CN113714152B - 一种应用于航天电源的储能型超级电容筛选方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于航天电源的储能型超级电容筛选方法，包括以下步骤：S1：真空变温恒流循环充放电试验：对超级电容在高低温循环下，进行恒流循环充放电试验；S2：分别统计每个所述超级电容在不同温度条件下真空变温恒流循环充放电试验中任一时刻的第一单体电压平均值；S3：统计所有超级电容在不同温度条件下真空变温恒流循环充放电试验中任一时刻的第一总体电压平均值和第一总体方差；S4：选取在不同温度条件下，在所述充放电循环中，任一时刻的第一单体电压平均值不超过第一电压阈值的所述超级电容；本方法不仅避免了复杂的参数识别运算，而且在不同温度下超级电容具有良好的一致性。

Description

一种应用于航天电源的储能型超级电容筛选方法
技术领域
本发明涉及航天电源技术领域，具体涉及一种应用于航天电源的储能型超级电容筛选方法。
背景技术
超级电容器是一种新型的能快速充/放电的绿色储能装置。它具有传统电解电容器和电池的双重功能，其功率密度远高于电池，且比电池充放电速度快很多；能量密度远高于传统的电解电容器。与传统电解电容器和电池相比较，超级电容器具有体积小，能量密度大，充放电速度快，循环寿命长，放电功率高，工作温度范围宽(-40℃～85℃)，可靠性好及成本低廉等优点。因此，超级电容器正已成为一种新型、高效、实用、绿色环保的快速充放电储能器件。
但是，航天电源***的工作环境具有以下特殊性：真空，环境温度变化范围极大，宇宙电磁辐射强度远大于地面，在从地面进入太空的过程中过载、振动、冲击等力学可靠性要求高，同时，由于航天发射能力的限制，因此，对航天电源***的质量需要严格控制。因此，有必要提出一种应用于航天电源的储能型超级电容筛选方法，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
为至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种应用于航天电源的储能型超级电容筛选方法，包括以下步骤：
S1：真空变温恒流循环充放电试验：对超级电容在“常温-高温-常温-低温-常温”的温度循环下，进行恒流循环充放电试验，并全程对每个所述超级电容的电压值、电流值和温度值进行采样；
S2：分别统计每个所述超级电容在不同温度条件下真空变温恒流循环充放电试验中任一时刻的第一单体电压平均值；
S3：统计所有超级电容在不同温度条件下真空变温恒流循环充放电试验中任一时刻的第一总体电压平均值和第一总体方差；
S4：选取在不同温度条件下，在所述充放电循环中，任一时刻的第一单体电压平均值不超过第一电压阈值的所述超级电容；所述第一电压阈值是根据所述第一单体电压平均值、第一总体电压平均值和第一总体方差计算确定的。
优选的，在S1之前包括S5步骤，相应的，步骤S1中的超级电容为经过步骤S5选取的超级电容；
所述S5步骤为常温恒流循环充放电试验，包括：
S501：对所述超级电容在常温常压下进行恒流循环充放电试验，并对所述超级电容的电压值、电流值和温度值进行采样；
S502：计算并统计每个所述超级电容的第一单体静电容量平均值和第一单体内阻平均值，计算并统计所有所述超级电容的第一总体静电容量平均值、第一总体静电容量方差、第一总体内阻平均值和第一总体内阻方差，选取第一单体静电容量平均值不超过第一静电容量阈值，以及第一单体内阻平均值不超过第一内阻阈值的超级电容；所述第一静电容量阈值是根据所述第一单体静电容量平均值、第一总体静电容量平均值和第一总体静电容量方差计算确定的；所述第一内阻阈值是根据所述第一单体内阻平均值、第一总体内阻平均值和第一总体内阻方差计算确定的。
优选的，所述S1步骤中真空变温恒流循环充放电试验条件为：试验温度按照“常温-高温-常温-低温-常温”的顺序变化，所述试验温度的变化速率不大于1℃/min；所述高温为60℃，所述常温为20℃，所述低温为-20℃；真空条件下试验压力不大于1*10-3pa。
优选的，所述S1步骤中，所述对所述超级电容在“常温-高温-常温-低温-常温”的温度循环下，进行恒流循环充放电试验，包括：
在“常温-高温-常温-低温-常温”的温度变化的过程中，对所述超级电容进行恒流循环充放电试验；
每次所述试验温度变化完成后，将所述超级电容器放置第一静置时间后，开始恒流循环充放电试验。
