CN113783272B - 一种基于超级电容监控管理系统的安全控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于超级电容领域，涉及安全监控管理技术，用于解决现有的超级电容安全控制方法无法通过超级电容的应用环境、应用状态对超级电容的寿命进行分析预警的问题，具体是一种基于超级电容监控管理系统的安全控制方法，包括采用环境检测模块对超级电容的应用环境进行检测分析得到环境系数，采用状态监测模块对超级电容的工作状态进行检测分析得到超级电容的状态系数，寿命分析模块对接收到的环境系数、状态系数以及危险表现值计算得到超级电容的寿命系数，通过寿命预警等级对超级电容进行安全预警；本发明可以对超级电容的应用环境进行综合评定，在环境不满足要求时触发热源监控模块对超级电容应用环境的高温热源进行探测排查。

Description

一种基于超级电容监控管理系统的安全控制方法

技术领域

本发明属于超级电容领域，涉及安全监控管理技术，具体是一种基于超级电容监控管理系统的安全控制方法。

背景技术

超级电容不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原赝电容电荷储存电能，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。

现有的超级电容安全控制方法无法通过超级电容的应用环境、应用状态对超级电容的寿命进行分析预警，并且，在超级电容的应用环境异常时无法对超级电容应用环境进行高温热源进行探测分析，导致安全隐患不能够及时排除，严重影响超级电容的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于超级电容监控管理系统的安全控制方法，用于解决现有的超级电容安全控制方法无法通过超级电容的应用环境、应用状态对超级电容的寿命进行分析预警的问题；

本发明需要解决的技术问题为：如何提供一种可以通过超级电容的应用环境、应用状态对超级电容的寿命进行分析预警的安全控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于超级电容监控管理系统的安全控制方法，包括以下步骤：

步骤一：采用环境检测模块通过温偏数据、湿偏数据以及毒气数据对超级电容的应用环境进行检测分析得到环境系数，将环境系数通过监控管理平台发送至寿命分析模块，将环境系数与环境阈值进行比较，通过比较结果判定是否向热源监控模块发送热源探测信号；

步骤二：热源监控模块接收到热源探测信号后对超级电容的应用环境进行热源检测分析得到危险表现值k，当热源监控模块没有接收到热源探测信号时危险表现值k的取值为0，将危险表现值k通过环境检测模块、监控管理平台发送至寿命分析模块；

步骤三：采用状态监测模块通过电压数据、电流数据以及时长数据对超级电容的工作状态进行检测分析得到超级电容的状态系数，将超级电容的状态系数通过监控管理平台发送至寿命分析模块；

步骤四：寿命分析模块对接收到的环境系数、状态系数以及危险表现值计算得到超级电容的寿命系数，通过寿命系数与寿命阈值SMmin、SMmax的比较结果对超级电容的寿命预警等级进行判定，通过寿命预警等级对超级电容进行安全预警。

进一步地，超级电容应用环境的温偏数据、湿偏数据以及毒气数据的获取过程包括：

获取超级电容的适用温度范围，对超级电容的适用温度范围的最大值与最小值进行求和取平均数得到温度标准值，获取当前超级电容应用环境的温度值并标记为应用温度值，将应用温度与温度标准值的差值标记为温偏数据WP；

获取超级电容适用湿度范围的最大值并标记为湿度标准值，获取当前超级电容应用环境的湿度值并标记为应用湿度值，将湿度标准值与应用湿度值的差值标记为湿偏数据SP；

获取当前超级电容应用环境的硫化氢浓度并标记为毒气数据DQ。

进一步地，环境系数的分析过程包括：通过公式

得到超级电容应用环境的环境系数HJx，其中α1、α2以及α3均为比例系数，且α1＞α2＞α3＞0。

进一步地，环境系数与环境阈值的比较过程包括：

若环境系数HJx小于环境阈值HJmax，则判定超级电容的应用环境满足要求；

若环境系数Hjx不小于环境阈值HJmax，则判定超级电容的应用环境不满足要求，环境检测模块向热源监控模块发送热源探测信号。

进一步地，热源检测分析的具体过程包括：

将超级电容的位置标记为比对位置，将超级电容的应用区域分割为若干个探测区域i，i=1，2，…，n，获取探测区域的温度值并标记为探温值TWi，将探温值TWi逐一与探温阈值TWmax进行比较，将探温值TWi高于探温阈值TWmax的探测区域标记为待定区域，获取待定区域与对比位置的直线距离标记为直距ZJi，将待定区域的探温值TWi与直距ZJi的比值标记为待定区域的危险系数WXi。

