DE2912091A1

DE2912091A1 - Doppelschicht-kondensator

Info

Publication number: DE2912091A1
Application number: DE19792912091
Authority: DE
Inventors: Masashi Hosokawa; Takuro Kawamura; Kei Sanada
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1978-03-27
Filing date: 1979-03-27
Publication date: 1979-10-11
Also published as: US4313084A; DE2912091C2

Description

GLAWE, DELFS, MOLL & PARTNER

Nippon Electric Company, Limited

Tokio / Japan

Doppelschicht-Kondensator

PATENTANWÄLTE

DR.-INQ. RICHARD GLAWE, MÖNCHEN DIPL.-ING. KLAUS DELFS, HAMBURG DIPL.-PHYS. DR. WALTER MOLL, MÖNCHEN" DIPL.-CHEM. DR. ULRICH MENGDEHL, HAMBURG

ZUGELASSENE VERTRETER BEIM

EUROPÄISCHEN PATENTAMT * ZUGL. OFF. BEST. U. VEREID. DOLMETSCHER

8000 MÖNCHEN 26 POSTFACH 37 LIEBHERRSTR. 20 TEL. (089) 22 65 48 TELEX 52 25 05 spez

MÜNCHEN A 67

2000 HAMBURG POSTFACH 2570 ROTHENBAUM-CHAUSSEE TEL. (040)41020 TELEX 21 29 21 spez

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Doppelschicht-Kondensator und insbesondere eine Verbesserung bei einer Mehrzell-Schichtenstruktur eines Doppelschicht-Kondensators, der durch Schichten einer Vielzahl von Einheitszellen gebildet wird und bei hohen Stehspannungen Verwendung findet.

Allgemein wird die Stehspannung eines Einheitselements
eines Doppelschicht-Kondensators durch die kleinere der Zersetzungsspannungen von Elektrolyt und Lösungsmittel bestimmt, die die Einzelelemente des Einheitselements bilden. Beispiels-10 weise beträgt die Stehspannung des Einheitselements bei einem

909841/0681 - 1 -

BANK: DRESDNER BANK, HAMBURG, 4 030 448 (BLZ 200800 00) ■ POSTSCHECK: HAMBURG 147807-200 - TELEGRAMM: SPECHTZIES

System mit wäßriger L6sung, das Schwefelsäure oder Ätzalkali als Elektrolyt verwendet, etwa 1,O Volt.

Im Falle von organischen Lösungsmitteln mit hohen Dielektrizitätskonstanten, wie etwa Propylencarbonat, N,N-Dimethylformaldehyd, Acetonitril oder Y'-Butyrolaceton, beträgt die Stehspannung etwa 3 bis 5 Volt, obwohl sie auch von der Zersetzungsspannung der verwendeten Salzionen abhängt. Wenn dem Einheitselement eine höhere Spannung als die Zersetzungsspannung des Lösungsmittels zugeführt wird, so wird die Funktion des Elements bzw. der Zelle beeinträchtigt bzw. zerstört.

Wenn somit eine höhere. Stehspannung als diese Zersetzungsspannung bei Doppelschicht-Kondensatoren benötigt wird, so ist es allgemein üblich, die erforderliche Anzahl von Einheit selementen in Reihenschaltung zu schichten bzw. zu lameliieren, da die Jedea einzelnen Einfeeitseleaemt zugeftfiirte Spannung dedurch Mater die Durchbruchsspannung, d.h. die Stehspemnung des Einheitselements herabgedrückt werden kann*

Wenn in dem oben, beschriebenen Fall eine Gleichstromspannung einem derartigen lamellierten Doppelschicht-Kondensatoraufbau zugeführt wird, so wird die zugeführte Spannung im Verhältnis der Isolationswiderstände der entsprechenden Einheitselemente durch die entsprechenden Einheitselemente aufgeteilt. Dies bedeutet, daß die Änderung der den entsprechenden Ein-

909841/0681

2Q12031

heitselementen zugeführten Spannungen um so größer ist, je größer die Amplitudenänderung des Isolationswiderstands der entsprechenden Einheitszellen ist.

Eine derartige Änderung de·«* angelegten Spannungen an die entsprechenden Einheitselemente aufgrund der Änderung der Isolationswiderstände führte jedoch dazu, daß selbst in den Fällen, in denen beispielsweise eine Spannung entsprechend der Stehspannung pro Einheitselement, multipliziert mit der Anzahl der lamellierten Einheitselemente dem lamellierten Doppelschicht-Kondensator zugeführt wurde, dazu, daß jedem der lamellierten Elemente eine höhere Spannung als die Stehspannung des Einheitselements zugeführt wird, und damit dazu, daß das Einheitselement beschädigt wird und damit ein Verlust der Funktion des Gesamtkondensators auftritt.

