一种超级电容组的过电压保护电路及方法与流程

1.本发明涉及超级电容保护电路技术领域，具体涉及一种超级电容组的过电压保护电路及方法。


背景技术：

2.目前在电力系统中，储能技术在“源、网、荷、用”等领域均发挥巨大作用，传统储能技术多采用锂离子电池储能。由于工业级产品环境温度使用要求在-40～70℃这个温度范围内，锂电池作为备用电源需需采用加热处理，以解决低温充放电问题，这增加系统的复杂度和维护成本，并且锂电池由于内部结构原因受制于充放电次数，无法长时间重复使用，严重影响储能工程的质量和经济性。与锂离子电池相比，超级电容作为一种无源器件，介于电池与普通电容之间，具有电容的大电流快速充放电特性，同时也有电池的储能特性，并且重复使用寿命长，放电时利用移动导体间的电子(而不依靠化学反应)释放电流，从而为设备提供电源，成为设备备用电源的一种较好的选择。目前超级电容器模组(也即是多个超级电容构成的超级电容组)通过串并联接入系统，就会存在电压在串联的超级电容之间分布不均匀的现象，加之超级电容器模组对电压比较敏感，很容易由于过压而发生失效。例如常规的超级电容器模组的最高电压(即安全工作电压)限制在2.5～2.7v，而自身单体电压(即单个的超级电容两端的电压)较低，需要串并联使用，同时由于材料、制造水平等因素的制约，超级电容器单体间的等效容值、等效串联电阻值等参数存在明显的不一致性，直接应用在备用电源系统会导致超级电容器组性能因木桶效应受特性最差的单体制约，还会随时间和循环次数不断增大，影响超级电容器的输出特性和使用寿命，甚至引发故障。因此需要对超级电容的过电压进行保护。
3.在现有技术中，超级电容的过电压保护通常是在每一个超级电容上分别并联对应的一个或多个电阻，例如，公告号为cn216794653u的中国专利，其即是为串联后的各个超级电容两端分别并联上一个电阻。当超级电容的单体电压超过阈值时，通过与超级电容相应并联的电阻去泄放电流以保护相对应的超级电容，此种方案仅依靠电阻放电，存在泄放电流小的问题，当过压范围过大时不能有效的保护超级电容组。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种超级电容组的过电压保护电路及方法，其能够解决背景技术所提到的问题。
5.实现本发明的目的的技术方案为：一种超级电容组的过电压保护电路，包括至少两组防短路超级电容单元、第一充电电路、第二充电电路、放电单元和能量转移单元，防短路超级电容单元包括超级电容，各个超级电容串联连接，各组防短路超级电容单元依次串联连接，第一充电电路的两端分别连接在串联后的两组防短路超级电容单元的两个非串联端，
6.放电单元和能量转移单元并联连接，
7.第二充电电路的两端分别连接在并联后的放电单元和能量转移单元的两端，
8.第二充电电路的两端还分别经过防短路超级电容单元的内部电路后与防短路超级电容单元的超级电容的两端连接，以使得第二充电电路和任一防短路超级电容单元构成回路，并且第二充电电路、串联后的两组防短路超级电容单元、并联后的放电单元和能量转移单元也构成回路。
9.进一步地，所述防短路超级电容单元包括电容、两个双mos管组件，双mos管组件包括两个mos管，两个mos管的s极相连接，两个mos管的g极相连接并共同连接用于驱动mos管工作的驱动电源，其中一组双mos管组件的一个mos管的d极与超级电容的正极相连接，另一组mos管组件的一个mos管的d极与超级电容的负极相连接，两组双mos管组件的另外两个mos管的d极分别与第二充电电路的两端连接。
10.进一步地，相邻两组防短路超级电容单元的串联连接具体为：所述相邻两组防短路超级电容单元分别记为第一防短路超级电容单元和第二防短路超级电容单元，
11.第一防短路超级电容单元包括超级电容c1、两个双mos管组件，两个双mos管组件分别记为第一双mos管组件和第二双mos管组件，第一双mos管组件包括mos管q1和mos管q2，第二双mos管组件包括mos管q3和mos管q4，mos管q1的s极和mos管q2的s极相连接，mos管q1的g极和mos管q2的g极相连接后连接用于驱动mos管工作的驱动电源vgs1，mos管q1的d极分别与第一充电电路的一端、外部备用电源vcap、超级电容c1的正极连接，mos管q2的d极分别与第二充电电路的一端、能量转移单元和放电单元并联后的一端连接，
