[發(fā)明專利]一種基于充電時間的電容容值評估與剩余壽命預(yù)測方法

在審

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• 申請日: 2022-12-20
• 公開（公告）號: CN116127723A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚靜;侯濤;關(guān)國華
• 申請（專利權(quán)）人: 中車永濟(jì)電機(jī)有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01R31/392;G06F119/04
• 代理公司: 太原科衛(wèi)專利事務(wù)所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

本發(fā)明涉及電容壽命預(yù)測方法，具體為一種基于充電時間的電容容值評估與剩余壽命預(yù)測方法。本發(fā)明方法通過半實(shí)物仿真，建立容值衰退100%到70%衰退充電至800V對應(yīng)時間的參數(shù)，得到每個容值下的充電時間數(shù)據(jù)，由此建立符合產(chǎn)品特性偏差和衰退趨勢的電容狀態(tài)識別SVM模型及電容衰退狀態(tài)模型。由于電容的衰變是個長期的過程，對電容充電到800V的時間進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，通過網(wǎng)絡(luò)1次/秒的數(shù)據(jù)傳輸至地面運(yùn)維平臺，通過對新裝車電容充電時間值進(jìn)行收集整理，選擇出現(xiàn)頻次最高及次高的充電時間值作為原始值重新進(jìn)行模型訓(xùn)練；通過定期對充電至指定電壓的充電時間進(jìn)行監(jiān)測，評估電容當(dāng)前容值，并進(jìn)行壽命預(yù)測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電容壽命預(yù)測方法，具體為一種基于充電時間的電容容值評估與剩余壽命預(yù)測方法。

背景技術(shù)

隨著交流傳動軌道交通設(shè)備使用年限的增加，用戶對運(yùn)營成本關(guān)注度的提升，為了更好的保證一個維修期后產(chǎn)品的在線運(yùn)行可靠性，提升產(chǎn)品關(guān)鍵部件在線的監(jiān)測能力，為產(chǎn)品提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，而電容作為變流裝置內(nèi)關(guān)鍵的壽命部件，如何根據(jù)產(chǎn)品控制電路采樣特點(diǎn)，精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)容值識別，成為變流裝置PHM研究的重要方向。

現(xiàn)有技術(shù)方案是通過對典型器件的失效特征和失效應(yīng)力進(jìn)行研究，建立加速老化試驗(yàn)，膜電容其壽命預(yù)計(jì)公式為：

式中：L：工作負(fù)荷下(場強(qiáng)E)的使用壽命(h)；

L₀：設(shè)計(jì)時(場強(qiáng)E0)的使用壽命(105h，是國際上通常慣例，多年經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù))。

E₀：設(shè)計(jì)時的電場強(qiáng)度(V/m)。

T₀：設(shè)計(jì)時的溫度。

T_hs:工作負(fù)荷(電壓)下的電容器溫度(℃)。

C：阿雷尼厄斯(Arrhenius)系數(shù)(約等于13)。

通過加速老化試驗(yàn)構(gòu)建各個典型應(yīng)力下的壽命值：

根據(jù)線性疲勞累計(jì)損傷模型，進(jìn)行估算，式中：n_i在第i個應(yīng)力水平下的循環(huán)次數(shù)；N_i在第i個應(yīng)力水平下產(chǎn)品失效循環(huán)次數(shù)；在第i個應(yīng)力水平的損傷率；將上式的循環(huán)次數(shù)用壽命來表示：l_i在第i個應(yīng)力水平下的停留時間；L_i在第i個應(yīng)力水平下產(chǎn)品壽命；在第i個應(yīng)力水平的損傷率，通過監(jiān)測每個應(yīng)力特性下的運(yùn)行時間進(jìn)行產(chǎn)品損傷度的評估。

該現(xiàn)有技術(shù)方案是典型的根據(jù)可靠性評估和應(yīng)力監(jiān)測建立壽命模型，各典型應(yīng)力下失效模型的建立過程需要進(jìn)行大量長期的加速老化試驗(yàn)，消耗巨大。另外預(yù)測屬于基于概率的可靠性模型，對后期具體器件狀態(tài)缺乏監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有的根據(jù)可靠性評估和應(yīng)力監(jiān)測建立壽命模型的方法消耗大且缺乏后期狀態(tài)監(jiān)測的問題，提供了一種基于充電時間的電容容值評估與剩余壽命預(yù)測方法。

本發(fā)明是采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種基于充電時間的電容容值評估與剩余壽命預(yù)測方法，包括以下步驟：建立容值衰退并充電至指定電壓的半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行多次充電試驗(yàn)，得到每個容值下的充電時間數(shù)據(jù)組，根據(jù)每個容值下的充電時間數(shù)據(jù)組建立電容衰退狀態(tài)模型；將待預(yù)測新的電容實(shí)際運(yùn)行多次的充電時間數(shù)據(jù)組迭代電容衰退狀態(tài)模型，建立該電容的電容狀態(tài)識別模型并對其編碼；電容狀態(tài)識別模型發(fā)布后，將待預(yù)測電容充電至指定電壓的充電時間進(jìn)行監(jiān)測，該充電時間輸入到電容狀態(tài)識別模型評估電容當(dāng)前容值，并進(jìn)行壽命預(yù)測。

上述的一種基于充電時間的電容容值評估與剩余壽命預(yù)測方法，將剛裝車的全新待預(yù)測電容在實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行多次充電至指定電壓，選擇出現(xiàn)頻次最高及次高的充電時間組值作為原始值，該原始值迭代到電容衰退狀態(tài)模型進(jìn)行電容狀態(tài)識別模型的搭建。