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储能快速充放电用铝电解电容

作者:杨光明来源:青佺电子 日期:2012年11月16日 16:21

储能快速充放电用铝电解电容

Aluminum Electrolytic capacitor for fast charge and discharge

研制工作技术报告

一、项目概况

1、项目概况 储能快速充放电用铝电解电容是由我公司自主研发成功的、适用于a、熔焊机行业(1、储能式焊机<螺柱式焊机与点焊机>;

2、逆变焊机<弧弦式焊机、二氧化碳保护焊与等离子切割机>;

3、高周波焊机<塑胶焊、碰焊、高周波点焊>)。

a、《储能快速充放电用铝电解电容器》。

b、高频率闪光灯行业(数码相机、工业相机、警示灯、报警灯、舞台灯、卤素灯、手机闪光灯、飞机频闪灯)等。.

储能快速充放电用铝电解电容它不但有电池上的储能功能同时还可以瞬时充放电,并且充放电电流基本上不受限制,为熔焊机、闪光灯等设备提供大功率的瞬时脉冲电流。目前此类产品完全被外企拢断销售,主要有日本、美国、欧洲等,且在国内销售十分火爆,市场潜力巨大。

c、国内外研究现状和生产使用情况。

(1) 国内外研究现状 前面已经述过了目前国内尚没有一家生产储能快速充放电铝电解电容器的生产厂商,而在国内主要是以贸易商/经销商为主,我公司充分地分析了欧、美、日、韩企业这些在高技术领域蚕食中国市场的卖家,综合了他们各自的优点及回避了他们各自的缺点,因此部份系列都超过他们,我们的成果来自于本公司老板从一开始的战略的决策正确,也就是说要跑就要占在别人的肩膀上跑,以此作为起点。

1.1、 例入熔焊机这个行业,我们开发了充放电次数≥50万次的LD系列,它适用于碰焊机、螺柱焊机、等离子切割机、充磁机等;开发了充放电次数≥100万次的LLD系列,适用于点焊机、螺柱焊(等同于国营4321厂的 CD17A系列,现夏门信达);我们开发了≥300万次or 5年以上实际的使用保证之LHD系列,它适用于储能点焊机快速放电要求及螺柱焊,我们采用日企电容设计理念及日系支链型氨盐及纳米材料表面络合剂的电解液,总体各参数指标与日企同类产品完全等同。而且我们最近再成功地开发了一款名叫LXD的系列,它的充放电次数超过500万次保证8年以上的实际使用。不仅保证储能点焊机快速充放电功能,亦可适用交流纹波很高的场合或功率因素调整线路。这一款是在日企基础上设计的,附加特殊离子导通及散热技术,并采用日系支链型氨盐及纳米材料表面络合剂电解液,总体各参数指标超过日企的充放电电容。

1.2、 例入频闪灯这个行业,我们开发了SPF普通闪光灯系列,适用普通照相机及普通数码相机,我们采用日本ELNA技术生产的闪光灯专用箔;我们开发了FLX系列,适用高档数码相机及慢速闪频闪灯,适用大致3次/秒以下放电电路,在SPF1基础上,进行负极特殊工艺处理;我们开发了SPF2,适用较快速闪光灯频闪灯,大致5次/秒以下电路,在SPF3基础上,进行材料,结构调整;我们开发了CDF系列,适用更快速闪光灯频闪灯,大致在5~10次/秒,日系支链型氨盐最新电解液,仿日系电容结构,类似日系CDF系列,可与CDF同等使用;我们开发了FDX系列,适用于高频纹波电流特大的场合,快速充放电特性,整体性超过日本CDF系列,可适用快速充放电及功率因素纠正线路;我们还开发了CDF系列,采用日企最新结构设计,采用日系支链型氨盐最新电解液,采用最新化成技术适用快速充放电线路及高频大纹波线路及功率因素纠正回路,100KHZ下性能能超过日系相同规格。

(2 )关健技术电解液的研究

A、采用日系储能式电解液系统;

B、日系支链型氨盐及纳米材料表面络合剂的电解液;

