DE10218295A1

DE10218295A1 - Kondensatormodul und Kondensatorbatterie mit dem Kondensatormodul

Info

Publication number: DE10218295A1
Application number: DE10218295A
Authority: DE
Inventors: Bernd Staib
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2003-11-13
Also published as: KR20040101555A; US20050168911A1; EP1497841A1; CN1650376A; JP2005524227A; WO2003092023A1

Abstract

Es wird ein Kondensatormodul (1) vorgeschlagen, bei dem sich ein erster (10A) und ein zweiter Kondensaor (10B) in jeweils getrennten, voneinander dicht abgeschlossenen metallisch leitfähigen Gehäusen (5A, 5B) befinden. Die beiden Gehäuse sind über eine Kontaktstelle miteinander verbunden, wobei eine elektrische Verbindung zustande kommt. Jedes Gehäuse weist jeweils zumindest einen vom Gehäuse elektrisch isolierten ersten Anschluß (2A, 2B) auf. Aufgrund der direkten elektrischen Verbindung zwischen den beiden Kondensatoren benötigt ein erfindungsgemäßes Kondensatormodul weniger Schraubverbindungen und läßt sich somit einfacher und kostengünstiger herstellen.

Description

Bei Kondensatoren, beispielsweise Doppelschichtkondensatoren ist die Zellenspannung auf wenige Volt begrenzt. Da bei den meisten Anwendungen die Betriebsspannungen wesentlich höher sind, müssen mehrere Kondensatoren zu einem Kondensatormodul in Reihe geschaltet werden. Bei herkömmlichen Kondensatormodulen werden die einzelnen Kondensatoren über Stromschienen mittels geschraubter Verbindungen mit weiteren Kondensatoren verbunden (siehe Fig. 1). Derartige, herkömmliche Kondensatormodule haben den Nachteil, daß aufgrund der zahlreichen Schraubverbindungen ein erheblicher Montageaufwand zu leisten ist, der sehr Zeit- und kostenintensiv ist und den Innenwiderstand des Kondensatormoduls erhöht. Weiterhin haben diese herkömmlichen Kondensatormodule den Nachteil, daß aufgrund des unterschiedlichen Selbstentladungsverhaltens der einzelnen Kondensatoren die Gesamtspannung sich nicht gleichmäßig auf die einzelnen Kondensatoren verteilt. Dadurch können an einzelnen Kondensatoren Überspannungen auftreten, die zur Zerstörung des Kondensatormoduls führen. Aus diesem Grunde müssen bei herkömmlichen Kondensatormodulen häufig noch aufwendige Maßnahmen zur sogenannten Spannungssymmetrierung getroffen werden. Beispielsweise werden Kondensatoren häufig mit Widerständen verschaltet.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kondensatormodul anzugeben, das bezüglich der oben genannten Nachteile verbessert ist.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch ein Kondensatormodul nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Kondensatormoduls sowie eine Kondensatorbatterie mit dem Kondensatormodul sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Die Erfindung beschreibt ein Kondensatormodul, bei dem ein erster und ein zweiter Kondensator sich jeweils in getrennten, von einander dicht abgeschlossenen metallisch leitfähigen Gehäusen befinden. Die beiden Gehäuse sind über eine Kontaktstelle miteinander verbunden, wobei eine elektrische Verbindung zustande kommt. Jeder Kondensator weist jeweils zumindest einen, vom Gehäuse elektrisch isolierten, ersten Anschluß auf.
Der Vorteil eines erfindungsgemäßen Kondensatormoduls besteht darin, daß die beiden elektrisch leitfähigen Gehäuse, in denen jeweils die Kondensatoren untergebracht sind, sich über eine Kontaktstelle direkt berühren. Die Kontaktstelle kann dabei ein Kontaktpunkt, eine Kontaktkante oder eine Kontaktfläche sein. Da eine direkte elektrische Verbindung zwischen beiden Gehäusen besteht (siehe Fig. 2) können diejenigen Schraubverbindungen eingespart werden, die bei herkömmlichen Kondensatormodulen bislang zur Kontaktierung zwischen den beiden Kondensatoren dienten (siehe Fig. 1). Deshalb sind erfindungsgemäße Kondensatormodule bei geringerem Montageaufwand kostengünstiger herzustellen als herkömmliche Module. Darüber hinaus weisen erfindungsgemäße Kondensatormodule auch ein geringeres Gewicht, sowie einen