WO2010063453A1 - Method for reforming electrolytic capacitors - Google Patents

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WO2010063453A1
WO2010063453A1 PCT/EP2009/008562 EP2009008562W WO2010063453A1 WO 2010063453 A1 WO2010063453 A1 WO 2010063453A1 EP 2009008562 W EP2009008562 W EP 2009008562W WO 2010063453 A1 WO2010063453 A1 WO 2010063453A1
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electrolytic capacitor
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Jörg Raimund HEMPEL
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Imp Gmbh
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    • H01G9/004—Details
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    • H—ELECTRICITY
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    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices

Definitions

  • the present invention relates to a method for reforming electrolytic capacitors.
  • Electrolytic capacitors are used when very large capacitance values are required. This is the case, for example, with power supplies, audio power amplifiers and the like.
  • automotive electronics applications include engine management systems for fuel injection, controls of radiator and wiper motors, electronic steering systems, airbags or multimedia devices, and the like.
  • an electrolytic capacitor (also called Elko) is on the metal of the anode electrode by electrolysis (anodic oxidation, formation) generates a non-conductive insulating layer, which forms the dielectric of the capacitor.
  • the electrolyte forms the cathode (counter electrode) of the electrolytic capacitor. It can consist of a liquid or pasty electrolyte (ionic conductor) or a solid electrolyte (electron conductor).
  • the power supply to the electrolyte via films of the same metal as that of the anode or via a suitable contacting of the electrolyte.
  • electrolytic capacitors are: aluminum electrolytic capacitors with alumina as a dielectric, tantalum electrolytic capacitors with tantalum peroxide as a dielectric, niobium
  • the anode of the electrolytic capacitor is structured to increase the surface, in aluminum electrolytic capacitors it is a roughened anode foil, in tantalum electrolytic capacitors a sintered metal sponge. Due to the large surface area and the extremely thin dielectric, electrolytic capacitors with a small construction can achieve relatively high electrical capacitances of the order of 1 F.
  • the electrolytic oxidation of, for example, a roughened aluminum foil as an anode material is called forming. This happens for the first time in the production of electrolytic capacitors at the end of the manufacturing process in the factory.
  • Electrolytic capacitors have the disadvantage of high leakage current losses due to the residual conductivity of the dielectric. If an electrolytic capacitor is not used for a long time, it discharges completely due to the leakage current. This condition is detrimental to the insulation resistance of the dielectric, which must be reformed or reformed to maintain or restore a high insulation resistance of the dielectric.
  • WO 2007/025057 A2 describes a Nachformierungsvon for built-in medical implants capacitors. Thereafter, empirically determined capacitor charge data of the capacitors used are used to determine the reformation time to be applied, in which the capacitors are charged to a voltage corresponding to 20% to 90% of the rated voltage.
  • DE 19 50 967 has a method for reforming of electrolytic capacitors to the object, in which during the Nachform istsvorgangs this at least once, preferably several times by switching off a DC power source is interrupted and at the same time an electrical discharge resistor is connected in parallel to the capacitor over which the capacitorschreibsgtens partially discharges, so that a occurring in the previous charging of the capacitor polarization of the anode is sufficiently nullified by the mentioned discharge.
  • the present invention has for its object to provide a method for reformulating electrolytic capacitors, with which the leakage current of the replenished electrolytic condensates can be reduced to a negligible degree and the dielectric strength and the nominal voltage can be increased, whereby higher amounts of charge can be stored in the electrolytic capacitor.
  • nachformiere electrolytic capacitors showed in the test series even after several days no significant self-discharges and caused by the reforming breakdown voltage causes the rated voltage and thus the storable charge amount against non-reformed, otherwise identical electrolytic capacitors could be increased.
  • inventively nachform convinced electrolytic capacitors could be charged in a remarkably shorter time compared to non-reformed, otherwise identical electrolytic capacitors to their (new) rated voltage.
  • a laboratory power supply 1 in which the output voltage is adjustable separately from the output current and in which the output current can be limited, serves as a current source for controlled charging of the aluminum electrolytic capacitor 4 used here.
  • the positive pole of the laboratory power supply 1 with the positive pole of the electrolytic capacitor 4 with interposition an ammeter 2 and a first and a second breaker contact 3, 10 connected.
  • the negative terminal of the laboratory power supply 1 is connected to the negative pole of the electrolytic capacitor 4.
  • the voltage across the electrolytic capacitor 4 is measured with a voltmeter 5.
  • a parallel circuit of a second voltmeter 6, a third breaker contact 7 and a load resistor 8 is connected on the one hand to the negative terminal of the laboratory power supply 1 and on the other hand to the output of the ammeter 2.
  • a fourth breaker contact 9 is arranged in series with this.
  • the “Gold Cap” electrolytic capacitors used were capacitors with a nominal voltage of 2.2 V and a capacitance of 20 F ⁇ 20%.
  • the load resistor 8 may have a resistance between 20 and 50 ohms. This unloading process can take a few minutes. If the voltmeter 5 shows no or only a low voltage in the millivolt range, to be sure by closing the second and the fourth breaker contact 3 and 7, the capacitor series circuit can be short-circuited.
  • the third and fourth breaker contacts 7 and 9 are opened and set a discharge voltage of 1 V on the laboratory power supply. Then, the second breaker contact 10 is closed, and the charging of the capacitor bank circuit starts. When closing the second breaker contact 10 of the charging current jumps to a
  • the second breaker contact 10 is opened and the output voltage on the laboratory power supply 1 is increased by 1 V to 2 V. Then, the second breaker contact 10 is closed and the charging current behaves substantially as in the first charging stage.
  • the charging current can be limited to 100 or 200 mA on the laboratory power supply unit 1, if one wants to avoid the initial charging current peaks in the ampere range.
  • This is advantageous in that it is important in the method according to the invention that the charging process proceeds relatively slowly in order to give the capacitors to be reformed sufficient time to form. It is also possible to reduce the initial high charging currents by making the voltage increasing steps lower, for example 0.5 V instead of 1 V, or even lower.
  • the stepwise charging of the capacitor series circuit is repeated as described above. It is found that the time interval .DELTA.t.sub.i between the start of the charging process and the termination of the charging process at the voltage stage at which the charging current converges to a current value> 0 is already smaller than the time interval during the first charging passage.
  • the steps are: gradual charging of the capacitor until the charging current does not decrease to 0 and subsequent slow discharging over a suitable load repeated until the required time interval .DELTA.ti no longer decreases. Then the series connection of the electrolytic capacitors is completely reformed.
  • the so-transformed "Gold Cap” electrolytic capacitors have a new nominal voltage, which is about 50% higher than the nominal voltage specified by the manufacturer. It was also found that the post-formed electrolytic capacitors could charge much faster than non-reformed, otherwise identical
  • the "gold cap” electrolytic capacitor treated with this embodiment of the inventive reforming method has a higher nominal voltage compared to commercially available, otherwise identical electrolytic capacitors, and thus a higher breakdown voltage value. Accordingly, more charge can be stored and the charging process takes place in a shorter time than this is not the case in accordance with the invention nachform mandat capacitors.
  • the electrolytic capacitor 4 to be treated is slowly discharged via the load resistor 8 in a first step.
  • the laboratory power supply is disconnected by opening the second breaker contact 10 and the second and fourth breaker contacts 3 and 9 are closed.
  • the electrolytic capacitor 4 used here is an aluminum electrolytic capacitor from Rescap (registered trademark) with the type number: 36DA105F016DJ2D with a nominal capacity of 1 F ( ⁇ 20%) and a nominal voltage of 16 V.
  • the load resistor 8 may have a resistance value between 20 and 50 ohms.
  • the third breaker contact 7 is closed, whereby the electrolytic capacitor 4 is short-circuited. If the voltage measuring devices 5 and 6 no longer indicate voltage, the electrolytic capacitor 4 is deeply discharged.
  • the laboratory power supply unit 1 is reconnected to the circuit and is first short-circuited by the closed third breaker contact 7.
  • the fourth breaker contact 9 is open.
  • the laboratory power supply is set to an output voltage of 10 V and the output current is limited to a value between 16 and 25 mA.
  • the third breaker switch 7 is opened and the electrolytic capacitor 4 is charged. It measures the time required for the capacitor to be charged to a voltage of 10V.