12.超级电容c1的负极与mos管q3的d极连接后与第二防短路超级电容单元相连接，mos管q3的s极和mos管q4的s极相连接，mos管q3的g极和mos管q4的g极连接后共同与用于驱动mos管工作的驱动电源vgs1相连接，mos管q4的d极分别与第二充电电路的另一端、能量转移单元和放电单元并联后的另一端相连接。
13.第二防短路超级电容单元包括超级电容c6、两个双mos管组件，两个双mos管组件分别记为第三双mos管组件和第四双mos管组件，第三双mos管组件包括mos管q21和mos管q22，第四双mos管组件包括mos管q23和mos管q24，mos管q21的d极分别与超级电容c6的正极、mos管q3的d极连接，mos管q21和mos管q22的s极相连接，mos管q21和mos管q22的g极相连接后共同连接用于驱动mos管工作的驱动电源vgs11，mos管q22的d极与第二充电电路连接mos管q2的d极的一端连接，mos管q22的d极还与能量转移单元和放电单元并联后的一端连接，超级电容c6的负极分别与mos管q23的d极和电阻rs的一端连接，电阻rs的另一端与第一充电电路的另一端连接后共同接地，mos管q23的s极和mos管q24的s极相连接，mos管q23的g极和mos管q24的g极连接后共同连接用于驱动mos管工作的驱动电源vgs12，mos管q24的d极与第二充电电路连接mos管q4的一端连接，mos管q24的d极还与能量转移单元和放电单元并联后的另一端连接。
14.进一步地，放单单元包括继电器和放电电阻或mos管和放电电阻，继电器/mos管与放电电阻串联，能量转移单元包括串联连接的电感和电容，电感为双线绕线电感，电感用于抑制充放电过程中电流突变以及减小作用在能量转移单元上的电源纹波，所述所述能量转移单元的电容为超级电容，并且与防短路超级电容单元的超级电容为同型号规格。
15.进一步地，第一充电电路的输出电流＞第二充电电路的输出电流，以使得流经整体的两组防短路超级电容单元的电流大于流经单个防短路超级电容单元。
16.进一步地，串联后的两组防短路超级电容单元的两个非串联端还分别连接外部备用电源vcap和接地。
17.进一步地，还包括若干电压检测单元，电压检测单元用于检测防短路超级电容单元中的超级电容两端的电压。
18.一种超级电容组的过电压保护方法，基于所述过电压保护电路，包括如下步骤：
19.步骤1：同步检测各组防短路超级电容单元中的超级电容的电压，并根据获取到的超级电容的电压，计算所有超级电容的电压的离散度di和所有超级电容的电压的平均值vi；
20.步骤2：若对过电压保护电路的超级电容进行充电状态下的保护方式选择，则根据di、vi分别与预设阈值d0、v0的比较结果，选择第二充电电路或放电单元或能量转移单元来对相应的超级电容进行放电；
21.步骤3：若对过电压保护电路的超级电容进行放电状态下的保护方式选择，则根据对处于放电状态下的所有超级电容测得的电压的平均电压vr与v1的比较结果，选择第二充电电路或放电单元或能量转移单元来对相应的超级电容进行放电。
22.进一步地，在步骤2中，
23.若满足条件一，则选择电压最高的超级电容对放电单元进行放电，
24.若满足条件二，则选择第二充电电路对电压最低的超级电容进行充电，
25.若满足条件三，则选择电压最高的超级电容对能量转移单元进行充电，并且当选中的超级电容的电压与平均电压vi相等时，关闭当前选中超级电容所在的防短路超级电容单元的两个双mos管组件，以停止对当前选中的超级电容进行充电，待当前选中的超级电容停止充电后，选择电压最低的超级电容，并采用能量转移单元对当前选中的超级电容进行充电，
26.条件一：di＞d0且vi＞v0；
27.条件二：di＞d0且vi＜v0；
28.条件三：di＜d0；
