双电层超级电容器使用寿命预测方法技术

本发明专利技术属于数值仿真方法领域，具体涉及一种双电层超级电容器使用寿命预测方法。包括如下步骤：步骤1、根据测试数据获得多条不同温度下容量保持率曲线；步骤2、使用MATLAB进行拟合；步骤3、通过拟合曲线得到不同温度达到下限值时所需时间；步骤4、求得未知数活化能Ea；步骤5、将活化能Ea代入公式，求得未知数B；步骤6、将不同温度代入已知活化能的阿伦尼乌斯公式，求得寿命时间，并拟合获得时间

【技术实现步骤摘要】
双电层超级电容器使用寿命预测方法


[0001]本专利技术属于数值仿真方法领域，具体涉及一种双电层超级电容器使用寿命预测方法。

技术介绍

[0002]超级电容器是一种介于常规电容器和化学电池二者之间的新型储能器件，功率性能好，充放电速度快，免维护，具有极长的使用寿命。广泛应用于智能电网、风力发电、混合动力汽车，国防等领域。
[0003]超级电容器常温使用寿命可高达十年，如何短时间内测试预测其寿命是一件非常重要的课题。
[0004]传统预测超级电容器寿命的方法为，65℃1500h约等于25℃10年的寿命。活性炭种类、制备方法、孔径分布、杂质含量、正负极配比、电解液种类、电极体系、制作工艺等都会影响电容器产品寿命，依靠经验值，误差较大。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种双电层超级电容器使用寿命预测方法。
[0006]本专利技术为实现上述目的，采用以下技术方案：
[0007]一种双电层超级电容器使用寿命预测方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1、对双电层超级电容器在不同温度下进行高加速老化测试，并根据测试数据获得多条不同温度下容量保持率曲线；
[0009]步骤2、对不同温度下的容量保持率曲线分别使用MATLAB进行拟合，得到拟合方程；
[0010]步骤3、设定容量保持率下限值，通过拟合曲线得到不同温度达到下限值时所需时间；
[0011]步骤4、将两组相应的温度、时间代入阿伦尼乌斯公式，可求得未知数活化能Ea；
[0012]步骤5、将活化能Ea代入公式，求得未知数B；
[0013]步骤6、将不同温度代入已知活化能的阿伦尼乌斯公式，可求得寿命时间，并拟合获得时间
‑
温度曲线。
[0014]步骤1高加速老化测试的温度为T1、T2、T3……
T
n
，其中T1＜T2＜T3……
T
n
，且最低温度高于常温25℃，最高温度小于80℃。
[0015]步骤1的具体步骤为：测试初始容量，将其放入一定温度的高温箱，在额定电压下保持浮充状态，每隔一定的时间取出冷却至室温后再次测试其容量，求得间隔一定的时间的容量保持率；
[0016]步骤2的具体步骤为：将不同温度T1、T2、T3……
T
n
下获得加速老化数据，以时间为横坐标，容量保持率为纵坐标，代入MATLAB拟合，建立加速模型，获得y＝a1x3+b1x2+c1x+d1形式的容量退化曲线；
[0017]步骤3的具体步骤为：设定容量保持率下限值，根据y＝a1x3+b1x2+c1x+d1退化曲线，求得不同温度下寿命t1、t2、t3……
t
n
；
[0018]步骤4具体步骤为：由阿伦尼乌斯公式两边取对数得
[0019][0020]将T1、T2和与其对应的t1、t2代入阿伦尼乌斯公式(1)求得未知数活化能Ea；
[0021][0022]其中Ea为活化能，k为波尔曼兹常数，T为绝对温度，t为试验时间；
[0023]步骤5具体步骤为：由公式(1)两边做e的幂，转化为公式(3)，求得B；
[0024][0025]其中Ea为活化能，k为波尔曼兹常数，T为绝对温度，t为试验时间，A为指前因子，B为未知数，M为初始反应物质的量。
[0026]步骤6具体步骤为：将不同温度代入公式(3)，求得时间t，做出寿命
‑
温度曲线。
[0027]优选的，步骤1中的间隔时间为168h。
[0028]优选的，步骤3中容量保持率下限值达到80％时为寿命终止点。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0030]本专利技术利用MATLAB精准拟合加速模型，求得产品反应活活能，拟合出温度
‑
寿命模型。和以往经验值相比，很好的提高了结果的精准度，大大缩短了测试周期，节省研发费用。
附图说明
