[发明专利]超级电容器自放电行为的动力学建模仿真方法

说明书

本发明公开了一种超级电容器自放电行为的动力学建模仿真方法，该方法包括以下步骤：建立超级电容器的动力学模型；利用软件仿真平台对动力学模型中超级电容器自放电行为进行仿真计算，完成对超级电容器自放电行为的动力学建模仿真。该方法建立了具有便于移植、拓展的可行性建模仿真方法，所建立的动力学理论模型包括超级电容的电极动力学模型，电解质中的离子迁移扩散模型，其电势场方程与离子浓度场方程相互耦合，可实现自放电过程的动力学仿真，还可对关键参数的影响作用和机理进行分析计算和影响评估，显著节省了实验研究工作，并可有效促进自放电效应的消除和储能性能的提高。

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，特别涉及一种超级电容器自放电行为的动力学建模仿真方法。

背景技术

超级电容器是一种应用广泛的储能器件，其具有功率密度大、充放电速度快、极端环境适应性强等显著优势，已经广泛应用于电动汽车、微电网、消费电子等诸多领域。

超级电容器的自放电行为是其在应用中普遍存在的一种现象，其具体表现为在超级电容器充电完成以后，器件在静置状态下出现电压下降、能量损失的现象，损害了超级电容器的储能性能和应用价值。

目前，对于超级电容器自放电行为的研究方法多属于实验方法，需通过大量实验数据的积累获得对超级电容器自放电行为的经验性规律。实验研究的巨大工作量严重限制了目前对超级电容器自放电行为抑制方法的研究，限制了超级电容器实际储能性能的提高。

自上世纪90年代以来，超级电容器的建模仿真研究方法已经逐步发展起来，并显示出其独特的优势。借助仿真软件工具，仿真研究可以部分替代原先庞杂的实验研究工作，获得更优的超级电容器参数设计。但是，现有的超级电容器建模仿真研究方法，忽略了自放电行为对超级电容器性能的影响，因此与实际器件的实测性能往往存在一定的差距。这也限制了目前超级电容器的建模仿真研究方法的实用价值。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种超级电容器自放电行为的动力学建模仿真方法。

为达到上述目的，本发明提出了超级电容器自放电行为的动力学建模仿真方法，包括以下步骤：建立超级电容器的动力学模型；利用软件仿真平台对所述动力学模型中超级电容器自放电行为进行仿真计算，完成对所述超级电容器自放电行为的动力学建模仿真。

本发明实施例的超级电容器自放电行为的动力学建模仿真方法，建立了具有便于移植、拓展的可行性仿真方法，所建立的动力学理论模型包括超级电容的电极动力学模型，电解质中的离子迁移扩散模型，其电势场方程与离子浓度场方程相互耦合，可实现自放电过程的动力学仿真，还可对关键参数的影响作用和机理进行分析计算和影响评估，显著节省了实验研究工作，并可有效促进自放电效应的消除和储能性能的提高。

另外，根据本发明上述实施例的超级电容器自放电行为的动力学建模仿真方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述动力学模型包括：超级电容器的电极动力学模型和电解质中的离子迁移扩散模型。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述超级电容器的电极动力学模型基于电势场方程，所述电解质中的离子迁移扩散模型基于离子浓度场方程，并将所述电势场方程与所述离子浓度场方程相互耦合。

可选地，在本发明的一个实施例中，所述仿真计算包括：自由设置所述动力学模型的工作参数，其中，所述工作参数为超级电容器的初始电压、充电时间、短期充放电历史和电流组成的参数组；和/或在所述参数组下，对所述超级电容器的输出电压、电极内部电势分布、和/或电解质中离子分布变化过程进行计算。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述仿真计算是通过comsol仿真软件平台和/或matlab仿真平台实现。