Als Lösung zur Verhinderung eines derartigen Durchbruchs wurde ein lamellierter Doppelschicht-Kondensator vorgeschlagen, der eine vorbestimmte Stehspannung aufweist, entweder durch Auswahl der Einheitselemente mit im wesentlichen gleichen Isolierwiderständen oder durch Schichten einer ausreichend großen Anzahl von Einheitselementen mit einer ausreichenden Toleranz, so daß selbst das Einheitselement, dem im Doppelschicht-Kondensator die größte Spannung zugeführt wird, nicht beschädigt werden kann. Bei einer Großfertigung von lamellierten Doppelschicht-Kondensatoren würde jedoch eine

909841/0681

OR'GSNAL INSPECTED

derartige Lösung zu vielen Schwierigkeiten führen. So ist beispielsweise die Verbesserung und die Entwicklung von Herstelltechniken zur Steuerung der Änderung von Isolationswiderständen der Einheitszelle innerhalb von 10 % od. dgl. äußerst schwierig. Aber selbst dann, wenn versucht wird, die Änderung der Isolationswiderstände durch Auswahl lediglich der Einheitselemente mit im wesentlichen gleichen Isolationswiderständen oder durch Erhöhen der Anzahl von lameliierten Einheitselementen zu kompensieren, so ist doch ein Mehr an Arbeit und mehr Rohmaterial erforderlich, was zu erhöhten Herstellungskosten führt. Wenn darüber hinaus die Einheitselemente geschichtet werden, um einen lameliierten Doppelschicht-Kondensator zu bilden, so können Abweichungen in der Stellung zwischen den einzelnen Einheitselementen auftreten, so daß die Kontaktwiderstände zwischen entsprechenden benachbarten Einheitselementen höher werden können und damit die Impedanzeigenschaften des lameliierten Doppelschicht-Kondensators unstabil werden. Damit war ein Doppelschicht-Kondensator, der lediglich durch Schichten einer Vielzahl von Einheitselementen gebildet wurde, nicht nur geringwertig hinsichtlich von Stabilität und Zuverlässigkeit seiner Eigenschaften, sondern er zeichnete sich auch durch hohe Herstellungskosten aus, im Vergleich zum herkömmlichen Aluminiumelektrolyt-Kondensator od„ dgl., so daß er nur schlecht verkaufbar war und seine Großfertigung nicht erreicht werden konnte,

909841/0681

Demgegenüber besteht eine wesentliche Aufgabe der Erfindung darin, einen lamellierten Doppelschicht-Kondensator der oben beschriebenen Art zu schaffen, der eine hohe Stehspannung aufweist und leicht herstellbar ist.

Eine weitere wesentliche Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen lamellierten Mehrzell-Doppelschicht-Kondensator zu schaffen, der in Massenproduktion herstellbar ist und bei dem in großem Maße Rohmaterialkosten und Arbeitskosten eingespart werden können.

Eine weitere wesentliche Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen lamellierten Mehrzell-Doppelschicht-Kondensator zu schaffen, der bei der Anwendung in elektronischen Geräten eine hohe Zuverlässigkeit und eine hohe Stabilität in seiner Betriebsweise aufweist.

Eine weitere sehr wesentliche Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen lamellierten Doppelschicht-Kondensator zu schaffen, der noch kompakter ist, und zwar unter Verwendung eines praktischeren Aufbaus von Widerständen zum Ausgleich der den entsprechenden Einheitselementen im Doppelschicht-Kondensator zugeführten Spannungen, und er trotzdem zuverlässig arbeitet und für die Massenproduktion geeignet ist.

909841/0681 - 5 -

2012091

Erflndtaagsgeailß ist ein lameliierter Doppelschicht-Kondensator vorgesehen* "bei ä®m die Widerstände mit im wesentlichen gleichen Widerstandswertea jeweils parallel zu den entsprechenden liBlieitselementen im lameliierten Doppelschicht-Kondensator geschaltet sind. Die Widerstände sind vorteilhaft mit den lamellierten Eiidxeitselementen derart verbunden, daß der eine Anschluß des entsprechenden Widerstands zwischen das eine und das darüberliegende Einheitselement und der andere Anschluß zwischen das eine und das darunterliegende Einheitselement eingeführt wird»

Bei einer bevorsugten Ausfüiarungsform der Erfindung ist ein lemelli©rter Döppslacliielit-ICondensator vorgesehen» bei dem eis Teilaufbau aus Saoehgenauen integrierten Widerständen, der- durch wiedorholtes Aufeinanderlegen von Linearwiderständen im gloicSien Muster auf ein flexibles Blech oder Blatt gebildet wird» anstelle der.Widerstände verwendet wird, um die an den einzelnen Elementen aaliegenden Spannungen auszugleichen« Dabei wird das Blatt um die lamellierte Kondensatoranordnung herumgewickelt, bevor die Anordnung in ein Außengehäuse gebracht wird_e