29.d0为根据过电压保护电路内的所有超级电容所测量出的离散度和根据经验确定的离散度的差值来设定的预设阈值，v0为根据过电压保护电路内的所有超级电容所测量出的平均电压和根据经验确定的平均电压的差值来设定的预设阈值。
30.进一步地，在步骤3中，
31.若vr＜v1，v1为预设阈值，则选择电压最高的超级电容对能量转移单元进行充电，并且选中的超级电容的电压与平均电压vi相等时，关闭当前选中超级电容所在的防短路超级电容单元的两个双mos管组件，以停止对当前选中的超级电容进行充电，待当前选中的超级电容停止充电后，选择电压最低的超级电容，并采用能量转移单元对当前选中的超级电容进行充电。
32.本发明的有益效果为：相比于传统的简单采用放电电阻来实现超级电容的过压保护，本发明能够根据不同情况来智能切换过电压保护方式，以达到提高整体超级电容组的整体供电时间，提高使用寿命和供电性能。并且通过智能选择切换相应的控制方式能够减少不必要的能量消耗，提高充电效率，达到节能减排效果。
附图说明
33.图1为实施例一的电路原理示意图；
34.图2为防短路超级电容单元中的双mos管组件内只采用一个mos管情形的示意图；
35.图3为实施例二的电路原理示意图；
36.图中，1-防短路超级电容单元。
具体实施方式
37.为了使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本技术具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本技术，而非对本技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本技术相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
38.实施例一
39.如图1和图2所示，一种超级电容组的过电压保护电路，包括两组防短路超级电容单元1、第一充电电路(对应图1中的dc/dc电路1)、第二充电电路(对应图1中的dc/dc电路2)、放电单元和能量转移单元，防短路超级电容单元1包括超级电容。两组防短路超级电容单元1串联连接，第一充电电路的两端分别连接在串联后的两组防短路超级电容单元1的两端，也即是连接在两组防短路超级电容单元1的非串联端。也即第一充电电路的一端与其中一组防短路超级电容单元1的一端连接，所述其中一组防短路超级电容单元1的另一端与另一组防短路超级电容单元1的一端连接，所述另一组防短路超级电容单元1的的另一端与第一充电电路的另一端连接。第一充电电路用于通过连接串联后的两组防短路超级电容单元1的两端来向整体的两组防短路超级电容单元1供电。
40.放电单元和能量转移单元并联连接，第二充电电路的两端分别连接在并联后的放电单元和能量转移单元的两端。其中，放电单元用于实现将超级电容的电能作用在放电单元上，以实现超级电容件放电，放单单元包括继电器和放电电阻或mos管和放电电阻，继电器/mos管与放电电阻串联，放电电阻优选为金属铝壳电阻，其具有放电速度快、散热效果好的优点。
41.能量转移单元包括串联连接的电感和电容，电感优选为绕线电感，例如优选双线并绕电感，以起到抑制充放电过程中电流突变以及减小作用在能量转移单元上的电源纹波的作用。电容优选为也是超级电容，并且与防短路超级电容单元1中的超级电容为同型号规格。
42.第二充电电路的两端分别经过防短路超级电容单元1的内部电路后与防短路超级电容单元1的超级电容的两端连接，以使得第二充电电路和任一防短路超级电容单元1构成回路，并且第二充电电路、串联后的两组防短路超级电容单元1、并联后的放电单元和能量转移单元也构成回路。
43.第二充电电路的两端分别经过防短路超级电容单元1的内部电路后与防短路超级
电容单元1的超级电容的两端连接是指第二充电电路并非直接与超级电容的两端连接，而是需要先经过超级电容单元除超级电容后的其他部分电路后与超级电容连接，并且第二充电电路的两端是经过超级电容单元除超级电容后的其他部分电路中的不同部分的电路后分别连接在超级电容的两端。
