[发明专利]一种铝电解电容器的热仿真方法

说明书

本发明公开了一种铝电解电容器的热仿真方法，根据材料特点设计铝电解电容器，建立物理模型；随后用数学语言描述铝电解电容器工作过程的物理化学反应机理；最后定义不同的参变量模拟应用场景，并将结果用来描述铝电解电容器的热变化规律，其在具体操作时，通过实验获得铝电解电容器组件材料的热物性参数然后构建三维物理模型，并赋予模型中各个组分相应的热物性参数，再根据热量守恒方程计算得出电容器的温度场分布并用颜色或者其他标记并在模型中表示以方便直观观察。本发明可以有效缩短研究的时间和人力成本；同时，模型基于传热学的基本原理和电容器的真实结构进行构建，准确性高。

技术领域

本发明涉及一种铝电解电容器的性能表征方法，尤其涉及一种铝电解电容器热性能的仿真分析方法。

背景技术

铝电解电容器在电子线路中具有滤波、旁路、耦合和快速充放电的功能，并具有体积小、储存电量大、性价比高的特性，被广泛应用于消费电子产品、自动化控制、汽车工业和光电产品等。

一般来说，铝电解电容器的性能受温度的影响很大，由于其本身为电子件，在工作过程中内部芯包的温度会逐渐升高，长时间保持在高温状态会导致产品寿命的下降。如何准确评价铝电解电容器工作过程的温度变化，是铝电解电容器研究的热点问题。传统获得铝电解电容器温度的方法是使用红外热成像或者在电容器表面使用热电偶进行测试，但由于铝电解电容器是一个密封的系统，红外热成像仪和热电偶测量得到的是电容器表面的温度，难以得到内部的温度信息，因而其成像图表述并不全面。另外，由于铝电解电容器制造的主要工序包括“钉卷-含浸-组立-化成”等步骤，其中还有裁切、干燥等工序，产品制作周期较长；同时，器件测试也需要消耗一定的时间。使得时间成本都较高。如何设计出一种能够快速并且准确评价电容器温度性能的方法，已成为目前行业内一个必须要攻克的技术难题。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种铝电解电容器的热仿真方法，这种方法以模拟实验的方式描述铝电解电容器工作过程的热行为，以解决传统实验测试方法流程长、时间成本高的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种铝电解电容器的热仿真方法，根据材料特点设计铝电解电容器，建立物理模型；随后用数学语言描述铝电解电容器工作过程的物理化学反应机理；最后定义不同的参变量模拟应用场景，并将结果用来描述铝电解电容器的热变化规律。

其具体包括以下操作步骤：

步骤1、采用实验方法或者通过材料铭牌，获得作为原材料来制备铝电解电容器的各个组件材料的热物性参数；

步骤2、基于铝电解电容器的真实结构，建立三维物理模型，并赋予模型中各个组分相应的热物性参数；

步骤3、根据电容器的工况条件，测试得到电容器的等效串联电阻值；

步骤4、在步骤2的物理模型进行有限元网格的剖分，在每个相关的有限元网格内应用热量守恒方程：进行计算分析，

式中：参数ρ_i，C_p,i和k_i分别是各个组分的密度、热容和导热系数；

而Q为生热率，其计算公式为：

式中，I为电流密度、V为电容器的体积、R为步骤2中测试得到的电容器的等效串联电阻；同时，添加边界条件和初始条件，开展数值计算。

步骤5、将每个有限元网格内的计算数值在铝电解电容器的三维物理模型中用不同颜色或者其他标记标出，即可得到电容器的温度场分布。

在本发明中，所述铝电解电容器为方形铝电解电容器或者是圆柱形铝电解电容器或者是螺栓型铝电解电容器。