CN112014646B - 超级电容的容值检测方法、装置以及*** - Google Patents

Abstract

提供一种超级电容的容值检测方法、装置以及***，该容值检测方法包括：获取超级电容在非恒流放电状态下的采样电流值和采样电压值；利用获取的采样电流值和采样电压值，分别计算超级电容在每个运算周期的容值；由超级电容在每个运算周期的容值，获得超级电容的最终容值。采用本发明示例性实施例的超级电容的容值检测方法、装置以及***，能够在非恒流放电状态下测得准确的超级电容的容值，有助于提高对超级电容的寿命评估的准确性。

Description

超级电容的容值检测方法、装置以及***

技术领域

本发明总体说来涉及超级电容技术领域，更具体地讲，涉及一种超级电容的容值检测方法、装置以及***。

背景技术

超级电容(Super capacitor)又名为电化学电容、双电层电容器、黄金电容、法拉电容，是一种通过极化电解质来储能的电化学元件。它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。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。

风力发电机组的变桨控制***中的控制核心部件为PLC(Programmable LogicController，可编程逻辑控制器)，PLC出现任何问题都将给变桨控制***甚至整个风力发电机组造成灾难性的后果。因此，为PLC供电的弱电***就显得非常重要，当电网发生故障后超级电容作为PLC的备用电源就成为重中之重。

风力发电机组通常建设在人烟稀少、环境恶劣的地方，尤其中国地域辽阔各处环境不尽相同，这造成了全国范围内超级电容的使用寿命存在较大的差距。如果用使用年限这单一标准去评价超级电容的使用寿命显得非常片面，在没有到达其实际寿命终止时就将能继续工作的超级电容替换下来将造成很大的浪费。

目前并没有超级电容的更换标准，风场中在运行的超级电容处于无监管状态，存有很大的安全隐患。一旦超级电容到达使用寿命而没有及时更换，则超级电容的性能会下降，甚至会严重漏液、导致储能不足，极端情况下会导致收桨失败。

目前，一般是通过在室内搭建测试实验台的方式，来测量超级电容的容值。例如，可通过搭建高低温试验箱或者多功能超电容测试***的方式，对超级电容进行各种性能测试。

为测得超级电容准确的容值，通常是通过室内搭建的测试实验台为超级电容提供一恒流放电环境，即，必须保证超级电容为恒流放电，在此状态下来检测超级电容的容值。但这需要将超级电容从其实际现场应用环境中移动至室内进行测试，对于应用于风力发电机组等大型设备中的超级电容，上述拆除、移动过程非常不便。

发明内容

本发明的示例性实施例的目的在于提供一种超级电容的容值检测方法、装置以及***，能够获得超级电容在非恒流放电状态下的准确的容值。

在一个总体方面，提供一种超级电容的容值检测方法，包括：获取超级电容在非恒流放电状态下的采样电流值和采样电压值；利用获取的采样电流值和采样电压值，分别计算超级电容在每个运算周期的容值，所述每个运算周期的时间长度小于预设时长，超级电容在每个运算周期内视为恒流放电状态；根据超级电容在每个运算周期的容值，获得超级电容在所述非恒流放电状态下的最终容值。

可选地，可通过以下方式计算超级电容在任一运算周期的容值：利用获取的采样电流值，确定超级电容在所述任一运算周期的电流变化量；利用获取的采样电压值，确定超级电容在所述任一运算周期的电压变化量；根据所确定的电流变化量、电压变化量以及所述任一运算周期的时间长度，得到超级电容在所述任一运算周期的容值。

可选地，所述采样电流值可包括每个运算周期的起始采样点对应的第一电流值和截止采样点对应的第二电流值，所述采样电压值可包括每个运算周期的起始采样点对应的第一电压值和截止采样点对应的第二电压值，其中，超级电容在所述任一运算周期的电流变化量可为所述任一运算周期的截止采样点对应的第二电流值与起始采样点对应的第一电流值的差值，超级电容在所述任一运算周期的电压变化量可为所述任一运算周期的截止采样点对应的第二电压值与起始采样点对应的第一电压值的差值。

可选地，由超级电容在每个运算周期的容值，获得超级电容的最终容值的步骤可包括：分别计算超级电容在每个运算周期的容值的数据有效性指数，数据有效性指数用于指示超级电容在运算周期的容值是否为有效容值数据；根据计算得到的数据有效性指数，对超级电容在每个运算周期的容值进行筛选；根据筛选后得到的容值确定超级电容的最终容值。

可选地，可通过以下方式计算超级电容在任一运算周期的容值的数据有效性指数：计算超级电容在所有运算周期的容值的平均值；计算超级电容在所述任一运算周期的容值与所述平均值的差值；将所述差值与所述平均值的比值，确定为超级电容在所述任一运算周期的容值的数据有效性指数，和/或，根据计算得到的数据有效性指数，对超级电容在每个运算周期的容值进行筛选的步骤可包括：根据计算得到的数据有效性指数与设定阈值的比较结果，来对超级电容在每个运算周期的容值进行筛选，其中，筛选后得到的容值为所有运算周期的容值中数据有效性指数小于设定阈值的容值。

