本發(fā)明涉及電路元件監(jiān)測領(lǐng)域，尤其是涉及一種超級電容健康狀態(tài)的在線監(jiān)測方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、超級電容具有功率密度高、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)、免維護、工作溫限寬、綠色環(huán)保等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用在公共交通、電動汽車、新能源發(fā)電、微網(wǎng)和各類電子與電力設(shè)備中。在超級電容儲能系統(tǒng)長期運行期間，會發(fā)生老化現(xiàn)象，可能對其運行特性產(chǎn)生負(fù)面影響，進而影響系統(tǒng)的性能。因此，對超級電容的健康狀態(tài)(soh)進行實時在線監(jiān)測有著重要的意義。

2、公開號為cn116430141a的發(fā)明提供了一種電容健康狀態(tài)的在線評估方法、終端及存儲介質(zhì)，該方法包括：獲取待測電容在當(dāng)前狀態(tài)下的等效電容和等效電阻；計算當(dāng)前狀態(tài)下所述等效電容和所述等效電阻的相似度指標(biāo)，基于所述相似度指標(biāo)確定所述待測電容的綜合健康度。

3、超級電容soh的在線監(jiān)測有三種主流方法，分別為卡爾曼濾波法，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法以及電化學(xué)阻抗法。卡爾曼濾波法能對線性的過程模型和測量模型進行精確的估計，然而在非線性的場景中難以達到最優(yōu)的估計效果；通過大量數(shù)據(jù)訓(xùn)練，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法能對超級電容soh進行有效估算，但該方法所需的計算量較大，甚至可能會出現(xiàn)過度擬合的情況；電化學(xué)阻抗法通過測量超級電容器電阻抗評估其運行狀態(tài)。傳統(tǒng)的電化學(xué)阻抗法需同時在線測量電容器電壓與電流信號，且大多在較低頻段下(如小于1khz)工作，存在具有安全隱患、靈敏度受阻抗測量精度限制等問題。

4、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種在線監(jiān)測超級電容健康狀態(tài)的系統(tǒng)和方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的工作頻段低、具有安全隱患、靈敏度受阻抗測量精度限制的缺陷而提供一種在線監(jiān)測超級電容健康狀態(tài)的系統(tǒng)和方法。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

3、一種超級電容健康狀態(tài)的在線監(jiān)測方法，包括如下步驟：

4、獲取超級電容及該超級電容的高頻內(nèi)阻與soh之間的特性曲線；

5、使待測超級電容處于工作狀態(tài)，產(chǎn)生高頻振蕩電流；

6、采集高頻振蕩電流信號；

7、對高頻震蕩電流信號進行去噪和濾波得到處理后的信號；

8、基于處理后的信號提取電容阻抗的固有頻率和阻尼特征，并計算超級電容的高頻內(nèi)阻；

9、通過待測超級電容的高頻內(nèi)阻與soh之間的特性曲線查表得到超級電容的健康狀態(tài)信息。

10、進一步地，提取電池阻抗的固有頻率和阻尼特征使用的方法為快速傅里葉變換和半功率帶寬法。

11、進一步地，步驟3)還包括將去噪和濾波后的信號放大。

12、本發(fā)明的第二方面，一種基于如上任一一種超級電容健康狀態(tài)的在線監(jiān)測方法的在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括輸入電容、直流-直流變換器、負(fù)載、高頻開關(guān)振蕩電流傳感器、信號處理模塊、阻抗計算模塊和soh-阻抗特性模塊，所述輸入電容與待測超級電容并聯(lián)，接在直流-直流變換器輸入端，所述負(fù)載接在直流-直流變換器輸出端，所述高頻開關(guān)振蕩電流傳感器安裝在輸入電容所在回路，所述信號處理模塊連接高頻開關(guān)振蕩電流傳感器，所述阻抗計算模塊連接信號處理模塊，所述soh-阻抗特性模塊連接阻抗計算模塊。

