有源平衡电路模块、系统和电容器器件的制作方法

专利名称：：有源平衡电路模块、系统和电容器器件的制作方法
技术领域：
：本发明总地涉及用于电容器的有源平衡电路以及它们的制造方法。更具体地，本发明涉及用于以串联的布置方式堆叠(stack)的电容器的基于模块的有源平衡电路。
背景技术：
：电容器一般被设计为具有最大工作额定电压，其中在此最大工作额定电压以上的操作通常会导致过多的(excessive)漏电流，随后气体生成，并且最后导致该电容器失效。为了构造用于更高电压应用的电容，具有等值和等额定的电容器以串联的布置方式被堆叠。在电容器的充电期间以及充电之后，只要每个电容器的电容值保持相同，则总电压在堆叠中的每个电容器两端(across)等分。一旦充电大部分完成，并且达到所述堆叠中的均衡(equilibrium)条件，则只要每个电容器的漏电流相等，电压仍旧在每个电容器两端等分。总之，在这样的串联布置中电容器两端不等电压通常有两个原因1)不等电容值；2)不等的均衡漏电流。常规地，已经应用了各种途径来试图控制由于不等电容值或不等的均衡漏电流而导致的电压不平衡。在一种途径中，使用一种被称为无源平衡的技术。无源平衡包括使用无源元件来均衡堆叠中的电容器之间的电压。典型地，这包括将等值的电阻器与所述电容器并联连接。尽管无源平衡初始时可能有效，但是无源平衡具有不能调节由于电容值或漏电流随时间改变而导致的电压不平衡的缺陷。在另一种途径中，使用一种被称为有源平衡的技术。有源平衡包括使用有源元件来均衡电容器之间的电压。尽管此技术可以被用来随时间调节电压不平衡，但是这些有源器件的常规应用一般来说是复杂而昂贵的。因此，需要提供改进的装置和对应的方法，所述装置和方法更容易且更低廉地被应用，并且可以控制以串联的布置方式堆叠的电容器之间的电压不平衡，由此提高电容器的寿命和电性能。图1A根据本发明的各种实施方案图示包括耦合到有源平衡模块的多个电容器的有源平衡系统。图1B根据本发明的各种实施方案图示包括耦合到有源平衡模块的多个电容器的有源平衡系统。图2根据本发明的各种实施方案图示包括耦合到多个有源平衡模块的多个电容器的有源平衡系统。图3根据本发明的各种实施方案图示包括耦合到多个有源平衡模块的多个电容器的有源平衡系统。图4A根据本发明的第一实施方案图示电容器器件封装的侧视图。图4B图示图4A中的电容器器件封装的顶视图。图5A根据本发明的第二实施方案图示电容器器件封装的侧视图。图5B图示图5A中的电容器器件封装的仰视图。图6A根据本发明的第三实施方案图示电容器器件封装的侧视图。图6B图示图6A中的电容器器件封装的顶视图。图6C图示图6A中的电容器器件封装被装封到模制(molding)材料中的侧视图。图7根据本发明的各种实施方案图示包括耦合到多个有源平衡模块的多个电容器的有源平衡系统的另一实施方案。图8图示用于图7中所示的系统的有源平衡模块。图9图示用于图7中所示的系统的另一有源平衡模块。图10图示包括图9中所示的模块的有源平衡系统。图11A和11B图示包括图8和9中所示的模块的组合的有源平衡系统。图12根据本发明的各种实施方案图示包括耦合到多个有源平衡模块的多个电容器的有源平衡系统的另一实施方案。图13图示用于图12中所示的系统的有源平衡模块。图14图示用于图12中所示的系统的另一有源平衡模块。图15图示包括图14中所示的模块的有源平衡系统。图16图示包括图13和14中所示的模块的组合的有源平衡系统。图17A和17B图示包括图8和13中所示的模块的组合的有源平衡系统。图18A和18B图示包括图9和14中所示的模块的组合的有源平衡系统。图19图示有源平衡模块的另一实施方案。图20图示包括图19中所示的模块的有源平衡系统。图21图示包括图8和9中所示的模块并联连接的有源平衡系统。图22图示图21中所示的电容器保护系统的替换性系统。图23图示包括图8中所示的模块并联连接的电容器保护系统。图24图示图23中所示的电容器保护系统的替换性系统。图25A、25B、25C、25D图示具有辅助(auxiliary)器件的保护电路。图26A、26B、26C、26D图示具有辅助器件的其他保护电路。图27图示具有辅助器件的另一保护电路。图28是被集成到电容器器件中的示例性平衡模块的分解视图。图29图示用于与平衡模块集成的电容器器件的有源部件组件(componentassembly)。图30图示用于图29中所示的组件的有源部件子组件。图31是被集成到电容器器件中的示例性平衡模块的替换性实施方案的分解视图。具体实施例方式现在将详细参照本发明的优选实施方案。所述优选实施方案的实施例在附图中被图示说明。虽然结合这些优选实施方案来描述本发明，但是应该理解并不打算将本发明限制为这些优选实施方案。相反地，打算覆盖可能被包括在如所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内的替换、修改和等同物。在以下描述中，阐述了很多具体的细节，以提供对本发明的完整理解。无需这些具体的细节中的一些或全部就可以实践本发明。此外，没有详细描述公知的处理操作，以免不必要地模糊本发明。本发明提供有源平衡模块及其制造方法，所述有源平衡模块包括用于控制以串联的布置方式堆叠的电容器之间的电压不平衡的有源平衡电路。这些模块制作起来简单而低廉，并且是多功能的。它们可以被单独使用，或者它们可以被组合在一起来形成用于以串联的布置方式堆叠的多个电容器的多模块有源平衡电路。所述模块还可以进一步以并排拓扑或重叠拓扑的形式排列。I.引言如之前所提及的，在呈串联布置的电容器两端的不等电压通常有两个原因1)不等电容值；2)不等的均衡漏电流。不等电容值可以是产生自制造偏差或由于电容器使用随时间而老化。不等电容值可能导致较低电容值的电容器工作在它们的最大工作电压以外，这又可能造成过多的漏电流。然而，即使当电容值良好地匹配时，在基本上充好电的状态下的均衡期间，漏电流的不匹配仍然会导致在堆叠中的电容器上发生过电压(overvoltage)。漏电流大于其相邻电容器的平均值的电容器可以将其相邻电容器充电至它们的最大工作电压之外，导致受影响的电容器最终失效。这是因为，在均衡状态下，漏电流趋于平衡其自身。因此，低泄漏电容器以提高其电压的方式积累电荷。随后，所述受影响的电容器的漏电流增加，并最终与有差异的电容器的漏电流平衡。尽管各种电容器可能呈现电压不平衡，但是趋向于受到更大影响的电容器是电解技术电容器。这是因为电解技术电容器通常已经使其与大的漏电流相关联了。此外，电解技术电容器常常具有大的电容值，其中它们普遍被称为超级电容器(supercapacitor)或超电容器(ultracapacitor)。II.有源平衡模块为了控制以串联的布置方式堆叠的电容器之间的电压不平衡，在本发明中提供了有源平衡模块。该有源平衡模块的目的在于当电容器堆叠基本上被完全充电时，保持串联堆叠中的每个电容器两端的电压相等，这发生在均衡状态下，在所述均衡状态中，相对来说没有来自连接的电源或负载的充电或放电在所述串联电容器堆叠上正被执行。如下面将讨论的，有源平衡模块可应用于包括两个或更多个电容器的任何串联电容器堆叠。首先，图1A和1B根据本发明的各种实施方案分别图示有源平衡系统100和120，所述有源平衡系统100和120包括耦合到有源平衡模块104的多个电容器102(例如102a，102b)。所述多个电容器102和有源平衡模块104之间的耦合是在三个端子106(例如106a，106b，106c)处完成的。端子106a连接到电容器102a的阳极板。端子106b连接到电容器102a的阴极板并连接到电容器102b的阳极板。端子106c连接到电容器102b的阴极板。如所示的，电容器102a和102b以串联的布置方式连接/堆叠，其中电压是通过连接105a和105b施加的。连接105a和105b可以被连接到电源和/或负载以用于供电。一般来说，有源平衡模块104包括有源元件。在一个实施方案中，如图1A中所图示的，所述有源元件是运算放大器器件112。运算放大器器件112包括被调适为电压跟随器(voltagefollower)的运算放大器113。