一种电解电容器状态在线评估方法和系统

摘要

本发明公开了一种电解电容器状态在线评估方法和系统，实现不依赖系统结构且在线评估电解电容器的健康状态的目的。该方法包括：获取多个目标电解电容器的等效串联电阻ESR随温度变化的温度特性、以及ESR和阻抗随运行频率变化的频率特性，根据所述温度特性和所述频率特性确定目标电解电容器的ESR在特定运行频率范围内随温度变化的拟合模型；根据在线的待测电解电容器的运行温度和所述拟合模型确定所述待测电解电容器的初始ESR；在线获取所述待测电解电容器的电压纹波和电流纹波，根据所述电压纹波和所述电流纹波确定所述待测电解电容器的实时ESR；根据所述初始ESR和所述实时ESR评估所述待测电解电容器的状态。

权利要求

1.一种电解电容器状态在线评估方法，其特征在于，包括：

获取多个目标电解电容器的等效串联电阻ESR随温度变化的温度特性、以及ESR和阻抗随运行频率变化的频率特性，根据所述温度特性和所述频率特性确定目标电解电容器的ESR在特定运行频率范围内随温度变化的拟合模型；其中，在所述特定运行频率范围内，所述频率特性中所述目标电解电容器的阻抗主要表现为ESR；

根据在线的待测电解电容器的运行温度和所述拟合模型确定所述待测电解电容器的初始ESR；其中，所述待测电解电容器与所述目标电解电容器规格相同；

在线获取所述待测电解电容器的电压纹波和电流纹波，根据所述电压纹波和所述电流纹波确定所述待测电解电容器的实时ESR；

根据所述初始ESR和所述实时ESR评估所述待测电解电容器的状态。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取多个目标电解电容器的ESR随温度变化的所述温度特性、以及ESR和阻抗随运行频率变化的所述频率特性，包括：在相同运行频率下，获取所述目标电解电容器在不同温度下的ESR，得到所述目标电解电容器的ESR随温度变化的所述温度特性；

在设置的温度下，获取所述目标电解电容器在不同运行频率时的ESR和阻抗Z，得到所述目标电解电容器的ESR和阻抗随运行频率变化的所述频率特性。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述温度特性和所述频率特性确定所述目标电解电容器的ESR在所述特定运行频率范围内随温度变化的所述拟合模型，包括：由所述频率特性，确定所述目标电解电容器的阻抗表现为ESR时的所述特定运行频率范围；

根据所述特定运行频率范围、所述温度特性和所述频率特性确定所述拟合模型。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据在线的所述待测电解电容器的所述运行温度和所述拟合模型确定所述待测电解电容器的所述初始ESR，包括：基于所述拟合模型，确定所述待测电解电容器的所述初始ESR的拟合模型公式的常量参数；

根据所述运行温度和初始化所述常量参数后的所述拟合模型公式，确定所述待测电解电容器的所述初始ESR。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述待测电解电容器的所述初始ESR的所述拟合模型公式，如下：ESRS＝A+Be-T/C；   (1)

其中，ESRS为所述初始ESR；A、B和C为所述常量参数；T为所述运行温度；e为自然指数。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电压纹波和所述电流纹波确定所述待测电解电容器的所述实时ESR，包括：利用高通滤波器提取所述电压纹波和所述电流纹波中所述特定运行频率范围内的电压谐波分量和电流谐波分量，根据提取的所述电压谐波分量和所述电流谐波分量确定所述待测电解电容器的所述实时ESR。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据提取的所述电压谐波分量和所述电流谐波分量确定所述待测电解电容器的所述实时ESR，包括：根据所述电压谐波分量确定电压谐波分量有效值，根据所述电流谐波分量确定电流谐波分量有效值，根据所述电压谐波分量有效值和所述电流谐波分量有效值的比值确定所述实时ESR。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述电压谐波分量有效值和所述电流谐波分量有效值的比值确定所述实时ESR，采用如下公式：ESRa＝vcf-rms/icf-rms；   (4)

其中，vcf为所述电压纹波；vcf-rms为所述电压谐波分量有效值；icf为所述电流纹波分量；

icf-rms为所述电流谐波分量有效值；所述ESRa为所述实时ESR。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述初始ESR和所述实时ESR评估所述待测电解电容器的状态，包括：根据所述实时ESR与所述初始ESR的比值α评估所述待测电解电容器的状态，若1≤α＜