C、日系支链型氨盐及纳米材料表面络合剂电解液;

一、关键阳极材料的研究 本公司从一开始就对国内外较有名气的铝箔进行采购、比对测试,分析各家铝箔在不同的酸腐蚀下的径向结构、蚀孔大小比对,以及采用不同的市场使用分类,如附件资料。

二、 电解纸的开发 本公司综合市场对电解纸的使用情况及对欧、美、日、韩各电解的使用、分析、解析、测试、生产、寿试等,总结出了电解纸特性特质经验,故与电解纸生产商合作开发电解纸,不仅保障了本公司的使用而且还合作共推市场。例如出电解纸有类似NUK、RTZ、STZ及DC、PEOH之类的低密度、耐压好的各类电解纸。

三、结构开发 充分学习欧、美、日、韩电容的设计及独有的外观固定散热及离子导通技术。(见图例)

四、设备开发 在学习日本设备及台湾设备的基础上开发了国内目前:

a)三层箔自动卷绕机

b)带预手卷、带固定轴、带箔槽、带纸槽、三层纸自动卷绕机。

以上设备亦国内首创,解决了高压高频低阻抗电容内爆的问题,解决了卷绕芯色不紧的问题,同时将设备在国内外销售,并取得一些可以的效益。

1、储能快速充放电铝电解电容器开发周期: 开发一工程,工发工程师,

2005年2月~2005年4月完成充放电次数≥50万次的LD系列的开发;

2005年5月~2005年7月完成充放电次数≥100万次的LLD系列的开发;

2005年8月~2005年1月完成≥300万次or 5年以上实际的使用保证之LHD系列的开发;

2005年12月~2006年4月份完成充放电次数超过500万次保证8年以上的LKD系列;

2、高频率频闪灯铝电解电容器开发周期: 开发二工程,

2005年1月~2005年3月完成SPF1普通闪光灯系列的开发,它适用于普通照相机及普通数码相机,采用日本ELNA的闪光灯专用箔;

2005年4月~2005年6月完成了SPF2系列的开发,适用高档数码相机及慢速闪频闪灯,技术是在FX的基础上进行负极特殊工艺处理;

2005年7月~2005年9月份完成了SPF3系列的开发,适用较快速闪光灯频闪灯,技术是在在FX基础上,进行材料,结构调整;

2005年10月~2005年11月分完成了高频率的SPF综合系列开发,适用更快速闪光灯频闪灯,技术是引用日系支链型氨盐最新电解液,仿日系电容结构,类似日系CDF系列,可与CDF同等使用;

2005年12月~2006年2月份完成了充放电更快的FDX系列开发,适用于高频纹波电流特大的场合,快速充放电特性,整体性超过日本CDF系列,可适用快速充放电及功率因素纠正线路;

2006年3份~2006年5月份完成了CDF系列的开发,技术采用日企最新结构设计,引用日系支链型氨盐最新电解液,采用最新化成技术适用快速充放电线路及高频大纹波线路及功率因素纠正回路,100KHZ下性能能超过日系相同规格。 以上所有开发均包括以下过程:

a) 图样及技术文件的设计和编写

b) 设备开发及各类材料配套开发

c) 完成样品并完成产品测试

d) 产品定型

e) 试产试销、客户论证

f) 小批量生产、技术完善 项目分解: 项目由青佺特种电容研究所完成,但由研究所下三个组完成。

1. 开发工程师组:负责图纸设计、数据确定、材料配套研究及材料特性测试、产品市场应用要点分析、产品技术标准、技术更新、关健技术开发和配合开发。

2. 工艺组:负责产品生产工艺编制、原材料检验规范和落实、生产过程全程跟踪。

3. QE组:对产品的稳定性进行分析,确保试制进度和试制产品的不受干挠。 经三方分工协作、多方配合,并在各协作单位的配合下,在公司顾问团队的支持下,终于形成国内系列化程度最多的厂家,并且电参数逐步改进并申请专利和进行批量生产。 附: 《产品实现的策划作业》 《公司制造流程图》 在开发实施过程中,我们公司也产生了相关部份的成长: 在开发过程中,我们引用欧、美、日韩的各种规格型号、结构、性能、参数及各类电化学专利技术进入了深入的研究,保留了他们的优点及工艺管理的经验,结合国产材料特性给予重新组合、设计、匹配进行了设计上的变更,提高自主和运用自主创新的技术。