Demnach sieht die Erfindung eine lameliierte Struktur von Doppelschicht-Kondensatorelementen mit einer hohen Stehspannung vor, die durch Schichten einer Vielzahl von Einheitseleraenten von Doppelschicht-Kondensatoren und durch Verbinden

S09841/068 1

ORIGINAL !MSPECTED

einer Vielzahl von Widerständen mit im wesentlichen gleichen Widerstandwerten in Parallelschaltung zu den entsprechenden Einheitselementen vorgesehen wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ein integrierter Spannungsausgleich-Widerstand mit hoher Genauigkeit, der durch Auflegen von Linearwiderständen auf ein flexibles Blatt gebildet wird, verwendet und um die lamellierten Einheitselemente herumgewickelt.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Einheitselements eines herkömmlichen Doppelschicht-Kondensators;

Fig. 2 eine schematische Ansicht, die das Prinzip des lamellierten Mehrzell-Doppelschicht-Kondensatoraufbaus gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 3 eine Kurvendarstellung der Verteilungen der Spannungen an den entsprechenden Einheitselementen in den lamellierten Doppelschicht-Kondensatoren, wobei die durchgezogene Linie B die Spannungsverteilung in einem Kondensator zeigt, bei dem die Einheitselemente einfach geschichtet sind, ohne daß damit gleiche Widerstände verbunden sind, während die gestrichelte Linie A die Spannungsverteilung in einem erfindungsgemäßen Kondensator zeigt, bei dem gleiche Widerstände

909841/0681 - 7 -

mit den entsprechenden Einheitselementen verbunden sind;

Fig. 4A in Draufsicht einen Zwischenverfahrensschritt der Herstellung einer bevorzugten Äusführungsform eines Widerstandsteilaufbaus, der zum Ausgleich der Spannungen an den entsprechenden Einheitselementen verwendet wird;

Fig. 4B in Draufsicht eine bevorzugte Ausführungsform der Spannungsausgleichs-Wlderstände, wie sie in einem lamellierten 4-Zellen-Doppelschicht-Kondensator verwendet werden;

Fig» 5 in perspektivischer Ansicht die Art der Parallelschaltung des Widerstands in Fig. 4B zu dem lamellierten 4-Zellen-Doppelschicht-Kondensator, indem er darum herumgewickelt

Fig. 6A in Draufsicht den in Fig. 5 dargestellten lamellierten Mehrzellen-Doppelschicht-Kondensator, wie er innerhalb eines Außengehäuses untergebracht ist, und

Fig., 6b eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in Fig. 6A„

Fig. 1 zeigt ein Einheitselement bzw. eine Einheitszelle eines Doppelschicht-Kondensators mit einer aus aktivierten

909841/0681
- β -

Kohlenstoffteilchen bestehenden Pasteelektrode 2 und einer Elektrolytlösung, die zwischen einem Paar von scheibenförmigen leitenden Separatoren 1 zwischengelegt ist, wobei die Separatoren elektronenleitfähig und für Ionen undurchlässig sind. Zwischen diesen Elektroden 2 ist ein scheibenförmiger poröser Separator 3 angeordnet, der für Ionen durchlässig ist und eine Elektronenleitung verhindert, um eine Leitung zwischen den Elektroden 2 zu verhindern. Um die leitenden Separatoren 1 zu halten und die Elektroden 2 von der Außenatmosphäre abzuschirmen, ist eine ringförmige nichtleitfähige Dichtung 4 vorgesehen, so daß damit ein Einheitselement 10 eines Doppelschicht-Kondensators gebildet wird. Hinsichtlich weiterer Einzelheiten eines derartigen Einheitselements 10 wird auf die US-PS 3 536 963 verwiesen.

In Fig. 2 sind sieben derartige Einheitselemente 10 in Reihenschaltung geschichtet, wobei die Anschlußleitungen 11a und 11b der Widerstände 11 zwischen den Separatoren 1 von benachbarten Einheitselementen 10 zu deren Verbindung geklemmt sind. Es ist erforderlich, daß die Widerstandswert· der entsprechenden Widerstände 11, die parallel zu den entsprechenden Einheitselementen 10 geschaltet sind, im wesentlichen gleich zueinander sind (innerhalb + 5 %). Dieser Aufbau wird in einem Außengehäuse untergebracht, wie es im nachfolgenden beschrieben wird. Die obere und untere Fläche des Aufbaus sind extern so verbunden, daß die Verbindungen aus dem Gehäuse

909841/0681 - 9 -

. 291203!

