CN112287514B - 超级电容剩余寿命预测方法、装置、介质和设备 - Google Patents

超级电容剩余寿命预测方法、装置、介质和设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了超级电容剩余寿命预测方法、装置、介质和设备，该方法首先针对于同样品牌规格的多个超级电容，获取初始等效串联电阻；针对于划分成两组超级电容，进行恒流充放电循环试验过程后，获取每个超级电容的试验寿命；分别计算两组超级电容的平均寿命，计算出该品牌规格超级电容的电流加速度系数、额定RMS电流值；针对于所要预测寿命的超级电容，实时采集其工作电压、环境温度和电流，分时间段计算超级电容的工作电压最大稳态值、环境温度平均值和RMS电流值，计算超级电容自开始使用到当前时刻的寿命损耗，最终结合该超级电容初始寿命，计算超级电容当前时刻的剩余寿命值。本发明有效提高了超级电容剩余寿命预测的准确度。

Description

超级电容剩余寿命预测方法、装置、介质和设备
技术领域
本发明涉及超级电容技术领域，特别涉及一种超级电容剩余寿命预测方法、装置、介质和设备。
背景技术
超级电容器，也被称为超级电容器和双电层电容器(EDLCs)，通过提供比传统静电电容器和电解电容器更高的能量密度和比电池和燃料电池更高的功率密度，填补了能源存储技术的空白，被广泛应用于交通运输、电力、工业机械、消费电子等多个领域。
超级电容在使用过程中，随着时间的推移，其电荷存储性能会降低。超级电容在各类应用中多用于备用电源、能量回收等用途，一旦寿命终止，可能会导致整个应用系统无法工作。因此迫切需要对超级电容进行寿命预测以实现故障预警和预防性维护，降低整个应用系统的故障发生率。
公开号为CN110824361的中国发明专利申请，公开了一种风电机种风电机组超级电容剩余寿命计算方法，该方法首先根据容量曲线斜率、当前容量百分比、内阻曲线斜率及当前内阻百分比得到超级电容的第一剩余寿命；然后获取风电机组变桨系统内的当前温度和超级电容的最大限定电压，通过当前温度和最大限定电压得到超级电容的第二剩余寿命；最后利用第一剩余寿命和第二剩余寿命得到超级电容的当前剩余寿命；这种超级电容寿命剩余计算方法整体通过反映超级电容本质的容量和内阻及对超级电容的容量和内阻产生影响的温度和电压来实现对超级电容当前剩余寿命的计算，以便于根据计算出的当前剩余寿命实现对超级电容的预维护，从而便于提高超级电容和风电机组运行的可靠性；这种方法以超级电容工作的环境温度和最大限定电压为影响因素计算多个时间段的寿命损耗。但实际上，由于超级电容的工作条件的变化以及自身的退化特性，其工作时的电流(有效值)是变化的，且电流有效值(RMS)的大小也会对超级电容的寿命损耗产生影响。因此，仅考虑环境温度和最大限定电压对超级电容寿命损耗的影响，得到的剩余寿命计算结果是不够准确的。同时，该方法中的第一剩余寿命是由容量百分比、内阻百分比以及曲线斜率计算得到，但在超级电容实际工作环境下，其充放电曲线大多是复杂的，导致容量百分比、内阻百分比及曲线斜率等较难准确获得，因此其第一剩余寿命乃至剩余寿命计算精确度较难保证。
法国的Paul Kreczanik等人提出了一种综合电压、温度和RMS电流的超级电容寿命评估方法。作者在研究、验证了RMS电流对超级电容的寿命加速退化影响后，提出增加RMS电流，与电压和温度共同评估超级电容寿命，如下列公式1所示，可实现更高的寿命评估精度。
上述方法可以作为超级电容的寿命评估方法，即在预先明确超级电容工作条件(电压、温度和RMS电流)的情况下，可评估超级电容在该工作条件下的寿命。但是，该方法仅适用于工作条件恒定情况下的超级电容寿命评估(相当于产品出厂前或使用前根据预期的恒定工作条件预估的初始寿命)，得到的是静态的没有考虑实际工作条件剖面的评估结果。而超级电容在实际使用时，其工作条件经常是不断变化的，需要根据实际工作条件剖面实时预测其剩余寿命，而该方法没有提供相关方案。
发明内容
本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种超级电容剩余寿命预测方法，该方法综合了影响超级电容寿命损耗的工作电压、环境温度和RMS电流三个因素，更完整地考虑了实际工作条件，因此超级电容寿命损耗计算更加准确。
本发明的第二目的在于提供一种超级电容剩余寿命预测装置。
本发明的第三目的在于提供一种存储介质。
本发明的第四目的在于提供一种计算设备。
本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种超级电容剩余寿命预测方法，所述方法包括：
针对于所要预测寿命的超级电容同样品牌规格的多个超级电容，获取各超级电容的初始等效串联电阻；
针对于上述同样品牌规格的超级电容所划分成的两组超级电容，在两组超级电容分别设置不同的充放电电流进行恒流充放电循环试验过程后，获取每个超级电容的试验寿命；