优选的，所述S1步骤中所述全程对每个所述超级电容的电压值、电流值和温度值进行采样，包括：
将所述超级电容串联组成临时超级电容器组；
同时对若干组所述临时超级电容器组分别进行所述真空变温恒流循环充放电试验，采集每个所述超级电容的电压值、电流值和温度值。
优选的，还包括：
S6：对通过S4步骤的所述超级电容，在常温常压下放置第二静置时间，进行常温恒流循环充放电试验；
所述常温恒流循环充放电试验包括：
S601，对超级电容在常温常压下进行恒流循环充放电试验，并对所述超级电容的电压值、电流值和温度值进行采样；
S602，计算并统计每个所述超级电容的第二单体静电容量平均值和第二单体内阻平均值，计算并统计所有所述超级电容的第二总体静电容量平均值、第二总体静电容量方差、第二总体内阻平均值和第二总体内阻方差，选取第二单体静电容量平均值不超过第二静电容量阈值，以及第二单体内阻平均值不超过第二内阻阈值的超级电容；所述第二静电容量阈值是根据所述第二单体静电容量平均值、第二总体静电容量平均值和第二总体静电容量方差计算确定的；所述第二内阻阈值是根据所述第二单体内阻平均值、第二总体内阻平均值和第二总体内阻方差计算确定的。
优选的，还包括S7步骤，所述S7步骤在S6步骤之后；
S7：根据每个所述超级电容的第一单体静电容量平均值和第二单体静电容量平均值计算确定单体静电容量变化值、总体静电容量平均变化值和总体静电容量变化值方差；根据第一单体内阻平均值与第二单体内阻平均值计算确定单体内阻变化值、总体内阻平均变化值和总体内阻变化值方差；根据所述单体静电容量变化值和所述单体内阻变化值确定总体静电容量衰减和单体内阻变化值；
选取所述单体静电容量变化值不大于静电容量变化阈值，以及所述单体内阻变化值不大于内阻变化阈值的超级电容。
优选的，还包括S8步骤，所述S8步骤在S7步骤之后；
S8：电压保持试验：将超级电容以恒定电流充电至额定电压后，保持第二保持时间，在常温常压下开路放置24h，计算开路放置前后的单体电压变化值、总体电压变化值和总体电压变化值方差，选取所述电压变化值不大于电压变化阈值的超级电容。所述电压变化阈值是根据所述单体电压变化值、总体电压变化值和总体电压变化值方差计算确定的。
优选的，还包括S9步骤，所述S9步骤在S8步骤之后；
S6：物理特性试验：测量所述超级电容的尺寸和质量；检查所述超级电容的外壳是否有变形或电解液痕迹，筛除外壳变形或有电解液痕迹的超级电容。
优选的，所述真空变温恒流循环充放电试验和所述常温恒流循环充放电试验中的恒流循环充放电过程包括：
对所述超级电容以第一恒定电流充电至第一额定电压；
在保持额定电压第一保持时间后，所述超级电容以第一恒定电流放电至第二恒定电压后停止放电；
停止放电后静置第一保持时间，对所述超级电容进行下一次充放电循环。
第一，本发明采用的储能型超级电容筛选方法，仅仅采用电压来筛选超级电容。超级电容器的电气模型主要有RC串联模型、经典等效电路模型、梯形电路模型、三分支等效电路模型等。但是各种模型均有其缺点：RC串联模型、经典等效电路模型可以粗略描述超级电容的特性，但是无法反映超级电容的自放电特性，而RC串联模型、经典等效电路模型、梯形电路模型无法反映超级电容的动态性能，三分支等效电路模型，虽然可以发育超级电容的动态性能，也能模型精度，但是参数辨识困难，需要复杂运算。
无论采用何种电气模型，都需要通过电压值、电流值来计算各参数。本发明提供的储能型超级电容筛选方法摒弃了采用电器模型，辨识计算各参数，挑选各参数接近的超级电容这一思路。本发明的技术方案中，超级电容室的电流I(t)大小保持不变，在恒温状态下，内阻 Rs保持不变，所以超级电容的电压U(t)的变化仅与所述超级电容的动态电容值和内阻相关。直接比较电压值的方法来筛选一致性高的超级电容，简化了上述复杂的计算过程。
第二，传统的筛选方法只考虑了常温下的各超级电容静态性能的一致性，未将温度因素、电压情况考虑在内。本发明在常温、高温、低温状态下，分别对超级电容做恒流循环充放电试验，用恒流循环充放电试验中任一时刻的电压平均值筛选出的超级电容，同时考虑了温度和动态性能的双重影响，即在不同电压、不同温度的情况下，筛选出的超级电容仍有高度的动态一致性。
本发明所述的一种应用于航天电源的储能型超级电容筛选方法，本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明提供的应用于航天电源的储能型超级电容筛选方法的流程图。