als SpasisiisagszöfühimsigselelrtrOden herausgeführt sind. Unter Braek auf Bedloa und Deckel des Gehäuses wird dar gesamte Aufxii2i®i-t_e Aufgrund dieses Unterdrucksetzens können die Konzwiach©n den entsprechenden Einheitselementen, zwi.sofa.Qrt äGffi llah®itsel©a@nt und der Elektrodenleitung und zwiSGhea d.QH ©ntsprechenden Einheitselementen herabgesetzt werden;, wobei gleichzeitig ein Herausziehen der Anschlußleittmgea ae& Wi&srstands 11 verhindert werden kann_t wodurch insgesesat ®iia@ stabile Struktur erhalten wird. Um die Widerstände 11 £©ßt uaa stabil zu halten, werden die liderstände 11

an der Iraisnwand des Außengehäuses befestigt.

sqip Figo 1 raid 2 wird mm eine bevorzugte Ausfühdes² Erfindung beseiirieben«, Als leitfähiger Separator 1 Mispel ein sait !©itflhigara Kohlenstoff gemischtes ButylkeiircselMElslatt Bit 28 ei Durchmesser und etwa O₉3 um Dicke •?/erw©ßel©^söo ills Pasteelektrede 2 wird eine Mischung verwendet, die dareli Mischen von aktiviertem feinem Kohlenstoff pulver, das eine wirksame Oberfläche von 1100 m /g- (nach dem B.E·T. Verfahren) und einen ICörnchendurchmesser von ca. 50 pm. (lich-

te Maschenweitej 325 mesh) oder kleiner hat, mit 21 Gew.-% Schwefelsäure und vollem Aufrühren der Mischung zubereitet wird. Als poröser Separator 3 wird ein poröser Propylenfilm verwendet. Als nichtleitfähige Dichtung 4 wird eine Butylkautschukdichtung mit einem Außendurchmesser von 28 mm, einem Innendurchmesser von 22 mm, einer Dicke von 0,38 mm und einem

909841/0681
- 10 -

2312091

spezifischen Widerstand von 10 Xl-cm verwendet. Bei einem Einheitselement mit den leitfähigen Separatoren 1 und den Dichtungen 4 wird nach Aufbringen eines uesamtdrucks von etwa 30 kg auf die entsprechenden leitfähigen Separatoren 1 eine elektrostatische Kapazität von 2 - 3 F und ein Isolationswiderstand von 1 - 3 k£I ^halten. Sieben derartiger Einheitselemente 10 wurden ausgewählt, und es wurde ein lameliierter 7-Zellen-Doppelschicht-Kondensator 20 durch Schichten dieser Einheitselemente 10 hergestellt, wobei Widerstände 11 mit einem Widerstandswert von etwa 100-GL(+ 10 %), was einem Zehntel des minimalen Isolationswiderstands von 1 kXL entspricht, parallel zu den entsprechenden Einheitselementen geschaltet wurden. Bei einer angelegten Spannung von 6 V betrug die elektrostatische Kapazität des lameliierten Kondensators 20 etwa 0,4 F und sein Streu- bzw. Leckstrom betrug etwa 8 mA.

Im Vergleich zu einem geschätzten Streustrom von 0,03 CVpA für die herkömmlichen Aluminiumelektrolyt-Kondensatoren gemäß dem Stand der Technik ist dieser Streustrom geringer als der geschätzte Wert. Zusätzlich dazu ist hier anzumerken, daß durch die Hinzufügung der Spannungsausgleichswiderstände parallel zu den Einheitselementen der Streustrom bzw. vagabundierende Strom nicht übermäßig erhöht wird. Damit verliert der Kondensator nicht seinen praktischen und industriellen Wert.

909841/0681
- 11 -

„ 231209t

Anhand dieses lamellierten 7-Zellen-Doppelschicht-Kondensators 20 wird nun die Spannungsverteilung bei den entsprechenden Einheitselementen beschrieben. Bei dem oben beschriebenen lamellierten 7-Zellen-Doppelschicht-Kondensator 20 mit zu den entsprechenden Kondensatoren parallel geschalteten Widerständen 11, wobei eine Spannung von 3,5 V der gesamten Anordnung zugeführt wurde und die Spannungsverteilung der entsprechenden Einheitselemente gemessen wurde, wurde herausgefunden, daß die entsprechenden Spannungen innerhalb einer Änderung von 100 mV in der Spannungsdifferenz ausgeglichen werden konnten, wie es durch die gestrichelte Linie in Fig. 3 dargestellt ist. Dabei war auch die Stehspannung höher als 6,0 V.