可选地，所述容值检测方法可还包括：根据超级电容在所述非恒流放电状态下的最终容值与所述超级电容的静电容量值，计算超级电容的寿命指数；根据超级电容的寿命指数与超级电容的已经运行的年限，确定超级电容是否失效。

可选地，每个运算周期的时间长度可根据超级电容的放电电流的变化速率来确定，和/或，所述超级电容可被作为预定设备的备用电源，其中，超级电容在非恒流放电状态下可指超级电容处于为所述预定设备提供电力的实际现场应用环境中。

在另一总体方面，提供一种超级电容的容值检测装置，包括：参数获取模块，获取超级电容在非恒流放电状态下的采样电流值和采样电压值；周期容值确定模块，利用获取的采样电流值和采样电压值，分别计算超级电容在每个运算周期的容值，所述每个运算周期的时间长度小于预设时长，超级电容在每个运算周期内视为恒流放电状态；最终容值确定模块，根据超级电容在每个运算周期的容值，获得超级电容在所述非恒流放电状态下的最终容值。

可选地，周期容值确定模块可通过以下方式计算超级电容在任一运算周期的容值：利用获取的采样电流值，确定超级电容在所述任一运算周期的电流变化量；利用获取的采样电压值，确定超级电容在所述任一运算周期的电压变化量；根据所确定的电流变化量、电压变化量以及所述任一运算周期的时间长度，得到超级电容在所述任一运算周期的容值。

可选地，最终容值确定模块可包括：有效性指数确定子模块，分别计算超级电容在每个运算周期的容值的数据有效性指数，数据有效性指数用于指示超级电容在运算周期的容值是否为有效容值数据；容值筛选子模块，根据计算得到的数据有效性指数，对超级电容在每个运算周期的容值进行筛选；容值计算子模块，根据筛选后得到的容值确定超级电容的最终容值。

可选地，所述容值检测装置可还包括：寿命指数确定模块，根据超级电容在所述非恒流放电状态下的最终容值与所述超级电容的静电容量值，计算超级电容的寿命指数；电容失效判断模块，根据超级电容的寿命指数与超级电容的已经运行的年限，确定超级电容是否失效。

可选地，所述超级电容可被作为预定设备的备用电源，其中，超级电容在非恒流放电状态下可指超级电容处于为所述预定设备提供电力的实际现场应用环境中。

在另一总体方面，提供一种超级电容的容值检测***，包括：电流传感器，检测超级电容在非恒流放电状态下的采样电流值，电压传感器，检测超级电容在非恒流放电状态下的采样电压值，处理器，被配置为：从电流传感器获取采样电流值，从电压传感器获取采样电压值，利用获取的采样电流值和采样电压值，分别计算超级电容在每个运算周期的容值，所述每个运算周期的时间长度小于预设时长，超级电容在每个运算周期内视为恒流放电状态，根据超级电容在每个运算周期的容值，获得超级电容在所述非恒流放电状态下的最终容值。

采用本发明示例性实施例的超级电容的容值检测方法、装置以及***，能够在非恒流放电状态下测得准确的超级电容的容值，有助于提高对超级电容的寿命评估的准确性。

附图说明

通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的详细描述，本发明示例性实施例的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚。

图1示出根据本发明示例性实施例的超级电容的容值检测方法的流程图；

图2示出根据本发明示例性实施例的获得超级电容的最终容值的步骤的流程图；

图3示出根据本发明示例性实施例的基于超级电容的最终容值对超级电容进行失效判断的步骤的流程图；

图4示出根据本发明示例性实施例的超级电容的容值检测装置的框图；

图5示出根据本发明示例性实施例的最终容值确定模块的框图；

图6示出根据本发明示例性实施例的超级电容的容值检测***的框图；

图7示出根据本发明示例性实施例的数据同步处理电路的示意图。

具体实施方式

现在，将参照附图更充分地描述不同的示例实施例，一些示例性实施例在附图中示出。

图1示出根据本发明示例性实施例的超级电容的容值检测方法的流程图。

参照图1，在步骤S10中，获取超级电容在非恒流放电状态下的采样电流值和采样电压值。

这里，超级电容可包括单个超级电容器，或者由多个超级电容器串联、并联形成的超级电容器模组。

例如，可利用电流传感器来检测超级电容在非恒流放电状态下的采样电流值，利用电压传感器来检测超级电容在非恒流放电状态下的采样电压值，在此情况下，步骤S10中分别从电流传感器和电压传感器获取采样电流值和采样电压值。

这里，采样电流值可包括每个运算周期的起始采样点对应的第一电流值和截止采样点对应的第二电流值。采样电压值可包括每个运算周期的起始采样点对应的第一电压值和截止采样点对应的第二电压值。