图2为本发明所述的一种应用于航天电源的储能型超级电容筛选方法的总体步骤图。
图3为本发明所述恒流循环充放电试验的电路示意图。
图4为本发明所述恒流循环充放电试验中电压变化趋势图。
具体实施方式
下面结合附图以及实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
本发明采用超级电容充放电***对所述超级电容进行充放电试验，所述超级电容充放电***可以按预设程序对多个所述超级电容或多个超级电容器组进行循环充放电试验。超级电容充放电***，包括上位机、单片机、电源模块、恒流电子负载模块、电路切换模块、电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块。
所述超级电容或所述超级电容器组通过所述电路切换模块与所述电源模块、所述恒流电子负载模块连接。
所述电路切换模块可在所述单片机控制下切换所述超级电容或所述超级电容器组的充放电状态。
所述电源模块可在所述单片机控制下为所述超级电容或超所述级电容器组充电，所述电源模块的充电方式包括恒流充电、恒压充电、恒功率充电方式、脉冲充电方式和阶段充电方式。
所述恒流电子负载模块可在所述单片机控制下为所述超级电容或所述超级电容器组放电，所述恒流电子负载模块的放电方式包括恒流放电模式、恒电阻放电模式。
所述电压采集模块与所述超级电容或所述超级电容器组并联，采集所述超级电容或所述超级电容器组两端的电压，并将电压数据传输至所述单片机。
所述电流采集模块与所述超级电容或所述超级电容器组串联，采集所述超级电容或所述超级电容器组两端的电流，并将电流数据传输至所述单片机。
所述温度采集模块采集所述超级电容或所述超级电容器组的温度，并将温度数据传输至所述单片机。
所述上位机与单片机电性连接，所述上位机读取并处理所述单片机中的数据，所述上位机向所述单片机发出动作指令。
如图1所示，本发明提供了一种应用于航天电源的储能型超级电容筛选方法，包括以下步骤：
本发明提供了一种应用于航天电源的储能型超级电容筛选方法，包括：一种应用于航天电源的储能型超级电容筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：真空变温恒流循环充放电试验：对超级电容在“常温-高温-常温-低温-常温”的温度循环下，进行恒流循环充放电试验，并全程对每个所述超级电容的电压值、电流值和温度值进行采样；
S2：分别统计每个所述超级电容在不同温度条件下真空变温恒流循环充放电试验中任一时刻的第一单体电压平均值；
S3：统计所有超级电容在不同温度条件下真空变温恒流循环充放电试验中任一时刻的第一总体电压平均值和第一总体方差；
S4：选取在不同温度条件下，在所述充放电循环中，任一时刻的第一单体电压平均值不超过第一电压阈值的所述超级电容；所述第一电压阈值是根据所述第一单体电压平均值、第一总体电压平均值和第一总体方差计算确定的。
上述技术方案的工作原理：任一时刻，所述超级电容的电压为
U(t)＝Uc(t)+Rs*I(t)， (1)
式中U(t)为所述超级电容的电压；Uc(t)为所述超级电容的等效电容电压；Rs为等效串联电阻，即内阻；I(t)为超级电容的电流；t表示在当前充放电循环中试验时间。
S1：真空变温恒流循环充放电试验中，对每个所述超级电容的电压进行采样，并记为 U(x,M,T,N,t)，其中x为超级电容编号，M表示温度循环次数，T表示试验温度，N表示在当前试验温度下所述充放电试验次数，t表示在当前充放电循环中试验时间。
S2：分别统计每个所述超级电容在不同温度条件下真空变温恒流循环充放电试验中任一时刻的第一单体电压平均值
Figure BDA0003231708940000061
S3：统计所有超级电容在不同温度条件下真空变温恒流循环充放电试验中任一时刻的第一总体电压平均值μ(T,t)和第一总体电压方差σ2(T,t)；
S4：取在不同温度条件下，在所述充放电循环中，任一时刻的第一单体电压平均值不超过第一电压阈值TU的所述超级电容；
选取任一温度任一时刻，电压值均满足公式(2)的超级电容
Figure BDA0003231708940000062
上述技术方案的有益效果：