Danach wurden lediglich die Widerstände 11 aus dem 7-Zellen-Doppelschicht-Kondensator 20 herausgezogen und ein Gesamtdruck von einigen zehn Kilogramm auf die Anordnung ausgeübt, und es wurde die Spannungsverteilung der entsprechenden Einheitselemente in ähnlicher Weise gemessen. Wie aus der durchgezogenen Linie B in Fig. 3 zu ersehen ist, überschritt die Änderung in der Spannungsdifferenz 500 mV und die Stehspannung betrug höchstens 4,1 V. Es ist demnach erforderlich, die Zahl der lamellierten Einheitselemente im Verhältnis zur Größe der gewünschten Stehspannung einzustellen, und es wurde herausgefunden, daß für eine Stehspannung von 6 V, die gleich der Stehspannung in dem Falle ist, in dem die Widerstände 11

909841/0881
- 12 -

2Ü12091

parallel zu den Einheitselementen geschaltet sind, eine Schichtung von zehn oder mehr Einheitselementen 10 erforderlich ist.

Zum Ausgleich der Spannungen an den lamellierten Einheitszellen ist es lediglich erforderlich, so viele Widerstandselemente 11 mit im wesentlichen gleichen Widerstandswerten vorzusehen wie die Zahl der geschichteten Elemente beträgt und die Widerstandselemente elektrisch parallel zu den entsprechenden Elementen 10 zu verbinden* Es wird angenommen, daß bei einer Integration dieser Widerstandselemente 11 die Herstellbarkeit bzw. das Betriebsverhalten noch erhöht wird. Es wird daher eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, bei der eine Gruppe von Widerständen zum Ausgleich der Spannungen an den Einheitselementen in einem lamellierten Doppelschicht-Kondensator integriert ist.

Wie aus Fig. 4A zu ersehen ist, wird ein Widerstandsdraht 400 mit einem gleichförmigen Widerstandswert pro Längeneinheit auf ein flexibles Blatt oder Folie 31 gelegt, wie etwa ein Kunststoffhaftfilm, wobei das gleiche Muster durch ein bekanntes Herstellungsverfahren, wie etwa Weben, Reihenanordnen od. dgl. wiederholt wird. Außerhalb des Startpunkts 32 des Drahts wird eine Schleife 41 zur Verbindung mit dem Einheitselement 10 mittels des Widerstandsdrahts 400 gebildet. Der Widerstandsdraht 400 wird auf das Blatt 31 so gelegt, daß

909841/0881
- 13 -

ORiGSNAL !USFcCTED

2912Ö91

er sich vom einen Punkt 32 an der rechten Kante des Blatts 31 zur linken Kante erstreckt. Wenn der Widerstandsdraht 400 bis in die Näh« des linken Rands des Blatts 31 gelegt ist, wird er dort gefaltet und wieder nach rechts bis zur rechten Kante gelegt. Wenn am rechten Rand der weitere Punkt 33 erreicht wurde, so wird dieser Punkt als der eine Endpunkt des Drahts für ein erstes Widerstands element 401 ausgewählt. Der Widerstandsdraht 400 springt von der Außenseite des Blatts 31 am Drahtanschlußpunkt 33 vor, ohne daß er unterbrochen wird, und bildet eine zweite Schleife 42, die als Anschluß für den ersten und einen weiteren Widerstand dient. Durch einen derartigen Verdrahtungsvorgang werden das erste Widerstandselement und die Verbindungsanschlüsse 41 und 42 gebildet. Der Abstand zwischen dem Startpunkt 32 und dem Endpunkt 33 des Drahts auf dem rechten Rand des Blatts 31, d.h. der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Schleifen 41 und 42, wird im wesentlichen gleich der Dicke des zu schichtenden Einheitselements 10 gewählt. Dadurch, daß die erste und zweite Schleife 41 und 42 die obere und untere Seite des Einheitselements berühren, ist das Widerstandselement 401, dessen Widerstandswert proportional zur Drahtlänge ist, die sich vor und zurück auf dem Blatt 31 erstreckt, parallel zum Einheitselement geschaltet. Offensichtlich kann der Widerstandswert eines jeden Widerstandselements durch Verändern des Durchmessers des Widerstands- drähte und der Drahtlänge verändert werden. Wenn die Verdrahtung im wesentlichen mit dem gleichen Muster wiederholt wird,

909841/068 1

- 14 -

so haben in einer Gruppe von Widerstand·elementen die Widerstandselemente im wesentlichen gleiche Widerstandswerte und es kann eine Gruppe von Verbindungsanschlüssen in integrierter Form auf einem Blatt realisiert werden. Es kann daher eine gewünschte Spannungsausgleichs-Widerstandsanordnung durch wieder holten Verdrahtungsvorgang entsprechend der Anzahl der zu schichtenden Einheitselemente vorgesehen werden. Anstelle eines Widerstandsdrahts auf dem Blatt 31 kann auch eine auf das Blatt 31 aufgebrachte Widerstandsschicht verwendet werden.