2，确定所述待测电解电容器健康状态良好；若2≤α＜3，确定所述待测电解电容器健康状态一般；若3≤α，确定所述待测电解电容器健康状态较差。

10.一种电解电容器状态在线评估系统，其特征在于，包括：

特性检测模块，用于获取多个目标电解电容器的等效串联电阻ESR随温度变化的温度特性、以及ESR和阻抗随运行频率变化的频率特性；

拟合模型模块，用于根据所述温度特性和所述频率特性确定目标电解电容器的ESR在特定运行频率范围内随温度变化的拟合模型；其中，在所述特定运行频率范围内，所述频率特性中所述目标电解电容器的阻抗主要表现为ESR；

初始ESR确定模块，用于根据在线的待测电解电容器的运行温度和所述拟合模型确定所述待测电解电容器的初始等效串联电阻；其中，所述待测电解电容器与所述目标电解电容器规格相同；

在线检测模块，用于在线获取所述待测电解电容器的电压纹波和电流纹波；

实时ESR确定模块，用于根据所述电压纹波和所述电流纹波确定所述待测电解电容器的实时ESR；

评估模块，用于根据所述初始ESR和所述实时ESR评估所述待测电解电容器的状态。

说明书

一种电解电容器状态在线评估方法和系统

技术领域

[0001] 本发明属于电子元器件测试技术领域，具体涉及一种电解电容器状态在线评估方法和系统。

背景技术

[0002] 电解电容器凭借其能量密度大、容量高以及价格低的特点在电源变换器如开关电源、变频器等系统中得到了广泛应用，同时，电化学工作原理也使其成为系统最薄弱的部件之一，不可预测性故障可能导致整个系统瘫痪。图1显示在开关电源系统中元器件的故障率百分比分布。因此有必要研究电解电容的损耗机制，评估其健康状态，及时准确地预测故障并进行预防性维护能够降低系统停机和维修的成本。

[0003] 电解电容器的损耗主要表现为电解液挥发，这也导致了电解电容器的串联等效电阻(Equivalent Series Resistance，ESR)增加和电容量减小。因此可以通过根据电解电容器的ESR来评估电解电容器的健康状态。

[0004] 电解电容器基于ESR的状态评估方法可能分为离线方式和在线方式两种。离线方式均依赖测量组件的精度，而且需要电解电容器所在系统处于离线状态才能取下电容器完成测量，测量不方便。而现有技术中的在线方式，通常依赖系统结构，应用范围较小且实现复杂。

发明内容

[0005] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种电解电容器状态在线评估方法和系统，实现不依赖系统结构且在线评估电解电容器的健康状态的目的。

[0006] 本发明实施例，提供一种电解电容器状态在线评估方法，包括：

[0007] 获取多个目标电解电容器的等效串联电阻ESR随温度变化的温度特性、以及ESR和阻抗随运行频率变化的频率特性，根据所述温度特性和所述频率特性确定目标电解电容器的ESR在特定运行频率范围内随温度变化的拟合模型；其中，在所述特定运行频率范围内，所述频率特性中所述目标电解电容器的阻抗主要表现为ESR；

