CN111413564B - 一种超级电容器失效预警方法、系统以及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超级电容器失效预警方法、系统及设备，包括：确定超级电容器的失效判定变量χ₁～χ_N以及相对应的临界判定值ω₁₀～ω_N0，确定失效判定变量的标定值χ₁₀～χ_N0；以一定的时间间隔获取超级电容器当前的失效判定变量χ_1T～χ_NT相对于标定值χ₁₀～χ_N0的比值ω₁～ω_N，根据ω₁～ω_N与ω₁₀～ω_N0的大小的比较，确定超级电容器的失效状态并进行预警，本发明通过选取了多个失效判定参数，使得判断结果更加客观有效，并且，本发明通过对各失效判定变量进行标定，并以此作为判断的基准值，避免了仅采用出厂值作为基准值带来的偏差；而在判断超级电容器是否失效时，本实施例用实测值/标定值的百分比值作为失效判据进行判断，进一步减小了测量方法和测量过程带来的误差，使得检测结果更加准确。

Description

一种超级电容器失效预警方法、系统以及设备

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，尤其涉及一种超级电容器失效预警方法、系统以及设备。

背景技术

近年来，储能在新能源、电力辅助服务和用户侧等领域的应用迎来了快速增长。伴随着我国电力市场改革和储能技术的快速发展，广东、山西等许多地区已陆续出台了关于储能参与辅助服务市场的指导意见以及实施细则。超级电容器，是一种利用在电极和电解液界面上发生的物理或化学作用来实现电荷可逆快速存储的功率型储能器件，具有输出功率高、响应速度快、使用寿命长、免维护等优异特性，能够实现兆瓦级功率补偿，在调频辅助服务、后备电源、电压暂降治理等领域有着广泛应用前景。

无论作为后备电源还是功率补偿应用，可靠性是超级电容器实现大规模应用的先决条件，因此对其进行健康状态和使用寿命的在线监控显得尤为重要。而目前超级电容储能系统大多在设计时参照了锂离子电池储能系统，通常只是对其端电压、充放电电流以及温度等基本参数进行监控，仅能反应出当前的能量状态及温度状态，而很少对其表征超级电容寿命的容量和内阻进行监控，不能准确、全面地反映超级电容健康状态。这样会导致超级电容系统在临近其寿命期运行时存在整套系统无法正常工作的风险。

目前对于超级电容器的失效判据基本上依赖于非在线的测试方法，而且未给出明确的失效判据。例如标准《GB/T 34870.1-2017》在6.4.2.9部分要求超级电容器需满足：“双电层电容器模组10000次恒电流循环后容量保持率不低于90％，内阻小于初始值的1.5倍；混合型电容器模组5000次恒电流循环后容量保持率不低于80％，内阻小于初始值的2倍”；标准《DL/T 1652-2016》在4.8.1部分则要求超级电容器满足“容量变化率不超过30％，内阻值不应大于标称值的3倍”。而实际应用的超级电容器储能系统往往不会按照标准中的工况运行，并且不适合拆卸之后进行测试，很难适用于现行的超级电容器在线监测系统。

综上所述，现有技术中的超级电容器在线监测系统，存在着不能准确、有效评估超级电容器是否失效的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种超级电容器失效预警方法、系统以及设备，用于解决现有技术中的超级电容器在线监测系统，存在着不能准确、有效评估超级电容器是否失效的技术问题。

本发明提供的一种超级电容器失效预警方法，包括以下步骤：

S1：确定超级电容器的失效判定变量χ₁～χ_N以及与失效判定变量χ₁～χ_N相对应的临界判定值ω₁₀～ω_N0；

S2：对失效判定变量χ₁～χ_N的进行初始标定，得到失效判定变量的标定值χ₁₀～χ_N0；

S3：以时间间隔T1检测超级电容器当前的失效判定变量χ_1T1～χ_NT1，计算当前的失效判定变量χ_1T1～χ_NT1相对于标定值χ₁₀～χ_N0的比值ω_1T1～ω_NT1；

