超級電容模組失效檢測系統及檢測方法

2023-04-27 09:53:06

專利名稱：超級電容模組失效檢測系統及檢測方法
技術領域：
本發明涉及電容失效檢測領域，具體指應用於對風力發電機組變槳控制系統中的超級電容模組進行失效檢測的系統及檢測方法。
背景技術：
超級電容是一種介於傳統電容器與電池之間、具有特殊性能的電源，主要依靠雙電層和氧化還原假電容電荷儲存電能，因而不同於傳統的化學電源。超級電容器的優點是功率密度高、充放電時間短、循環壽命長、工作溫度範圍寬，由於超級電容的額定電壓很低，在應用中需要大量的串聯形成超級電容模組來使用。基於超級電容的存在的上述優點，超級電容模組也具有同樣的優點，超級電容模組在很多領域都獲得了應用，如電動汽車、風力發電等。但是超級電容模組在使用過程中隨著使用年限的增長，其容量會不斷下降，其內阻會逐漸增加，當超級電容模組的容量較標準容量下降了 20%或者當超級電容模組的內阻較標準內阻增加了 100%，則表示該超級電容模組已經失效，如果不能及時更換可能會發生安全事故。比如在風力發電領域，超級電容多應用於變槳控制系統，以取代傳統備用電源蓄電池，尤其是在風力發電機組因自身故障或電網掉電時需要備用電源提供電能將槳葉轉動到安全位置，以防止發生安全事故，但是一旦出現超級電容失效就不能在必要時作為備用電源提供電能將槳葉轉動到安全位置，因此可能引發安全事故。因此，對超級電容是否失效進行實時監測非常重要。現有技術檢測超級電容模組的是否失效有兩種方法，一種是將超級電容模組從電動汽車或風力發電組等使用組件上拆下來進行檢測一種是使用專用的檢測設備對其進行檢測。這兩種方法使用起來都有其局限性，第一種方法使用非常不便，操作程序複雜，而且是定期進行，不能實行實時檢測，不能起到很好的預警效果；第二種方法雖然可以實時監測，但是檢測設備價格昂貴，而且需要另行安裝，使用不方便。