即，使用电压反馈的运算放大器电路，其中所述电路具有高输入阻抗、低输出阻抗以及为1的电压增益。因此，如果运算放大器113的输出144连接到它的反相(-)输入116，则输出电压将寻求任何必要的电平来使所述反相输入的电压与被施加到非反相(+)输入118的电压平衡。如果此反馈连接是直接的，如同在一条直导线中，则输出电压将基本上“跟随”所述非反相输入的电压。为了基本上平衡电容器的电压，运算放大器113的输入被连接到分压电阻器对108a和108b，其中每个电阻器都与相应的电容器(例如102a，102b)并联。分压电阻器108a和108b的电阻值相等。所述电阻值是通过最佳算法来选择的，所述最佳算法试图在给定最差情况的泄漏值时防止堆叠中的任何过电压，并且同时试图最小化分压电阻器可能引入的额外的漏电流。运算放大器113与分压电阻器108a和108b在电容器对102a和102b的填隙节点(interstitialnode)119处工作。电流来源于该节点或者从该节点吸收(sink)，从而迫使每个电容器两端的电压分配(sharing)根据由两个分压电阻器108a和108b所限定的分派(division)来分压。由于运算放大器的电源连接V+和V-分别参考这些点，所以电流通过从电容器102a的顶部(阳极)板或者电容器102b的底部(阴极)板适量吸引(draw)电荷而起源(source)或被吸收。可选地，如图1A所示的，限流电阻器108c可以被应用到运算放大器的输出。然而，所述有源元件可以已经包括限流短路保护。例如，运算放大器113可以与限流短路保护集成。另一可选的电阻器是反馈电阻器108d。反馈电阻器108d可以被用来平衡输入处的输入偏置电流。一般来说，反馈电阻器108d的值被选择为分压电阻器108a和108b的并联组合值。尽管根据定义的电压跟随器(follower)具有为1的电压增益，但是它的目的与放大电压无关，而相反地与放大信号的用于将电流传递到负载(例如，102a，102b)的能力(capacity)有关。这样，在峰值功率需求的放电/再充电时段期间，有源平衡模块104的运算放大器实现起源并吸收大的电流值到电容器或者从电容器起源并吸收大的电流值。另外，相对于在完全充电的稳定和均衡状态期间不匹配的漏电流的电荷均衡可以被实现。因此，电压不平衡的两个原因——电容变化和不匹配的漏电流——都可以被有效地控制。在图1B中图示有源平衡模块104中的有源元件的另一实施方案。如所示的，所述有源元件是快速(flying)电容器器件122。一般来说，快速电容器器件122利用控制器123来控制开关124a和124b的同步切换，从而到快速电容器102c的连接可以在多个电容器102(例如102a和102b)之间摆动。具体来说，开关124a和124b必须以先断后通的方式工作并且相互同步。即，它们两者都必须在它们接通(make)之前首先断开。当滞后的一个开关还未曾断开它的连接时，一个开关不能超前另一个开关，并且，它不能接通。在快速电容器102和所述多个电容器之间的连接将允许电荷在其间被起源/吸收。随着时间流逝，可以实现所述多个电容器之间的电压的平衡。注意到在有源平衡模块104中没有使用相对昂贵的感应元件(即电感器)是很重要的。此外，对有源平衡模块104中的有源元件(例如112，122)的供电可以通过出现在系统中和/或参考电容器对(例如，通过将运算放大器113/控制器123的V+连接到电容器102a的阳极板通过将运算放大器113/控制器123的V-连接到电容器102b的阴极板)的静态电流实现。实际上，每个有源平衡模块104可以是自包含的(self-contained)，或者如接下来在下面的图2中所图示的那样与另一个有源平衡模块组合工作。有源平衡模块可以被单独使用，或者它们也可以组合在一起来形成用于以串联的布置方式堆叠的多个电容器的多模块有源平衡电路。例如，图2根据本发明的各种实施方案图示了有源平衡系统200，所述系统200包括耦合到多个有源平衡模块204(例如，204a-e)的多个电容器202(例如，C1-C6)。这些电容器可以通过连接205a和205b连接到电源和/或负载。有源平衡模块204可以是任何用于以串联的布置方式堆叠的电容器的、基于模块的有源平衡电路(例如，104)。对于给定的电容器对，有源平衡模块204通常被限定为附接到顶部电容器的顶部板、填隙节点和底部电容器的底部板的三端设备。多个有源平衡模块204可以如图2所示的那样以并排拓扑和/或重叠拓扑排列。可以在多个模块之间提供同步。然而，运算放大器器件和快速电容器器件两者一般使同步为可选的。这是因为每个运算放大器器件都工作在不同的填隙节点处，而每个快速电容器器件都允许所述快速电容器顺续地并联连接到用于电压均衡的任意数量的电容器。一般地，对于一对电容器来说需要一个有源平衡模块204。然而，在重叠拓扑中，对于三个电容器来说需要两个有源平衡模块204，对于四个电容器来说需要三个有源平衡模块204，以此类推。在一个实施方案中，重叠拓扑包括使每个电容器位于由两个有源平衡模块204操作的最顶部的电容器和最底部的电容器之间。重叠拓扑的优点在于迫使整个电容器堆叠均分电压。此外，可以在所述堆叠中的电容器之间实现传递关系(transitiverelationship)。例如，考虑具有两个模块重叠并且三个电容器A、B和C以串联的布置方式堆叠的情况。一个模块可以迫使A的电压等于B的电压。另一个模块可以迫使B的电压等于C的电压。结果，A的电压将等于C的电压。实施例为了进一步理解本发明的优点，以下实施例根据本发明的一个实施方案提供关于具有有源平衡模块的有源平衡系统的详细描述。应当理解，以下描述仅仅是代表性的，并且本发明不受在该实施例中所阐述的细节的限制。图3图示出包括耦合到多个有源平衡模块304(例如，304a，304b)的多个电容器302(例如，302a，302b和302d)的有源平衡系统300。图3图示出由系统120和系统200引入的概念。如示出的，有源平衡模块304a和304b实现快速电容器器件。对于有源平衡模块304a来说，快速电容器器件包括与快速电容器302c连接的开关电压转换器326a。另一方面，用于有源平衡模块304b的快速电容器器件包括与快速电容器302e连接的开关电压转换器326b。理论上讲，开关电压转换器326a一般迫使电容器对302a和302b充电到相等的电压。在实现此的过程中，快速电容器302c在电容器302a和302b之间转移电荷，直到它们的电压相等。开关电压转换器326b和它相应的快速电容器302e在电容器对302b和302d上执行相同的功能。随后，每个电容器两端的电压在V+/3处达到均衡(equilibrate)。出于实验的目的，开关电压转换器IC1(即326a)和IC2(即326b)是可从加利福尼亚州桑尼维尔市的MaximIntegratedProducts获得的MAX660。快速电容器C1(即302c)和C2(即302e)是具有25VDC的工作额定电压的10微法(microfarad)的钽电容器。V+为通过限流和电流测量电阻器R1施加的7.8VDC。电容器C3、C4和C5是额定在2.5VDC的22法拉(Farad)的B串联电容器。电阻器R2为220欧姆(ohm)，并且被施加到堆叠中的电容器之一的两端，来仿真严重泄漏的电容器。在实验中，测量了VC1+、VC1-、VC2+和VC2-来确保开关电压转换器IC1和IC2正常工作。还测量了VC3、VC4、VC5和IR1(R1中的电流)。然后，随时间来监测电压以确定该设计在多大程度上达到电压平衡。测量了测试电容器C3、C4和C5在1安培(Ampere)的恒定电流下的实际电容值。使用了在0.5伏(volt)和2.0伏之间充电/放电期间流逝的时间来计算电容。在以下的表格中列出所述电容。从引脚8到引脚3的电压为2到2.5伏时，IC1和IC2可靠地启动其内部振荡器。除非引脚6如图示那样连接，否则振荡器有时不启动。第一个实验包括对堆叠充电，观测平衡，在C3两端加上R2，观测达到均衡的不平衡状态，移除R2，并最终观测平衡的恢复。第二个实验包括在C4两端设置R2，观测不平衡，移除R2，并观测恢复过程。