根据两组超级电容中每个超级电容的试验寿命，分别计算两组超级电容的平均寿命，根据每组超级电容的平均寿命计算出该品牌规格超级电容的电流加速度系数，同时计算额定RMS电流值；
针对于实际工作状态下所要预测寿命的超级电容，从其开始使用时刻起，实时采集其工作电压、环境温度和电流；
根据实时采集到的所要预测寿命的超级电容的工作电压、环境温度和电流，分时间段计算超级电容的工作电压最大稳态值、环境温度平均值和RMS电流值；
根据所要预测寿命的超级电容每个时间段的工作电压最大稳态值、环境温度平均值和RMS电流值，计算所要预测寿命的超级电容自开始使用到当前时刻的寿命损耗；
根据所要预测寿命的超级电容自开始使用到当前时刻的寿命损耗，结合该超级电容初始寿命，计算该超级电容当前时刻的剩余寿命值。
优选的，超级电容恒流充放电过程中，初始等效串联电阻的计算过程如下：
针对于所要预测寿命的超级电容同样品牌规格的各超级电容，分别放置到T1℃环境下进行恒流充放电测试；其中恒流充放电测试过程中，充放电电流和工作电压均取额定值，超级电容充电完成后的恒压时间为t1分钟；T1为常量；
采集各超级电容恒流充放电测试过程中充放电电压电流曲线，对放电曲线做反向延长线，取反向延长线上在恒压最后时刻的点对应的电压值将恒压值减去电压值/>得到电压差值/>并且计算各超级电容i的初始等效串联电阻：
其中，ESRi0为超级电容i的初始等效串联电阻，Ir为额定放电电流，2N为同样品牌规格的超级电容总数量。
优选的，超级电容的试验寿命计算过程如下：
S21、针对于所要预测寿命的超级电容同样品牌规格的两组超级电容，均放入T2℃温箱进行恒流充放电循环试验，工作电压均设置为额定值Vr，充电完成后的恒压时间为t2分钟，并且第一组超级电容中各超级电容的充放电电流设置为Ir，第二组超级电容中各超级电容i的充放电电流设置为f*Ir，f为常量；T2为常量；
S22、针对于各超级电容，每G个小时内采集一次充放电电压电流曲线，G为常量；
S23、针对于每次采集到的各超级电容的充放电电压电流曲线，对放电曲线做反向延长线，取反向延长线上在恒压最后时刻的点对应的电压值将恒压值减去电压值/>得到电压差值/>并且计算各超级电容的等效串联电阻：
其中，ESRij为第j次采集超级电容i的充放电电压电流曲线时，针对超级电容i计算得到的等效串联电阻；其中，Ii为超级电容i在进行恒流充放电循环试验的充放电电流，i＝1,2,3,...,N为第一组中的各超级电容，当i＝1,2,3,...,N时，Ii＝Ir；i＝N+1,N+2,N+3,...,2N为第二组中的各超级电容，当i＝1,2,3,...,N时，Ii＝f*Ir，j为常量；
S24、针对于各超级电容在当前次采集到的充放电电压电流曲线下，计算得到的等效串联电阻，判定是否大于该超级电容的两倍初始等效串联电阻；
若否，则返回步骤S22；
若是，则终止超级电容的恒流充放电循环试验，且计算超级电容的试验寿命：
其中Li为超级电容i的试验寿命，表示超级电容i的充放电电流曲线采样的总次数；
步骤S25、当获取到两组超级电容中各个超级电容的试验寿命时，恒流充放电循环试验终止。
更进一步的，两组超级电容中第一组超级电容的平均寿命为：
两组超级电容中第二组超级电容的平均寿命为：
Lave1为第一组超级电容的平均寿命，Lave2为第一组超级电容的平均寿命,Li为超级电容i的试验寿命，i＝1,2,3,...,N为第一组中的各超级电容，i＝N+1,N+2,N+3,...,2N为第二组中的各超级电容；
根据两组超级电容的平均寿命，计算出所要预测寿命的超级电容的对应品牌规格超级电容的电流加速度系数C为：
C＝(Lave1-Lave2)/(1-f)*Ir；
针对于所要预测寿命的超级电容的对应品牌规格超级电容的RMS电流值计算过程如下：
计算第一组超级电容中各超级电容每次采样充放电电流曲线的RMS电流值，即计算均方根值，记为IrRMSij，表示第一组超级电容中超级电容i第j次采样充放电电流曲线的RMS电流值；
计算第一组超级电容中各超级电容的RMS电流值的平均值，记为IrRMSi：
其中IrRMSi表示第一组超级电容中超级电容i的RMS电流值的平均值，表示超级电容i的充放电电流曲线采样的总次数；
计算第一组超级电容中所有超级电容的RMS电流值的平均值IrRMS，作为所要预测寿命的超级电容的对应品牌规格超级电容的额定RMS电流值，其中：
优选的，针对于实际工作状态下所要预测寿命的超级电容，分时间段计算超级电容的工作电压最大稳态值和RMS电流值，具体为：
将各时间段内超过p倍的额定工作电压即超过p*V0的部分取平均值后，得到各时间段内的超级电容的工作电压最大稳态值，p为常量；
将各时间段内的电流计算均方根后，得到各时间段内的超级电容的RMS电流值。
