CN111208370B - 一种电容器老化测试全自动试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电容器老化测试全自动试验装置，本发明先侦测电容器的各种参数及使用时间，再根据公式来将电容器的使用时间进行换算，以对应电容器的使用寿命，当所述使用寿命值减去所述等效时间值小于或等于0时表示电容器已老化，这时所述处理器会控制老化报警单元工作，以提醒相关人员、使用者提前对所述电容器进行更换、维修等工作，以避免电容器在工作途中因老化而损毁，造成其他机械、或是相关人员生命、财产上的危害。

Description

一种电容器老化测试全自动试验装置

技术领域

本发明涉及电容器测试技术领域，特别涉及电容器老化测试全自动试验装置。

背景技术

超级电容,又可称为电化学电容器(Electrochemical Capacitor)、法拉电容、或电双层电容器(Electric Doule Layer Capacitor,EDLC),是一种介于电解质电容器和电化学蓄电池之间的新型储能组件。传统电容器由电极和电介质构成,电极间的电介质在电场作用下产生极化效应而储存电能。但是超级电容器不存在电介质,主要是依靠电解质与电极接触界面上形成的特有双电层结构(Electric Double Layers)储存能量,其容量远大于传统电容器。

由于超级电容的储存电能大，所以常用于机车、大型动力设备作为电力来源。然而，这些大型动力设备或机车在工作时更加需要注意安全，一个不注意往往造成财产或生命上的安全，这使得超级电容的老化侦测变得相当重要，当超级电容老化时，可提前进行维修、更换，来避免不幸的事情发生。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种电容器老化测试全自动试验装置，用于提早检测出老化的电容器。

本发明的技术方案如下：

一种电容器老化测试全自动试验装置，其特征在于，包括：输入单元、温度侦测器、处理器、电压侦测器、定时器所述输入单元可供输入标准工作电压值、标准工作温度值及使用寿命值至所述处理器；所述温度侦测器设于电容器外侧，所述温度侦测器可供将测得温度值传送至所述处理器；所述电压侦测器设于所述电容器输出端，所述电压侦测器可供将测得电压值传送至所述处理器；所述定时器可供侦测所述电容器之工作时间，而传送工作时间值至所述处理器；所述处理器根据所述温度值、所述电压值、所述工作时间值、所述工作电压值及所述工作温度值，根据公式：

进行运算，其中t_eq为等效时间值、t为所述时间值、v为所述电压值、T为所述温度值、v₀为标准工作电压值、T₀为标准工作温度值；所述处理器将所述使用寿命值减去所述等效时间值得到剩余寿命值，当所述剩余寿命值小于或等于0时，则所述处理器判断所述电容器已老化并控制老化报警单元工作。

与现有技术相比，本发明根据公式来将电容器的使用时间进行换算，以对应电容器的使用寿命，当所述使用寿命值减去所述等效时间值小于或等于0时表示电容器已老化，这时所述处理器会控制老化报警单元工作，以提醒相关人员、使用者提前对所述电容器进行更换、维修等工作，以避免电容器在工作途中因老化而损毁，造成其他机械、或是相关人员生命、财产上的危害。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的各组件连接方块示意图

图2为本发明其他实施例的各组件连接方块示意图

图中数字表示：

1 输入单元 2 处理器

3 温度侦测器 4 电压侦测器

5 定时器 6 老化报警器

7A 信号发射器 7B 第一差动放大器

7C 第二差动放大器 7D 第一比较器

7E 第二比较器 8 电容器

8A 第一电容器 8B 第二电容器

81 第一电力电子开关 82 第二电力电子开关

9 显示器

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1

请看图1，本发明包括输入单元1、处理器2、温度侦测器3、电压侦测器4、定时器5、老化报警单元6。

所述输入单元1可供输入标准工作电压值、标准工作温度值及使用寿命值至所述处理器2，而所述标准工作电压值、标准工作温度值及使用寿命值则是根据侦测的电容器的参数进行输入，所以每次所检测的电容器，所述输入单元1所输入的标准工作电压值、标准工作温度值及使用寿命值不一定完全相同。