  • the set voltage value of 10 V corresponds to approximately 2/3 of the rated voltage of the electrolytic capacitor 4.
  • step c) are repeated in this order as often (step c)) until no shortening of the time intervals .DELTA.t required for this is more noticeable.
  • this condition was achieved in the case of several identical electrolytic capacitors in each case after four to five repetitions of method steps a) and b).
  • the loading times in the first run of process steps a) and b) were on the order of about 20 minutes, in a second pass, this time interval decreased to 15 minutes to require in each case a same time interval of 5 minutes in a fourth and fifth run.
  • Electrolytic capacitor builds up at a disconnected laboratory power supply to the electrolytic capacitor 4, a slowly rising voltage, which reached a value of 5 V after 3 to 4 hours.
  • the slow build-up of a voltage on a previously rapidly discharged capacitor is explained by dielectric absorption.
  • the effect is comparable to magnetic remanence and is sometimes called the remanence of capacitors.
  • the magnitude of the absorption is given in relation to the originally applied voltage and depends on the dielectric used. For aluminum electrolytic capacitors, values for dielectric absorption of about 10 to 15% of the originally applied voltage have been measured so far.
  • step c) i. the repetition of steps a) and b) until no shortening of the time interval .DELTA.t is more detectable, the electrolytic capacitor in turn
  • the electrolytic capacitor that has been reformed with the formation steps a) to f) has been further developed with the aim of increasing its maximum dielectric strength in order to increase its nominal voltage.
  • step f After completion of step f)
  • a charging voltage VL3 applied to the electrolytic capacitor which is between 3 to 6% higher than the nominal voltage Vo, wherein the charging current IL3 is limited to a maximum of 170 mA until the measured at the ammeter charging current IL3 drops to 0 mA.
  • step e Subsequently, further charging steps are carried out analogously to step e), wherein in each case the charging voltage is increased by 3 to 6% of the rated voltage until the charging current IL3 no longer goes back to 0 mA.
  • the charging current is switched off and the electrolytic capacitor is discharged to the voltage at which the charging current IL3 last decreased to 0 mA.
  • the aluminum electrolytic capacitors could be charged to voltages of 20 to 22 V, so that the original rated voltage of 16 V had increased by 4 to 6 V, an increase of about 25 up to 30%.
  • the electroformed capacitor thus reformulated can store 25 to 30% more charge.
  • the voltage increase can also be continuous, wherein the criterion for the rate of voltage increase is the observed charging current.
  • the voltage increase should be such that the charging current is very low, i. depending on the capacitor to be reformed on the order of a few tens of mA to a few hundred mA.
  • Electrolytic capacitors also tantalum electrolytic capacitors with tantalum pentoxide as a dielectric or niobium electrolytic capacitors with niobium pentoxide as a dielectric.
  • another suitable device for carrying out the method according to the invention for reforming electrolytic capacitors is

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Abstract

The invention relates to a method for reforming electrolytic capacitors, comprising the following steps: a) if the electrolytic capacitor exhibits a load, slowly discharging via a suitably dimensioned load; b) charging of the electrolytic capacitor by applying a voltage increasing in steps, wherein each voltage increase step equals a fraction of the nominal voltage of the electrolytic capacitor, wherein the voltage is then increased by one step when the charge current at the current step has dropped substantially to zero, and wherein the stepped increase of charge voltage is continued until the charge current no longer drops to zero.

Description

Verfahren zum Nachformieren von Elektrolytkondensatoren Process for reforming electrolytic capacitors
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachformieren von Elektrolytkondensatoren.The present invention relates to a method for reforming electrolytic capacitors.
Elektrolytkondensatoren werden verwendet, wenn sehr große Kapazitätswerte erforderlich sind. Dies ist beispielsweise der Fall bei Netzteilen, NF-Endstufen und dergleichen. In der Automobilelektronik zählen zu den Anwendungen Motormanagementsysteme für die Kraftstoffeinspritzung, Ansteuerungen von Kühler- und Scheibenwischermotoren, elektronische Lenksysteme, Airbags oder Multimediageräte und dergleichen.Electrolytic capacitors are used when very large capacitance values are required. This is the case, for example, with power supplies, audio power amplifiers and the like. In automotive electronics applications include engine management systems for fuel injection, controls of radiator and wiper motors, electronic steering systems, airbags or multimedia devices, and the like.
Bei einem Elektrolytkondensator (auch Elko genannt) wird auf dem Metall der Anodenelektrode durch Elektrolyse (anodische Oxidation, Formierung) eine nichtleitende Isolierschicht erzeugt, die das Dielektrikum des Kondensators bildet. Der Elektrolyt bildet die Katode (Gegenelektrode) des Elektrolytkondensators. Sie kann aus einem flüssigen oder pastösen Elektrolyten (Ionenleiter) oder einem festen Elektrolyten (Elektronenleiter) bestehen. Die Stromzuführung zum Elektrolyten erfolgt über Folien gleichen Metalls wie das der Anode oder über eine geeignete Kontaktierung des Elektrolyten.In an electrolytic capacitor (also called Elko) is on the metal of the anode electrode by electrolysis (anodic oxidation, formation) generates a non-conductive insulating layer, which forms the dielectric of the capacitor. The electrolyte forms the cathode (counter electrode) of the electrolytic capacitor. It can consist of a liquid or pasty electrolyte (ionic conductor) or a solid electrolyte (electron conductor). The power supply to the electrolyte via films of the same metal as that of the anode or via a suitable contacting of the electrolyte.
Derzeit gängige Bauarten von Elektrolytkondensatoren sind: Aluminium- Elektrolytkondensatoren mit Aluminiumoxid als Dielektrikum, Tantal- Elektrolytkondensatoren mit Tantalp entoxid als Dielektrikum, Niob-Currently common types of electrolytic capacitors are: aluminum electrolytic capacitors with alumina as a dielectric, tantalum electrolytic capacitors with tantalum peroxide as a dielectric, niobium
669-68567PCT/CM Elektrolytkondensatoren mit Niobpentoxid als Dielektrikum sowie sogenannte "Gold Caps" oder "Super Caps".669-68567PCT / CM Electrolytic capacitors with niobium pentoxide as a dielectric as well as so-called "gold caps" or "super caps".
Die Anode des Elektrolytkondensators wird zur Vergrößerung der Oberfläche strukturiert, bei Aluminium-Elkos ist es eine aufgeraute Anodenfolie, bei Tantal-Elkos ein gesinterter Metallschwamm. Aufgrund der großen Oberfläche und des äußerst dünnen Dielektrikums können mit Elektrolytkondensatoren bei kleiner Bauweise relativ hohe elektrische Kapazitäten der Größenordnung von 1 F erreicht werden.The anode of the electrolytic capacitor is structured to increase the surface, in aluminum electrolytic capacitors it is a roughened anode foil, in tantalum electrolytic capacitors a sintered metal sponge. Due to the large surface area and the extremely thin dielectric, electrolytic capacitors with a small construction can achieve relatively high electrical capacitances of the order of 1 F.
Bei "Gold Caps" und "Super Caps" erreichen die Kapazitäten die Größenordnung von 2OF, allerdings bei relativ kleinen Nennspannungen von einigen wenigen Volt.For "Gold Caps" and "Super Caps" capacities reach the order of 2OF, but at relatively low nominal voltages of a few volts.
Die elektrolytische Oxidierung beispielsweise einer aufgerauten Aluminiumfolie als Anodenmaterial nennt man Formieren. Dies geschieht erstmalig bei der Herstellung von Elektrolytkondensatoren am Ende des Herstellungsprozesses in der Fabrik.The electrolytic oxidation of, for example, a roughened aluminum foil as an anode material is called forming. This happens for the first time in the production of electrolytic capacitors at the end of the manufacturing process in the factory.
Elektrolytkondensatoren haben den Nachteil hoher Leckstromverluste durch die Restleitfähigkeit des Dielektrikums. Wird ein Elektrolytkondensator längere Zeit nicht benutzt, entlädt er sich durch den Leckstrom vollständig. Dieser Zustand ist schädlich für den Isolationswiderstand des Dielektrikums, der zur Erhaltung bzw. zum Wiedererstellen eines hohen Isolationswiderstandes des Dielektrikums neu formiert bzw. nachformiert werden muss.Electrolytic capacitors have the disadvantage of high leakage current losses due to the residual conductivity of the dielectric. If an electrolytic capacitor is not used for a long time, it discharges completely due to the leakage current. This condition is detrimental to the insulation resistance of the dielectric, which must be reformed or reformed to maintain or restore a high insulation resistance of the dielectric.