以下表格示出结果。时间是从每次改变发生到数值被测量之间经过的大致时间间隔。对结果的检验表明该设计使平衡在大约0.02伏内。R2表示严重泄漏路径，泄漏超过10毫安。这导致的最严重的非平衡仅仅比“泄漏元件(leaker)”两端的电压低0.07伏。在第二种情况中，电压仅仅低0.03伏。然而，在两种情况下总体泄漏低于5毫安。明显地，快速电容器操作正将漏电荷送回到“泄漏元件”的相反极板。以这种方式，快速电容器技术比用于有源平衡的分流元件或源/吸收电压跟随器更高效。III.有源平衡模块的封装基于有源平衡模块的模块性(modularity)，可以实现各种电容器器件封装。这些封装说明了本发明的有源平衡模块的多功能性。例如，图4A图示出根据本发明的第一实施方案的电容器器件封装400的侧视图。另一方面，图4B图示出电容器器件封装400的俯视图。如示出的，电容器器件封装400包括沿着母板408顶都上的子板404安装的电容器对402。电容器402可以以对于特定应用来说可接受的任意传统方式封装。例如，电容器402可以是在保护性塑料罐内的缠绕(绕线)型电容器。有源平衡电路406被包括在子板404上。子板404和母板408两者均在附接到母板410的底部的有源平衡电路406、电容器402以及外部导线410(例如105a，105b，205a，205b)之间提供连接性。外部导线410通常由例如铜的导电材料制成，并且可以针对耐用性而被电镀。一般来说，每个子板404仅仅包含一个有源平衡电路406。子板连同有源平衡模块常常会位于接近该有源平衡模块以有源方式进行平衡的相应的电容器对402的位置(例如，在它们之间)。可以用任何有源平衡电路406来形成电容器器件封装400。典型地，有源平衡电路406包含可以与有源平衡模块104、204或者304类似的电路。从而，子板404可以作为根据本发明的有源平衡模块。电容器器件封装400可以扩展到以串联的布置方式堆叠的任意数量的电容器402。为此，母板408和外部导线410可以被扩展为容纳任意数量的电容器402。例如，对于三个电容器串联的结构，包括重叠的有源平衡电路406的两个相应的子板404可以被置于它们之间。即，每个电容器402与邻近的电容器被子板404隔开。一般来说，每个子板404(有源平衡模块)在结构和功能性上是等同的。由于有源平衡模块的模块性，子板(有源平衡模块)可以轻易地被加上任何数量的额外的串联连接电容器。其他替换性的电容器器件封装可以被调适来实现本发明。例如，图5A图示出根据本发明的第二实施方案的电容器器件封装500的侧视图，图5B图示出电容器器件封装500的相应仰视图。电容器器件封装500实现柔性电路结构，并包括电容器502。当寻求薄的/低轮廓(lowprofile)的电容器器件封装时，一般使用电容器502。电容器502通常是折叠型电容器，其中电容器片折叠在柔性保护壳内。然而，多个电容器可以被集成在电容器502中。例如，电容器502可以包括以串联的布置方式堆叠的多个电容器。电容器502连接到外部导线510。在这个实施方案中，电容器502和外部导线510在形状上基本是平的、矩形的，并且是柔性的。外部导线510给电容器器件封装500提供电连接，并且可以用任何导电材料形成。跨外部导线510安装并且与其连接的、包括有源平衡电路506的有源平衡模块504被形成。典型地，有源平衡电路504包含可以与有源平衡模块104、204或304类似的电路。可以使用任何材料来构造有源平衡模块504。优选地，所使用的材料与设计应用相一致。例如，可以使用容易适用于外部导线510的柔性材料。一般来说，有源平衡模块504会提供有源平衡电路506和电容器502之间的连接。最后，图6A图示出根据本发明的第三实施方案的电容器器件封装600的侧视图，图6B示出电容器器件封装600的俯视图。如图所示，电容器602与有源平衡模块606一起被安装在基底(substrate)604(例如，母板)的顶部表面上。基底604一般由非导电材料构成，例如由陶瓷、塑料或者本领域技术人员所公知的其它适合的材料组成。基底604包括用于连接到位于它的相反表面上的盘(pad)的通路(via)对610。基底604包括用于根据本发明来连接电容器602、有源平衡模块606以及通路610的电迹线(未示出)。从而，电容器器件封装600可以被容易地安装到任何电子设备(例如，移动电话)中。可替换地，电容器器件封装600还可以进一步被装封(encapsulate)以得到更多保护。例如，图6C图示出被装封入模制材料中的电容器器件封装600的侧视图。任何传统的模制材料(例如，塑料)均可以被使用。在进行装封来形成盖(lid)614之前，可以增加基底612以覆盖电容器器件封装600。如果这样，则基底612可以遍布延伸(extendover)并覆盖到模块606、电容器602和/或基底604的任何部分上。同样地，如果这样，则模制材料可以装封模块606、电容器602和/或基底604的任何部分。与基底604一样，基底612一般也由非导电材料组成，例如由陶瓷、塑料或者本领域技术人员所公知的其它适合的材料组成。基底612的目的是给装封的电容器器件封装600提供结构稳定性。封装400、500和600对于备用电源应用是有用的，而且用本发明的有源平衡模块作为部件(component)而被构造是容易并且低廉的。用于实现本发明的很多部件也是可轻易从现货供应获得的低成本部件。本发明介绍了超越传统方法的很多优点，尤其是在超级电容器领域。由于超级电容器通常具有范围为2.3伏到2.7伏的最大工作电压，因此低静态电流有源元件(例如，运算放大器器件112)可以被用来使有源平衡系统中消耗的漏电流最小。有源平衡模块还可以是根据应用而可扩缩的(scalable)。例如，基于系统的预期电流来选择有源元件。此外，三端模块的简单性和少的部件数量允许较少的连接，以及与呈串联布置的多个电容器的封装集成更容易。本发明的另一个优点是，有源元件(例如，运算放大器器件112、快速电容器器件122)不太可能甚至可能永远不会观察到V+和V-基本上超过它们相应的电容器的组合(combined)额定电压，在一些情况中所述组合额定电压为5伏(对相应电容器对的每个电容器来说为2.5伏)。这取决于有源元件电源连接是如何参考的(例如，在两个电容器106a和106c之间)。从而，所述有源元件的额定值可以全部是基于它们相应的电容器的组合额定电压而单独选择的。因此，对于其中在最顶部电容器和最底部电容器之间的电压变大的大堆叠来说，低成本和低电压的有源元件可以继续在它们之间被实现。另外，本发明的另一个优点是能够在均衡状态(例如，在待命(standby)状态)期间基本上平衡漏电流。这很重要，因为电容器在多数时间处于等待提供负载的待命状态。从而，在这期间任何的漏电流不匹配也将导致存在过电压的情况。因此，在均衡状态期间漏电流持续的不匹配会明显的缩短电容器的寿命。IV.有源元件保护模块和系统根据本发明的另一个方面，与以上描述的上述平衡模块不同，电容器保护模块被提供为可同样地应用来保护包括两个或更多个电容器的电容器串联堆叠、以并联方式连接的两个或更多个电容器或者甚至单个电容器，以免受到超过预先确定的阈值的电压的损害。如以下说明的，这样的保护模块可以为具有大致相等的电压额定值的电容器实现平衡效果。与其中电荷使用高效AC技术从源被去除，或者从电容器被运输到其他电容器的AC拓扑相比，本发明的示例性实施方案被认为对使用电路元件以准静态(quasi-static)的方式去除电荷的DC电路拓扑尤其有利，所述高效AC技术诸如在开关型转换器中使用的那些。图7图示用于多个电容器702(例如，电容器702a和702b)的有源平衡系统700的示例性实施方案，所述多个电容器702中的每一个分别与示例性保护模块704a、704b相对应。电容器702之间的耦合在三个端子706(例如，706a、706b、706c)处完成。端子706a连接到电容器702a的阳极板。端子706b连接到电容器702a的阴极板以及电容器702b的阳极板。端子706c连接到电容器702b的阴极板。