CN112771392A - 电容器的寿命推断方法、电容器的寿命推断程序、信息处理装置以及电容器 - Google Patents

电容器的寿命推断方法、电容器的寿命推断程序、信息处理装置以及电容器 Download PDF

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Abstract

包含有以下处理(处理部(8))：利用驱动条件(22，存储部(6))以及电容器的温度变化特性信息(24)来计算推断发热温度，该驱动条件至少包含有驱动时机信息(18)和驱动电流值信息(20)；利用推断发热温度来计算经过基准时间后的电容器的状态变化信息(28)；以及利用状态变化信息来计算电容器的寿命推断值(寿命推断结果(30))。由此，能够进行与在电容器中流动的驱动电流值的变动对应的电容器的寿命推断，并且能够确认电容器的适用性并提高使用电容器的设备的安全性。

Description

电容器的寿命推断方法、电容器的寿命推断程序、信息处理装 置以及电容器
技术领域
本发明涉及与电容器的驱动条件相应的寿命推断技术。
背景技术
在电解电容器等电容器中，设定有考虑到安全性和耐久性等的额定电流值即所谓额定纹波电流值，产品设计为不会流通超过该额定纹波电流值的电流值，或者使用与期望的电流值对应的电容器。持续长时间地对在家电产品或产业用的设备的电源中使用的电解电容器叠加有恒定的驱动电流值。
在选择电容器时，掌握能够发挥规定的性能的期间即寿命期间是重要的要素，目前正在研究确定其寿命的方法。
作为电解电容器的寿命诊断，例如具有以下方法：在壳体上设置多个开口部，在提高了电解液的扩散加速度的状态下进行加速寿命试验，检测重量值或静电电容的变化，从而推断电容器的寿命(例如，专利文献1)。另外，具有以下方法：利用基准时刻和经过规定的期间后的各等效串联电阻(ESR：Equivalent Series Resistance)的变化或电解液的变化等来预测电解电容器的劣化(例如，专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-44714号公报
专利文献2：日本特开2006-78215号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，对于在汽车等车辆的EPS(Electric Power Steering：电动助力转向)驱动电路或主动力马达用驱动电路等中使用的电解电容器，例如以方向盘操作或向其他动作的切换为契机，有时在几秒到几分钟的期间数倍于额定纹波电流值的驱动电流叠加于该电解电容器。当在这样的电流值变动的使用条件下使用电解电容器的情况下，对电解电容器造成的影响和发热状态与恒定的驱动电流流动的情况不同，因此无法进行基于单纯的时效变化等的寿命计算。
例如使用环境的周围温度和由驱动电流引起的自发热给铝电解电容器的寿命带来很大影响。其中，对于自发热，由于例如搭载有电解电容器的车辆或设备的使用条件各不相同，因此存在难以掌握自发热的推移状况的课题。
此外，为了掌握电解电容器的寿命，例如采用有以下方法：再现要搭载的车辆或设备的试验机，在假定的驱动条件下使该试验机实际进行动作。因此，存在如果电容器的使用环境不同则需要制造与其相应的实验装置的课题。
在专利文献1、2中并未公开或暗示该课题，不能通过专利文献1、2所公开的结构来解决这些课题。
因此，鉴于上述课题，本发明的目的在于，能够进行与在电容器中流动的驱动电流值的变动对应的电容器的寿命推断。
另外，本发明的另一目的在于，推断在短时间内高驱动电流流动的情况下的电容器的状态，确认电容器的适用性并提高用于电容器的设备的安全性。
用于解决课题的手段
为了达成上述目的，本发明的电容器的寿命推断方法的一个方面包含有以下处理：利用驱动条件和电容器的温度变化特性信息来计算推断发热温度，该驱动条件至少包含有驱动时机信息和驱动电流值信息；利用所述推断发热温度来计算经过基准时间后的电容器的状态变化信息；以及利用所述状态变化信息来计算所述电容器的寿命推断值。
在上述的电容器的寿命推断方法中，也可以是，所述电容器的寿命推断方法包含有以下处理：利用电容器的所述状态变化信息来计算所设定的驱动时间内的所述电容器的电解液的推断蒸发值；以及利用所述推断蒸发值和所述电解液的蒸发基准值来计算所述寿命推断值。
在上述的电容器的寿命推断方法中，也可以是，所述电容器的寿命推断方法还包含有以下处理：利用所述寿命推断值、所述电容器的驱动环境温度信息以及该驱动环境温度信息和所述驱动条件发生的比率信息来计算复合寿命推断值。
在上述的电容器的寿命推断方法中，也可以是，所述基准时间包含有对所述电容器施加驱动电流的时间以及在停止施加该驱动电流后直至所述电容器的发热温度成为规定的温度以下为止的时间。
在上述的电容器的寿命推断方法中，也可以是，所述电容器的寿命推断方法还包含有以下处理：判定计算出的所述寿命推断值是否满足要求寿命条件；以及利用该判定结果来生成寿命判定信息，该寿命判定信息包含有所述寿命推断值、所述判定结果、所述电容器的寿命值改善信息中的任意一个或多个。
为了达成上述目的，本发明的信息处理装置的一个方面是具有电容器的寿命推断功能的信息处理装置，其中，该信息处理装置具有：输入部，其被输入至少包含有驱动时机信息和驱动电流值信息的驱动条件；存储部，其存储有该驱动条件和电容器的温度变化特性信息；以及处理部，其包含有发热推断部和寿命推断部，该发热推断部利用所述驱动条件和所述温度变化特性信息来计算推断发热温度，该寿命推断部利用所述推断发热温度来计算经过基准时间后的电容器的状态变化信息，并利用该状态变化信息来计算所述电容器的寿命推断值。
在上述信息处理装置中，也可以是，所述寿命推断部利用电容器的所述状态变化信息来计算所设定的驱动时间内的所述电容器的电解液的推断蒸发值，并利用该推断蒸发值和所述电解液的蒸发基准值来计算所述寿命推断值。
