一种金属化薄膜芯子串联的芯子组及电容器的制作方法

1.本实用新型属于高压电容器技术领域，具体涉及一种金属化薄膜芯子串联的芯子组及电容器。


背景技术：

2.金属化薄膜电容器因耐电压高、耐冲击电流大、使用寿命长等特点被应用于军事、医疗、汽车、工业等很多领域。其中高压储能，高压脉冲放电场合的金属化薄膜电容器，性能要求具有10ka
‑
100ka的脉冲电流放电能力及us级的放电时间，产品的设计要求很高。
3.高压储能，高压脉冲薄膜电容器的设计目前主要有2种方法，第1种方法是采用高方阻厚度较厚的金属化聚丙烯薄膜做电极和介质材料，第2种方法是采用高方阻厚度较薄的内部串联金属化聚丙烯薄膜做电极和介质材料。采用这2种方法卷绕的芯子，需要耐受5kv
‑
50kv的额定电压，对于电容器制造过程中的赋能、耐电压测试设备有高压或超高压的要求，需要特种设备和特种作业。


技术实现要素：

4.本实用新型针对上述缺陷，提供一种采用较薄的金属化聚丙烯薄膜做电极和介质材料，因金属化镀层不存在串联结构，即不存在尖端放电和局部放电，同时因较薄的膜承受的额定电压比较低，不会形成高压电离的金属化薄膜芯子串联的芯子组及电容器。
5.本实用新型提供如下技术方案：一种金属化薄膜芯子串联的芯子组，所述串联的芯子组由三列串联芯子列通过上部连接电极和下部连接电极固定连接，所述三列串联芯子列包括左侧串联芯子列、中间串联芯子列和右侧串联芯子列，所述串联芯子列由若干芯子由上至下正极和负极接触的串联方式形成；
6.一列串联芯子列由若干个所述芯子串联形成，所述芯子上下2个喷金面上分别焊接有螺钉和螺母，其中，带六边形的螺柱、螺母铆焊在1mm的铜板上，铆焊组件通过焊接耳分别焊接在芯子上下两个喷金面上；
7.所述芯子包括作为正极的上部铆接螺母焊片和作为负极的下部铆接螺柱焊片；
8.所述芯子为表面包裹有两层具有留绝缘边的金属化聚丙烯薄膜以卷边错位的方式包裹的芯棒，所述芯子还具有喷金层；所述金属化聚丙烯薄膜由上到下包括金属化电极层和聚丙烯介质层，所述聚丙烯介质层膜横向上包括加厚区、过渡区、活动区和留边区，镀层厚度以斜坡式依次递减；
9.芯子串联后电气参数：耐电压u
n
=单个芯子的耐电压u
n x串联数量n，电容量c
n
=单个芯子的耐电压c1÷
串联数量n。
10.进一步地，所述螺柱和所述螺母材质均为紫铜，所述紫铜规格选型为m6、m8或m10。
11.进一步地，所述螺母和所述螺柱的螺纹深度范围为8
‑
15mm。
12.进一步地，所述加厚区的方阻值为5
‑
10ω/
□
，所述过渡区的方阻值为10
‑
40ω/
□
，所述活动区的方阻值为40
‑
90ω/
□
。
13.本实用新型还提供含有上述的芯子组的电容器，若干组所述串联的芯子组上部通过正极铜排在另一侧所述串联芯子列的正极并联，下部通过负极铜排在一侧所述串联芯子列的正极并联；若干组所述串联的芯子组在上部的另一侧所述正极通过正极铜排并联，并在下部一侧所述正极通过负极铜排并联。
14.进一步地，所述串联的芯子组的个数为6组。
15.进一步地，一列串联芯子列中芯子的数量为8个。
16.本实用新型的有益效果为：
17.1、本实用新型提供的金属化薄膜芯子串联的芯子组电容器解决内部串联蒸镀膜局部放电问题。金属化内部串联薄膜介质内部存在的电弱点、极板边缘气隙、表面气隙等，在较高的交变电压下，每个周波都发生重复性多次放电，放电的能量不断引起锌铝金属化膜的电极层腐蚀，加速介质老化，严重时锌铝金属大面积电离，电容器容量大幅降低。引发的主要因素两条，其一是金属化膜蒸镀层边缘存在毛刺尖峰，该毛刺尖峰在串联的金属化膜相邻2串之间形成尖端放电而最终形成局部放电，其二是芯子设计的额定超过局部放电的起始电压，形成高压电离。
18.本实用新型提供的金属化薄膜芯子串联的芯子组电容器采用较薄的金属化聚丙烯薄膜做电极和介质材料，因金属化镀层不存在串联结构，即不存在尖端放电和局部放电，同时因较薄的膜承受的额定电压比较低，不会形成高压电离。
19.2、提供的内部芯子串联的芯子组电容器采用了金属薄膜化处理单个芯子，进而解决了较厚金属化聚丙烯薄膜介电强度过高的问题。
20.电容器的额定电压根据u
n
=薄膜介电强度x薄膜厚度，为达到储能电容器比较高的额定电压，常规设计采用比较厚的薄膜和比较高的介电强度，如采用7um厚薄膜，介电强度设计为650v/um。介电强度的设计值越高，则金属化蒸镀层越薄，方阻越高，发热量越大，产品使用寿命越短。
