(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111490043.9 (22)申请日 2021.12.08 (71)申请人 华中科技大 学 地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037号 (72)发明人 王康丽　陈文欣　蒋凯　石琼林　 徐成　 (74)专利代理 机构 华中科技大 学专利中心 42201 代理人 胡秋萍 (51)Int.Cl. G06F 30/367(2020.01) G06F 30/373(2020.01) G06N 3/04(2006.01) G06N 3/08(2006.01)G06N 20/00(2019.01) G06K 9/62(2022.01) (54)发明名称 一种混合电容器功率状态在线估计模型的 构建方法及应用 (57)摘要 本发明公开了一种混合电容器功率状态在 线估计模型的构建方法及应用， 属于混合电容器 应用技术领域， 采用数据驱动的方式训练得到混 合电容器功率状态在线估计模型， 用于混合电容 器功率状态的在线估计； 在训练之前， 将训练样 本集按照样 本数据的类型划分为多个数据向量， 将对应的峰值功率构成标签向量， 并分别计算各 数据向量与标签向量的相关性， 将 选择与峰值功 率相关性最大的若干个影响因素作为在线估计 模型的输入； 该方法无需对混合电容器内部反应 过程的电化学机理作 深入分析， 仅需借助大量数 据分析建立功率状态估计模型， 不仅能够降低计 算过程的复杂度， 还能够减少过拟合的风险， 能 够以较低的计算复杂度实现混合电容器功率状 态在线精确估计 。 权利要求书3页 说明书12页 附图6页 CN 114186522 A 2022.03.15 CN 114186522 A 1.一种混合电容器功率状态在线估计模型的构建方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 获取混合电容器不同工况、 不同时刻下的多组样本数据， 及各组样本数据 所对应的 峰值功率， 构成训练样本集； 其中， 每组样本数据均包括混合电容器的电压、 电流、 荷电状态 以及以峰值功率持续充放电的时间ΔT； S2、 将所述训练样本集按照样本数据的类型划分为多个数据向量， 将对应的峰值功率 构成标签向量； 分别计算各数据向量与标签向量的相关性， 并将相关性较大的前N个数据向 量所对应的类型作为 最佳类型； N 为正整数； S3、 对所述训练样本集中的样本数据进行筛 选， 保留最佳类型的样本数据； S4、 将步骤S3所得的训练样本集输入到机器学习模型中进行训练， 得到混合电容器功 率状态在线估计模型。 2.根据权利要求1所述的混合电容器功率状态在线估计模型的构建方法， 其特征在于， 所述训练样本集的采集方法包括采集不同电压、 电流、 荷电状态以及以峰值功率持续充放 电时间ΔT下的峰值功率， 具体包括： 当混合电容器的持续峰值充电电流的绝对值大于或等于最大持续充电电流的绝对值 时， 混合电容器的电流值为混合电容器的最大持续充电电流； 在混合电容器的动态工况中 等间隔地插入第一正负对称脉冲； 所述第一正负对称脉冲的负脉冲先于正脉冲， 且正、 负脉 冲均持续ΔT秒， 此时混合电容器以峰值功率持续放电的时间为ΔT； 将所述第一正负对称 脉冲的下降沿时刻记 为时刻k， 在时刻k到k +ΔT时间段内， 判断混合电容器的当前充电电压 是否达到充电截止电压， 若达到， 则将混合电容器控制在恒压充电模式； 在这个过程中， 采 集时刻k下的荷电状态， 并得到时刻k下的持续峰值充电功率 为时刻k+q下混 合电容器的充电功率； 为时刻k+q下混合电容器的充电端电压； 为时刻k+q下混合 电容器的充电 电流； 当混合电容器的持续峰值放电电流的绝对值大于或等于最大持续放电电流的绝对值 时， 混合电容器的电流值为混合电容器的最大持续放电电流； 在混合电容器的动态工况中 等间隔地插入第二正负对称脉冲； 所述第二正负对称脉冲的正脉冲先于负脉冲， 且正、 负脉 冲均持续ΔT秒， 此时混合电容器以峰值功率持续放电的时间为ΔT； 将所述第二正负对称 脉冲的上升沿时刻记 为时刻t， 在时刻t到t+ΔT时间段内， 判断混合电容器的当前放电电压 是否达到放电截止电压， 若达到， 则将混合电容器控制在恒压放电模式； 在这个过程中， 采 集时刻t下的荷电状态， 并得到时刻t下的持续峰值 放电功率 为时刻t+q下混合 电容器的放电功率； 为时刻t+q下混合电容器的放电端电压； 为时刻t+q下混合电容 器的放电 电流； 当混合电容器的持续峰值充电电流的绝对值小于最大持续充电电流的绝对值 时， 执行 以下步骤： 1)在某 一荷电状态SOC下以电流I对混合电容器进 行持续ΔT秒的恒流充电， 并记 录充电结束后的端电压Ucha； 此时混合电容器以峰值功率 持续充电的时间为ΔT； 2)若Ucha大权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114186522 A 2于充电截止电压 则将混合电容器重新放电至上述荷电状态SOC， 增大充电电流I， 转 至步骤1)； 若Ucha小于充电截止电压 则将混合电容器重新放电至上述荷电状态SOC， 减小充电电流I， 转至步骤1)； 若Ucha等于充电截止电压 则计算该时刻的持续峰值充 电功率为： 在不同荷电状态SOC下按照步骤1) ‑2)进行操作， 得到不同 荷电状态SOC下的持续峰值充电功率； 当混合电容器的持续峰值放电电流的绝对值小于最大持续放电电流的绝对值 时， 执行 以下步骤： a)在某 一荷电状态SOC下以电流I对混合电容器进 行持续ΔT秒的恒流放电， 并记 录放电结束后的端电压Udis； 此时混合电容器以峰值功率 持续放电的时间为ΔT； b)若Udis大 于放电截止电压 则将混合电容器重新充电至上述荷电状态SOC， 增大放电电流I， 转 至步骤a)； 若Udis小于放电截止电压 则将混合电容器重新充电至上述荷电状态SOC， 减 小放电电流I， 转至步骤a)； 若Udis等于放电截止电压 则计算该时刻的持续峰值放电 功率为： 在不同荷电状态SOC下按照步骤a) ‑b)进行操作， 得到不同荷电 状态SOC下的持续峰值充电功率。 3.根据权利要求2所述的混合电容器功率状态在线估计模型的构建方法， 其特征在于， 混合电容器的所述持续峰值充电 电流和所述持续峰值 放电电流的获取 方法， 包括： 获取混合电容器的等效电路模型； 混合电容器等效电路模型包括可变电容、 欧姆内阻 以及多个串联的RC电路； 混合电容器等效电路模型的状态空间方程表示 为： 其中， I为负载电流； C0为可变电容； Ri为第i个RC电路的电阻； Ci为第i个RC电路的电容； R0为欧姆内阻； UC0和URCi分别是可变电容C0的电压和第i个 RC电路的电压， i＝1,2,3, …,n； U 为混合电容器的端电压； 表示对时间的微分； 基于混合电容器的等效电路模型计算混合电容器的持续峰值充电电流和持续峰值放 电电流； 具体地， k时刻的持续峰值充电 电流 和持续峰值 放电电流 分别为：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114186522 A 3