一种高压超级电容模组实用保护电路的制作方法

1.本实用新型属于保护电路领域，特别涉及一种高压超级电容模组实用保护电路。


背景技术：

2.超级电容器是一种新型储能装置，它具有循环寿命长、功率密度高、免维护、快充快放、温度特性强等特点，在许多对功率密度要求高的场合应用十分广泛。实际应用中，由于单个超级电容器的额定电压大多数为2.7v或3.0v，因此需要将多个超级电容器通过串联、并联或者串并联组合的方式组成超级电容模组，以满足高电压、大电流等客户需求。
3.现有超级电容保护电路系统中，主要涉及单体的均衡和保护，对整体模组的保护和报警较少。如专利号201621266344.8公布的保护电路仅适用于超级电容器单体；虽然专利号201410778405.8公布的保护电路提及到超级电容模组的检测和保护，但其检测和保护机理完全依赖于tl431芯片，一旦该芯片或电路中某一器件失效，超级电容器及整个模组的保护、报警功能将完全失效。同时由于tl431芯片的耐压能力，该专利申请号公布的“单体电容过压保护电路”在高压模组中将无法有效工作，且其公布的“检测电路”输出方式单一、没有采取任何隔离措施，在高压模组中同样存在电路易受干扰、测量不准确等问题。


