一种薄膜电容器的散热装置

1.本实用新型涉及薄膜电容器领域，尤其是涉及一种薄膜电容器的散热装置。


背景技术：

2.有限的化石能源以及新型能源开发，人类对于能源需求的增加促进了对于新型高效的储能设备的研发。传统的蓄电池，能量密度高，单体标称电压高，选取合适的电池材料能够带来较大的能量输出，循环充放电寿命有限，大约5000～10000次，若采用大倍率充放电，会减少电池的寿命。由于其机理为氧化还原化学反应，存在一定的环境污染。最重要的是，蓄电池的储能受周围温度影响很大，在高温条件下，会引起电池蓄能性能的恶化从而直接影响到蓄电池的容量；同时，其对于过充过放耐受性差，具有存在爆炸的风险。这些导致了蓄电池需采用多重保护机制。而且，目前市场上，其价格较高。相比较蓄电池而言，电容器可以快速充放电，但缺点也很明显，储能低。因此，结合蓄电池与电容器的优势，发明了超级电容器。它是介于蓄电池与电池之间的储能器件，同时具备有储能高和快速充放电等优势。随着电子、电力技术的迅猛发展，各种电力变化、电力存储等对于直流大容量电容器的需求的不断增加，而铝电解电容在可靠性，寿命等性能方面存在一些不足，这导致了薄膜电容替换铝电解电容的趋势越来越明显。薄膜电容器高阻抗，具有优良的高频绝缘性能。同时，具有自愈性和无感特性；频率响应宽，而介电强度随温度升高而有所增加。因此，薄膜电容器是最接近的“理想电容器”，但是缺点也很明显，成本高、体积大。基于其优点，可用于汽车、机车、风电、光伏等装备中取代电解电容器。
3.薄膜电容器以金属箔片(或者是在塑料上进行金属化处理而得的箔片)作为电极板，以塑料作为电介质，通过卷绕或层叠工艺制备成电容器。结构上可分为卷绕式、叠片式、内串式。薄膜电容器工作时，本身损耗会引起电容器发热，这部分热量一部分通过横向输运通过外壳散发到外界，另一部分热量会停留在电容器内部，使得其内部温度升高。这对于电容器的电学性质会有所影响。更严重地是，电容器长期处于高温阶段会加速介质老化，减少电容器寿命，还会引起薄膜热击穿，导致电容器损坏。此外，在脉冲放电过程中，若薄膜电容器内部温度过高时，会影响通流能力和耐压能力，对于设备的运行会造成极大的影响。电容器内部发热是不可避免的事实，电容器的散热装置尤为重要。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种薄膜电容器的散热装置。
5.本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种薄膜电容器的散热装置，该薄膜电容器包括芯轴和以该芯轴为中心进行卷绕的电介质薄膜，所述散热装置包括连接于所述电介质薄膜轴向端部的散热纤维。
7.所述散热纤维与所述芯轴的轴向方向平行设置。
8.所述散热纤维的端部固定连接于金属环上。
9.所述散热纤维的端部焊接固定于所述金属环上。
10.所述电介质薄膜的两个轴向端部均设有散热纤维。
11.所述述电介质薄膜为炭黑/聚偏氟乙烯(pvdf)薄膜。
12.所述散热纤维为一体连接于所述炭黑/聚偏氟乙烯(pvdf)薄膜上的聚偏氟乙烯(pvdf)纤维。
13.所述薄膜电容器的电介质薄膜外部卷绕铝箔。
14.本实用新型中的薄膜电容器以铝箔作为电容器电极，炭黑/聚偏氟乙烯(pvdf)薄膜作为电介质，薄膜和铝箔以芯轴为中心卷，纤维可生长于薄膜上，构建纵向热输运通道；金属环作为纤维连接终端，主要用于热量输运，增强薄膜电容器的散热效果，以上构成了电容器元件的有效部分；而在常规薄膜电容器主要通过横向热输运通道，即电容器元件有效部分产生的热量需要通过各元件本身，外包膜，绝缘层，外壳内外壁传热，然后以对流和热辐射方式将热量传到环境中，在这个横向热输运过程中，存在有多种热界面，这造成内部热量通过此输运方式效果很差；本实用新型通过在薄膜上下表面生长纤维，构建纵向热输运通道，该输运方式有效地减弱界面所带来的影响，同时提供了一种热输运通道，运用本实用新型的方案，可显著地提高薄膜电容器的散热能力。
