超级电容器时变等效电路模型参数辨识与仿真

为能更准确地描述超级电容器在工作过程中的外特性,在超级电容器经典等效电路模型的基础上,将其扩展为模型参数随时间变化的时变等效电路模型,并选用限定记忆最小二乘法辨识模型的时变参数.在Matlab/Simulink环境下利用实验数据对经典等效电路模型和时变等效电路模型进行仿真比较.结果表明,时变等效电路模型具有更高的精度,可以更精确地反映超级电容器的动态特性.     

基于非线性观测器的超级电容器荷电状态在线估计

超级电容器具有快速充放、高功率密度和长寿命等优点,被广泛用于新能源汽车的储能系统.系统可靠运行需获取其剩余电量,即对其荷电状态(SOC)进行估算.依托超级电容单体的等效模拟电路模型,建立了以模型中多电容端电压为状态,电容器输入电流为控制输入,电容器输出电压为观测输出的电容器二阶非线性系统的状态空间模型,包含了自放电现象产生的泄漏电流的因素.为提高模拟精度,辨识不同的模型参数,分别刻画充电和放电工况.采用非线性观测器算法来获取模型内部状态从而实现对SOC的估计.充放电实验的结果表明,考虑泄漏因素和建立不同参数下的充放电模型,能够更好地模拟超级电容器的动态特性,同时验证了非线性观测器算法具有稳定的跟踪能力.     

采用非线性最小二乘法的超级电容等效电路模型参数辨识

针对电动汽车混合储能系统中超级电容在传统模型参数辨识中误差较大、不利于估计其工作状态和进行系统能量管理的问题,提出了一种采用非线性最小二乘法的等效电路模型参数辨识方法。为了精确表征超级电容内部电荷再分配过程及其端电压特性,减小模型误差,该方法首先在超级电容三分支等效电路模型的基础上,分析超级电容充、放电过程中内部的电荷再分配过程;然后,利用粒子群算法分段辨识得到模型参数初值;最后,在所得模型参数初值的基础上采用基于信赖域的非线性最小二乘法对模型参数进行优化。采用超级电容进行多组恒流充、放电实验,结果表明,在不同充、放电条件下,模型计算的端电压与对应实验测试端电压的平均绝对百分误差均在0.5%以内,由此验证了基于非线性最小二乘法参数辨识的有效性和准确性。     

采用权值配比优化的超级电容等效电路模型参数辨识

为提高超级电容模型的精度,提出了一种基于权值配比优化的超级电容等效电路模型参数辨识方法。在新威尔测试平台上对超级电容进行多种工步条件测试。基于超级电容三分支等效电路模型,分别采用递推最小二乘法和双线性变换方法辨识模型中各分支的相关参数。结合不同工步条件下2种参数辨识方法的优缺点,引入权值配比优化方法对超级电容等效电路模型的各分支参数进行修正。搭建超级电容等效电路模型,将模型计算结果与实验测试结果进行比较,验证了权值配比优化方法的有效性。与递推最小二乘法和双线性变换方法相比,采用权值配比优化方法可以更加准确地反映超级电容的特性,模型的精度分别提高了1.45%和1.78%。     

基于Pspice的超级电容器宏模型建立及仿真分析

超级电容器宏模型的建立为其应用设计开发提供了便捷有效的计算机辅助研究手段,对节约项目研发成本和缩短研发周期有着重要意义.笔者采用Pspice电子电路仿真软件,以超级电容器的元件标称参数及其电学等效模型为基本构架,提出一种效果显著且在技术上易于实现的超级电容器建模方法.实验结果表明,该模型具有良好的拟合度,恒流充电阶段时域仿真与实测结果偏差小于10％,能够充分模拟出超级电容器的等效性能和储能特性,可用于各种类型超级电容器的仿真研究,为超级电容器的实际应用提供可靠的数据支持.     

