[发明专利]超级电容器寿命在线估计方法

说明书

本发明公开了一种超级电容器寿命在线估计方法，包括：建立超级电容器的动力学模型，动力学模型中包括超级电容器的等效电阻和等效电容；根据动力学模型建立超级电容器电压参数辨识规则，并根据电压参数辨识规则建立超级电容器等效电阻和等效电容在线估计的自适应方法，实现等效电阻和等效电容的在线估计，得到估计电阻值和估计容量值；基于李雅普洛夫稳定性理论和收敛原理，对超级电容器等效电阻和等效电容在线估计自适应方法的稳定性和收敛性进行分析；根据所述估计电阻值或估计容量值对超级电容器的寿命进行在线估计，该自适应方法保证了寿命在线估计的精确度，且相对现有的在线估计方法，运算量明显降低，节约了大量的人力物力。

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，尤其涉及一种超级电容器寿命在线估计方法。

背景技术

超级电容器因其体积小、功率密度高等优点为高性能应用设备提供了一种极具吸引力的储能替代品，由其能在短时间内吸收和输出较高的电流，在一些应用场景，如在电动/混合动力汽车再生制动状态和加速状态下尤其能发挥优势。与其他储能装置一样，超级电容器的性能同样很大程度上取决于其老化程度，而老化程度主要受循环使用次数和温度的影响。因此，超级电容器寿命的及时估计对保证其高可靠性应用和故障预测至关重要。

超级电容器寿命的估计方法分为离线方法和在线方法两类，其中，离线方法包括交流信号注入法、电化学阻抗谱法、时域表征法等，虽然这些方法简单易实现，但是通常需要使用辅助仪器且在脱机状态下才能进行超级电容器寿命的估计，即需要中断超级电容器的正常运行才能实现目的。另外，在寿命估计的过程中，由于难以精确地测量出超级电容器的电压和噪声，寿命估计的精度往往达不到预期。在线方法包括扩展卡尔曼滤波法、神经网络法、模糊逻辑法等，其中，扩展卡尔曼滤波法是基于非线性系统在状态工作点附近的近似线性化来实现寿命估计的，虽然其寿命估计精度有所提高，但并不能保证在所有的工作条件下均能稳定的工作；神经网络法和模糊逻辑法属于软计算方法，虽然其也能得到较高的精度，但计算较复杂且耗时较长。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种超级电容器寿命在线估计方法，有效解决了现有技术中不能高效在线估计超级电容器寿命的技术问题。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种超级电容器寿命在线估计方法，包括：

S10建立超级电容器的动力学模型，所述动力学模型中包括超级电容器的等效电阻和等效电容；所述超级电容器由Stern模型表示，且所述Stern模型由Helmholtz模型和Gouy-Chapman模型组合而成，所述超级电容器的动力学描述为：

其中，V_c为超级电容器电压，I_c为超级电容器电流，R_s为等效电阻的阻值，C_T为等效电容的容量；t₁为采样起始时刻，t₂为采样终止时刻，且t₁＜t₂；

S20根据所述动力学模型建立超级电容器电压参数辨识规则，并根据所述电压参数辨识规则建立超级电容器等效电阻和等效电容在线估计的自适应方法，实现等效电阻和等效电容的在线估计，得到估计电阻值和估计容量值；

S30基于李雅普洛夫稳定性理论和收敛原理，对超级电容器等效电阻和等效电容在线估计自适应方法的稳定性和收敛性进行分析；

S40根据所述估计电阻值或估计容量值对超级电容器的寿命进行在线估计。