[0008] 根据在线的待测电解电容器的运行温度和所述拟合模型确定所述待测电解电容器的初始ESR；其中，所述待测电解电容器与所述目标电解电容器规格相同；

[0009] 在线获取所述待测电解电容器的电压纹波和电流纹波，根据所述电压纹波和所述电流纹波确定所述待测电解电容器的实时ESR；

[0010] 根据所述初始ESR和所述实时ESR评估所述待测电解电容器的状态。

[0011] 一个可能的实施例中，所述获取多个目标电解电容器的ESR随温度变化的所述温度特性、以及ESR和阻抗随运行频率变化的所述频率特性，包括：

[0012] 在相同运行频率下，获取所述目标电解电容器在不同温度下的ESR，得到所述目标电解电容器的ESR随温度变化的所述温度特性；

[0013] 在设置的温度下，获取所述目标电解电容器在不同运行频率时的ESR和Z，得到所述目标电解电容器的ESR和阻抗随运行频率变化的所述频率特性。

[0014] 一个可能的实施例中，所述根据所述温度特性和所述频率特性确定所述目标电解电容器的ESR在所述特定运行频率范围内随温度变化的所述拟合模型，包括：

[0015] 由所述温度特性和所述频率特性，确定所述目标电解电容器的阻抗表现为ESR时的所述特定运行频率范围；

[0016] 根据所述特定运行频率范围、所述温度特性和所述频率特性确定所述拟合模型。

[0017] 一个可能的实施例中，所述根据在线的所述待测电解电容器的所述运行温度和所述拟合模型确定所述待测电解电容器的所述初始ESR，包括：

[0018] 基于所述拟合模型，确定所述待测电解电容器的所述初始ESR的拟合模型公式的常量参数；

[0019] 根据所述运行温度和初始化所述常量参数后的所述拟合模型公式，确定所述待测电解电容器的所述初始ESR。

[0020] 一个可能的实施例中，所述待测电解电容器的所述初始ESR的所述拟合模型公式，如下：

[0021] ESRS＝A+Be-T/C；  (1)

[0022] 其中，ESRS为所述初始ESR；A、B和C为所述常量参数；T为所述运行温度；e为自然指数。

[0023] 一个可能的实施例中，所述根据所述电压纹波和所述电流纹波确定所述待测电解电容器的所述实时ESR，包括：

[0024] 利用高通滤波器提取所述电压纹波和所述电流纹波中所述特定运行频率范围内的电压谐波分量和电流谐波分量，根据提取的所述电压谐波分量和所述电流谐波分量确定所述待测电解电容器的所述实时ESR。

[0025] 一个可能的实施例中，所述根据提取的所述电压谐波分量和所述电流谐波分量确定所述待测电解电容器的所述实时ESR，包括：

[0026] 根据所述电压谐波分量确定电压谐波分量有效值，根据所述电流谐波分量确定电流谐波分量有效值，根据所述电压谐波分量有效值和所述电流谐波分量有效值的比值确定所述实时ESR。

[0027] 一个可能的实施例中，所述根据所述电压谐波分量有效值和所述电流谐波分量有效值的比值确定所述实时ESR，采用如下公式：

[0028]

[0029]

[0030] ESRa＝vcf-rms/icf-rms；  (4)

[0031] 其中，vcf为所述电压纹波；vcf-rms为所述电压谐波分量有效值；icf为所述电流纹波分量；icf-rms为所述电流谐波分量有效值；所述ESRa为所述实时ESR。

[0032] 一个可能的实施例中，所述根据所述初始ESR和所述实时ESR评估所述待测电解电容器的状态，包括：

[0033] 根据所述实时ESR与所述初始ESR的比值α评估所述待测电解电容器的状态，若1≤α<2，确定所述待测电解电容器健康状态良好；若2≤α<3，确定所述待测电解电容器健康状态一般；若3≤α，确定所述待测电解电容器健康状态较差。

[0034] 本发明实施例还提供一种电解电容器状态在线评估系统，包括：

[0035] 特性检测模块，用于获取多个目标电解电容器的等效串联电阻ESR随温度变化的温度特性、以及ESR和阻抗随运行频率变化的频率特性；

[0036] 拟合模型模块，用于根据所述温度特性和所述频率特性确定目标电解电容器的ESR在特定运行频率范围内随温度变化的拟合模型；其中，在所述特定运行频率范围内，所述频率特性中所述目标电解电容器的阻抗主要表现为ESR；

[0037] 初始ESR确定模块，用于根据在线的待测电解电容器的运行温度和所述拟合模型确定所述待测电解电容器的初始等效串联电阻；其中，所述待测电解电容器与所述目标电解电容器规格相同；

[0038] 在线检测模块，用于在线获取所述待测电解电容器的电压纹波和电流纹波；

[0039] 实时ESR确定模块，用于根据所述电压纹波和所述电流纹波确定所述待测电解电容器的实时ESR；

[0040] 评估模块，用于根据所述初始ESR和所述实时ESR评估所述待测电解电容器的状态。

[0041] 本发明的有益效果：根据与所述待测电解电容器同规格的多个所述目标电解电容器的等效串联电阻ESR分别随温度和运行频率变化的温度特性和频率特性以及Z随频率变化的频率特性，得到该规格的电解电容器满足Z主要表现为ESR的特定频率范围，以及ESR在所述特定运行频率范围内随温度变化的所述拟合模型，从而能够根据在线的所述待测电解电容器的所述运行温度和所述拟合模型确定所述待测电解电容器的初始ESR；进而根据在线获取所述待测电解电容器的电压纹波和电流纹波确定所述待测电解电容器的实时ESR，根据所述初始ESR和所述实时ESR可以实时的评估所述待测电解电容器的健康状态，实现不依赖系统结构且在线评估电解电容器的健康状态的目的。