优选的，根据所要预测寿命的超级电容每个时间段的工作电压最大稳态值、环境温度平均值和RMS电流值，计算所要预测寿命的超级电容自开始使用到当前时刻t的寿命损耗Lloss为：
其中：
Vx为所要预测寿命的超级电容在第x个时间段内的工作电压最大稳态值；
Ix为所要预测寿命的超级电容在第x个时间段内的RMS电流值；
Tx为所要预测寿命的超级电容在第x个时间段内的环境温度平均值；
Δt表示各时间段的时间长度；表示/>取整，t为当前时刻；
A表示超级电容对应于一定电压差额V'的加速度系数；
B表示超级电容对于一定温度差额T'的加速度系数；
C表示超级电容对于一定电流差额I'的加速度系数，对应为所要预测寿命的超级电容的对应品牌规格超级电容的电流加速度系数；
Vr为额定电压，Tr为一般环境温度；
IrRMS为所要预测寿命的超级电容的对应品牌规格超级电容的额定RMS电流值；
计算超级电容当前时刻的剩余寿命值Lremain为：
Lremain＝L0-Lloss；
其中L0为供应商给出的超级电容初始寿命。
优选的，A为2，B为2，电压差额V'为0.1V，温度差额T'为10℃，电流差额I'为1A。
本发明的第二目的通过下述技术方案实现：一种超级电容剩余寿命预测装置，包括：
第一获取模块，用于针对所要预测寿命的超级电容同样品牌规格的两组超级电容，获取各超级电容在T1℃环境下恒流充放电测试中所计算出的初始等效串联电阻，T1为常量；
第二获取模块，用于针对于两组超级电容，在两组超级电容均放入T2℃温箱，且两组超级电容分别设置不同的充放电电流进行恒流充放电循环试验过程后，获取每个超级电容的试验寿命，T2为常量；
第一计算模块，用于根据两组超级电容中每个超级电容的试验寿命分别计算两组超级电容的平均寿命；用于并且计算出该品牌规格超级电容的电流加速度系数，同时计算额定RMS电流值；
采集模块，用于针对于实际工作状态下所要预测寿命的超级电容，从其开始使用时刻起，实时采集其工作电压、环境温度和电流；
第二计算模块，用于根据实时采集到的所要预测寿命的超级电容的工作电压、环境温度和电流，分时间段计算超级电容的工作电压最大稳态值、环境温度平均值和RMS电流值；
寿命损耗计算模块，用于根据所要预测寿命的超级电容每个时间段的工作电压最大稳态值、环境温度平均值和RMS电流值，计算所要预测寿命的超级电容自开始使用到当前时刻的寿命损耗；
剩余寿命值计算模块，用于根据所要预测寿命的超级电容自开始使用到当前时刻的寿命损耗，结合该超级电容初始寿命，计算该超级电容当前时刻的剩余寿命值。
本发明的第三目的通过下述技术方案实现：一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现本发明第一目的所述的超级电容剩余寿命预测方法。
本发明的第四目的通过下述技术方案实现：一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现本发明第一目的所述的超级电容剩余寿命预测方法。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明一种超级电容剩余寿命预测方法，该方法首先针对于所要预测寿命的超级电容同样品牌规格的多个超级电容，获取初始等效串联电阻；然后针对于划分成两组超级电容，进行恒流充放电循环试验过程后，获取每个超级电容的试验寿命；分别计算两组超级电容的平均寿命，计算出该品牌规格超级电容的电流加速度系数，同时计算额定RMS电流值；接着，针对于所要预测寿命的超级电容，实时采集其工作电压、环境温度和电流，分时间段计算超级电容的工作电压最大稳态值、环境温度平均值和RMS电流值，从而计算所要预测寿命的超级电容自开始使用到当前时刻的寿命损耗，最终结合该超级电容初始寿命，计算该超级电容当前时刻的剩余寿命值。由上述可见，本发明方法采用工作电压、环境温度和RMS电流作为超级电容寿命损耗影响因素，通过计算超级电容自开始使用以来各个时间段在对应工作条件(工作电压、环境温度和RMS电流)下的寿命损耗，然后结合供应商给出的产品寿命数据，实时预测超级电容在实际工作条件下的剩余寿命。该方法综合了影响超级电容寿命损耗的工作电压、环境温度和RMS电流三个因素，更完整地考虑了实际工作条件，因此寿命损耗计算更加准确。
(2)本发明超级电容剩余寿命预测方法中，在计算超级电容剩余寿命时，在超级电容的初始寿命上采用供应商数据，而非通过实际工作条件下的在线充放电测试获取初始寿命针对超级电容预测的剩余寿命也更加准确。
附图说明
图1是超级电容的RC等效电路模型图。
图2是本发明方法的流程图。
