北京交通大学电气工程学院的研究人员信月、杨中平、林飞、诸斐琴，在2019年《电工技术学报》增刊1上撰文（论文标题为“基于参数反馈的城轨交通超级电容健康状态估算”）指出，随着城轨交通超级电容储能系统应用的日益广泛，其寿命问题引起了很大的关注。由于超级电容的寿命与其承受的电压、电流和温度密切相关，本文基于超级电容的电、热模型和高温加速寿命测试，提出一种超级电容健康状态估算模型。
首先利用Arbin测试仪对超级电容进行恒电流充放电测试以辨识其电、热模型参数，基于北京地铁某线路典型工况下的电流曲线在80℃恒温箱中对超级电容进行加速循环寿命测试，并对容量进行监测。经过587次循环后，容量衰减为初始值的96.02%。根据测试结果计算得到超级电容健康状态估算模型参数，结合等效电路模型和热模型对超级电容的健康状态进行仿真分析，同时将容量C和等效串联电阻ESR实时反馈修正模型参数。
最后在90℃恒温箱中进行加速寿命测试，容量C的实验测试结果与仿真结果之间的最大误差小于2%，验证了所提出的健康状态估算模型的准确性。
图1 基于参数反馈的超级电容SOH估算
图5 Arbin测试仪
图6 高低温试验箱
总结本文在考虑电压、电流和温度的前提下，建立了一种适用于城轨交通应用的超级电容的健康状态估算模型。利用Arbin测试仪对超级电容单体进行恒电流循环充放电测试和80℃高温加速寿命测试，基于测试结果对单体等效电路模型、热模型和寿命估算模型的参数进行了辨识，并建立了实时参数反馈的健康状态估算仿真模型。最后进行了90℃高温加速寿命测试，容量在522个充放电循环后下降为初始值的90.18%。对比实验和仿真结果，估算误差在2%以内，验证了本文所提出模型的准确性和适用性。
另外，本文对超级电容健康状态的研究依据高温测试下一定范围内的实验数据，未涵盖其整个生命周期。在实际应用过程中，随着容量的进一步衰减，超级电容的寿命衰减演化为非线性的情况需要考虑。在后续更深入的研究中，还需要准确辨识内阻ESR的值并考虑加入冷却系统后对超级电容寿命的影响。
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