(57)【要約】【課題】複数の電気二重層キャパシタを備えるキャパシタモジュールにおいて、煩雑な配線を伴わず、各電気二重層キャパシタの電圧を監視し、その監視結果の外部取出しを容易化する。【解決手段】複数の電気二重層キャパシタを備えるキャパシタモジュールの電圧監視装置であって、電気二重層キャパシタ（４ｉ：４１、４２・・・４ｎ）の全部又は一部に設置されて充電を監視し、その充電電圧が基準電圧以上に到達したことを検出する過電圧検出部（電圧検出部６）と、前記過電圧検出部の検出出力を受けて起動し、間欠信号を発生する間欠信号発生部（間欠信号発生部８）と、前記間欠信号を無線信号に変換して送信する送信部（１０）とを備える。【選択図】図１
2010239829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電気二重層キャパシタを備えるキャパシタモジュールの電圧監視装置であって、
前記電気二重層キャパシタの全部又は一部に設置されて充電を監視し、その充電電圧が基準電圧以上に到達したことを検出する過電圧検出部と、
前記過電圧検出部の検出出力を受けて起動し、間欠信号を発生する間欠信号発生部と、
前記間欠信号を無線信号に変換して送信する送信部と、
を備えることを特徴とするキャパシタモジュールの電圧監視装置。
【請求項２】
前記無線信号を受信することにより、前記過電圧検出部が過電圧を検出したことを表す過電圧検出出力を発生する受信部を含むことを特徴とする請求項１記載のキャパシタモジュールの電圧監視装置。
【請求項３】
前記受信部から前記過電圧検出出力を受け、過電圧に充電されていることを報知する報知手段を備えたことを特徴とする請求項２記載のキャパシタモジュールの電圧監視装置。
【請求項４】
前記間欠信号発生部は、
連続信号を発生する連続信号発生部と、
間欠信号を発生する間欠信号発生部と、
前記連続信号と前記間欠信号とから前記連続信号の信号部分と欠落部分とを連続して含む出力信号を生成させる信号生成部と、
を備えることを特徴とする請求項１記載のキャパシタモジュールの電圧監視装置。
【請求項５】
前記連続信号の周波数又は前記間欠信号の周期又はデューティを前記電気二重層キャパシタによって異ならせたことを特徴とする請求項４記載のキャパシタモジュールの電圧監視装置。
【請求項６】
複数の電気二重層キャパシタを備えるキャパシタモジュールであって、
前記電気二重層キャパシタの全部又は一部に設置されて充電を監視し、その充電電圧が基準電圧以上に到達したことを検出する過電圧検出部と、
前記過電圧検出部の検出出力を受けて起動し、間欠信号を発生する間欠信号発生部と、
前記間欠信号を無線信号に変換して送信する送信部と、
前記無線信号を受信することにより、前記過電圧検出部が過電圧を検出したことを表す過電圧検出出力を発生する受信部と、
を備えることを特徴とするキャパシタモジュール。
【請求項７】
複数の電気二重層キャパシタを収納する筐体と、
前記筐体に設置され、前記受信部から前記過電圧検出出力を受けることにより、過電圧に充電されていることを報知する報知手段と、
を備えたことを特徴とする請求項６記載のキャパシタモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電気二重層キャパシタを備えるキャパシタモジュールの電気二重層キャパシタの充電電圧を監視する、キャパシタモジュールの電圧監視装置、該電圧監視装置を備えるキャパシタモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の電気二重層キャパシタ（ＤＬＣＡＰ）を用いたＤＬＣＡＰバンク（キャパシタモジュール）では、各電気二重層キャパシタの印加電圧や充電電圧の不均等を検知するために電圧検出回路や電圧監視装置が設置される。
【０００３】
数百本の電気二重層キャパシタを直列に接続した大規模なキャパシタモジュールでは、各電気二重層キャパシタに接続された電圧検出信号線が電気二重層キャパシタの設置数に応じて増加する。
【０００４】
このようなキャパシタモジュールに関し、特許文献１には、直列化された複数の電気二重層キャパシタを備え、各電気二重層キャパシタに電圧検出信号線が個別に接続されることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−０８６９００