15.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
16.(1)本实用新型中的电介质薄膜上设计了纵向导热通道，可大幅度提高电容器的散热能力，最大程度地降低薄膜电容器内部温度，避免其处于高温区工作，从而提高电容器的使用寿命以及保持其性能的稳定性；
17.(2)本实用新型利用对称性，在薄膜电容器上下两端同时添加该散热装置，可进一步提高电容器散热效率；
18.(3)在散热纤维的端部进一步连接金属环，进一步提高了电容器散热效率；
19.(4)从制备工艺上看，可以在制备炭黑/pvdf薄膜时，同时生长出散热纤维，操作简单、容易生产；
20.(5)本实用新型的装置适用于大型电容器，制造工艺简易且成本低，同时也保证了能量密度，功率密度。
附图说明
21.图1为本实用新型的薄膜电容器的结构示意图；
22.图2为本实用新型中薄膜电容器的有效部分的结构示意图
23.图3为本实用新型中薄膜电容器的有效部分的主视结构示意图；
24.图4为本实用新型中薄膜电容器的有效部分的俯视结构示意图；
25.图5为本实用新型的结构示意图；
26.图中，1为芯轴，2为炭黑/聚偏氟乙烯(pvdf)薄膜，3为铝箔，4为散热纤维，5为金属环，6为薄膜电容器元件的有效部分，7为外包膜，8为绝缘膜，9为外壳。
具体实施方式
27.下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领
域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
28.实施例
29.一种薄膜电容器的散热装置，薄膜电容器为卷绕式薄膜电容器，如图1所示，包括薄膜电容器元件的有效部分6以及卷绕包裹于该薄膜电容器元件的有效部分6外部的外包膜7、绝缘膜8和外壳9。
30.薄膜电容器元件的有效部分6包括芯轴、以该芯轴1为中心进行卷绕的电介质薄膜、卷绕于电介质薄膜外部的铝箔3、以及散热装置，如图2、图3和图4所示。
31.本实施例为散热装置，如图5所示，散热装置包括连接于电介质薄膜轴向端部的散热纤维4，电介质薄膜的两个轴向端部均设有散热纤维4，该散热纤维4与芯轴1的轴向方向平行设置，提供纵向热输运通道，并且散热纤维4的端部通过焊接固定连接于金属环5上，如图2所示。本实施例中，电介质薄膜为炭黑/聚偏氟乙烯(pvdf)薄膜2，散热纤维4为一体连接于炭黑/聚偏氟乙烯(pvdf)薄膜2上的聚偏氟乙烯(pvdf)纤维。
32.本实施例中炭黑/聚偏氟乙烯(pvdf)薄膜2作为电容器电介质，铝箔3作为电容器电极，纤维4提供新的纵向导热通道，通过将嵌入纤维式的电介质薄膜与铝箔3重叠后以芯轴1为中心绕在一起，图2、图3、图4中电介质薄膜，铝箔3和芯轴1之间的间隙绘制很大，实际上它们之间的间隙很小，基本上是叠在一起的。当薄膜电容器内部产生大量热量时，相比较横向总热阻，纵向总热阻很小，因此电容器内部热量更容易通过纵向导热将输运到外部环境中。并且，散热纤维4的端部均连接到金属环5上，可有效地提高电容器的散热能力。本实施例中带有散热纤维的炭黑/聚偏氟乙烯(pvdf)薄膜2可以在制备过程中，同时在该炭黑/聚偏氟乙烯(pvdf)薄膜上下表面生长额外的聚偏氟乙烯(pvdf)纤维作为散热限位，制备方法简单。
33.本实施例的装置用于有机/无机薄膜电容器散热装置，结构简单，成本增加很少同时可有效地提高薄膜电容器的散热能力，提高其性能的稳定性以及使用寿命，使得其可用于制备大型薄膜电容器。
34.以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。