进一步地，危险表现值k的分析过程包括：将危险系数WXi逐一与危险阈值WXmax进行比较：

若危险系数WXi小于危险阈值WXmax，则判定对应的待定区域为安全区域；

若危险系数WXi不小于危险阈值WXmax，则判定对应的待定区域为危险区域；

将危险区域的数量标记为危险表现值k并将危险表现值k通过环境检测模块、监控管理平台发送至寿命分析模块。

进一步地，状态监测模块对超级电容的工作状态进行检测分析的具体过程包括：获取超级电容工作时的最高电压值与工作截止时的电压值并进行求和取平均数得到电压数据DY；获取超级电容工作时的平均放电电流值并标记为电流数据DL；获取超级电容的工作时长并标记为时长数据SC；

通过公式

得到超级电容的状态系数ZTx，其中β1、β2以及β3均为比例系数，将超级电容的状态系数ZTx与状态阈值ZTmin、ZTmax进行比较，通过比较结果对超级电容的状态等级进行判定。

进一步地，状态系数ZTx与状态阈值ZTmin、ZTmax的比较过程包括：

若ZTx≤ZTmin，则判定超级电容的状态等级为三等级；

若ZTmin＜ZTx＜ZTmax，则判定超级电容的状态等级为二等级；

若ZTx≥ZTmax，则判定超级电容的状态等级为一等级。

进一步地，寿命分析模块对超级电容的使用寿命进行分析预警的具体过程包括：通过公式

得到超级电容的寿命系数SMx，其中γ1、γ2以及γ3均为比例系数，且γ2＞γ2＞γ1＞1，e为自然常数，e的取值为2.72。

进一步地，寿命系数SMx与寿命阈值SMmin、SMmax的比较过程包括：

若SMx≤SMmin，则判定超级电容的寿命预警等级为一等级，寿命分析模块向监控管理平台发送一级寿命预警等级信号；

若SMmin＜SMx＜SMmax，则判定超级电容的寿命预警等级为二等级，寿命分析模块向监控管理平台发送二级寿命预警等级信号；

若SMx≥SMmax，则判定超级电容的寿命预警等级为三等级。

本发明具备下述有益效果：

1、通过环境检测模块对超级电容的应用环境进行检测分析得到超级电容的环境系数，对温偏数据、湿偏数据以及毒气数据进行综合分析，从而对超级电容的应用环境进行综合评定，保证环境分析结果的准确性，在环境不满足要求时触发热源监控模块对超级电容应用环境的高温热源进行探测排查；

2、通过热源监控模块对超级电容的应用环境进行分区域的热源检测分析得到每个区域的探温值，通过探温值与探温阈值的比较结果筛选出待定区域，通过对探温值与直距进行分析得到危险系数，从而通过危险系数筛选出危险区域，在环境不满足要求时通过热源监控模块快速对应用环境的安全隐患进行探测排查，防止高温热源距离超级电容过近而导致超级电容受损；

3、状态监测模块对超级电容的工作状态进行检测分析得到超级电容工作时的状态系数，对电压数据、电流数据以及时长数据进行综合分析，从而对超级电容的状态等级进行综合评定，通过对超级电容工作时的状态等级进行监控保证超级电容的放电效率；

4、通过寿命分析模块对环境系数、状态系数以及危险表现值进行分析得到超级电容的寿命系数，寿命系数用于反应超级电容的剩余寿命，在超级电容的剩余寿命低于阈值时及时采取应对措施，结合在超级电容使用过程中对超级电容进行环境分析与热源排查，保证超级电容的使用寿命得到延缓。

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为本发明实施例一的原理框图；

图2为本发明实施例二的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

实施例一

如图1所示，超级电容监控管理系统包括监控管理平台，监控管理平台通信连接有环境检测模块、状态监测模块以及寿命分析模块，环境检测模块通信连接有热源监控模块。

环境检测模块用于通过温偏数据、湿偏数据以及毒气数据对超级电容的应用环境进行检测分析，具体的检测分析过程包括以下步骤：

步骤S1：获取超级电容的适用温度范围，对超级电容的适用温度范围的最大值与最小值进行求和取平均数得到温度标准值，获取当前超级电容应用环境的温度值并标记为应用温度值，将应用温度与温度标准值的差值标记为温偏数据WP，需要说明的是，温偏数据WP是反应当前应用环境的温度值与适用温度范围的偏差程度的数值，温偏数据WP的绝对值数值越大，表示当前应用环境下的温度值与适用温度范围的偏差程度越大，当前应用环境的温度值由温度传感器直接采集获取，温度传感器（temperature transducer）是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器，温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多，按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类，本申请采用的是热电偶温度传感器；

