• ISSN 0258-2724
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不同空间结构的有轨电车超级电容热行为

戴朝华 傅雪婷 杜云 郭爱 陈维荣

戴朝华, 傅雪婷, 杜云, 郭爱, 陈维荣. 不同空间结构的有轨电车超级电容热行为[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(5): 920-927. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190561
引用本文: 戴朝华, 傅雪婷, 杜云, 郭爱, 陈维荣. 不同空间结构的有轨电车超级电容热行为[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(5): 920-927. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190561
DAI Chaohua, FU Xueting, DU Yun, GUO Ai, CHEN Weirong. Supercapacitor Thermal Behavior of Trams with Different Spatial Structures[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(5): 920-927. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190561
Citation: DAI Chaohua, FU Xueting, DU Yun, GUO Ai, CHEN Weirong. Supercapacitor Thermal Behavior of Trams with Different Spatial Structures[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(5): 920-927. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190561

不同空间结构的有轨电车超级电容热行为

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190561
基金项目: 国家重点研发计划(2017YFB1201003,2017YFB1201004)
详细信息
    作者简介:

    戴朝华(1973—),男,副教授,博士生导师,研究方向为电力系统及其自动化、新能源发电及并网技术,E-mail:daichaohua@ swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: V221.3

Supercapacitor Thermal Behavior of Trams with Different Spatial Structures

  • 摘要: 为了减轻有轨电车超级电容模组因温度引起的性能衰减,基于超级电容器的单体结构,研究单体不同空间结构对超级电容模组热行为的影响. 首先,建立超级电容电化学-热耦合模型,并搭建实验平台验证模型的有效性;其次,定义“自然对流换热比表面积”,通过最高温度、最大温差、单体温度波动率和空间利用率4个指标对截面为3 × 6、2 × 9的长方体结构、截面为4 × 4的正方体结构和六面体结构的超级电容模组的温度特性和体积特征进行评估. 研究表明:气流路径的长度、对流换热比表面积以及强制对流换热的单体数量会影响散热的效果,具有短而宽流动路径的空间结构冷却效果更好;正方体结构是冷却效果和均温方面的最优选择;对于空间利用率和冷却效率而言,六面体结构是最佳选择.

     

  • 图 1  超级电容电化学模型

    Figure 1.  Electrochemical model of supercapacitors

    图 2  梯形等效电路

    Figure 2.  Trapezoidal equivalent circuit

    图 3  工作电流与运行电压

    Figure 3.  Working current and operating voltage

    图 4  热电偶布置示意

    Figure 4.  Thermocouple layout

    图 5  空间温度分布柱状图

    Figure 5.  Histogram for space temperature distribution

    图 6  超级电容温度随时间的变化

    Figure 6.  Supercapacitor temperature versus time

    图 7  各个结构的散热方式

    Figure 7.  Heat dissipation for different structures

    图 8  模组区域划分

    Figure 8.  Module area division

    图 9  3 × 6结构温度分布

    Figure 9.  Temperature distribution of 3 × 6 structure

    图 10  2 × 9结构温度分布

    Figure 10.  Temperature distribution of 2 × 9 structure

    图 11  4 × 4结构温度分布

    Figure 11.  Temperature distribution of 4 × 4 structure

    图 12  六面体结构温度分布

    Figure 12.  Temperature distribution of hexagonal structure

    表  1  超级电容仿真参数

    Table  1.   Supercapacitor simulation parameters

    名称恒压热容/
    (J•(kg•℃)−1
    密度/
    (kg•m−3
    导热系数/
    (W•(m•K)−1
    铝壳2 700900238
    空气区1.231 006.430.03
    正负极柱2 700900238
    隔膜9301 9000.38
    电解液2 1411 2050.16
    多孔电极7007005
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    表  2  仿真与实验结果对比

    Table  2.   Comparison of simulation and experimental results

    验证方式Tmax/℃ΔTmax/℃
    实验 66.20 16.50
    仿真 67.12 16.65
    相对误差/% 1.38 0.90
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    表  3  不同结构的温度特性与体积特征

    Table  3.   Temperature and volumetric characteristics of different structures

    排列结构Tmax/℃ΔTmax/℃δ/%Ct/%
    2 × 9 56.64 7.32 65.57 0.11
    3 × 6 54.10 6.60 65.54 0.14
    4 × 4 47.38 3.00 64.83 0.07
    六面体 53.10 7.75 74.52 0.09
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-06-19
  • 修回日期:  2019-10-23
  • 网络出版日期:  2020-07-23
  • 刊出日期:  2020-10-01

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