S4：判断ω_1T1～ω_NT1是否大于相对应的临界判定值ω₁₀～ω_N0；若否，重复执行S3，若是，执行步骤S5；

S5：若ω_1T1～ω_NT1全部超过对应的临界判定值ω₁₀～ω_N0，则判定超级电容器失效，发出二级失效预警，对超级电容器进行更换；若ω_1T1～ω_NT1中ω_iT1超过相对应的临界判定值ω_i0，则执行S6，其中，1≤i≤N；

S6：以时间间隔T2检测超级电容器当前的失效判定变量χ_1T2～χ_NT2，计算当前的失效判定变量χ_1T2～χ_NT2相对于标定值χ₁₀～χ_N0的比值ω_1T2～ω_NT2；判断ω_1T2～ω_NT2中的ω_iT2是否超过相对应的临界判定值ω_i0，若ω_iT2连续两次超过相对应的临界判定值ω_i0，则判定ω_iT2对应的失效判定变量χ_iT2达到寿命终结，发出一级失效预警；

S7：获取超级电容器的历史数据，对历史数据进行分析，根据分析结果判断超级电容器是否完全失效；若未完全失效，则执行步骤S6。

优选的，失效判定变量χ₁～χ_N从超级电容器的静电容量C、充电能量E_c、放电能量E_d、等效直流内阻ESR、充电功率P_c、放电功率P_d、最高工作电压U_max、最低工作电压U_min以及能量效率η中进行选取。

优选的，临界判定值ω₁₀～ω_N0为失效判定变量χ₁～χ_N的失效临界值相对于标定值的比值。

优选的，χ₁₀～χ_N0为超级电容器的生产厂家提供的出厂数值，或为超级电容器安装调试完毕后的初次测试值。

优选的，静电容量C对应的临界判定值为70％～90％、充电能量E_c对应的临界判定值为70％～90％、放电能量E_d对应的临界判定值为70％～90％、等效直流内阻ESR对应的临界判定值为1.5～3、充电功率P_c对应的临界判定值为70％～90％、放电功率P_d对应的临界判定值为70％～90％、最高工作电压U_max对应的临界判定值为70％～90％、最低工作电压U_min对应的临界判定值为1.1～1.3、能量效率η对应的临界判定值为70％～90％。

优选的，若超级电容器的运行时长为2年以内，则T1的取值范围为小于30天，若超级电容器的运行时长超过两年，则T1的取值范围为小于15天。

优选的，T2的取值范围为小于24小时。

优选的，对历史数据进行分析，判断超级电容器是否完全失效的具体过程如下：

通过分析超级电容器除ω_iT2以外的其他失效判定变量以及超级电容器的电压、电流和温度的数值，若其他失效判定变量相对于标定值的比值不超过80％且电压、电流和温度数值正常，则认为超级电容器未完全失效，重复执行S6。

一种超级电容器失效预警系统，，包括判定变量确认模块、标定值计算模块、失效判定变量计算模块、比较模块、二级失效预警模块、一级失效预警模块以及超级电容器分析模块；

所述判定变量确认模块用于确定超级电容器的失效判定变量χ₁～χ_N以及与失效判定变量χ₁～χ_N相对应的临界判定值ω₁₀～ω_N0；

所述标定值计算模块用于对失效判定变量χ₁～χ_N的进行初始标定，得到失效判定变量的标定值χ₁₀～χ_N0；

所述失效判定变量计算模块用于以时间间隔T1检测超级电容器当前的失效判定变量χ_1T1～χ_NT1，计算当前的失效判定变量χ_1T1～χ_NT1相对于标定值χ₁₀～χ_N0的比值ω_1T1～ω_NT1；

所述比较模块用于判断ω_1T1～ω_NT1是否大于临界判定值ω₁₀～ω_N0；若ω_1T1～ω_NT1全部超过对应的临界判定值ω₁₀～ω_N0，则启动二级失效预警模块；若ω_1T1～ω_NT1中ω_iT1超过相对应的临界判定值ω_i0，则启动一级失效预警模块，其中，1≤i≤N；