geringeren Innenwiderstand auf, als herkömmliche Kondensatormodule, was sich besonders günstig auf den Einsatz der erfindungsgemäßen Kondensatormodule in Automotiv-Anwendungen, beispielsweise in Automobilen auswirkt. Aufgrund der engen thermischen Kopplung der beiden Kondensatoren in dem erfindungsgemäßen Kondensatormodul wird zumindest teilweise auch das unterschiedliche Selbstentladungsverhalten der beiden Kondensatoren ausgeglichen, so daß die bereits oben genannten aufwendigen Maßnahmen zur Spannungssymmetrierung bei erfindungsgemäßen Kondensatormodulen entfallen. Der direkte Kontakt zwischen den beiden metallisch leitfähigen Gehäusen ermöglicht somit eine besonders einfache Reihenschaltung von Kondensatoren in einem erfindungsgemäßen Kondensatormodul.
Die Kondensatorgehäuse sind voneinander dicht abgeschlossen und getrennt, um zu gewährleisten, daß der Elektrolyt keiner zu hohen elektrischen Spannung ausgesetzt wird.
Die vom Gehäuse elektrisch isolierten ersten Anschlüsse dienen in der Regel dazu, die im Gehäuse befindlichen Kondensatoren, die beispielsweise in Form von Kondensatorfolien vorliegen, zu kontaktieren. Kondensatoren bestehen in der Regel aus zwei Elektrodenschichten, zwischen denen ein poröser Separator angeordnet ist. Sowohl der Separator als auch die Elektrodenschichten stehen in Kontakt mit einer Elektrolytlösung. Die Schichtanordnungen aus den Elektrodenschichten und den Separatoren können zu Kondensatorwickeln aufgerollt sein.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Kondensatormodul zumindest einen, mit dem Gehäuse elektrisch leitend verbundenen, zweiten elektrischen Anschluß auf. Dadurch ist es möglich, auch das Kondensatorgehäuse, das mit einem anderen Potential beaufschlagt ist als der Kondensator, elektrisch zu kontaktieren, so daß bei einem erfindungsgemäßen Kondensatormodul auch Parallelschaltungen von Kondensatoren möglich sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Gehäuse der Kondensatoren jeweils einen rechteckigen Querschnitt auf. Dies bedeutet, daß die Gehäuse rechteckig sind. Möglich ist es aber auch, daß die Gehäuse an den Ecken abgeflacht oder abgerundet sind. Rechteckige Gehäuse lassen sich besonders platzsparend in Kondensatormodulen unterbringen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung sind die beiden Gehäuse im Kondensatormodul zumindest teilweise formschlüssig angeordnet so daß eine Kontaktfläche zwischen beiden Gehäusen gebildet wird. Dies hat den Vorteil, daß aufgrund einer großen Kontaktfläche eine besonders gute elektrische Verbindung zwischen beiden Gehäusen im erfindungsgemäßen Kondensatormodul zustande kommt.
In einer weiteren Ausgestaltung weisen die Gehäuse jeweils einen runden Querschnitt auf. Dies bedeutet, daß die Kondensatorgehäuse beispielsweise zylinderförmig sind. Die flachen Böden beider Gehäuse können bei dieser Variante elektrisch leitend mit einer Metallplatte verbunden sein. Dies bedeutet, daß bei zylinderförmigen Gehäusen eine elektrische Verbindung nicht nur durch die direkte Kontaktierung beider Gehäuse zustande kommt, sondern noch zusätzlich durch eine elektrisch leitfähige Platte, die mit beiden Gehäusen elektrisch leitend verbunden ist.
Weiterhin ist es möglich, daß bei zylinderförmigen Gehäusen die Böden beider Gehäuse zumindest teilweise formschlüssig angeordnet sind und daher bei entsprechender coaxialer Hintereinanderanordnung eine Kontaktfläche ausbilden können. Auf diese Art kommt auch bei zylinderförmigen Gehäusen eines erfindungsgemäßen Kondensatormoduls eine besonders große Kontaktfläche zustande, die eine besonders gute elektrische Verbindung zwischen den beiden Kondensatoren ermöglicht.
