doppelschichtkondensator mit einem nach oben geöffneten, hülsenförmigen Metallbecher 1, einer darin enthaltenen Elementengruppe 2 sowie einer Elektrodenstruktur 3, die an der Elementengruppe 2 angebracht und mit ihr verbunden ist. Der Metallbecher 1 weist einen sich nach innen erstreckenden, vorsprungartig gestuften Abschnitt 4 im oberen Teil der inneren Umfangsoberfläche seiner Seitenwand auf. Dieser vorsprungartig gestufte Abschnitt 4 wird zum Beispiel durch Abdrehen der inneren Oberfläche der Seitenwand gebildet. Ein Teil des Metallbechers 1, der sich jenseits des vorsprungartig gestuften Abschnittes 4 nach oben erstreckt, hat einen sich zur Öffnung 5 allmählich verringernden Durchmesser, und ist in innerer Richtung umgebogen.

Die Elementengruppe 2 wird aus sechs koaxial übereinandergeschichteten Elementen 6 gebildet, wobei die äußere Umfangsoberfläche zur gegenseitigen Verbindung mit einem thermischen Schrumpfschlauch 7 umgeben ist. Die untere Endfläche der Elementengruppe 2 liegt an der Grundfläche des Metallbechers 1 auf, so daß beide miteinander elektrisch verbunden sind.

Die auf der oberen Endfläche der Elementengruppe 2 angeordnete Elektrodenstruktur 3 wird aus einem Paar im wesentlichen scheibenförmiger Elektrodenplatten 8 und 9 und einer scheibenförmigen Isolierplatte 10 zur Isolation der Elektroden 8 und 9 gebildet. Die Elektroden 8 und 9 sind zur gegenseitigen Parallelhaltung in der Isolierplatte 10 eingebettet, wobei die untere Oberfläche der unten angeordneten Elektrodenplatte 9 an der oberen Endfläche der Elementengruppe 2 anliegt und elektrisch mit ihr verbunden ist. Die obere Elektrodenplatte 8 steht in Druckkontakt mit der Ecke des geöffneten Endabschnittes 5 des Metallbechers 1, wodurch die unter Endfläche der Elementengruppe 2 über den Metallbecher 1 elektrisch mit der Elektrodenplatte 8 verbunden ist. Die Elektrodenplatten 8 und 9 sind mit sich nach oben erstreckenden Elektrodenanschlüssen 11 bzw. 12 verbunden. Diese verlaufen von der Isolierplatte 10 nach oben und erstrecken sich von dem Metallbecher 1 nach außen.

Die Elektrodenstruktur 3 wird zwischen dem geöffneten Endabschnitt 5 des Metallgehäuses 1 und der oberen Endfläche der Elementengruppe 2 gehalten, während die untere Oberfläche des äußeren peripheren Abschnittes der Isolierplatte 10 sich in Druckkontakt mit dem vorsprungartig gestuften Abschnitt 4 befindet. Außerdem steht der äußere periphere Eckenabschnitt der Isolierplatte 10 in elastischem Druckkontakt mit der inneren peripheren Oberfläche der Seitenwand des Metallgehäuses 1. Die Isolierplatte 10 dient einerseits zur elektrischen Isolierung der Elektrodenplatten 8 und 9 voneinander, andererseits steht ihr peripherer Umfangsabschnitt in Druckkontakt mit dem vorsprungartig gestuften Abschnitt 4, so daß sie als Abdichtung zum luftdichten Verschließen dient.

Die Isolierplatte 10 ist zum Beispiel aus einem Polyamidharz hergestellt. Es können aber auch Fluorkohlenstoffpolymere, die im Spritzgußverfahren verarbeitet werden können, oder mit Glasfasern verstärkte Polypropylenharze mit hoher Elastizität oder ähnliche verwendet werden. Die Elektrodenplatten 8 und 9 und die Isolierplatte 10 werden integral durch ein Einbettungsformverfahren ("insert molding") gebildet. Zwischen dem gestuften Abschnitt 4 und der Isolierplatte 10 kann Abdichtmaterial eingebracht werden. Solches Abdichtmaterial kann aus Epoxidharz, Asphalt oder Siliconkautschuk hergestellt werden, das vor Verwendung mit einem organischen Lösungsmittel verdünnt wird. Dadurch kann eine extrem gute Luftdichtheit erzielt werden.

Im folgenden sollen nun die Schritte beim Zusammenbau des elektrischen Doppelschichtkondensators dieser Ausführungsform beschrieben werden.