作为示例，超级电容可被作为预定设备的备用电源，以为预定设备提供电力。在此情况下，超级电容在非恒流放电状态下可指超级电容处于为预定设备提供电力的实际现场应用环境中。

也就是说，可在超级电容所处的实际现场应用环境中对超级电容的容值进行测量，而无需将超级电容拆除、移动至室内搭建的测试实验台进行容值测量。并且，由于受到环境温度、使用电压、单体不一致性多因素的影响超级电容在实际现场应用环境中的放电状态属于非恒流放电状态，而并非是如传统容值测量中保持超级电容始终处于恒流放电状态。

换言之，本发明示例性实施例的超级电容的容值检测方法提供的是一种在超级电容所在实际现场应用环境下、在非恒流放电状态下检测超级电容的容值的方法。

在步骤S20中，利用获取的采样电流值和采样电压值，分别计算超级电容在每个运算周期的容值。

在本发明示例性实施例中，为实现在非恒流放电状态下对超级电容的容值的检测，提出在超级电容处于非恒流放电状态时以运算周期为单位来计算容值。当每个运算周期的时间长度小于预设时长(即，运算周期足够小)时，每个运算周期可被视为一恒流放电段，从而计算超级电容在每个恒流放电段的容值。

也就是说，以足够小的采样间隔来采集超级电容的采样电流值和采样电压值，在采样间隔足够小的情况下，超级电容在每个运算周期中放电电流的变化量就非常小，即，在每个运算周期超级电容被视为处于恒流放电状态，从而实现了在非恒流放电状态下的超级电容的容值的检测。

作为示例，每个运算周期的时间长度可根据超级电容的放电电流的变化速率来确定。例如，如果超级电容的放电电流的变化速率越大，则每个运算周期的时间长度则越短，如果超级电容的放电电流的变化速率越小，则每个运算周期的时间长度则越长。也就是说，使得在一个运算周期内超级电容的放电电流尽量保持在恒定。

例如，可通过以下方式计算超级电容在任一运算周期的容值。

利用获取的采样电流值，确定超级电容在任一运算周期的电流变化量，利用获取的采样电压值，确定超级电容在任一运算周期的电压变化量，根据所确定的电流变化量、电压变化量以及任一运算周期的时间长度，得到超级电容在任一运算周期的容值。优选地，每个运算周期的时间长度相同。

作为示例，超级电容在任一运算周期的电流变化量可为任一运算周期的截止采样点对应的第二电流值与起始采样点对应的第一电流值的差值，超级电容在任一运算周期的电压变化量可为任一运算周期的截止采样点对应的第二电压值与起始采样点对应的第一电压值的差值。

此时，可通过以下方式来根据所确定的电流变化量、电压变化量以及任一运算周期的时间长度计算超级电容在任一运算周期的容值。

计算超级电容在任一运算周期的电流变化量与任一运算周期的时间长度的乘积，计算该乘积与超级电容在任一运算周期的电压变化量的比值，将计算得到的比值确定为超级电容在任一运算周期的容值。

例如，可通过如下公式来计算超级电容在任一运算周期的容值：

公式(1)中，C_j为超级电容在第j个运算周期的容值，Δi_j为超级电容在第j个运算周期的电流变化量，Δt_j为第j个运算周期的时间长度，Δu_j为超级电容在第j个运算周期的电压变化量。

在步骤S30中，根据超级电容在每个运算周期的容值，获得超级电容在非恒流放电状态下的最终容值。

例如，可直接将上述步骤S20中计算得到的超级电容在所有运算周期的容值的平均值确定为超级电容的最终容值。但本发明不限于此，还可以采用其他方式来基于超级电容在每个运算周期的容值获得超级电容的最终容值。

在一优选实施例中，可先通过滤波去除无效容值数据，再利用滤波后的有效容值数据确定超级电容的最终容值。下面参照图2来介绍通过上述方式获得超级电容的最终容值的步骤。

图2示出根据本发明示例性实施例的获得超级电容的最终容值的步骤的流程图。

参照图2，在步骤S301中，分别计算超级电容在每个运算周期的容值的数据有效性指数。这里，数据有效性指数可用于指示超级电容在运算周期的容值是否为有效容值数据。

例如，可通过以下方式计算超级电容在任一运算周期的容值的数据有效性指数。

计算超级电容在所有运算周期的容值的平均值，计算超级电容在任一运算周期的容值与所计算的平均值的差值，将该差值与平均值的比值，确定为超级电容在任一运算周期的容值的数据有效性指数。

