超級電池活性炭的建模分析
今天小編帶您們了解超級電池活性炭，隨著熱能的運用石油枯竭，流動性不斷增長的需求，以及對污染物排放量和碳排放量日益嚴(yán)格的法規(guī)正在加快向可持續(xù)和高效的運輸。超級電容器，也被稱為超級電容器(UCS)或電化學(xué)雙層電容器是傳統(tǒng)靜電電容器和電池之間的能量存儲裝置。由于突出的優(yōu)勢，它們引起了全世界的關(guān)注。如今，超級電容器已被廣泛用于在混合動力汽車，航空飛機(jī)，電子通信，表明廣泛的應(yīng)用前景。
溫度，作為超級電池活性炭最重要的工作參數(shù)之一，對超級電容器[穩(wěn)定性有很大的影響。溫度對超級電容器電池和模塊的老化影響很大。由于超級電容器是大功率電子器件，因此在快速吸收和釋放過程中會在內(nèi)部產(chǎn)生熱量并累積在內(nèi)部，這可能導(dǎo)致明顯的溫度升高甚至熱損傷。因此，超級電容器的熱穩(wěn)定性研究非常重要。然而，大多數(shù)的熱行為的研究的重點放在鋰離子電池和鎳氫電池，并在超級電容器的熱行為的分析相對較少。有人提出了一種基于在充放電過程中用量熱計測量的加熱速率的可堆疊超級電容器的三維對稱熱模型。他根據(jù)模型進(jìn)一步研究了內(nèi)部溫度和環(huán)境溫度之間的變化。
超級電容活性炭的有限元建模
一般的超級電容器，由活性炭，鋁殼，酚醛樹脂蓋和內(nèi)部構(gòu)成。尺寸為21mm×44mm(直徑×長度，不包括導(dǎo)線高度)。結(jié)構(gòu)如圖1所示。超級電容器是國內(nèi)生產(chǎn)的一種圓柱繞組型。精密的測試了內(nèi)阻。內(nèi)部由活性炭電極，鋁集電器和聚丙烯隔膜，有機(jī)電解質(zhì)系統(tǒng)組成。電荷存儲機(jī)構(gòu)是雙電層電容器的存儲原理，內(nèi)阻約為30mΩ。材料的物理參數(shù)( 表1)不同。
超級電容器活性炭的熱分析理論-熱分析基本假設(shè)
在超級電容器的工作過程中，有三種傳熱方式，包括導(dǎo)熱，對流和輻射。為了簡化分析，對于這些模型以下假設(shè)已經(jīng)提出。
仿真對象是電雙層超級電容器，電荷存儲原理是電雙層儲能機(jī)制。因此，內(nèi)熱的主要形式是內(nèi)阻產(chǎn)生的焦耳熱。
盡管活性炭具有多孔性質(zhì)，電解質(zhì)的不均勻分布可導(dǎo)致內(nèi)部區(qū)域發(fā)熱不均勻。然而，在整體水平上，在充放電過程中的內(nèi)部區(qū)域均勻地產(chǎn)生熱量。
忽略在芯中流動的電解質(zhì)，熱傳導(dǎo)可以被看作是傳熱的唯一途徑。相反，熱輻射和對流是超級電容器表面的兩個主要方式，因為熱傳導(dǎo)的影響太弱而無法考慮。
根據(jù)螺旋纏繞超級電容器的特點和材料不同部位的物理性質(zhì)，碳電極的徑向?qū)崧士纱笾孪喈?dāng)于活性炭的導(dǎo)熱系數(shù)，軸向熱導(dǎo)率近似等于鋁的導(dǎo)熱系數(shù)集電器。
采用有限元分析法分析恒流充放電實驗中螺旋纏繞超級電容活性炭內(nèi)部溫度場的分布情況。由于熱量在芯體中均勻地產(chǎn)生，最內(nèi)層的真空表面幾乎是絕熱的，所以最高溫度出現(xiàn)在工作過程中心附近。我們得出的結(jié)論是，在恒定電流為2A的50個循環(huán)中，內(nèi)循環(huán)的最高溫度在5個循環(huán)后上升到34.5℃，35次循環(huán)后最終最高溫度超過42.5℃。但是，隨著時間的推移，溫度沒有明顯的變化，說明它處于穩(wěn)定狀態(tài)。隨著工作電流的增加，內(nèi)部區(qū)域的溫度將迅速上升。如果最大溫度在4A的恒定電流下超過60℃，則必須進(jìn)行冷卻測量。
本文作者：董帝豪
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