669-68567PCT/CM Bisher bekannte Formierungs- bzw. Nachformierungsverfahren für Elektrolytkondensatoren haben daher stets zum Ziel, das Dielektrikum zu regenerieren, um somit dem Elektrolytkondensator seine ursprünglichen Qualitäten wie Kapazität und Durchschlagsspannungs- wert wiederzugeben.669-68567PCT / CM Previously known Formierungs- or Nachformierungsverfahren for electrolytic capacitors therefore always have the goal to regenerate the dielectric, so as to reflect the electrolytic capacitor its original qualities such as capacitance and breakdown voltage value.
Aus der US 4,974, 118 A ist eine Vorrichtung bekannt, mit der Nachformierungsverfahren der hier in Rede stehenden Art ausgeführt werden können.From US 4,974, 118 A, a device is known, can be carried out with the Nachformierungsverfahren of the type in question here.
Die WO 2007/025057 A2 beschreibt ein Nachformierungsverfahren für in medizinischen Implantaten eingebaute Kondensatoren. Danach werden empirisch ermittelte Kondensator-Ladedaten der verwendeten Kondensatoren verwendet, um die anzuwendende Nachformierungszeit zu bestimmen, in der die Kondensatoren auf eine Spannung aufgeladen werden, die 20 % bis 90 % der Nennspannung entspricht.WO 2007/025057 A2 describes a Nachformierungsverfahren for built-in medical implants capacitors. Thereafter, empirically determined capacitor charge data of the capacitors used are used to determine the reformation time to be applied, in which the capacitors are charged to a voltage corresponding to 20% to 90% of the rated voltage.
Die DE 19 50 967 hat ein Verfahren zum Nachformieren von Elektrolytkondensatoren zum Gegenstand, bei dem während des Nachformierungsvorgangs dieser mindestens einmal, vorzugsweise mehrere Male durch Abschalten einer Gleichstromquelle unterbrochen wird und gleichzeitig ein elektrischer Entladewiderstand parallel zum Kondensator geschaltet wird, über den sich der Kondensator wenigsgtens teilweise entlädt, sodass eine bei der vorhergehenden Aufladung des Kondensators auftretende Polarisierung der Anode durch die erwähnte Entladung ausreichend zunichte gemacht wird.DE 19 50 967 has a method for reforming of electrolytic capacitors to the object, in which during the Nachformierungsvorgangs this at least once, preferably several times by switching off a DC power source is interrupted and at the same time an electrical discharge resistor is connected in parallel to the capacitor over which the capacitor wenigsgtens partially discharges, so that a occurring in the previous charging of the capacitor polarization of the anode is sufficiently nullified by the mentioned discharge.
669-68567PCT/CM Aus der DE 23 60 688 A ist ein Verfahren zum Nachformieren von Elektrolytkondensatoren bekannt, bei dem in Stufen die an den Kondensator angelegte Spannung erhöht wird und ein konstant gehaltener Strom je Stufe so gewählt wird, dass die maximale Spannung je Stufe vorzugsweise in weniger als 20 Sekunden erreicht wird.669-68567PCT / CM From DE 23 60 688 A a method for reforming electrolytic capacitors is known, in which the voltage applied to the capacitor is increased in stages and a constant current per stage is selected so that the maximum voltage per stage is preferably less than 20 Seconds is reached.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Nachformieren von Elektrolytkondensatoren anzugeben, mit dem der Leckstrom des nachformierten Elektrolytkondensaten auf ein vernachlässigbares Maß reduziert und die Durchschlagfestigkeit bzw. die Nennspannung erhöht werden können, wodurch höhere Ladungsmengen in dem Elektrolytkondensator gespeichert werden können.The present invention has for its object to provide a method for reformulating electrolytic capacitors, with which the leakage current of the replenished electrolytic condensates can be reduced to a negligible degree and the dielectric strength and the nominal voltage can be increased, whereby higher amounts of charge can be stored in the electrolytic capacitor.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved with the features of claim 1.
Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Features of preferred embodiments of the present invention are characterized in the subclaims.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nachformierte Elektrolytkondensatoren zeigten in den Versuchsreihen auch nach mehreren Tagen keine nennenswerten Selbstentladungen und die durch das Nachformieren erhöhte Durchschlagsspannung bewirkt, dass die Nennspannung und somit die speicherbare Ladungsmenge gegenüber nicht nachformierten, ansonsten baugleichen Elektrolytkondensatoren erhöht werden konnte. Außerdem ließen sich die erfindungsgemäß nachformierten Elektrolytkondensatoren in bemerkenswert kürzerer Zeit gegenüber nicht nachformierten, ansonsten baugleichen Elektrolytkondensatoren auf ihre (neue) Nennspannung aufladen.With the method according to the invention nachformierte electrolytic capacitors showed in the test series even after several days no significant self-discharges and caused by the reforming breakdown voltage causes the rated voltage and thus the storable charge amount against non-reformed, otherwise identical electrolytic capacitors could be increased. In addition, the inventively nachformierten electrolytic capacitors could be charged in a remarkably shorter time compared to non-reformed, otherwise identical electrolytic capacitors to their (new) rated voltage.
669-68567PCT/CM Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert, worin die einzige Figur das Schaltschema einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Nachformieren von Elektrolytkondensatoren zeigt.669-68567PCT / CM In the following the invention is explained in more detail by means of the description of exemplary embodiments with reference to the drawing, wherein the single figure shows the circuit diagram of an apparatus for carrying out the method according to the invention for reforming of electrolytic capacitors.
Im Folgenden wird zuerst ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Nachformieren von Elektrolytkondensatoren beschrieben und anschließend Versuchsreihen an einem Aluminium- Elektrolytkondensator sowie einem "Gold Cap"-Elektrolytkondensator, die mit dieser Vorrichtung durchgeführt wurden.In the following, an embodiment of a device for reforming electrolytic capacitors will be described first, followed by test runs on an aluminum electrolytic capacitor and a "gold cap" electrolytic capacitor, which were carried out with this device.
Ein Labornetzgerät 1 , bei welchem die Ausgangsspannung getrennt vom Ausgangsstrom einstellbar ist und bei dem der Ausgangsstrom begrenzbar ist, dient als Stromquelle zum kontrollierten Aufladen des hier verwendeten Aluminium-Elektrolytkondensators 4. Dazu wird der Pluspol des Labornetzgeräts 1 mit dem Pluspol des Elektrolytkondensators 4 unter Zwischenschaltung eines Amperemeters 2 und eines ersten und eines zweiten Unterbrecherkontaktes 3, 10 verbunden. Die negative Klemme des Labornetzgeräts 1 ist mit dem negativen Pol des Elektrolytkondensators 4 verbunden. Ferner wird mit einem Voltmeter 5 die Spannung über dem Elektrolytkondensator 4 gemessen. Eine Parallelschaltung aus einem zweiten Voltmeter 6, einem dritten Unterbrecherkontakt 7 und einem Lastwiderstand 8 ist einerseits mit der negativen Klemme des Labornetzgeräts 1 und andererseits mit dem Ausgang des Amperemeters 2 verbunden. Unmittelbar vor demA laboratory power supply 1, in which the output voltage is adjustable separately from the output current and in which the output current can be limited, serves as a current source for controlled charging of the aluminum electrolytic capacitor 4 used here. For this purpose, the positive pole of the laboratory power supply 1 with the positive pole of the electrolytic capacitor 4 with interposition an ammeter 2 and a first and a second breaker contact 3, 10 connected. The negative terminal of the laboratory power supply 1 is connected to the negative pole of the electrolytic capacitor 4. Furthermore, the voltage across the electrolytic capacitor 4 is measured with a voltmeter 5. A parallel circuit of a second voltmeter 6, a third breaker contact 7 and a load resistor 8 is connected on the one hand to the negative terminal of the laboratory power supply 1 and on the other hand to the output of the ammeter 2. Immediately before
669-68567PCT/CM Lastwiderstand 8 ist ein vierter Unterbrecherkontakt 9 in Reihe zu diesem angeordnet.669-68567PCT / CM Load resistor 8, a fourth breaker contact 9 is arranged in series with this.
Erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen VerfahrensFirst embodiment of the method according to the invention
Es werden vier "Gold Cap"-Elektrolytkondensatoren in Reihe geschaltet und in den in der Figur gezeigten Versuchsaufbau anstelle des dort gezeigten Elektrolytkondensators 4 eingebracht. Bei dem verwendeten "Gold Cap" -Elektrolytkondensatoren handelte es sich um Kondensatoren mit einer Nennspannung von 2,2 V und einer Kapazität von 20 F ± 20%. In einem ersten Schritt wird bei geöffnetem zweiten Unterbrecherkontakt 10 geprüft, ob auf der Reihenschaltung der Kondensatoren noch eine (Rest-)Ladung vorhanden ist und ob das Voltmeter 5 dementsprechend eine Spannung anzeigt. Ist dies der Fall, so werden die Kondensatoren durch Schließen der Unterbrecherkontakte 3 und 9 über die Last 8 langsam entladen. Der Lastwiderstand 8 kann einen Widerstandswert zwischen 20 und 50 Ohm haben. Dieser Entladevorgang kann einige Minuten in Anspruch nehmen. Wenn das Voltmeter 5 keine oder nur eine geringe Spannung im Millivoltbereich zeigt, kann, um sicher zu gehen durch Schließen des zweiten und des vierten Unterbrecherkontakts 3 bzw. 7 die Kondensatorreihenschaltung kurzgeschlossen werden.Four "gold cap" electrolytic capacitors are connected in series and introduced into the experimental setup shown in the figure instead of the electrolytic capacitor 4 shown there. The "Gold Cap" electrolytic capacitors used were capacitors with a nominal voltage of 2.2 V and a capacitance of 20 F ± 20%. In a first step, when the second breaker contact 10 is open, it is checked whether a (residual) charge is still present on the series connection of the capacitors and whether the voltmeter 5 accordingly indicates a voltage. If this is the case, the capacitors are slowly discharged by closing the breaker contacts 3 and 9 via the load 8. The load resistor 8 may have a resistance between 20 and 50 ohms. This unloading process can take a few minutes. If the voltmeter 5 shows no or only a low voltage in the millivolt range, to be sure by closing the second and the fourth breaker contact 3 and 7, the capacitor series circuit can be short-circuited.
Danach werden die dritten und vierten Unterbrecherkontakte 7 und 9 geöffnet und am Labornetzgerät eine Abgabespannung von 1 V eingestellt. Dann wird der zweite Unterbrecherkontakt 10 geschlossen und das Laden der Kondensatorreihenschaltung beginnt. Beim Schließen des zweiten Unterbrecherkontakts 10 schnellt der Ladestrom auf einenThereafter, the third and fourth breaker contacts 7 and 9 are opened and set a discharge voltage of 1 V on the laboratory power supply. Then, the second breaker contact 10 is closed, and the charging of the capacitor bank circuit starts. When closing the second breaker contact 10 of the charging current jumps to a
669-68567PCT/CM Wert von 1,6 Ampere hoch und sinkt anschließend langsam ab, bis nach etwa einer halben Minute kein Ladestrom mehr an dem Milliampere auflösenden Ampermeter angezeigt wird.669-68567PCT / CM Value of 1.6 amps and then drops slowly until after about half a minute no charging current is displayed on the milliampere resolution ampermeter.
Dann wird der zweite Unterbrecherkontakt 10 geöffnet und die Abgabespannung am Labornetzgerät 1 um 1 V auf 2 V erhöht. Dann wird der zweite Unterbrecherkontakt 10 geschlossen und der Ladestrom verhält sich im Wesentlichen wie bei der ersten Ladestufe.Then, the second breaker contact 10 is opened and the output voltage on the laboratory power supply 1 is increased by 1 V to 2 V. Then, the second breaker contact 10 is closed and the charging current behaves substantially as in the first charging stage.
Als eine vorteilhafte Variante kann am Labornetzgerät 1 der Ladestrom auf 100 oder 200 mA begrenzt werden, wenn man die anfänglichen Ladestromspitzen im Amperebereich vermeiden will. Dies ist insofern von Vorteil, als es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren darauf ankommt, dass der Ladevorgang verhältnismäßig langsam von statten geht, um den nachzuformierenden Kondensatoren hinreichend Zeit zu geben, sich zu formieren. Es ist ebenfalls möglich, die anfänglich hohen Ladeströme dadurch zu reduzieren, dass man die Spannungserhöhungsschritte niedriger wählt, zum Beispiel 0,5 V anstatt 1 V, oder noch geringer.As an advantageous variant, the charging current can be limited to 100 or 200 mA on the laboratory power supply unit 1, if one wants to avoid the initial charging current peaks in the ampere range. This is advantageous in that it is important in the method according to the invention that the charging process proceeds relatively slowly in order to give the capacitors to be reformed sufficient time to form. It is also possible to reduce the initial high charging currents by making the voltage increasing steps lower, for example 0.5 V instead of 1 V, or even lower.
Die stufenweise Spannungserhöhung wird so lange weiterbetrieben, bis man feststellt, dass der Ladestrom nicht mehr auf 0, bzw. einige wenige Milliampere absinkt, sondern sich einem Wert größer 0, bei den hier durchgeführten Messungen etwa 40 mA, einpegelt. Auf dieser Stufe wird der Elektrolytkondensator zum Stromverbraucher und es finden Reaktionen im Inneren des Elektrolytkondensators statt, die den Kondensator zerstören können bzw. seine Kapazität beeinträchtigen können. Wenn diese Stufe erreicht ist, wird die Kondensatorkette vom Labornetzgerät 1 abgetrennt durch Öffnen des Unterbrecherkontakts 10The gradual increase in voltage is continued until it is determined that the charging current no longer drops to 0, or a few milliamps, but a level greater than 0, in the measurements carried out here about 40 mA, einpegelt. At this stage, the electrolytic capacitor becomes a current consumer and reactions take place inside the electrolytic capacitor, which can destroy the capacitor or impair its capacity. When this stage is reached, the condenser chain is disconnected from the laboratory power supply 1 by opening the breaker contact 10
669-68567PCT/CM und über die Last 8 durch Schließen des vierten Unterbrecherkontakts 9 langsam entladen.669-68567PCT / CM and slowly discharged via the load 8 by closing the fourth breaker contact 9.
Wenn die Kondensatorreihenschaltung keine Ladung mehr aufweist, d.h. das Voltmeter 5 keine Spannung mehr anzeigt, wird die stufenweise Aufladung der Kondensatorreihenschaltung wie oben beschrieben wiederholt. Dabei stellt man fest, dass das Zeitintervall Δti zwischen dem Beginn des Ladevorgangs und dem Abbruch des Ladevorgangs auf der Spannungsstufe, bei der der Ladestrom gegen einen Stromwert > 0 konvergiert, bereits kleiner ist, als das Zeitintervall beim ersten Ladedurchgang.If the capacitor bank circuit no longer has any charge, i. the voltmeter 5 indicates no voltage, the stepwise charging of the capacitor series circuit is repeated as described above. It is found that the time interval .DELTA.t.sub.i between the start of the charging process and the termination of the charging process at the voltage stage at which the charging current converges to a current value> 0 is already smaller than the time interval during the first charging passage.
Gleichzeitig stellt man fest, dass der Spannungswert, bei dem ein nicht auf 0 zurückgehender Ladestrom festgestellt wird, höher ist als bei dem vorherigen Ladedurchlauf.At the same time, it is found that the voltage value at which a charging current not falling to 0 is detected is higher than in the previous charging pass.
Um zu einem optimalen Ergebnis zu kommen, werden die Schritte: stufenweises Aufladen des Kondensators, bis der Ladestrom nicht mehr auf 0 absinkt und anschließendes langsames Entladen über eine geeignete Last so oft wiederholt, bis das benötigte Zeitintervall Δti nicht mehr abnimmt. Dann ist die Reihenschaltung der Elektrolytkondensatoren vollständig nachformiert.In order to achieve an optimal result, the steps are: gradual charging of the capacitor until the charging current does not decrease to 0 and subsequent slow discharging over a suitable load repeated until the required time interval .DELTA.ti no longer decreases. Then the series connection of the electrolytic capacitors is completely reformed.