图3是超级电容恒流充放电的电压曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例公开了一种超级电容剩余寿命预测方法，其中超级电容RC等效电路模型如图1所示，该模型由一个理想电容器Csc和一个表示超级电容中所有非理想现象的串联电阻Rseries组成。对于所有超级电容，其在使用过程中都会不断老化，表现为电容减小，串联电阻增大。其中，电容的降低是由于有机电解质的降解阻碍了电极的多孔性，电阻的增加则归因于多孔电极结构、固体电解质界面(SEI)层的形成以及电解质的导电性导致分布电阻的增加。当电容减小30％或串联电阻增大一倍时，超级电容寿命终止。超级电容的老化速率与工作电压、环境温度、RMS电流等均有关系。通常，工作电压每增大0.2V或环境温度每升高10℃，超级电容老化速率便增大一倍。RMS电流增大对老化速率的影响程度与超级电容的具体规格有关，需要通过试验方式确定。如图2中所示，本实施例超级电容剩余寿命预测方法的具体步骤包括：
S1、针对于所要预测寿命的超级电容同样品牌规格的多个超级电容，获取各超级电容在T1℃环境下恒流充放电测试中所计算出的初始等效串联电阻，T1为常量。
本实施例中，超级电容恒流充放电过程中，初始等效串联电阻的计算过程如下：
S11、取所要预测寿命的超级电容同样品牌规格的超级电容2N个，N可以取大于2的自然数；针对于上述获取的各超级电容，分别放置到T1℃环境下进行恒流充放电测试，T1可取20～30；其中恒流充放电测试过程中，充放电电流和工作电压均取额定值，超级电容充电完成后的恒压时间为t1分钟，t1可以选取为30～40，即超级电容充电完成后的恒压时间可以控制为30～40分钟，如图3中所示。
S12、采集各超级电容恒流充放电测试过程中充放电电压电流曲线，对放电曲线l做反向延长线，取反向延长线上在恒压最后时刻的点O对应的电压值将恒压值减去电压值/>得到电压差值/>如图3中，并且计算各超级电容i的初始等效串联电阻：
其中，ESRi0为超级电容i的初始等效串联电阻，Ir为额定放电电流。为超级电容i的放电曲线l做反向延长线时，反向延长线上在恒压最后时刻的点O对应的电压值；如本实施例中，当t1取30分钟时，反向延长线上在恒压最后时刻的点O指的是反向延长线上，对应恒压第30分钟上的点，如图3中所示。
S2、将上述所取的与所要预测寿命的超级电容同样品牌规格的2N个超级电容，划分为两组，其中第1到N个超级电容为第一组，第N+1到第N个超级电容为第二组。针对于上述两组超级电容，在两组超级电容均放入T2℃温箱，且两组超级电容分别设置不同的充放电电流进行恒流充放电循环试验过程后，获取每个超级电容的试验寿命，T2为常量。
在本实施例中，上述T2可以取50～60，即可以将两组超级电容均放入50～60℃温箱；针对于第一组超级电容在恒流充放电循环试验过程中，充放电电流可以设置为Ir，第二组超级电容中各超级电容i的充放电电流设置为f*Ir。
本实施例中，超级电容的试验寿命计算过程具体如下：
S21、针对于所要预测寿命的超级电容同样品牌规格的两组超级电容，均放入T2℃温箱进行恒流充放电循环试验，工作电压均设置为额定值Vr，充电完成后的恒压时间为t2分钟，并且第一组超级电容中各超级电容的充放电电流设置为Ir，第二组超级电容中各超级电容i的充放电电流设置为f*Ir。
在本实施例中，t2可以设置为30～40分钟，优选为30分钟。
在本实施例中f可以取0.7～0.9。
S22、针对于各超级电容，每G个小时内采集一次充放电电压电流曲线；在本实施例中G可以选取为3～8，优选为5。
S23、针对于每次采集到的各超级电容的充放电电压电流曲线，对放电曲线做反向延长线，取反向延长线上在恒压最后时刻的点对应的电压值将恒压值减去电压值/>得到电压差值/>并且计算各超级电容的等效串联电阻：
其中，ESRij为第j次采集超级电容i的充放电电压电流曲线时，针对超级电容i计算得到的等效串联电阻；其中，Ii为超级电容i在进行恒流充放电循环试验的充放电电流，i＝1,2,3,...,N为第一组中的各超级电容，当i＝1,2,3,...,N时，Ii＝Ir；i＝N+1,N+2,N+3,...,2N为第二组中的各超级电容，当i＝1,2,3,...,N时，Ii＝f*Ir，j为常量；
S24、针对于各超级电容在当前次采集到的充放电电压电流曲线下，计算得到的等效串联电阻，判定是否大于该超级电容i的两倍初始等效串联电阻；例如针对于超级电容i，判定等效串联电阻ESRij是否大于2ESRi0；
若否，即ESRij≤2ESRi0，则返回步骤S22；
若是，即ESRij＞2ESRi0，则终止超级电容i的恒流充放电循环试验，且计算超级电容i的试验寿命Li：
其中Li为超级电容i的试验寿命，表示超级电容i的充放电电流曲线采样的总次数。
步骤S25、当获取到两组超级电容中各个超级电容的试验寿命时，恒流充放电循环试验终止。
S3、根据两组超级电容中每个超级电容的试验寿命分别计算两组超级电容的平均寿命，计算出该品牌规格超级电容的电流加速度系数，同时计算额定RMS电流值。
在本实施例中，本步骤计算的两组超级电容中第一组超级电容的平均寿命为：
两组超级电容中第二组超级电容的平均寿命为：