如示出的，电容器702a和702b以串联的布置方式被连接/堆叠，其中电压通过连接705a和705b被施加。连接705a和705b可以被连接到电源和/或负载以供电。每个保护模块704a、704b包括以下描述的、各自的有源元件708(例如，元件708a、708b)。有源元件708在端子710(例如，端子710a、710b、710c)处被连接。如以下说明的，电阻器712(例如，电阻器712a、712b、712c、712d)被提供并且连接到有源元件708，并且决定有源元件的行为，以使每个电容器702两端的电压维持在预先确定的阈值或者在其之下。图8图示用于在图7中示出的系统700的有源平衡模块704中的一个。在示例性的实施方案中，有源元件708是具有源极714、漏极716和栅极718的已知的n型金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)。栅极718被连接到端子710a和端子710b，使得电容器702两端的电压同样被设置在MOSFET元件708的栅极718两端。源极714和漏极718之间的电子流被施加到栅极718的电压控制。在说明性的实施方案中，MOSFET元件708是增强型MOSFET，并且具有正的栅极到源极阈值，Vgs(阈值)。当栅极到源极电压(Vgs)的正值增大到并且超过这个值时，如果漏极到源极电压的正值同时存在，则漏极到源极电流迅速增大。电流增值与栅极电压的每单位变化的比值被称为器件的正向跨导gfs。如本领域中的技术人员将认识到的，依赖于MOSFET元件708的结构，正向跨导值可以在小的值(例如，约0.1)和大的值(例如，约100)之间。因此，对于栅极电压的小的变化来说，大的漏极-源极电流变化是可能的。在示例性的实施方案中，电容器702被设计成以与正被保护的电容器的额定电压相对应的某一电压阈值或者低于该阈值在电路中工作，所述电容器的额定电压在这里被称为V电容器_额定值(例如，对于示例性电容器来说，约2.3到2.7伏)。当电压高于V电容器_额定值时，电容器中的电解质可能击穿，可能发生过大的漏电流和气体生成，并且电容器可能失效。但是，当电阻器712a和712b被选择来满足下面的关系时，MOSFET元件708阻止这些发生Vgs(阈值)定义用于MOSFET元件708的开启电压，其中漏极到源极电瀛开始流动，在源极714和漏极718之间电键旁路电容器702的分流电流路径。在任何给定时间点，MOSFET元件708经历的实际栅极到源极电压Vgs满足下面的关系因此，显然MOSFET栅极到源极电压是在电容器702两端施加的电压V电容器的函数。比较等式(1)和(2)，显然只要V电容器小于V电容器_额定值，MOSFET栅极到源极电压Vgs就将低于栅极到源极阈值Vgs(阈值)。当电容罄702被设置在串联堆叠中(图7)，并且由于电容值的不平衡或者漏电流，它两端的操作电压V电容器增大到V电容器_额定值时，达到MOSFET元件708Vgs(阈值)，并且MOSFET开启来在电容器702周围以由gfs和实际电路操作条件中的不平衡或漏泄漏量决定的程度分流电流。同样地，如果电容器702在电路中被单独地使用(即，仅模块704中的一个被使用，并且该电容器没有以串联的方式与另一个电容器连接)，超过V电容器_额定值的施加电压V电容器导致MOSFETVgs(阈值)被达到，其中电流通过MOSFET元件708在该电容器周围被分流。即，如在图8中示出的，模块704中的MOSFET元件708对于保护单个电容器702来说是有效的，并且当它如在图7中示出的以与另一个模块704组合的方式被使用时，电容器的串联堆叠可以被保护，以免受到大于各个电容器702的V电容器_额定值的电压的损害。当图7中的电容器702a和702b的V电容器_额定值大致相等时，电容器702a和702b两端的电压被有效地平衡到在V电容器_额定值的水平(level)或在其之下。另一方面，如果图8中的电容器702以低于它的额定电压V电容器_额定值的电压水平V电容器操作，MOSFET元件708实质上(essentially)“断开”，其中漏极电流通常处于一或两毫安的级别。因此，在断开状态中，MOSFET元件708不会在使用电容器的电路上造成显著的、额外的有效漏电流负荷。当MOSFET元件708a和708b以如在图7中所示的那样与另一个模块704组合的方式被用来保护并且平衡串联堆叠的电容器时，它们同样不会不利地影响电路上的漏电流负荷。以上面所说明的方式，随着不平衡在电路中发生以及衰减(subside)时，MOSFET元件708主动将断开状态连通来分流漏电流，而无需导致切换的外部有源元件。而是，因为MOSFET元件708的栅极阈值电压Vgs(阈值)是由MOSFET元件708的结构决定的值，所以只要正被保护的电容器两端的绝对值(即，V电容器的绝对值)导致达到MOSFETVgs(阈值)，MOSFET元件708就从断开状态切换到连通状态，其中在MOSFET源极714和漏极718之间的分流电流路径在电路中被实现。当模块704被布置成如在图7中示出的在电容器的串联对两端的对时，只要电容器702a、702b两端的电压的总值增大到高于与组成该对的MOSFET元件708的栅极阈值相关的值，MOSFET元件708就操作来分流或吸引大量电流。因此，并且与在图1-3中示出的实施方案不同，模块704中的有源MOSFET元件708的切换操作以与电容器对两端的任何不平衡无关的方式发生。即，所述对中的电容器之间的一些电压偏差或者不平衡可能发生，并且假如电容器两端的电压低于电容器702的各个V电容器_额定值，将不会达到每个模块中的MOSFET元件708的Vgs(阈值)，并且MOSFET元件将保持在断开状态。即，在图7中示出的系统中，只要每个电容器两端的电压不超过V电容器_额定值，MOSFET元件708将不会连通来尝试修正电容器两端的不平衡。然而，平衡效果仍然在可容忍的范围内被实现，因为任何一个电容器两端的电压被阻止增大到高于V电容器_额定值，并且在串联连接的模块包括具有相同额定电压V民容器_额定值的电容器的情况下，只要电容器对两端的总电压足够大以导致每个模块中的MOSFET元件708同时切换到连通状态并且在电容器周围分流电流，电容器对就将被平衡。与图1-3的、其中电压切换是通过使用电阻器分压网络使切换点参考电容器对两端的总电压而被致动的实施方案不同，在图8示出的模块704中，切换替代地通过使单个电容器702两端的电压V电容器参考有源元件708它本身的栅极阈值Vgs(阈值)而被致动。因此，在图7和8中示出的模块704完全能够保护单独的电容器，而图1-3的实施方案需要多个电容器来操作。为了平衡和保护的理由而控制单个电容器之上的电压的能力提供模块的通用适应性，所述模块可以被混合并且匹配以符合大量电系统的需要，并且还通过如以下说明的标准化的模块封装节约成本。当每个模块704中的MOSFET元件708的Vgs(阈值)小于各个电容器702的V电容器_额定值时，在图8示出的包括电阻器R1和R2的电阻器分压网络尤其有利。有时可能难以获得具有某些Vgs(阈值)值的MOSFET元件708，如果不使用所述分压网络，所述具有某些值的Vgs(阈值)值的MOSFET元件708将是另外必需的。即，在一些情况下，可获得的MOSFET元件708的Vgs(阈值)可能不是足够大以在具有较高的V电容器_额定值的电容器702周围分流电流。记住两条标准，根据以上的关系(1)来选择电阻值，所述两条标准为第一，当电压增大到或者稍微高于V电容器_额定值时，达到Vgs(阈值)，以及第二，分压网络它本身吸引非常低的电流(在一个实施例中小于1毫安)。如果期望的话，电阻器712可以与MOSFET元件708被集成在单个硅管芯上。对于用于正被修正的电容器702的某些V电容器_额定值来说，在电路模块704中，MOSFET器件708的Vgs(阈值)可以接近地匹配或者等于V电容器_额定值。在这种情况下，并且如在图9中示出的，由在图8中示出的电阻器712限定的分压网络可以被去除(eliminate)，并且另一个模块707可以被实现。