Die so nachformierten "Gold Cap"-Elektrolytkondensatoren weisen eine neue Nennspannung auf, die um etwa 50 % höher liegt als die werkseitig angegebene Nennspannung. Ferner wurde festgestellt, dass die nachformierten Elektrolytkondensatoren sich bedeutend schneller aufladen ließen als nicht nachformierte, ansonsten baugleicheThe so-transformed "Gold Cap" electrolytic capacitors have a new nominal voltage, which is about 50% higher than the nominal voltage specified by the manufacturer. It was also found that the post-formed electrolytic capacitors could charge much faster than non-reformed, otherwise identical
669-68567PCT/CM Elektrolytkondensatoren. Ferner wurde festgestellt, dass nach Aufladen eines nachformierten Elektrolytkondensators auf die neue, d.h. höhere Nennspannung, sich ein anfänglicher Leckstrom einstellte, der jedoch bei einem Spannungswert, der je nach Kondensator verschieden sein kann, und etwa 10 bis 20 % unterhalb der neuen Nennspannung liegt, auf Null absank, d.h. kein nennenswerter Leckstrom mehr festgestellt werden konnte und der Kondensator die auf ihm gespeicherte Ladung ohne signifikante Ladungsverluste über Tage hielt.669-68567PCT / CM Electrolytic capacitors. It has also been found that after charging a reformed electrolytic capacitor to the new, ie higher rated voltage, an initial leakage current sets in, but at a voltage value which may be different depending on the capacitor, and about 10 to 20% below the new rated voltage, decreased to zero, ie no significant leakage current could be detected and the capacitor held the charge stored on it without significant charge losses over days.
Der mit dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Nachformier- verfahrens behandelte "Gold Cap"-Elektrolytkondensator hat gegenüber handelsüblichen, ansonsten baugleichen Elektrolytkondensatoren eine höhere Nennspannung, und somit einen höheren Durchschlags- spannungswert, kann dementsprechend mehr Ladung speichern und der Ladevorgang findet in kürzerer Zeit statt als dies bei nicht erfindungsgemäßen nachformierten Kondensatoren der Fall ist.The "gold cap" electrolytic capacitor treated with this embodiment of the inventive reforming method has a higher nominal voltage compared to commercially available, otherwise identical electrolytic capacitors, and thus a higher breakdown voltage value. Accordingly, more charge can be stored and the charging process takes place in a shorter time than this is not the case in accordance with the invention nachformierten capacitors.
Zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen VerfahrensSecond embodiment of the method according to the invention
Der zu behandelnde Elektrolytkondensator 4 wird in einem ersten Schritt über den Lastwiderstand 8 langsam entladen. Dazu wird das Labornetzgerät durch Öffnen des zweiten Unterbrecherkontakts 10 abgeklemmt und die zweiten und vierten Unterbrecherkontakte 3 und 9 geschlossen. Bei dem hier verwendeten Elektrolytkondensator 4 handelt es sich bei dieser Versuchsreihe um einen Aluminium-Elektrolytkondensator der Firma Rescap (eingetragenes Warenzeichen) mit der Typennummer: 36DA105F016DJ2D mit einer Nennkapazität von 1 F (± 20 %) und einer Nennspannung von 16 V.The electrolytic capacitor 4 to be treated is slowly discharged via the load resistor 8 in a first step. For this purpose, the laboratory power supply is disconnected by opening the second breaker contact 10 and the second and fourth breaker contacts 3 and 9 are closed. The electrolytic capacitor 4 used here is an aluminum electrolytic capacitor from Rescap (registered trademark) with the type number: 36DA105F016DJ2D with a nominal capacity of 1 F (± 20%) and a nominal voltage of 16 V.
669-68567PCT/CM Der Lastwiderstand 8 kann einen Widerstandwert zwischen 20 und 50 Ohm haben.669-68567PCT / CM The load resistor 8 may have a resistance value between 20 and 50 ohms.
Nachdem die am Voltmeter 5 oder 6 angezeigte Spannung in den Millivoltbereich abgesunken ist, wird der dritte Unterbrecherkontakt 7 geschlossen, wodurch der Elektrolytkondensator 4 kurzgeschlossen ist. Wenn die Spannungsmessgeräte 5 und 6 keine Spannung mehr anzeigen, ist der Elektrolytkondensator 4 tiefentladen.After the voltage indicated on the voltmeter 5 or 6 has dropped to the millivolt range, the third breaker contact 7 is closed, whereby the electrolytic capacitor 4 is short-circuited. If the voltage measuring devices 5 and 6 no longer indicate voltage, the electrolytic capacitor 4 is deeply discharged.
In dem nächsten Schritt wird das Labornetzgerät 1 wieder mit dem Schaltkreis verbunden und ist zuerst durch den geschlossenen dritten Unterbrecherkontakt 7 kurzgeschlossen. Der vierte Unterbrecherkontakt 9 ist geöffnet. Dann wird das Labornetzgerät auf eine Ausgangsspannung von 10 V eingestellt und der Abgabestrom auf einen Wert zwischen 16 und 25 mA begrenzt. Dann wird der dritte Unterbrecherschalter 7 geöffnet und der Elektrolytkondensator 4 geladen. Es wird die Zeit gemessen, die benötigt wird, bis der Kondensator auf eine Spannung von 10 V aufgeladen ist. Dabei entspricht der eingestellte Spannungswert von 10 V etwa 2/3 der Nennspannung des Elektrolytkondensators 4. Beim Erreichen der am Labornetzgerät eingestellten Ladespannung von 10 V sinkt der am Amperemeter gemessene Ladestrom auf 0.In the next step, the laboratory power supply unit 1 is reconnected to the circuit and is first short-circuited by the closed third breaker contact 7. The fourth breaker contact 9 is open. Then the laboratory power supply is set to an output voltage of 10 V and the output current is limited to a value between 16 and 25 mA. Then, the third breaker switch 7 is opened and the electrolytic capacitor 4 is charged. It measures the time required for the capacitor to be charged to a voltage of 10V. The set voltage value of 10 V corresponds to approximately 2/3 of the rated voltage of the electrolytic capacitor 4. When the charging voltage of 10 V set on the laboratory power supply unit is reached, the charging current measured at the ammeter decreases to 0.
Die Schritte:The steps:
a) langsames Entladen über eine geeignet dimensionierte Last mit anschließendem Kurzschließen; unda) slow unloading via a suitably sized load followed by shorting; and
669-68567PCT/CM b) Laden durch Anlegen einer Spannung VLI, die etwa 2/3 der Nennspannung Vo entspricht, mit einem auf 25 mA begrenzten Gleichstrom Iu, bis die Spannung am Kondensator VLI entspricht und der Ladestrom auf 0 gesunken ist, bei gleichzeitigem Messen des Zeitintervalls Δtl zwischen Anlegen der Ladespannung und dem Erreichen des Ladestroms ILI = 0669-68567PCT / CM b) Charging by applying a voltage VLI, which corresponds to about 2/3 of the nominal voltage Vo, with a limited to 25 mA DC current Iu until the voltage across the capacitor VLI corresponds and the charging current has dropped to 0, while measuring the time interval .DELTA.tl between Applying the charging voltage and reaching the charging current ILI = 0
werden in dieser Reihenfolge so oft wiederholt (Schritt c)), bis keine Verkürzung der dazu benötigten Zeitintervalle Δt mehr feststellbar ist.are repeated in this order as often (step c)) until no shortening of the time intervals .DELTA.t required for this is more noticeable.
Bei den angestellten Messreihen wurde dieser Zustand bei mehreren baugleichen Elektrolytkondensatoren jeweils nach vier bis fünf Wiederholungen der Verfahrensschritte a) und b) erreicht. Dabei betrugen die Ladezeiten bei dem ersten Durchlauf der Verfahrensschritte a) und b) größenordnungsmäßig etwa 20 Minuten, bei einem zweiten Durchlauf verringerte sich dieses Zeitintervall auf 15 Minuten, um bei einem vierten und fünften Durchlauf jeweils ein gleiches Zeitintervall von jeweils 5 Minuten zu benötigen.In the employed measurement series, this condition was achieved in the case of several identical electrolytic capacitors in each case after four to five repetitions of method steps a) and b). The loading times in the first run of process steps a) and b) were on the order of about 20 minutes, in a second pass, this time interval decreased to 15 minutes to require in each case a same time interval of 5 minutes in a fourth and fifth run.