Es ist weiterhin möglich, daß alle elektrischen Anschlüsse auf der selben Oberfläche des Kondensatormoduls angeordnet sind. Diese sogenannte radiale Bauweise ermöglicht einen besonders kostengünstigen Aufbau von Kondensatormodulen mit geringem Einbauvolumen, da die Kondensatoren nur von einer Seite kontaktiert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Variante eines erfindungsgemäßen Kondensatormoduls sind die beiden Gehäuse miteinander verschweißt. Dies hat den Vorteil, daß eine besonders gute und dauerhafte elektrische Verbindung zwischen beiden Gehäusen zustande kommt, die auch mechanisch belastbar ist. Weiterhin bietet eine Verschweißung auch Schutz vor einer Oxidation der Kontaktstelle.
Es ist auch möglich, die beiden Kondensatorgehäuse z. B. zu verschrauben oder durch Unterbringung in einem einzigen, größeren Gehäuse miteinander zu verbinden.
Wird zumindest ein erfindungsgemäßes Kondensatormodul mit weiteren Kondensatormodulen und/oder Kondensatoren verschaltet, so resultiert eine Kondensatorbatterie. In der Regel werden die Einzelmodule beziehungsweise Einzelkondensatoren in einer Kondensatorbatterie in Reihe geschaltet. Eine Kondensatorbatterie mit erfindungsgemäßen Kondensatormodulen hat den Vorteil, daß, wie auch bei der Reihenschaltung von Einzelkondensatoren der Fall, die Hälfte der Schraubverbindungen und die damit verbundenen Probleme, beispielsweise der hohe Montageaufwand, eingespart werden können.
Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und ihren Figuren noch näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt ein herkömmliches Kondensatormodul
Fig. 2 zeigt eine Variante eines erfindungsgemäßen Kondensatormoduls
Die Fig. 3A und 3B zeigen eine Variante eines erfindungsgemäßen Kondensatormoduls im Querschnitt und in der Aufsicht, bei der die jeweiligen Kondensatoren axial kontaktiert werden.
Die Fig. 4A und 4B zeigen eine andere Variante eines erfindungsgemäßen Kondensators in perspektivischer Ansicht und in Aufsicht, bei der die jeweiligen Kondensatoren radial kontaktiert werden.
Fig. 5 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kondensatormoduls mit röhrenförmigen Kondensatorgehäusen.
Fig. 6 zeigt eine Kondensatorbatterie, bei der zwei erfindungsgemäße Kondensatormodule miteinander verschaltet sind.
Fig. 1 zeigt ein herkömmliches Kondensatormodul bei dem sich die Gehäuse 5A und 5B der einzelnen Kondensatoren 10A und 10B nicht direkt kontaktieren. Die einzelnen Kondensatoren 10A und 10B können beispielsweise in Form von Kondensatorwickeln vorliegen. Diese Kondensatorwickel kontaktieren jeweils erste elektrische Anschlüsse 2A beziehungsweise 2B, die jeweils mittels Isolierringen 6A oder 6B elektrisch isoliert von den jeweiligen Kondensatorgehäusen sind. Diese ersten elektrischen Anschlüsse kontaktieren eine erste Elektrodenfolie in den Kondensatorwickeln. Die zweite Elektrodenfolie in den jeweiligen Kondensatorwickeln kontaktiert die zweiten elektrischen Anschlüsse 4A beziehungsweise 4B die elektrisch leitend mit den jeweiligen Kondensatorgehäusen verbunden sind. Die Kondensatorgehäuse sind also mit einem Potential beaufschlagt. Die elektrische Kontaktierung zwischen den beiden Kondensatoren des herkömmlichen Kondensatormoduls geschieht über das Kontaktblech 11A und entsprechende Schraubverbindungen zwischen den elektrischen Anschlüssen 4A und 2B. Wie bereits oben beschrieben ist diese herkömmliche Art der Kontaktierung sehr zeit-, material- und damit auch kostenintensiv.
Fig. 2 zeigt eine Variante eines erfindungsgemäßen Kondensatormoduls 1, bei der die beiden Kondensatorgehäuse 5A und 5B einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Die beiden Gehäuse kontaktieren sich über ihre Seitenflächen, so daß eine Kontaktfläche gebildet wird, die eine direkte elektrische Verbindung zwischen beiden Kondensatorgehäusen und damit auch zwischen den beiden Kondensatoren 10A und 10B erlaubt. Eine Elektrodenfolie der jeweiligen Kondensatoren, die hier beispielhaft als Kondensatorwickel gezeigt sind, kontaktiert dabei jeweils die ersten elektrischen Anschlüsse 2A und 2B, die jeweils durch die Isolierringe 6A und 6B elektrisch von ihren jeweiligen Gehäusen isoliert sind. Die jeweiligen zweiten Elektrodenfolien der Kondensatorwickel 10A und 10B kontaktieren über die Kontaktstellen 3A und 3B ihre jeweiligen Gehäuse, so daß diese mit dem Potential der zweiten Elektrodenfolie beaufschlagt sind. Ein Vergleich der Fig. 1 und 2 macht deutlich, daß die in Fig. 1 durch das zusätzliche Kontaktblech 11A vorgenommene Kontaktierung zwischen den beiden Kondensatoren und die beiden Anschlüsse 4a und 2b bei erfindungsgemäßen Kondensatormodulen entfallen können.