13、進一步地，高頻開關(guān)振蕩電流傳感器通過非接觸方式安裝在諧振回路。

14、進一步地，高頻振蕩電流的頻段范圍為10khz～10mhz。

15、進一步地，信號處理模塊包括濾波模塊和調(diào)幅模塊，所述濾波模塊處理紋波電流和電磁噪音，所述調(diào)幅模塊將信號在垂直方向放大。

16、進一步地，還包括示波器，所述示波器與高頻開關(guān)振蕩電流傳感器連接。

17、進一步地，soh-阻抗特性模塊存儲有預(yù)先標(biāo)定的超級電容高頻電阻與soh特性曲線。

18、進一步地，輸入電容為1μf薄膜電容。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

20、1)本發(fā)明通過采集超級電容高頻振蕩電流的信號進行阻尼特征提取，高頻振蕩電流屬于一種電磁諧振，其阻尼特征對電容器內(nèi)阻變化敏感，靈敏度高，有利于超級電容soh狀態(tài)在線準(zhǔn)確監(jiān)測。

21、2)本發(fā)明通過非接觸式的監(jiān)測方法，所有用來計算阻抗的參數(shù)以及信號全部由系統(tǒng)自發(fā)產(chǎn)生，沒有外加激勵的干擾，降低對系統(tǒng)的干擾。

技術(shù)特征：

1.一種超級電容健康狀態(tài)的在線監(jiān)測方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超級電容健康狀態(tài)的在線監(jiān)測方法，其特征在于，所述提取電池阻抗的固有頻率和阻尼特征使用的方法為快速傅里葉變換和半功率帶寬法。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超級電容健康狀態(tài)的在線監(jiān)測方法，其特征在于，步驟3)還包括將去噪和濾波后的信號放大。

4.一種基于如權(quán)利要求1-3任一所述的一種超級電容健康狀態(tài)的在線監(jiān)測方法的在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括輸入電容、直流-直流變換器、負(fù)載、高頻開關(guān)振蕩電流傳感器、信號處理模塊、阻抗計算模塊和soh-阻抗特性模塊，所述輸入電容與待測超級電容并聯(lián)，接在直流-直流變換器輸入端，所述負(fù)載接在直流-直流變換器輸出端，所述高頻開關(guān)振蕩電流傳感器安裝在輸入電容所在回路，所述信號處理模塊連接高頻開關(guān)振蕩電流傳感器，所述阻抗計算模塊連接信號處理模塊，所述soh-阻抗特性模塊連接阻抗計算模塊。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述高頻開關(guān)振蕩電流傳感器通過非接觸方式安裝在諧振回路。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種超級電容健康狀態(tài)的在線監(jiān)測方法，其特征在于，所述高頻振蕩電流的頻段范圍為10khz～10mhz。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理模塊包括濾波模塊和調(diào)幅模塊，所述濾波模塊處理紋波電流和電磁噪音，所述調(diào)幅模塊將信號在垂直方向放大。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括示波器，所述示波器與高頻開關(guān)振蕩電流傳感器連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述soh-阻抗特性模塊存儲有預(yù)先標(biāo)定的超級電容高頻電阻與soh特性曲線。

10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入電容為1μf薄膜電容。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種超級電容健康狀態(tài)的在線監(jiān)測方法和系統(tǒng)。方法包括如下步驟：使待測超級電容處于工作狀態(tài)，產(chǎn)生高頻振蕩電流；采集高頻振蕩電流的信號；對高頻震蕩電流信號進行去噪和濾波得到處理后的信號；基于處理后的信號提取電池阻抗的固有頻率和阻尼特征，并計算超級電容的高頻內(nèi)阻；通過待測超級電容的高頻內(nèi)阻與SOH之間的特性曲線查表得到超級電容的健康狀態(tài)信息。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有安全、靈敏度高、非接觸、干擾度低以及實時性強等優(yōu)點。

技術(shù)研發(fā)人員：向大為,高健,李豪
受保護的技術(shù)使用者：同濟大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/1/15

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