专利名称：超级电容模组失效检测系统及检测方法
技术领域：
本发明涉及电容失效检测领域，具体指应用于对风力发电机组变桨控制系统中的超级电容模组进行失效检测的系统及检测方法。
背景技术：
超级电容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假电容电荷储存电能，因而不同于传统的化学电源。超级电容器的优点是功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽，由于超级电容的额定电压很低，在应用中需要大量的串联形成超级电容模组来使用。基于超级电容的存在的上述优点，超级电容模组也具有同样的优点，超级电容模组在很多领域都获得了应用，如电动汽车、风力发电等。但是超级电容模组在使用过程中随着使用年限的增长，其容量会不断下降，其内阻会逐渐增加，当超级电容模组的容量较标准容量下降了 20%或者当超级电容模组的内阻较标准内阻增加了 100%，则表示该超级电容模组已经失效，如果不能及时更换可能会发生安全事故。比如在风力发电领域，超级电容多应用于变桨控制系统，以取代传统备用电源蓄电池，尤其是在风力发电机组因自身故障或电网掉电时需要备用电源提供电能将桨叶转动到安全位置，以防止发生安全事故，但是一旦出现超级电容失效就不能在必要时作为备用电源提供电能将桨叶转动到安全位置，因此可能引发安全事故。因此，对超级电容是否失效进行实时监测非常重要。现有技术检测超级电容模组的是否失效有两种方法，一种是将超级电容模组从电动汽车或风力发电组等使用组件上拆下来进行检测一种是使用专用的检测设备对其进行检测。这两种方法使用起来都有其局限性，第一种方法使用非常不便，操作程序复杂，而且是定期进行，不能实行实时检测，不能起到很好的预警效果；第二种方法虽然可以实时监测，但是检测设备价格昂贵，而且需要另行安装，使用不方便。

发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是如何对超级电容模组进行实时检测，而且使用方便，成本低廉，而提供一种超级电容模组失效检测系统及检测方法。解决该技术问题，本发明是这样实现的一种超级电容模组失效检测系统，包括充电器、充电控制继电器、控制器、数字电压表、超级电容模组、计时器和检测终端；所述充电器、超级电容模组和充电控制继电器的控制端串联构成充电回路，所述数字电压表并联在超级电容模组两端；所述数字电压表的信号输出端和检测终端的数据输出端分别与所述控制器的信号输入端连接；所述充电控制继电器的信号输入端和计时器的信号输入端分别与所述控制器的信号输出端连接；所述计时器的信号输出端与所述检测终端的数据采集端连接。采用上述检测系统对超级电容模组进行失效检测的方法，分两步进行1)对超级电容模组容量进行失效检测，具体步骤如下
al :通过检测終端预设开始检测电压值U1和停止检测电压值U2,并将所述开始检测电压值U1和停止检测电压值U2传输给控制器，所述U2 > U1 ;
a2 :设定充电器以恒定电流I向超级电容模组充电，打开充电器，检测终端向控制器发出开始充电的指令信号，所述控制器将所述开始充电的指令信号传输给充电控制继电器，所述充电控制继电器接收开始充电的指令信号并闭合其控制端接通充电回路；
a3 :数字电压表采集超级电容模组两端的电压信号值U，并将采集的电压信号值 U传输给所述控制器和检测终端；
a4 :当所述控制器接收的电压信号值U达到U1时，所述控制器向计时器发出开始计时的指令信号；所述计时器接收到所述开始计时的指令信息后开始计吋，并将开始计时的时间信号h传输给检测终端； a5 :当所述控制器接收到的电压信号值U达到U2时，所述控制器向计时器发出停止计时的指令信号；所述计时器接收到所述停止计时的指令信息后停止计时，并将停止计时的时间信号t2传输给检测终端；
a6 :所述检测終端根据预设的开始检测电压值仏、停止检测电压值U2、恒定电流I、所述计时器传输的开始计时的时间信号h和停止计时的时间信号t2，根据式(I)至(3)计算得
和Δ ,当所得 和Δ 满足式(4)时表示该超级电容模组失效；
ISXJ=Ui-UiCl)
C*AU
t =- (2)
/
At=t2-fl(3)
Δ </(1-20%)(4)
上式中，At/为充电电压变化值，C为超级电容模组的标准容量，f为标准超级电容模组在充电电压变化值区间对应的标准充电时间，At为超级电容模组在充电电压变化值