例如，可通过如下公式来计算超级电容在所有运算周期的容值的平均值：

公式(2)中，

为超级电容在所有运算周期的容值的平均值，C_j为超级电容在第j个运算周期的容值，1≤j≤n，n为运算周期的个数。

例如，可通过如下公式来计算超级电容在任一运算周期的容值的数据有效性指数：

公式(3)中，δ_j为超级电容在第j个运算周期的容值的数据有效性指数。

在步骤S302中，根据计算得到的数据有效性指数，对超级电容在每个运算周期的容值进行筛选。

例如，可根据计算得到的数据有效性指数与设定阈值的比较结果，来对超级电容在每个运算周期的容值进行筛选。针对每个运算周期，如果超级电容在该运算周期的容值的数据有效性指数大于或者等于设定阈值，则表明该容值为无效容值数据，此时舍弃该无效容值数据，不用于计算超级电容的最终容值。如果超级电容在该运算周期的容值的数据有效性指数小于设定阈值，则表明该容值为有效容值数据，将该有效容值数据用于计算超级电容的最终容值。

也就是说，筛选后得到的容值为所有运算周期的容值中数据有效性指数小于设定阈值的容值。以上述的公式(3)为例，设定阈值可为0.1，即，当δ_j≥0.1时，容值C_j为无效容值，当δ_j＜0.1时，容值C_j为有效容值。这里，应理解，设定阈值的大小还可以设为其他值，本发明对此不做限定。

在步骤S303中，根据筛选后得到的容值确定超级电容的最终容值。

例如，可将筛选后得到的容值的平均值确定超级电容的最终容值。作为示例，可通过如下公式来计算超级电容的最终容值：

公式(4)中，

为超级电容的最终容值，k为筛选后得到的容值的个数，即，有效容值的数量。

应理解，上述通过计算平均值的方式来确定超级电容的最终容值的方式仅为示例，本发明不限于此，还可以通过其他方式来确定超级电容的最终容值。

在一优选实施例中，在通过上述方式获得超级电容的最终容值之后，可基于所确定的超级电容的最终容值对超级电容进行失效判断。下面参照图3来介绍基于超级电容的最终容值对超级电容进行失效判断的步骤。

图3示出根据本发明示例性实施例的基于超级电容的最终容值对超级电容进行失效判断的步骤的流程图。

参照图3，在步骤S40中，根据超级电容在非恒流放电状态下的最终容值，计算超级电容的寿命指数。

作为示例，可根据超级电容在非恒流放电状态下的最终容值与超级电容的静电容量值来计算超级电容的寿命指数。例如，计算超级电容的最终容值与超级电容的静电容量值的差值，将该差值与超级电容的静电容量值的比值，确定为超级电容的寿命指数。

这里，静电容量指超级电容器储存电荷的能力，该静电容量值可由超级电容的生产方提供的超级电容器的静电容量值。

例如，可通过如下公式来计算超级电容的寿命指数：

公式(5)中，C_α为超级电容的寿命指数，

为超级电容的最终容值，C_R为超级电容的静电容量值。

在步骤S50中，利用寿命指数对超级电容进行失效判断。

例如，根据超级电容的寿命指数与预定阈值的比较结果，来对超级电容进行失效判断。如果超级电容的寿命指数大于或者等于预定阈值，则确定超级电容失效，如果超级电容的寿命指数小于预定阈值，则确定超级电容没有失效。

作为示例，以上述公式(5)为例，预定阈值可为20％，如果C_α≥20％，则确定超级电容失效，如果C_α＜20％，则确定超级电容没有失效。这里，应理解，预定阈值的大小还可以设为其他值，本发明对此不做限定。

除上述基于超级电容的寿命指数与预定阈值的比较结果来对超级电容进行失效判断的方式之外，还可以将寿命指数与超级电容的运行年限相结合，来对超级电容进行失效判断。

优选地，根据超级电容的寿命指数与超级电容的已经运行的年限，确定超级电容是否失效。

这里，针对在实际现场应用环境下检测超级电容的容值的情况，可将超级电容的寿命指数与超级电容在实际现场中的运行年限，来确定超级电容是否失效。

作为示例，可通过如下方式来根据超级电容的寿命指数与超级电容的已经运行的年限，确定超级电容是否失效。

例如，可预先设定多个年限区间，可将从零到超级电容的最大使用年限划分为多个年限区间，不同年限区间对应不同的年限程度数值。作为示例，超级电容的最大使用年限可通过统计同种类型的超级电容的实际使用年限来确定，也可以根据经验来确定。

确定超级电容的已经运行的年限所属的年限区间，将与所确定的年限区间对应的年限程度数值确定为该超级电容的年限程度数值。为寿命指数和年限程度数值分别设置对应的权重值，根据寿命指数、年限程度数值、各自对应的权重值来获得综合评价指标，基于该综合评价指标来判断超级电容是否失效。

例如，该综合评价指标可通过以下方式确定：计算寿命指数与对应的权重值的乘积，计算年限程度数值与对应的权重值的乘积，将上述两个乘积之和确定为综合评价指标。

当综合评价指标大于或者等于失效阈值时，确定超级电容失效，当综合评价指标小于失效阈值时，确定超级电容没有失效。

图4示出根据本发明示例性实施例的超级电容的容值检测装置的框图。

如图4所示，根据本发明示例性实施例的超级电容的容值检测装置包括：参数获取模块10、周期容值确定模块20和最终容值确定模块30。

具体说来，参数获取模块10获取超级电容在非恒流放电状态下的采样电流值和采样电压值。

这里，采样电流值可包括每个运算周期的起始采样点对应的第一电流值和截止采样点对应的第二电流值，采样电压值可包括每个运算周期的起始采样点对应的第一电压值和截止采样点对应的第二电压值。