在上述信息处理装置中，也可以是，所述处理部利用所述寿命推断值、所述电容器的驱动环境温度信息以及该驱动环境温度信息和所述驱动条件发生的比率信息来计算复合寿命推断值。
在上述信息处理装置中，也可以是，所述基准时间包含有对所述电容器施加驱动电流的时间和在停止施加该驱动电流后直至所述电容器的发热温度成为规定的温度以下为止的时间。
在上述信息处理装置中，也可以是，所述处理部判定计算出的所述寿命推断值是否满足要求寿命条件，利用该判定结果来生成寿命判定信息，该寿命判定信息包含有所述寿命推断值、所述判定结果、所述电容器的寿命值改善信息中的任意一个或多个。
在上述信息处理装置中，也可以是，所述信息处理装置还具有显示部，所述处理部生成至少利用了所述寿命推断值和所述驱动条件的寿命推断显示画面，并使所述显示部显示该寿命推断显示画面。
为了达成上述目的，本发明的电容器的寿命推断程序的一个方面是使计算机执行电容器的寿命推断处理的寿命推断程序，其中，该电容器的寿命推断程序通过所述计算机来实现以下功能：利用驱动条件和电容器的温度变化特性信息来计算推断发热温度，该驱动条件至少包含有驱动时机信息和驱动电流值信息；利用所述推断发热温度来计算经过基准时间后的电容器的状态变化信息；以及利用所述状态变化信息来计算所述电容器的寿命推断值。
在上述电容器的寿命推断程序中，也可以是，所述电容器的寿命推断程序包含有以下功能：利用电容器的所述状态变化信息来计算所设定的驱动时间内的所述电容器的电解液的推断蒸发值；以及利用所述推断蒸发值和所述电解液的蒸发基准值来计算所述寿命推断值。
在上述电容器的寿命推断程序中，也可以是，所述电容器的寿命推断程序还包含有以下功能：利用所述寿命推断值、所述电容器的驱动环境温度信息以及该驱动环境温度信息和所述驱动条件发生的比率信息来计算复合寿命推断值。
在上述电容器的寿命推断程序中，也可以是，所述电容器的寿命推断程序还包含有以下功能：判定计算出的所述寿命推断值是否满足要求寿命条件；以及利用该判定结果来生成寿命判定信息，该寿命判定信息包含有所述寿命推断值、所述判定结果、所述电容器的寿命值改善信息中的任意一个或多个。
为了达成上述目的，本发明的电容器的一个方面是利用通过上述电容器的寿命推断方法计算出的寿命推断值信息而设计的。
为了达成上述目的，本发明的电容器的一个方面被附加有通过上述的电容器的寿命推断方法计算出的寿命推断值信息。
发明效果
根据本发明，能够期待以下的任意效果。
(1)能够分析电容器相对于变化的驱动电流值的自发热推移。
(2)通过分析电容器的自发热的推移，能够进行接近于车辆或设备的驱动状态的状态下的电容器的寿命推断。
(3)能够推断在短时间内额定值以上的驱动电流流动的情况下的电容器的状态和影响。
(4)能够分析相对于电流变动的电容器的过渡状态变化，实现了掌握电容器的界限条件和扩大电容器的利用性和选择性。
而且，通过参照附图和各实施方式，本发明的其他目的、特征以及优点得到进一步明确。
附图说明
图1是示出第1实施方式的电容器的寿命推断装置的结构例的图。
图2是示出存储部的结构例的图。
图3是示出驱动条件的一例的图。
图4是示出温度变化特性信息的一例的图。
图5是示出了温度变化特性信息的分析原理的一例的曲线图。
图6的A是示出驱动条件的一例的曲线图，图6的B是示出根据驱动条件而计算出的基准时间的推断发热量的一例的曲线图，图6的C是示出根据推断发热量而计算出的基准时间的电解液的蒸发量的一例的曲线图。
图7是示出电容器的寿命推断处理例的流程图。
图8是示出第2实施方式的电容器的寿命推断装置的结构例的图。
图9的A是示出环境条件和使用条件的一例的曲线图，图9的B是示出电容器的驱动条件和使用条件的一例的曲线图。
图10是示出电容器的寿命推断处理例的流程图。
图11示出第3实施方式的信息处理装置的硬件结构例。
图12是示出寿命推断结果的显示画面的一例的图。
图13是示出电容器的寿命推断处理和寿命判定处理例的流程图。
具体实施方式
〔第1实施方式〕
图1示出第1实施方式的电容器的寿命推断装置的结构例。图1所示的结构是一例，本发明不限于该结构。
该寿命推断装置2是利用计算机进行计算的电容器的寿命推断单元的一例，分析由变动的电容器的驱动电流值引起的电容器的发热推移，而推断电容器的寿命。进行寿命推断的电容器例如是如下的电解电容器：在有底筒状的外装壳体内放有电解液和卷绕电极箔及隔板而得到的电容器元件，并利用封口板将其开口部密封。
因此，例如如图1所示，在寿命推断装置2中具有输入部4、存储部6以及处理部8。
输入部4是对寿命推断装置2进行输入的信息输入单元的一例，例如输入有作为寿命推断的对象的电容器的信息和使电容器进行动作的驱动条件等信息。该输入部4例如可以是由寿命推断装置2的操作者操作的操作键或鼠标，或者可以是，取入存储有电容器的信息和驱动条件等的存储介质并读出信息的单元，或者通过经由网络与外部设备进行通信而取入寿命推断所需的信息。
存储部6是除了在寿命推断处理中使用的信息之外，还保存有计算出的寿命推断结果的单元的一例。该存储部6例如与输入部4连接，存储有所输入的电容器的温度变化特性信息和驱动条件等。除此之外，可以在存储部6中存储有在寿命推断处理中使用的寿命推断程序等。
处理部8是执行寿命推断程序而进行电容器的寿命分析处理的运算单元的一例，例如由发热推断部10和寿命推断部12构成。发热推断部10是利用驱动条件和电容器的温度变化特性信息来计算电容器的推断发热温度的功能部的一例。并且，寿命推断部12是利用由发热推断部10计算出的电容器的发热温度来计算基于驱动条件使电容器进行驱动的情况下的电容器的寿命推断值的单元的一例。
对于电容器，例如由于封入于内部的电解液因温度和时效等而蒸发，从而电容器的静电电容或等效串联电阻(ESR)、介质损耗角正切(tanδ)、漏电流等电特性发生变动。在电容器的寿命推断处理中，分析基于驱动条件的自发热值和基于该自发热值的电解液的蒸发量，将电容器的电特性超过规定的基准时判断为寿命到期。