在这种情况下，在模块707中的电容器702两端的、等于和域超过V电容器_额定值的任何电压增大导致漏极电流以由gfs和差值Vgs-Vgs(阈值)确定的量流动。因此，电容器电压不可能增大到超出Vgs(阈值)值太多而不导致大电流流动。如果电容器的额定电压是V电容器_额定值，则将Vgs(阈值)选定为等于或稍微大于V电容器_额定值是最优的。一般来说，MOSFET元件708可以被设计成具有合适的Vgs(阈值)值，使得不需要任何电阻器分压网络，并且图9的模块707就足够了。MOSFET元件708可以按照期望以单个封装的方式与电容器702组合，结果产生具有用于连接到其他模块的两个端子的单个封装。例如，图10图示在图9中示出的、正在以组合的方式被用在平衡系统720中来保护串联电容的模块707中的两个。图11图示图8和9的、正被混合并且匹配到用于具有不同的额定电压的串联电容的保护和平衡系统730的模块704、707。图11的系统中的一些电容器额定值使模块704中的分压网络成为必要，而其他的电容器额定值致使分压网络不必要而模块707就足够了。尽管几个示例性系统700、720、730在图7、10和11中被示出，但是要理解，在实际使用中图7、10和11的系统可以包括任何数量的模块704和/或707。在图7-11中，MOSFET元件708被图示为n型MOSFET，但是要认识到在通过在每个模块中将MOSFET栅极连线到电容器的相对电压极来合适地修改模块的情况下，p型MOSFET元件和等效器件同样可以被使用。图12-16图示包括p型MOSFET元件的类似系统和模块。图12、15和16图示示例性的系统740、750和760，并且图13和图14图示各个模块744、747，其中p型MOSFET元件748代替n型MOSFET元件108而被使用。相同的标记被用来标识(identify)图7-11和图12-16的对应元件。在操作方面，平衡系统740、750和760以及示出的模块744和747与以上关于图7-11描述的模块和系统完全相同，并且提供了类似的好处。因此，在图12-16中示出的实施方案的进一步的说明被认为是不必要的。本发明的通用性在图17A和17B中进一步被证明，其中平衡系统770被提供为包括n型模块704(图8)和p型模块744(图13)的组合。同样地，并且如在图18A和18B中示出的，平衡系统780被提供为包括n型模块707(图9)和p型模块747(图14)的组合。图19图示有源平衡模块790的另一个实施方案，所述有源平衡模块790与在图17B中示出的系统770类似，除了电阻器712b和712c被组合成单个电阻器712e，并且n型MOSFET元件708的源极节点(node)和p型MOSFET元件748的源极节点被共同地连接。在这样的实施方案中，MOSFET元件708和748的操作参考电阻器712e两端的浮动参考电压，并且与电容器对之间的电压差值相对应，并且因此，系统790对串联电容器702a和702b之间的不平衡电压作出响应。即，MOSFET元件708和748如以上说明的那样对电容器两端的绝对电压值作出响应，并且还对电容器对两端的电压不平衡作出响应，以在不平衡超过用于各个MOSFET元件的Vgs(阈值)时，在电容器周围分流电流，并且均衡化不平衡。用于电阻器712e的电阻值可以战略地被选择以改变模块对电容器对两端的不平衡的灵敏度。对于具有相同或不同的电压额定值的电容器702a、702b来说，模块790同样有效。图20图示具有彼此连接来保护并且平衡具有电容器702a、702b、702c、702d的串联堆叠的两个模块790的有源平衡系统800。可以按期望提供额外的模块790来保护堆叠中额外的电容器。图21图示平衡系统810，所述平衡系统810实质上是彼此并联连接的多个模块707，形成具有并联连接的电容器702a、702b、702c和连接到每个各自的电容器702a、702b、702c的n型MOSFET元件708的网络。这样地连接，当电容器两端的电压接近各个MOSFET元件的Vgs(阈值)时，MOSFET元件708如以上说明的那样操作来连通并且在并联的电容器两端分流过电压电涌(overvoltagesurge)。因此，系统810相当适于阻止和/或减轻与高电流充电源(未示出)相关联的对电容器702a、702b、702c的损害。所述电容器可以具有与MOSFET元件708的Vgs(阈值)相同或者不同的电压额定值，所述MOSFET元件708的Vgs(阈值)与各个电容器的电压额定值匹配。尽管n型MOSFET元件708被图示，但是要理解在进行以上描述的某些连线修改的情况下，p型MOSFET元件和等效器件同样可以被采用。图22图示对图21的系统810的替换性平衡系统820，其中三个并联电容器702a、702b、702c被单个n型MOSFET元件708保护。MOSFET元件708可以被选择来提供高的电流和功率耗散(dissipation)能力，并且被合适地封装，以在过电压的情况下耗散热量。如以上描述的，MOSFET元件的Vgs(阈值)被选择为匹配电容器702a、702b、702c的电压额定值。尽管在图22中图示三个电容器，但是要理解，更多或更少的电容器可以被提供，并且被可操作地连接到MOSFET元件708。尽管n型MOSFET元件708在系统中820中被图示，但是要理解，p型MOSFET和等效器件同样可以被采用。图23图示电容器保护系统，所述电容器保护系统实质上是彼此并联连接的多个模块704(图8)，形成具有并联连接的电容器702a、702b和连接到每个各自的电容器702a、702b的n型MOSFET元件708的网络。模块704包括如以上描述的分压网络，以适应较高的用于电容器702a、702b的电压额定值。这样地连接，当电容器两端的电压接近各个MOSFET元件的Vgs(阈值)时，MOSFET元件如以上说明的那样操作来连通并且分流并联电容器702a、702b两端的过电压电涌。因此，系统830相当适于阻止和/或减轻与高电流充电源(未示出)相关联的对电容器702a、702b、702c的损害。电容器702a、702b、702c可以具有相同或者不同的电压额定值，并且电阻器元件712a和712b的值被选择来满足上面给出的等式(1)。尽管在系统830中图示出n型MOSFET元件708，但是要理解，p型MOSFET元件和等效器件同样可以被采用。图24图示对在图23中示出的系统830的替换性平衡系统840，其中两个并联电容器702a、702b被单个N型MOSFET元件708保护。MOSFET元件708可以被选择来提供高的电流和功率耗散能力，并且可以被合适地封装，以在过电压的情况下耗散热量。MOSFET元件的Vgs(阈值)以及R1和R2的值被选择来满足上面的等式(1)。尽管在图24中图示两个电容器702a、702b，但是要理解，更多或更少的电容器可以被提供，并且被可操作地连接到MOSFET元件708。尽管n型MOSFET元件708在系统840中被图示，但是要理解，p型MOSFET元件和等效器件同样可以被采用。图25A、25B、25B、25C、25D图示保护模块850、860、870、880的进一步的实施方案，所述模块850、860、870、880是模块707(图9)的改编体(adaptation)，包括以串联的方式与有源元件连接的辅助器件，以增强模块的操作。辅助器件修改用于建立分流电流路径的有效开启电压。在图25A中图示的模块850实质上是具有以二极管852的形式添加的辅助器件的模块707，所述二极管852被连接在电容器702的阴极端子和n型MOSFET元件708的源极之间。由于在电路中添加了二极管852，分流电流在其开始流动通过MOSFET元件708的开启电压等于MOSFET元件的Vgs(阈值)加上二极管852的正向电压降。尽管模块850被图示为包括n型MOSFET元件708，但是要理解，如以上描述的，在对电路进行合适的连线修改的情况下，p型MOSFET元件同样可以被提供。图25B图示包括第一和第二肖特基二极管852、854的另一个模块860，所述第一和第二肖特基二极管852、854被连接在电容器702的阴极端子和n型MOSFET元件708的源极之间。