第一，本发明采用的储能型超级电容筛选方法，仅仅采用电压来筛选超级电容。超级电容器的电气模型主要有RC串联模型、经典等效电路模型、梯形电路模型、三分支等效电路模型等。但是各种模型均有其缺点：RC串联模型、经典等效电路模型可以粗略描述超级电容的特性，但是无法反映超级电容的自放电特性，而RC串联模型、经典等效电路模型、梯形电路模型无法反映超级电容的动态性能，三分支等效电路模型，虽然可以发育超级电容的动态性能，也能模型精度，但是参数辨识困难，需要复杂运算。
无论采用何种电气模型，都需要通过电压值、电流值来计算各参数。本发明提供的储能型超级电容筛选方法摒弃了采用电器模型，辨识计算各参数，挑选各参数接近的超级电容这一思路。本发明的技术方案中，超级电容的电流I(t)大小保持不变，所以超级电容的电压U(t) 的变化仅与所述超级电容的动态电容值和内阻相关。直接比较电压值的方法来筛选一致性高的超级电容，简化了上述复杂的计算过程。
第二，传统的筛选方法只考虑了常温下的各超级电容静态性能的一致性，未将温度因素、电压情况考虑在内。本发明在常温、高温、低温状态下，分别对超级电容做恒流循环充放电试验，用恒流循环充放电试验中任一时刻的电压平均值筛选出的超级电容，同时考虑了温度和动态性能的双重影响，即在不同电压、不同温度的情况下，筛选出的超级电容仍有高度的动态一致性。
在一个实施例中，在S1步骤之前包括S5步骤，
所述S5步骤为常温恒流循环充放电试验，包括：S501：对所述超级电容在常温常压下进行恒流循环充放电试验，并对所述超级电容的电压值、电流值和温度值进行采样；S502：计算并统计每个所述超级电容的第一单体静电容量平均值和第一单体内阻平均值，计算并统计所有所述超级电容的第一总体静电容量平均值、第一总体静电容量方差、第一总体内阻平均值和第一总体内阻方差，选取第一单体静电容量平均值不超过第一静电容量阈值，以及第一单体内阻平均值不超过第一内阻阈值的超级电容；所述第一静电容量阈值是根据所述第一单体静电容量平均值、第一总体静电容量平均值和第一总体静电容量方差计算确定的；所述第一内阻阈值是根据所述第一单体内阻平均值、第一总体内阻平均值和第一总体内阻方差计算确定的；相应的，S1步骤中的超级电容为经过步骤S5选取的超级电容。
上述技术方案的工作原理：对所述超级电容在常温常压下进行恒流循环充放电试验。首先，通过恒流放电过程中采集的电流、电压数据来计算每个超级电容在每个充放电循环中静电容量Cx、内阻Rx；
其次，求每个所述超级电容的第一单体静电容量平均值
Figure BDA0003231708940000071
和第一单体内阻平均值
Figure BDA0003231708940000072
再次统计所有所述超级电容的第一总体静电容量平均值
Figure BDA0003231708940000073
第一总体静电容量方差σC1 2、第一总体内阻平均值
Figure BDA0003231708940000074
和第一总体内阻方差σR1 2；最后，选取同时满足公式(3)、(4)的超级电容。TC1为第一静电容量阈值；TR2为所述第一内阻阈值。
Figure BDA0003231708940000081
Figure BDA0003231708940000082
上述技术方案的有益效果：通过S1-S5步骤筛选出的超级电容，不仅动态性能一致性高，同时也具有静态下的高一致性。
在一个实施例中，所述S1步骤中真空变温恒流循环充放电试验条件为：所述试验温度按照“常温-高温-常温-低温-常温”的顺序变化，所述温度的变化速率不大于1℃/min；所述高温为60℃，所述常温为20℃，所述低温为-20℃；真空条件下试验压力不大于1*10- 3pa。
上述技术方案的工作原理：通过温度循环模拟航天电源实际的工作环境，同时限制温度变化速率方式温度变化过快导致超级电容之间出现温度差。
上述技术方案的有益效果：航天电源***的工作环境具有以下特殊性：真空，环境温度变化范围极大，可靠性要求高，本发明采用的储能型超级电容筛选方法，相较于传统的真空泄漏试验、低温特性试验、高温特性试验，更接近于航天电源的实际工作环境和工作模式。
在一个实施例中，所述S1步骤中，所述对所述超级电容在“常温-高温-常温-低温-常温”的温度循环下，进行恒流循环充放电试验，包括：在“常温-高温-常温-低温-常温”的温度变化的过程中，对所述超级电容进行恒流循环充放电试验；每次所述试验温度变化完成后，将所述超级电容器放置第一静置时间后，开始恒流循环充放电试验。