44.第二充电电路用于分别向两组防短路超级电容单元1中的防短路超级电容单元1单独供电，也即，第二充电电路可以向两组防短路超级电容单元1中的单独的一个防短路超级电容单元1单独供电或同步地分别单独向两组防短路超级电容单元1供电，既可以仅向两组防短路超级电容单元1中的一个防短路超级电容单元1来供电，也可以同时并且分别向两个防短路超级电容单元1供电。与第一充电电路向整体的两组防短路超级电容单元1供电方式不同，第二充电电路分别向其中的单个防短路超级电容单元1供电。也即相当于第一充电电路是并联在串联后的两组防短路超级电容单元1的两端，第二充电电路是分别并联在各个防短路超级电容单元1的两端，使得每个防短路超级电容单元1都被单独供电。
45.所述防短路超级电容单元1包括电容、两个双mos管组件，双mos管组件包括两个mos管，两个mos管的s极(即源极)相连接，两个mos管的g极(即漏极)相连接并共同连接用于驱动mos管工作的驱动电源。其中一组双mos管组件的一个mos管的d极与超级电容的正极相连接，另一组mos管组件的一个mos管的d极与超级电容的负极相连接，两组双mos管组件的另外两个mos管的d极分别与第二充电电路的两端连接。
46.在一个可选的实施方式中，第一充电电路的输出电流＞第二充电电路的输出电流，以使得流经整体的两组防短路超级电容单元1的电流大于流经单个防短路超级电容单元1。
47.在一个可选的实施方式中，串联后的两组防短路超级电容单元1的两端还分别连接外部备用电源vcap和接地。外部备用电源用于在第一充电电路因故障或线路断开等情况而无法向两组防短路超级电容单元1供电时来替代第一充电电路而向两组防短路超级电容单元1供电。
48.参考图1，其设置有两组防短路超级电容单元1，并分别记为第一防短路超级电容单元1和第二防短路超级电容单元1。第一防短路超级电容单元1包括超级电容c1、两个双mos管组件，两个双mos管组件分别记为第一双mos管组件和第二双mos管组件，第一双mos管组件包括mos管q1和mos管q2，第二双mos管组件包括mos管q3和mos管q4。mos管q1的s极和mos管q2的s极相连接，mos管q1的g极和mos管q2的g极相连接后连接用于驱动mos管工作的驱动电源vgs1，mos管q1的d极分别与第一充电电路的一端、外部备用电源vcap、超级电容c1的正极(对应图中的+端)连接，mos管q2的d极分别与第二充电电路的一端、能量转移单元和放电单元并联后的一端连接。
49.能量转移单元包括串联的电感l和电容c7。电容c7优选为与超级电容c1、超级电容c6同型号规格的超级电容。
50.超级电容c1的负极与mos管q3的d极连接后与第二防短路超级电容单元1相连接，mos管q3的s极和mos管q4的s极相连接，mos管q3的g极和mos管q4的g极连接后共同与用于驱动mos管工作的驱动电源vgs1相连接，mos管q4的d极分别与第二充电电路的另一端、能量转移单元和放电单元并联后的另一端相连接。
51.第二防短路超级电容单元1包括超级电容c6、两个双mos管组件，两个双mos管组件
分别记为第三双mos管组件和第四双mos管组件，第三双mos管组件包括mos管q21和mos管q22，第四双mos管组件包括mos管q23和mos管q24。mos管q21的d极分别与超级电容c6的正极、mos管q3的d极连接，从而使得两个防短路超级电容单元1串联连接在一起。mos管q21和mos管q22的s极相连接，mos管q21和mos管q22的g极相连接后共同连接用于驱动mos管工作的驱动电源vgs11，mos管q22的d极与第二充电电路连接mos管q2的d极的一端连接，mos管q22的d极还与能量转移单元和放电单元并联后的一端连接。超级电容c6的负极分别与mos管q23的d极和电阻rs的一端连接，电阻rs的另一端与第一充电电路的另一端连接后共同接地。mos管q23的s极和mos管q24的s极相连接，mos管q23的g极和mos管q24的g极连接后共同连接用于驱动mos管工作的驱动电源vgs12，mos管q24的d极与第二充电电路连接mos管q4的一端(也即是第二充电电路的另一端)连接，mos管q24的d极还与能量转移单元和放电单元并联后的另一端连接。
