随着城市交通拥堵和环境污染的日益加剧,具有绿色、环保、大运量等特点的无接触网城轨车辆成为城市公共交通的首选。目前无接触网城轨列车的主动力源主要有锂电池和超级电容两种,其中超级电容具有瞬时高功率、循环使用寿命长的优点,使得以超级电容作为主动力源的城轨列车具有更广泛的应用前景。作为储能系统重要组成部分的超级电容组,需要解决大量串联的超级电容单体电压不均衡的问题,且其工作环境恶劣,易发生故障,影响城轨列车的运行。因此,本文主要对超级电容组的均压,故障诊断和寿命预测三方面进行研究:(1)为减少超级电容的故障率,提高超级电容的使用寿命,提出一种带有首尾次序耦合阵列式磁集成变换器的超级电容组电压均衡策略,相较以往方法,采用模块化的设计思路,且其控制电路结构简单,在城轨列车这种大功率和高压场合使用效果较好,可以更好地解决车载超级电容串联均压的问题。(2)针对现有超级电容故障诊断方法参数识别难度高和采集数据量大的问题,提出一种基于主成分分析和二分K均值聚类的超级电容组故障诊断方法。首先,建立一种具有自学习能力的故障诊断模型,采用主成分分析法提取故障特征;其次,运用马氏距离法计算敏感阈值,从而对超级电容的状态进行初步识别;最后,用二分K均值聚类的方法诊断超级电容的故障,并在超级电容组运行工况下进行仿真试验。(3)城轨列车运行过程中,会对储能系统进行充放电,储能系统的超级电容组承受着周期性循环的结温波动,结温频繁变化会损伤超级电容,是列车储能系统中最易发生故障的器件之一。为了在线计算超级电容的结温状况,首先建立等效热网络模型;然后将热模型获得的结温曲线通过实时雨流计数法提取结温特征,结合所提寿命预测模型实现了超级电容组的寿命预测。最后通过仿真实验,预测实际车辆在大功率运行时整车超级电容组的寿命,并对不同初始温度下整车超级电容组的循环寿命预测结果进行对比。