Es wurde also festgestellt, dass die benötigte Zeit, um den Elektrolytkondensator auf eine Spannung von 10 V aufzuladen sich gegenüber dem ersten Aufladen nach mehreren Wiederholungen wesentlich verkürzt hat (auf etwa 1A), wobei sich nach einigen Wiederholungen für das benötigte Zeitintervall Δt ein konstanter Wert einstellt.It has thus been found that the time required to charge the electrolytic capacitor to a voltage of 10 V has shortened substantially (to about 1 A) compared with the first charging after several repetitions, with a constant one after a few repetitions for the required time interval Δt Value sets.
Ferner wurde festgestellt, dass nach mehreren durchlaufenen Formierungszyklen nach dem Kurzschließen des langsam entladenenIt has also been found that after several cycles of forming cycles after shorting the slowly discharged
669-68567PCT/CM Elektrolytkondensators sich bei abgeklemmtem Labornetzgerät am Elektrolytkondensator 4 eine langsam steigende Spannung aufbaut, die nach 3 bis 4 Stunden einen Wert von 5 V erreichte. Das sich langsame Aufbauen einer Spannung an einem zuvor schnell entladenen Kondensator wird durch dielektrische Absorption erklärt. Dabei wandern Ladungen im geladenen Zustand des Elektrolytkondensators zum Teil ins Dielektrikum und haben bei rascher Entladung nicht die Möglichkeit, dieses wieder zu verlassen und wandern deshalb erst nach und nach wieder an die Elektroden. Es baut sich also wieder eine Spannung auf. Der Effekt ist mit der magnetischen Remanenz vergleichbar und wird manchmal daher auch Spannungsremanenz von Kondensatoren genannt. Die Größe der Absorption wird im Verhältnis zur ursprünglich angelegten Spannung angegeben und hängt von dem verwendeten Dielektrikum ab. Bei Aluminium-Elektrolytkondensatoren wurden bislang Werte für die dielektrische Absorption von etwa 10 bis 15 % der ursprünglich angelegten Spannung gemessen.669-68567PCT / CM Electrolytic capacitor builds up at a disconnected laboratory power supply to the electrolytic capacitor 4, a slowly rising voltage, which reached a value of 5 V after 3 to 4 hours. The slow build-up of a voltage on a previously rapidly discharged capacitor is explained by dielectric absorption. In this case, charges migrate in the charged state of the electrolytic capacitor partly into the dielectric and have with rapid discharge not the opportunity to leave this again and therefore only gradually migrate back to the electrodes. So it builds up a tension again. The effect is comparable to magnetic remanence and is sometimes called the remanence of capacitors. The magnitude of the absorption is given in relation to the originally applied voltage and depends on the dielectric used. For aluminum electrolytic capacitors, values for dielectric absorption of about 10 to 15% of the originally applied voltage have been measured so far.
Die hier bei den durchgeführten Versuchsreihen festgestellte wieder aufgebaute Spannung hatte mit 5 V etwa 50 % der ursprünglich angelegten Spannung erreicht. Dies lässt sich somit nicht alleine durch die bekannte dielektrische Absorption bei Elektrolytkondensatoren erklären.The recovered voltage detected here in the series of experiments had reached about 50% of the originally applied voltage at 5 V. This can not be explained by the known dielectric absorption in electrolytic capacitors alone.
Wird ein auf die oben beschriebene Weise nachformierter Aluminium- Elektrolytkondensator bis maximal 10 V, d.h. bei dem verwendeten Aluminium-Elektrolytkondensator bis auf etwa 2/3 seiner Nennspannung aufgeladen, so zeigte dieser bereits über mehrere Tage keine nennenswerte Selbstentladung.When an aluminum electrolytic capacitor post-formed in the manner described above is not more than 10 V, i. charged with the aluminum electrolytic capacitor used to about 2/3 of its rated voltage, it showed no significant self-discharge for several days already.
669-68567PCT/CM Im Folgenden wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein weiteres Nachformieren des Aluminium- Elektrolytkondensators beschrieben, bei dem der Aluminium- Elektrolytkondensator bis auf seine Nennspannung aufgeladen wird.669-68567PCT / CM In the following, a further reforming of the aluminum electrolytic capacitor is described according to a preferred embodiment of the present invention, in which the aluminum electrolytic capacitor is charged to its nominal voltage.
Demgemäß wird nach dem Schritt c), d.h. dem Wiederholen der Schritte a) und b) bis keine Verkürzung des Zeitintervalls Δt mehr feststellbar ist, der Elektrolytkondensator wiederumAccordingly, after step c), i. the repetition of steps a) and b) until no shortening of the time interval .DELTA.t is more detectable, the electrolytic capacitor in turn
d) über eine geeignet dimensionierte Last langsam entladen und anschließend kurzgeschlossen. Darauf folgtd) slowly discharged via a suitably dimensioned load and then short-circuited. It follows
e) Laden durch Anlegen einer Spannung VL2, die gleich der Nennspannung Vo ist, mit einem auf maximal 200 mA begrenzten Ladestrom IL2, bis die Spannung am Kondensator der Ladespannung VL2 = Vo entspricht und der Ladestrom IL2 auf 0 mA gesunken ist, wobei das Zeitintervall Δt2 zwischen Anlegen der Lade Spannung VL2 und dem Erreichen des Ladestroms IL2 = 0 mA gemessen wird, unde) charging by applying a voltage VL 2 which is equal to the nominal voltage Vo, with a charging current IL 2 limited to a maximum of 200 mA, until the voltage at the capacitor corresponds to the charging voltage VL2 = Vo and the charging current IL 2 has dropped to 0 mA, wherein the time interval .DELTA.t2 between application of the charging voltage VL2 and the achievement of the charging current IL2 = 0 mA is measured, and
f) die Schritte d) und e) wiederholt werden, bis keine Verkürzung des Zeitintervalls Δt2 mehr feststellbar ist.f) the steps d) and e) are repeated until no shortening of the time interval .DELTA.t2 is more detectable.
Bei den durchgeführten Versuchsreihen genügte in der Regel eine dreimalige Wiederholung der Schritte d) und e), bis eine Verkürzung des Zeitintervalls Δt2 nicht mehr feststellbar war.In the test series carried out, a three-time repetition of steps d) and e) was generally sufficient until a shortening of the time interval Δt2 was no longer detectable.
669-68567PCT/CM Der so nachformierte Aluminium-Elektrolytkondensator konnte auf seine Nennspannung aufgeladen werden und behielt diese über mehrere Tage ohne nennenswerte Verluste.669-68567PCT / CM The thus nachformierte aluminum electrolytic capacitor could be charged to its rated voltage and kept this for several days without significant losses.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der bis dahin mit den Formierungsschritten a) bis f) nachformierte Elektrolytkondensator weiterformiert mit dem Ziel, seine maximale Spannungsfestigkeit zu erhöhen, um somit seinen Nennspannung zu erhöhen.In a further preferred embodiment of the present invention, the electrolytic capacitor that has been reformed with the formation steps a) to f) has been further developed with the aim of increasing its maximum dielectric strength in order to increase its nominal voltage.
Dazu wird nach Abschluss des Schrittes f)For this purpose, after completion of step f)
g) eine Ladespannung VL3 an den Elektrolytkondensator angelegt, die zwischen 3 bis 6 % höher ist als die Nennspannung Vo, wobei der Ladestrom IL3 auf maximal 170 mA begrenzt ist, bis der am Amperemeter gemessene Ladestrom IL3 auf 0 mA absinkt.g) a charging voltage VL3 applied to the electrolytic capacitor, which is between 3 to 6% higher than the nominal voltage Vo, wherein the charging current IL3 is limited to a maximum of 170 mA until the measured at the ammeter charging current IL3 drops to 0 mA.
h) Anschließend erfolgen weitere Ladeschritte analog zu Schritt e), wobei jeweils die Ladespannung um 3 bis 6 % der Nennspannung erhöht wird, bis der Ladestrom IL3 nicht mehr auf 0 mA zurückgeht.h) Subsequently, further charging steps are carried out analogously to step e), wherein in each case the charging voltage is increased by 3 to 6% of the rated voltage until the charging current IL3 no longer goes back to 0 mA.