21.3、赋能、耐电压测试设备有高压或超高压的要求，需要特种设备和特种作业问题。本实用新型提供的金属化薄膜芯子串联的芯子组电容器和制备方法制备得到的单个芯子设计的额定电压<1000v，在电容器制造、测试和试验过程中电压<2000v，采用本实用新型提供的制备方法制备得到的金属化薄膜芯子串联的芯子组电容器的常规设备即能满足电压要求，同时操作过程无特高压，不需要特种作业。
附图说明
22.在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。其中：
23.图1为本实用新型提供的连续反应电絮凝电镀污水处理装置整体示意图；
24.图2为本实用新型提供的串联芯子组中单个芯子的结构示意图；
25.图3为本实用新型提供的串联芯子组中的芯子表面金属薄膜的结构示意图；
26.图4为本实用新型提供的串联芯子组中的金属薄膜化芯子的内部结构图；
27.图5为本实用新型提供的若干组串联芯子列组通过正极铜排和负极铜排连接的形成的电容器的结构示意图。
具体实施方式
28.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.如图1所示，为本实用新型一种金属化薄膜芯子串联的芯子组，串联的芯子组由三列串联芯子列2通过上部连接电极3和下部连接电极4固定连接，三列串联芯子列2包括左侧串联芯子列2
‑
1、中间串联芯子列2
‑
2和右侧串联芯子列2
‑
3，串联芯子列2由若干芯子1由上至下正极和负极接触的串联方式形成；
30.芯子1形成一列串联芯子列2的串联方法是通过焊接在芯子上下2个喷金面上的螺柱和螺母来实现，首先将带六边形的螺柱、螺母铆焊在1mm的铜板上，再将铆焊组件通过焊接耳分别焊接在芯子上下两个喷金面上；
31.如图2所示，芯子1包括作为正极的上部铆接螺母焊片1
‑
1和作为负极的下部铆接螺柱焊片1
‑
2；
32.如图3所示，芯子1为表面包裹有两层具有留绝缘边的金属化聚丙烯薄膜以卷边错位的方式包裹的芯棒，芯子还具有喷金层；金属化聚丙烯薄膜由上到下包括金属化电极层和聚丙烯介质层，聚丙烯介质层膜横向上包括加厚区、过渡区、活动区和留边区，镀层厚度以斜坡式依次递减；
33.加厚区的方阻值为5
‑
10ω/
□
，过渡区的方阻值为10
‑
40ω/
□
，活动区的方阻值为40
‑
90ω/
□
。
34.芯子串联后电气参数：耐电压u
n
=单个芯子的耐电压u
n x串联数量n，电容量c
n
=单个芯子的耐电压c1÷
串联数量n。
35.螺柱和螺母材质均为紫铜，紫铜规格选型为m6、m8或m10，螺母和螺柱的螺纹深度范围为8
‑
15mm。
36.如图4所示，芯子的设计包括芯子形体、卷绕错边量、卷轴直径、芯棒直径、芯子外径、卷绕设备参数和外封绝缘膜的材质、厚度、圈数等，如图5所示，金属薄膜化芯子的制备方法，包括以下步骤：
37.s1：将两层所述金属化薄膜进行卷边错位地交叠，所述卷边错位为将两层所述留边区朝向所述芯棒的上部和下部不同方向；
38.s2：将两层所述金属化薄膜以热压或冷压工艺围绕所述芯棒包裹卷绕；
39.s3：经过所述s2的卷绕，得到卷绕外径为50
‑
150mm的圆柱体或椭圆柱体的芯子；芯子的卷绕外径由芯子的空间布局、卷绕机的工程能力和芯子的额定容量确定，直径越小，卷绕难度越低，性能越好，但直径太小，效率较低，但直径太大，卷绕难度越高，张力越大，尤其是靠近圆柱轴心位置。
40.芯子形体可分为圆柱体和椭圆柱体，其中椭圆柱体为圆柱体的压扁形态，优选为圆柱体，因为椭圆柱体经过热压或冷压工艺，内部张力分布不均，尤其椭圆弧处薄膜的张力会增加，在高压使用过程中易发生过度自愈，缩短电容器使用寿命。
41.卷绕错位量根据电容器芯子的额定电压和薄膜的留边宽度确定，卷边错位的宽度的取值范围是1.5
‑
2.5mm。两层金属化聚丙烯薄膜中的外层金属化聚丙烯薄膜的材质和厚
度与芯子热定型工艺的收缩率有关，金属化聚丙烯薄膜的留边区为无蒸镀层区，宽度为2
‑
4mm，起到隔离不同极性的蒸镀层和喷金层的作用，留边宽度根据电容器单只芯子的额定电压确定，留边宽度越大，隔离电压越高。
42.如图5所示，本实用新型还提供采用上述串联芯子组继续加工，并联得到的电容器，6组串联的芯子组5上部通过正极铜排6在另一侧串联芯子列的正极并联，下部通过负极铜排7在一侧串联芯子列的正极并联；若干组串联的芯子组5在上部的另一侧正极通过正极铜排6并联，并在下部一侧正极通过负极铜排7并联。每列串联芯子列2中芯子的数量为8个。
43.虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。