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专利号: 2020103184445
申请人: 三峡大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-21
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种电解电容器分数阶等效电路模型,其特征在于该等效电路模型包括:电容端子箔片接头电阻R0、电解液电阻R1、离子运动和离子扩散产生的电阻Rd、离子运动和离子扩散产生的分数阶电容Cd、终端电容Ct、介电损耗电阻R2、介电损耗电容C1;

电容端子箔片接头电阻R0另一端连接电解液电阻R1一端,电解液电阻R1另一端连接所述分数阶电容Cd一端,所述分数阶电容Cd另一端连接终端电容Ct一端,终端电容Ct另一端连接介电损耗电容C1一端;

所述分数阶电容Cd并联离子运动和离子扩散产生的电阻Rd,

所述介电损耗电容C1并联介电损耗电阻R2。

2.根据权利要求1所述一种电解电容器分数阶等效电路模型,其特征在于:所述等效电路模型阻抗表达式为:根据分数阶电路基本原理,jα=cos(απ/2)+jsin(απ/2),带入公式(1),得:根据等效电路模型阻抗形式,电解电容ESR表达式为:

电解电容Ceq表达式为:

3.一种电解电容器分数阶等效电路模型参数辨识方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1:等效电路模型包括电容端子箔片接头电阻R0、电解液电阻R1、离子运动和离子扩散产生的电阻Rd、离子运动和离子扩散产生的分数阶电容Cd、终端电容Ct、介电损耗电阻R2、介电损耗电容C1;

电容端子箔片接头电阻R0另一端连接电解液电阻R1一端,电解液电阻R1另一端连接所述分数阶电容Cd一端,所述分数阶电容Cd另一端连接终端电容Ct一端,终端电容Ct另一端连接介电损耗电容C1一端;

所述分数阶电容Cd并联离子运动和离子扩散产生的电阻Rd,引入分数阶α来修正非线性和扩散运动;所述介电损耗电容C1并联介电损耗电阻R2;

其中:α,R0、R1,Cd,Rd,C1,R2是待辨识的参数。

步骤2:基于差分进化算法的分数阶多目标离线参数辨识方法,进行参数辨识。

4.根据权利要求3所述一种电解电容器分数阶等效电路模型参数辨识方法,其特征在于步骤1包括以下步骤:步骤1.1:电解电容器等效电路模型中,电阻R2和电容C1并联部分,表示电容器介电损耗部分;电阻Rd和电容Cd并联部分,表示离子运动和离子扩散部分;这两部分和电容端子箔片接头电阻R0、电解液电阻R1、终端电容Ct即电解电容器的直接构造部分串联,共同构成了电解电容器的等效电路模型;

步骤1.2:根据电路串并联原理以及分数阶储能元件工作原理,等效电路模型阻抗表达式为:

5.根据权利要求3所述一种电解电容器分数阶等效电路模型参数辨识方法,其特征在于步骤2包括以下步骤:α

步骤2.1:由于j=cos(απ/2)+jsin(απ/2),因此根据等效电路阻抗表达式(1),可得电解电容器等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)为:电解电容器等效串联电容(equivalent series capacitance,Ceq)为:步骤2.2:在100Hz~100kHz的频率范围内,测量获取电解电容器的阻抗值,并对数据进行预处理;

步骤2.3:等效串联电阻和等效串联电容器属于不同量纲,将ESR和Ceq的测量值和预测值进行归一化处理;

步骤2.4:引入权重因子λ1、λ2,其中,λ1、λ2在(0,1)范围内取值,利用ESR和Ceq的测量值和预测值构造多目标预测函数:步骤2.5:针对步骤1.1中模型待估计的参数个数,设置改进的差分进化算法的基本参数,群规模选取待识别向量维数的20倍,设置最大迭代次数为200,缩放因子为0.85,交叉概率为0.8,选取DE/rand-to-best/1变异策略和二项分布的交叉策略;为减少产生早熟现象的产生,当判断连续数代最佳向量没有任何进化,或者各个向量已过于近似时,即可实施灾变;当各个向量近似时,将相似向量缩放因子增大0.9;对目标函数(5)进行数据拟合,获得目标函数(5)最小情况下的一组模型参数α,R0、R1,Cd,Rd,C1,R2;

步骤2.6:将步骤2.5所得中模型参数α,R0、R1,Cd,Rd,C1,R2代入步骤2.1中所述表达式(2)和(3),即可得非固态铝电解电容等效串联电阻值与等效电容值。