Dispositivo de almacenamiento de electricidad de alta velocidad de carga y descarga.

Dispositivo de almacenamiento de electricidad de alta velocidad de carga y descarga,

que comprende:

- dos condensadores (10, 10') formados por láminas horizontales conductoras positivas (1) y negativas (2) conectadas respectivamente a electrodos verticales positivos (5) y negativos (6), los condensadores dispuestos de modo que los electrodos verticales positivos (5) de un condensador se enfrentan con los electrodos verticales negativos (6) del otro condensador;

- una lámina de dieléctrico (11) entre ambos condensadores;

- un distribuidor (15) para conectar los electrodos positivos (5) y los electrodos negativos (6) para que puedan ser soldados a un circuito impreso.

Este dispositivo supone un nuevo tipo de condensador con una inductancia mínima y que puede cargar y descargar la energía eléctrica a una frecuencia mayor que los condensadores actuales.

DISPOSITIVO DE ALMACENAMIENTO DE ELECTRICIDAD DE ALTA VELOCIDAD DE CARGA Y DESCARGA

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un dispositivo de almacenamiento de energía de alta velocidad.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Actualmente existen numerosos dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica,

la presente patente se refiere a sistemas de almacenamiento electrostático, en adelante llamaremos condensadores. En numerosas ocasiones los condensadores son cargados y descargados a muy alta frecuencia, produciéndose resonancias internas lo cual produce oscilaciones que no pueden ser filtradas. Las oscilaciones internas se trasmiten fuera produciendo un ruido en los circuitos electrónicos que hay conectados al condensador. La resonancia interna se debe a la presencia de inductancia parásita dentro del condensador y que no puede ser eliminada desde fuera del condensador. La duración de la señal generada es inversamente proporcional a la impedancia del

condensador, la cual es L / C , siendo C la capacidad del condensador y L la 20 inductancia parásita. A menor inductancia parásita antes se amortigua la oscilación. Es necesario por tanto reducir la inductancia parásita al mínimo posible. Los condensadores almacenan su energía en sándwiches de láminas paralelas conductoras positivas 1 y negativas 2 separadas por láminas de material aislante 3, desde ahora llamaremos dieléctrico (ver Figura 1) .

La inductancia parásita L de estas láminas viene dada por la ecuación: L=U*H*T/A siendo U la constante de permeabilidad eléctrica, H la distancia entre láminas conductoras positiva 1 y negativa 2, T la longitud del condensador y A el ancho del

mismo. Por tanto para reducir la inductancia al mínimo hay que reducir la longitud T,

incrementar el ancho A y reducir la distancia entre láminas H al mínimo. Dicho de forma sencilla, tal y como puede verse en la Figura 2 cada carga Q que sale del condensador en una dirección tiene que tener otra carga Q viajando en sentido opuesto lo más cerca posible entre sí entrando en dicho condensador, siendo asimismo la longitud del camino lo más corta posible.

Existe una tecnología que es la llamada quot;IDCquot; en la cual cada lámina horizontal tiene numerosas pestañas (4, 4’) . Las pestañas 4 de las láminas positivas 1 se sitúan encima una de la otra y las pestañas 4’ de las láminas negativas 2 también pero alternadas con las anteriores, tal y como aparece en la Figura 3a. Entre láminas positivas 1 y negativas 2 se ponen láminas dieléctricas 3.

Al salir una carga Q por la pestaña 4 de una lámina positiva 1, una carga Q entra por una pestaña 4’ de la lámina negativa 2 adyacente, cumpliéndose que la distancia D (en la dimensión de anchura) entre carga Q saliente y carga Q entrante es el ancho A del condensador dividido por el número de pestañas, tal y como aparece en la Figura 3b.