Bei der in Fig. 4B dargestellten Spannungsausgleichs-Widerstandsanordnung 300, die für einen lamellierten Doppelschicht-Kondensator mit vier Einheitselementen geeignet ist, weist der Widerstandsdraht vier Vorwärts- und RUckwärtserstreckungen im gleichen Muster auf dem Blatt 31 auf. Von den Start- und End punkten der entsprechenden Drahtmuster 401, 402, 403 und 404 erstrecken sich fünf Schleifen 41, 42, 43, 44 und 45 aus dem gleichen Widerstandsdraht 400, und zwar außerhalb des Blatts Von diesen vorspringenden Schleifen werden die inneren drei Schleifen 42, 43 und 44 zwischen entsprechende Einheitselemen te 10 eingeschoben bzw. eingeführt, wenn die vier Einheitsele mente 10 zusammengebaut werden. Die übrigbleibende obere und untere Schleife 41 und 45 werden mit dem oberen und unteren Ende des lamellierten Einheitselementenaufbaus 100 verbunden, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Das Blatt bzw. die Folie 31 wird um den lamellierten Einheitselementenaufbau herumgewickelt,

909841/0681
- 15 -

wobei seine verdrahtete Oberfläche nach innen gerichtet ist. Wie aus den Fig. 6A und 6B zu ersehen ist, werden die Leitungen 101 zum Herausführen der Elektroden mit dem Deckel und dem Boden des lameliierten Einheitseiementenaufbaus 100 verbunden. Der ganze Aufbau wird dann in einem Metallgehäuse bzw. Becher 61 untergebracht und wird damit eingekapselt bzw. ummantelt, während ein vorbestimmter Druck auf die Anordnung 100 ausgeübt wird. Innerhalb des Bechers 61 sind über und unter dem lameliierten Einheitseiementenaufbau 100 über Isolierkautschukplatten 62 eine Deckplatte 63 aus dem gleichen Material wie das Bechergehäuse 61 und eine metallische Bodenplatte 64 angeordnet. Nach dem Befestigen des Bechers wird das Innere des Bechergehäuses 61 mit Gießharz 65 vergossen. Die Isolierkautschukplatten 62 dienen dazu, die Gefahr eines Kurzschlusses durch das Metallgehäuse 61 zu vermeiden, und sie dienen auch als elastische Körper, die den auf den Kondensator 100 ausgeübten Druck gleichmäßig verteilen und den Kondensator 100 halten. Die Metallbodenplatte 64 wird zur Verstärkung des Metallgehäuses 61 verwendet, und sie ist daher nicht immer erforderlieh, wenn die Festigkeit des Metallgehäuses ausreichend groß ist.

Bei einem praktischen Beispiel der in Fig. 4A und Fig. 4B dargestellten Spannungsausglelchs-Widerstandsanordnung wird als Widerstandsdraht 400 ein Nickelchrom (Ni-Cr)-Draht (Ni: 75 - 85 %, Cr: 25 - 15 %) mit einem Durchmesser von

909841/0681

- 16 -

60 pn und einem spezifischen Widerstand von 133 u Xl cm verwendet, dessen Oberfläche mit Polyurethan isolierend beschichtet ist. Die flexible Folie 31, die auf einer Oberfläche Haftfähigkeit aufweist, kann leicht dadurch erhalten werden, daß ein beidseitiges Klebeband auf der gesamten einen Oberfläche eines Propylenfilms von 6 mm Breite, 100 mm Länge und 0,3 mm Dicke ohne Auslassen eines Freiraums aufgebracht wird. Bei einer Ausführungsform des Drahtmusters beträgt der Durchmesser der entsprechenden Schleifen 41 bis 45 10 mm und der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Schleifen beträgt 1,5 mm, was gleich der Dicke des Einheitselements ist, wodurch das Halten des laminierten Einheitselementenaufbaus hinsichtlich der Stabilität noch erhöht werden kann. Hinsichtlich der Drahtlänge bei den entsprechenden Widerstandselementenbereichen 401, 402, 403 und 404 wurde die Vorwärts- und Rückwärtserstreckung mit 210 mm gewählt, wobei die Widerstandselemente einen Widerstandswert von 100 + 2il aufweisen. Selbstverständlich kann die Isollerbeschichtung im Bereich der Schleifen 41 bis 45 entfernt werden. Um die mit dem Entfernen der Isolierbeschichtung erforderliche Arbeit zu vermeiden, kann ein Verfahren verwendet werden, bei dem ein blanker Draht, nachdem er in einen Isolierbeschichtungsfilm gelegt wurde, auf die verdrahtete Oberfläche der Folie aufgebracht wird. Um außerdem das Einschieben der entsprechenden Schleifen in die Zwischenräume zwischen den Einheitselementen zu erleichtern, sind die Schleifen so gedreht, daß die von ihnen gebildeten

909841/0681
- 17 -

Ebenen senkrecht zur Oberfläche der Folie verlaufen.