Dass der Ladestrom IL3 nicht mehr auf 0 zurückgeht, wird als Zeichen dafür angesehen, dass sich eine irreversible Beschädigung des Elektrolytkondensators anbahnt, bei der die Chemie an der Grenzfläche zwischen dem Dielektrikum und dem Elektrolyten irreversibel verändert wird. Um dies zu vermeiden bzw. diesen schädlichen Effekt, der dieThe fact that the charge current IL3 no longer goes back to 0 is considered to indicate that an irreversible damage of the electrolytic capacitor takes place, in which the chemistry at the interface between the dielectric and the electrolyte is irreversibly changed. To avoid this or this harmful effect that the
669-68567PCT/CM Kapazität des Elektrolytkondensators vermindern kann so klein wie möglich zu halten, wird in einem letzten Formierungsschritt669-68567PCT / CM Capacity of the electrolytic capacitor can be kept as small as possible, is in a final forming step
i) der Ladestrom abgeschaltet und der Elektrolytkondensator bis auf die Spannung entladen, bei der zuletzt der Ladestrom IL3 auf 0 mA zurückgegangen ist.i) the charging current is switched off and the electrolytic capacitor is discharged to the voltage at which the charging current IL3 last decreased to 0 mA.
Bei den auf diese Weise an Aluminium-Elektrolytkondensatoren durchgeführten Nachformierungen konnten die Aluminium- Elektrolytkondensatoren bis auf Spannungen von 20 bis 22 V aufgeladen werden, so dass sich die ursprüngliche Nennspannung von 16 V um 4 bis 6 V erhöht hatte, was einer Erhöhung von etwa 25 bis 30 % entspricht.In the replicas thus made on aluminum electrolytic capacitors, the aluminum electrolytic capacitors could be charged to voltages of 20 to 22 V, so that the original rated voltage of 16 V had increased by 4 to 6 V, an increase of about 25 up to 30%.
Durch die Erhöhung der Nennspannung kann der so nachformierte Elektrolytkondensator 25 bis 30 % mehr Ladung speichern.By increasing the rated voltage, the electroformed capacitor thus reformulated can store 25 to 30% more charge.
Anders herum betrachtet bedeutet dies, dass man bei einer vorgegebenen zu erzielenden Kapazität den Elektrolytkondensator entsprechend kleiner dimensionieren kann.Viewed the other way round, this means that you can dimension the electrolytic capacitor correspondingly smaller with a given capacity to be achieved.
Bei dem ersten beschriebenen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Nachformierungsverfahrens wird die Ladespannung stufenweise erhöht. Dabei kann es zweckmäßig sein, gleichzeitig den Ladestrom zu begrenzen. Dies ist jedoch, wie oben erläutert, unter bestimmten Umständen, wie beispielsweise sehr kleinen Spannungsstufen nicht erforderlich.In the first described embodiment of the inventive Nachformierungsverfahrens the charging voltage is increased gradually. It may be appropriate to limit the charging current at the same time. However, as explained above, this is not required under certain circumstances, such as very small voltage levels.
669-68567PCT/CM Beim zweiten oben vorgestellten Nachformierungsverfahren wird an der Stromquelle, d.h. dem Labornetzgerät eine hohe Ladespannung eingestellt und von vorneherein der Ladestrom auf einen sehr niedrigen Wert (25 mA) begrenzt.669-68567PCT / CM In the second Nachformierungsverfahren presented above, a high charging voltage is set at the power source, ie the laboratory power supply and limited from the outset, the charging current to a very low value (25 mA).
Beiden Nachformierungsverfahren ist gemeinsam, dass Wert darauf gelegt wird, dass der Ladevorgang verhältnismäßig langsam von statten geht. Es kann davon ausgegangen werden, dass dieses Vorgehen, eine Migration von Ionen bzw. Elektronen in das Dielektrikum und in den Elektrolyten begünstigt und das Dielektrikum positiv beeinflusst wird.Both reforming methods have in common that it is important that the charging process is relatively slow. It can be assumed that this procedure favors a migration of ions or electrons into the dielectric and into the electrolyte and that the dielectric is positively influenced.
Bei dem ersten vorgestellten Nachformierungsverfahren kann die Spannungssteigerung auch kontinuierlich erfolgen, wobei das Kriterium für die Geschwindigkeit der Spannungssteigerung der beobachtete Ladestrom ist. Die Spannungssteigerung sollte so erfolgen, dass der Ladestrom sehr gering ausfällt, d.h. je nach nachzuformierenden Kondensator in einer Größenordnung von einigen zehn mA bis einigen hundert mA.In the first presented Nachformierungsverfahren the voltage increase can also be continuous, wherein the criterion for the rate of voltage increase is the observed charging current. The voltage increase should be such that the charging current is very low, i. depending on the capacitor to be reformed on the order of a few tens of mA to a few hundred mA.
Darüber hinaus bleibt festzuhalten, dass für die Durchführung der vorgestellten Verfahren automatisierte Nachformierungsvorrichtungen konzipiert werden können, die in den Herstellungsprozess der Kondensatoren eingebunden sind. Die Realisierung solcher automatisierter Nachformierungsvorrichtungen ist für den Fachmann eine überschaubare Aufgabe.In addition, it should be noted that automated post-forming devices, which are integrated into the manufacturing process of the capacitors, can be designed to carry out the methods presented. The realization of such automated Nachformierungsvorrichtungen is a manageable task for the skilled person.
Festzuhalten bleibt, dass mit den erfindungsgemäßen Verfahren zur Nachformierung von Elektrolytkondensatoren erreicht wird, dassIt should be noted that the process according to the invention for reforming electrolytic capacitors achieves that
669-68567PCT/CM die Zeitspanne, die benötigt wird, um einen Elektrolytkondensator auf eine bestimmte Spannung aufzuladen merklich verkürzt wird; niedrigere Aufladeströme zum Laden des Elektrolytkondensators benötigt werden; der nachformierte Elektrolytkondensator keine nennenswerte Leckströme und dielektrische Verluste aufweist, die sonst für übliche Elektrolytkondensatoren typisch sind, und die maximale Spannungsfestigkeit des nachformierten Elektrolytkondehsators erhöht werden kann, so dass ebenso die Nennspannung um 25 bis 30 % angehoben wird, wodurch mit dem erfindungsgemäß nachformierten Elektrolytkondensator 25 bis 30 % mehr Ladung gespeichert werden kann, bzw. bei vorgegebener Kapazität der Elektrolytkondensator kleiner gebaut werden kann.669-68567PCT / CM the amount of time required to charge an electrolytic capacitor to a certain voltage is markedly shortened; lower charging currents are required to charge the electrolytic capacitor; the post-formed electrolytic capacitor has no appreciable leakage currents and dielectric losses, which are otherwise typical for conventional electrolytic capacitors, and the maximum withstand voltage of the nachformierten Elektrolytkondehsators can be increased, so that also the rated voltage is increased by 25 to 30%, whereby with the inventively nachformierten electrolytic capacitor 25th Up to 30% more charge can be stored, or for a given capacity of the electrolytic capacitor can be built smaller.
Die oben stehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dient lediglich illustrativen Zwecken und ist nicht einschränkend zu verstehen. Es sind verschiedene Variationen einzelner Merkmale im Rahmen der beigefügten Patentansprüche möglich. So kann es sich bei den nachformiertenThe above description of preferred embodiments of the present invention is provided for illustrative purposes only, and is not intended to be limiting. Various variations of individual features are possible within the scope of the appended claims. So it can be with the nachformierten
Elektrolytkondensatoren auch um Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Tantalpentoxid als Dielektrikum oder um Niob-Elektrolytkondensatoren mit Niobpentoxid als Dielektrikum handeln. Ebenfalls kann zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Nachformieren von Elektrolytkondensatoren eine andere geeignete VorrichtungElectrolytic capacitors also tantalum electrolytic capacitors with tantalum pentoxide as a dielectric or niobium electrolytic capacitors with niobium pentoxide as a dielectric. Likewise, another suitable device for carrying out the method according to the invention for reforming electrolytic capacitors
669-68567PCT/CM verwendet werden, so lange sie die Durchführung der oben beschriebenen Verfahrensschritte zulässt.669-68567PCT / CM be used as long as it allows the implementation of the method steps described above.