所述温度侦测器3设于电容器外侧，所述温度侦测器3可供将测得温度值传送至所述处理器2。

所述电压侦测器4设于所述电容器输出端，所述电压侦测器4可供将测得电压值传送至所述处理器2。

所述定时器5可供侦测所述电容器之工作时间，而传送工作时间值至所述处理器2。

所述处理器2根据所述温度值、所述电压值、所述工作时间值、所述工作电压值及所述工作温度值，根据公式：

进行运算，其中t_eq为等效时间值、t为所述时间值、v为所述电压值、T为所述温度值、v₀为标准工作电压值、T₀为标准工作温度值；所述处理器2将所述使用寿命值减去所述等效时间值得到剩余寿命值，当所述剩余寿命值小于或等于0时，则所述处理器2判断所述电容器已老化并控制所述老化报警单元6工作。

本发明主要建立电容器的老化模型，将所述电容器的工作时间进行转换，得到所述等效时间值用以对应所述电容器的工作寿命值，如此一来，所述处理器2可以利用所述等效时间值来判断所述电容器是否已达老化期限，一旦判断所述电容器已到达老化期限，启动所述老化报警单元6工作，以提醒相关人员或操作人员注意须提前对电容器进行维修或更换，如此一来可避免大型机械、机车等物品在工作途中电容器因老化而损毁所造成种种问题。

实施例2：

相较于实施例1，实施例2是在电容器于停止状态时检测是否老化，其实施方式主要包括：信号发射器7A、第一差动放大器7B、第二差动放大器7C、第一比较器7D、第二比较器7E。

所述信号发射器7A发射测试信号至所述电容器；所述第一差动放大器7B及所述第二差动放大器7C分别电信号连接所述电容器，所述第一差动放大器7B用以撷取所述电容器的弦波电压，所述第一比较器7D将所述弦波电压转换成方波电压后传送至所述处理器2；所述第二差动放大器7C用以撷取所述电容器的弦波电流，所述第二比较器7E将所述弦波电流转换成方波电流后传送至所述处理器2；所述处理器2根据所述方波电流及方波电压运算出相位差、电压波峰值、电压波谷值、电流波峰值、电流波谷值，接着，所述处理器2再根据所述电压波峰值、所述电压波谷值、所述电流波峰值、所述电流波谷值，根据公式

运算出阻抗值，其中Z为阻抗值、v₁为所述电压波峰值、v₂为所述电压波谷值、I₁为所述电流波峰值、I₂为所述电流波谷值，然后根据所述阻抗值、所述相位差，根据公式Z∠θ＝ESR-jX_c运算出等效串联阻抗值，其中∠θ为相位差，X_c为电容器的容抗值，ESR为所述等效串联阻抗值；当所述等效串联阻抗值超过默认值时，则所述处理器2判断所述电容器已老化，并控制所述老化报警单元6工作。

本实施例主要是根据电容器老化时，其等效串联阻抗值会远高出一般值，也因此，本实施例利用此种特性，来检测所述电容器的所述等效串联阻抗值是否超出标准，一旦所述等效串联阻抗值超过所述默认值时，即可判断所述电容器已老化，这时所述处理器2同样的启动所述老化报警单元6工作，以提醒相关工作人员、操作人员须注意并提早对所述电容器进行维修、更换。

实施例3：

请看图2及图1，当所述电容器8包括第一电容器8A及一第二电容器8B，且所述第一电容器8A与所述第二电容器8B相互并联，当其中一个电容器老化时，本发明提供一种应对方式，可将已老化的电容器进行隔离，其实施方式为：各电容器8A、8B在并联之路径分别设有对应所述第一电容器8A的第一电力电子开关81，及对应所述第二电容器8B的第二电力电子开关82；当所述处理器2判断所述第一电容器8A已老化时，则控制所述第一电力电子开关81形成开路，当所述处理器2判断所述第二电容器8B已老化时，则控制所述第二电力电子开关82形成开路。如此一来便可形成对已老化的电容器进行隔离的目的。其中各电力电子开关可以是继电器、BJT、MOSFET等。

实施例4：

请看图2，本发明除了前面所说的老化侦测外，也可利用前述侦测的过程中所测得的参数值来了解目前所述电容器的电容量，其实施方式为：所述处理器2根据所述容抗值及公式

运算出各电容器的电容量，其中C为电容量，再将所述电容量传送至显示器9显示。

实施例5：

请看图2，承接实施例4所测得电容量的结果，当所述各电容器8A、8B处于充电状态时，所述处理器2根据各电容器8A、8B之电容量，分别控制所述第一电力电子开关81及所述第二电力电子开关82的启闭时间，以令各电容器8A、8B同时充满电力。