Eine praktische Ausführungsform des Bechergehäuses 61 ist aus einer zinkplattierten Stahlfolie mit 32 mm Innendurchmesser und O₅5 mm Dicke, wobei Einkerbungen von 6,5 mm Breite und 17 mm Linge zum Einführen der Leitungen 101 zum Herausführen der Elektroden vorgesehen sind und die Innenfläche der Folie einer Harzauskleidungsbehandlung unterzogen wird. Vier nach dem oben !beschriebenen Verfahren hergestellte Einheitselemente werden in Reihe geschichtet, und die lamellierte Anordnung wird in einem Bechergehäuse zusammen mit einer metallischen Bodenplatte 64, Isolierkautschukplatten 62, Leitungen 101 zum Herausführen der Elektroden und einer Deckplatte 63 angeordnet, so daß sich, die gleiche Konstruktion wie in Fig. 6A und 6B ergibt» Dann werden sie mittels eines Metall-Stemmstempels abgedichtet, wobei ein Druck'von 30 kg/cm auf den lamellierten Doppelschicht-Kondensator 100 ausgeübt wird. Danach wird das Innere des Bechergehäuses mit einem bei Raumtemperatur aushärtenden Doppelfluid-Epoxygießharz vergossen und man erhält einen lamellierten Doppelschicht-Kondensator mit einer völlig abgedichteten Gehäusestruktur.

Die Stehspannung des oben beschriebenen lamellierten 4-Zellen-Doppelschicht-Kondensators 100 wurde gemessen. Der die Anordnung 300 nach Fig. 4B verwendende Kondensator hatte eine Stehspannung von 3,9 Volt, wohingegen der ähnliche Kon-

9098A 1 /068 1

- 18 -

ORIGINAL [NSPECTED

densator ohne irgendeine Verwendung eines Widerstands zum Ausgleichen der Spannungsverteilung eine Stehspannung von 3,3 Volt hatte. Es ist hier anzumerken, daß der Ausdruck "Stehspannung¹¹, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, die Spannung kennzeichnet, die **i einen lameliierten Doppelschicht-Kondensator angelegt wird, wenn einem Einheitselement, das mit der höchsten Spannung unter den lamellierten Einheitselementen beaufschlagt wird, die Stehspannung 1,0 Volt des Einheitselements während des Verfahrens des allmählichen Erhöhens einer dem Doppelschicht-Kondensator zugeführten Gleichstromspannung, beginnend bei 0 Volt, zugeführt wird.

Wie aus dem obigen ersichtlich ist, wurde durch Verwendung der Spannungsausgleichs-Widerstände in einem lamellierten Doppelschicht-Kondensator sichergestellt, daß die Größe der Änderung der den entsprechenden Einheitselementen zugeführten Spannungen um den Faktor 1/10 von 200 mV auf 20 mV vermindert und die Stehspannung um etwa 18 % erhöht werden kann.

Es werden nun die Wirkungsweise und die Vorteile der Erfindung kurz zusammengefaßt:

1. Durch das Einzuschalten der Widerstände 11 mit einem Widerstandswert von 1/5 bis 1/10 des kleinsten Isolierwiderstands unter den Isolierwiderständen mit Schwankungen bezüglich der einzelnen Einheitselemente, können die Spannungs-

909841/0681
- 19 -

Schwankungen an den entsprechenden Einheitselementen auf einen Bereich von 10 bis 20 % herabgedrückt werden, was einen praktisch akzeptablen Bereich darstellt.

2. Damit kann die Mühe der Arbeit des Auswählens und des

Klassifizierens der Isolierwiderstandswerte der entsprechenden Einheitselemente, das Auswählen und Anpassen der für die entsprechenden Isolierwiderstandswerte geeigneten Widerstände eingespart werden und es kann leicht eine Großfertigung der lamellierten Doppelschicht-Kondensatoren mit hoher Stehspannung erreicht werden, wenn der Wert der gleichen Widerstandswerte bestimmt wird.

3. Durch einfaches Hinzuschalten von Ausgleichswiderständen kann die Zahl der zu schichtenden Einheitselemente stark vermindert werden, was zu einer großen Einsparung hinsichtlich der Rohmaterialkosten und der Arbeitskosten führt, so daß die Herstellung einfach 1st und das Verfahren sich für die Massenproduktion eignet.

4. Da der Ausgleich der Teilspannungen selbst bei eimer hohen Betriebsspannung erreicht werten kann, kann bei der Betrieibeweise γοη elektronischen Geräten eine hohe Zuverlässigkeit und Stabilität erwartet werden.

