摘 要

超级电容是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。它不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，相比于普通蓄电池和一般电容来讲，具有超快充放电，更高的功率密度以及更长的寿命等优点，除此以外，环境友好和节能环保也是超级电容近年来很受电动汽车发展行业亲睐的原因之一。本文针对超级电容器，探究其工作机理并建立数学模型，完成了模型的参数辨识，主要研究工作如下：

了解了超级电容器的发展历史、现状及趋势，分析锂电池与超级电容器的工作原理，据此建立超级电容模组的充放电台架，并进行充放电实验的方法设计及模块测试，最终通过实验测试数据建立超级电容模组的等效电路模型，并完成模型参数辨识。

将模型导出的预测数据与实际测试数据比较，校验超级电容等效电容模型及其参数的准确性，完成精确的超级电容组的建模与参数估计。

关键词：超级电容；等效电路；充放电台架；参数辨识

Abstract

Super capacitor is from the last century, the seventies and eighties developed by the polarized electrolyte to an energy storage of electrochemical components. It is different from the traditional chemical power supply, is between a traditional capacitor and battery, with special performance power, compared to ordinary batteries and general capacitors, with ultra-fast charge and discharge, higher power density and more Long life and other advantages, in addition, the environment-friendly and energy-saving environmental protection is also a super capacitor in recent years by the development of electric vehicles pro-Lai one of the reasons. In this paper, for the super capacitor, to explore its working mechanism and the establishment of mathematical models to complete the model of parameter identification, the main research work is as follows:

Understand the development history, current situation and trend of the supercapacitor, analyze the working principle of the lithium battery and the super capacitor, and build the charging and discharging platform of the super capacitor module, and carry out the method design and module test of the charge and discharge experiment. The test data establishes the equivalent circuit model of the supercapacitor module and completes the model parameter identification.

Compare the predicted data derived from the model with the actual test data, verify the accuracy of the super capacitor equivalent capacitance model and its parameters, and complete the modeling and parameter estimation of the supercapacitor group.

Key words: Super capacitor; Equivalent circuit; Charge and discharge platform; Parameter identification

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景与意义 1

1.2国内外研究现状与分析 3

1.3本文主要研究内容 5

第2章 超级电容原理及特点分析 6

2.1超级电容器的工作原理 6

2.2超级电容器特点分析 8

第3章 超级电容模组充放电测试 10

3.1超级电容模组充放电装置建立 10

3.2超级电容模组恒流充放电测试 11

3.3超级电容模组测试数据分析 14

3.3.1超级电容模组电压测试与分析 14

3.3.2超级电容模组电容值测试与分析 14

3.3.3超级电容模组能量和效率测试与分析 15

3.3.4超级电容模组温度测试与分析 16

第4章 超级电容模组建模及参数辨识 19

4.1超级电容模组建模 19

4.1.1超级电容建模分析 19

4.1.2超级电容等效电路模型建立 21

4.2基于最小二乘法的参数辨识 21

4.2.1 系统参数辨识与最小二乘法简介 21

4.2.2 关键参数分析及辨识 22

第5章 小结 24

参考文献 25

致 谢 26

第1章 绪论

1.1研究背景与意义

随着世界经济的快速发展和能源需求的进一步增加，能源供求的不平衡越来越突出，加上传统燃料车辆的尾气排放问题日益严重，交通电力系统转型时代必将到来。汽车行业低噪音、零排放、新能源汽车综合利用是当今汽车行业的可持续发展的未来方向，会从根本上解决能源问题和环境问题。

在整个汽车发展的过程中，燃油、燃气内燃机的发展最为显着，人们的日常生活与汽车密不可分，汽车对社会的稳定发展做出了巨大的贡献。然而，传统的汽车是以化石燃料（如汽油或柴油等）作为储存材料，通过发动机将燃烧产生的热量转化成汽车运行所需的机械动力，同时生成燃烧产物，因为发动机中的碳氢化合物燃料不太可能是完全纯净的，而且也不能完全充分燃烧，所以燃烧反应过程中除了二氧化碳，还会产生一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物等物质，这些燃烧附产品对人体的健康有害^[1]。尽管人类不会因吸入二氧化碳而直接造成损害，但近年来，随着汽车尾气中的二氧化碳、一氧化碳等温室气体逐渐形成温室效应，最终导致全球变暖。地球温度逐年增加，对生态系统造成了严重威胁和破坏，导致龙卷风，洪水，干旱等多种自然灾害，可以说大多数自然灾害与全球变暖密不可分。交通行业则是全球温室气体排放的最大贡献者。从美国能源信息管理局（EIA）统计数据库得到，世界能源消费分布如图1.1所示，二氧化碳排放量分布如图1.2所示。在2012，交通行业几乎消费世界能源消费总量的27%，排放了全球33.7%的温室气体。

推广使用电动汽车是减少全球温室气体排放的一种有效解决方案。通过使用电动力驱动的汽车，相较于汽油动力汽车，不仅可以提供清洁和安静的氛围，而且可以大幅降低运营成本。此外，汽车消费者协会统计显示，使用传统内燃机汽车的普通消费者平均每年在加油站用掉41 小时40分钟，而使用电动汽车的消费者一般利用晚上充电，每年可以节省近15 小时消耗在加油站的时间。另外，电动汽车还具有灵活性集成的优势，能源发电机如燃料电池、太阳能电池板、再生制动和任何其他合适的发电机都可以集成到电动汽车上。因此，电动汽车在交通领域具有更好的性能以及更为长远的前景。