CN103399238A - 一种统计电解电容赋能过程自愈的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种统计电解电容赋能过程自愈的方法，包括如下步骤：设置最大电压U_max、最小电流I_min、时间参数T_i的初始值；恒流过程：每Δt内采集n个电压值，计算其平均值

；当

＞U_max时，令U_max=

，每一次U_max被更新，时间T_i清零并重新计时；若T₁＜T_i＜T₂，判断为自愈状态；恒压过程：每Δt内采集n个电流值，计算其平均值；若

＜I_min时，令I_min=，每一次I_min被更新，时间T_i清零并重新计时；若T₃＜T_i＜T₄，判断为自愈状态；对判断为自愈状态的时间T_i进行统计。本发明方法能捕捉恒流和恒压过程中电解电容的自愈和击穿，并能对自愈情况进行精确的数值统计，解决了现有技术中存在的电解电容不能精确检测自愈的问题。

Description

一种统计电解电容赋能过程自愈的方法

技术领域

本发明涉及电容检测方法，特别涉及一种统计电解电容赋能过程中自愈的方法。

背景技术

电解电容与其他类型电容的显著不同之处，在于它的电介质是在阀金属上利用电化学方法生成的一层极薄的阳极氧化膜，其厚度与所施加的电压密切有关。

氧化膜可能因各种材料、工艺或环境条件方面的原因而受到局部损伤。电解电容在电场作用下因微观缺陷等因素，在局部放电的现象称为“闪火”，此瞬时对应的电压为闪火电压，是一个瞬时值。

电解电容的阳极氧化膜如果被局部破坏，则它能在外施电压的作用下重新形成并得到恢复，这种现象称为阳极氧化膜的“自愈现象”。但是如果在损伤部位存在杂质离子或其他缺陷，使填平修复工作无法完善，则在阳极氧化膜上会留下微孔，甚至可能成为穿透孔，使电解电容击穿。电解电容击穿是由于阳极氧化膜介质膜破裂，导致电解液直接与阳极接触而造成的。

电解电容赋能就是电解电容阳极氧化形成的过程，依不同材料、不同规格电解电容的赋能过程可分恒流过程和恒压过程，以及恒流、恒压多次交替的工艺；电解电容的形成工艺过程例如附图1所示。赋能的目的是赋予电容器一定的能量（电压、电流和时间），捕捉到电场弱点，使之击穿并持续放电以达到电极绝缘恢复的目的（自愈）。通过赋能作用，使电容器在制造过程中充分有效自愈，尽量避免电容器在使用中自愈的发生，以提高产品的使用可靠性。衡量电容质量的好坏，是在形成过程中，电容尽可能少的自愈，并不允许在形成过程中有电容击穿，同时还要满足电解电容的最低击穿电压指标。

现有的电解电容自愈、击穿检测方法通常采用示波器法和电压记录仪法。是在输出电源上并接电压记录仪或示波器，通过将信号放大，在电压记录仪上读取峰值电压，或显示“震荡”波形做为试件的击穿和自愈。但这一技术受环境、设备的零点漂移、信号干扰等因素影响，记录数据波动大，数值精度不高。整个赋能过程数小时后记录很长，读取费时费力。但现有赋能技术没有相关自愈的统计的数据，更没有相关统计电解电容自愈的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种统计电解电容赋能过程中自愈的方法，可以精确捕捉自愈并进行统计。

本发明提供的统计电解电容赋能过程自愈的方法包括以下步骤：

设定采样时间Δt、采样个数n、恒流过程的时间下限T₁、恒流过程的时间上限T₂ 、恒压过程的时间下限T₃、恒压过程的时间上限T₄，其中T₂＞T₁＞Δt，T₄＞T₃＞Δt；

设置最大电压U_max的初始值、最小电流I_min的初始值和时间参数T_i的初始值，其中U_max的初始值小于U₀，I_min的初始值大于I₀，T_i的初始值≤T₁-Δt；其中U₀为恒流过程开始经过T₁-Δt时间达到的电压值，I₀为恒压过程开始经过T₃-Δt时间达到的电流值；