Lave1为第一组超级电容的平均寿命，Lave2为第一组超级电容的平均寿命,Li为超级电容i的试验寿命，i＝1,2,3,...,N为第一组中的各超级电容，i＝N+1,N+2,N+3,...,2N为第二组中的各超级电容；
在本实施例中，本步骤根据两组超级电容的平均寿命，计算出所要预测寿命的超级电容的对应品牌规格超级电容的电流加速度系数C为：
C＝(Lave1-Lave2)/(1-f)*Ir；
在本实施例中，本步骤针对于所要预测寿命的超级电容的对应品牌规格超级电容的RMS电流值计算过程如下：
S31、计算第一组超级电容中各超级电容每次采样充放电电流曲线的RMS电流值，即计算均方根值，记为IrRMSij，表示第一组超级电容中超级电容i第j次采样充放电电流曲线的RMS电流值；
S32、计算第一组超级电容中各超级电容的RMS电流值的平均值，记为IrRMSi：
其中IrRMSi表示第一组超级电容中超级电容i的RMS电流值的平均值，表示超级电容i的充放电电流曲线采样的总次数；
S33、计算第一组超级电容中所有超级电容的RMS电流值的平均值IrRMS，作为所要预测寿命的超级电容的对应品牌规格超级电容的额定RMS电流值，其中：
S4、针对于实际工作状态下所要预测寿命的超级电容，从其开始使用时刻起，在线实时采集其工作电压、环境温度和电流。
S5、根据实时采集到的所要预测寿命的超级电容的工作电压、环境温度和电流，分时间段计算超级电容的工作电压最大稳态值、环境温度平均值和RMS电流值。
本实施例中，针对于实际工作状态下所要预测寿命的超级电容，分时间段计算超级电容的工作电压最大稳态值和RMS电流值，具体为：
将各时间段内超过p倍的额定工作电压，即超过p*V0的部分取平均值后，得到各时间段内的超级电容的工作电压最大稳态值；p为常量，在本实施例中p可以取0.8～0.9。
将各时间段内的电流计算均方根后，得到各时间段内的超级电容的RMS电流值。
S6、根据所要预测寿命的超级电容每个时间段的工作电压最大稳态值、环境温度平均值和RMS电流值，计算所要预测寿命的超级电容自开始使用到当前时刻t的寿命损耗Lloss，具体为：
其中：
Vx为所要预测寿命的超级电容在第x个时间段内的工作电压最大稳态值；
Ix为所要预测寿命的超级电容在第x个时间段内的RMS电流值；
Tx为所要预测寿命的超级电容在第x个时间段内的环境温度平均值；
Δt表示各时间段的时间长度；表示/>取整，t为当前时刻；在本实施例中，可以取Δt≥10分钟。
A表示超级电容对应于一定电压差额V'的加速度系数；在本实施例中，通常A＝2，V'＝0.1V。
B表示超级电容对于一定温度差额T'的加速度系数；在本实施例中，通常B＝2，T'＝10℃。
C表示超级电容对于一定电流差额I'的加速度系数，对应为所要预测寿命的超级电容的对应品牌规格超级电容的电流加速度系数。本实施例中，通常I'＝1A。C通过步骤S3计算得到。
Vr为额定电压，Tr为一般环境温度，通常Tr＝25℃。
IrRMS为所要预测寿命的超级电容的对应品牌规格超级电容的额定RMS电流值，由步骤S33中计算得到。
S7、根据所要预测寿命的超级电容自开始使用到当前时刻的寿命损耗，结合该超级电容初始寿命，计算该超级电容当前时刻的剩余寿命值Lremain：
Lremain＝L0-Lloss；
其中L0为供应商给出的超级电容初始寿命。
本实施例中，超级电容在出厂或使用开始时具有一个初始寿命L0，通过由供应商在批量产品试验后给出，相对比较准确。当超级电容开始使用时，其工作条件(工作电压、环境温度和RMS电流)不断变化，因此在不同时间阶段的老化速率(或寿命损耗速率)不同。本实施例方法对超级电容自开始使用以来的工作条件，包括工作电压、环境温度和RMS电流进行在线监测，并将使用时间细分为一定数量的片段，分别计算超级电容在每个时间片段的对应工作条件下的老化加速系数和寿命损耗，然后不断累加，得到超级电容从开始使用到当前时刻的寿命损耗总额，最后与初始寿命相减，得到超级电容当前时刻的剩余寿命。本实施例方法通过工作条件(工作电压、环境温度和RMS电流)在线监测与计算，可以实时预测超级电容的剩余寿命。
本领域技术人员可以理解，实现本实施例方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于计算机可读存储介质中。应当注意，尽管在附图中以特定顺序描述了本实施例1的方法操作，但是这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。相反，描绘的步骤可以改变执行顺序，有些步骤也可以同时执行。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
实施例2
本实施例公开了一种超级电容剩余寿命预测装置，包括第一获取模块、第二获取模块、第一计算模块、采集模块、第二计算那么快、寿命损耗计算模块和剩余寿命值计算模块，各个模块的具体功能如下：