(一) 完成核心电解液的研究工作:采用气象纳米级二氧化碳络合剂及磷酸泵醚脂OPP10的应用及一十二双酸铵最新化工材料的应用开发出从330SV-500WV、尺寸从Ø6.3mm*30mm-Ø90mm*270mm的大功率全系列高频率充放电电解液。

(二) 引用德国某企业最新设计,部分规格将铝壳作为导体,充分利用外壳的导热性及导电流性。

(三) 与机器设备厂共同研究开发出能生产类似φ6.3×30的手机闪光灯铝电解电容器以达到高频率充放电的电量。

(四) 采用了特殊水性油墨的柔性印刷技术,实现了绿色环保印刷,水性油墨中不含醇溶剂、不含甲醇、苯、酯、酮等微量元素和重金属、铅、镉、汞等元素,为无毒、绿色环保印刷油墨。

(五) 采用PET胶管,让我们的产品更加绿色环保;

(六) 本公司产品不仅符合2002/95/EC即欧盟六项标准(铅pb、隔cd、汞hg、六价铬cr6+、多溴联苯PBB、多溴联苯醚PBDE),同时还正在申请sony及飞利浦环保标准。

(七) 本公司所有工程师、管理干部、技术员都来自台系厂,众所周知台系厂一直以来制造业是做得很好的,而技术上也是廷续了日系厂的技术含量,再加上来自日系日系公司的总工担当本公司常年总工程师。我们也总结了台系厂及日系厂他们各自的技术优点开成了本公司独有的技术创新,部份系列规格甚至超了日企。

(八) 结构上的独特创新结构设计创新,增加散热功能

1、 采用欧州技术,负箔在最外层,拟用束腰铝壳,铝壳完全与现负箔接触;

2、 负箔加宽,超过电解纸的宽度,使其与铝壳底部接触;

3、 负箔增加几对导箔条露出素子的顶部,使其与铝壳接触;

4、 负箔可欲先卷200mm,这是本公司在国内的首创;

5、 采用大孔洞的正箔当负箔使用,以增加耐大电流的回流及耐纹波电流及离子导通性;

6、 三层箔结构更快速散热及加强电解液中离子导通性;

7、 先后用台湾全华频率测试仪、晶象电子显微镜对电容器及铝箔进行分析测试,同时我们改变原来国内大多数工厂对负极箔不重视的态度,我们对负箔的测试在改变,对负箔水蒸及加电水蒸加强至12小时。

(九)研究离子的导电度对电容器的影响, 电容器在高导电度的电解液中开路主要有以下几点:

1、电容器的表面粉片,铝箔腐蚀及化成的问题;

2、铝箔钉接的接触电阻问题,本公司采用最新的内容来要求;

3、铝箔铝基的问题,我们认为铝基是高电导度电解液的最重要的问题,铝箔过度腐蚀全将对电容器的寿命有着严重的影响,另外铝基影响纹波值,造成发热后的电容器的散热系数;

4、电解液本身的电导度及离子转换现象;

5、负箔的比容太高容易引起开路;

6、工艺控制的问题,采用专机专人的管理模式,并在工序中导入反向爆破检查粉尘附着现象。

(十)研究适合的电解纸与电容的配套问题

1. 通过对日系工厂使用的电解纸的应用及电解纸制造商最新的研究及日本NKK电解纸系列的研究,找到各系列最合适的电解纸方案,并同电解纸制造商进行合作开发新型电解电容器用纸;

2. 在项目研发过程中克服的技术难题,解决方法及效果;