碳基超级电容器研究进展

作为一种绿色环保的新型储能装置,超级电容器近年来发展迅速,电极材料是决定超级电容器性能与制造成本的最主要因素。碳材料因种类多样、价格廉价并具有较高的比表面积、较高的导电率和非常好的化学稳定性而被作为一种重要的电极材料广泛应用于储能元件中,主要包括活性碳、碳微球、碳纳米管、石墨烯等。碳基超级电容器是以碳材料作为主要电极材料的一类电容器。本文详细介绍了不同碳基电极材料的研究发展状况,以及碳基超级电容器的研究与应用进展。     

超级电容器过渡金属氧化物电极材料研究进展

与传统电容器相比,超级电容器具有循环性能优异、大倍率充放电特性好、能快速充放电和环境友好等优点,目前在众多领域中都受到了研究者的关注.超级电容器电极材料主要包括3大类,即碳基电极材料、过渡金属氧化物电极材料及导电聚合物电极材料.鉴于超级电容器具有广阔的应用前景,综述了超级电容器过渡金属氧化物电极材料的研究现状,并对其今后可能的发展方向进行探讨.     

超级电容器储能和充电效率随电流变化规律探讨

考虑到温度变化等因素的影响,对超级电容器等效电路模型进行了修改,用此模型研究了超级电容器的电容、储能、充电效率随电流强度的变化以及电流强度随充电时间的变化规律.结果表明:1电流强度随充电时间的变化为非线性关系,开始充电时电流强度增大较快,而充电时间较长时则变化较慢;2超级电容器的电容量、储存能量和充电效率均随充电电流强度的增大而非线性地变化,其中,电流较小时,储存能量随充电电流增大而缓慢减小,而效率则随电流增大而增大,当达到极大值后,储存能量和充电效率均较快减小;3研究超级电容器的储能和充电效率等随充电电流的变化规律时,应考虑到温度变化等因素的影响.用修改后的等效电路模型,其理论计算与实验结果较为一致.     

不同结构的超级电容器阻抗谱

研究了不对称超级电容器和碳/碳超级电容器在化成前后的阻抗谱变化规律.由锰酸锂(LiMn2O4,LMO)和活性碳(activated carbon,AC)组成的不对称超级电容器经过化成,电容器的高频(10 kHz)交流阻抗没有明显变化,而低频电容明显提高.不对称超级电容器由于采用电池型电极材料作为其中一极,使得其阻抗特性与碳/碳超级电容器的阻抗特性不同.通过对化成前后的超级电容器交流阻抗谱进行分析,利用复数电容和复数功率两种形式讨论了不对称超级电容器的阻抗变化规律,确定了不对称超级电容器的时间常数;通过碳/碳超级电容器与不对称超级电容器的阻抗行为的比较,说明电池型电极的引入对电容器的频率响应特性造成的影响.     

超级电容器不同理论模型的研究

作为一种能量存储设备,由于其优异的特性,超级电容器得到了广泛的应用.近年来,关于超级电容器的研究不断深入,为了解释其特性,研究者提出了多种不同的理论模型.在本文中,将针对两类重要的模型:three-branch模型和分数阶模型做出讨论.在文献回顾的基础上,进一步改进了three-branch模型的计算方法,扩展了其应用范围;其次,运用阻抗谱方法研究分数阶模型在高频状态下的表现,发现孔径分布参数γ在高频状态下对充电过程的影响不大.     

一种新的T-S模糊模型辨识算法

针对非传统T-S模糊模型,给出了一种新的辨识方法。利用改进模糊划分聚类算法辨识前件参数,最小二乘法对模糊模型的后件参数进行辨识。应用Box-Jenkins煤气炉数据和一个非线性系统进行仿真实验,结果证明了该方法的有效性与实用性。     

基于 RLSM 的海洋无人航行器操纵性参数辨识

针对传统海洋无人航行器(unmanned marine vehicle, UMV)操纵性参数辨识过程中,采用经典最小二乘法的辨识精度对基础数据量的依赖性较高、辨识误差较大的问题,提出一种改进的递推式最小二乘法(recursive least squares method, RLSM)用于UMV的操纵性参数辨识.首先,推导了UMV的操纵性响应模型,基于四阶龙格-库塔法进行相应的数值仿真数据采集;然后,对所建立的辨识模型进行离散化处理,简化成标准的递推式最小二乘法模式,以便于进行参数辨识设计;最后,根据辨识结果进行5°、10°、20°、30°正弦和Z形的半物理仿真实验,结果验证了所提出RLSM辨识算法的有效性、可靠性和优越性.     