图2示出了存储部的结构例。
例如如图2所示，该存储部6具有：数据库14，其保存有在寿命推断中使用的信息；以及数据保存部16，其保存有通过寿命推断处理而计算出的信息。在数据库14中例如存储有驱动时机信息18和驱动电流值信息20作为驱动条件22。驱动条件22是使电容器进行动作的条件信息的一例，例如如图3所示，该驱动条件22是从电容器的开始时机起每规定的时间进行划分的。在驱动电流值信息20中设定有在驱动时机信息中划分出的各时机下的驱动电流值。这样，驱动条件22是在电容器中流动的电流值的时间表。
此外，在数据库14中保存有温度变化特性信息24和蒸发基准值26。温度变化特性信息24是包含有电容器的发热状态下的元件中心温度的变化状态和该变化的过渡特性的信息的一例。该温度变化特性信息24例如用于发热模拟，在该发热模拟中推断由驱动电流值的变动引起的电容器的自发热的推移状态和由自发热引起的电解液的蒸发变化。例如如图4所示，在该温度变化特性信息24中包含有产品名和系列名、额定的电压值、静电电容、尺寸、周围温度、电解液的种类、等效串联电阻、电容器的散热系数(βA)、热阻(Rth)、热容量(Cth)等。
蒸发基准值26是由于电解液蒸发而产生的电容器的特性降低的基准值，是表示电容器的寿命的基准信息的一例。即，在由于电容器的电解液蒸发而超过了该蒸发基准值26的情况下，判断为电容器的寿命到期。
另外，在数据保存部16中保存有利用驱动条件来计算的电容器的状态变化信息28和通过寿命推断处理来计算的寿命推断结果30。该寿命推断结果30是本发明的寿命推断值的一例。并且，例如，对于作为寿命推断处理的对象的电容器，该寿命推断结果30可以与保存于存储部6中的电容器的信息关联起来。
＜关于发热模拟处理＞
接下来，对作为电容器的发热状态的推断的发热模拟处理的一例进行说明。
在驱动电流值恒定的情况下的电容器的发热模拟中，例如能够使用以下的计算方法。
[数学式1]
ΔT(t＝∞)＝(I2×ESR)/βA …(1)
在该式(1)中，ΔT是元件中心温度，I是驱动电流值，ESR是等效串联电阻值，βA是散热系数。其中，ESR和βA是基于电容器的尺寸等的固有信息。
另外，该散热系数βA用式(2)表示。
[数学式2]
βA＝1/Rth …(2)
Rth是热阻，是表示由电容器的发热引起的热上升的难度的值。
组合该式(1)和式(2)，成为以下的式(3)。
[数学式3]
ΔT(t＝∞)＝(Rth×I2×ESR) …(3)
接着，相对于在该驱动电流值为恒定状态的情况下的发热模拟中使用的式(3)，在考虑到随时间的变化的情况下，成为以下的式(4)。
[数学式4]
ΔT(t)＝(Rth×I(t) 2×ESR)(1-e(-t/Rth×Cth)) …(4)
Cth是热容量，是表示由电容器的发热引起的热冷却的难度的值。ΔT(t)表示经过时间t后的元件中心温度。在该式(4)中，计算每个经过时间t的元件中心温度，因此作为考虑到温度由于自发热是上升还是下降的式子，变换为以下的式(5)。
[数学式5]
ΔT(t)＝ΔT×+((Rth×i(t) 2×ESR)-ΔT×)(1-e(-t/(Rth×Cth))) …(5)
接下来，对热阻Rth和热容量Cth的分析进行说明。
热阻Rth例如能够利用电容器的驱动电流值为恒定状态的情况下的发热计算式来求取。即，使用对式(1)进行变形而得到的式(6)。
[数学式6]
Figure BDA0002992097600000081
该式(6)的ΔT使用测量了通恒定电流作为电容器的驱动电流值时的发热温度的数据或者预先测量的数据。
热容量Cth例如能够使用式(7)来计算。
[数学式7]
Figure BDA0002992097600000082
如式(7)所示，热容量Cth与热阻Rth处于成反比的关系。另外，式(7)的τ是针对电容器发热的热时间常数。例如如图5所示，该热时间常数τ是驱动电流叠加时的最终到达温度(纹波关闭时的温度)与电容器的初始温度之间的温度差[1-(1/e)]成为63.2〔％〕为止的时间。
这样，电容器的热容量Cth、热阻Rth以及热时间常数τ是表示由电容器的发热引起的温度变化的过渡特性的值，是本发明的温度变化特性信息的一例。
另外，在计算热容量Cth、热阻Rth以及针对发热的热时间常数τ或者使用了它们来计算发热推移时，不限于利用实际对电容器通电流进行实验而得到的值，也可以利用通过在电子电路的发热量计算等中使用的SPICE(Simulation Program with IntegratedCircuit Emphasis：通用模拟电路仿真器)等模拟程序而得到的值。
而且，在寿命推断装置2的发热推断部10中，基于式(5)，利用驱动条件和温度变化特性信息来计算由电容器的驱动引起的自发热温度的推移。
＜寿命推断处理＞
接下来，对电容器的寿命推断处理进行说明。
在寿命推断部12中，例如使用以下的式(8)来计算在基准时间进行驱动的情况下的电解液的蒸发量。该计算出的电解液的蒸发量是本发明的状态变化信息的一例。
[数学式8]
Figure BDA0002992097600000091
Wt(t)是规定的期间内的电解液蒸发量，Ws是周围温度下的电解液蒸发量，Ta是周围温度，K1、K2是温度加速度。另外，在式(8)中，ΔT(t)是通过发热模拟计算出的由自发热引起的变化温度。
在该电解液蒸发量Wt(t)的计算中使用的基准时间t包含有根据驱动条件对电容器施加电流值的时间以及在结束施加该电流值后直至电容器元件的发热温度降低并达到稳定为止的时间。发热温度稳定是指例如根据通过已述的发热模拟或预先实验等求出的信息，电容器的发热温度成为规定的值例如3〔℃〕以下，更优选为1〔℃〕以下的状态。即，在电解液蒸发量Wt(t)的计算中，除了基于驱动条件的电容器的发热状态之外，也设想了驱动电流被切断后的发热温度降低过程中的电解液的蒸发。