由于在电路中添加了二极管852和854，分流电流在其开始流动通过MOSFET元件708的开启电压等于MOSFET元件的Vgs(阈值)加上二极管852和854的正向电压降的和。如果期望，可以提供更多的二极管，并且尽管模块860被图示为包括n型MOSFET元件708，但是要理解，如以上描述的，在对电路进行合适的连线修改的情况下，同样可以提供p型MOSFET元件。图25C图示包括以晶体管856的形式的辅助器件的模块870，所述晶体管856被连接在电容器702的阴极端子和n型MOSFET元件708的源极之间。由于在电路中添加了晶体管852，分流电流在其开始流动的开启电压等于MOSFET元件的Vgs(阈值)加上晶体管856的基极-发射极二极管电压降。尽管模块860被图示为包括n型MOSFET元件708，但是要理解，如以上描述的，在对电路进行合适的连线修改的情况下，同样可以提供p型MOSFET元件。图25D图示包括呈级联的布置方式858的第一和第二晶体管的另一个模块880，所述级联布置方式858有时被称为达林顿(Darlington)布置方式。级联的晶体管被连接在电容器702的阴极端子和n型MOSFET元件708的源极之间。由于在电路中添加了级联的晶体管，分流电流在其开始流动通过MOSFET元件708的开启电压等于MOSFET元件的Vgs(阈值)加上级联晶体管的基极-发射极二极管电压降。如果期望，可以提供更多的晶体管，并且尽管模块860被图示为包括n型MOSFET元件708，但是要理解，如以上描述的，在对电路进行合适的连线修改的情况下，同样可以提供p型MOSFET元件。图26A、26B、26C、26D图示保护模块890、900、910、920的进一步的实施方案，所述保护模块890、900、910、920是模块704(图8)的改编体，包括辅助器件，以增强它的操作。在图26A图示的模块890实质上是以二极管892的形式添加辅助器件的模块704，所述二极管892被连接在电容器702的阴极端子和n型MOSFET元件708的源极之间。由于在电路中添加了二极管892，分流电流在其开始流动的开启电压等于以上在等式(1)中表述的MOSFET元件的Vgs(阈值)和分压网络比值的乘积加上二极管892的正向电压降。尽管模块890被图示为包括n型MOSFET元件708，但是要理解，如以上描述的，在对电路进行合适的连线修改的情况下，同样可以提供p型MOSFET元件。图26B图示包括第一和第二肖特基二极管892、894的另一个模块900，所述第一和第二肖特基二极管892、894被连接在电容器702的阴极端子和n型MOSFET元件708的源极之间。由于在电路中添加了二极管892和894，分流电流在其开始流动的开启电压等于以上在等式(1)中表述的MOSFET元件的Vgs(阈值)和分压网络比值的乘积加上二极管892和894的正向电压降。如果期望，可以提供更多的二极管，并且尽管模块890被图示为包括n型MOSFET元件708，但是要理解，如以上描述的，在对电路进行合适的连线修改的情况下，同样可以提供p型MOSFET元件。图26C图示包括以晶体管896的形式的辅助器件的模块910，所述晶体管896被连接在电容器702的阴极端子和n型MOSFET元件708的源极之间。由于在电路中添加了晶体管896，分流电流在其开始流动的开启电压等于以上在等式(1)中表述的MOSFET元件的Vgs(阈值)和分压网络比值的乘积加上晶体管896的基极-发射极二极管电压降。尽管模块890被图示为包括n型MOSFET元件708，但是要理解，如以上描述的，在对电路进行合适的连线修改的情况下，同样可以提供p型MOSFET元件。图26D图示包括呈级联的布置方式898的第一和第二晶体管的另一个模块920，所述级联布置方式898有时被称为达林顿布置方式。级联的晶体管被连接在电容器702的阴极端子和n型MOSFET元件708的源极之间。由于在电路中添加了级联的晶体管，分流电流在其开始流动通过MOSFET元件708的开启电压等于以上在等式(1)中表述的MOSFET元件的Vgs(阈值)和分压网络比值的乘积加上级联晶体管的基极-发射极二极管电压降。如果期望，可以提供更多的晶体管，并且尽管模块860被图示为包括n型MOSFET元件708，但是要理解，如以上描述的，在对电路进行合适的连线修改的情况下，同样可以提供p型MOSFET元件。图27图示电容器保护和平衡模块930的另一个实施方案，与先前描述的实施方案不同，所述电容器保护和平衡模块930包括与单个电容器702相对应的n型MOSFET元件对。即，模块930采用第二个MOSFET元件708作为辅助器件，以修改分流电流在其开始流动的开启电压，而不是MOSFET元件和正被保护的电容器之间一一对应。如在图27中示出的，MOSFET元件708中的一个被连接到包括电阻器R1和R2的分压网络，而MOSFET元件708中的另一个是孤立的有源元件。由于在电路中添加了第二个MOSFET元件708，分流电流在其开始流动的开启电压等于孤立的MOSFET元件的Vgs(阈值)加上如在等式(1)中表述的第二个MOSFET元件的Vgs(阈值)和分压网络比值的乘积的和。如果期望，可以提供更多的MOSFET元件，并且尽管模块930被图示为包括n型MOSFET元件708，但是要理解，如以上描述的，在对电路进行合适的连线修改的情况下，同样可以提供p型MOSFET元件。。按照期望，MOSFET元件在模块中的各种组合可以被提供为包括或者不包括分压网络。尽管已经描述了包括诸如在图25、26和27中示出的二极管、晶体管和额外的MOSFET元件的辅助器件的模块的各个实施例，但是应该理解，通过组合两个开启电压特性(例如，MOSFET元件的开启电压和辅助器件的开启电压)，其他的辅助器件同样可以被用来来改变模块的性能，导致当电压增大到所述两个的和时，电流“开启”。因此，模块的特性可以针对具体的电容器要求和期望的效果而被调整。使用以上描述的电路模块，电容器可以在孤立的应用中被保护，电容器可以在串联堆叠中被保护，并且电容器甚至可以在并联的方式中被保护。不同类型的模块可以被提供，并且被单独地使用或者可以被组合成用于各种电容器布置方式的保护和平衡系统，并且在使用中，电阻器、MOSFET元件和辅助器件的特性可以被选择来实现各种性能特性。V.电容器模块集成和封装图28是集成到电容器器件950的示例性平衡模块的分解图。在说明性的实施方案中，器件950包括以已知的方式与电解质材料一起被封装的电容器外壳(housing)952。由橡胶或其他可压缩材料制成的可压缩塞(bung)密封元件954被安装(fitto)到外壳952的一端，并且在外壳952的该端形成压缩密封，以保护电容器内部的电解质材料和操作部件。连接端子或导线956、958以已知的方式从外壳952延伸到外部电路。在图28中示出的说明性实施方案中，外壳952是在超级电容器设计中普遍使用的圆柱外壳，有时被称为罐，但是具有各种形状和规格的外壳952可以可替换地被使用。有源部件组件960被提供为包括电介质基底962，所述电介质基底962诸如陶瓷基底材料、印刷电路板材料、FR-4板、酚或者其他基于聚合物的材料。MOSFET元件964和关联的部件966、968通过例如已知的焊接操作被安装到基底962。在基底中提供通孔970基底，并且电容器导线956、958延伸通过所述通孔，并且导线956、958被连接到MOSFET元件964和部件966、968。MOSFET元件964可以是n型或p型元件，并且部件966、968可以是电阻器或者如以上说明的辅助器件，或者可选地可以被省去(omit)。即，部件组件960中的有源元件964和部件966、968可以被选择并且布置，以在组件960被连接到电容器导线956、958时，实现以上描述的模块中的任何一个。有源元件964和部件966、968可以被安装到基底962的顶部和/或底部表面，以完成组件960，并且组件960可以在导线956、958之上滑动，其中导线956、958延伸通过通孔970，直至组件960靠着塞密封954停止。