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、キャパシタモジュールでは、複数の電気二重層キャパシタが複数行、複数列に配列され、各電気二重層キャパシタは、バスバーによって直列に接続されている。このようなキャパシタモジュールは無停電電源装置等を構成する。このようなキャパシタモジュールの各電気二重層キャパシタに電圧検出信号線を接続すると、電気二重層キャパシタの本数に比例した多数の電圧検出信号線が必要となる。これを１箇所に集合させ、外装ケースの内部で処理又は外装ケースの外部で処理する場合、その配線の引回しが煩雑となる。また、キャパシタモジュールにおける配線の占める割合が大きいという課題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、斯かる課題に鑑みて提案されたものであって、複数の電気二重層キャパシタを備えるキャパシタモジュールにおいて、煩雑な配線を伴わず、各電気二重層キャパシタの電圧を監視し、その監視結果の外部取出しを容易化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、キャパシタモジュールの電圧監視装置又はキャパシタモジュールであって、その構成は以下の通りである。
【０００９】
本発明の第１の側面は、複数の電気二重層キャパシタを備えるキャパシタモジュールの電圧監視装置であって、前記電気二重層キャパシタの全部又は一部に設置されて充電を監視し、その充電電圧が基準電圧以上に到達したことを検出する過電圧検出部と、前記過電圧検出部の検出出力を受けて起動し、間欠信号を発生する間欠信号発生部と、前記間欠信号を無線信号に変換して送信する送信部とを備えることである。
【００１０】
また、本発明の第２の側面は、複数の電気二重層キャパシタを備えるキャパシタモジュールであって、前記電気二重層キャパシタの全部又は一部に設置されて充電を監視し、その充電電圧が基準電圧以上に到達したことを検出する過電圧検出部と、前記過電圧検出部の検出出力を受けて起動し、間欠信号を発生する間欠信号発生部と、前記間欠信号を無線信号に変換して送信する送信部と、前記無線信号を受信することにより、前記過電圧検出部が過電圧を検出したことを表す過電圧検出出力を発生する受信部とを備えることである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、次のような効果が得られる。
【００１２】
(1) 各電気二重層キャパシタの電圧検出信号が無線伝送されるので、煩雑な信号配線の引出しや引回しをする必要がなく、キャパシタモジュールの小型化に寄与する。
【００１３】
(2) キャパシタモジュールの筐体内で電気二重層キャパシタから検出した検出電圧を無線伝送し、その受信出力を得るので、信号配線の複雑化や引回しが不要であり、小型化されたキャパシタモジュールを提供できる。
【００１４】
そして、本発明の他の目的、特徴及び利点は、添付図面及び各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施の形態に係るキャパシタモジュールの電圧監視装置を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係るキャパシタモジュールの電圧監視装置を示す図である。
【図３】電圧検出部、間欠発振回路及び送信部の構成例を示す図である。
【図４】電圧監視動作を示す図である。
【図５】第２の実施の形態に係る電圧監視出力の処理を示す図である。
【図６】第３の実施の形態に係るキャパシタモジュールを示す図である。
【図７】キャパシタモジュールの電圧監視装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
〔第１の実施の形態〕
【００１７】
本発明の第１の実施の形態について、図１及び図２を参照する。図１及び図２は、キャパシタモジュールの電圧監視装置を示す図である。図１及び図２に示す構成は一例であって、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。
【００１８】
このキャパシタモジュールの電圧監視装置２は、図１に示すように、電気二重層キャパシタ回路４に接続され、電圧監視部５と、受信部１２と備える。電気二重層キャパシタ回路４は、充電電圧の監視対象であり、複数の電気二重層キャパシタ４１、４２・・・４ｎを備え、この実施の形態では、直列に接続されている。この電気二重層キャパシタ回路４には充電回路１４が接続され、この充電回路１４から直流電圧ＶDCが加えられて充電される。この充電回路１４は、交流電源１６を整流し、充電に必要な直流電圧を得ている。充電回路１４を内蔵してもよいし、このキャパシタモジュール２は外部接続としてもよい。