这里，在电容器中，除了伴随着驱动的自发热之外，电解液也由于周围温度Ta而蒸发。因此，在式(8)中，考虑了基于周围温度的电解液的蒸发量。而且，右边的温度加速度K1的项是基于温度的加速度，规定了相对于自发热的随着时间推移的蒸发量的变化程度。温度加速度K1、K2例如是利用了阿伦尼乌斯公式的推断式，可以根据电解液和电极箔的种类等来设定值。而且，该基于温度的加速度的项例如是以基于自发热的温度变化ΔT(t)与温度加速度K2之比为指数并以温度加速度K1为底的温度加速度。例如，当K1＝2，K2＝7.5，并且由自发热引起的温度变化ΔT(t)为下降7.5℃时，电解液蒸发量Wt(t)变小，表示电容器的寿命延长到2倍。
接着，针对式(8)，在基准时间对驱动条件进行积分，由此计算蒸发值。该计算式为式(9)。
[数学式9]
Figure BDA0002992097600000101
该T，作为所设定的驱动时间，例如表示在驱动条件的一个周期中设定的驱动时机的总时间。而且，计算出的一个周期的蒸发值是本发明的推断蒸发值的一例。
另外，该驱动时间例如可以基于实际使用的条件来设定，也可以利用多次重复的分布中的一个周期的时间，也可以是多次重复的电流分布的合计时间。
接着，使用以下的式(10)来计算推断寿命时间。
[数学式10]
Lx＝[Wo/W(T)]*T …(10)
在该式(10)中，Wo是作为电容器的寿命而设定的电解液的蒸发基准值。在该式(10)中，计算在一个周期的驱动中变化的电解液的蒸发值相对于蒸发基准值Wo的比例，通过将该比例乘以一个周期的时间，能够计算在以该电流分布来驱动电容器时直至成为蒸发基准值Wo为止的寿命推断值(时间)Lx。
图6是示出基于驱动条件的寿命推断值Lx的计算处理的数据的变换状态例的图。图6所示的结构是一例。
在寿命推断处理中，例如如图6的A和图6的B所示，针对电容器的驱动条件进行发热模拟，计算与驱动电流值I的变化(图6的A)对应的推断发热温度(图6的B)。
在寿命推断处理中，利用推断发热值来计算每单位时间的蒸发量(图6的C)。
然后，相对于计算出的每单位时间的蒸发量，计算成为预先设定的或者通过实验求出的蒸发基准值Wo为止的寿命推断值(时间)。
＜电容器的寿命推断处理＞
图7示出电容器的寿命推断处理例。图7所示的寿命推断处理是本发明的电容器的寿命推断方法或寿命推断程序的一例，本发明不限于该处理内容或处理过程。
作为发热推断处理(F1)，处理部8设定电容器的温度变化特性信息(S11)，并且读出驱动条件并设定到发热推断部10(S12)。然后，计算推断发热温度，确定发热推移(S13)。关于电容器的温度变化特性信息，例如可以通过存储部6或输入部4从外部的数据库等中读出预先设定的信息，或者也可以利用对作为寿命推断的对象的电容器通规定的驱动电流值时的测量温度。
作为电容器的状态变化信息的计算处理(F2)，处理部8利用计算出的推断发热温度来计算基准时间的电解液的推断蒸发量(S14)。在该处理中，求取将在与驱动条件相对应的电流分布中设定的一个周期的驱动时间和在断开电流之后直至发热温度达到规定的温度以下为止的时间相加而得到的时间的电解液的蒸发量。
然后，作为寿命推断处理(F3)，处理部8从存储部读出表示电容器的寿命的蒸发基准值Wo(S15)，利用计算出的一个周期的推断蒸发量和蒸发基准值Wo来计算寿命推断值(S16)。
然后，处理部8例如利用显示画面或声音等来提示寿命推断值(S17)。关于该寿命推断值的提示，除了例如在信息处理装置50的显示部58上进行显示之外，也可以作为寿命推断值信息而附加于作为寿命推断处理的对象的产品即电容器的表面或封装、其他与电容器相关联的规格书或目录以及提示给顾客的数据等。
＜第1实施方式的效果＞
根据该结构，能够期待以下的效果。
(1)利用考虑了热阻Rth、热容量Cth以及基于热时间常数τ的时间要素的温度变化特性信息来推断发热状态，因此能够推断在短时间内高驱动电流流动的情况下的电容器的温度状态。
(2)针对由驱动电流的变动引起的电容器的自发热，考虑电容器元件的温度变化特性，由此与搭载有电容器的车辆或设备的运转状态相对应的电容器的寿命推断精度提高。
(3)容易掌握与假定的电容器的驱动条件相对应的电容器的发热状态。
(4)能够推断在短时间内额定值以上的驱动电流流动的情况下的电容器的状态和影响。
(5)能够分析电容器相对于电流变动的过渡状态变化，实现了掌握电容器的界限条件、扩大电容器的利用性和选择性。
〔第2实施方式〕
图8示出了第2实施方式的电容器的寿命推断装置的结构例。图8所示的结构是一例，本发明不限于该结构。另外，在图8中，对与图1相同的结构标注相同的标号。
在本实施方式中，对在多个驱动条件下使电容器进行动作的情况的寿命推断进行说明。在该寿命推断装置2中，例如如图8所示，在存储部6中存储有多个驱动条件22-1、22-2、…22-N和环境条件40以及使用条件42。
驱动条件22-1、22-2、…22-N是分别包含有所设定的驱动时机信息和驱动电流值信息的电流分布(ED1、ED2、…EDN)，驱动时机的整体时间和基准时间可以在电流分布之间设定为相同的值，或者可以分别不同。
环境条件40是使电容器进行动作的周围的环境条件的一例，设定有多个环境条件40-1、40-2、40-3。环境条件40的设定数量可以与驱动条件22相同，或者也可以不同。
