超级电容荷电状态计算方法的研究

超级电容的荷电状态(SOC, State Of Charge)是超级电容能量控制的一个重要参数,不论是应用于电力系统、电动汽车、混合燃料汽车、电力或者电子产品,都需要对超级电容SOC进行测定。 本文研究了传统蓄电池与超级电容SOC算法,分析各种算法的优缺点。根据超级电容与传统蓄电池的区别,对传统蓄电池SOC算法进行改进,设计并实现了安时计量法与负载电压法的超级电容SOC计算方案。对超级电容进行多次充放电以及自放电试验,分析其特性,在研究现有超级电容模型的基础上,根据超级电容物理特性,对一阶非线性模型进行改进,改进模型考虑了端电压对等效电容值影响以及超级电容的自放电效应。同时,本文还设计了一套基于电路试验的改进模型参数辨识方法,并通过仿真验证改进模型具有较高精确度。基于一阶非线性模型,根据卡尔曼最优滤波理论,设计了应用电流积分与超级电容端电压的卡尔曼滤波新算法,并给出了递推计算公式。 结合LabVIEW采集系统与MATLAB软件,设计实验完成了利用安时计量法、负载电压法与卡尔曼滤波法的在线超级电容SOC计算。通过试验证明,卡尔曼滤波算法计算超级电容SOC计算精度较高,是一种非常优良的算法,本文设计的超级电容SOC在线实时计算系统具有较高实用性。