【００１９】
電圧監視部５は、電気二重層キャパシタ４１、４２・・・４１ｎの充電電圧の監視手段の一例であって、電圧検出部６と、間欠信号発生部８と、送信部１０とを備える。
【００２０】
電圧検出部６は、過電圧検出部の一例であって、各電気二重層キャパシタ４１、４２・・・４１ｎの充電電圧（端子間電圧）を監視し、その充電電圧が基準電圧ＶREF 以上に到達したことを検出する。この実施の形態では、各電気二重層キャパシタ４１、４２・・・４１ｎ毎に電圧比較器６１、６２・・・６ｎが設置され、各充電電圧と、基準電源１８で設定された基準電圧ＶREF とを比較する。電圧比較器６１、６２・・・６ｎの非反転入力端子（＋）には充電電圧、反転入力端子（−）には基準電源１８で設定された基準電圧ＶREF が加えられているから、充電電圧が基準電圧ＶREF 以上に到達したとき、それを表す出力が得られる。基準電圧ＶREF は、各電気二重層キャパシタ４１、４２・・・４１ｎの適正な充電上限電圧又は耐電圧又はこれらに対応する電圧に設定される。各電圧比較器６１、６２・・・６ｎの出力は間欠信号発生部８に提供される。
【００２１】
間欠信号発生部８は、各電気二重層キャパシタ４１、４２・・・４１ｎに対応して間欠発振回路８１、８２・・・８ｎが設置され、電圧比較器６１、６２・・・６ｎから提供される出力により駆動され、間欠信号を発生する。
【００２２】
送信部１０は、電気二重層キャパシタ４１、４２・・・４１ｎに対応する赤外線発光部１０１、１０２・・・１０ｎが設置されている。各赤外線発光部１０１、１０２・・・１０ｎは、赤外線ＬＥＤ（Light Emitting Diode）２０と、抵抗２２との直列回路で構成されている。各赤外線発光部１０１、１０２・・・１０ｎは、無線信号として光を発生する手段の一例であり、光であれば、他の発光素子でもよく、また、光以外の電波であれば、電磁波発生手段であってもよい。
【００２３】
即ち、斯かる回路構成を備えれば、例えば、電気二重層キャパシタ４１が過電圧に到達すれば、それを表す出力が電圧比較器６１から発せられ、これに対応し、間欠発振回路８１が駆動し、間欠信号が発せられ、赤外線発光部１０１の赤外線ＬＥＤ２０に間欠した動作電流が流れる。即ち、赤外線ＬＥＤ２０は間欠発光をする。赤外線発光部１０１の赤外線ＬＥＤ２０から電気二重層キャパシタ４１が過電圧に到達したことを表す間欠赤外線が発せられる。そして、この赤外線が受信部１２に受光される。
【００２４】
受信部１２は、図２に示すように、複数の電気二重層キャパシタ４１、４２・・・４１ｎに対し、単一の構成であって、フォトダイオード２４と、信号処理部２６とを備える。フォトダイオード２４は、受光手段の一例であって、赤外線を受光し、その光を電気信号に変換する光−電気信号変換手段である。受光手段としては、カメラ等の撮像手段を用いてもよい。
【００２５】
信号処理部２６は、受光信号の信号レベルや周波数成分の抽出等の処理手段であって、この実施の形態では、バンドパスフィルタ２８と、増幅器３０と、検波部３２とを備える。バンドパスフィルタ２８は、間欠した受光信号から特定の周波数成分信号を抽出する手段の一例である。このバンドパスフィルタ２８で抽出された特定の周波数例えば、低周波の周波数成分信号は増幅器３０で増幅され、検波部３２に加えられる。検波部３２は、増幅器３０の出力を検波、平滑し、周波数成分信号を表す出力信号に変換する。この出力信号は、出力端子３４から電圧監視出力Ｖout として取り出される。
【００２６】
次に、間欠発振回路８１、８２・・・８ｎの構成について、図３を参照する。図３は、間欠発振回路を示す図である。図３に示す構成は一例であって、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。図３において、図１と同一部分には同一符号を付してある。
【００２７】
電気二重層キャパシタ４ｉは既述の電気二重層キャパシタ４１〜４ｎの何れか、電圧比較器６ｉは既述の電圧比較器６１〜６ｎの何れか、間欠発振回路８ｉは既述の間欠発振回路８１、８２・・・８ｎの何れか、赤外線発光部１０ｉは既述の赤外線発光部１０１〜１０ｎの何れかである（即ち、ｉ＝１、２・・・ｎ）。
【００２８】
