[发明专利]用于确定电容器的剩余使用寿命的方法和评估单元及系统

说明书

公开了一种用于确定电容器的剩余使用寿命的方法，其中电容器优选地由电解电容器形成。该方法包括以下步骤：测量放电时间(Δt)期间跨电容器的电压改变(ΔU)，确定放电时间(Δt)期间的放电电流(I)，基于电压改变(ΔU)、放电电流(I)和放电时间(Δt)来确定电容器的实际电容(C_测得)，借助于误差校正从实际电容(C_测得)确定电容器的经校正电容(C_x)，其中温度(T)对电容器的电容的影响在误差校正期间被校正，以及基于经校正电容(C_x)与电容器的初始电容(C₀)之间的差来确定剩余使用寿命(L_r、L_rx)。还公开了可执行该方法的评估单元以及包括该评估单元和具有待评估的至少一个电容器的电路的系统。

本发明涉及一种用于确定电容器的剩余使用寿命(service life)的方法和评估单元，其中电容器被充电和放电至少一次。本发明进一步涉及一种包括这样的评估单元以及具有至少一个待评估的电容器的电路的系统。

在实践中，评估或确定组件或组装件的剩余使用寿命是具有常规重要性的。每当故障将导致间接损坏时(例如在热关键(thermally critical)应用中就是这种情形)，这是尤其重要的。例如，如果冷却系统或这样的系统的一部分在服务器机房中发生故障，则这可造成过热和停机，或甚至造成对服务器和其他硬件的破坏。其他复杂和/或昂贵的电子系统的冷却同样是关键的。在此类应用场景中，尽早发现即将发生的故障是有用的，这样可以在故障之前及时更换有故障风险的组件。

具体而言，在逆变器中存在使用寿命有限的多个组件和组装件，诸如在电动机的控制中使用的那些，例如EC(电子换向)电机。半导体(主要在功率放大器或光耦合器中)和电容器(主要在中间电路或开关电源中的电解电容器的情形中)最具有故障的风险。具体而言，电容器经受着高温相关和负载电流相关的老化，这就是为什么电容器的使用寿命会发生很大变化的原因。

JPH7-92213A公开了一种允许估算电容器的使用寿命的方法。为此，使用公式T_C＝T₀+K(I_C/I_S)估算电容器的内部温度T_C。其中，T₀是环境温度，I_C是通过电容器的电流，且I_S是允许的纹波(ripple)电流。K是取决于电容器类型的缩放因子。所有所估算的T_C被相加。如果总和超过预定义值，则赞同使用寿命结束的决定被做出。这种方法的缺点在于总和的当前值取决于各个被加数。作为结果，误差(尤其是测量或量化误差)显著地传播。

从DE 10 2012 105 198 A1中已知一种用于监视使用寿命的方法，该方法可被用来估算电解电容器的剩余使用寿命。这些计算基本上基于众所周知的公式：

其中使用以下符号：

L_X 所预期的当前使用寿命，

L₀ 根据数据表的指定使用寿命，

T₀ 预定义最高工作温度(例如105℃)，

T_X 相应的当前环境温度，

ΔT_M 常数，即所谓的内部温度增加，

Ⅰ_ripple 中间电路电容器处的当前纹波电流，

Ⅰ₀ 根据数据表的指定纹波电流，以及

K 常数，即所谓的加速因子。

这种方法的缺点在于，必须连续记录并计算值。在此，复杂且精细的计算仅指示故障的统计概率，而不能评估实际状态。