赋能过程开始，通过恒流过程和恒压过程判断电解电容是否为自愈状态；对上述步骤中所有判断为自愈状态的T_i进行统计；

所述恒流过程判断是否为自愈状态包括如下步骤：

（1）每采样时间Δt内采集n个电压值，并计算其算术平均值                                                

；

（2）将平均值

与最大电压U_max比较大小，当

＞U_max时，用

的值替代U_max的值，即令U_max=

，如此往复；每一次U_max被更新，时间T_i清零并重新计时；

（3）将最大电压U_max被更新时的时间参数T_i与时间下限T₁和时间上限T₂比较大小，若T₁＜T_i＜T₂，判断电解电容为自愈状态；

所述恒压过程判断是否为自愈状态包括如下步骤：

（1）每采样时间Δt内采集n个电流值，并计算其算术平均值

； 

（2）将平均值

与最小电流I_min比较大小，若

＜I_min时，用

的值替代I_min的值，即令I_min=，如此往复；每一次I_min被更新，时间T_i清零并重新计时；

（3）将最小电流I_min被更新时的时间参数T_i与时间下限T₃和时间上限T₄比较大小，若T₃＜T_i＜T₄，判断电解电容为自愈状态。

作为改进，所述采集的方式为，采样时间Δt内每隔相等的时间间隔均匀采集n个电压值或电流值。

作为改进，设置最大电压U_max的初始值为0、最小电流I_min的初始值为恒流过程的电流值、时间参数T_i的初始值为0。

作为改进，所述统计的方式为，在（T_min，T_max）区域内设置一个以上时间区间，分别统计判断为自愈状态的T_i出现在不同时间区间内的频次及频率；所述T_min≤T₁且T_min≤T₃，T_max≥T₂且T_max≥T₄。

本发明统计电解电容赋能过程中自愈的方法，能捕捉恒流过程和恒压过程中电解电容的自愈，并能对自愈情况进行精确的数值统计，也解决了现有技术中存在的电解电容不能精确检测自愈的问题。同时，本发明可通过设置采集精度、时间上限、时间下限等参数统计上述各类赋能过程中相应区间的自愈的频次及所占比例（频率），依此达到优选电解电容材料及工艺的目的。

附图说明

图1为电解电容赋能过程电压、电流随时间的关系。

图2为击穿波形示意图；（a）、(b)为恒流过程电压击穿波形，(c)、(d)为恒压过程电流击穿波形。

图3为自愈波形示意图；（e）、(f)为恒流过程电压自愈波形，(g)、(h)为恒压过程电流自愈波形。

图4为赋能过程进程图。

图5为恒流过程中自愈击穿示意图。

图6为恒压过程中自愈击穿示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明：

本发明的恒流过程和恒压过程可分多个阶段、多次交替进行。图4给出了本发明的赋能过程的进程，在赋能恒流、恒压过程中捕捉自愈或击穿的图示。在恒流过程赋能阶段，捕捉电压的变化情况，按本发明的方法对电压最大值进行更新，T _i 为恒流过程中更新最大电压U_max的更新时间，U_max每一次被更新，T_i清零并重新计时。通过比较T_i与设置T₁、T₂时间参数的大小判断电解电容所处的状态，从而可捕捉电解电容赋能恒流过程的自愈。在恒压过程赋能阶段，捕捉电流的变化情况，按本发明方法对电流最小值进行更新，T _i 为恒压过程中更新最小电流I_min的更新时间，I_min每一次被更新，更新计时器T_i清零并重新计时。通过比较T_i与可设T₃、T₄时间参数的大小判断电解电容所处的状态，从而可捕捉电解电容赋能恒压过程的自愈。

以恒流过程为例，通过比较T_i与T₁、T₂的大小判断电解电容所处的状态，整个击穿试验过程中T_i将处在如下三种情况：（1）T₁≥T_i，说明试验进程处于正常状态，即便有微“闪火”也很快得到修复，继续试验过程；（2）T₂＞T_i＞T₁，为本发明可捕捉到的修复状态，T_i即为自愈时间，只要U_max仍能被后续捕捉到的更高