附图说明

[0042] 图1为现有技术开关电源系统中元器件的故障率百分比分布示意图；

[0043] 图2为本申请实施例提供的一种电解电容器状态在线评估方法的流程图；

[0044] 图3为本申请实施例提供的电解电容器的等效电路示意图；

[0045] 图4为本申请实施例提供的电解电容器的简化等效电路示意图；

[0046] 图5为本申请实施例提供的ESR随温度变化的温度特性的示意图；

[0047] 图6为本申请实施例提供的ESR随运行频率变化的频率特性的示意图；

[0048] 图7为本申请实施例提供的根据温度特性和频率特性得到的拟合模型的示意图；

[0049] 图8为本申请实施例提供的一种电解电容器状态在线评估系统的示意图；

[0050] 图9为本申请实施例提供的实时监测系统的原理示意图；

[0051] 图10为本申请实施例提供的电压采样的电路原理示意图；

[0052] 图11为本申请实施例提供的电温度采集的示意图；

[0053] 图12为本申请实施例提供的Boost电路的电路原理示意图；

[0054] 图13为本申请实施例提供的采用Boost电路的实时监测系统的结构示意图；

[0055] 图14为本申请实施例提供的电解电容器1的两端电压纹波的示意图；

[0056] 图15为本申请实施例提供的流经电解电容器1的电流纹波的示意图；

[0057] 图16为本申请实施例提供的电解电容器1的实示ESR的示意图；

[0058] 图17为本申请实施例提供的电解电容器1的健康状态的示意图。

具体实施方式

[0059] 以上所述仅为发明的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明范围之内。

[0060] 参见图2，本发明实施例，提供一种电解电容器状态在线评估方法，包括：

[0061] 201，获取多个目标电解电容器的ESR随温度变化的温度特性、以及ESR和阻抗随运行频率变化的频率特性，根据温度特性和频率特性确定目标电解电容器的ESR在特定运行频率范围内随温度变化的拟合模型；其中，在特定运行频率范围内，频率特性中目标电解电容器的阻抗主要表现为ESR。

[0062] 202，根据在线的待测电解电容器的运行温度和拟合模型确定待测电解电容器的初始ESR；其中，待测电解电容器与目标电解电容器规格相同。

[0063] 203，在线获取待测电解电容器的电压纹波和电流纹波，根据电压纹波和电流纹波确定待测电解电容器的实时ESR。

[0064] 204，根据初始ESR和实时ESR评估待测电解电容器的状态。

[0065] 需要说明的是，多个目标电解电容器可以理解为相同品牌、相同规格且全新状态下的目标电解电容器，待测电解电容器与目标电解电容器应该是相同品牌和相同规格的。

[0066] 本实施例中，根据与所述待测电解电容器同品牌同规格且全新的多个目标电解电容器的ESR分别随温度的温度特性、以及目标电解电容器的ESR和阻抗随运行频率变化的频率特性，得到该品牌规格的电解电容器的ESR在所述特定运行频率范围内随温度变化的拟合模型，从而能够根据在线的待测电解电容器的运行温度和拟合模型确定待测电解电容器的初始ESR；进而根据在线获取待测电解电容器的电压纹波和电流纹波确定待测电解电容器的实时ESR，根据初始ESR和实时ESR可以实时的评估待测电解电容器的健康状态，实现不依赖系统结构且在线评估电解电容器的健康状态的目的。

[0067] 一个可能的实施例中，步骤201获取多个目标电解电容器的ESR随温度变化的温度特性、以及ESR和阻抗随运行频率变化的频率特性，包括：

[0068] 在相同运行频率下，获取目标电解电容器在不同温度下的ESR，得到目标电解电容器的ESR随温度变化的温度特性；

[0069] 在设置的温度下，获取目标电解电容器在不同运行频率时的ESR和阻抗Z，得到目标电解电容器的ESR和阻抗随运行频率变化的频率特性。

[0070] 因此，步骤201中可以由恒温箱提供不同的温度，利用测量仪测量目标电解电容器在不同温度下的ESR，从而得到温度特性。相似的，可以由恒温箱提供一个恒定的温度，测量目标电解电容器在不同运行频率下的ESR和阻抗随运行频率变化的频率特性。