实施例6：

请看图2，利用前述所测得的温度值，当温度过高时可透过电力电子开关81、82的启闭，来对所述电容器8A、8B进行隔离，以避免温度过高的电容器对大型机械、机车等造成影响，其实施方式为：当所述第一电容器8A所测得的温度值超过默认值时，则所述处理器2控制所述第一电力电子开关81形成开路；当所述第二电容器8B所测得的温度值超过默认值时，则所述处理器2控制所述第二电力电子开关82形成开路。

实施例7：

请看图1及图2，利用实施例4所测得的电容量，当所述电容量低于电容量默认值时，则所述处理器2控制电容量报警器0工作，已提醒相关人员或操作人员须立即进行充电。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种电容器老化测试全自动试验装置，其特征在于，包括：输入单元、温度侦测器、处理器、电压侦测器、定时器；所述输入单元可供输入标准工作电压值、标准工作温度值及使用寿命值至所述处理器；所述温度侦测器设于电容器外侧，所述温度侦测器可供将测得的温度值传送至所述处理器；所述电压侦测器设于所述电容器输出端，所述电压侦测器可供将测得的电压值传送至所述处理器；所述定时器可供侦测所述电容器之工作时间，而传送工作时间值至所述处理器；所述处理器根据测得的所述温度值、测得的所述电压值、所述工作时间值、所述标准工作电压值及所述标准工作温度值，根据公式：

进行运算，其中t_eq为等效时间值、t为所述时间值、v为测得的所述电压值、T为测得的所述温度值、v₀为所述标准工作电压值、T₀为所述标准工作温度值；所述处理器将所述使用寿命值减去所述等效时间值得到剩余寿命值，当所述剩余寿命值小于或等于0时，则所述处理器判断所述电容器已老化并控制老化报警单元工作；

在所述电容器于停止状态时检测所述电容器是否老化，信号发射器发射测试信号至所述电容器；第一差动放大器及第二差动放大器分别电信号连接所述电容器，所述第一差动放大器用以撷取所述电容器的弦波电压，第一比较器将所述弦波电压转换成方波电压后传送至所述处理器；所述第二差动放大器用以撷取所述电容器的弦波电流，第二比较器将所述弦波电流转换成方波电流后传送至所述处理器；所述处理器根据所述方波电流及方波电压运算出相位差、电压波峰值、电压波谷值、电流波峰值、电流波谷值，接着，所述处理器再根据所述电压波峰值、所述电压波谷值、所述电流波峰值、所述电流波谷值，根据公式

运算出阻抗值，其中Z为阻抗值、v₁为所述电压波峰值、v₂为所述电压波谷值、I₁为所述电流波峰值、I₂为所述电流波谷值，然后根据所述阻抗值、所述相位差，根据公式Z∠θ＝ESR-jX_c运算出等效串联阻抗值，其中∠θ为相位差，X_c为电容器的容抗值，ESR为所述等效串联阻抗值；当所述等效串联阻抗值超过默认值时，则所述处理器判断所述电容器已老化，并控制所述老化报警单元工作。

2.根据权利要求1所述的电容器老化测试全自动试验装置，其特征在于，所述电容器包括第一电容器及第二电容器，所述第一电容器与所述第二电容器相互并联，各电容器在并联之路径分别设有对应所述第一电容器的第一电力电子开关，及对应所述第二电容器的第二电力电子开关；当所述处理器判断所述第一电容器已老化时，则控制所述第一电力电子开关形成开路，当所述处理器判断所述第二电容器已老化时，则控制所述第二电力电子开关形成开路。

3.根据权利要求2所述的电容器老化测试全自动试验装置，其特征在于，所述处理器根据所述容抗值及公式

运算出各电容器的电容量，其中C为电容量，f为频率，再将所述电容量传送至显示器显示。

4.根据权利要求3所述的电容器老化测试全自动试验装置，其特征在于，当所述各电容器处于充电状态时，所述处理器根据各电容器之电容量，分别控制所述第一电力电子开关及所述第二电力电子开关的启闭时间，以令各电容器同时充满电力。

5.根据权利要求4所述的电容器老化测试全自动试验装置，其特征在于，当所述第一电容器所测得的所述温度值超过默认值时，则所述处理器控制所述第一电力电子开关形成开路；当所述第二电容器所测得的所述温度值超过默认值时，则所述处理器控制所述第二电力电子开关形成开路。

6.根据权利要求5所述的电容器老化测试全自动试验装置，其特征在于，当所述电容量低于电容量默认值时，则所述处理器控制电容量报警器工作。

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