52.图1中的a和b分别是指第二充电电路的两端，也即是第二充电电路的两个输出端。
53.在一个可选的实施方式中，还包括若干电压检测单元，也即将电压检测单元集成在过电压保护电路中，成为其一个组成部分。当然，在实际使用时，也可以通过采用外部的电压检测电压，并不需要集成在一起而构成其一个组成部分。电压检测单元用于同步检测各个超级电容两端的电压，因此，可以为每一个超级电容配置对应一个电压检测单元，也可以采用可同时测量多个元件(这里为超级电容)两端电压的电压检测单元，只需要保证能够在同一时刻(即同步)测量出所有超级电容两端的电压即可。
54.参考图2，图2是防短路超级电容单元1中的双mos管组件内只采用一个mos管情形的示意图。如果采用如图2所示对当前超级电容c1的两个双mos管组件内均分别只采用一个mos管的电路，由于mos管内部的二极管作用，若当前mos管q1关闭(也即截止，不导通)时，为了使得当前mos管q1上的d极和s极之间没有电流流过，则必然是当前mos管q1的d极与下一个mos管q2的d极分别连接超级电容c1的正负极。假设第二充电电路给超级电容c1和超级电容c2供电(也即是图中2中分别通过a、b两处所在的两个线路供电)，使得超级电容c1的单体电压过高，则打开(即导通)mos管q1和mos管q2，超级电容c1的电能向能量转移单元传递电能。当充电完成后，mos管q1与mos管q2闭合(即不导通，截止)，假设这6个超级电容中单体电压最低的超级电容为超级电容c6，则需要将能量转移单元储存的能量转移到超级电容c6中。为此，超级电容c6所在的两个mos管q21和mos管q23均处于导通状态，使得能量转移单元对超级电容c6充电，其充电回路为：能量转移单元的正极
→
线路a
→
mos管q21的s极
→
mos管q21的d极
→
超级电容c6的正极
→
超级电容c6的负极
→
mos管q23的d极
→
mos管q23的s极
→
线路b
→
能量转移单元的负极。
55.但另一边，由于mos管内部的二极管作用，还存在另外一个放电回路，其放电回路为：超级电容c6的负极
→
mos管q23的d极
→
mos管q23的s极
→
线路b
→
mos管q10的s极
→
mos管q10的d极
→
超级电容c6的正极。由于充电回路和放电回路同时作用在超级电容c6上，使得超级电容c6短路，使得能量转移单元无法正常对超级电容c6转移能量，因此，对于实现控制对超级电容充放电的两个双mos管组件均不能采用单mos管控制的方式，需要采用双mos管共s极连接的控制方式。因此，对于图1的本实施例而言，防短路超级电容单元1中，为超级电容设置了两组双mos管组件，两组双mos管组件能够使得第二充电电路与各个超级电容均构成充/放电回路的同时，避免超级电容短路而无法正常充放电。
56.基于本实施例的电路(也即如图1所示的电路)，本实施例还提供一种超级电容组的过电压保护方法，也即是基于过电压保护电路的保护方法，包括如下步骤：
57.步骤1：通过电压检测单元同步检测超级电容的电压，从而获取到每一个超级电容的电压，并根据获取到的超级电容的电压，计算所述过电压保护电路内的所有超级电容的电压的离散度di和所有超级电容的电压的平均值vi，也即得到平均电压vi。
58.步骤2：若对过电压保护电路的超级电容进行充电状态下的保护方式选择，则根据di、vi分别与预设阈值d0、v0的比较结果，选择第二充电电路或放电单元或能量转移单元来对相应的超级电容进行放电。
59.具体的，若满足条件一，则选择电压最高的超级电容对放电单元进行放电，也即选中的超级电容的能量转移到放电单元上。其中，一般选择电压最高的超级电容来进行放电，在实际使用时，也可以选择电压次高的超级电容来对放电单元进行放电。若满足条件二，则选择第二充电电路对电压最低的超级电容进行充电，也即通过第二充电电路对选中的超级电容进行充电。其中，一般选择电压最低的超级电容来进行充电，在实际使用时，也可以选择电压次低的超级电容来对放电单元进行充电。若满足条件三，则选择电压最高的超级电容对能量转移单元进行充电，并且选中的超级电容的电压与平均电压vi相等时，关闭当前选中超级电容所在的防短路超级电容单元1的两个双mos管组件，以停止对当前选中的超级电容进行充电。待当前选中的超级电容停止充电后，选择电压最低的超级电容，并采用能量转移单元对当前选中的超级电容进行充电，也即是对选中的电压最低的超级电容进行充电。