[0071] 而随着运行频率的增加，一方面由于目标电解电容器偶极子对齐带来的能量损失，ESR会减少，但通常来说对电解电容器，尤其对于铝电解电容器来说，ESR随频率的增加改变几乎很少。另一方面由于电解电容器的电容率降低，其有效电容会在允许的容差范围内有所降低。从而存在一个频率点使电解电容器的阻抗主要表现为理想电容器的阻抗，且随着运行频率的增加阻抗减小，而当运行频率大于该频率点时，电容器的阻抗主要表现为ESR，且基本保持恒定。因此，可以根据上述的特性进行温度特性和频率特性的拟合，且可以由如下表达：

[0072] ESRS＝A+Be-T/C；  (1)

[0073] 其中，ESRS为初始ESR；A、B和C为常量参数；T为运行温度；e为自然指数。

[0074] 在一个可能的实施例中，步骤201中根据温度特性和频率特性确定目标电解电容器的ESR在特定运行频率范围内随温度变化的拟合模型，包括：

[0075] 由频率特性，确定目标电解电容器的阻抗表现为ESR时的特定运行频率范围；

[0076] 根据特定运行频率范围、温度特性和频率特性确定拟合模型。

[0077] 显然，该特定运行频率范围在这里可以理解为运行频率大于该频率点的频率范围，即大于该频率点的运行频率时阻抗主要表现为ESR，此时可以将阻抗视为ESR，以便于理解和分析。

[0078] 一个可能的实施例中，步骤202中根据在线的待测电解电容器的运行温度和拟合模型确定待测电解电容器的初始ESR，包括：

[0079] 基于拟合模型，确定待测电解电容器的初始ESR的拟合模型公式的常量参数；

[0080] 根据运行温度和初始化常量参数后的拟合模型公式，确定待测电解电容器的初始ESR。

[0081] 即根据公式(1)和待测电解电容器的运行温度，计算待测电解电容器的初始ESR。

[0082] 需要说明的是，常量参数A、B和C是由实验数得到，在此不再赘述。

[0083] 在根据同规格的电解电容器得到待测电解电容器的初始ESR后，还需要一个与初始ESR进行比较的实时ESR，步骤203中实时ESR可以采用如下方式得到：利用高通滤波器提取电压纹波和电流纹波中特定运行频率范围内的电压谐波分量和电流谐波分量，根据提取的电压谐波分量和电流谐波分量确定待测电解电容器的实时ESR。

[0084] 在一个可能的实施例中，根据提取的电压谐波分量和电流谐波分量确定待测电解电容器的实时ESR，包括：

[0085] 根据电压谐波分量确定电压谐波分量有效值，根据电流谐波分量确定电流谐波分量有效值，根据电压谐波分量有效值和电流谐波分量有效值的比值确定实时ESR。

[0086] 一个可能的实施例中，根据电压谐波分量有效值和电流谐波分量有效值的比值确定实时ESR，采用如下公式：

[0087]

[0088]

[0089] ESRa＝vcf-rms/icf-rms；  (4)

[0090] 其中，vcf为电压纹波；vcf-rms为电压谐波分量有效值；icf为电流纹波分量；icf-rms为电流谐波分量有效值；ESRa为实时ESR。

[0091] 在确定了待测电解电容器的初始ESR和实时ESR后，可以采用不同的方式对于比较，在一个可能的实施例中，步骤204中根据初始ESR和实时ESR评估待测电解电容器的状态，包括：

[0092] 根据实时ESR与初始ESR的比值α评估待测电解电容器的状态，若1≤α<2，确定待测电解电容器健康状态良好；若2≤α<3，确定待测电解电容器健康状态一般；若3≤α，确定待测电解电容器健康状态较差。

[0093] 为了更清晰的理解本发明，对本发明涉及的原理详细说明如下：

[0094] 电解电容器包括电解液、金属氧化膜和电极(例如阳极和阴极)。通常电解电容器在没的工作条件下可以用不同的等效模型表示，比较全面反映电解电容器特性的等效电路如图3所示，其中R1为电极及其引出端子的电阻，R2为电解液的电阻，R3为金属氧化膜的电阻，电容C1和C2分别表示阳极箔和阴极箔的电容量，二极管D为阳极金属气化膜的单向导通性，L为电极及其引出端子引起的等效电感。在实际应用中可以忽略数值非常小的R3和L，从而合并R1和R2，以及C1和C2，从而得到简化的等效模型如图4所示，其中RESR为串联等效电阻，C0为等效电容。