所更新，试验仍将继续进行；3）T_i≥T₂，即更新最高电压所需的时间溢出时间参数T₂，也即若不做处理，试验最高电压值将不再会被更新，因此判断有电解电容击穿。恒压过程与此类似。

为消除波形复杂性、减小诸多因素的干扰，每Δt时间内采集n个电流/电压值，并计算其算术平均值。其中Δt、n值为可设参数；n值越大，过滤电压波形扰动能力越强，电压平均值

稳定性越好；n值越大，过滤电流波形扰动能力越强，电流平均值

稳定性越好；Δt值决定了和

的采集频率。下述实施例中，为均匀采集数据，， 

。

设置最大电压U_max的初始值小于恒流过程开始经过T₁-Δt时间达到的电压值，最小电流I_min的初始值大于恒压过程开始经过T₃-Δt时间达到的电流值，时间参数T_i的初始值≤T₁-Δt；以防止误判为自愈状态；为使试验更简单，U_max的初始值设置为0，I_min的初始值设置为恒流过程的电流值。

T₁、T₂ 、T₃、T₄为可设参数，T₂＞T₁＞Δt，T₄＞T₃＞Δt，对于不同材质、不同规格电解电容T₁、T₂ 、T₃、T₄四个时间参数不同，可根据试验结果进行试错调整（一般0<T₁、T₃<5s；2s<T₂、T₄<50s）。T₂、T₄的时间设置有一较小值，但为保障系统不被错报，T₂、T₄设置值可以偏大些，不影响系统的自愈捕捉判断。

为形象说明，图5为赋能恒流过程，当运行到t_a时，即图中的A点处，此点对应的电压为U_a，此时若电解电容因自身的疵点、介质膜裂缝等原因在电解电压出现微闪火时，则此时的电压震荡振幅大于一般的情况，可见图2、图3；在可设的时间T₂内，若U_max仍未被更新，图2中(a)、(b)即为A处的放大击穿波形示意图，此时说明已有电容发生击穿；在自愈状态下，在可设定的时间T₂内，若U_max被更新，电压回归到正常震荡上升，图3中（e）、(f) 即为为A处的放大的自愈波形示意图，判断为自愈，运行继续按正常进行。图6为赋能恒压过程，与恒流过程类似。

本发明方法统计的自愈，是发生在大于系统精度时间后的自愈频次，是对整个赋能过程中自愈分布的截尾统计。本发明的自愈统计按时间统计自愈时间T_i的频次，优选按设定的时间区间（自愈统计分区）统计各区间内发生的自愈频次及所占比例。例如，对恒流过程捕捉到的自愈，可以将更新电压最大值时的T_i按时间依次存储到相应设置的时间区间内，并对各区间进行实时累计统计。

   需要说明的是，本发明方法可以检测任何电解电容在赋能过程中的自愈，比如铝、铌、钽、钛等阀金属阳极电解电容，对于不同的电容捕捉和统计方法相同。

实施例一

准备一赋能设备，该设备包括赋能电源、数据采集装置、处理器、存储器、输入装置和输出显示装置，输出显示装置用于显示形成工艺的形成电流、形成电压和各阶段的形成时间，输入装置可以设置Δt、n、T₁、T₂、T₃、T₄等参数和自愈统计分区。

本次试验是对两批规格均为FTa40-42，批号为A和B的钽粉，这两批粉均符合现行电容器用钽粉标准。将两批粉压制烧结成电解电容阳极后进行赋能过程的自愈统计。

将FTa40-42钽粉按《电容器用钽粉电性能检验方法》进行，其赋能工艺如下：

第一阶段，恒流过程：0～200V，按电流密度35mA/g（对应电流大小700mA）。

第二阶段，恒压过程：200V，恒压2小时。

在赋能设备上进行赋能试验，运行本发明方法：（1）设定采样时间0.5秒、采样个数100，每0.5秒内均匀采集100个数值，可精确到0.005秒；设定恒流过程的时间下限1秒、恒流过程的时间上限8秒、恒压过程的时间下限1秒、恒压过程的时间上限6秒；自愈统计分区设置为1.0～1.5秒，1.5～3.0秒，3～4.5秒，4.5～6.0秒，6.0～7.5秒，7.5～8秒共6个区间；