[0031]图1为双电层超级电容器使用寿命预测方法的流程示意图；
[0032]图2为本专利技术所述的A产品双电层超级电容器加速寿命测试不同温度下容量保持率曲线拟合模型。
[0033]图3为本专利技术所述A产品寿命
‑
温度曲线模型。
[0034]图4为本专利技术所述的B产品双电层超级电容器加速寿命测试不同温度下容量保持率曲线拟合模型。
[0035]图5为本专利技术所述B产品寿命
‑
温度曲线模型。
具体实施方式
[0036]为了使本
的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本专利技术作进一步的详细说明。
[0037]实施例1
[0038]图1示出一种双电层超级电容器使用寿命预测方法，具体包括如下步骤：
[0039]步骤1、对双电层超级电容器A产品在不同温度下进行高加速老化测试，并根据测试数据获得多条不同温度下容量保持率曲线。
[0040]步骤1中高加速老化测试的温度为T1、T2、T3……
T
n
，其中T1＜T2＜T3……
T
n
，且最低温度高于常温25℃，最高温度小于80℃，本次试验设定T1、T2分别为65℃、70℃。高加速老化
测试测试步骤为：测试初始容量，将其放入特定温度的高温箱，在额定电压下保持2.7V浮充状态，每隔168h取出冷却至室温后再次测试其容量，求得间隔168h的容量保持率，冷却时间不计入试验时间内。
[0041]步骤2、对65℃、70℃下的容量保持率曲线分别使用MATLAB进行拟合，得到精准度较高的拟合方程y＝a1x3+b1x2+c1x+d1。
[0042]将不同温度T1、T2、T3……
T
n
下获得加速老化数据，以老化时间x为横坐标，容量保持率y为纵坐标，利用MATLAB自带的polyfit函数使用3次多项式拟合方程式，获得y＝a1x3+b1x2+c1x+d1形式的容量退化曲线，建立加速模型。图2为本专利技术所述的A产品双电层超级电容器加速寿命测试不同温度下容量保持率曲线拟合模型。其中：
[0043]y(65℃)＝
‑
1.203*10
‑8x3+3.936*10
‑5x2‑
0.0435x+96.3694(R2＝0.92RMSE＝2.17)；
[0044]y(70℃)＝
‑
1.980*10
‑8x3+5.916*10
‑4x2‑
0.0595x+94.1742(R2＝0.90RMSE＝1.80)。
[0045]步骤3、根据y＝a1x3+b1x2+c1x+d1退化曲线，求得不同温度T1、T2、T3……
T
n
下寿命t1、t2、t3……
t
n
。设定其容量保持率下限值达到80％时为寿命终止点，将y＝80％带本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双电层超级电容器使用寿命预测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、对双电层超级电容器在不同温度下进行高加速老化测试，并根据测试数据获得多条不同温度下容量保持率曲线；步骤2、对不同温度下的容量保持率曲线分别使用MATLAB进行拟合，得到拟合方程；步骤3、设定容量保持率下限值，通过拟合曲线得到不同温度达到下限值时所需时间；步骤4、将两组相应的温度、时间代入阿伦尼乌斯公式，求得未知数活化能Ea；步骤5、将活化能Ea代入公式，求得未知数B；步骤6、将不同温度代入已知活化能的阿伦尼乌斯公式，求得寿命时间，并拟合获得时间
‑
温度曲线。2.根据权利要求1所述的双电层超级电容器使用寿命预测方法，其特征在于，步骤1高加速老化测试的温度为T1、T2、T3……
T
n
，其中T1＜T2＜T3……
T
n
，且最低温度高于常温25℃，最高温度小于80℃。3.根据权利要求1所述的双电层超级电容器使用寿命预测方法，其特征在于，步骤1的具体步骤为：测试初始容量，将其放入一定温度的高温箱，在额定电压下保持浮充状态，每隔一定的时间取出冷却至室温后再次测试其容量，求得间隔一定的时间的容量保持率；步骤2的具体步骤为：将不同...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘海丽，段泉滨，赵程，张慧敏，张静，高玉双，尹子振，马猛，
申请(专利权)人：天津力神超电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：