669-68567PCT/CM 669-68567PCT / CM

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Nachformieren von Elektrolytkondensatoren mit folgenden Schritten:1. Method for reformulating electrolytic capacitors with the following steps:
a) falls der Elektrolytkondensator eine Ladung aufweist, langsames Entladen über eine geeignet dimensionierte Last;a) if the electrolytic capacitor has a charge, slow discharge through a suitably sized load;
b) Laden des Elektrolytkondensators durch Anlegen einer stufenweise erhöhten Spannung, wobei die Spannungserhöhung pro Stufe jeweils einen Bruchteil der Nennspannung des Elektrolytkondensators beträgt, wobei die Spannung jeweils dann um eine Stufe erhöhte wird, wenn der Ladestrom bei der aktuellen Stufe im Wesentlichen auf Null abgesunken ist und wobei die stufenweise Erhöhung der Ladespannung fortgesetzt wird, bis der Ladestrom nicht mehr auf Null absinkt.b) Charging the electrolytic capacitor by applying a stepwise increased voltage, wherein the voltage increase per stage is in each case a fraction of the nominal voltage of the electrolytic capacitor, wherein the voltage is increased in each case by one stage, when the charging current at the current stage has dropped substantially to zero and wherein the stepwise increase of the charging voltage is continued until the charging current does not decrease to zero.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:2. The method according to claim 1, characterized by the following further steps:
c) Messen eines Zeitintervalls Δti zwischen dem Beginn des Ladevorgangs und dem Zeitpunkt, an dem der Ladestrom nicht mehr im Wesentlichen auf Null absinkt;c) measuring a time interval Δti between the beginning of the charging process and the time when the charging current no longer drops substantially to zero;
d) Wiederholen der Schritte a) und b) bis die Dauer des Zeitintervalls Δti nicht mehr abnimmt.d) repeating steps a) and b) until the duration of the time interval Δti no longer decreases.
669-68567PCT/CM 669-68567PCT / CM
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufen der Spannungserhöhung nicht größer sind als 1/5 der Nennspannung des Elektrolytkondensators.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the stages of the voltage increase are not greater than 1/5 of the nominal voltage of the electrolytic capacitor.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufen der Spannungserhöhung nicht größer sind als 1/ 10 der Nennspannung des Elektrolytkondensators.4. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the stages of the voltage increase are not greater than 1/10 of the nominal voltage of the electrolytic capacitor.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladestrom durch einen Strombegrenzer begrenzt wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the charging current is limited by a current limiter.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladestrom auf einen Wert zwischen einigen zehn mA bis einigen hundert mA begrenzt wird.6. The method according to claim 5, characterized in that the charging current is limited to a value between a few tens of mA to a few hundred mA.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laden des Elektrolytkondensators auf einer Spannungsstufe solange erfolgt, bis der Ladestrom auf weniger als einige Milliampere abgesunken ist und dann die Ladespannung um eine Stufe erhöht wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the charging of the electrolytic capacitor takes place at a voltage level until the charging current has dropped to less than a few milliamperes and then the charging voltage is increased by one stage.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsstufen alle gleich groß sind.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the voltage levels are all the same size.
669-68567PCT/CM 669-68567PCT / CM
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsstufen von Stufe zu Stufe größer werden.9. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the voltage levels are greater from stage to stage.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolytkondensator nach Schritt a) kurzgeschlossen wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the electrolytic capacitor is short-circuited after step a).
11. Verfahren zum Nachformieren von Elektrolytkondensatoren mit folgenden Schritten:11. A method of reforming electrolytic capacitors, comprising the steps of:
a) langsames Entladen über eine geeignet dimensionierte Last;a) slow unloading via a suitably sized load;
b) Laden durch Anlegen einer Spannung VLI, die etwa 2/3 der Nennspannung Vo entspricht mit einem auf einige 10 mA bis einige hundert mA begrenzten Gleichstrom Li, bis die Spannung am Kondensator VLI entspricht und der Ladestrom auf 0 gesunken ist, wobei das Zeitintervall Δtl zwischen Anlegen der Ladespannung und Erreichen des Ladestroms 0 mA gemessen wird; undb) charging by applying a voltage VLI which corresponds to about 2/3 of the nominal voltage Vo with a limited to some 10 mA to a few hundred mA limited direct current Li until the voltage across the capacitor VLI and the charging current has dropped to 0, the time interval Δtl is measured between application of the charging voltage and reaching the charging current 0 mA; and
c) Wiederholen der Schritte a) und b) bis keine Verkürzung des Zeitintervalls Δtl mehr feststellbar ist.c) repeating steps a) and b) until no shortening of the time interval .DELTA.tl is more detectable.
12. Verfahren zum Nachformieren von Elektrolytkondensatoren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass12. A method for reformulating electrolytic capacitors according to claim 1 1, characterized in that
669-68567PCT/CM nach Abschluss des Schrittes c) folgende weitere Schritte erfolgen:669-68567PCT / CM After completion of step c), the following further steps take place:
d) langsames Entladen über eine geeignet dimensionierte Last;d) slow unloading via a suitably sized load;
e) Laden durch Anlegen einer Spannung VL2, die gleich der Nennspannung Vo ist, mit einem auf maximal 200 mA begrenzten Ladestrom IL2, bis die Spannung am Kondensator der Ladespannung VL2 = Vo entspricht und der Ladestrom IL2 auf 0 mA gesunken ist, wobei das Zeitintervall Δt2 zwischen Anlegen der Ladespannung VL2 und Erreichen des Ladestroms IL2 = 0 mA gemessen wird;e) charging by applying a voltage VL2 which is equal to the nominal voltage Vo, with a charging current IL2 limited to a maximum of 200 mA, until the voltage at the capacitor corresponds to the charging voltage VL2 = Vo and the charging current IL2 has dropped to 0 mA, the time interval Δt2 is measured between application of the charging voltage VL2 and reaching the charging current IL2 = 0 mA;
f) Wiederholen der Schritte d) und e) bis keine Verkürzung des Zeitintervalls Δt2 mehr feststellbar ist.f) repeating steps d) and e) until no shortening of the time interval .DELTA.t2 is more detectable.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass13. The method according to claim 12, characterized in that
g) nach Abschluss des Schrittes f) eine Ladespannung VL3 angelegt wird, die zwischen 3 bis 6 % höher ist als die Nennspannung Vo, wobei der Ladestrom IL3 auf maximal 170 mA begrenzt ist, bis der Ladestrom IL3 auf 0 mA absinkt,g) after completion of step f), a charging voltage VL3 is applied which is between 3 to 6% higher than the rated voltage Vo, the charging current IL3 being limited to a maximum of 170 mA until the charging current IL3 drops to 0 mA,
h) anschließend weitere Ladeschritte analog zu Schritt e) erfolgen; wobei jeweils die Ladespannung um 3 bis 6 % der Nennspannung erhöht wird, bis der Ladestrom IL3 nicht mehr auf 0 mA zurückgeht;h) subsequently, further charging steps take place analogously to step e); wherein each of the charging voltage is increased by 3 to 6% of the rated voltage until the charging current IL3 no longer goes back to 0 mA;
669-68567PCT/CM i) Ladestrom abschalten und den Elektrolytkondensator bis auf die Spannung entladen bei der zuletzt der Ladestrom IL3 auf 0 mA zurückgegangen ist.669-68567PCT / CM i) Switch off the charging current and discharge the electrolytic capacitor to the voltage at which the charging current IL3 last decreased to 0 mA.
14. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolytkondensator auf eine neue Nennspannung von 20 bis 22 V aufgeladen wird.14. The method according to claim 4, characterized in that the electrolytic capacitor is charged to a new nominal voltage of 20 to 22 volts.
15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende des langsamen Entladens des Elektrolytkondensators dieser kurzgeschlossen wird.15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at the end of the slow discharge of the electrolytic capacitor, this is short-circuited.
16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladestrom auf maximal 25 mA begrenzt wird.16. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the charging current is limited to a maximum of 25 mA.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladestrom auf maximal 200 mA begrenzt wird.17. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the charging current is limited to a maximum of 200 mA.
69-68567PCT/CM 69-68567PCT / CM
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