（2）设置最大电压U_max的初始值为0、最小电流I_min的初始值为700mA、时间参数T_i的初始值为0；

（3）赋能过程开始，通过恒流过程和恒压过程判断电解电容是否为自愈状态。通过恒流过程判断是否为自愈状态包括如下步骤：

a.每0.5秒内采集100个电压值，并计算其算术平均值

；

b.将平均值与最大电压U_max比较大小，当

＞U_max时，用的值替代U_max的值，即令U_max=，如此往复；每一次U_max被更新，时间T_i清零并重新计时；

c.将最大电压U_max被更新时的时间参数T_i与时间下限1秒和时间上限8秒比较大小，若1秒＜T_i＜8秒，判断电解电容为自愈状态，T_i即为自愈时间；

通过恒压过程判断是否为自愈状态包括如下步骤：

a.每0.5秒内采集100个电流值，并计算其算术平均值

； 

b.将平均值

与最小电流I_min比较大小，若＜I_min时，用

的值替代I_min的值，即令I_min=，如此往复；每一次I_min被更新，时间T_i清零并重新计时；

c.将最小电流I_min被更新时的时间参数T_i与时间下限1秒和时间上限6秒比较大小，若1秒＜T_i＜6秒，判断电解电容为自愈状态，T_i即为自愈时间；

（4）分别统计自愈时间T_i出现在上述设定的自愈统计分区6个时间区间内的频次及频率。

赋能结束后，给出所设区间赋能过程的自愈统计报表，列于表1。

表1 电解电容器用钽粉赋能过程自愈统计表

由表1数据分析，在相同的赋能条件，相同的自愈统计方式下，A粉的自愈次数明显小于B粉，同时A粉自愈时间大于4.5秒的没有一次，而B粉还有7次。由此，我们可以判断A粉的质量优于B粉。通过本发明方法提供的量化的自愈报表，可用于衡量电解电容质量的好坏，亦可做进一步筛选材质的一项指标。

实施例二

按实施例一的方法进行，本次试验是对一批FTa50-50钽粉压制烧结成电解电容阳极后进行赋能过程的自愈统计。

设定Δt为0.5秒， n设置为100；设置恒流过程的T₁设1秒，T₂设12秒，恒压过程的T₃设1秒，T₄设12秒；自愈统计分区设为0～2秒，2～4秒，4～6秒，6～8秒，8～10秒，10～12秒共6个区间；其他参数设置与实施例一相同。

将FTa50-50钽粉按《电容器用钽粉电性能检验方法》进行，其赋能工艺如下：

第一阶段，恒流过程：0～200V，按电流密度35mA/g。

                    200～240V, 按电流密度12mA/g。

第二阶段，恒压过程：240V，恒压1小时；

运行本发明方法，赋能结束后，给出所设自愈统计报表，列于表2中。

实施例三

取与实施例二同一批粉，设置T₁、T₃设0.8秒，T₂、T₄设12秒，其它参数设置和工艺均按实施例二进行，运行本发明方法，所得赋能过程的自愈报表见表2。

表2 实例二与实例三的自愈统计报表

由表2数据可反映出，捕捉自愈能力与设置的时间下限T₁、T₃有很大的关系，设置的时间下限越小能统计到的自愈次数越多。对不同材质、不同规格、不同工艺的电解电容，本发明提供了众多的可设参数，利于可选自愈的截尾统计。