所述二级失效预警模块用于发出二级失效预警，提示对超级电容器进行更换；

所述一级失效预警模块用于以时间间隔T2检测超级电容器当前的失效判定变量χ_1T2～χ_NT2，计算当前的失效判定变量χ_1T2～χ_NT2相对于标定值χ₁₀～χ_N0的比值ω_1T2～ω_NT2；判断ω_1T2～ω_NT2中的ω_iT2是否超过相对应的临界判定值ω_i0，若ω_iT2连续两次超过相对应的临界判定值ω_i0，则判定ω_iT2对应的失效判定变量χ_iT2达到寿命终结，发出一级失效预警；

所述超级电容器分析模块用于获取超级电容器的历史数据，对历史数据进行分析，根据分析结果判断超级电容器是否完全失效。

一种超级电容器失效预警设备，包括处理器以及存储器；

所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行上述的一种超级电容器失效预警方法。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明实施例选取了多个失效判定参数，而不是仅仅通过对某一项参数的失效来对超级电容器的失效状态进行评判，更加客观有效，并且，本发明实施例通过对各失效判定变量进行标定，并以此作为判断的基准值，避免了仅采用出厂值作为基准值带来的偏差；而在判断超级电容器是否失效时，本实施例用实测值/标定值的百分比值作为失效判据进行判断，而且采用连续3次超出范围作为失效判据，进一步减小了测量方法和测量过程带来的误差，使得检测结果更加准确，解决了现有技术中的超级电容器在线监测系统不能准确、有效评估超级电容器是否失效的技术问题。

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它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种超级电容器失效预警方法、系统以及设备的方法流程图。

图2为本发明实施例提供的一种超级电容器失效预警方法、系统以及设备的系统结构图。

图3为本发明实施例提供的一种超级电容器失效预警方法、系统以及设备的设备框架图。

图4为本发明实施例提供的一种超级电容器失效预警方法、系统以及设备的测试对象为A时的超级电容器的静电容量C和等效直流内阻R_D曲线图。

图5为本发明实施例提供的一种超级电容器失效预警方法、系统以及设备的测试对象为B时的超级电容器的静电容量C和等效直流内阻R_D的曲线图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种超级电容器失效预警方法、系统以及设备，用于解决现有技术中的超级电容器在线监测系统，存在着不能准确、有效评估超级电容器是否失效的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种超级电容器失效预警方法、系统以及设备的方法流程图。

本发明提供的一种超级电容器失效预警方法，包括以下步骤：

S1：确定超级电容器的失效判定变量χ₁～χ_N以及与失效判定变量χ₁～χ_N相对应的临界判定值ω₁₀～ω_N0；

S2：对失效判定变量χ₁～χ_N的进行初始标定，得到失效判定变量的标定值χ₁₀～χ_N0；χ₁₀～χ_N0可为超级电容器的生产厂家提供的出厂数值，或为超级电容器安装调试完毕后的初次测试值；

S3：以时间间隔T1检测超级电容器当前的失效判定变量χ_1T1～χ_NT1，变量χ_1T1～χ_NT1的测试可参照“GB/T 34870.1-2017超级电容器第1部分总则”所列的测试方法进行测试，计算当前的失效判定变量χ_1T1～χ_NT1相对于标定值χ₁₀～χ_N0的比值ω_1T1～ω_NT1；

S4：判断ω_1T1～ω_NT1是否大于相对应的临界判定值ω₁₀～ω_N0；若否，重复执行S3，若是，执行步骤S5；

S5：若ω_1T1～ω_NT1全部超过对应的临界判定值ω₁₀～ω_N0，则判定超级电容器失效，发出二级失效预警，运维人员对超级电容器进行更换；若ω_1T1～ω_NT1中ω_iT1超过相对应的临界判定值ω_i0，则执行S6，其中，1≤i≤N；