作为示例，超级电容可被作为预定设备的备用电源，以为预定设备提供电力。在此情况下，超级电容在非恒流放电状态下指超级电容处于为预定设备提供电力的实际现场应用环境中。

周期容值确定模块20利用获取的采样电流值和采样电压值，分别计算超级电容在每个运算周期的容值。

优选地，每个运算周期的时间长度小于预设时长，在每个运算周期超级电容被视为处于恒流放电状态。每个运算周期的时间长度可根据超级电容的放电电流的变化速率来确定。

例如，周期容值确定模块20可通过以下方式计算超级电容在任一运算周期的容值。

利用获取的采样电流值，确定超级电容在任一运算周期的电流变化量；利用获取的采样电压值，确定超级电容在任一运算周期的电压变化量；根据所确定的电流变化量、电压变化量以及任一运算周期的时间长度，得到超级电容在任一运算周期的容值。

作为示例，超级电容在任一运算周期的电流变化量可为任一运算周期的截止采样点对应的第二电流值与起始采样点对应的第一电流值的差值，超级电容在任一运算周期的电压变化量可为任一运算周期的截止采样点对应的第二电压值与起始采样点对应的第一电压值的差值。

此时，周期容值确定模块20可通过以下方式计算超级电容在任一运算周期的容值。

计算超级电容在任一运算周期的电流变化量与任一运算周期的时间长度的乘积，计算该乘积与超级电容在任一运算周期的电压变化量的比值，将计算得到的比值确定为超级电容在任一运算周期的容值。

最终容值确定模块30根据超级电容在每个运算周期的容值，获得超级电容在非恒流放电状态下的最终容值。

例如，最终容值确定模块30可直接将周期容值确定模块20计算得到的超级电容在所有运算周期的容值的平均值确定为超级电容的最终容值。

在一优选实施例中，最终容值确定模块30可先通过滤波去除无效容值数据，再利用滤波后的有效容值数据确定超级电容的最终容值。下面参照图5来介绍通过上述方式获得超级电容的最终容值的过程。

图5示出根据本发明示例性实施例的最终容值确定模块的框图。

如图5所示，根据本发明示例性实施例的最终容值确定模块30可包括：有效性指数确定子模块301、容值筛选子模块302和容值计算子模块303。

具体说来，有效性指数确定子模块301分别计算超级电容在每个运算周期的容值的数据有效性指数。这里，数据有效性指数可用于指示超级电容在运算周期的容值是否为有效容值数据。

例如，有效性指数确定子模块301可通过以下方式计算超级电容在任一运算周期的容值的数据有效性指数。

计算超级电容在所有运算周期的容值的平均值，计算超级电容在所述任一运算周期的容值与所计算的平均值的差值，将该差值与平均值的比值，确定为超级电容在任一运算周期的容值的数据有效性指数。

容值筛选子模块302根据计算得到的数据有效性指数，对超级电容在每个运算周期的容值进行筛选。

例如，容值筛选子模块302可根据计算得到的数据有效性指数与设定阈值的比较结果，来对超级电容在每个运算周期的容值进行筛选。

针对每个运算周期，如果容值筛选子模块302确定超级电容在该运算周期的容值的数据有效性指数大于或者等于设定阈值，则表明该容值为无效容值数据，此时舍弃该无效容值数据，不用于计算超级电容的最终容值。如果容值筛选子模块302确定超级电容在该运算周期的容值的数据有效性指数小于设定阈值，则表明该容值为有效容值数据，将该有效容值数据用于计算超级电容的最终容值。

也就是说，筛选后得到的容值为所有运算周期的容值中数据有效性指数小于设定阈值的容值。

容值计算子模块303根据筛选后得到的容值确定超级电容的最终容值。

例如，容值计算子模块303可将筛选后得到的容值的平均值确定为超级电容的最终容值。但本发明不限于此，还可以通过其他方式来根据筛选后得到的容值确定超级电容的最终容值。

在一优选实施例中，在通过上述方式获得超级电容的最终容值之后，可基于所确定的超级电容的最终容值对超级电容进行失效判断。

在此情况下，根据本发明示例性实施例的超级电容的容值检测装置可还包括：寿命指数确定模块40和电容失效判断模块50。

具体说来，寿命指数确定模块40根据超级电容的最终容值，计算超级电容的寿命指数。

作为示例，寿命指数确定模块40可根据超级电容在非恒流放电状态下的最终容值与超级电容的静电容量值来计算超级电容的寿命指数。例如，寿命指数确定模块40可计算超级电容的最终容值与超级电容的静电容量值的差值，将该差值与超级电容的静电容量值的比值，确定为超级电容的寿命指数。