Ein Beispiel eines in dieser Ausführungsform verwendeten Metallbechers 1 ist in Fig. 2 gezeigt. Ein nahe seinem offenen Endabschnitt 5 liegender Teil des Metallbechers 1 ist leicht in oberer Richtung abgeschrägt, so daß der Einbau der Elektrodenstruktur 3 erleichtert wird. Der vorsprungartig gestufte Abschnitt 4 wird durch Entfernen eines durch die gestrichelte Linie 1 a angedeuteten Teiles gebildet, was zum Beispiel durch einen normalen Ziehvorgang erreicht wird. Die Herstellung des Metallbechers 1 erfolgt in einfacher Weise durch Ziehen und Schmieden in mehreren Schritten.

Fig. 3 zeigt die Elektrodenstruktur 3 vor dem Einbau in den Metallbecher 1. In diesem Stadium ist die äußere periphere Stirnseite der Isolierplatte 10 nach außen gekrümmt und ihr Durchmesser geringfügig größer als der Innendurchmesser des in Fig. 2 gezeigten Metallbechers 1 an der peripheren Oberfläche seiner Seitenwand.

Es wird zunächst die Elementengruppe 2 und dann darauf die Elektrodenstruktur 3 von oben in den Metallbecher 1 eingebracht (Fig. 2). Da der Durchmesser der Isolierplatte 10 geringfügig größer ist, als der des Metallbechers 1 an der inneren peripheren Oberfläche der Seitenwand, wird die Isolierplatte 10 in leicht zusammengedrücktem Zustand in den Metallbecher eingebaut. Anschließend wird der offene Endabschnitt 5 des Metallbechers 1 in innerer Richtung umgebogen und mit der oberen Oberfläche der Elektrodenplatte 8 in Druckkontakt gebracht. Folglich steht auch die Elektrodenplatte 9 in Druckkontakt mit der oberen Oberfläche der Elementengruppe 2, ebenso wie die untere Oberfläche der äußeren peripheren Ecke der Isolierplatte 10 mit dem vorsprungartig gestuften Abschnitt 4. Die Isolierplatte 10 und der gestufte Abschnitt 4 bilden folglich einen luftdichten Abschluß.

Die Fig. 4 und 6 zeigen Beispiele für Metallgehäuse, wie sie an Stelle des in Fig. 2 gezeigten Metallgehäuses 1 verwendet werden können. Bei dem in Fig. 4 gezeigten Metallbecher 20 ist die Seitenwand selbst ringförmig eingeschnürt und erstreckt sich in innerer Umfangsrichtung, wodurch ein vorsprungartig gestufter Abschnitt 21 gebildet wird. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Metallbecher 22 wird der gestufte Abschnitt 23 nur durch Verringerung der Dicke des oberen Teiles der Becherwand gebildet. Bei dem in Fig. 6 gezeigten Metallbecher 24 wird schließlich zur Bildung des gestuften Abschnittes 25 der Innendurchmesser des oberen Teiles vergrößert.

Im folgenden soll nun die Wirkungsweise der oben beschriebenen Ausführungsform mit Bezug auf Beispiele beschrieben werden.

Beispiel 1 ist ein elektrischer Doppelschichtkondensator mit einem Metallbecher 1, wie in Fig. 2 gezeigt.

Beispiel 2 ist im wesentlichen der elektrische Doppelschichtkondensator nach Beispiel 1, der jedoch zusätzlich einen auf den vorsprungartig gestuften Abschnitt 4 aufgebrachten Klebstoff aufweist. Das Klebemittel wurde aus einer mit Benzol verdünnten Asphaltlösung hergestellt. Die Bezugsbeispiele stellen die oben erwähnten Beispiele 1 und 2 des Standes der Technik dar.

Für jedes Beispiel und das Bezugsbeispiel wurden zur Ermittlung folgender Größen 40 elektrische Doppelschichtkondensatoren mit 5,5 V Nennspannung und 0,047 F hergestellt:

• - Sichtprüfung: Visuelle Beurteilung der äußeren Erscheinung
• - Prüfung der Luftdichtheit: Prüfung ungenügenden Luftabschlusses durch flüssigen Fluorkohlenstoff, d. h. eine inerte fluorhaltige Verbindung (fluorinert).
• - Auswertung der Verdunstungsverluste der elektrolytischen Lösung: Feststellung des Gewichtsverlustes, nachdem die Proben für 500 Stunden einer Temperatur von 85°C ausgesetzt waren (im Durchschnitt 20 Proben).