S6：以时间间隔T2检测超级电容器当前的失效判定变量χ_1T2～χ_NT2，计算当前的失效判定变量χ_1T2～χ_NT2相对于标定值χ₁₀～χ_N0的比值ω_1T2～ω_NT2；判断ω_1T2～ω_NT2中的ω_iT2是否超过相对应的临界判定值ω_i0，若ω_iT2连续两次超过相对应的临界判定值ω_i0，则判定ω_iT2对应的失效判定变量χ_iT2达到寿命终结，发出一级失效预警。提醒运维人员对超级电容器进行维修，避免超级电容器完全失效导致更加严重的后果；

S7：获取超级电容器的历史数据，对历史数据进行分析，根据分析结果判断超级电容器是否完全失效；若未完全失效，则执行步骤S6；在发出一级失效预警的情况下进一步对超级电容器进行失效检测，确认超级电容器的失效情况，保证电力储能系统的稳定性。

作为一个优选的实施例，失效判定变量χ₁～χ_N从超级电容器的静电容量C、充电能量E_c、放电能量E_d、等效直流内阻ESR、充电功率P_c、放电功率P_d、最高工作电压U_max、最低工作电压U_min以及能量效率η中进行选取。通过选取多个失效判定参数，而不是仅仅通过对某一项参数的失效来对超级电容器健康状态进行评判，更加客观和有效。

作为一个优选的实施例，临界判定值ω₁₀～ω_N0为失效判定变量χ₁～χ_N的失效临界值相对于标定值的比值。通过采用超级电容器系统调试时对各失效判定变量进行标定，以此作为判断的基准值，避免了仅采用出厂值作为基准值带来的偏差，提高准确性。

作为一个优选的实施例，静电容量C对应的临界判定值为70％～90％、充电能量E_c对应的临界判定值为70％～90％、放电能量E_d对应的临界判定值为70％～90％、等效直流内阻ESR对应的临界判定值为1.5～3、充电功率P_c对应的临界判定值为70％～90％、放电功率P_d对应的临界判定值为70％～90％、最高工作电压U_max对应的临界判定值为70％～90％、最低工作电压U_min对应的临界判定值为1.1～1.3、能量效率η对应的临界判定值为70％～90％。

作为一个优选的实施例，若超级电容器的运行时长为2年以内，则T1的取值范围为小于30天，若超级电容器的运行时长超过两年，则T1的取值范围为小于15天，根据超级电容器的运行时长从而设定不同的检测间隔，从而考虑到了由于超级电容器的使用时间越长会使得老化加速，从而减少了超级电容器出现损坏却过长时间不知情的情况，提高了检测的准确性。

作为一个优选的实施例，T2的取值范围为小于24小时。若检测出超级电容器的一个失效判定变量超出了正常运行的范围，则缩短检测的检测，从而快速判断超级变压器是否失效，以便快速对超级变压器进行检测，避免故障时间过长，影响电力储能系统的稳定性。

作为一个优选的实施例，对历史数据进行分析，判断超级电容器是否完全失效的具体过程如下：

通过分析超级电容器除ω_iT2以外的其他失效判定变量以及超级电容器的电压、电流和温度的数值，若其他失效判定变量相对于标定值的比值不超过80％且电压、电流和温度数值正常，则认为超级电容器未完全失效，重复执行S6。

若其他失效判定变量的还是处于正常的范围内，则判定超级变压器还未完全失效，不必完全对超级电容器进行更换。

如图2所示，一种超级电容器失效预警系统，包括判定变量确认模块201、标定值计算模块202、失效判定变量计算模块203、比较模块204、二级失效预警模块205、一级失效预警模块206以及超级电容器分析模块207；

所述判定变量确认模块201用于确定超级电容器的失效判定变量χ₁～χ_N以及与失效判定变量χ₁～χ_N相对应的临界判定值ω₁₀～ω_N0；

所述标定值计算模块202用于对失效判定变量χ₁～χ_N的进行初始标定，得到失效判定变量的标定值χ₁₀～χ_N0；

所述失效判定变量计算模块203用于以时间间隔T1检测超级电容器当前的失效判定变量χ_1T1～χ_NT1，计算当前的失效判定变量χ_1T1～χ_NT1相对于标定值χ₁₀～χ_N0的比值ω_1T1～ω_NT1；

