[發(fā)明專利]超級電容器電池的等效電路模型及其參數(shù)辨識方法

在審

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• 申請日: 2021-11-01
• 公開（公告）號: CN113884904A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳傳平;劉毓;周天念;陳寶輝
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)湖南省電力有限公司;國網(wǎng)湖南省電力有限公司防災(zāi)減災(zāi)中心;國家電網(wǎng)有限公司
• 主分類號: G01R31/382
• 分類號: G01R31/382
• 代理公司: 長沙朕揚知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43213
• 代理人: 何湘玲

1.一種超級電容器電池的等效電路模型，其特征在于，包括：將超級電容器電池的負電極等效為極化電容C_P和極化電阻R_P并聯(lián)組成的阻容并聯(lián)支路C_PR_P；將超級電容器電池的正電極等效為一個等效電容C_d；將超級電容器電池的集流體、隔膜和電解液等效為串聯(lián)內(nèi)阻R_S；將超級電容器電池中各個組成元件之間存在的因纖維接觸而構(gòu)成的歐姆泄漏通路，等效為開路；

所述等效電容C_d、串聯(lián)內(nèi)阻R_S、以及阻容并聯(lián)支路C_PR_P依次串聯(lián)并在等效電容C_d和阻容并聯(lián)支路C_PR_P之間形成開路。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容器電池的等效電路模型，其特征在于，所述串聯(lián)內(nèi)阻R_S包括超級電容器電池的負電極以及超級電容器電池的正電極的電阻，所述串聯(lián)內(nèi)阻R_S為：

其中，U₁為放電脈沖之前的電壓，U₂為放電時電池歐姆內(nèi)阻引起的瞬時壓降影響后的電壓，I為放電電流。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超級電容器電池的等效電路模型，其特征在于，將等效電路模型中的等效電容C_d替換成開路電壓OCV_(SOC)和電容C_d′串聯(lián)，并通過恒流放電脈沖曲線對OCV_(SOC)進行擬合；

電容C_d′符合：

其中，ΔQ為放電量，U₅為放電結(jié)束達到穩(wěn)定狀態(tài)的電壓。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超級電容器電池的等效電路模型，其特征在于，阻容并聯(lián)支路C_PR_P的時間常數(shù)τ_P＝C_PR_P，符合：

其中，U_P0為初始極化電壓，τ_P為阻容并聯(lián)支路C_PR_P的RC并聯(lián)環(huán)節(jié)的時間常數(shù)；t₄和t₅分別為放電結(jié)束時間和放電結(jié)束達到穩(wěn)態(tài)時間。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超級電容器電池的等效電路模型，其特征在于，極化電阻R_P可根據(jù)下式計算得到：

其中，τ_P＝C_PR_P；ΔQ＝I·ΔT，I為放電電流，ΔT是一個脈沖周期的充放電時間；

極化電容C_P通過τ_P＝C_PR_P計算得到。

6.一種基于權(quán)利要求1至5中任一項所述的等效電路模型的超級電容器電池的參數(shù)辨識方法，其特征在于，包括以下步驟：

建立超級電容器電池的等效電路模型，所述等效電路模型為權(quán)利要求1至5中任一項所述的等效電路模型；

將超級電容器電池的SOC的變化曲線分為多個變化階段，通過電路分析法對所述等效電路模型的等效電路進行參數(shù)辨識，得到SOC在各變化階段的模型參數(shù)，并取得其每個變化階段的模型參數(shù)的平均值，作為遞歸最小二乘法的初始值；

根據(jù)所述初始值，對超級電容器電池的等效電路模型采用遞歸最小二乘法進行參數(shù)辨識。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于等效電路模型的超級電容器電池的參數(shù)辨識方法，其特征在于，將超級電容器電池的SOC的變化曲線均分為10個變化階段，由電路分析法得到10個SOC階段的參數(shù)值，并對其做平均值處理得到各個等效電路參數(shù)的算數(shù)平均值，將平均值代入等效電路模型的連續(xù)傳遞函數(shù)以及離散化傳遞函數(shù)公式中，即可得到RLS的初始值θ＝[d₁ d₂ c₀ c₁ c₂]^T：

上述公式通過雙線性變換將連續(xù)的傳遞函數(shù)離散化：

其中，d₁、d₂、c₀、c₁、c₂、a₀、a₁、a₂和b₀均為中間參數(shù)，s是拉普拉斯算子、z是離散化算子，T是采樣時間。