一种超级电容健康状态的在线监测方法和系统
本发明涉及电路元件监测领域，尤其是涉及一种超级电容健康状态的在线监测方法和系统。
背景技术：
1、超级电容具有功率密度高、循环寿命长、无记忆效应、免维护、工作温限宽、绿色环保等优点，广泛应用在公共交通、电动汽车、新能源发电、微网和各类电子与电力设备中。在超级电容储能系统长期运行期间，会发生老化现象，可能对其运行特性产生负面影响，进而影响系统的性能。因此，对超级电容的健康状态(soh)进行实时在线监测有着重要的意义。
2、公开号为cn116430141a的发明提供了一种电容健康状态的在线评估方法、终端及存储介质，该方法包括：获取待测电容在当前状态下的等效电容和等效电阻；计算当前状态下所述等效电容和所述等效电阻的相似度指标，基于所述相似度指标确定所述待测电容的综合健康度。
3、超级电容soh的在线监测有三种主流方法，分别为卡尔曼滤波法，人工神经网络法以及电化学阻抗法。卡尔曼滤波法能对线性的过程模型和测量模型进行精确的估计，然而在非线性的场景中难以达到最优的估计效果；通过大量数据训练，基于人工神经网络方法能对超级电容soh进行有效估算，但该方法所需的计算量较大，甚至可能会出现过度拟合的情况；电化学阻抗法通过测量超级电容器电阻抗评估其运行状态。传统的电化学阻抗法需同时在线测量电容器电压与电流信号，且大多在较低频段下(如小于1khz)工作，存在具有安全隐患、灵敏度受阻抗测量精度限制等问题。
4、针对现有技术的不足，本发明提出一种在线监测超级电容健康状态的系统和方法。
技术实现思路
1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的工作频段低、具有安全隐患、灵敏度受阻抗测量精度限制的缺陷而提供一种在线监测超级电容健康状态的系统和方法。
2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种超级电容健康状态的在线监测方法，包括如下步骤：
4、获取超级电容及该超级电容的高频内阻与soh之间的特性曲线；
5、使待测超级电容处于工作状态，产生高频振荡电流；
6、采集高频振荡电流信号；
7、对高频震荡电流信号进行去噪和滤波得到处理后的信号；
8、基于处理后的信号提取电容阻抗的固有频率和阻尼特征，并计算超级电容的高频内阻；
9、通过待测超级电容的高频内阻与soh之间的特性曲线查表得到超级电容的健康状态信息。
10、进一步地，提取电池阻抗的固有频率和阻尼特征使用的方法为快速傅里叶变换和半功率带宽法。
11、进一步地，步骤3)还包括将去噪和滤波后的信号放大。
12、本发明的第二方面，一种基于如上任一一种超级电容健康状态的在线监测方法的在线监测系统，包括输入电容、直流-直流变换器、负载、高频开关振荡电流传感器、信号处理模块、阻抗计算模块和soh-阻抗特性模块，所述输入电容与待测超级电容并联，接在直流-直流变换器输入端，所述负载接在直流-直流变换器输出端，所述高频开关振荡电流传感器安装在输入电容所在回路，所述信号处理模块连接高频开关振荡电流传感器，所述阻抗计算模块连接信号处理模块，所述soh-阻抗特性模块连接阻抗计算模块。
13、进一步地，高频开关振荡电流传感器通过非接触方式安装在谐振回路。
14、进一步地，高频振荡电流的频段范围为10khz～10mhz。
15、进一步地，信号处理模块包括滤波模块和调幅模块，所述滤波模块处理纹波电流和电磁噪音，所述调幅模块将信号在垂直方向放大。
16、进一步地，还包括示波器，所述示波器与高频开关振荡电流传感器连接。
17、进一步地，soh-阻抗特性模块存储有预先标定的超级电容高频电阻与soh特性曲线。
18、进一步地，输入电容为1μf薄膜电容。
19、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
20、1)本发明通过采集超级电容高频振荡电流的信号进行阻尼特征提取，高频振荡电流属于一种电磁谐振，其阻尼特征对电容器内阻变化敏感，灵敏度高，有利于超级电容soh状态在线准确监测。
21、2)本发明通过非接触式的监测方法，所有用来计算阻抗的参数以及信号全部由系统自发产生，没有外加激励的干扰，降低对系统的干扰。
技术特征：
1.一种超级电容健康状态的在线监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种超级电容健康状态的在线监测方法，其特征在于，所述提取电池阻抗的固有频率和阻尼特征使用的方法为快速傅里叶变换和半功率带宽法。
3.根据权利要求1所述的一种超级电容健康状态的在线监测方法，其特征在于，步骤3)还包括将去噪和滤波后的信号放大。
4.一种基于如权利要求1-3任一所述的一种超级电容健康状态的在线监测方法的在线监测系统，其特征在于，包括输入电容、直流-直流变换器、负载、高频开关振荡电流传感器、信号处理模块、阻抗计算模块和soh-阻抗特性模块，所述输入电容与待测超级电容并联，接在直流-直流变换器输入端，所述负载接在直流-直流变换器输出端，所述高频开关振荡电流传感器安装在输入电容所在回路，所述信号处理模块连接高频开关振荡电流传感器，所述阻抗计算模块连接信号处理模块，所述soh-阻抗特性模块连接阻抗计算模块。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述高频开关振荡电流传感器通过非接触方式安装在谐振回路。
6.根据权利要求4所述的一种超级电容健康状态的在线监测方法，其特征在于，所述高频振荡电流的频段范围为10khz～10mhz。
7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述信号处理模块包括滤波模块和调幅模块，所述滤波模块处理纹波电流和电磁噪音，所述调幅模块将信号在垂直方向放大。
8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括示波器，所述示波器与高频开关振荡电流传感器连接。
9.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述soh-阻抗特性模块存储有预先标定的超级电容高频电阻与soh特性曲线。
10.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述输入电容为1μf薄膜电容。
技术总结
本发明涉及一种超级电容健康状态的在线监测方法和系统。方法包括如下步骤：使待测超级电容处于工作状态，产生高频振荡电流；采集高频振荡电流的信号；对高频震荡电流信号进行去噪和滤波得到处理后的信号；基于处理后的信号提取电池阻抗的固有频率和阻尼特征，并计算超级电容的高频内阻；通过待测超级电容的高频内阻与SOH之间的特性曲线查表得到超级电容的健康状态信息。与现有技术相比，本发明具有安全、灵敏度高、非接触、干扰度低以及实时性强等优点。
技术研发人员：向大为,高健,李豪
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15
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