所述比较模块204用于判断ω_1T1～ω_NT1是否大于临界判定值ω₁₀～ω_N0；若ω_1T1～ω_NT1全部超过对应的临界判定值ω₁₀～ω_N0，则启动二级失效预警模块；若ω_1T1～ω_NT1中ω_iT1超过相对应的临界判定值ω_i0，则启动一级失效预警模块，其中，1≤i≤N；

所述二级失效预警模块205用于发出二级失效预警，提示对超级电容器进行更换；

所述一级失效预警模块206用于以时间间隔T2检测超级电容器当前的失效判定变量χ_1T2～χ_NT2，计算当前的失效判定变量χ_1T2～χ_NT2相对于标定值χ₁₀～χ_N0的比值ω_1T2～ω_NT2；判断ω_1T2～ω_NT2中的ω_iT2是否超过相对应的临界判定值ω_i0，若ω_iT2连续两次超过相对应的临界判定值ω_i0，则判定ω_iT2对应的失效判定变量χ_iT2达到寿命终结，发出一级失效预警；

所述超级电容器分析模块207用于获取超级电容器的历史数据，对历史数据进行分析，根据分析结果判断超级电容器是否完全失效。

如图3所示，一种超级电容器失效预警设备30，所述设备包括处理器300以及存储器301；

所述存储器301用于存储程序代码302，并将所述程序代码302传输给所述处理器；

所述处理器300用于根据所述程序代码302中的指令执行上述的一种超级电容器失效预警方法实施例中的步骤。

示例性的，所述计算机程序302可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器301中，并由所述处理器300执行，以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序302在所述终端设备30中的执行过程。

所述终端设备30可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器300、存储器301。本领域技术人员可以理解，图3仅仅是终端设备30的示例，并不构成对终端设备30的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器300可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器301可以是所述终端设备30的内部存储单元，例如终端设备30的硬盘或内存。所述存储器301也可以是所述终端设备30的外部存储设备，例如所述终端设备30上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器301还可以既包括所述终端设备30的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器301用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器301还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

实施例2

在本实施例中，通过选取不同的测试对象来验证本实施例提出的一种超级电容器失效预警方法。具体过程如下：

测试对象A：厂家标称容量为3000F双电层超级电容器单体组成的48V/165F超级电容器模组，采用高温加速老化测试模拟其失效过程；此测试过程中超级电容器的静电容量C和等效直流内阻R_D的曲线图如图4所示。

测试步骤如下：

(1)选取超级电容器的静电容量C和等效直流内阻R_D作为超级电容器模组的失效判定变量，各变量的失效临界判定值为：静电容量降至初始静电容量的80％；内阻增大至初始内阻值的2倍；

(2)对超级电容器模组进行失效判定变量C和R_D的初始标定，选取首次测量值作为标定值，C₀＝168.24F，R_D0＝0.411mΩ。

(3)超级电容器以90A的充放电电流进行恒电流充放电，充放电区间为24～48V，环境温度为45℃，每隔168h对超级电容器模组进行失效判定变量C和R_D的测试，记录其当前的实际测量值，计算各失效变量相对于标定值的比值。

(4)若C和R_D没有超过失效临界判定值，则继续步骤(3)；

(5)测试至第31周时，内阻值R_D首次超出失效临界判定值，后续每隔24h对超级电容器系统进行其内阻值的测试，并做好记录；

(6)从32周开始，内阻值R_D连续3次均超过失效临界判定值0.822mΩ，内阻值达到超级电容器模组寿命终结判据，发出一级失效预警；

(7)对发出一级失效预警的超级电容器模块历史数据进行分析，发现其容量保持率接近失效判据80％，但并未超出，电压、温度、外观等其它变量未出现异常状况，超级电容器尚未完全失效，继续步骤(5)；