使用条件42是表示驱动条件和环境条件下的电容器的使用比率的条件的一例。即，在使用条件42中，例如如图9的A所示，在电容器的寿命推断中，对于假定为使用电容器的多个环境条件，设定其使用比率。这里，作为环境条件，例如示出了40〔℃〕时的使用比率为6.4〔％〕、80〔℃〕的使用比率为17.4〔％〕、100〔℃〕的使用比率为40.0〔％〕、110〔℃〕的使用比率为28.5〔％〕、120〔℃〕的使用比率为7.7〔％〕这五个模式。另外，在使用条件42中，例如如图9的B所示，在组合作为多个驱动条件的电流分布(ED1～ED11)而设定的驱动时间表(驱动周期)中，设定有各驱动条件的使用比率。这里，作为一例，示出了电流分布ED1的使用比率为10.4〔％〕、电流分布ED2的使用比率为1.2〔％〕、电流分布ED3的使用比率为11.9〔％〕、电流分布ED4的使用比率为9.7〔％〕、电流分布ED5的使用比率为7.7〔％〕、电流分布ED6的使用比率为4.9〔％〕、电流分布ED7的使用比率为16.2〔％〕、电流分布ED8的使用比率为13.4〔％〕、电流分布ED9的使用比率为7.8〔％〕、电流分布ED10的使用比率为8.8〔％〕、电流分布ED11的使用比率为8.0〔％〕的情况。
而且，在处理部8中，从存储部6中读出这些驱动条件22、环境条件40、使用条件42的一部分或全部，进行组合了多个条件的情况下的电容器的发热推断处理和寿命推断处理。
＜组合了多个条件时的寿命推断处理＞
这里，对复合寿命推断值的计算处理进行说明。该复合寿命推断值是组合多个驱动条件及其使用比率而计算出的寿命推断值、或者在该寿命推断值中组合了环境温度的使用比率的寿命推断值。
首先，计算组合了多个驱动条件的驱动周期的寿命时间。
如上述第1实施方式所说明的那样，计算在每个驱动条件(电流分布ED1～ED11)下使电容器进行动作的情况下的寿命推断值，利用该计算结果来计算组合多个驱动条件的情况下的寿命推断值。
这里，作为相对于周期性负载的复合寿命推断值的计算处理，示出了利用所谓的迈因纳法则(Miner's rule)的情况。在迈因纳法则中，利用以下的式(11)。
[数学式11]
Figure BDA0002992097600000131
在该式(11)中，“Lcycle”是组合了全部的驱动条件(电流分布ED1～ED11)时的寿命推断值，Lm是根据各驱动条件而计算出的寿命推断值。另外，Rm是作为使用条件而设定的使用比率。
＜组合了驱动条件时的寿命推断值＞
因此，利用式(11)，对于每个环境温度，计算组合了全部的驱动条件时的寿命推断值。该环境温度是本发明的驱动环境温度信息的一例。另外，以下所示的计算结果的值是一例。
a)1/Lcycle(40℃)
＝0.104/L(ED1)+0.012/L(ED2)+···
＝810448〔小时〕
b)1/Lcycle(80℃)
＝0.104/L(ED1)+0.012/L(ED2)+···
＝70932〔小时〕
c)1/Lcycle(100℃)
＝0.104/L(ED1)+0.012/L(ED2)+···
＝17913〔小时〕
d)1/Lcycle(110℃)
＝0.104/L(ED1)+0.012/L(ED2)+···
＝9866〔小时〕
e)1/Lcycle(120℃)
＝0.104/L(ED1)+0.012/L(ED2)+···
＝5288〔小时〕
如第1实施方式所示，在电容器的寿命推断处理中，利用自发热温度和周围环境温度来计算寿命推断值。因此，如上述的a)～e)所示，各周围温度下的寿命推断值不同。
＜考虑了环境条件的寿命推断值＞
接着，对于组合了驱动条件时的寿命推断值，计算考虑了环境条件的使用比率的寿命推断值。在该计算处理中也利用迈因纳法则(式(11))。该计算处理为以下的式(12)。
[数学式12]
Figure BDA0002992097600000141
这里，“Lcomb”表示考虑了驱动条件和环境条件全部的复合寿命推断值。
另外，组合了多个驱动条件和环境条件时的复合寿命推断值的计算方法不限于利用迈因纳法则，也可以利用针对多个值考虑了使用比例的平均值的计算方法。
＜电容器的寿命推断处理＞
图10示出了电容器的寿命推断处理例。图10所示的寿命推断处理是本发明的电容器的寿命推断方法或寿命推断程序的一例，本发明不限于该处理内容或处理过程。
处理部8进行各驱动条件(电流分布ED1～ED11)下的寿命推断值的计算处理(S21)。如已述的第1实施方式所示那样，在该寿命推断值的计算处理中，进行利用驱动条件和温度变化特性信息来计算电容器的推断发热温度(进行发热模拟)的处理(F1)，并根据计算出的推断发热温度来计算基准时间的电解液蒸发量作为电容器的状态变化信息(F2)。然后，作为寿命推断处理，计算达到蒸发基准值Wo为止的寿命推断值(F3)。由此，在寿命推断装置2中例如存储有与设定的驱动条件的数量相应的寿命推断值。
接着，处理部8设定环境条件和使用条件(S22)。关于环境条件和使用条件，可以从存储部6读出并设定。此外，环境条件和使用条件也可以通过输入部4输入，或者可以从未图示的外部的数据库读出。
另外，在该寿命推断处理中，在使用电容器的环境条件单一的情况下，可以仅设定相对于驱动条件的使用条件。
然后，利用多个驱动条件、环境条件以及它们的使用条件来计算复合寿命推断值(S23)，利用显示部等来提示该计算出的复合寿命推断值(S24)。另外，该复合寿命推断值例如也可以作为寿命推断值信息而附加于作为寿命推断处理的对象的产品即电容器的表面或封装、其他与电容器相关联的规格书或目录以及提示给顾客的数据等。
＜第2实施方式的效果＞
根据该结构，能够得到以下的效果。
(1)能够得到假定了在多个驱动条件下利用电容器的情况的寿命推断处理。
(2)对于搭载于车辆等伴随有移动的设备的情况，能够进行也考虑了电容器的周围环境变化的条件的电容器的寿命推断，能够进行接近于实际使用状态的寿命推断。
(3)通过对多个驱动条件设定使用频率来进行寿命推断，能够分析电容器对于变动的运转状况的性能耐久性等寿命，能够提高与驱动条件相符的电容器的选择精度。
〔第3实施方式〕
图11示出了第3实施方式的信息处理装置的结构例。图11所示的结构是一例。
