温度和电压因素对超级电容性能衰退的影响机制及其老化建模研究

摘要

具有卓越高比功率特性的超级电容在电动载运工具上备受青睐，开展性能退化机理分析和建模对其高效可靠地工作具有重要意义。为获得全面的老化数据且提升模型的适应性，选用两款超级电容进行不同温度和截止电压条件下的加速老化试验，试验表明温度和截止电压均会影响电容的衰退性能，其中提升截止电压会显著加速内阻增长。为表征超级电容的容量衰退特性和内阻变化规律，采用Box-Cox变换技术将超级电容容量衰退数据转换为线性衰退轨迹以构建线性老化模型，然后应用Arrhenius定律建立数据驱动的超级电容容量和内阻的衰退预测模型。针对不同截止电压和老化状态下超级电容容量衰退差异的问题，构建了全寿命周期的比例系数函数。试验与仿真结果表明，容量衰退轨迹的预测误差在5%以内，内阻变化轨迹的预测误差在10%以内。