60.条件一：di＞d0且vi＞v0；
61.条件二：di＞d0且vi＜v0；
62.条件三：di＜d0；
63.d0和v0为预设阈值，d0根据过电压保护电路内的所有超级电容所测量出的离散度和根据经验确定的离散度的差值来设定，同样的，v0根据过电压保护电路内的所有超级电容所测量出的平均电压和根据经验确定的平均电压的差值来设定。
64.步骤3：若对过电压保护电路的超级电容进行放电状态下的保护方式选择，则根据对处于放电状态下的所有超级电容测得的电压的平均电压vr与v1的比较结果，v1为预设阈值，也即是设定值，选择第二充电电路或放电单元或能量转移单元来对相应的超级电容进行放电。
65.具体的，若vr＜v1，则选择电压最高的超级电容对能量转移单元进行充电，并且选中的超级电容的电压与平均电压vi相等时，关闭当前选中超级电容所在的防短路超级电容单元1的两个双mos管组件，以停止对当前选中的超级电容进行充电。待当前选中的超级电容停止充电后，选择电压最低的超级电容，并采用能量转移单元对当前选中的超级电容进行充电，也即是对选中的电压最低的超级电容进行充电，从而减小相对处于低电压的超级电流的放电电流，从而延迟整体的超级电容构成的超级电容组的整体放电时间。
66.实施例二
67.参考图3，相比于实施例一，本实施例采用了6个防短路超级电容单元1，6个防短路超级电容单元1仍然是依次串联连接，第一充电电路、第二充电电路、能量转移单元和放电单元与串联后的6个防短路超级电容单元1的连接方式与实施例一相类似，故在此不一一赘
述。本实施例的目的在于说明过电压保护电路可以采用更多个防短路超级电容单元1，因此，集合实施例一和实施例二，说明只需要串联连接至少两个防短路超级电容单元1即可实现对超级电容多种方式的过电压保护，并且可以根据不同需要进行切换选择相对于的保护方式。
68.具体的，对于串联了两个以上的防短路超级电容单元1，第一充电电路的两端分别连接在串联了所有防短路超级电容单元1后的首尾防短路超级电容单元1的非串联端。例如，在图3中，按从上往下方向，第一充电电路的两端分别连接在最上端的防短路超级电容单元1的连接外部备用电源vcap所在的一端，最上端的防短路超级电容单元1的连接外部备用电源vcap所在的一端没有连接其他防短路超级电容单元1，而是最上端的防短路超级电容单元1的另一端连接了第二个防短路超级电容单元1。同样的第一充电电路的另一端连接最下端的防短路超级电容单元1的连接接地所在的一端。
69.对于第二充电电路，第二充电电路的第一输出端(对应图中的a所在的一端)连接首个防短路超级电容单元1的非串联端，以及连接除首个防短路超级电容单元1的其余防短路超级电容单元1的串联端。第二充电电路的第二输出端(对应图中的b所在的一端)分别连接每一个防短路超级电容单元1中连接超级电容负极所在的双mos管组件，且连接的是该双mos管组件远离电容负极所在的一端。
70.相比于传统的简单采用放电电阻来实现超级电容的过压保护，本发明能够根据不同情况来智能切换过电压保护方式，以达到提高整体超级电容组的整体供电时间，提高使用寿命和供电性能。并且通过智能选择切换相应的控制方式能够减少不必要的能量消耗，提高充电效率，达到节能减排效果。
71.发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
72.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
73.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
74.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