区间对应的充电时间；
2)对超级电容模组容内阻进行失效检测，具体步骤如下
bi:通过检测終端预设停止充电电压值u3，并将所述停止充电电压值U3传输给控制
器；
b2 :设定充电器以恒定电流I向超级电容模组充电，打开充电器，检测终端向控制器发出开始充电的指令信号，所述控制器将所述开始充电的指令信号传输给充电控制继电器，所述充电控制继电器接收开始充电的指令信号并闭合其控制端接通充电回路；b3 :数字电压表采集超级电容模组两端的电压信号值U，并将采集的电压信号值U传输给所述控制器和检测终端；
b4 :当所述控制器接收的电压信号值U达到U3时，所述控制器向充电控制继电器发出停止充电的指令信号，同时所述控制器向计时器发出开始计时的指令信号；所述充电控制继电器接收到所述停止充电指令信号后其控制端打开，所述超级电容模组停止充电；所述计时器接收到所述开始计时的指令信息后开始计吋，并将记录的时间信号t’传输给检测终端;
b5 :超级电容模组停止充电后时间信号h’对应的超级电容模组两端的电压信号 值为U4;
b6 :所述检测終端根据预设停止充电电压值U3、超级电容模组停止充电后时间信号t/对应的超级电容模组两端的电压信号值ル，恒定电流I，根据式(5)和(6)计算得j '当
与Al/满足式(6)时表示该超级电容模组失效；
权利要求
1.超级电容模组失效检测系统，其特征在于该系统包括充电器、充电控制继电器、控制器、数字电压表、超级电容模组、计时器和检测终端； 所述充电器、超级电容模组和充电控制继电器的控制端串联构成充电回路，所述数字电压表并联在超级电容模组两端； 所述数字电压表的信号输出端和检测终端的数据输出端分别与所述控制器的信号输入端连接；所述充电控制继电器的信号输入端和计时器的信号输入端分别与所述控制器的信号输出端连接； 所述计时器的信号输出端与所述检测终端的数据采集端连接。
2.超级电容模组失效检测的方法，其特征在于采用了权利要求I所述的超级电容失效检测系统对超级电容模组进行失效检测，分两步进行 1)对超级电容模组容量进行失效检测，具体步骤如下 al :通过检测終端预设开始检测电压值U1和停止检测电压值U2,并将所述开始检测电压值U1和停止检测电压值U2传输给控制器，所述U2 > U1 ; a2 :设定充电器以恒定电流I向超级电容模组充电，打开充电器，检测终端向控制器发出开始充电的指令信号，所述控制器将所述开始充电的指令信号传输给充电控制继电器，所述充电控制继电器接收开始充电的指令信号并闭合其控制端接通充电回路； a3 :数字电压表采集超级电容模组两端的电压信号值U，并将采集的电压信号值 U传输给所述控制器和检测终端； a4:当所述控制器接收的电压信号值U达到U1时，所述控制器向计时器发出开始计时的指令信号；所述计时器接收到所述开始计时的指令信息后开始计吋，并将开始计时的时间信号h传输给检测终端； a5 :当所述控制器接收到的电压信号值U达到U2时，所述控制器向计时器发出停止计时的指令信号；所述计时器接收到所述停止计时的指令信息后停止计时，并将停止计时的时间信号t2传输给检测终端； a6 :所述检测終端根据预设的开始检测电压值仏、停止检测电压值U2、恒定电流I、所述计时器传输的开始计时的时间信号h和停止计时的时间信号t2，根据式(I)至(3)计算得 和Δ ,当所得f和Δ 满足式(4)时表示该超级电容模组失效；
全文摘要
本发明涉及电容失效检测领域，具体指应用于对风力发电机组变桨控制系统中的超级电容模组进行失效检测的系统及检测方法。该系统包括充电器、充电控制继电器、控制器、数字电压表、超级电容模组、计时器和检测终端；充电器、超级电容模组和充电控制继电器的控制端串联构成充电回路，数字电压表并联在超级电容模组两端；数字电压表的信号输出端和检测终端的数据输出端分别与控制器的信号输入端连接；充电控制继电器的信号输入端和计时器的信号输入端分别与所述控制器的信号输出端连接；计时器的信号输出端与所述检测终端的数据采集端连接。该系统组成简单、操作方便、成本低，而且可以对超级电容模组进行实时监测，提供更换预警信息。
文档编号G01R19/00GK102662121SQ20121017614
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月31日 优先权日2012年5月31日
发明者李素红, 杨眉, 胡小华, 谢敬朗, 赵胜武, 邱明伯 申请人:重庆华渝电气仪表总厂