有軌電車以其節(jié)能環(huán)保、安全快捷等優(yōu)勢,在國內(nèi)得到大力發(fā)展和廣泛應(yīng)用。在有軌電車高牽引功率、高制動功率并頻繁大幅度波動的工況及高溫等極端環(huán)境下,車用超級電容器內(nèi)部將產(chǎn)生大量的熱量使其溫度迅速升高,影響性能與壽命,給熱管理帶來巨大挑戰(zhàn)。為了提高間歇式供電有軌電車的使用性能、降低其儲能成本,車載儲能系統(tǒng)必須工作在適宜的溫度和較小的溫差范圍內(nèi)。本文依托國家重點研發(fā)計劃項目（任務(wù)）（No.2017YFB1201004-12）,采用理論研究、仿真分析和實驗驗證相結(jié)合的方法,建立了超級電容的電-熱耦合多物理場模型,研究了超級電容的基本電化學與溫度特性,對面向高功率密度的超級電容模塊空間結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計,并通過仿真和實驗研究了多種熱管理方式在不同工況下的散熱特性,通過對比分析不同熱管理方式的散熱效果與經(jīng)濟成本,驗證了熱管-散熱油-強制風冷熱管理方式的實用性,為有軌電車用超級電容熱管理優(yōu)化設(shè)計奠定基礎(chǔ)。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:（1）建立了超級電容的一維、三維幾何模型與電-熱耦合模型,研究了超級電容的歐姆降與電解質(zhì)濃度極化等電化學特性,分析了不同表面換熱系數(shù)與不同環(huán)境溫度對超級電容器內(nèi)部最高溫度的影響。... 

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 超級電容在軌道交通中的應(yīng)用概述
    1.3 車載儲能熱管理技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 超級電容熱行為研究
        1.3.2 車載儲能熱管理技術(shù)
    1.4 主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排
第2章 超級電容電-熱耦合模型及特性分析
    2.1 引言
    2.2 超級電容的數(shù)學模型
        2.2.1 電化學模型
        2.2.2 熱模型
    2.3 超級電容熱物性參數(shù)確定
    2.4 現(xiàn)代有軌電車對儲能系統(tǒng)的要求與功率特性分析
    2.5 超級電容器電-熱耦合在COMSOL中的實現(xiàn)
        2.5.1 一維和三維模型
        2.5.2 方程控制界面
        2.5.3 初始條件
        2.5.4 有限元網(wǎng)格劃分與求解計算
    2.6 超級電容器電化學性能分析
        2.6.1 有軌電車工況下超級電容充放電曲線
        2.6.2 超級電容器的歐姆降現(xiàn)象
        2.6.3 超級電容器電解質(zhì)濃度分布
    2.7 單體電容溫度特性分析
        2.7.1 溫度隨時間變化
        2.7.2 溫度場分布
        2.7.3 熱對流系數(shù)對單體最高溫度的影響
        2.7.4 不同環(huán)境溫度對單體溫度的影響
    2.8 本章小結(jié)
第3章 空間結(jié)構(gòu)對超級電容溫度的影響
    3.1 引言
    3.2 自然風冷下不同空間結(jié)構(gòu)的溫度場仿真
        3.2.1 模型、網(wǎng)格與邊界條件
        3.2.2 空間結(jié)構(gòu)的參數(shù)設(shè)置
        3.2.3 結(jié)果與分析
    3.3 并行風冷下不同空間結(jié)構(gòu)的溫度場仿真
        3.3.1 模型、網(wǎng)格與邊界條件
        3.3.2 空間結(jié)構(gòu)的參數(shù)設(shè)置
        3.3.3 結(jié)果與分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 不同冷卻方式下有軌電車用超級電容溫度特性
    4.1 引言
    4.2 超級電容模塊與冷卻介質(zhì)
        4.2.1 超級電容模塊特性
        4.2.2 直接液冷介質(zhì)
    4.3 超級電容模塊直接液冷仿真
    4.4 超級電容模塊熱管冷卻仿真
        4.4.1 散熱系統(tǒng)設(shè)計與熱管翅片的選用
        4.4.2 熱管、翅片模型與翅片結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析
        4.4.3 超級電容模塊熱管式冷卻仿真
    4.5 本章小結(jié)
第5章 有軌電車用超級電容的熱管理實驗與控制策略
    5.1 熱管理實驗系統(tǒng)
        5.1.1 熱管理實驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
        5.1.2 實驗設(shè)備
        5.1.3 熱管理系統(tǒng)布置結(jié)構(gòu)
    5.2 實驗測試方法與條件
        5.2.1 實驗測試方法
        5.2.2 實驗工況設(shè)計
    5.3 實驗結(jié)果分析
        5.3.1 風冷
        5.3.2 相變材料冷卻
        5.3.3 散熱油直接液冷
        5.3.4 熱管-散熱油-強制風冷
        5.3.5 不同方案的溫度效果和經(jīng)濟成本對比
    5.4 仿真與實驗結(jié)果分析
    5.5 熱管理控制策略
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
致謝
參考文獻
附錄
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及科研成果



本文編號：3656469