第一获取模块，用于针对所要预测寿命的超级电容同样品牌规格的两组超级电容，获取各超级电容在T1℃环境下恒流充放电测试中所计算出的初始等效串联电阻，T1为常量。
第二获取模块，用于针对于两组超级电容，在两组超级电容均放入T2℃温箱，且两组超级电容分别设置不同的充放电电流进行恒流充放电循环试验过程后，获取每个超级电容的试验寿命，T2为常量；
第一计算模块，用于根据两组超级电容中每个超级电容的试验寿命分别计算两组超级电容的平均寿命；用于并且计算出该品牌规格超级电容的电流加速度系数，同时计算额定RMS电流值；
采集模块，用于针对于实际工作状态下所要预测寿命的超级电容，从其开始使用时刻起，实时采集其工作电压、环境温度和电流；
第二计算模块，用于根据实时采集到的所要预测寿命的超级电容的工作电压、环境温度和电流，分时间段计算超级电容的工作电压最大稳态值、环境温度平均值和RMS电流值；
寿命损耗计算模块，用于根据所要预测寿命的超级电容每个时间段的工作电压最大稳态值、环境温度平均值和RMS电流值，计算所要预测寿命的超级电容自开始使用到当前时刻的寿命损耗；
剩余寿命值计算模块，用于根据所要预测寿命的超级电容自开始使用到当前时刻的寿命损耗，结合该超级电容初始寿命，计算该超级电容当前时刻的剩余寿命值。
本实施例上述各个模块的具体实现可以参见上述实施例1，在此不再一一赘述。需要说明的是，本实施例提供的装置仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。可以理解，本实施例平台中所使用的术语“第一”、“第二”等可用于描述各种单元，但这些单元不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个单元与另一个单元区分。举例来说，在不脱离本发明的范围的情况下，可以将第一获取模块称为第二获取模块，且类似地，可将第二获取模块称为第一获取模块。
实施例3
本实施例公开了一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现实施例1所述的超级电容剩余寿命预测方法，如下：
针对于所要预测寿命的超级电容同样品牌规格的多个超级电容，获取各超级电容在T1℃环境下恒流充放电测试中所计算出的初始等效串联电阻，T1为常量；
针对于上述同样品牌规格的超级电容所划分成的两组超级电容，在两组超级电容均放入T2℃温箱，且两组超级电容分别设置不同的充放电电流进行恒流充放电循环试验过程后，获取每个超级电容的试验寿命，T2为常量；
根据两组超级电容中每个超级电容的试验寿命分别计算两组超级电容的平均寿命，计算出该品牌规格超级电容的电流加速度系数，同时计算额定RMS电流值；
针对于实际工作状态下所要预测寿命的超级电容，从其开始使用时刻起，实时采集其工作电压、环境温度和电流；
根据实时采集到的所要预测寿命的超级电容的工作电压、环境温度和电流，分时间段计算超级电容的工作电压最大稳态值、环境温度平均值和RMS电流值；
根据所要预测寿命的超级电容每个时间段的工作电压最大稳态值、环境温度平均值和RMS电流值，计算所要预测寿命的超级电容自开始使用到当前时刻的寿命损耗；
根据所要预测寿命的超级电容自开始使用到当前时刻的寿命损耗，结合该超级电容初始寿命，计算该超级电容当前时刻的剩余寿命值。
在本实施例中，存储介质可以是磁盘、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、U盘、移动硬盘等介质。
实施例4
本实施例公开了一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现实施例1所述的超级电容剩余寿命预测方法，如下：
针对于所要预测寿命的超级电容同样品牌规格的多个超级电容，获取各超级电容在T1℃环境下恒流充放电测试中所计算出的初始等效串联电阻，T1为常量；
针对于上述同样品牌规格的超级电容所划分成的两组超级电容，在两组超级电容均放入T2℃温箱，且两组超级电容分别设置不同的充放电电流进行恒流充放电循环试验过程后，获取每个超级电容的试验寿命，T2为常量；
根据两组超级电容中每个超级电容的试验寿命分别计算两组超级电容的平均寿命，计算出该品牌规格超级电容的电流加速度系数，同时计算额定RMS电流值；
针对于实际工作状态下所要预测寿命的超级电容，从其开始使用时刻起，实时采集其工作电压、环境温度和电流；
根据实时采集到的所要预测寿命的超级电容的工作电压、环境温度和电流，分时间段计算超级电容的工作电压最大稳态值、环境温度平均值和RMS电流值；
根据所要预测寿命的超级电容每个时间段的工作电压最大稳态值、环境温度平均值和RMS电流值，计算所要预测寿命的超级电容自开始使用到当前时刻的寿命损耗；