电容失效判断模块50利用寿命指数对超级电容进行失效判断。

例如，电容失效判断模块50根据超级电容的寿命指数与预定阈值的比较结果，来对超级电容进行失效判断。如果超级电容的寿命指数大于或者等于预定阈值，则电容失效判断模块50确定超级电容失效，如果超级电容的寿命指数小于预定阈值，则电容失效判断模块50确定超级电容没有失效。

除上述基于超级电容的寿命指数与预定阈值的比较结果来对超级电容进行失效判断的方式之外，电容失效判断模块50还可以将寿命指数与超级电容的运行年限相结合，来对超级电容进行失效判断。

例如，电容失效判断模块50可根据超级电容的寿命指数与超级电容的已经运行的年限，确定超级电容是否失效。

例如，电容失效判断模块50可预先设定多个年限区间，可将从零到超级电容的最大使用年限划分为多个年限区间，不同年限区间对应不同的年限程度数值。作为示例，超级电容的最大使用年限可通过统计同种类型的超级电容的实际使用年限来确定，也可以根据经验来确定。

电容失效判断模块50确定超级电容的已经运行的年限所属的年限区间，将与所确定的年限区间对应的年限程度数值确定为该超级电容的年限程度数值。为寿命指数和年限程度数值分别设置对应的权重值，根据寿命指数、年限程度数值、各自对应的权重值来获得综合评价指标，基于该综合评价指标来判断超级电容是否失效。

例如，该综合评价指标可通过以下方式确定：计算寿命指数与对应的权重值的乘积，计算年限程度数值与对应的权重值的乘积，将上述两个乘积之和确定为综合评价指标。

当综合评价指标大于或者等于失效阈值时，电容失效判断模块50确定超级电容失效，当综合评价指标小于失效阈值时，电容失效判断模块50确定超级电容没有失效。

图6示出根据本发明示例性实施例的超级电容的容值检测***的框图。

如图6所示，根据本发明示例性实施例的超级电容的容值检测***包括电流传感器100、电压传感器200和处理器300。

在图6所示的示例中，以超级电容作为风力发电机组的变桨控制***的备用电源为例进行介绍。

如图6所示，风力发电机组的变桨控制***可包括超级电容充电器1、超级电容2、变桨控制器(未示出)、变桨伺服驱动器3、变桨电机4。在本示例中，超级电容2作为变桨控制***中的变桨控制器和变桨伺服驱动器的备用电源，在电网掉电时为变桨控制***提供能量支撑。

电流传感器100检测超级电容2在非恒流放电状态下的采样电流值，电压传感器200检测超级电容2在非恒流放电状态下的采样电压值。

处理器300被配置为：从电流传感器100获取采样电流值，从电压传感器200获取采样电压值，利用获取的采样电流值和采样电压值，分别计算超级电容2在每个运算周期的容值，根据超级电容2在每个运算周期的容值，获得超级电容2在非恒流放电状态下的最终容值。这里，每个运算周期的时间长度小于预设时长，超级电容在每个运算周期内视为恒流放电状态。

这里，图1所示的超级电容的容值检测方法可在图6所示的处理器300中执行。也就是说，图4所示的各模块可由数字信号处理器、现场可编程门阵列等通用硬件处理器来实现，也可通过专用芯片等专用硬件处理器来实现，还可完全通过计算机程序来以软件方式实现，例如，可被实现为图6中所示的处理器300中的各个模块。

下面参照图6来介绍对超级电容的容值检测过程。

在处理器300的控制下对超级电容2进行放电拖动变桨电机4旋转，在上述非恒流放电过程中电流传感器100和电压传感器200采集超级电容2的采样电流值和采样电压值，处理器300对采集到的采样电流值和采样电压值进行运算处理得到超级电容的最终容值，结合超级电容已经运行的年限确定超级电容是否失效。

作为示例，根据本发明示例性实施例的超级电容的容值检测***可还包括显示器400和手持终端500。

显示器400可在上述容值检测过程中实时显示关于超级电容的各种测试过程曲线，以便于操作人员进行综合判断。

手持终端500上可显示有关于容值检测的操作界面，根据用户在该操作界面上的操作可产生控制指令，以控制超级电容2进行放电拖动变桨电机4旋转。此外，还可在上述操作界面上选择电流传感器100和电压传感器200的测量量程，除此之外，还可以通过该操作界面输入超级电容已经运行的年限，以用于对超级电容的失效判断。

作为示例，该手持终端500可为智能手机、平板电脑、笔记本电脑、个人数字助理等便携式电子设备。优选地，在容值检测过程中产生的各项数据可被存储到手持终端500中，也可以存储到其他存储器中。也就是说，上述容值检测***具有自动记录数据存储功能。