[0095] 在电解电容器工作过中，电解液的作用直接影响金属氧化膜介质性能变化，其内部的化学反应和电化反应虽然可以对金属氧化膜起到修补作用，但同时也对金属氧化膜的质量造成影响，使得电解电容器耐压和漏导性能下降。基于现有工艺，电解电容器很难做到完全密封性，所以电解液会挥发，内部的反应产生的气体及因纹波电流造成的温升也会加速电解液挥发进程。而随着电解液的挥发，电解电容器的ESR会逐渐增大，其关系式如下：

[0096]

[0097] 其中，VS表示初始电解液体积，Va表示实示电解液体积。

[0098] 当电解液挥发掉其原始值的30％至40％时，电解电容器的ESR也会增加到初始值的2至3倍，此时电解电容器的健康状态将处理不良状态或损坏。

[0099] 基于上述理论和本发明思想，首先要根据公式(1)确定该ESRS。由于根据如图4所示的电解电容器的等效电路模型，可以将电解电容器视为一个理想电容和一个纯电阻串联，其阻抗的绝对值实际就是容抗和ESR之和，公式如下：

[0100]

[0101] 其中，Z为阻抗，C0为电解电容器运行时的电容，f为运行频率。

[0102] 分析如下：随着运行频率增加，由于偶极子对齐带来的能量损失，ESR会减少，但通常对于铝电解电容器来说，ESR随频率的增加改变几乎很小。所在可以理解为存在一个频率点f0，当运行频率f即电解电容器的阻抗主要表现为ESRs，且基本保持恒定。因此可以根据这一原理确定待测电解电容器的初始ESR。

[0103] 为了对此进行验证，本实施例选取同品牌、同规格且全新的，参数为4500V/2200μF，工作温度范围为-40℃～85℃的铝电解电容器，在恒温箱提供的特定温度下，利用LCR测量仪测量目标电解电容器在不同温度以及不同频率下的阻抗Z和ESR值和电容量C，并将各项参数的均值作为试验结果。得到如图5所示的温度特性和如图6所示的频率特性。

[0104] 其中，图5显示在频率f＝1000Hz时其ESR值随温度变化的曲线，图6显示在温度T＝20℃时阻抗Z和ESR值随频率的变化曲线。图5表明，电解电容器的ESR值随着温度的增加呈指数减小，逐渐趋于稳定。从图6可以看出，在频率小于约7kHZ时，电容器的阻抗主要表现为理想电容器的阻抗，而当频率大于7kHZ时，电容器的阻抗则主要表现为ESR，基本与理论分析一致。另外，由于电解电容器的ESR随温度的变化关系可用公式(1)表示，因此实施例针对电解电容器ESR的实验数据利用MATLAB仿真软件进行拟合得到图7所示的拟合模型。可以根据图7所示的拟合模型确定公式(1)中的常量参数为A＝8.69，B＝43.54，C＝12.30。根据确定的常量参数，在获得待测电解电容器的运行温度时可以计算出该温度点的相对ESR作为待测电解电容器的初始ESR。

[0105] 在待测电解电容器处于系统中正常工作时，可以在线提取待测电解电容器的电压纹波和电流纹波，仍以上述先定的品牌和规格的电容器为例说明：中大型的传动系统的开关频率普遍在1～5kHz，当电容器的电压脉动频率在7kHz以上时，其阻抗则主要表现为ESR，因此可利用高通滤波器提取电压纹波与电流纹波中7kHz以上的谐波分量，例如电压谐波分量vcf和电流谐波分量icf，根据公式(2)和公式(3)计算得到电压谐波分量有效值vcf-rms和电流谐波分量有效值icf-rms，因此对于在线的电解电容器，可以根据上述的测量，依据公式(4)在线得到实时ESR。

[0106] 基于在线实时评估电解电容器的健康状态的考量，可以设置相应的参数与健康状态关联，以便更好的反应评估结果，例如设置根据所述实时ESR与所述初始ESR的比值α评估所述待测电解电容器的状态，同时设置健康参数H。其中，α计算如公式(7)：

[0107] α＝ESRa/ESRS；  (7)