根据所要预测寿命的超级电容自开始使用到当前时刻的寿命损耗，结合该超级电容初始寿命，计算该超级电容当前时刻的剩余寿命值。
本实施例中，计算设备可以是台式电脑、笔记本电脑、智能手机、PDA手持终端、平板电脑等终端设备。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种超级电容剩余寿命预测方法，其特征在于，所述方法包括：
针对于所要预测寿命的超级电容同样品牌规格的多个超级电容，获取各超级电容的初始等效串联电阻；
针对于上述同样品牌规格的超级电容所划分成的两组超级电容，在两组超级电容分别设置不同的充放电电流进行恒流充放电循环试验过程后，获取每个超级电容的试验寿命；
根据两组超级电容中每个超级电容的试验寿命，分别计算两组超级电容的平均寿命，根据每组超级电容的平均寿命计算出该品牌规格超级电容的电流加速度系数，同时计算额定RMS电流值；
针对于实际工作状态下所要预测寿命的超级电容，从其开始使用时刻起，实时采集其工作电压、环境温度和电流；
根据实时采集到的所要预测寿命的超级电容的工作电压、环境温度和电流，分时间段计算超级电容的工作电压最大稳态值、环境温度平均值和RMS电流值，具体为：
将各时间段内超过p倍的额定工作电压即超过p*V0的部分取平均值后，得到各时间段内的超级电容的工作电压最大稳态值，p为常量；
将各时间段内的电流计算均方根后，得到各时间段内的超级电容的RMS电流值；
根据所要预测寿命的超级电容每个时间段的工作电压最大稳态值、环境温度平均值和RMS电流值，计算所要预测寿命的超级电容自开始使用到当前时刻t的寿命损耗Lloss，具体为：
其中：
Vx为所要预测寿命的超级电容在第x个时间段内的工作电压最大稳态值；
Ix为所要预测寿命的超级电容在第x个时间段内的RMS电流值；
Tx为所要预测寿命的超级电容在第x个时间段内的环境温度平均值；
Δt表示各时间段的时间长度；表示/>取整，t为当前时刻；
A表示超级电容对应于一定电压差额V'的加速度系数；
B表示超级电容对于一定温度差额T'的加速度系数；
C表示超级电容对于一定电流差额I'的加速度系数，对应为所要预测寿命的超级电容的对应品牌规格超级电容的电流加速度系数；
Vr为额定电压，Tr为一般环境温度；
IrRMS为所要预测寿命的超级电容的对应品牌规格超级电容的额定RMS电流值；
计算超级电容当前时刻的剩余寿命值Lremain为：
Lremain＝L0-Lloss；
其中L0为供应商给出的超级电容初始寿命；
根据所要预测寿命的超级电容自开始使用到当前时刻的寿命损耗，结合该超级电容初始寿命，计算该超级电容当前时刻的剩余寿命值。
2.根据权利要求1所述的超级电容剩余寿命预测方法，其特征在于，超级电容恒流充放电过程中，初始等效串联电阻的计算过程如下：
针对于所要预测寿命的超级电容同样品牌规格的各超级电容，分别放置到T1℃环境下进行恒流充放电测试；其中恒流充放电测试过程中，充放电电流和工作电压均取额定值，超级电容充电完成后的恒压时间为t1分钟；T1为常量；
采集各超级电容恒流充放电测试过程中充放电电压电流曲线，对放电曲线做反向延长线，取反向延长线上在恒压最后时刻的点对应的电压值将恒压值减去电压值/>得到电压差值/>并且计算各超级电容i的初始等效串联电阻：
其中，ESRi0为超级电容i的初始等效串联电阻，Ir为额定放电电流，2N为同样品牌规格的超级电容总数量。
3.根据权利要求1所述的超级电容剩余寿命预测方法，其特征在于，超级电容的试验寿命计算过程如下：
S21、针对于所要预测寿命的超级电容同样品牌规格的两组超级电容，均放入T2℃温箱进行恒流充放电循环试验，工作电压均设置为额定值Vr，充电完成后的恒压时间为t2分钟，并且第一组超级电容中各超级电容的充放电电流设置为Ir，第二组超级电容中各超级电容i的充放电电流设置为f*Ir，f为常量；T2为常量；
S22、针对于各超级电容，每G个小时内采集一次充放电电压电流曲线，G为常量；
S23、针对于每次采集到的各超级电容的充放电电压电流曲线，对放电曲线做反向延长线，取反向延长线上在恒压最后时刻的点对应的电压值将恒压值减去电压值/>得到电压差值/>并且计算各超级电容的等效串联电阻：
其中，ESRij为第j次采集超级电容i的充放电电压电流曲线时，针对超级电容i计算得到的等效串联电阻；其中，Ii为超级电容i在进行恒流充放电循环试验的充放电电流，i＝1,2,3,...,N为第一组中的各超级电容，当i＝1,2,3,...,N时，Ii＝Ir；i＝N+1,N+2,N+3,...,2N为第二组中的各超级电容，当i＝1,2,3,...,N时，Ii＝f*Ir，j为常量；
S24、针对于各超级电容在当前次采集到的充放电电压电流曲线下，计算得到的等效串联电阻，判定是否大于该超级电容的两倍初始等效串联电阻；
若否，则返回步骤S22；
若是，则终止超级电容的恒流充放电循环试验，且计算超级电容的试验寿命：