上述技术方案的工作原理：所述S1步骤中，所述对所述超级电容在“常温-高温-常温- 低温-常温”的温度循环下，进行恒流循环充放电试验，包括：在“常温-高温-常温-低温-常温”的温度变化的过程中，对所述超级电容进行恒流循环充放电试验；每次所述试验温度变化完成后，将所述超级电容器放置第一静置时间后，开始恒流循环充放电试验。
上述技术方案的有益效果：在“常温-高温-常温-低温-常温”的温度变化的过程中，对所述超级电容进行恒流循环充放电试验；可以随温度变化检测超级电容的动态特性。每次所述试验温度变化完成后，将所述超级电容器放置第一静置时间，待所有超级电容的温度一致后，开始恒流循环充放电试验。
在一个实施例中，在“常温-高温-常温-低温-常温”的温度变化的过程中，对所述超级电容进行恒流循环充放电试验；可以随温度变化检测超级电容的动态特性，也可根据电压值筛选出动态一致性不佳的超级电容。通过放置，使得超级电容具有一致的温度，使试验结果更准确。
所述S1步骤中所述全程对每个所述超级电容的电压值、电流值和温度值进行采样，包括：
将所述超级电容串联组成临时超级电容器组；
同时对若干组所述临时超级电容器组分别进行所述真空变温恒流循环充放电试验，采集每个所述超级电容的电压值、电流值和温度值。
上述技术方案的工作原理：将所述超级电容串联组成临时超级电容器组，同时对若干组所述临时超级电容器组分别进行所述真空变温恒流循环充放电试验。由于，所述单片机调节控制所述电源模块、恒流电子负载模块，同时以恒定电流对若干组临时超级电容器组进行充放电，同一组内所述超级电容串联，所以超级电容的充放电电流一致且充放电时间保持一致。
上述技术方案的有益效果：将所述超级电容串联组成临时超级电容器组，同时对若干组所述临时超级电容器组分别进行所述真空变温恒流循环充放电试验，使得同时对一批超级电容进行试验变为可能。进行一次真空变温恒流循环充放电试验，步骤较多，耗时较长，若不能对一批超级电容进行筛选，会导致浪费大量时间重复试验。
在一个实施例中，还包括S6：对通过S4步骤的所述超级电容，在常温常压下放置第二静置时间，进行常温恒流循环充放电试验；
所述常温恒流循环充放电试验包括：
S601，对超级电容在常温常压下进行恒流循环充放电试验，并对所述超级电容的电压值、电流值和温度值进行采样；
S602，通过恒流发电法来计算并统计每个所述超级电容的第二单体静电容量平均值
Figure BDA0003231708940000091
和第二单体内阻平均值
Figure BDA0003231708940000092
计算并统计所有所述超级电容的第二总体静电容量平均值
Figure BDA0003231708940000093
第二总体静电容量方差σC2 2、第二总体内阻平均值
Figure BDA0003231708940000094
和第二总体内阻方差σR2 2，选取第二单体静电容量平均值不超过第二静电容量阈值，以及第二单体内阻平均值不超过第二内阻阈值的超级电容；所述第二静电容量阈值是根据所述第二单体静电容量平均值、第二总体静电容量平均值和第二总体静电容量方差计算确定的；所述第二内阻阈值是根据所述第二单体内阻平均值、第二总体内阻平均值和第二总体内阻方差计算确定的。
上述技术方案的工作原理：将经过真空变温恒流循环充放电试验的超级电容，放置一段时间，待超级电容的电化学性能稳定之后，进行常温恒流循环充放电试验，具体试验过程与计算方法与S5步骤相同。
对所述超级电容在常温常压下进行恒流循环充放电试验。首先，计算每个超级电容在本次恒流循环充放电试验中每个充放电循环中静电容量C2x、内阻R2x；其次，求每个所述超级电容在本次恒流循环充放电试验中的第二单体静电容量平均值
Figure BDA0003231708940000095
和第二单体内阻平均值
Figure BDA0003231708940000096
再次统计所有所述超级电容的第二总体静电容量平均值
Figure BDA0003231708940000097
第二总体静电容量方差σC2 2、第二总体内阻平均值
Figure BDA0003231708940000101
和第二总体内阻方差σR2 2；最后，选取同时满足公式(5)、(6) 的超级电容。TC2为第二静电容量阈值；TR2为所述第二内阻阈值。
Figure BDA0003231708940000102
Figure BDA0003231708940000103