然后导线956、958可以被焊接到组件960，使得有源部件组件960被永久地安装到器件950并且与其完全集成。以这样的方式，现有的电容器装有有源部件组件960，以提供以上描述的模块的电路保护和平衡功能性。有源部件组件960可以对现货供应电容器作出改进，而不会影响所述电容器产品它们本身的结构或设计。尽管目前描述的部件组件960位于外壳952的外部，与塞密封954的外表面处于邻接的关系，但是有源部件组件可以可替换地位于电容器外壳952的内部，并且在将橡胶塞密封954安装到外壳952内之前被连接到端子导线956、958。当然，本领域中的技术人员将毫无疑问地认识到，使组件960位于外壳952的内部伴随着对电容器器件的内部结构和设计的一些考虑，并且最可能是对其的一些修改。这样的对电容器结构的考虑和潜在的改变被认为处于本领域普通技术人员的水平内，并且进一步的说明被认为是不必要的。图29和30图示包括可压缩塞密封982的有源部件组件980，所述可压缩塞密封982被模制为围绕有源元件组件984。有源元件组件984被埋置或者装封在塞密封985的可压缩材料中，并且塞密封982被形成为具有通孔986。当塞密封984被安装到电容器外壳(诸如在图28中示出的外壳952)时，电容器导线(诸如在图28中示出的导线956、958)可以延伸通过通孔986。有源元件组件984包括MOSFET封装988以及从封装988延伸的有弹性的端子元件990、992。在一个实施方案中，端子元件990、992是可偏转(deflectable)的弹簧接触体，当塞密封982被安装到电容器外壳时，通过塞密封982中的压缩力将所述可偏转的弹簧接触体和电容器导线956、958夹住。因此，MOSFET封装988到电容器导线956、958的电连接被建立，并且封装988被永久地安装到电容器器件，并且完全与其集成。MOSFET封装988可以包括n型或p型有源元件，以及期望的任何电阻器或辅助部件，以实现以上描述的电路模块中的任何一种。要理解，有源部件组件984可以可替换地位于电容器外壳的内部，远离塞密封982，并且在安装塞密封982之前被连接到端子导线956、958。当然，本领域中的技术人员将毫无疑问地认识到，使组件984位于外壳的内部伴随着对电容器器件的内部结构和设计的一些考虑，并且最可能是对其的一些改变。这样的对电容器结构的考虑和潜在的改变被认为处于本领域普通技术人员的水平内，并且进一步的说明被认为是不必要的。图31是集成到电容器器件990的示例性平衡模块的可替换实施方案的分解图。器件990包括以已知的方式与电解质材料封装在一起的电容器外壳992。连接端子994、996以已知的方式从外壳992延伸到外部电路。在图31示出的说明性实施方案中，外壳992是具有相对的平坦侧998和1000的细长外壳，但是各种形状和规格的外壳可以可替换地被采用。有源部件组件1002被提供为包括电介质基底1004，在示例性实施方案中，所述电介质基底1004可以是易弯曲的电路板材料，但是如果期望，基底可以可替换地由陶瓷基底材料、印刷电路板材料、FR-4板、酚或者其他基于聚合物的材料。MOSFET元件1006和关联的部件1008、1010通过，例如，已知的焊接技术被安装到基底1004。MOSFET元件1006可以是n型或p型元件，并且部件1008、1010可以是电阻器或者如以上说明的辅助器件，或者可以随意地被省去。即，部件组件在1002中的有源元件1006和部件1008、1010可以被选择并且布置，以在组件1002被连接到电容器端子994、996时，构建以上描述的模块中的任何一个。在图31中示出的说明性实施方案中，易弯曲的基底材料1004包括互连MOSFET元件1006和部件1008、1010的传导迹线，并且表面安装盘(pad)1012、1014被提供在基底材料1004的相对端。表面安装盘1012、1014可以被焊接到端子994、996的表面，使得有源部件组件1002被永久地安装到器件990，并且完全与其集成在一起。以这样的方式，现有的电容器可以装有有源部件组件1002，以提供以上描述的模块的电路保护和平衡功能性。有源部件组件1002可以对现货供应电容器作出改进，而不会影响所述电容器产品它们本身的结构和设计。尽管目前描述的部件组件1002位于外壳992的外部，并且在电容器外壳外部的位置被电连接到端子994、996，但是有源部件组件1002可以可替换地位于电容器外壳992的内部，并且在外壳992内部的位置被连接到端子994、996。当然，本领域中的技术人员将毫无疑问地认识到，使组件1002位于外壳992的内部伴随着对电容器器件的内部结构和设计的一些考虑，并且最可能是对其的一些改变。这样的对电容器结构的考虑和潜在的改变被认为处于本领域普通技术人员的水平内，并且进一步的说明被认为是不必要的。VI.结束语已经公开了各种电容器保护和平衡模块、系统和包括集成的保护和平衡特征的电容器器件，以提供对单个电容器的保护，以及对串联堆叠的电容器和并联电容器的平衡和保护。所述模块、系统和电容器器件可以以相对低的成本被提供，并且可以以通用并且高度可适应的方式彼此组合，以可靠地保护各种电容器系统，而常规平衡器件、系统和电容器器件可能不能实现这些。尽管在这里描述的模块、系统和器件被认为对于超级电容器产品和DC拓扑尤其有利，但是要理解，本发明的好处也可以用于其他电容器类型和电路拓扑。尽管已经关于各个具体的实施方案描述了本发明，但是本领域中的技术人员将认识到可以以落在所附权利要求书的精神和范围内的修改来实践本发明。权利要求1.一种包括无电感器电路的系统，所述无电感器电路用于控制以串联的布置方式连接的电容器对之间的电压不平衡，所述系统包括被配置为连接到第一电容器的阳极板的第一端子；被配置为连接到所述第一电容器的阴极板和第二电容器的阳极板的第二端子；被配置为连接到所述第二电容器的阴极板的第三端子；以及集成在所述无电感器电路内的有源元件，所述有源元件在所述第一、第二和第三端子之间，并且被调适为基本上平衡所述电容器对之间的所述电压不平衡，所述有源元件具有到所述第一和第二端子的电源连接。2.如权利要求1所述的系统，其中所述有源元件包括第一MOSFET元件和第二MOSFET元件，所述第一MOSFET元件和第二MOSFET元件各自与所述电容器对中的一个相关联。3.如权利要求1所述的系统，其中所述有源元件对设置在所述对中的所述各个电容器两端的绝对电压值作出响应。4.如权利要求1所述的系统，其中所述有源元件对与所述对中的所述各个电容器之间的不平衡相关的浮动参考电压作出响应。5.如权利要求1所述的系统，其中所述有源元件包括第一和第二有源元件，所述有源元件各自被调适为当所述对中的所述各个电容器两端的电压超过预先确定的阈值对，在所述各个电容器周围分流电流。6.如权利要求1所述的系统，其中所述有源元件包括至少一个MOSFET元件，所述MOSFET元件具有开启电压阈值，所述开启电压阈值大致等于用于所述对中的每一个电容器的电压额定值。7.如权利要求1所述的系统，其中所述有源元件包括第一和第二器件，所述第一和第二器件中的每一个具有开启电压，所述器件在所述开启电压从断开状态切换到连通状态，当所述电容器两端的电压超过所述第一和第二器件的所述开启电压的和时，所述第一和第二器件在所述对中的至少一个所述电容器的周围限定分流电流路径。8.如权利要求7所述的系统，其中所述第一器件包括MOSFET元件。9.如权利要求7所述的系统，其中所述第二器件选自由MOSFET元件、二极管和晶体管组成的组。10.如权利要求1所述的系统，其中所述有源元件包括第一和第二有源元件，并且仅所述元件中的一个被连接到分压网络。11.如权利要求1所述的系统，其中所述有源元件包括第一和第二有源元件，所述有源元件中的一个是n型MOSFET元件，并且所述有源元件中的另一个是p型MOSFET元件。12.如权利要求1所述的系统，其中所述对中的所述电容器各自与电路模块相关联，所述模块中的每一个具有用于控制相应的电容器两端的电压的有源元件。13.如权利要求12所述的系统，其中当所述相应的电容器两端的电压超过预先确定的阈值时，每个模块中的所述有源元件从断开状态自切换到连通状态。