(8)从第34周开始，若C和R_D均超出临界判定值，判定超级电容器模组失效，发出二级失效预警，超级电容器模组寿命终结。

测试对象B：厂家标称容量为10000F混合型超级电容器单体组成的20V/2000F超级电容器模组，采用高温加速老化测试模拟其失效过程；此测试过程中超级电容器的静电容量C和等效直流内阻R_D的曲线图如图5所示。

测试步骤如下：

(1)选取超级电容器的额定放电能量E_rd和等效直流内阻R_D作为超级电容器模组的失效判定变量，各变量的失效临界判定值为：放电能量降至额定放电能量的80％；内阻增大至初始内阻值的2倍；

(2)对超级电容器模组进行失效判定变量E_rd和R_D的初始标定，选取首次测量值作为标定值，E_rd0＝155.13Wh，R_D0＝0.564mΩ。

(3)超级电容器模组以800W的充放电功率进行恒功率充放电，充放电区间为12.5～20V，环境温度为40℃，每隔168h对超级电容器模组进行失效判定变量E_rd和R_D的测试，记录其当前的实际测量值，计算各失效变量相对于标定值的比值。

(4)若E_rd和R_D没有超过失效临界判定值，则继续步骤(3)；

(5)测试至第37周时，放电能量首次超出失效临界判定值，后续每隔24h对超级电容器系统进行其放电能量值的测试，并做好记录；

(6)从37周开始，放电能量连续3次均超过失效临界判定值，达到超级电容器模组寿命终结判据，发出一级失效预警；

(7)对发出一级失效预警的超级电容器模块历史数据进行分析，发现其内阻值接近失效判据但并未超出，电容器发生胀气异常状况，判定超级电容器模组失效，发出二级失效预警，超级电容器模组寿命终结。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相对应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种超级电容器失效预警方法，其特征在于，包括以下：

S1：确定超级电容器的失效判定变量χ₁～χ_N以及与失效判定变量χ₁～χ_N相对应的临界判定值ω₁₀～ω_N0；

S2：对失效判定变量χ₁～χ_N的进行初始标定，得到失效判定变量的标定值χ₁₀～χ_N0；

S3：以时间间隔T1检测超级电容器当前的失效判定变量χ_1T1～χ_NT1，计算当前的失效判定变量χ_1T1～χ_NT1相对于标定值χ₁₀～χ_N0的比值ω_1T1～ω_NT1；

S4：判断ω_1T1～ω_NT1是否大于相对应的临界判定值ω₁₀～ω_N0；若否，重复执行S3，若是，执行S5；

S5：若ω_1T1～ω_NT1全部超过对应的临界判定值ω₁₀～ω_N0，则判定超级电容器失效，发出二级失效预警，对超级电容器进行更换；若ω_1T1～ω_NT1中的ω_iT1超过相对应的临界判定值ω_i0，则执行S6，其中，1≤i≤N；

S6：以时间间隔T2检测超级电容器当前的失效判定变量χ_1T2～χ_NT2，计算当前的失效判定变量χ_1T2～χ_NT2相对于标定值χ₁₀～χ_N0的比值ω_1T2～ω_NT2；判断ω_1T2～ω_NT2中的ω_iT2是否超过相对应的临界判定值ω_i0，若ω_iT2连续两次超过相对应的临界判定值ω_i0，则判定ω_iT2对应的失效判定变量χ_iT2达到寿命终结，发出一级失效预警；

S7：获取超级电容器的历史数据，对历史数据进行分析，根据分析结果判断超级电容器是否完全失效；若未完全失效，则执行S6；

其中，ω_iT2为在时间间隔T2中的第i个失效判定变量与其对应标定值的比值。

2.根据权利要求1所述的一种超级电容器失效预警方法，其特征在于，失效判定变量χ₁～χ_N从超级电容器的静电容量C、充电能量E_c、放电能量E_d、等效直流内阻ESR、充电功率P_c、放电功率P_d、最高工作电压U_max、最低工作电压U_min以及能量效率η中进行选取。

3.根据权利要求2所述的一种超级电容器失效预警方法，其特征在于，临界判定值ω₁₀～ω_N0为失效判定变量χ₁～χ_N的失效临界值相对于对应失效判定变量χ₁～χ_N的标定值的比值。