上述技术方案的有益效果：将经过真空变温恒流循环充放电试验的超级电容，放置一段时间，待超级电容的电化学性能稳定之后，进行常温恒流循环充放电试验。超级电容在S1-S4 步骤中，受到了高低温等极端温度的影响，剔除静电容量、内阻异常变化的超级电容。
在一个实施例中，
还包括S7步骤，所述S7步骤在S6步骤之后；
S7：根据每个所述超级电容的第一单体静电容量平均值和第二单体静电容量平均值计算确定单体静电容量变化值、总体静电容量平均变化值和总体静电容量变化值方差；根据第一单体内阻平均值与第二单体内阻平均值计算确定单体内阻变化值、总体内阻平均变化值和总体内阻变化值方差；根据所述单体静电容量变化值和所述单体内阻变化值确定总体静电容量衰减和单体内阻变化值；
选取所述单体静电容量变化值不大于静电容量变化阈值，以及所述单体内阻变化值不大于内阻变化阈值的超级电容。
上述技术方案的工作原理：所述超级电容的寿命终止的标准为静电容量减少20％或等效串联电阻(内阻)翻倍；
所述超级电容的老化速率为
Figure BDA0003231708940000104
公式中，k为老化速率，V、I和T分别为超级电容电压、电流和温度；V0、I0和T0分别为超级电容额定电压、额定电流和额定温度；tb、te分别为恒流循环充放电试验开始和结束时间。
在本发明的技术方案中，每个超级电容在实验过程过电流相同，温度和电压与所述超级电容的特性相关。在充电过程中，具有较低电容的超级电容将达到较高电压，具有较大内阻的超级电容的温度较高，而较高的电压和温度将加速超级电容的老化，即超级电容的静电容量减小与内阻增加，从而导致自加速效应。因此在超寿命初期老化较快的级电容，将在全寿命周期以更快的速度老化。S1步骤的真空变温恒流循环充放电试验中，超级电容在高温情况下的进行了多次恒流循环充放电实验，超级电容的性能将发生衰减，即静电容量减小和内阻增加。在超级电容的全寿民周期，由于自加速效应，超级电容的老化速率将愈来愈快，因此挑选经过S1步骤真空变温恒流循环充放电试验，衰减值接近的超级电容，在全寿命周期内，超级电容的性能一致且老化程度接近。
因此本发明中的超级电容筛选办法，根据每个所述超级电容的第一单体静电容量平均值
Figure BDA0003231708940000111
和第二单体静电容量平均值
Figure BDA0003231708940000112
计算确定单体静电容量变化值ΔCx、总体静电容量平均变化值
Figure BDA0003231708940000113
和总体静电容量变化值方差σΔc 2；根据第一单体内阻平均值
Figure BDA0003231708940000114
与第二单体内阻平均
Figure BDA0003231708940000115
值计算确定单体内阻变化值
Figure BDA0003231708940000116
总体内阻平均变化值和总体内阻变化值方差σΔR 2；选取同时满足公式(8)、(9)的超级电容。
Figure BDA0003231708940000117
Figure BDA0003231708940000118
式中，TΔC为静电容量变化阈值，TΔR为内阻变化阈值。
上述技术方案的有益效果：通过用静电容量变化阈值、内阻变化阈值筛选超级电容，超级电容不仅在不同温度下具有高度一致性，另外在全寿命周期将具有高度一致性，尽可能避免自加速效应带来的负面影响，延长应用于航天电源的储能型超级电容器组的寿命。
在一个实施例中，还包括S8步骤，所述S8步骤在S7步骤之后；
S8：电压保持试验：将超级电容以恒定电流充电至额定电压后，保持第二保持时间，在常温常压下开路放置24h，选取开路放置前后的电压变化值，所述电压变化值不大于电压变化阈值的超级电容。电压变化阈值是根据所述单体电压变化值、总体电压变化值和总体电压变化值方差计算确定的。
上述技术方案的工作原理：循环充放电试验，超级电容的电化学性质主要与静电容量和内阻值相关；而所述电压保持试验，将筛选出等效并联电阻值相近的超级电容。
上述技术方案的有益效果：述超级电容将在实际使用时，在放置一段时间后仍具有相近的电压，避免过充过放等情况的发生，从而延长超级电容的使用寿命。
在一个实施例中，还包括S9步骤，所述S9步骤在S8步骤之后；
S6：物理特性试验：测量所述超级电容的尺寸和质量；检查所述超级电容的外壳是否有变形或电解液痕迹，筛除外壳变形或有电解液痕迹的超级电容。