75.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围
之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种超级电容组的过电压保护电路，其特征在于，包括至少两组防短路超级电容单元、第一充电电路、第二充电电路、放电单元和能量转移单元，防短路超级电容单元包括超级电容，各个超级电容串联连接，各组防短路超级电容单元依次串联连接，第一充电电路的两端分别连接在串联后的两组防短路超级电容单元的两个非串联端，放电单元和能量转移单元并联连接，第二充电电路的两端分别连接在并联后的放电单元和能量转移单元的两端，第二充电电路的两端还分别经过防短路超级电容单元的内部电路后与防短路超级电容单元的超级电容的两端连接，以使得第二充电电路和任一防短路超级电容单元构成回路，并且第二充电电路、串联后的两组防短路超级电容单元、并联后的放电单元和能量转移单元也构成回路。2.根据权利要求1所述的超级电容组的过电压保护电路，其特征在于，所述防短路超级电容单元包括电容、两个双mos管组件，双mos管组件包括两个mos管，两个mos管的s极相连接，两个mos管的g极相连接并共同连接用于驱动mos管工作的驱动电源，其中一组双mos管组件的一个mos管的d极与超级电容的正极相连接，另一组mos管组件的一个mos管的d极与超级电容的负极相连接，两组双mos管组件的另外两个mos管的d极分别与第二充电电路的两端连接。3.根据权利要求2所述的超级电容组的过电压保护电路，其特征在于，相邻两组防短路超级电容单元的串联连接具体为：所述相邻两组防短路超级电容单元分别记为第一防短路超级电容单元和第二防短路超级电容单元，第一防短路超级电容单元包括超级电容c1、两个双mos管组件，两个双mos管组件分别记为第一双mos管组件和第二双mos管组件，第一双mos管组件包括mos管q1和mos管q2，第二双mos管组件包括mos管q3和mos管q4，mos管q1的s极和mos管q2的s极相连接，mos管q1的g极和mos管q2的g极相连接后连接用于驱动mos管工作的驱动电源vgs1，mos管q1的d极分别与第一充电电路的一端、外部备用电源vcap、超级电容c1的正极连接，mos管q2的d极分别与第二充电电路的一端、能量转移单元和放电单元并联后的一端连接，超级电容c1的负极与mos管q3的d极连接后与第二防短路超级电容单元相连接，mos管q3的s极和mos管q4的s极相连接，mos管q3的g极和mos管q4的g极连接后共同与用于驱动mos管工作的驱动电源vgs1相连接，mos管q4的d极分别与第二充电电路的另一端、能量转移单元和放电单元并联后的另一端相连接，第二防短路超级电容单元包括超级电容c6、两个双mos管组件，两个双mos管组件分别记为第三双mos管组件和第四双mos管组件，第三双mos管组件包括mos管q21和mos管q22，第四双mos管组件包括mos管q23和mos管q24，mos管q21的d极分别与超级电容c6的正极、mos管q3的d极连接，mos管q21和mos管q22的s极相连接，mos管q21和mos管q22的g极相连接后共同连接用于驱动mos管工作的驱动电源vgs11，mos管q22的d极与第二充电电路连接mos管q2的d极的一端连接，mos管q22的d极还与能量转移单元和放电单元并联后的一端连接，超级电容c6的负极分别与mos管q23的d极和电阻rs的一端连接，电阻rs的另一端与第一充电电路的另一端连接后共同接地，mos管q23的s极和mos管q24的s极相连接，mos管q23的g极和mos管q24的g极连接后共同连接用于驱动mos管工作的驱动电源vgs12，mos管q24的d极与第二充电电路连接mos管q4的一端连接，mos管q24的d极还与能量转移单元和放电单元并联后的