14.如权利要求12所述的系统，其中一个所述模块中的所述有源元件被连接到基底上的表面安装盘，所述盘被表面安装到所述第一、第二和第三端子中的两个。15.如权利要求12所述的系统，其中一个所述模块中的所述有源元件被安装到基底，所述基底包括接收所述第一、第二和第三端子中的两个的通孔。16.一种电容器保护和平衡系统，所述系统包括至少一个电路模块，所述至少一个电路模块包括具有第一和第二端子的至少一个电容器；以及连接在所述第一和第二端子之间的有源元件，所述有源元件响应于所述电容器两端的绝对电压值超过预先确定的电压阈值，从断开状态切换到连通状态，当处于连通状态时，所述有源元件在所述电容器周围限定分流电流路径。17.如权利要求16所述的系统，其中所述有源元件是MOSFET元件。18.如权利要求16所述的系统，其中所述有源元件在所述连通和断开状态之间自切换。19.如权利要求16所述的系统，其中所述有源元件具有开启电压，所述元件在所述开启电压在所述连通和断开状态之间切换，所述开启电压匹配所述预先确定的阈值。20.如权利要求16所述的系统，其中所述电容器具有电压额定值，并且所述有源元件具有开启电压，所述元件在所述开启电压在所述连通和断开状态之间切换，所述系统还包括连接到所述有源元件的分压网络，所述分压网络包括电阻器R1和R2，所述开启电压根据关系被选择，由此，当所述预先确定的阈值被超过时，分流电流开始在所述电容器周围流动。21.如权利要求16所述的系统，其中所述有源元件具有第一开启电压，所述元件在所述第一开启电压在所述连通和断开状态之间切换，所述系统还包括以串联的方式与所述有源元件连接在一起的辅助器件，所述辅助器件具有导致所述辅助器件在断开和连通状态之间切换的第二开启电压，由此当所述电容器两端的所述绝对电压值超过所述第一开启电压和第二开启电压的和时，电流流动通过所述分流电流路径。22.如权利要求16所述的系统，还包括第二电路模块，所述第二电路模块包括电容器和有源元件，所述第二电路模块的所述电容器以串联的方式与所述至少一个电路模块的所述电容器连接在一起。23.如权利要求16所述的系统，还包括第二电路模块，所述第二电路模块包括电容器和有源元件，所述第二电路模块的所述电容器以并联的方式与所述至少一个电路模块的所述电容器连接在一起。24.如权利要求16所述的系统，还包括第二电路模块，所述第二电路模块包括电容器和有源元件，所述第二电路模块的所述有源元件与所述至少一个电路模块的所述有源元件不同。25.如权利要求24所述的系统，其中所述第二电路模块的所述电容器和所述至少一个电路模块的所述电容器具有不同的电压额定值。26.如权利要求24所述的系统，其中所述第二电路模块的所述有源元件和所述至少一个电路模块的所述有源元件具有不同的开启电压。27.如权利要求24所述的系统，其中所述第二电路模块的所述有源元件是n型MOSFET元件，并且所述至少一个电路模块的所述有源元件是p型MOSFET元件。28.如权利要求16所述的系统，还包括以串联的方式与所述至少一个电路模块的所述电容器连接在一起的第二电容器对，以串联的方式与所述至少一个电路模块的所述有源元件连接在一起的所述第二有源元件，所述第二有源元件还在所述电容器周围限定所述分流电流路径，并且所述第一和第二有源元件响应于所述电容器对两端的电压不平衡，切换到所述连通状态。29.如权利要求16所述的系统，其中所述至少一个电容器包括以并联的方式连接的第一和第二电容器。30.一种电容器保护和平衡电路模块，所述模块包括具有第一和第二端子的电容器；以及连接在所述第一和第二端子之间的有源MOSFET元件，所述MOSFET元件被配置成响应于所述电容器两端的绝对电压值超过与所述电容器的电压额定值相对应的预先确定的电压阈值，而从断开状态自切换到连通状态，当处于所述连通状态时，所述有源元件在所述电容器周围限定分流电流路径，并且阻止所述电容器两端的电压超过所述电压额定值。31.如权利要求30所述的模块，其中所述MOSFET元件具有开启电压，所述元件在所述开启电压在所述连通和断开状态之间切换，所述模块还包括连接到所述有源元件的分压网络，所述分压网络包括电阻器R1和R2，所述开启电压由关系决定，由此，当所述预先确定的阈值被超过时，分流电流开始在所述电容器周围流动。32.如权利要求30所述的系统，其中所述有源MOSFET元件具有第一开启电压，所述元件在所述第一开启电压在所述连通和断开状态之间切换，所述系统还包括以串联的方式与所述有源元件连接在一起的辅助器件，所述辅助器件具有导致所述辅助器件在断开和连通状态之间切换的第二开启电压，由此，当所述电容器两端的所述绝对电压值超过所述第一开启电压和所述第二开启电压的和时，电流流动通过所述分流电流路径。33.如权利要求30所述的系统，其中所述辅助器件选自由晶体管、二极管、MOSFET元件和它们的等效器件组成的组。34.一种电容器保护和平衡电路模块，所述模块包括具有第一和第二端子的电容器器件；以及用于控制所述第一和第二端子之间的绝对电压的装置，用于控制的所述装置被连接在所述第一和第二端子之间，用于控制的所述装置是无电感器的，并且仅响应于设置在所述第一和第二端子之间的绝对电压值超过所述电容器的电压额定值，而从断开状态自切换到连通状态，当处于连通状态时，所述有源元件在所述电容器周围限定分流电流路径，并且阻止所述电容器两端的电压超过所述电压额定值。35.如权利要求34所述的模块，其中用于控制的所述装置被永久地安装到所述电容器器件。36.如权利要求34所述的模块，其中用于控制的所述装置被装配到所述电容器器件。37.如权利要求34所述的模块，其中所述电容器器件包括外壳，并且用于控制的所述装置在所述外壳外部的位置被附接到所述第一和第二端子。38.如权利要求34所述的模块，其中用于控制的装置对电容器对两端的电压不平衡作出响应。39.一种电容器器件，包括电容器外壳；从所述外壳延伸的端子元件；以及有源部件组件，所述有源部件组件被安装到所述端子元件，并且被可操作地连接到所述端子元件，所述有源部件组件包括限定分流电流路径的有源元件，所述有源元件响应于发生在所述端子元件之间的绝对电压值，自切换来控制所述分流电流路径，并且将所述段子元件之间的电压维持在低于所述电容器的电压额定值的水平。40.如权利要求39所述的电容器器件，还包括接合到所述电容器外壳的可压缩密封元件，所述有源部件组件被埋置在所述可压缩密封元件内。41.如权利要求39所述的电容器器件，其中所述有源部件组件包括安装到基底的有源元件，所述基底包括表面安装盘，所述表面安装盘将所述有源元件连接在所述端子元件之间。42.如权利要求39所述的电容器器件，其中所述端子元件包括端子导线，所述有源元件包括被夹紧到所述端子导线的可偏转的接触体。43.如权利要求39所述的电容器器件，其中所述有源部件组件包括安装到基底的有源元件，所述基底包括通孔，并且所述端子元件通过所述通孔并且被连接到所述有源元件。44.如权利要求39所述的电容器器件，其中所述有源元件包括选自由MOSFET元件、晶体管元件、二极管元件以及它们的等效元件和组合组成的组的至少一个器件。45.如权利要求39所述的电容器器件，其中所述电容器是超级电容器。全文摘要用于控制电容器两端的电压的电路模块、系统和器件。提供了一种包括无电感器电路的系统，所述无电感器电路用于控制以串联的布置方式连接的电容器对之间的电压不平衡，所述系统包括被配置为连接到第一电容器的阳极板的第一端子；被配置为连接到所述第一电容器的阴极板和第二电容器的阳极板的第二端子；被配置为连接到所述第二电容器的阴极板的第三端子；以及，集成在所述无电感器电路内的有源元件，所述有源元件在所述第一、第二和第三端子之间，并且被调适为基本上平衡所述电容器对之间的所述电压不平衡，所述有源元件具有到所述第一和第二端子的电源连接。文档编号H03H11/46GK101093982SQ200710087059公开日2007年12月26日申请日期2007年3月16日优先权日2006年3月16日发明者弗兰克·安东尼·多利加克申请人:库帕技术公司