4.根据权利要求3所述的一种超级电容器失效预警方法，其特征在于，χ₁₀～χ_N0为超级电容器的生产厂家提供的出厂数值，或为超级电容器安装调试完毕后的初次测试值。

5.根据权利要求4所述的一种超级电容器失效预警方法，其特征在于，静电容量C对应的临界判定值为70％～90％、充电能量E_c对应的临界判定值为70％～90％、放电能量E_d对应的临界判定值为70％～90％、等效直流内阻ESR对应的临界判定值为1.5～3、充电功率P_c对应的临界判定值为70％～90％、放电功率P_d对应的临界判定值为70％～90％、最高工作电压U_max对应的临界判定值为70％～90％、最低工作电压U_min对应的临界判定值为1.1～1.3、能量效率η对应的临界判定值为70％～90％。

6.根据权利要求5所述的一种超级电容器失效预警方法，其特征在于，若超级电容器的运行时长为2年以内，则T1的取值范围为小于30天，若超级电容器的运行时长超过两年，则T1的取值范围为小于15天。

7.根据权利要求6所述的一种超级电容器失效预警方法，其特征在于，T2的取值范围为小于24小时。

8.根据权利要求7所述的一种超级电容器失效预警方法，其特征在于，对历史数据进行分析，判断超级电容器是否完全失效的具体过程如下：

通过分析超级电容器除ω_iT2以外的其他失效判定变量以及超级电容器的电压、电流和温度的数值，若其他失效判定变量相对于标定值的比值不超过80％且电压、电流和温度数值正常，则认为超级电容器未完全失效，重复执行S6。

9.一种超级电容器失效预警系统，其特征在于，包括判定变量确认模块、标定值计算模块、失效判定变量计算模块、比较模块、二级失效预警模块、一级失效预警模块以及超级电容器分析模块；

所述判定变量确认模块用于确定超级电容器的失效判定变量χ₁～χ_N以及与失效判定变量χ₁～χ_N相对应的临界判定值ω₁₀～ω_N0；

所述标定值计算模块用于对失效判定变量χ₁～χ_N的进行初始标定，得到失效判定变量的标定值χ₁₀～χ_N0；

所述失效判定变量计算模块用于以时间间隔T1检测超级电容器当前的失效判定变量χ_1T1～χ_NT1，计算当前的失效判定变量χ_1T1～χ_NT1相对于标定值χ₁₀～χ_N0的比值ω_1T1～ω_NT1；

所述比较模块用于判断ω_1T1～ω_NT1是否大于临界判定值ω₁₀～ω_N0；若ω_1T1～ω_NT1全部超过对应的临界判定值ω₁₀～ω_N0，则启动二级失效预警模块；若ω_1T1～ω_NT1中ω_iT1超过相对应的临界判定值ω_i0，则启动一级失效预警模块，其中，1≤i≤N；

所述二级失效预警模块用于发出二级失效预警，提示对超级电容器进行更换；

所述一级失效预警模块用于以时间间隔T2检测超级电容器当前的失效判定变量χ_1T2～χ_NT2，计算当前的失效判定变量χ_1T2～χ_NT2相对于标定值χ₁₀～χ_N0的比值ω_1T2～ω_NT2；判断判断ω_1T2～ω_NT2中的ω_iT2是否超过相对应的临界判定值ω_i0，若ω_iT2连续两次超过相对应的临界判定值ω_i0，则判定ω_iT2对应的失效判定变量χ_iT2达到寿命终结，发出一级失效预警；

所述超级电容器分析模块用于获取超级电容器的历史数据，对历史数据进行分析，根据分析结果判断超级电容器是否完全失效；

其中，ω_iT2为在时间间隔T2中的第i个失效判定变量与其对应标定值的比值。

10.一种超级电容器失效预警设备，其特征在于，包括处理器以及存储器；

所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1-8中任意一项所述的一种超级电容器失效预警方法。

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