该信息处理装置50是本发明的电容器的寿命推断装置的一例，例如可以具有根据所设定的驱动条件来计算电容器的寿命推断值的功能、以及根据该计算出的寿命推断值来判定是否满足所要求的寿命基准的功能。此外，信息处理装置50具有利用了该判定功能的结果的电容器的选择功能、构成电容器的部件的定制功能、或者对顾客给出关于电容器的使用和产品选择的建议的建议功能。例如如图11的A所示，信息处理装置50由计算机构成，具有处理器52、存储器54、操作输入部56、显示部58、输入输出部(I/O)60。
处理器52是由信息处理装置50执行的程序的运算单元的一例，除了进行基本动作控制的OS(Operating System：操作系统)之外，还进行电容器的寿命推断程序的运算处理。处理器52通过执行寿命推断程序而作为本发明的处理部8发挥功能，除了发热模拟、寿命推断处理、复合寿命推断值的计算处理之外，还可以生成表示电容器的发热状态的画面和寿命推断显示画面。
存储器54例如由ROM(Read Only Memory：只读存储器)和RAM(Random AccessMemory：随机存取存储器)构成，构成本发明的存储部。
该存储器54除了存储有OS和寿命推断程序之外，例如如图11的B所示，还存储有驱动条件22和电容器数据库62-1、62-2、62-3…62-N，该驱动条件22是施加于电容器的电流值及其施加时机，电容器数据库62-1、62-2、62-3…62-N保存有多个电容器的性能等。在该电容器数据库62-1、62-2、62-3…62-N中，除了例如以静电电容和规格环境、形状和大小等为基准组装的各个电容器的性能、温度变化特性信息24、蒸发基准值26等信息之外，还针对构成电容器的箔和电解液、每个壳体等部件而存储有材质和大小等每个种类的性能等。另外，在存储器54中具有数据保存部16，并存储有计算出的寿命推断结果3和判定结果64，该判定结果64是判定该推断结果是否满足寿命基准条件的寿命判定信息的一例。在该判定中使用的寿命基准条件是本发明的要求寿命条件的一例，例如是对搭载于产品的电容器要求的性能条件。寿命基准条件例如是在选择了进行寿命推断处理的电容器时或输入驱动条件时设定的。
此外，例如在不满足寿命基准条件的情况下，在电容器的判定结果中包含有用于选择其他电容器的信息、用于变更构成电容器的电解液和箔的种类、电解液的搭载量的建议信息。该建议信息是本发明的电容器的寿命值改善信息的一例。在建议信息的生成中，例如可以利用寿命推断值的计算式来确定满足寿命基准条件的电容器及其部件的条件。
信息处理装置50通过执行电容器的寿命推断程序，进行寿命的判定处理，并且生成寿命判定信息，该寿命判定信息包含有该寿命推断值、判定结果、建议信息中的任意一个或多个。而且，在建议信息的生成处理中，也可以利用电容器数据库62-1、62-2、62-3…62-N的信息，以进行了寿命推断处理的电容器作为基准来提示其他电容器及其部件的选择信息。
操作输入部56例如具有键盘、鼠标、其他操作按钮等，用于驱动条件、温度变化特性信息、环境条件、使用条件等的输入等。另外，操作输入部56例如也可以是利用搭载于显示部58的触摸传感器而在作业者接触显示部58的接触位置等处进行输入处理的触摸面板。
显示部58是除了显示电容器的寿命推断处理的操作画面和输入的数据之外，还显示计算出的寿命推断值的单元的一例。在该显示部58中，例如如图12的A所示，显示有状态变化信息画面66，该状态变化信息画面66包含有所输入的驱动条件即“驱动条件”和其计算结果即“模拟”。在该状态变化信息画面66中例如包含有驱动时机信息18即作为每个步骤的经过时间的“时间”信息和驱动电流值信息20即“纹波”信息。另外，作为寿命推断结果，包含有计算出的电容器的元件中心温度和作为状态变化信息的电解液的蒸发量等。
例如如图12的B所示，在显示部58上显示有寿命计算结果画面68。该寿命计算结果画面68是本发明的寿命推断显示画面的一例，例如包含有驱动条件的一个周期的时间、计算出的发热温度、蒸发基准值以及推断寿命时间等。
另外，例如，也可以如图12的C所示，在显示部58上显示有包含有驱动电流值的变化状态、发热温度变化、寿命时间等的曲线图作为寿命推断模拟画面70。
I/O 60是信息处理装置50相对于外部进行输入或输出的单元的一例，由处理器52控制。信息处理装置50例如可以与未图示的外部存储器或外部的终端装置连接而取入在电容器的寿命推断处理中使用的驱动条件、温度变化特性信息及其他信息，并且可以输出计算出的寿命推断结果。此外，信息处理装置50例如也可以具有通信功能。
＜电容器的寿命推断处理和寿命判定处理＞
图13示出了电容器的寿命推断处理和寿命判定处理例。图13所示的处理是本发明的电容器的寿命推断方法或寿命推断程序的一例。图13所示的处理内容和处理过程是一例，本发明不限于该内容。
信息处理装置50根据所设定的驱动条件来计算电容器的寿命推断值(S31)。该寿命推断值的计算处理可以与上述第1实施方式和第2实施方式所示的处理内容同样地进行。
信息处理装置50设定寿命基准条件(S32)，进行计算出的寿命推断值的寿命判定处理(S33)，判断寿命推断值是否满足寿命基准条件(S34)。该寿命基准条件例如是相对于寿命推断值的比较基准值的一例，例如作为能够与计算出的寿命推断值进行对比的值，该寿命基准条件是时间信息、电解液的蒸发量或者残留于电容器的量等信息。该寿命推断基准条件例如是由电容器的设计者或者希望购买或设计电容器的用户等设定的关于产品寿命的性能条件。
信息处理装置50在判定为满足寿命基准条件的情况下(S34的“是”)，例如在显示部58上提示寿命推断值作为寿命判定信息(S35)。在该寿命判定处理中，例如可以计算寿命推断值与寿命基准条件的差值。此外，在寿命判定处理中，也可以包含针对计算出的差值的等级排序处理。在该等级排序处理中，例如根据差值的大小来设定与寿命基准条件的一致度等。而且，信息处理装置50例如也可以在寿命推断值的提示中一并提示所设定的等级排序信息。此外，信息处理装置50也可以在该寿命推断值的提示中显示利用等级信息选定的其他电容器或构成电容器的部件的建议信息。基于该差值计算的等级排序是作为寿命推断的对象的电容器的寿命推断值与所要求的寿命基准条件之间的匹配判断的一例。即，信息处理装置50可以具有以下功能：在基于差值的等级高的情况下，判断为相对于用户希望的寿命条件而言电容器的性能过剩，提示降低电容器及其结构部件的规格的变更方案。