其中Li为超级电容i的试验寿命，表示超级电容i的充放电电流曲线采样的总次数；
步骤S25、当获取到两组超级电容中各个超级电容的试验寿命时，恒流充放电循环试验终止。
4.根据权利要求3所述的超级电容剩余寿命预测方法，其特征在于，两组超级电容中第一组超级电容的平均寿命为：
两组超级电容中第二组超级电容的平均寿命为：
Lave1为第一组超级电容的平均寿命，Lave2为第一组超级电容的平均寿命,Li为超级电容i的试验寿命，i＝1,2,3,...,N为第一组中的各超级电容，i＝N+1,N+2,N+3,...,2N为第二组中的各超级电容；
根据两组超级电容的平均寿命，计算出所要预测寿命的超级电容的对应品牌规格超级电容的电流加速度系数C为：
C＝(Lave1-Lave2)/(1-f)*Ir；
针对于所要预测寿命的超级电容的对应品牌规格超级电容的RMS电流值计算过程如下：
计算第一组超级电容中各超级电容每次采样充放电电流曲线的RMS电流值，即计算均方根值，记为IrRMSij，表示第一组超级电容中超级电容i第j次采样充放电电流曲线的RMS电流值；
计算第一组超级电容中各超级电容的RMS电流值的平均值，记为IrRMSi：
其中IrRMSi表示第一组超级电容中超级电容i的RMS电流值的平均值，表示超级电容i的充放电电流曲线采样的总次数；
计算第一组超级电容中所有超级电容的RMS电流值的平均值IrRMS，作为所要预测寿命的超级电容的对应品牌规格超级电容的额定RMS电流值，其中：
5.根据权利要求1所述的超级电容剩余寿命预测方法，其特征在于，A为2，B为2，电压差额V'为0.1V，温度差额T'为10℃，电流差额I'为1A。
6.一种超级电容剩余寿命预测装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于针对所要预测寿命的超级电容同样品牌规格的两组超级电容，获取各超级电容在T1℃环境下恒流充放电测试中所计算出的初始等效串联电阻，T1为常量；
第二获取模块，用于针对于两组超级电容，在两组超级电容均放入T2℃温箱，且两组超级电容分别设置不同的充放电电流进行恒流充放电循环试验过程后，获取每个超级电容的试验寿命，T2为常量；
第一计算模块，用于根据两组超级电容中每个超级电容的试验寿命分别计算两组超级电容的平均寿命；用于并且计算出该品牌规格超级电容的电流加速度系数，同时计算额定RMS电流值；
采集模块，用于针对于实际工作状态下所要预测寿命的超级电容，从其开始使用时刻起，实时采集其工作电压、环境温度和电流；
第二计算模块，用于根据实时采集到的所要预测寿命的超级电容的工作电压、环境温度和电流，分时间段计算超级电容的工作电压最大稳态值、环境温度平均值和RMS电流值，具体为：
将各时间段内超过p倍的额定工作电压即超过p*V0的部分取平均值后，得到各时间段内的超级电容的工作电压最大稳态值，p为常量；
将各时间段内的电流计算均方根后，得到各时间段内的超级电容的RMS电流值；
寿命损耗计算模块，用于根据所要预测寿命的超级电容每个时间段的工作电压最大稳态值、环境温度平均值和RMS电流值，计算所要预测寿命的超级电容自开始使用到当前时刻t的寿命损耗Lloss，具体为：
其中：
Vx为所要预测寿命的超级电容在第x个时间段内的工作电压最大稳态值；
Ix为所要预测寿命的超级电容在第x个时间段内的RMS电流值；
Tx为所要预测寿命的超级电容在第x个时间段内的环境温度平均值；
Δt表示各时间段的时间长度；表示/>取整，t为当前时刻；
A表示超级电容对应于一定电压差额V'的加速度系数；
B表示超级电容对于一定温度差额T'的加速度系数；
C表示超级电容对于一定电流差额I'的加速度系数，对应为所要预测寿命的超级电容的对应品牌规格超级电容的电流加速度系数；
Vr为额定电压，Tr为一般环境温度；
IrRMS为所要预测寿命的超级电容的对应品牌规格超级电容的额定RMS电流值；
计算超级电容当前时刻的剩余寿命值Lremain为：
Lremain＝L0-Lloss；
其中L0为供应商给出的超级电容初始寿命；
剩余寿命值计算模块，用于根据所要预测寿命的超级电容自开始使用到当前时刻的寿命损耗，结合该超级电容初始寿命，计算该超级电容当前时刻的剩余寿命值。
7.一种存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现权利要求1～5中任一项所述的超级电容剩余寿命预测方法。
8.一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，其特征在于，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现权利要求1～5中任一项所述的超级电容剩余寿命预测方法。
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