[发明专利]一种城轨车辆用串联超级电容器组荷电状态检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器组能量管理系统技术领域，尤其是涉及一种城轨车辆用串联超级电容器组荷电状态检测方法。

背景技术

当今世界，能源问题日益成为制约经济社会发展的重要问题。节能、减排、低碳、环保成为能源利用的新主题。作为城市交通的主要运载工具——轨道交通工具也不例外。城市轨道交通的显著特点是站点间距较短，因此城轨车辆在实际运行中的启动和制动操作较频繁。以往对城轨车辆制动产生的能量的处理方法是将其消耗在制动电阻上，但这种方法既浪费了能量，又由于在电阻上产生热量造成站台和隧道内温升的问题而加重了空调系统的负担，从而造成更大的能量消耗。

采用超级电容器这种新型的储能装置来存储城轨车辆制动时产生的电能可以比较好的解决能量消耗问题。在实际应用中，为避免超级电容器过充电或过放电等非正常情况的发生，必须实时监测其荷电状态(State of Charge，简称SOC)。由于超级电容器单体电压比较低(一般不超过4V)，因此在实际应用中需由大量超级电容器单体串联使用。但是组成串联超级电容器组的所有超级电容器单体的性能不可能做到完全一致，因此每节超级电容器储存的能量会有所不同，其差异与各单体之间不一致的程度有关。

目前，针对超级电容器单体荷电状态的检测主要采用安时法。而对于整个串联超级电容器组荷电状态检测方法的研究比较少。安时法是根据充放电电流对时间的积分来实时检测超级电容器的SOC。该方法主要缺点有：1)无法确定初始状态下超级电容器的SOC；2)检测精度很大程度上依赖于电流传感器的精度。因此单独使用安时法不能准确检测超级电容器的荷电状态。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种不依赖初始值也能准确测得荷电状态的真实值，使串联超级电容器组中的每一单体均不会造成过充电或过放电等现象，从而可以延长串联超级电容器组的使用寿命，同时又保证了整个储能系统工作的安全性的城轨车辆用串联超级电容器组荷电状态检测方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种城轨车辆用串联超级电容器组荷电状态检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)实时采集串联超级电容器组工作时的充放电电流值和每一超级电容器单体端电压值；2)根据步骤1)中采集的电流值和电压值，采用卡尔曼滤波算法计算出串联超级电容器组每一超级电容器单体的荷电状态值；3)通过比较所有单体的荷电状态值确定当前串联超级电容器组中单体荷电状态的最大值SOC_max和单体荷电状态的最小值SOC_min；4)判断下一次列车运行工况是启动还是制动，如果是启动工况，则当前串联超级电容器组的荷电状态值为SOC_min；如果是制动工况，则当前串联超级电容器组的荷电状态值为SOC_max；5)返回步骤1)，实时检测出串联超级电容器组的荷电状态。

所述的步骤2)包括以下步骤：

1)根据超级电容器单体的经典等效电路模型建立超级电容器单体的状态空间模型，其中将荷电状态作为一个状态变量，所述的超级电容器单体的状态空间模型包括两部分，即系统状态方程和系统输出方程，

系统状态方程为：