另外，这里提示的变更方案例如可以利用在同等的驱动条件下已计算了寿命推断值的电容器或其部件的信息。另外，信息处理装置50可以在例如所提示的变更方案被选择的情况下，返回到步骤S31，进行基于该变更方案的电容器的寿命推断处理。
另外，信息处理装置50在判定为寿命推断值不满足寿命基准条件的情况下(S34的“否”)，显示判定结果作为寿命判定信息(S36)，并且提示电容器或其部件的条件的变更方案(S37)。此时，信息处理装置50可以从电容器数据库62-1、62-2、62-3…63-N读出新的电容器及其部件的选择候补而进行提示。信息处理装置50例如可以在寿命判定处理中，计算寿命推断值与寿命基准条件的差值，并对该差值进行等级排序处理。该等级排序是相对于寿命基准条件而言的电容器的能力不足的确定。然后，信息处理装置50可以利用该等级信息来提示无法利用所选择的电容器这一判定结果，或者也可以利用该等级信息来选定其他电容器或其部件的变更方案。
然后，信息处理装置50例如可以对新设定的电容器及其部件执行寿命推断值的计算处理(S31)。
＜第3实施方式的效果＞
根据该结构，也能够与上述第1实施方式和第2实施方式同样地根据驱动条件来进行与电容器的利用状态相应的发热状态的模拟和寿命推断。此外，能够在信息处理装置50的显示画面中使用数值或曲线图等来显示输入信息和计算出的寿命推断值，能够提高与驱动条件相对应的电容器的动作状态的识别性。另外，通过考虑包含有电容器的热阻、热容量、基于热时间常数的时间要素的温度变化特性，在实际运转状态中额定值以上的驱动电流值流动的情况下的状态分析精度提高。而且，通过能够进行这样的高精度的模拟，不进行与驱动条件相符的实验机制作及其动作实验等就能够分析电容器的状态和判断选定可否等，使用电容器的顾客的便利性提高。此外，对于计算出的寿命推断值，除了表示判定是否满足要求寿命条件的结果之外，在不满足要求寿命条件的情况下或所选择的电容器的性能过剩的情况下，通过提示电容器或其部件的替代信息，能够设计并提供可适用于产品或适当水平的电容器。由此，实现了电容器相对于产品的可靠性提高，并且实现了购买或使用电容器的用户的便利性提高。
对于以上所说明的实施方式，以下列举其特征事项和变形例。
(1)本发明涉及电容器推断寿命计算的方法，该电容器推断寿命计算的方法推断短时间叠加有纹波电流的电容器的寿命。在该推断寿命计算中，包含有以下步骤：根据例如热阻和热容量来推断考虑了时间的元件中心温度。
(2)并且，包含有以下步骤：根据通过推断寿命计算而推断出的元件中心温度来推断电解液的蒸发量；以及根据推断出的电解液的蒸发量和从过去的寿命试验等取得的寿命到期时的电解液的蒸发量来推断寿命。
此外，还包含有使用迈因纳法则来组合多个使用条件的步骤。
(3)在上述实施方式中，示出了根据给出的驱动条件来分析发热温度的推移，并计算寿命推断值的情况，但不限于此。也可以利用本发明的寿命推断处理来确定相对于设定寿命时间的驱动电流值和驱动时机条件，并设定驱动条件。
(4)在本发明的电容器的寿命推断方法中，也可以根据假定或设定的动作条件、电容器的自发热状态的推移以及寿命推断结果来选择与使用条件相符的电容器，并向顾客提示。
(5)在上述实施方式中，关于电容器的温度变化特性信息，作为热时间常数τ的计算，求取成为最终到达温度(纹波关闭时的温度)与电容器的初始温度之间的温度差为止的变化时间，但不限于此。在热时间常数τ的计算中，例如也可以利用从规定的温度成为规定的到达温度(纹波打开时的温度)为止的变化时间。
(6)在上述实施方式中，计算出与预先设定的驱动条件相对应的寿命，但不限于此。本发明的寿命推断装置、寿命推断方法、寿命推断程序例如也可以用于搭载有电容器的车辆或设备等。即，车辆或设备通过执行寿命推断程序等而作为本发明的寿命推断装置发挥功能。而且，也可以是，车辆或设备根据施加于电容器的驱动电流值或此前记录的蓄积驱动电流值，执行针对目前为止的使用状态的寿命推断处理。
(7)在上述实施方式中，作为电容器的寿命判断，利用了蒸发基准值，但不限于此。在寿命推断处理中，也可以利用例如使用计算出的蒸发量而计算或推断出的电容器的重量等。
(8)在上述实施方式中，示出了根据驱动条件来计算电容器元件的推断发热温度，并根据该推断发热温度进行寿命推断处理的情况，但不限于此。处理部8例如也可以针对计算出的推断发热温度设定上限阈值，在出现了推断发热温度超过上限阈值的结果的情况下，进行警报通知。在该寿命推断处理中，通过利用温度变化特性信息，能够计算高驱动电流值流动的情况下的发热推移。此时，例如，也可以是，将电容器壳体的耐热温度、电解液的变质温度或者搭载有电容器的车辆等的耐热温度设定为上限阈值，确定可能达到该上限阈值的驱动条件。由此，该电容器的寿命推断方法能够根据使用条件和使用环境来确保电容器的安全性，并且能够提高与使用条件相应的电容器的选择性。
如以上所说明的那样，对本发明的最优选的实施方式等进行了说明。本发明不限于上述记载。本领域技术人员能够基于权利要求书中记载或者用于实施发明的方式中公开的发明主旨来进行各种变形或变更。该变形或变更当然包含于本发明的范围内。
产业上的可利用性
本发明利用包含有电容器的热阻、热容量、其热时间常数等的温度变化特性信息来推断发热温度，根据基于该发热状态的电容器的状态变化信息来计算寿命推断值，由此能够针对在短时间内高电流流动的驱动条件来进行电容器的寿命推断，这是有用的。
标号说明