步骤S2：获取超级电容适用湿度范围的最大值并标记为湿度标准值，获取当前超级电容应用环境的湿度值并标记为应用湿度值，将湿度标准值与应用湿度值的差值标记为湿偏数据SP，需要说明的是，湿偏数据SP是反应当前应用环境的湿度适宜程度的数值，湿偏数据SP的数值越大，表示当前应用环境下的湿度适宜程度越高，应用湿度值由湿敏传感器直接采集获取，湿敏传感器是能够感受外界湿度变化，并通过器件材料的物理或化学性质变化，将湿度转化成有用信号的器件，湿度检测较之其他物理量的检测显得困难，这首先是因为空气中水蒸气含量要比空气少得多；另外，液态水会使一些高分子材料和电解质材料溶解，一部分水分子电离后与溶入水中的空气中的杂质结合成酸或碱，使湿敏材料不同程度地受到腐蚀和老化，从而丧失其原有的性质；

步骤S3：获取当前超级电容应用环境的硫化氢浓度并标记为毒气数据DQ，硫化氢浓度由有毒气体探测器直接进行采集获取，有毒气体探测器用于检测周围大气中的毒气，即可通过有毒气体探测器检测一氧化碳、硫化氢和氢气等气体的浓度值；

步骤S4：通过公式

得到超级电容应用环境的环境系数HJx，其中α1、α2以及α3均为比例系数，且α1＞α2＞α3＞0，将超级电容应用环境的环境系数HJx通过监控管理平台发送至寿命分析模块，需要说明的是，环境系数HJx是一个反应超级电容当前应用环境适宜程度的数值，环境系数HJx的数值越高，表示超级电容当前应用环境的适宜程度越低；

步骤S5：将环境系数HJx与环境阈值HJmax进行比较：若环境系数HJx小于环境阈值HJmax，则判定超级电容的应用环境满足要求；若环境系数Hjx不小于环境阈值HJmax，则判定超级电容的应用环境不满足要求，环境检测模块向热源监控模块发送热源探测信号。

热源监控模块接收到热源探测信号后对超级电容的应用环境进行热源检测分析，将超级电容的位置标记为比对位置，将超级电容的应用区域分割为若干个探测区域i，i=1，2，…，n，获取探测区域的温度值并标记为探温值TWi，探温值TWi由温度传感器直接采集获取，将探温值TWi逐一与探温阈值TWmax进行比较，将探温值TWi高于探温阈值TWmax的探测区域标记为待定区域，待定区域为存在高温热源的区域，获取待定区域与对比位置的直线距离标记为直距ZJi，将待定区域的探温值TWi与直距ZJi的比值标记为待定区域的危险系数WXi，危险系数WXi是一个反应高温热源对超级电容的影响程度的数值，危险系数WXi的数值越高，表示高温热源对超级电容的影响程度越大，超级电容工作时的危险性也就越大，将危险系数WXi逐一与危险阈值WXmax进行比较：若危险系数WXi小于危险阈值WXmax，则判定对应的待定区域为安全区域；若危险系数WXi不小于危险阈值WXmax，则判定对应的待定区域为危险区域，将危险区域的数量标记为危险表现值k并将危险表现值k通过环境检测模块、监控管理平台发送至寿命分析模块；热源监控模块没有接收到热源探测信号时危险表现值k的取值为0，危险表现值k的数值反映了超级电容工作时的危险程度，危险表现值的数值越高则表示超级电容工作时的危险程度越高。

状态监测模块用于通过电压数据、电流数据以及时长数据对超级电容的工作状态进行检测分析，具体的分析过程包括以下步骤：

步骤P1：获取超级电容工作时的最高电压值与工作截止时的电压值并进行求和取平均数得到电压数据DY；

步骤P2：获取超级电容工作时的平均放电电流值并标记为电流数据DL；

步骤P3：获取超级电容的工作时长并标记为时长数据SC；

步骤P4：通过公式

得到超级电容的状态系数ZTx，其中β1、β2以及β3均为比例系数，需要说明的是，状态系数ZTx是一个表示超级电容工作情况下的工作状态的数值，状态系数ZTx的数值越高则表示超级电容工作时的状态越好，将超级电容的状态系数ZTx与状态阈值ZTmin、ZTmax进行比较：