技术实现要素：

4.本实用新型针对现有技术中存在的技术问题，提供一种高压超级电容模组实用保护电路，引入超级电容器组合保护方式，消除单一保护方式失效造成模组安全隐患；具有高低压隔离设计，可消除非隔离设计在高压模组应用中信号不稳定问题。
5.本实用新型采用的技术方案是：一种高压超级电容模组实用保护电路，包括单体检测电路、报警信号发生电路和报警信号输出电路，若干所述单体检测电路与报警信号发生电路连接，所述报警信号发生电路与报警信号输出电路通过光耦隔离，所述报警信号发生电路从超级电容模组取电，所述单体检测电路用于检测高压超级电容模组中的超级电容器。
6.进一步的，所述单体检测电路包括依次连接的被动均衡电路、主动均衡电路和检测信号发生电路，所述被动均衡电路与超级电容器单体连接，所述检测信号发生电路与报警信号发生电路连接。
7.进一步的，单体检测电路的电路结构为：接头c 连接超级电容器正极，并接电阻r5一端、电阻r1一端、电阻r2一端、三极管q1的发射极、三极管q2的发射极，接头c
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连接超级电容器负极，并接电阻r5另一端、电阻r9一端、电压采集芯片u1的正极端、电阻r7一端、电阻r8一端，电阻r9另一端接电阻r1另一端、电容c1一端、芯片u1的电压采集端，芯片u1的负极端接电容c1另一端、电阻r2另一端、电阻r3一端、电阻r4一端，电阻r3另一端接三极管q1的基极，三极管q1的集电极接电阻r7另一端、电阻r8另一端，电阻r4另一端接三极管q2的基极，三极管q2的集电极接二极管d1的正极，二极管d1的负极接电阻r6一端，电阻r6另一端输出检测信号。
8.进一步的，报警信号发生电路的电路结构为：接头m 接超级电容模组正极，接头m 接电阻r10一端，电阻r10另一端接电阻r12一端，接头m
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接超级电容模组负极，接头m
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接电阻r13一端、电容c2一端、三极管q3的基极，三极管q3的发射极接电阻r13另一端、电容c2另一端和单体检测电路，三极管q3的集电极和电阻r12另一端分别接光耦u2的两个输入端。
9.进一步的，报警信号输出电路的电路结构为：电阻r11一端和地分别接光耦u2的两个输出端，电阻r11另一端接二极管d2的正极、继电器k1的负极，二极管d2的负极、继电器k1的正极接vcc。
10.与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果是：本实用新型消除单一保护方式失效造成模组安全隐患；本实用新型有高低压隔离设计，可消除非隔离设计在高压模组应用中信号不稳定问题。同时，本实用新型也解决了输出信号方式过于单一的问题。本实用新型电路保护功能丰富、电路结构简单、报警实时性强、信号输出方式丰富、通用性强、故障定位精准，提高了超级电容模组的稳定性和可靠性，延长了超级电容模组的使用寿命。
附图说明
11.图1为本实用新型实施例的报警信号发生电路和报警信号输出电路的电路图；
12.图2为本实用新型实施例的单体检测电路的电路图。
13.图中1
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被动均衡电路，2
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主动均衡电路，3
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检测信号发生电路，4
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报警信号发生电路，5
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报警信号输出电路。
具体实施方式
14.为使本领域技术人员更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作详细说明。
15.本实用新型的实施例提供了一种高压超级电容模组实用保护电路，如图1
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2所示，其包括单体检测电路、报警信号发生电路4和报警信号输出电路5，若干所述单体检测电路与报警信号发生电路4连接，所述报警信号发生电路4通过光耦与报警信号输出电路5连接，所述报警信号发生电路4从超级电容模组取电，所述单体检测电路用于检测高压超级电容模组中的超级电容器单体。
16.所述单体检测电路包括依次连接的被动均衡电路1、主动均衡电路2和检测信号发生电路3，所述被动均衡电路1与超级电容器单体连接，所述检测信号发生电路3与报警信号发生电路4连接。单体检测电路的电路结构为：接头c 连接超级电容器正极，并接电阻r5一端、电阻r1一端、电阻r2一端、三极管q1的发射极、三极管q2的发射极，接头c
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连接超级电容器负极，并接电阻r5另一端、电阻r9一端、电压采集芯片u1的正极端、电阻r7一端、电阻r8一端，电阻r9另一端接电阻r1另一端、电容c1一端、芯片u1的电压采集端，芯片u1的负极端接电容c1另一端、电阻r2另一端、电阻r3一端、电阻r4一端，电阻r3另一端接三极管q1的基极，三极管q1的集电极接电阻r7另一端、电阻r8另一端，电阻r4另一端接三极管q2的基极，三极管q2的集电极接二极管d1的正极，二极管d1的负极接电阻r6一端，电阻r6另一端输出检测信号。
17.超级电容器与电阻r5构成被动均衡电路1，对超级电容器起到被动保护作用；电阻r1、电阻r9、电阻r2和芯片u1组成超级电容器电压监测电路；三极管q1、电阻r3、电阻r7和电
阻r8组成泄流电路，并与超级电容器电压监测电路组成主动均衡电路2；主动均衡电路2与被动均衡电路1共同保护超级电容器；三极管q2、电阻r4、二极管d1和电阻r6构成检测信号发生电路3；二极管d1的正向导通特性实现前后级电路间的隔离。
18.报警信号发生电路4的电路结构为：接头m 接超级电容模组正极，接头m 接电阻r10一端，电阻r10另一端接电阻r12一端，接头m
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接超级电容模组负极，接头m
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接电阻r13一端、电容c2一端、三极管q3的基极，三极管q3的发射极接电阻r13另一端、电容c2另一端和单体检测电路，三极管q3的集电极和电阻r12另一端分别接光耦u2的两个输入端。报警信号输出电路5的电路结构为：电阻r11一端和地分别接光耦u2的两个输出端，电阻r11另一端接二极管d2的正极、继电器k1的负极，二极管d2的负极、继电器k1的正极接vcc。
19.光耦u2的功能特性实现高压模组与电压检测回路的隔离；继电器k1的功能特性提高输出信号的通用性。
20.电阻r5直接与超级电容器并联，模组充电时，超级电容器的端电压等于电阻r5的端电压，实现被动保护功能。电阻r1和电阻r9对超级电容器进行分压，并通过芯片u1检测超级电容器电压是否达到泄流阈值；当超级电容器电压超过泄流阈值时，三极管q1导通，并通过电阻r7和电阻r8泄放电流，实现主动保护功能。单体检测电路工作时，超级电容器通过三极管q2、二极管d1和电阻r6输出单体检测信号；二极管d1的功能特性使后级高压电路不会对前面的电路造成损坏。
21.模组中所有超级电容器单体的检测信号并联使用，当其中任一路信号有效时，三极管q3导通，光耦u2工作，继电器k1通过电阻r11和光耦u2次级构成回路，继电器动作输出，实现报警信号状态变化。报警信号为开关量输出，后级系统可进行低电平、高电平、开关量、带载等信号和功能的自由选择。
22.以上通过实施例对本实用新型进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的示例性实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。本实用新型的保护范围由权利要求书限定。凡利用本实用新型所述的技术方案，或本领域的技术人员在本实用新型技术方案的启发下，在本实用新型的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖保护范围之内。