2：寿命推断装置；4：输入部；6：存储部；8：处理部；10：发热推断部；12：寿命推断部；14：数据库；16：数据保存部；18：驱动时机信息；20：驱动电流值信息；22、22-1、22-2、22-3、…22-N：驱动条件；24：温度变化特性信息；26：蒸发基准值；28：状态变化信息；30：寿命推断结果；40、40-1、40-2、40-3：环境条件；42：使用条件；50：信息处理装置；52：处理器；54：存储器；56：操作输入部；58：显示部；60：输入输出部(I/O)；62-1、62-2、62-3…62-N：电容器数据库；64：判定结果；66：状态变化信息画面；68：寿命计算结果画面；70：寿命推断模拟画面。

Claims (17)

1.一种电容器的寿命推断方法，其特征在于，
该电容器的寿命推断方法包含有以下处理：
利用驱动条件和电容器的温度变化特性信息来计算推断发热温度，该驱动条件至少包含有驱动时机信息和驱动电流值信息；
利用所述推断发热温度来计算经过基准时间后的电容器的状态变化信息；以及
利用所述状态变化信息来计算所述电容器的寿命推断值。
2.根据权利要求1所述的电容器的寿命推断方法，其特征在于，
所述电容器的寿命推断方法包含有以下处理：
利用电容器的所述状态变化信息来计算所设定的驱动时间内的所述电容器的电解液的推断蒸发值；以及
利用所述推断蒸发值和所述电解液的蒸发基准值来计算所述寿命推断值。
3.根据权利要求1或2所述的电容器的寿命推断方法，其特征在于，
所述电容器的寿命推断方法还包含有以下处理：利用所述寿命推断值、所述电容器的驱动环境温度信息以及该驱动环境温度信息和所述驱动条件发生的比率信息来计算复合寿命推断值。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电容器的寿命推断方法，其特征在于，
所述基准时间包含有对所述电容器施加驱动电流的时间以及在停止施加该驱动电流后直至所述电容器的发热温度成为规定的温度以下为止的时间。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的电容器的寿命推断方法，其特征在于，
所述电容器的寿命推断方法还包含有以下处理：
判定计算出的所述寿命推断值是否满足要求寿命条件；以及
利用该判定结果来生成寿命判定信息，该寿命判定信息包含有所述寿命推断值、所述判定结果、所述电容器的寿命值改善信息中的任意一个或多个。
6.一种信息处理装置，其具有电容器的寿命推断功能，其特征在于，
该信息处理装置具有：
输入部，其被输入至少包含有驱动时机信息和驱动电流值信息的驱动条件；
存储部，其存储有该驱动条件和电容器的温度变化特性信息；以及
处理部，其包含有发热推断部和寿命推断部，该发热推断部利用所述驱动条件和所述温度变化特性信息来计算推断发热温度，该寿命推断部利用所述推断发热温度来计算经过基准时间后的电容器的状态变化信息，并利用该状态变化信息来计算所述电容器的寿命推断值。
7.根据权利要求6所述的信息处理装置，其特征在于，
所述寿命推断部利用电容器的所述状态变化信息来计算所设定的驱动时间内的所述电容器的电解液的推断蒸发值，并利用该推断蒸发值和所述电解液的蒸发基准值来计算所述寿命推断值。
8.根据权利要求6或7所述的信息处理装置，其特征在于，
所述处理部利用所述寿命推断值、所述电容器的驱动环境温度信息以及该驱动环境温度信息和所述驱动条件发生的比率信息来计算复合寿命推断值。
9.根据权利要求6至8中的任意一项所述的信息处理装置，其特征在于，
所述基准时间包含有对所述电容器施加驱动电流的时间和在停止施加该驱动电流后直至所述电容器的发热温度成为规定的温度以下为止的时间。
10.根据权利要求6至9中的任意一项所述的信息处理装置，其特征在于，
所述处理部判定计算出的所述寿命推断值是否满足要求寿命条件，利用该判定结果来生成寿命判定信息，该寿命判定信息包含有所述寿命推断值、所述判定结果、所述电容器的寿命值改善信息中的任意一个或多个。
11.根据权利要求6至10中的任意一项所述的信息处理装置，其特征在于，
所述信息处理装置还具有显示部，
所述处理部生成至少利用了所述寿命推断值和所述驱动条件的寿命推断显示画面，并使所述显示部显示该寿命推断显示画面。
12.一种电容器的寿命推断程序，其使计算机执行电容器的寿命推断处理，其特征在于，
该电容器的寿命推断程序通过所述计算机来实现以下功能：
利用驱动条件和电容器的温度变化特性信息来计算推断发热温度，该驱动条件至少包含有驱动时机信息和驱动电流值信息；
利用所述推断发热温度来计算经过基准时间后的电容器的状态变化信息；以及
利用所述状态变化信息来计算所述电容器的寿命推断值。
13.根据权利要求12所述的电容器的寿命推断程序，其特征在于，
所述电容器的寿命推断程序包含有以下功能：
利用电容器的所述状态变化信息来计算所设定的驱动时间内的所述电容器的电解液的推断蒸发值；以及
利用所述推断蒸发值和所述电解液的蒸发基准值来计算所述寿命推断值。
14.根据权利要求12或13所述的电容器的寿命推断程序，其特征在于，
所述电容器的寿命推断程序还包含有以下功能：利用所述寿命推断值、所述电容器的驱动环境温度信息以及该驱动环境温度信息和所述驱动条件发生的比率信息来计算复合寿命推断值。
15.根据权利要求12至14中的任意一项所述的电容器的寿命推断程序，其特征在于，
所述电容器的寿命推断程序还包含有以下功能：
判定计算出的所述寿命推断值是否满足要求寿命条件；以及
利用该判定结果来生成寿命判定信息，该寿命判定信息包含有所述寿命推断值、所述判定结果、所述电容器的寿命值改善信息中的任意一个或多个。
16.一种电容器，其特征在于，
该电容器是利用通过权利要求1至5中的任意一项所述的电容器的寿命推断方法计算出的寿命推断值信息而设计的。
17.一种电容器，其特征在于，
该电容器被附加有通过权利要求1至5中的任意一项所述的电容器的寿命推断方法计算出的寿命推断值信息。
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