上述技术方案的工作原理：采用游标卡尺测量超级电容的高度和直径，采用电子秤测量超级电容的质量。在光线良好的情况下，采取目测法检查超级电容的外观，外壳是否有变形和裂纹，是否有漏液现象。
上述技术方案的有益效果：超级电容在S1步骤中，进行了真空变温恒流循环充放电试验，超级电容在接近航天电源实际的使用情况下进行了试验，此时应检查是否有漏液现象。
在一个实施例中，所述真空变温恒流循环充放电试验和所述常温恒流循环充放电试验中的恒流循环充放电过程包括：
对所述超级电容以第一恒定电流充电至第一额定电压；
在保持额定电压第一保持时间后，所述超级电容以第一恒定电流放电至第二恒定电压后停止放电；
停止放电后静置第一保持时间，对所述超级电容进行下一次充放电循环。
上述技术方案的工作原理：第一恒定电流可以选择100mA/F、0.4C*UR或者40C(UR-Umin) /3600，也可以根据航天电源设计负载确定；UR超级电容额定电压、Umin为第二恒定电压。
第二恒定电压为最低工作电压或者0～0.5UR。
第一保持时间可以为0～30min。
需要说明的是，该方案的整体流程如图2所示，首先是进行常温恒流循环充放电试验，根据静电容量和内阻一致性筛选出符合要求的超级电容，然后，再对筛选出的超级电容进行真空变温恒流循环充放电试验，根据电压一致性进行筛选，筛选出符合要求的超级电容，然后再次进行常温恒流循环充放电试验，再次根据静电容量和内阻进行一致性筛选，之后，根据真空变温很溜循环充放电试验前后静电容量和内阻衰减一致性对超级电容进行筛选，最后，再进行电压保持试验，根据电压变化值对超级电容进行一致性筛选，以及对超级电容进行无论特性试验，筛选出合格的超级电容，以符合航空航天条件下对电源的筛选标准，提升筛选出的超级电容的一致性参数。
所述恒流循环充放电试验的电路图可采用如图3所示的电路示意图，通过该电路图进行恒流循环充放电试验。
另外，在恒流循环充放电试验中，电压的变化如图4所示，当一次循环开始时，所述超级电容以第一恒定电流充电至额定电压的过程中，电压呈上升趋势，当在额定电压阶段保持一定的时间的过程中，电压呈稳定状态，而电压达到额定电压，与保持稳定状态之间的电压突变过程是由于内阻发生改变引起的，之后所述超级电容以第一恒定电流放电至第二恒定电压后停止放电，电压呈下降趋势，停止放电后静置一段时间的过程中，电压呈稳定状态，之后又执行下一次充放电循环，电压变化趋势按照此次的变化趋势呈现。此外，相邻两个阶段的拐点位置，均会发生电压突变现象，而该电压突变现象均是有内阻的改变而引起的。
上述技术方案的有益效果：超级电容的充放电电流和放电深度可以根据超级电容的具体情况选择，当选择较大电流时，超级电容在S1步骤的老化程度较深，可以更好的筛选理论寿命一致的超级电容。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节与这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种应用于航天电源的储能型超级电容筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：真空变温恒流循环充放电试验：对超级电容在“常温-高温-常温-低温-常温”的温度循环下，进行恒流循环充放电试验，并全程对每个所述超级电容的电压值、电流值和温度值进行采样；
S2：分别统计每个所述超级电容在不同温度条件下真空变温恒流循环充放电试验中任一时刻的第一单体电压平均值；
S3：统计所有超级电容在不同温度条件下真空变温恒流循环充放电试验中任一时刻的第一总体电压平均值和第一总体方差；
S4：选取在不同温度条件下，在所述充放电循环中，任一时刻的第一单体电压平均值不超过第一电压阈值的所述超级电容；所述第一电压阈值是根据所述第一单体电压平均值、第一总体电压平均值和第一总体方差计算确定的；
在S1步骤之前包括S5步骤，
所述S5步骤为常温恒流循环充放电试验，包括：
S501：对所述超级电容在常温常压下进行恒流循环充放电试验，并对所述超级电容的电压值、电流值和温度值进行采样；
S502：计算并统计每个所述超级电容的第一单体静电容量平均值和第一单体内阻平均值，计算并统计所有所述超级电容的第一总体静电容量平均值、第一总体静电容量方差、第一总体内阻平均值和第一总体内阻方差，选取第一单体静电容量平均值不超过第一静电容量阈值，以及第一单体内阻平均值不超过第一内阻阈值的超级电容；所述第一静电容量阈值是根据所述第一单体静电容量平均值、第一总体静电容量平均值和第一总体静电容量方差计算确定的；所述第一内阻阈值是根据所述第一单体内阻平均值、第一总体内阻平均值和第一总体内阻方差计算确定的；
