[发明专利]一种混合电容器功率状态在线估计方法及系统

说明书

本发明公开了一种混合电容器功率状态在线估计方法及系统，属于混合电容器应用技术领域。方法包括根据混合电容器等效电路模型获取状态空间方程，并对所述状态空间方程进行离散化；对混合电容器进行工况测试，采集混合电容器的电压值和电流值，利用带遗忘因子的递推增广最小二乘法在线辨识离散化的状态空间方程的参数；利用实时获得的参数，对混合电容器的瞬时峰值功率估计与持续峰值功率进行估计。本发明提供的混合电容器功率状态在线估计方法，与离线功率状态估计方法相比，能够实现模型参数的在线更新，提高混合电容器功率状态估计的精度。

技术领域

本发明属于混合电容器应用技术领域，更具体地，涉及一种混合电容器功率状态在线估计方法及系统。

背景技术

廉价高效的电化学储能是高效利用可再生能源和发展智能电网的关键技术。混合电容器作为新近发展起来的一类先进的储能器件，在智能电网、电动汽车等领域具有广阔的应用前景。混合电容器的一极是通过传统电池电极的电化学反应来存储和转化能量，另一极则是通过双电层的吸/脱附机理来存储能量。混合电容器的能量密度比双电层电容器高5～10倍，同时，其功率密度以及循环寿命均高于电池。

功率状态可用于表征在预定时间间隔内，混合电容器的充放电峰值功率。峰值功率的实时估计，对于合理使用混合电容器、避免其出现过充放现象以及延长其循环寿命有着重要的理论意义和实用价值。因此，实现混合电容器功率状态的准确估计至关重要。目前，常用的功率状态估计方法是美国爱达荷国家工程与环境实验室提出的一种基于Rint模型的HPPC方法。该方法忽略了混合电容器的动态特性，计算得到的峰值放电电流过高，峰值充电电流过于保守，难以客观反映其实时特性。此外，该方法仅针对瞬时峰值功率估计，而在实际应用中，持续峰值功率估计更重要。

专利CN111060820A公开了一种基于二阶RC模型的锂电池SOC、SOP估计方法。该方法将原来以电流为输入，电压为输出的电池模型改进为以电压作为输入，电流作为输出的模型。对于功率状态估计而言，已知电流算电压的模型可以简化计算步骤，减小计算量。专利CN111537894A公开了一种用于锂电池SOC和SOP的方法。该方法拟合了温度与电池放电容量的关系，对电池可用容量进行修正，从而提高估计结果的精度。然而，上述方法仅涉及瞬时峰值功率估计，并且采用离线参数辨识方法，电路模型参数无法实时更新，实际应用中估计效果不理想。此外，上述方法均基于锂电池设计，未涉及机理和性能有显著差异的混合电容器。

由于存在上述缺陷与不足，本领域亟需做出进一步的完善和改进。针对混合电容器功率状态估计方法的缺失，以及现有方法在实际应用中估计效果不理想的问题，设计一种有效的混合电容器功率状态在线估计方法，适应实际应用的需求，提高估计结果的可靠性。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的旨在针对现有的功率状态估计方法实际应用效果不理想，且不适用于混合电容器的缺陷，提供一种有效的混合电容器功率状态在线估计方法及系统，适应实际应用的需求，提高估计结果的可靠性，从而为混合电容器动力性能的最优匹配及控制策略的优化提供重要的理论依据。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种混合电容器功率状态在线估计方法，基于混合电容器等效电路模型，采集其运行过程中的电压和电流，实时更新模型参数，并使用实时更新的模型参数估计混合电容器的瞬时峰值功率以及持续峰值功率。具体方法按以下步骤实现：

S1.根据混合电容器等效电路模型获取状态空间方程，并对所述状态空间方程进行离散化；

优选地，本发明采用多模型融合的等效电路模型来表征混合电容器的外部特性。所述模型包括可变电容，欧姆内阻以及多个串联的RC电路。其中，可变电容C₀表征混合电容器双重电化学储能机理；欧姆内阻R₀表征电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻；RC电路是电阻和电容并联形成的电路结构，表征混合电容器的极化特性。

根据基尔霍夫定律，建立多模型融合等效电路模型的状态空间方程：