若ZTx≤ZTmin，则判定超级电容的状态等级为三等级；

若ZTmin＜ZTx＜ZTmax，则判定超级电容的状态等级为二等级；

若ZTx≥ZTmax，则判定超级电容的状态等级为一等级；

状态检测模块将超级电容的状态系数与状态等级发送至监控管理平台，监控管理平台接收到超级电容的状态系数后将超级电容的状态系数发送至寿命分析模块。

寿命分析模块用于通过环境系数、状态系数以及危险表现值对超级电容的使用寿命进行分析预警，对超级电容的使用寿命进行分析预警的具体过程包括以下步骤：

步骤Q1：通过公式

得到超级电容的寿命系数SMx，寿命系数SMx是一个反应超级电容剩余寿命的数值，寿命系数的数值越大，则表示超级电容的剩余使用寿命越长，其中γ1、γ2以及γ3均为比例系数，且γ2＞γ2＞γ1＞1，e为自然常数，e的取值为2.72；

步骤Q2：将寿命系数SMx与寿命阈值SMmin、SMmax进行比较：

若SMx≤SMmin，则判定超级电容的寿命预警等级为一等级，寿命分析模块向监控管理平台发送一级寿命预警等级信号；

若SMmin＜SMx＜SMmax，则判定超级电容的寿命预警等级为二等级，寿命分析模块向监控管理平台发送二级寿命预警等级信号；

若SMx≥SMmax，则判定超级电容的寿命预警等级为三等级。

实施例二

如图2所示，一种基于超级电容监控管理系统的安全控制方法，包括以下步骤：

步骤一：采用环境检测模块通过温偏数据、湿偏数据以及毒气数据对超级电容的应用环境进行检测分析得到环境系数，将环境系数通过监控管理平台发送至寿命分析模块，将环境系数与环境阈值进行比较，通过比较结果判定是否向热源监控模块发送热源探测信号；

步骤二：热源监控模块接收到热源探测信号后对超级电容的应用环境进行热源检测分析得到危险表现值k，当热源监控模块没有接收到热源探测信号时危险表现值k的取值为0，将危险表现值k通过环境检测模块、监控管理平台发送至寿命分析模块；

步骤三：采用状态监测模块通过电压数据、电流数据以及时长数据对超级电容的工作状态进行检测分析得到超级电容的状态系数，将超级电容的状态系数通过监控管理平台发送至寿命分析模块；

步骤四：寿命分析模块对接收到的环境系数、状态系数以及危险表现值计算得到超级电容的寿命系数，通过寿命系数与寿命阈值的比较结果对超级电容的寿命预警等级进行判定，通过寿命预警等级对超级电容进行安全预警。

一种基于超级电容监控管理系统的安全控制方法，采用环境检测模块通过温偏数据、湿偏数据以及毒气数据对超级电容的应用环境进行检测分析得到环境系数，在环境满足使用条件时采用热源监控模块对超级电容的应用环境进行热源检测分析得到危险表现值k；采用状态监测模块通过电压数据、电流数据以及时长数据对超级电容的工作状态进行检测分析得到超级电容的状态系数，结合环境系数、状态系数以及危险表现值分析得到超级电容的寿命系数，通过寿命系数对超级电容进行寿命预警等级判定。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

上述公式均是采集大量数据进行软件模拟得出且选取与真实值接近的一个公式，公式中的系数是由本领域技术人员根据实际情况进行设置；如：公式

；由本领域技术人员采集多组样本数据并对每一组样本数据设定对应的环境系数；将设定的环境系数和采集的样本数据代入公式，任意三个公式构成三元一次方程组，将计算得到的系数进行筛选并取均值，得到α1、α2与α3的取值分别为2.56和2.24与1.87；

系数的大小是为了将各个参数进行量化得到的一个具体的数值，便于后续比较，关于系数的大小，取决于样本数据的多少及本领域技术人员对每一组样本数据初步设定对应的环境系数；只要不影响参数与量化后数值的比例关系即可，如环境系数与温偏数据的数值成正比。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种基于超级电容监控管理系统的安全控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：采用环境检测模块通过温偏数据、湿偏数据以及毒气数据对超级电容的应用环境进行检测分析得到环境系数，将环境系数通过监控管理平台发送至寿命分析模块，将环境系数与环境阈值进行比较，通过比较结果判定是否向热源监控模块发送热源探测信号；

步骤二：热源监控模块接收到热源探测信号后对超级电容的应用环境进行热源检测分析得到危险表现值k，当热源监控模块没有接收到热源探测信号时危险表现值k的取值为0，将危险表现值k通过环境检测模块、监控管理平台发送至寿命分析模块；

步骤三：采用状态监测模块通过电压数据、电流数据以及时长数据对超级电容的工作状态进行检测分析得到超级电容的状态系数，将超级电容的状态系数通过监控管理平台发送至寿命分析模块；