另一端连接。4.根据权利要求1所述的超级电容组的过电压保护电路，其特征在于，放单单元包括继电器和放电电阻或mos管和放电电阻，继电器/mos管与放电电阻串联，能量转移单元包括串联连接的电感和电容，电感为双线绕线电感，电感用于抑制充放电过程中电流突变以及减小作用在能量转移单元上的电源纹波，所述所述能量转移单元的电容为超级电容，并且与防短路超级电容单元的超级电容为同型号规格。5.根据权利要求1任一项所述的超级电容组的过电压保护电路，其特征在于，第一充电电路的输出电流＞第二充电电路的输出电流，以使得流经整体的两组防短路超级电容单元的电流大于流经单个防短路超级电容单元。6.根据权利要求5所述的超级电容组的过电压保护电路，其特征在于，串联后的两组防短路超级电容单元的两个非串联端还分别连接外部备用电源vcap和接地。7.根据权利要求6所述的超级电容组的过电压保护电路，其特征在于，还包括若干电压检测单元，电压检测单元用于检测防短路超级电容单元中的超级电容两端的电压。8.一种超级电容组的过电压保护方法，基于权利要求1-7任一项所述过电压保护电路，包括如下步骤：步骤1：同步检测各组防短路超级电容单元中的超级电容的电压，并根据获取到的超级电容的电压，计算所有超级电容的电压的离散度d
i
和所有超级电容的电压的平均值v
i
；步骤2：若对过电压保护电路的超级电容进行充电状态下的保护方式选择，则根据d
i
、v
i
分别与预设阈值d0、v0的比较结果，选择第二充电电路或放电单元或能量转移单元来对相应的超级电容进行放电；步骤3：若对过电压保护电路的超级电容进行放电状态下的保护方式选择，则根据对处于放电状态下的所有超级电容测得的电压的平均电压v
r
与v1的比较结果，选择第二充电电路或放电单元或能量转移单元来对相应的超级电容进行放电。9.根据权利要求8所述的超级电容组的过电压保护方法，其特征在于，在步骤2中，若满足条件一，则选择电压最高的超级电容对放电单元进行放电，若满足条件二，则选择第二充电电路对电压最低的超级电容进行充电，若满足条件三，则选择电压最高的超级电容对能量转移单元进行充电，并且当选中的超级电容的电压与平均电压v
i
相等时，关闭当前选中超级电容所在的防短路超级电容单元的两个双mos管组件，以停止对当前选中的超级电容进行充电，待当前选中的超级电容停止充电后，选择电压最低的超级电容，并采用能量转移单元对当前选中的超级电容进行充电，条件一：d
i
＞d0且v
i
＞v0；条件二：d
i
＞d0且v
i
＜v0；条件三：d
i
＜d0；d0为根据过电压保护电路内的所有超级电容所测量出的离散度和根据经验确定的离散度的差值来设定的预设阈值，v0为根据过电压保护电路内的所有超级电容所测量出的平均电压和根据经验确定的平均电压的差值来设定的预设阈值。10.根据权利要求8或9所述的超级电容组的过电压保护方法，其特征在于，在步骤3中，若v
r
＜v1，v1为预设阈值，则选择电压最高的超级电容对能量转移单元进行充电，并且选中的超级电容的电压与平均电压v
i
相等时，关闭当前选中超级电容所在的防短路超级电
容单元的两个双mos管组件，以停止对当前选中的超级电容进行充电，待当前选中的超级电容停止充电后，选择电压最低的超级电容，并采用能量转移单元对当前选中的超级电容进行充电。

技术总结
本发明公开了一种超级电容组的过电压保护电路及方法，所述电路包括至少两组防短路超级电容单元、第一充电电路、第二充电电路、放电单元和能量转移单元，防短路超级电容单元包括超级电容，各个超级电容串联连接，各组防短路超级电容单元依次串联连接，第一充电电路的两端分别连接在串联后的两组防短路超级电容单元的两个非串联端，放电单元和能量转移单元并联连接，第二充电电路的两端分别连接在并联后的放电单元和能量转移单元的两端，第二充电电路的两端还分别经过防短路超级电容单元的内部电路后与防短路超级电容单元的超级电容的两端连接。本发明提供多种过电压保护方式，减少能量消耗，提高充电效率、整体供电时间、使用寿命和供电性能。寿命和供电性能。寿命和供电性能。


技术研发人员：陈成 唐日元 张上友 陈明康
受保护的技术使用者：广州华佳软件有限公司 广东华之源信息工程有限公司 广州佳都城轨智慧运维服务有限公司
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/8/14