Fig. 3a zeigt im Querschnitt eine Variante eines erfindungsgemäßen Kondensatormoduls, bei dem die in rechteckigen Kondensatorgehäusen untergebrachten Kondensatorwickel axial kontaktiert werden. Das bedeutet, daß die zwei Elektrodenfolien eines jeden Kondensatorwickels auf sich gegenüberliegenden Stirnseiten des Gehäuses kontaktiert werden. In diesem Fall kontaktiert eine Elektrodenfolie die jeweiligen Anschlüsse 2A und 2B, während die andere Elektrodenfolie das Gehäuse über die Kontaktstellen 3A und 3B kontaktiert.
Fig. 3B zeigt das im Fig. 3A im Querschnitt gezeigte Kondensatormodul in der Aufsicht. Zu sehen sind die jeweiligen ersten elektrischen Anschlüsse 2A und 2B, die jeweils durch die Isolierscheiben 6A und 6B von ihren jeweiligen Gehäusen elektrisch isoliert sind.
Fig. 4a zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kondensatormoduls in perspektivischer Ansicht, bei der die Elektrodenfolien der Kondensatorwickel 10A und 10B radial kontaktiert werden. Das bedeutet, daß beide Elektrodenfolien in einem Kondensator auf derselben Seite von ihrem elektrischen Anschluß beziehungsweise vom Gehäuse kontaktiert werden. Bei dieser Ausführungsform kontaktieren die Elektrodenfolien des Kondensatorwickels jeweils die ersten elektrischen Anschlüsse 2A beziehungsweise 2B oder die jeweiligen Kontaktierungsstellen 7A beziehungsweise 7B mit ihren Gehäusen. Derartige Kondensatormodule mit rechteckigen Kondensatorgehäusen und radialen Kontaktierungen erlauben einen besonders platzsparenden Aufbau von Kondensatorbatterien.
Fig. 4B zeigt eine Aufsicht des in Fig. 4A in perspektivischer Ansicht gezeigten erfindungsgemäßen Kondensatormoduls. Zu sehen sind die jeweiligen ersten elektrischen Anschlüsse 2A beziehungsweise 2B und die Kontaktierungsstellen 7A und 7B für das Gehäuse.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kondensatormoduls mit zwei coaxialen zylinderförmigen Kondensatorgehäusen 5A und 5B. Zu sehen ist, daß bei dieser Variante die Kondensatorgehäuse sich über ihre jeweiligen, flächig ausgeformten Böden formschlüssig kontaktieren. Als Böden werden bei röhrenförmigen Kondensatorgehäusen die flächig ausgeformten Ober- beziehungsweise Unterseiten der Röhren bezeichnet. Diese Art der Kontaktierung erlaubt bei röhrenförmigen Kondensatorgehäusen eine besonders große Kontaktfläche zwischen beiden Gehäusen und damit eine besonders gute elektrische Verbindung.
Fig. 6 zeigt eine Kondensatorbatterie, bei der zwei erfindungsgemäße Kondensatormodule in Reihe geschaltet sind. Die elektrischen Potentiale der jeweiligen ersten elektrischen Anschlüsse beziehungsweise der Kontaktierungsstellen zum Gehäuse sind beispielhaft für eine Reihenschaltung bezeichnet. Eine derartige Kondensatorbatterie benötigt wesentlich weniger Schraubverbindungen als herkömmliche Kondensatorbatterien.
Die Erfindung ist nicht auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele und Figuren beschränkt. Weitere Variationen sind vor allem im Bezug auf die Kontaktierung zwischen den beiden Kondensatorgehäusen möglich. So ist es beispielsweise möglich, daß anders als in den Figuren gezeigt die Kondensatorgehäuse sich nicht über Kontaktflächen, sondern nur über Kanten kontaktieren, wie dies beispielsweise bei nebeneinander angeordneten röhrenförmigen Gehäusen oder bei rechteckigen Gehäusen die sich nur über ihre jeweiligen Ecken kontaktieren, der Fall ist. Weitere Variation sind weiterhin bei den Ausführungsformen der Kondensatoren möglich, die anstelle der hier gezeigten Kondensatorwickel auch z. B. aus nicht aufgerollten Schichtstapeln bestehen können.