發明內容
針對現有技術存在的上述不足，本發明要解決的技術問題是如何對超級電容模組進行實時檢測，而且使用方便，成本低廉，而提供一種超級電容模組失效檢測系統及檢測方法。解決該技術問題，本發明是這樣實現的一種超級電容模組失效檢測系統，包括充電器、充電控制繼電器、控制器、數字電壓表、超級電容模組、計時器和檢測終端；所述充電器、超級電容模組和充電控制繼電器的控制端串聯構成充電迴路，所述數字電壓表並聯在超級電容模組兩端；所述數字電壓表的信號輸出端和檢測終端的數據輸出端分別與所述控制器的信號輸入端連接；所述充電控制繼電器的信號輸入端和計時器的信號輸入端分別與所述控制器的信號輸出端連接；所述計時器的信號輸出端與所述檢測終端的數據採集端連接。採用上述檢測系統對超級電容模組進行失效檢測的方法，分兩步進行1)對超級電容模組容量進行失效檢測，具體步驟如下
al :通過檢測終端預設開始檢測電壓值U1和停止檢測電壓值U2,並將所述開始檢測電壓值U1和停止檢測電壓值U2傳輸給控制器，所述U2 > U1 ;
a2 :設定充電器以恆定電流I向超級電容模組充電，打開充電器，檢測終端向控制器發出開始充電的指令信號，所述控制器將所述開始充電的指令信號傳輸給充電控制繼電器，所述充電控制繼電器接收開始充電的指令信號並閉合其控制端接通充電迴路；
a3 :數字電壓表採集超級電容模組兩端的電壓信號值U，並將採集的電壓信號值 U傳輸給所述控制器和檢測終端；
a4 :當所述控制器接收的電壓信號值U達到U1時，所述控制器向計時器發出開始計時的指令信號；所述計時器接收到所述開始計時的指令信息後開始計吋，並將開始計時的時間信號h傳輸給檢測終端； a5 :當所述控制器接收到的電壓信號值U達到U2時，所述控制器向計時器發出停止計時的指令信號；所述計時器接收到所述停止計時的指令信息後停止計時，並將停止計時的時間信號t2傳輸給檢測終端；
a6 :所述檢測終端根據預設的開始檢測電壓值仏、停止檢測電壓值U2、恆定電流I、所述計時器傳輸的開始計時的時間信號h和停止計時的時間信號t2，根據式(I)至(3)計算得
和Δ ,當所得 和Δ 滿足式(4)時表示該超級電容模組失效；
ISXJ=Ui-UiCl)
C*AU
t =- (2)
/
At=t2-fl(3)
Δ </(1-20%)(4)
上式中，At/為充電電壓變化值，C為超級電容模組的標準容量，f為標準超級電容模組在充電電壓變化值區間對應的標準充電時間，At為超級電容模組在充電電壓變化值
區間對應的充電時間；
2)對超級電容模組容內阻進行失效檢測，具體步驟如下
bi:通過檢測終端預設停止充電電壓值u3，並將所述停止充電電壓值U3傳輸給控制
器；
b2 :設定充電器以恆定電流I向超級電容模組充電，打開充電器，檢測終端向控制器發出開始充電的指令信號，所述控制器將所述開始充電的指令信號傳輸給充電控制繼電器，所述充電控制繼電器接收開始充電的指令信號並閉合其控制端接通充電迴路；b3 :數字電壓表採集超級電容模組兩端的電壓信號值U，並將採集的電壓信號值U傳輸給所述控制器和檢測終端；
b4 :當所述控制器接收的電壓信號值U達到U3時，所述控制器向充電控制繼電器發出停止充電的指令信號，同時所述控制器向計時器發出開始計時的指令信號；所述充電控制繼電器接收到所述停止充電指令信號後其控制端打開，所述超級電容模組停止充電；所述計時器接收到所述開始計時的指令信息後開始計吋，並將記錄的時間信號t』傳輸給檢測終端;
b5 :超級電容模組停止充電後時間信號h』對應的超級電容模組兩端的電壓信號 值為U4;
b6 :所述檢測終端根據預設停止充電電壓值U3、超級電容模組停止充電後時間信號t/對應的超級電容模組兩端的電壓信號值ル，恆定電流I，根據式(5)和(6)計算得j '當
與Al/滿足式(6)時表示該超級電容模組失效；
權利要求
1.超級電容模組失效檢測系統，其特徵在於該系統包括充電器、充電控制繼電器、控制器、數字電壓表、超級電容模組、計時器和檢測終端； 所述充電器、超級電容模組和充電控制繼電器的控制端串聯構成充電迴路，所述數字電壓表並聯在超級電容模組兩端； 所述數字電壓表的信號輸出端和檢測終端的數據輸出端分別與所述控制器的信號輸入端連接；所述充電控制繼電器的信號輸入端和計時器的信號輸入端分別與所述控制器的信號輸出端連接； 所述計時器的信號輸出端與所述檢測終端的數據採集端連接。
2.超級電容模組失效檢測的方法，其特徵在於採用了權利要求I所述的超級電容失效檢測系統對超級電容模組進行失效檢測，分兩步進行 1)對超級電容模組容量進行失效檢測，具體步驟如下 al :通過檢測終端預設開始檢測電壓值U1和停止檢測電壓值U2,並將所述開始檢測電壓值U1和停止檢測電壓值U2傳輸給控制器，所述U2 > U1 ; a2 :設定充電器以恆定電流I向超級電容模組充電，打開充電器，檢測終端向控制器發出開始充電的指令信號，所述控制器將所述開始充電的指令信號傳輸給充電控制繼電器，所述充電控制繼電器接收開始充電的指令信號並閉合其控制端接通充電迴路； a3 :數字電壓表採集超級電容模組兩端的電壓信號值U，並將採集的電壓信號值 U傳輸給所述控制器和檢測終端； a4:當所述控制器接收的電壓信號值U達到U1時，所述控制器向計時器發出開始計時的指令信號；所述計時器接收到所述開始計時的指令信息後開始計吋，並將開始計時的時間信號h傳輸給檢測終端； a5 :當所述控制器接收到的電壓信號值U達到U2時，所述控制器向計時器發出停止計時的指令信號；所述計時器接收到所述停止計時的指令信息後停止計時，並將停止計時的時間信號t2傳輸給檢測終端； a6 :所述檢測終端根據預設的開始檢測電壓值仏、停止檢測電壓值U2、恆定電流I、所述計時器傳輸的開始計時的時間信號h和停止計時的時間信號t2，根據式(I)至(3)計算得 和Δ ,當所得f和Δ 滿足式(4)時表示該超級電容模組失效；
全文摘要
本發明涉及電容失效檢測領域，具體指應用於對風力發電機組變槳控制系統中的超級電容模組進行失效檢測的系統及檢測方法。該系統包括充電器、充電控制繼電器、控制器、數字電壓表、超級電容模組、計時器和檢測終端；充電器、超級電容模組和充電控制繼電器的控制端串聯構成充電迴路，數字電壓表並聯在超級電容模組兩端；數字電壓表的信號輸出端和檢測終端的數據輸出端分別與控制器的信號輸入端連接；充電控制繼電器的信號輸入端和計時器的信號輸入端分別與所述控制器的信號輸出端連接；計時器的信號輸出端與所述檢測終端的數據採集端連接。該系統組成簡單、操作方便、成本低，而且可以對超級電容模組進行實時監測，提供更換預警信息。
文檔編號G01R19/00GK102662121SQ20121017614
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月31日 優先權日2012年5月31日
發明者李素紅, 楊眉, 胡小華, 謝敬朗, 趙勝武, 邱明伯 申請人:重慶華渝電氣儀表總廠