Tabelle 1

Bei dem beschriebenen elektrischen Doppelschichtkondensator wird durch den in der inneren peripheren Oberfläche der Becherseitenwand gebildeten, vorsprungartig gestuften Abschnitt, der in unmittelbarem Kontakt mit dem Umfangsabschnitt der Isolierplatte steht und einen luftdichten Abschluß bildet, erreicht, daß Harz sich nicht nach oben zu den Elektrodenanschlüssen ausbreitet, was beim Beispiel 2 des Standes der Technik passieren kann. Folglich treten weder Verschlechterungen des Erscheinungsbildes noch Probleme bei der Anwendung auf. Durch die Gewährleistung eines luftdichten Abschlusses wird weiterhin das Eindringen von Waschlösungen oder Wasser verhindert. Schließlich werden Verdunstungsverluste der elektrolytischen Lösung nach Einwirkung hoher Temperaturen beträchtlich verringert, so daß Verschlechterungen der Eigenschaften vernachlässigbar sind.

Claims (10)

1. Elektrischer Doppelschichtkondensator, gekennzeichnet durch

• - ein einzelnes oder ein Gruppe von elektrischen Doppelschichtkondensatorelement(en) (2);
• - eine auf dem bzw. den elektrischen Doppelschichtkondensatorelement(en) angeordnete Elektrodenstruktur (3), die Elektrodenplatten (8, 9) und eine Isolierplatte (10) aufweist; und
• - ein Gehäuse (1) zur Aufnahme des bzw. der elektrischen Doppelschichtkondensatorelement(s) (2) und der Elektrodenstruktur (3), das an der inneren peripheren Oberfläche seiner Seitenwand mit einem vorsprungartig gestuften Abschnitt (4) versehen ist, der zum luftdichten Verschluß des Gehäuses in Verbindung mit dem peripheren Abschnitt der Isolierplatte steht; und
• - Elektrodenanschlüsse (11, 12) an den Elektrodenplatten (8, 9), die sich von dem offenen Endabschnitt des Gehäuses (1) nach außen erstrecken.

2. Elektrischer Doppelschichtkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geöffnete Endabschnitt (5) des Gehäuses (1) umgebogen ist, so daß der periphere Endabschnitt der Isolierplatte (10) zwischen dem offenen Endabschnitt und dem vorsprungartig gestuften Abschnitt (4) des Gehäuses gehalten wird.

3. Elektrischer Doppelschichtkondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorsprungartig gestufte Abschnitt durch Abschaben der inneren peripheren Oberfläche (1 a) der Seitenwand (5) des Metallgehäuses (1) gebildet wird.

4. Elektrischer Doppelschichtkondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorsprungartig gestufter Abschnitt (21) durch ringförmige Einschnürung der Seitenwandoberfläche eines Gehäuses (20) gebildet wird, die sich in innerer peripherer Richtung erstreckt.

5. Elektrischer Doppelschichtkondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorsprungartig gestufte Abschnitt (23) durch Verringerung der Dicke eines Teiles eines Gehäuses (22) gebildet wird, der nahe dem offenen Endabschnitt liegt.

6. Elektrischer Doppelschichtkondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorsprungartig gestufter Abschnitt (25) durch Vergrößerung des inneren Durchmessers eines Teiles eines Gehäuses (24) gebildet wird, der am offenen Endabschnitt liegt.

7. Elektrischer Doppelschichtkondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dichtmittel auf die obere Oberfläche des vorsprungartig gestuften Abschnittes aufgebracht ist.

8. Elektrischer Doppelschichtkondensator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierplatte (10) aus einem Material aus der Gruppe der Polyamidharze, der Fluorkohlenstoffpolymere und der mit glasfaserverstärkten Polypropylenharzen hergestellt ist.

9. Elektrischer Doppelschichtkondensator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenplatten (8, 9) und die Isolierplatte (10) integral durch ein Einbettungsformverfahren ("insert molding") hergestellt sind.

10. Elektrischer Doppelschichtkondensator (9), dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Gehäuse aus Metall besteht,
• - die elektrischen Doppelschichtkondensatorelemente (2) auf der Bodenfläche des Gehäuses aufliegen und mit diesem elektrisch verbunden sind,
• - die Elektrodenplatten (8, 9) ein voneinander beabstandetes Paar bilden,
• - eine der Elektrodenplatten, die näher an den elektrischen Doppelschichtkondensatorelementen liegt, mit diesen elektrisch verbunden ist, und
• - die entsprechend andere Elektrodenplatte an dem geöffneten Endabschnitt des Gehäuses anliegt und mit diesem elektrisch verbunden ist.