Claims

1. Kondensatormodul (1) mit den Merkmalen:

- ein erster (10A) und ein zweiter Kondensator (10B) befinden sich jeweils in getrennten, voneinander dicht abgeschlossenen metallisch leitfähigen Gehäusen (5A, 5B),

- die beiden Gehäuse (5A, 5B) sind über eine Kontaktstelle miteinander verbunden, wobei eine elektrische Verbindung zustande kommt,

- jeder Kondensator (10A, 10B) weist jeweils zumindest einen, vom Gehäuse elektrisch isolierten, ersten Anschluß (2A, 2B) auf.

2. Kondensatormodul nach Anspruch 1,

- bei dem das Kondensatormodul zumindest einen mit dem Gehäuse verbundenen, zweiten elektrischen Anschluß aufweist.

3. Kondensatormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

- bei dem die Gehäuse (5A, 5B) jeweils einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.

4. Kondensatormodul nach dem vorhergehenden Anspruch,

- bei dem die Gehäuse zumindest teilweise formschlüssig angeordnet sind und daher eine gegenseitige Kontaktfläche ausbilden.

5. Kondensatormodul nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die Gehäuse (5A, 5B) jeweils einen runden Querschnitt aufweisen,

- bei dem die Böden (5B, 10B) beider Gehäuse elektrisch leitend mit einer Metallplatte verbunden sind, wobei eine zusätzliche elektrische Verbindung zustande kommt.

6. Kondensatormodul nach einem der Ansprüche 1 oder 2,

- bei dem die Gehäuse (5A, 10A) jeweils einen runden Querschnitt aufweisen,

- bei dem die Böden (5B, 10B) beider Gehäuse zumindest teilweise formschlüssig angeordnet sind und als gegenseitige Kontaktfläche ausgebildet sind.

7. Kondensatormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

- bei dem alle elektrischen Anschlüsse auf derselben Oberfläche angeordnet sind.

8. Kondensatormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

- bei dem die beiden Gehäuse miteinander verschweißt sind.

9. Kondensatorbatterie,

- bei der ein Kondensatormodul nach einem der vorherigen Ansprüche mit einem weiteren Kondensatormodul und/oder einem Kondensator verschaltet ist.