步骤四：寿命分析模块对接收到的环境系数、状态系数以及危险表现值计算得到超级电容的寿命系数，通过寿命系数与寿命阈值SMmin、SMmax的比较结果对超级电容的寿命预警等级进行判定，通过寿命预警等级对超级电容进行安全预警；

超级电容应用环境的温偏数据、湿偏数据以及毒气数据的获取过程包括：

获取超级电容的适用温度范围，对超级电容的适用温度范围的最大值与最小值进行求和取平均数得到温度标准值，获取当前超级电容应用环境的温度值并标记为应用温度值，将应用温度与温度标准值的差值标记为温偏数据WP；

获取超级电容适用湿度范围的最大值并标记为湿度标准值，获取当前超级电容应用环境的湿度值并标记为应用湿度值，将湿度标准值与应用湿度值的差值标记为湿偏数据SP；

获取当前超级电容应用环境的硫化氢浓度并标记为毒气数据DQ；

环境系数的分析过程包括：通过公式

得到超级电容应用环境的环境系数HJx，其中α1、α2以及α3均为比例系数，且α1＞α2＞α3＞0；

热源检测分析的具体过程包括：

将超级电容的位置标记为比对位置，将超级电容的应用区域分割为若干个探测区域i，i=1，2，…，n，获取探测区域的温度值并标记为探温值TWi，将探温值TWi逐一与探温阈值TWmax进行比较，将探温值TWi高于探温阈值TWmax的探测区域标记为待定区域，获取待定区域与比对位置的直线距离标记为直距ZJi，将待定区域的探温值TWi与直距ZJi的比值标记为待定区域的危险系数WXi。

2.根据权利要求1所述的一种基于超级电容监控管理系统的安全控制方法，其特征在于，环境系数与环境阈值的比较过程包括：

若环境系数HJx小于环境阈值HJmax，则判定超级电容的应用环境满足要求；

若环境系数HJx不小于环境阈值HJmax，则判定超级电容的应用环境不满足要求，环境检测模块向热源监控模块发送热源探测信号。

3.根据权利要求1所述的一种基于超级电容监控管理系统的安全控制方法，其特征在于，危险表现值k的分析过程包括：将危险系数WXi逐一与危险阈值WXmax进行比较：

若危险系数WXi小于危险阈值WXmax，则判定对应的待定区域为安全区域；

若危险系数WXi不小于危险阈值WXmax，则判定对应的待定区域为危险区域；

将危险区域的数量标记为危险表现值k并将危险表现值k通过环境检测模块、监控管理平台发送至寿命分析模块。

4.根据权利要求3所述的一种基于超级电容监控管理系统的安全控制方法，其特征在于，状态监测模块对超级电容的工作状态进行检测分析的具体过程包括：获取超级电容工作时的最高电压值与工作截止时的电压值并进行求和取平均数得到电压数据DY；获取超级电容工作时的平均放电电流值并标记为电流数据DL；获取超级电容的工作时长并标记为时长数据SC；

通过公式

得到超级电容的状态系数ZTx，其中β1、β2以及β3均为比例系数，将超级电容的状态系数ZTx与状态阈值ZTmin、ZTmax进行比较，通过比较结果对超级电容的状态等级进行判定。

5.根据权利要求4所述的一种基于超级电容监控管理系统的安全控制方法，其特征在于，状态系数ZTx与状态阈值ZTmin、ZTmax的比较过程包括：

若ZTx≤ZTmin，则判定超级电容的状态等级为三等级；

若ZTmin＜ZTx＜ZTmax，则判定超级电容的状态等级为二等级；

若ZTx≥ZTmax，则判定超级电容的状态等级为一等级。

6.根据权利要求5所述的一种基于超级电容监控管理系统的安全控制方法，其特征在于，寿命分析模块对接收到的环境系数、状态系数以及危险表现值计算得到超级电容的寿命系数的具体过程包括：通过公式

得到超级电容的寿命系数SMx，其中γ1、γ2以及γ3均为比例系数，且γ3＞γ2＞γ1＞1，e为自然常数，e的取值为2.72。

7.根据权利要求6所述的一种基于超级电容监控管理系统的安全控制方法，其特征在于，寿命系数SMx与寿命阈值SMmin、SMmax的比较过程包括：

若SMx≤SMmin，则判定超级电容的寿命预警等级为一等级，寿命分析模块向监控管理平台发送一级寿命预警等级信号；

若SM min＜SMx＜SMmax，则判定超级电容的寿命预警等级为二等级，寿命分析模块向监控管理平台发送二级寿命预警等级信号；

若SMx≥SMmax，则判定超级电容的寿命预警等级为三等级。

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