Zusätzlich zu den oben Ibeschrielsenen Wirkungen und Yorteilea ©ei Verwendung der in Fig* 438 dargestellten integrierten Span-

909841/0681

291209t

-ZV-

nungsausgleichs-Widerstandsanordnung können die zusätzlichen Wirkungen und Vorteile erzielt werden:

5. Da die entsprechenden Spannungsausgleichs-Widerstände integriert werden, wird der Verfahrensschritt des Schichtens der Einheitselemente, d.h. der Zusammenbau des Kondensators erleichtert, so daß die erfindungsgemäßen Kondensatoren für die Massenproduktion geeignet sind.

6. Da der Außenumfang der Einheitselemente durch die Spannungsausgleichs-Wlderstandsanordnung umwickelt wird, kann damit eine Lageveränderung der Einheitselemente verhindert werden. In gleicher Weise kann ein Kurzschluß zwischen den Einheitselementen und zwischen einem Einheitselement und dem Gehäuse verhindert werden, so daß die Impedanzeigenschaften des Kondensators stabilisiert werden können.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wurde ein

flexibler Träger verwendet, um eine Anpassung an die Struktur und Konfiguration der Einheitselemente in der oben beschriebenen Ausführungsform zu erreichen. Selbstverständlich kann auch eine verbesserte Wirkung dadurch erreicht werden, daß ein

Material mit größerer Festigkeit, wie etwa Metall, Keramik

oder Harz, als Träger verwendet wird, um die mechanische Festigkeit nach der Schichtung zu erhöhen.

909841/0661 - 21 -

29120Q1

-JtS .■

7. Da bei der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung die Widerstände in integrierter Form mittels eines
dünnen Widerstandsdrahts hergestellt werden, so daß die Größe der Widerstandswerte durch Verändern des Durchmessers und der Länge des Widerstandsdrahts verändert werden kann, und da die Widerstandsanordnung um einen lamellierten Doppelschicht-Kondensator herumgewickelt wird, kann der Kondensator kompakter und dünner gemacht werden als die herkömmlichen Widerstandselemente, wie sie derzeit auf dem Markt verfügbar sind. Zudem werden dadurch mechanisch stabile Kondensatoren erreicht. Als Träger für die Widerstände sollte vorzugsweise ein Isoliermaterial verwendet werden, um einen Kurzschluß zwischen dem
Träger und den Widerständen zu verhindern. Selbstverständlich kann der Kondensator noch kompakter und dünner gemacht werden, wenn die Spannungsausgleichs-Widerstandsanordnung durch Ausbilden eines Widerstands auf dem Träger mit Hilfe der Aufstäub-, Aufdampf-, Drucktechnik od. dgl. bewirkt wird.

909841/0681
- 22 -

Claims

Patentansprüche

Doppelschicht-Kondensator, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Doppelschicht-Kondensator-Einheitselementen und eine Vielzahl von Widerständen mit im wesentlichen den gleichen Widerstandswerten, wobei die Einheitselemente so geschichtet sind, daß sie zueinander in Serienschaltung und die Widerstände parallel zu den entsprechenden Einheitselementen geschaltet sind.
2. Lameliierter Doppelschicht-Kondensator, gekennzeichnet durch einen Kondensator-Hauptkörper, der von einer Vielzahl von in Serie geschalteten Einheitselementen des

909841/0681
- 1 -

Doppelschicht-Kondensators gebildet wird, eine auf einem flexiblen Blatt aufgebrachte Gruppe von Widerständen mit im wesentlichen gleichen Widerstandswerten, und durch eine Vielzahl von Widerstandsanschlussen, die mit den entsprechenden Widerständen und den Einheitselementen so verbunden sind, daß die Widerstände Jeweils parallel zu den entsprechenden Einheitselementen geschaltet sind und das Blatt um den Kondensator-Hauptkörper gewickelt ist.
3. Doppelschicht-Kondensator nach einem der Ansprüche 1

oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Widerstände die Konfiguration eines auf das flexible Blatt aufgebrachten Widerstandsdrahts besitzen.
4. Doppelschicht-Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Widerstandsanschlüsse von der einen Kante des Blatts aus vorspringen.
5. Doppelschicht-Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Widerstandsdraht und die Anschlüsse für die entsprechenden Widerstände einen kontinuierlichen, aus einem gemeinsamen Material gebildeten Körper bilden, wobei der Abstand zwischen den Anschlüssen im wesentlichen gleich der Dicke der Einheitselemente gewählt ist, Jeder dieser Anschlüsse eine Schleife bildet und der Zusammenbau

909841/0681
- 2 -

2312011 3

der Eisbeiteeleiiente und des Blatts innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist, während das Blatt um die Einheitselemente herumgewickelt ist und die entsprechenden Schleifen zwischen die entsprechenden Einheitselemente eingeführt sind.

S4