实施例四

按实施例一的方法进行，本次试验是对一批FTa63-35钽粉进行两组不同赋能工艺的赋能过程的自愈统计。

设定Δt为0.5秒， n设置为100；设置恒流过程的T₁设1秒，T₂设15秒，恒压过程的T₃设1秒，T₄设15秒；自愈统计分区设为1～2秒，2～4秒，4～6秒，6～8秒，8～10秒，10～15秒共6个区间；设置最大电压值U_max的初始值为0.1V、、时间参数T_i=0.1秒并计时，其他设置与实施例一相同。

将FTa63-35钽粉按如下工艺进行，其赋能工艺如下：

第一阶段，恒流过程：0～200V，按电流密度35mA/g。

                    200～270V, 按电流密度12mA/g。

第二阶段，恒压过程：270V，恒压1小时；

两组实验的赋能形成液分别如下：

第一组采用 0.01%H₃PO₄溶液进行赋能；

第二组采用 0~200V时 0.01%H₃PO₄溶液；>200V时，用乙二醇：去离子水：85%H₃PO₄=90：10：0.6（体积比）的溶液进行赋能。

运行本发明方法，赋能结束后，给出所设自愈统计报表，列于表3中。

表3 不同赋能条件的FTa63-35钽粉自愈统计报表

由同批钽粉不同赋能形成液的两个自愈报表结果对比，很明显第二组的形成条件优于第一组，本发明可用于优选电解电容的形成工艺。

Claims (4)

1.一种统计电解电容赋能过程自愈的方法，包括如下步骤：设定采样时间Δt、采样个数n、恒流过程的时间下限T₁、恒流过程的时间上限T₂ 、恒压过程的时间下限T₃、恒压过程的时间上限T₄，其中T₂＞T₁＞Δt，T₄＞T₃＞Δt；

设置最大电压U_max的初始值、最小电流I_min的初始值和时间参数T_i的初始值，其中U_max的初始值小于U₀，I_min的初始值大于I₀，T_i的初始值≤T₁-Δt；其中U₀为恒流过程开始经过T₁-Δt时间达到的电压值，I₀为恒压过程开始经过T₃-Δt时间达到的电流值；

赋能过程开始，通过恒流过程和恒压过程判断电解电容是否为自愈状态；对上述步骤中所有判断为自愈状态的T_i进行统计；

所述通过恒流过程判断是否为自愈状态包括如下步骤：

（1）每采样时间Δt内采集n个电压值，并计算其算术平均值                                               

；

（2）将平均值

与最大电压U_max比较大小，当

＞U_max时，用

的值替代U_max的值，即令U_max=，如此往复；每一次U_max被更新，时间T_i清零并重新计时；

（3）将最大电压U_max被更新时的时间参数T_i与时间下限T₁和时间上限T₂比较大小，若T₁＜T_i＜T₂，判断电解电容为自愈状态；

所述通过恒压过程判断是否为自愈状态包括如下步骤：

（1）每采样时间Δt内采集n个电流值，并计算其算术平均值

； 

（2）将平均值

与最小电流I_min比较大小，若

＜I_min时，用的值替代I_min的值，即令I_min=，如此往复；每一次I_min被更新，时间T_i清零并重新计时；

（3）将最小电流I_min被更新时的时间参数T_i与时间下限T₃和时间上限T₄比较大小，若T₃＜T_i＜T₄，判断电解电容为自愈状态。

2.根据权利要求1所述的统计电解电容赋能过程自愈的方法，其特征在于所述采集的方式为，采样时间Δt内每隔相等的时间间隔采集n个电压值或电流值。

3.根据权利要求1所述的统计电解电容赋能过程自愈的方法，其特征在于设置最大电压U_max的初始值为0、最小电流I_min的初始值为恒流过程的电流值、时间参数T_i的初始值为0。

4.根据权利要求1所述的统计电解电容赋能过程自愈的方法，其特征在于所述统计的方式为，在（T_min，T_max）区域内设置一个以上时间区间，分别统计判断为自愈状态的T_i出现在不同时间区间内的频次及频率；所述T_min≤T₁且T_min≤T₃，T_max≥T₂且T_max≥T₄。

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