由图6所示的示例可以看出，根据本发明示例性实施例的超级电容的容值检测***可以直接应用到超级电容的实际现场环境中，也就是说，本发明的容值检测***可以利用现有的驱动器、电机等对超级电容的容值进行检测，避免了对超级电容的拆除、移动过程。此外，上述容值检测***能够实现在非恒流放电情况下测得超级电容的容值，改变了传统的在室内测试实验台必须保证恒流放电来测量超级电容的容值的方式。

图7示出根据本发明示例性实施例的数据同步处理电路的示意图。

处理器300在对分别从电流传感器100和电压传感器200获取的采样电流值和采样电压值进行处理时，需保证数据的同步性。

在图7所示的示例中，电流传感器100可采用串联电阻的形式实现，通过巴特沃斯低通滤波器进行滤波，电流信号经由放大调整之后进入A/D转换器。

电压传感器200可采用精密电阻分压的方式得到超级电容的电压信号，通过巴特沃斯低通滤波器进行滤波，电压信号经由放大调整之后进入另一A/D转换器。

优选地，在本示例中上述A/D转换器均可选择高速A/D转换器AD9244，采样周期为1MHz。由于本发明的容值检测***对采样精度要求很高，时钟同步电路保证了电流信号和电压信号在同一时刻被采样。两片A/D转换器在同步时钟的同步下，将采集到的采样电流值和采样电压值高速缓存到FIFO(先进先出)电路进行缓存，高速缓冲器数据满了以后一次性把数据传输给处理器进行容值的计算。

作为示例，高速FIFO电路可以由FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)实现，时钟同步电路也可以由FPGA实现，处理器可以由DSP(Digital SignalProcessor)芯片实现。

根据本发明的示例性实施例还提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质存储有当被处理器执行时使得处理器执行上述超级电容的容值检测方法的计算机程序。该计算机可读记录介质是可存储由计算机***读出的数据的任意数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波(诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输)。

本发明示例性实施例的超级电容的容值检测方法、装置以及***兼容性强，可以检测任意超级电容的容值。

此外，本发明示例性实施例的超级电容的容值检测方法、装置以及***可以应用于风力发电机组中，超级电容的容值测量准确性的提高，有助于降低风力发电机组的运行风险。

此外，根据本发明示例性实施例的超级电容的容值检测方法、装置以及***，基于所确定的超级电容的最终容值能够提高对超级电容寿命评估的准确性，以便及时更换失效电容，不仅可以减少资源浪费，还可以减轻对环境的污染，还能有效的指导设计、可控的可预期的进行备件更换。

此外，根据本发明示例性实施例的超级电容的容值检测方法、装置以及***，无需笨重的仪器设备即可实现容值检测，适合风力发电机组的野外作业，能够有效减轻工作量、提高工作效率。

尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (13)

1.一种超级电容的容值检测方法，其特征在于，包括：

获取超级电容在非恒流放电状态下的采样电流值和采样电压值，其中，所述采样电流值包括每个运算周期的起始采样点对应的第一电流值和截止采样点对应的第二电流值，所述采样电压值包括每个运算周期的起始采样点对应的第一电压值和截止采样点对应的第二电压值；

利用获取的采样电流值确定超级电容在每个运算周期内的电流变化量，利用获取的采样电压值确定超级电容在每个运算周期内的电压变化量，根据所确定的电流变化量、电压变化量以及每个运算周期的时间长度分别计算超级电容在每个运算周期的容值，每个运算周期的时间长度小于预设时长，超级电容在每个运算周期内视为恒流放电状态，每个运算周期的时间长度根据超级电容的放电电流的变化速率来确定；

根据超级电容在每个运算周期的容值，获得超级电容在所述非恒流放电状态下的最终容值。

2.如权利要求1所述的容值检测方法，其特征在于，超级电容在每个运算周期内的电流变化量为每个运算周期的截止采样点对应的第二电流值与起始采样点对应的第一电流值的差值，

