基于高储能密度电容退化数据的可靠性评估

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1、!第!"卷!第"期强激光与粒子束#$%&!"!’$&"!!())*年"月+,-+./012345124’6.427,831914:54;<&!())*!文章编号!!!))!=>?(("())*#)"=!(?@=)*基于高储能密度电容退化数据的可靠性评估"冯!静!!周经伦!!孙!权"国防科学技术大学信息系统与管理学院系统工程系!长沙>!))A?#!!摘!要!!根据强激光能源模块高储能密度电容器在工作过程中!受到连续冲击而使退化失效具有累积效应的特点!提出了利用产品运行过程中性能参数退化的信息!用复合.$BCC$D过程对退化轨道建模并进行可靠性评估的方法$给出了模型参数

2、的矩估计和电容器的平均退化量%可靠度%平均寿命等可靠性指标评估的9$$ECEFGH仿真过程$并通过实例说明了该评估方法在工程中的应用$基于电容退化信息的可靠性评估方法!可以在极少甚至没有寿命数据的情况下给出客观可信的评估结果!在理论和应用上都具有重要的价值$!!关键词!!高储能密度电容器&!强激光能源模块&!可靠性评估&!性能退化&!复合.$BCC$D过程&!矩估计!!中图分类号!!7:I?&!79!!>!!!!文献标识码!!4!!以电容器为储能单元的大功率脉冲电源系统是很多大型科学工程实验装置的关键技术之一$无论磁约束聚变还是激光惯性约束聚变实验装置!目前都采用数

3、百台以上电容器并联提供初始能量$而整个电源系统在’!=>(高电压%大电流脉冲状态下工作!由于电容器老化%运行参数降低!极易造成电容器出现短路爆炸等故障$故障引起的破坏力极大!可能造成设备损坏!甚至威胁人身安全$因此!要使能源模块既满足激光放大器技术要求!又能安全可靠运行和便于维护!必须在能源模块投入使用前!对电容器的可靠性进行评估!检验其可靠性水平是否满足设计要求$!!为了评估能源系统中金属化膜电容器的可靠性!一般是利用寿命数据!通过0JBK;%%分布模型进行统计分’((析$这种评估方法简便!易于操作!但需要大量的寿命试验数据才能保证评估结果的可信度$而强激光能源模

4、块高储能密度电容器属于试验费用昂贵的产品!不可能投入大量样品进行寿命试验$实际生产中一般只进行短时间的性能测试试验!试验中!可以实时测量样品的电容量等性能参数值$由电容器的工作原理和试验数据的分析可见!随着电容器充放电次数的增加!其电容量会逐渐下降!当电容量退化到一定程度时!电容器便无法完成规定功能!即进入失效状态$因此!在寿命数据缺乏的情况下!为了客观评估电容器的可靠性!需要充分利用这些性能退化数据的特点!研究基于电容退化数据的可靠性评估方法$!!基于退化数据的可靠性评估的基本步骤为)"!#确定表征产品性能退化特性的参数和失效判据&"(#建立退化过程的数学模型&"

5、?#确定可靠度函数!进行可靠性评估$其中最关键的是第(步$现有的方L法有多元混合’I(’*(回归模型%:GFM$N模型等$考虑到强激光能源模块高储能密度电容器退化失效的累积效应!首先建立电’A(容退化的复合.$BCC$D过程模型!然后给出其模型参数的矩估计方法!并根据失效判据对电容器进行可靠性和寿命评估!最后举例说明该方法在实际工程中的应用$!!退化特性参数和失效判据!!为了判断产品的退化失效情况!通常选几项主要技术性能指标作为退化特性参数!当这几项中任一项超出设计任务书规定的范围!则产品退化失效$退化失效特性参数必须具备两个条件)一是必须有准确定义且能够检测&二是

6、随工作时间的延长!有明显的趋势性变化!能客观反映产品的工作状态$!!电容器的主要技术性能参数有标称容量%额定电压%电容量允许偏差%漏电电流和损耗角正切等$根据强激光能源模块高储能密度电容器的工作原理以及工程实际中的测量情况!确定电容量参数!为退化特性参数$原因是)金属化膜电容器试验时膜的自愈现象会导致电容量下降!当电容量下降在一定范围内时!电容器的性能还是稳定的!但一旦超出一定的界限!电容器的性能便急剧恶化!电容量迅速衰减$对于工作在高场强"收稿日期!())I=!)=(*&!!修订日期!())*=)I=!I基金项目!国家"*?计划项目资助课题作者简介!冯!静"!@A

7、I*#!女!安徽人!博士!讲师!研究方向为复杂系统可靠性评估%仿真和信息融合技术&DJO＿PJD