[0108] 当1≤α<2，H＝1，表示所述待测电解电容器健康状态良好；

[0109] 当2≤α<3，H＝2，表示所述待测电解电容器健康状态一般；

[0110] 当3≤α，H＝3，表示所述待测电解电容器健康状态较差。

[0111] 如图8所示，本发明实施例还提供一种电解电容器状态在线评估系统，包括：

[0112] 特性检测模块801，用于获取多个目标电解电容器的ESR随温度的温度特性、以及ESR和阻抗随运行频率变化的频率特性；

[0113] 拟合模型模块802，用于根据温度特性和频率特性确定目标电解电容器的ESR在特定运行频率范围内随温度变化的拟合模型；其中，在特定运行频率范围内，频率特性中目标电解电容器的阻抗主要表现为ESR；

[0114] 初始ESR确定模块803，根据在线的待测电解电容器的运行温度和拟合模型确定待测电解电容器的初始等效串联电阻；其中，待测电解电容器与目标电解电容器规格相同；

[0115] 在线检测模块804，用于在线获取待测电解电容器的电压纹波和电流纹波；

[0116] 实时ESR确定模块805，用于根据电压纹波和电流纹波确定待测电解电容器的实时ESR；

[0117] 评估模块806，用于根据初始ESR和实时ESR评估待测电解电容器的状态。

[0118] 为了更好的理解本发明，结合电解电容器状态在线评估系统，提供较具体的实时监测系统，对应在线检测模块804、实时ESR确定模块805和评估模块806。该实时监测系统的原理图如图9所示，说明如下：

[0119] 主要分为以下几个部分，对应电压采样、电流采样、温度采样和逻辑运算。其中，电压采样可以根据如图10所示的原理图进行，图10中R11和R12是分压电阻，电容C11是隔离电容以隔离v1中的直流成分，变比为1的电压互感器T11起到采集交流电压信号和电气隔离的目的；电流采样可采用罗氏线圈采集电解电容器的电流纹波ic以实现非侵入采样；温度采集可以通过温度传感器对电解电容器的运行温度进行采集，如图11所示；逻辑运行可以由dSPACE半实物仿真平台实现，完成电解电容器实时ESR的计算，当然也可以实现健康状态的输出。本实施例所采用的实现方式只是为了对本发明进行说明，本发明并不以此为限。

[0120] 本实施例中，还根据图9所示的系统进行了相应的测试，主电路如图12所示，采用图12的主电路的系统结构如图13所示。图12所示的主电路是理想电容器下的Boost(升压斩波)电路，Boost电路在直流变换领域应用非常广泛，比如在光伏系统和功率补偿系统中广泛应用。本发明中，Boost电路主元器件参数设置如下：输入电压50V，mos管开关频率5kHz，占空比0.75，负载电阻100Ω，电容器采用上述同品牌同规格的电解电容器，用温度传感器测量电解电容器的工作温度。

[0121] 系统测试结果如下：

[0122] 根据公式(2)～(4)，可利用电解电容器电压纹波和电流纹波的纹波信息计算其ESR。为完善实验的完整性，本实验测试了两个同品牌的电解电容器，其中电解电容器1为全新状态，电解电容器2已经进行了相应的老化处理，以此作为对照。图14～图17为电解电容器1的实验测试结果，电容器温度T＝20℃，采用同样的可以得到电解电容器2的实验数据，两个电解电容器数据如下：

[0123] 电解电容器1，初始ESR为17.3mΩ，实时ESR为19.0mΩ

[0124] 电解电容器2，初始ESR为17.3mΩ，实时ESR为55.5mΩ。

[0125] 因此依据公式(7)可以判断电解电容器1健康状态良好，电解电容器2健康状态一般。

[0126] 本申请实施例中，根据与所述待测电解电容器同品牌同规格且全新的多个目标电解电容器的ESR分别随温度的温度特性、以及目标电解电容器的ESR和阻抗随运行频率变化的频率特性，得到该品牌规格的电解电容器的ESR在所述特定运行频率范围内随温度变化的拟合模型，从而能够根据在线的待测电解电容器的运行温度和拟合模型确定待测电解电容器的初始ESR；进而根据在线获取待测电解电容器的电压纹波和电流纹波确定待测电解电容器的实时ESR，根据初始ESR和实时ESR可以实时的评估待测电解电容器的健康状态，实现不依赖系统结构且在线评估电解电容器的健康状态的目的。