Como puede verse en la Figura 3c, uniendo las láminas positivas 1 bajan unos electrodos verticales positivos 5 y análogamente bajan electrodos negativos 6 uniendo láminas negativas 2. Estos electrodos (5, 6) bajan no solo por la cara frontal sino que además lo hace por la cara posterior tal y como aparece en la Figura 3d. Hay otros diseños que hacen variaciones de esta tecnología que compensan muy bien la inductancia de las láminas horizontales pero sin embargo no compensan adecuadamente la inductancia de los electrodos. Hay además otro efecto no deseado y es que la impedancia de las láminas horizontales, L / C , es muy baja al ser muy pequeña la distancia entre láminas H. 20 Sin embargo la impedancia entre electrodos (5, 6) es mucho mayor puesto que su inductancia, que depende de la distancia D entre electrodos, es mucho mayor. Al ser la diferencia entre las impedancias de las láminas horizontales y las impedancias de los electrodos muy grande, durante una descarga brusca aparecen oscilaciones. Es muy común ver con un osciloscopio unos picos muy altos de muy alta frecuencia entre 25 bornes de un condensador.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención busca resolver los inconvenientes expuestos anteriormente mediante la compensación de la inductancia de los electrodos o líneas descendientes. 30 Un aspecto de la presente invención consiste en construir dos condensadores (10, 10’) como el de la Figura 4a (en la cual por simplificar la figura no aparecen representados las láminas aislantes) y unir ambos tal y como aparece en la Figura 4b por el lado de los electrodos con una lámina de dieléctrico 11 en medio, de modo que los electrodos positivos 5 del primer condensador 10 se encuentran en frente sin tocarlo con el 35 correspondiente electrodo negativo 6 del segundo condensador 10’ separados por el

dieléctrico 11. La idea es que las cargas que viajen por los electrodos compensen su inductancia tal y como aparece en la Figura 2. Una vez unidos ambos condensadores (10.10’) en uno solo, los electrodos quedan abajo alternándose los positivos y negativos tal y como se ve en la Figura 4c, una vista superior de los condensadores mostrados en la Figura 4b. Otro aspecto de la presente invención es que los electrodos positivos 5 y negativos 6 y la lámina dieléctrica 11 que los separa están fabricados en una sola pieza, que puede ser un circuito impreso de dos o más capas. Otro aspecto de la presente invención consiste en unir en la base de los dos condensadores (10, 10’) los electrodos positivos 5 a un lado y los negativos 6 a otro. A esta disposición la llamaremos de ahora en adelante quot;distribuidorquot;. Un ejemplo de realización del distribuidor 15 aparece en las Figuras 5a y 5b, consistente en un circuito impreso o PCB de dos capas (una primera capa 12 y una segunda capa 12’) . Siguiendo con las Figuras 5a y 5b, la primera capa 12 se une a los electrodos (5, 6) del

condensador o bien soldándolo o bien pegando con pegamento conductor. Por otro lado la segunda capa 12’ une a un lado los electrodos positivos y los electrodos negativos por el otro. Es importante notar que la segunda capa 12’ queda en el exterior del condensador y sirve para soldar el condensador a circuitos impresos. La segunda capa 12’ cubre por debajo a la primera capa 12 poniendo una lámina positiva debajo de la conexión positiva 13, que actúa como conector positivo 1’, y una lámina negativa debajo de la conexión negativa 13’, que actúa como conector negativo 2’. Esto se hace así para reducir la inductancia tal y como se indica en la Figura 2. Por motivo de simplicidad de las Figuras 5a y 5b no se ha dibujado la lámina dieléctrica que debe haber entre capas ni entre electrodos. En la Figura 5a se muestran en la primera capa 12 las conexiones (13, 13’) con la segunda capa 12’. Otro aspecto de la presente invención consiste en que las pestañas (4, 4’) en vez de ser rectangulares (según se muestra en la Figura 6a) pueden tener forma de trapezoide, tal y como aparece en la Figura 6b. El motivo es que además de reducir la distancia entre carga Q saliente y entrante, la adaptación de impedancia lámina

electrodo se incrementa de forma gradual. Además al ser los ángulos menos agudos simplifica la fabricación. Aun otro aspecto de la presente invención es que en lugar de una placa PCB de dos capas (12, 12’) el distribuidor 15 tenga forma de delta de modo que la distancia del punto medio 19 (en la cara de conexión del distribuidor 15) de los dos condensadores (10, 10’) a la punta 18 del distribuidor 15 sea lo más parecida posible a la distancia entre un punto extremo 20 (en la cara de conexión del distribuidor 15) de ambos condensadores y dicha punta 18. El condensador resultante se suelda al circuito por dicha punta 18 (con un conector positivo 1’ y un conector negativo 2’) tal y como aparece en la Figura 7a y que una vez terminado queda como en la Figura 7b.

