李 宇，杜建华，皇甫趁心，涂 然，张认成



超级电容器大电流充放电温度场和安全性分析

李 宇，杜建华，皇甫趁心，涂 然，张认成

（华侨大学机电及自动化学院，福建 厦门 361021）

超级电容器在进行大电流的充放电过程中，内部会迅速产生大量的热量，温度过高会引发安全事故。本文采用有限元热分析方法，首先通过剖析卷绕式超级电容器的结构组成，对结构进行假设简化，再分析非稳态导热微分方程，建立了三维有限元热分析模型。本文研究在常温（25 ℃）下，以20 A电流对超级电容器进行充放电，得到超级电容器内部的温度分布云图，核心区温度最高，负极柱区域温度比正极柱区域温度高；选取超级电容器的正极柱、负极柱和内部核心区域作为观测点，改变电流大小，观测温度随时间变化的情况；增大充电电流，当充电电流一定时，内部核心每升高100 ℃所需要的时间在逐渐减少；随着充电电流的增大，可以看到超级电容器内部核心升温加快。当超级电容器以瞬时大电流工作时，内部核心可以在较短的时间内达到几百摄氏度，应当采取降温措施避免安全事故发生。

超级电容器；大电流充放电；有限元热分析；导热微分方程；温度场

超级电容器是一种不同于传统化学电源的新型储能设备，其具有独特的双电层结构，通过极化电解质来储能[1]。超级电容器具有功率密度高、可反复充放电次数多、良好的耐低温特性、充放电时间短、清洁无污染等优点。现已广泛运用在混合动力汽车[2]、并网光伏发电系统[3]、航行横向补给系统[4]等领域，并受到世界各国的广泛关注。……