超级电容在每个运算周期内的电压变化量为每个运算周期的截止采样点对应的第二电压值与起始采样点对应的第一电压值的差值。

3.如权利要求1所述的容值检测方法，其特征在于，根据超级电容在每个运算周期的容值，获得超级电容在所述非恒流放电状态下的最终容值步骤包括：

分别计算超级电容在每个运算周期的容值的数据有效性指数，数据有效性指数用于指示超级电容在运算周期的容值是否为有效容值数据；

根据计算得到的数据有效性指数，对超级电容在每个运算周期的容值进行筛选；

根据筛选后得到的容值确定超级电容的最终容值。

4.如权利要求3所述的容值检测方法，其特征在于，通过以下方式计算超级电容在任一运算周期的容值的数据有效性指数：

计算超级电容在所有运算周期的容值的平均值；

计算超级电容在所述任一运算周期的容值与所述平均值的差值；

将所述差值与所述平均值的比值，确定为超级电容在所述任一运算周期的容值的数据有效性指数，

和/或，根据计算得到的数据有效性指数，对超级电容在每个运算周期的容值进行筛选的步骤包括：

根据计算得到的数据有效性指数与设定阈值的比较结果，来对超级电容在每个运算周期的容值进行筛选，

其中，筛选后得到的容值为所有运算周期的容值中数据有效性指数小于设定阈值的容值。

5.如权利要求1所述的容值检测方法，其特征在于，所述容值检测方法还包括：

根据超级电容在所述非恒流放电状态下的最终容值与所述超级电容的静电容量值，计算超级电容的寿命指数；

根据超级电容的寿命指数与超级电容的已经运行的年限，确定超级电容是否失效。

6.如权利要求5所述的容值检测方法，其特征在于，根据超级电容的寿命指数与超级电容的已经运行的年限，确定超级电容是否失效的步骤包括：

确定超级电容的已经运行的年限所属的年限区间；

将与所确定的年限区间对应的年限程度数值确定为超级电容的年限程度数值；

为寿命指数和年限程度数值分别设置对应的权重值，根据寿命指数、年限程度数值、各自对应的权重值来获得综合评价指标；

基于获得的综合评价指标来判断超级电容是否失效。

7.如权利要求1所述的容值检测方法，其特征在于，所述超级电容被作为预定设备的备用电源，

其中，超级电容在非恒流放电状态下指超级电容处于为所述预定设备提供电力的实际现场应用环境中。

8.一种超级电容的容值检测装置，其特征在于，包括：

参数获取模块，获取超级电容在非恒流放电状态下的采样电流值和采样电压值，其中，所述采样电流值包括每个运算周期的起始采样点对应的第一电流值和截止采样点对应的第二电流值，所述采样电压值包括每个运算周期的起始采样点对应的第一电压值和截止采样点对应的第二电压值；

周期容值确定模块，利用获取的采样电流值确定超级电容在每个运算周期内的电流变化量，利用获取的采样电压值确定超级电容在每个运算周期内的电压变化量，根据所确定的电流变化量、电压变化量以及每个运算周期的时间长度分别计算超级电容在每个运算周期的容值，每个运算周期的时间长度小于预设时长，超级电容在每个运算周期内视为恒流放电状态，每个运算周期的时间长度根据超级电容的放电电流的变化速率来确定；

最终容值确定模块，根据超级电容在每个运算周期的容值，获得超级电容在所述非恒流放电状态下的最终容值。

9.如权利要求8所述的容值检测装置，其特征在于，最终容值确定模块包括：

有效性指数确定子模块，分别计算超级电容在每个运算周期的容值的数据有效性指数，数据有效性指数用于指示超级电容在运算周期的容值是否为有效容值数据；

容值筛选子模块，根据计算得到的数据有效性指数，对超级电容在每个运算周期的容值进行筛选；

容值计算子模块，根据筛选后得到的容值确定超级电容的最终容值。

10.如权利要求8所述的容值检测装置，其特征在于，所述容值检测装置还包括：

寿命指数确定模块，根据超级电容在所述非恒流放电状态下的最终容值与所述超级电容的静电容量值，计算超级电容的寿命指数；

电容失效判断模块，根据超级电容的寿命指数与超级电容的已经运行的年限，确定超级电容是否失效。

11.如权利要求10所述的容值检测装置，其特征在于，所述电容失效判断模块进一步被配置为：

确定超级电容的已经运行的年限所属的年限区间；

将与所确定的年限区间对应的年限程度数值确定为超级电容的年限程度数值；

为寿命指数和年限程度数值分别设置对应的权重值，根据寿命指数、年限程度数值、各自对应的权重值来获得综合评价指标；

基于获得的综合评价指标来判断超级电容是否失效。

12.如权利要求8所述的容值检测装置，其特征在于，所述超级电容被作为预定设备的备用电源，

其中，超级电容在非恒流放电状态下指超级电容处于为所述预定设备提供电力的实际现场应用环境中。

13.一种超级电容的容值检测***，其特征在于，包括：

电流传感器，检测超级电容在非恒流放电状态下的采样电流值；

电压传感器，检测超级电容在非恒流放电状态下的采样电压值；

处理器，被配置为：

从电流传感器获取采样电流值，其中，所述采样电流值包括每个运算周期的起始采样点对应的第一电流值和截止采样点对应的第二电流值；

从电压传感器获取采样电压值，其中，所述采样电压值包括每个运算周期的起始采样点对应的第一电压值和截止采样点对应的第二电压值；

利用获取的采样电流值确定超级电容在每个运算周期内的电流变化量，利用获取的采样电压值确定超级电容在每个运算周期内的电压变化量，根据所确定的电流变化量、电压变化量以及每个运算周期的时间长度分别计算超级电容在每个运算周期的容值，每个运算周期的时间长度小于预设时长，超级电容在每个运算周期内视为恒流放电状态，每个运算周期的时间长度根据超级电容的放电电流的变化速率来确定；

根据超级电容在每个运算周期的容值，获得超级电容在所述非恒流放电状态下的最终容值。

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