基于超级电容的直流UPS不间断电源研究

在对蓄电池直流操作电源系统现存主要问题进行归纳总结后,对超级电容代替蓄电池的可行性进行了简单阐述。最后,对基于EDLC超级电容器的直流UPS不间断电源系统的充电电路、放电电路、以及输出直流电压性能进行了详细分析研究。     

超级电容器用钒基纳米电极材料的研究进展

超级电容器因其优越的性能已成为近些年的研究热点.电极材料是决定超级电容器电化学性能的关键,研究者们对各种超级电容器电极材料进行了广泛的研究.钒元素具有可变价态,使得钒基化合物具有理论比容量高、电化学可逆性良好等优点,是一类极具潜力的超级电容器电极材料.为了提升钒基电极材料的电化学性能,研究者们将其制备为纳米结构,或进一步与其他材料复合制备纳米复合材料.归纳总结了近年来国内外对零维、一维、二维、三维钒基纳米材料作为超级电容器电极材料的研究进展,以期为超级电容器用钒基纳米电极材料的发展提供参考.     

不对称倍压整流电路的S域分析

利用倍压整流电路的S域模型设计一种算法,详细推导不对称倍压整流电路的充电过程,导出定量计算电容器电压的数学表达式,利用所得表达式对对称,非对称倍压整流电路进行讨论,绘出了电容器电压充电曲线,并证明达到倍压目的所经历的充电周期数。     

基于电路暂态分析的功率型动力电池建模

以混合动力汽车用8Ah功率型锰酸锂电池为对象,选取戴维南电路模型等效开路电压、欧姆内阻和极化阻抗,在室温25℃条件下,分充电方向和放电方向的不同开展建模研究.通过增加放电搁置时间将复合功率脉冲试验进行改进,复合脉冲试验数据采用电路暂态分析和最小二乘的方法辨识,得到极化阻抗时间常数τ,不同充放电方向和不同SOC点的电路元件参数,利用Matlab/Simulink工具建立了电池仿真模型,并采用HPPC试验和变电流试验数据对仿真模型进行了验证.仿真结果表明等效电路模型具有较高的精度,能够准确地模拟锰酸锂电池的动态特性.     

高速公路交通流宏观模型的一种分类辨识算法

高速公路交通流模型是一个高阶非线性时变系统 ,这使得该模型的辨识问题成为一个非常困难的问题。简要介绍了模型及其中各参数的含义 ,在对模型参数加以分析、讨论的基础上将其分类并分别采用径向基函数 (RBF)神经网络和最小二乘法对模型的参数进行分类辨识 ,成功地解决了该模型辨识的工程化问题。通过与传统的复合形法的辨识结果进行比较 ,该方法的辨识精度和速度均明显提高 ,仿真效果令人满意     

基于最小二乘法的飞行员模型参数辨识

针对飞行员与飞机相匹配的特点,采用最小二乘法对飞行员模型进行参数辨识.根据Hosman感知模型的特点,确立待辨识参数,为提高辨识精度,重点分析了辨识数据野值的剔除和补正.在俯仰工况下,利用最小二乘递推算法辨识参数,并在研究用Boeing 737-800飞行模拟机上对该方法进行了试验验证.结果表明,飞行员模型的仿真输出曲线与飞行测试数据之间的升降舵角度误差小于0.3°,俯仰角误差小于0.5°,说明通过该方法获得的模型参数能够反映飞行员实际的操作行为.     

一种简易活化碳纸的方法及其在超级电容器上的应用

首次报道了一种普通碳纸的简易活化方法,活化后的碳纸作为超级电容器正极材料使用可以显著提高其电化学电容性能。该方法首次采用重铬酸钾洗液处理普通碳纸,改变了其表面拓扑结构。通过SEM观察,发现活化碳纸表面变得粗糙,比表面积明显增大;另一方面对活化碳纸进行接触角测试,接触角明显减小表明表面亲水性提高。比表面积增大和亲水性增加的协同作用使得活化碳纸构筑的超级电容器展示出优异的电容特性。该方法也有望拓展到超级电容器用其他碳基材料上。     

混合型电容器研究进展

混合型电容器是一种介于超级电容器和二次电池之间的新型储能装置,是现代电子、交通等行业理想的动力电源.根据电极组合的不同,将混合型电容器分为以下三种类型,它们分别是双电层电容器电极与法拉第电容器电极的组合、传统二次电池电极与双电层电容器电极的组合以及电解电容器的阴极与超级电容器电极的组合.混合型电容器与传统超级电容器相比,在能量密度和工作电压上均得到了较大的提高.着重介绍几种性能优异的混合型电容器及其未来的发展趋势.