3. 在250WU-400WU的电解液中的难题 由于中高压铝箔孔洞及原有癸二酸胺电解液分子团立体结构的问题,我们采用支链型氨盐,以使电解液能完全浸入至电容器孔洞边缘。

a) 由于支链型氨盐的吸水性,本公司所有组立车间湿度控制在30°湿度以下,并加快组立时间,每次含浸产品在暴露空气中只允许时间1小时。

b) 各类设备的开发 我们吸取了日系公司关于许多设备的特点,包括钉卷、组立、含浸进行改进,取得了很好的效果。

1. 项目的先进性及主要创新点 本产品集设备开发国内处于国内领先水平,关键技术电解液处于国内领先水平,结构独特属国人创新并已申请实用新型专利。 同时各类配套材料能与相关企业进行配合开发,使产品各项性能指标均与日本同类产品相当,在国内属于领先水平。 附:化成箔比容技术要点和要求(属公司机密)

A、 升压时间

B、到压值

C、耐水性试验

D、耐水性通电试验

E、铝箔接触电阻测试

F、铝箔抗控、折弯

G、铝箔正面电子显微镜下晶相结构图 H、铝箔剖面晶相结构图

4.项目应用领域的先进性: 该产品应用在熔焊机及高频率充放电频闪灯上,有效地解决了瞬间充放电电流的问题,达到电池的功能同时也超过电池快速充放电所不具备的功能。我们开发的储能点焊机快速充放电电容,亦可适用交流纹波很高的场合或功率因素调整线路。充放电次数≥500万次,or 8年以上实际使用寿命,在日企及EUROPE COMPANIES设计基础上,附加特殊离子导通及散热技术,并采用日系支链型氨盐及纳米材料表面络合剂电解液,总体各参数指标超过日企放电电容, 因此该产品对提高国内目前的整机水平,提高国内国产化的高科技研究有积极的意义。 项目实施过程中的存在的问题和应对措施 在该项目的研发过程中,凭企业多年创业积累的一些有利因素,包括:

1. 企业具有一定的技术力量:

①企业的总工程师来自日系部品株式会社

②企业的总经理来自日系企业集团

③企业其余技术骨干来自于各台湾优秀同行业 以上人员均从事铝电解行业十余年。

2.企业有良好的国际信誉和市场占有率 例:同日系部品的关系,同清华华冠的关系。

3. 企业拥用固定资产1200余万,土地、厂房均属企业所有,当然目前企业存在一些问题:

a) 研发经费的落实、开发研制新产品需要一些新的设备(包括:生产设备和检验设备),这些需要政府的支持。

b) 企业内部管理和质量管理需进一步提升,企业必须注重内部质量管理,面对整体人力素质提高,这样产品在市场上才得以长久生存和发展。

c) 企业营销力量需进一步加强,因为高科技的产品必需要有高科技的营销队伍,例如:销售工程师,商品工程师。 应对措施:

1. 加强内部培训,提高现有员工素质,并在企业招聘员工时提高入用人员标准,提高员工待遇,建立一支懂技术、懂管理的技术队伍和销售队伍。

2. 要大力筹措资金,扩大厂房和设施,加强新设备引进,以满足新产品大批量生产的需要。

3. 加强销售创新模式管理,以业务员、兼职业务员、办事处、代理商、贸易商互相融洽,建立立体销售模式。

4. 关健技术的保密相当重要,依靠法律与相关涉及公司机密技术人员建立保密协约。

5. 积极拓展海外市场。 我们的口号:“以技术为先导,创一流品牌” 四、项目自我评价 本项目以市场调查,可行性分析,从试验到立项实施,共计投入经费500万元,2006年5月份完成了该产品的系列化研发,并经过多次的试验、考验,最终完成了该产品研发,并通过部分的使用无不良状况。 本公司从铝箔电解纸材料开发开始,电解液开发为主,设备开发、工艺开发、开发面覆盖电容器的方方面面,使本公司技术上一个新的台阶,并极大提高了本公司的研发,设计及制造水平。 本公司认为该产品属国内首创,个别规格性能属于国际领先水平,该产品的开发引导国内各同行业在电容史上新的一次革命,同时也为我公司增加了一项具有高科技含量的新产品,使我公司的研发、设计能力及制造水平又提高了一大步。该产品极具市场发展前景,具有极大的经济效益和社会效益