Aún otra manera de resolver la construcción es montar ambos condensadores (10, 10’) , dos de ellos directamente sobre el circuito impreso o PCB, uno en cada cara del mismo. En ese caso el PCB puede tener tres capas (una primera capa 16, una segunda capa 16’ y una tercera capa 16’’) , como se indica en las Figuras 8a, 8b y 8c, quedando el conjunto como indica la Figura 8d, donde se ha omitido la segunda capa 16’ que está en medio y que sirve para conectar entre sí los electrodos positivos 5 del primer condensador 10 con los electrodos positivos 5 del segundo condensador 10’. Asimismo conecta los electrodos negativos 6 de los dos condensadores (10, 10’) . En la Figura 8a se muestran, en la primera capa 16, las conexiones 17 con la segunda capa 16’. De igual forma,...

1. Dispositivo de almacenamiento de electricidad de alta velocidad de carga y descarga, caracterizado por que comprende:

- dos condensadores (10, 10’) formados por láminas horizontales conductoras

positivas (1) y negativas (2) con una pluralidad de pestañas (4, 4’) y conectadas respectivamente a electrodos verticales positivos (5) y negativos (6) , estando ambos condensadores dispuestos de modo que los electrodos verticales positivos (5) de un condensador se enfrentan con los electrodos verticales negativos (6) del otro condensador; y

- una lámina de dieléctrico (11) entre ambas filas de electrodos.

2. Dispositivo de acuerdo a reivindicación 1, caracterizado por que dispone adicionalmente de un distribuidor (15) encargado de conectar los electrodos verticales positivos (5) y los electrodos verticales negativos (6) de ambos condensadores (10, 10’)

respectivamente a un conector positivo (1’) y un conector negativo (2’) para que puedan ser soldados a un circuito impreso.

3. Dispositivo de acuerdo a reivindicación 2, caracterizado por que el distribuidor

(15) está formado por un circuito impreso de dos capas (12, 12’) , de forma que los 20 condensadores (10, 10’) están soldados en la misma cara de dicho circuito impreso.

4. Dispositivo de acuerdo a reivindicación 2, caracterizado por que el distribuidor

(15) es una estructura en forme de delta, disponiéndose los conectores positivo (1’) y negativo (2’) en la punta (18) del distribuidor.

5. Dispositivo de acuerdo a reivindicación 2, caracterizado por que el distribuidor está formado por un circuito impreso de tres capas (16, 16’, 16’’) , de forma que los condensadores (10, 10’) están soldados en caras opuestas de dicho circuito impreso.

6. Dispositivo de acuerdo a reivindicación 2, caracterizado por que el distribuidor comprende una primera (21) y una segunda (21’) estructura en forma troncocónica o cuadrangular situadas ambas en un lado de uno de los condensadores y conectadas respectivamente a los electrodos verticales positivos (5) y a los electrodos verticales negativos (6) de los condensadores (10, 10’) .

7. Dispositivo de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las pestañas (4, 4’) de las láminas horizontales conductoras positivas (1) y negativas (2) tienen forma trapezoidal.

Fig. 1

H

Fig. 2

Fig. 3a

Fig. 3d 12

Fig. 4a

Fig. 4b

Fig. 4c

12’

Fig. 5a

1’ Fig. 5b

Q

Fig. 6a Fig. 6b

Fig. 7a Fig. 7b

Fig. 8a

Fig. 8b

Fig. 8c

Fig. 8d

Fig. 9a 19

Fig. 9b

Fig. 9c