相应的，所述S1步骤中的超级电容为经过S502步骤选取的超级电容；
还包括：
S6：对通过S4步骤的所述超级电容，在常温常压下放置第二静置时间，进行常温恒流循环充放电试验；
所述常温恒流循环充放电试验包括：
S601，对超级电容在常温常压下进行恒流循环充放电试验，并对所述超级电容的电压值、电流值和温度值进行采样；
S602，计算并统计每个所述超级电容的第二单体静电容量平均值和第二单体内阻平均值，计算并统计所有所述超级电容的第二总体静电容量平均值、第二总体静电容量方差、第二总体内阻平均值和第二总体内阻方差，选取第二单体静电容量平均值不超过第二静电容量阈值，以及第二单体内阻平均值不超过第二内阻阈值的超级电容；所述第二静电容量阈值是根据所述第二单体静电容量平均值、第二总体静电容量平均值和第二总体静电容量方差计算确定的；所述第二内阻阈值是根据所述第二单体内阻平均值、第二总体内阻平均值和第二总体内阻方差计算确定的；
还包括S7步骤，所述S7步骤在S6步骤之后；
S7：根据每个所述超级电容的第一单体静电容量平均值和第二单体静电容量平均值计算确定单体静电容量变化值、总体静电容量平均变化值和总体静电容量变化值方差；根据第一单体内阻平均值与第二单体内阻平均值计算确定单体内阻变化值、总体内阻平均变化值和总体内阻变化值方差；根据所述单体静电容量变化值和所述单体内阻变化值确定总体静电容量衰减和单体内阻变化值；
选取所述单体静电容量变化值不大于静电容量变化阈值，以及所述单体内阻变化值不大于内阻变化阈值的超级电容。
2.如权利要求1所述的一种应用于航天电源的储能型超级电容筛选方法，其特征在于，所述S1步骤中真空变温恒流循环充放电试验条件为：试验温度按照“常温-高温-常温-低温-常温”的顺序变化，所述试验温度的变化速率不大于1℃/min；所述高温为60℃，所述常温为20℃，所述低温为-20℃；真空条件下试验压力不大于1*10-3pa。
3.如权利要求1所述的一种应用于航天电源的储能型超级电容筛选方法，其特征在于，所述S1步骤中所述对所述超级电容在“常温-高温-常温-低温-常温”的温度循环下，进行恒流循环充放电试验，包括：
在“常温-高温-常温-低温-常温”的温度变化的过程中，对所述超级电容进行恒流循环充放电试验；
每次所述试验温度变化完成后，将所述超级电容器放置第一静置时间后，开始恒流循环充放电试验。
4.如权利要求1所述的一种应用于航天电源的储能型超级电容筛选方法，其特征在于，所述S1步骤中所述全程对每个所述超级电容的电压值、电流值和温度值进行采样，包括：
将所述超级电容串联组成临时超级电容器组；
同时对若干组所述临时超级电容器组分别进行所述真空变温恒流循环充放电试验，采集每个所述超级电容的电压值、电流值和温度值。
5.如权利要求1所述的一种应用于航天电源的储能型超级电容筛选方法，其特征在于，还包括S8步骤，所述S8步骤在S7步骤之后；
S8：电压保持试验：将超级电容以恒定电流充电至额定电压后，保持第二保持时间，在常温常压下开路放置24h，计算开路放置前后的单体电压变化值、总体电压变化值和总体电压变化值方差，选取所述电压变化值不大于电压变化阈值的超级电容；所述电压变化阈值是根据所述单体电压变化值、总体电压变化值和总体电压变化值方差计算确定的。
6.如权利要求5所述的一种应用于航天电源的储能型超级电容筛选方法，其特征在于，还包括S9步骤，所述S9步骤在S8步骤之后；
S6：物理特性试验：测量所述超级电容的尺寸和质量；检查所述超级电容的外壳是否有变形或电解液痕迹，筛除外壳变形或有电解液痕迹的超级电容。
7.如权利要求1所述的一种应用于航天电源的储能型超级电容筛选方法，其特征在于，所述真空变温恒流循环充放电试验和所述常温恒流循环充放电试验中的恒流循环充放电过程包括：
对所述超级电容以第一恒定电流充电至第一额定电压；
在保持额定电压第一保持时间后，所述超级电容以第一恒定电流放电至第二恒定电压后停止放电；
停止放电后静置第一保持时间，对所述超级电容进行下一次充放电循环。
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