電気二重層キャパシタ４ｉの正極側には、スイッチ回路３６を介して間欠発振回路８ｉ及び赤外線発光部１０ｉが接続され、電圧比較器６ｉが過電圧を検出し、その検出出力を発したとき、スイッチ回路３６が導通する。この導通により、電気二重層キャパシタ４ｉから間欠発振回路８ｉ及び赤外線発光部１０ｉに給電される。
【００２９】
この間欠発振回路８ｉには、第１の間欠信号発生部として発振回路３８と、第２の間欠信号発生部として発振回路４０とを備え、発振回路３８では、５０〔ｋＨｚ〕程度の周波数の連続したパルス信号Ｐ１を発振し、発振回路４０では、デューティ比が５〔％〕程度のパルス信号Ｐ２を発振する。発振回路３８は、インバータ４２、キャパシタ４４及び抵抗４６で構成され、また、発振回路４０は、インバータ４８、キャパシタ５０、ダイオード５２、５４及び抵抗５６、５８で構成されている。
【００３０】
発振回路３８のパルス信号Ｐ１と、発振回路４０のパルス信号Ｐ２とはＡＮＤ回路６０に加えられ、両者の論理積によってパルス信号Ｐ３が得られる。このパルス信号Ｐ３は赤外線ＬＥＤ２０の駆動回路６２に加えられる。
【００３１】
駆動回路６２は赤外線ＬＥＤ２０の駆動手段であって、ＡＮＤ回路６０の出力により赤外線ＬＥＤ２０に動作電流を流すためのスイッチ回路で構成されている。この駆動回路６２は、ＮＰＮトランジスタ６４及び抵抗６６、６８で構成されている。
【００３２】
このような回路を備えれば、図４のＡに示すように、電気二重層キャパシタ４ｉが時間の経過とともに充電され、その充電電圧Ｖｃが基準電圧ＶREF 以上に到達すると、スイッチ回路３６が導通し、過充電電圧に到達した充電電圧Ｖｃが発振回路３８、４０に給電される。
【００３３】
発振回路３８は発振動作を開始し、図４のＢに示すように、５０〔ｋＨｚ〕のパルス信号Ｐ１を発振する。また、発振回路４０も発振回路３８と同時に発振動作を開始し、図４のＣに示すように、デューティ比が５〔％〕程度のパルス信号Ｐ２を発振する。これらパルス信号Ｐ１、Ｐ２は、ＡＮＤ回路６０に加えられ、ＡＮＤ回路６０には図４のＤに示すように、両者の論理積出力であるパルス信号Ｐ３が出力される。このパルス信号Ｐ３によって駆動回路６２のトランジスタ６４がパルス信号Ｐ３のＨ区間でオン、Ｌ区間でオフのスイッチング動作となるので、赤外線ＬＥＤ２０に間欠駆動電流が流れ、図４のＤに示すように、点滅した発光形態を呈する。
【００３４】
この点滅発光に係る光はフォトダイオード２４に受光され、バンドパスフィルタ２８には特定周波数の信号が得られ、増幅器３０で増幅された後、検波部３２で検波され、その検波出力は出力端子３４から電圧監視出力Ｖout として取り出される。
【００３５】
上記実施の形態では、キャパシタモジュール２内に受信部１２を設置する構成としたが、受信部１２をキャパシタモジュール２の外部装置として設置してもよく、バンドパスフィルタ２８及び増幅器３０の回路部を受信部１２に設置し、この受信部１２を用いてキャパシタモジュール２から電圧監視出力を取り出す構成としてもよい。
【００３６】
電圧比較器６１〜６ｎは電気二重層キャパシタ４１〜４ｎの設置数に対応するが、受信部１２は単一でよく、回路構成の簡略化に寄与する。
【００３７】
また、赤外線ＬＥＤ２０に得られる光信号は、電気二重層キャパシタ４１〜４ｎから複数発信されても、パルス信号Ｐ３による間欠発信であるため、混信を防止できる。
【００３８】
〔第２の実施の形態〕
【００３９】
次に、本発明の第２の実施の形態について、図５を参照する。図５は、電圧監視出力の処理の一例を示す図である。図５の（Ａ）に示すように、検波部３２の出力側に表示手段としてインジケータ７０を備えれば、電圧監視出力Ｖout によってその発生を視覚的に表示でき、電気二重層キャパシタ４ｉに過充電が発生したことを視認できる。
【００４０】
また、図５の（Ｂ）に示すように、出力端子３４で得られた電圧監視出力Ｖout を入力端子３５から判定部７２に取り込み、電圧監視出力Ｖout を判定部７２で電気二重層キャパシタ４１、４２・・・４ｎの何れかが過充電状態にあることを判定し、過充電状態にあることを表示部７４に表示する構成としてもよい。
【００４１】
また、間欠発振回路８１〜８ｎ毎にパルス信号Ｐ１の周波数を異ならせれば、その周波数から過充電状態にある電気二重層キャパシタ４１〜４ｎの何れかであることを判定部７２で判定し、特定することができる。
【００４２】
判定部７２が電気二重層キャパシタ４ｉの過充電と判定すれば、その判定出力が表示部７４に表示され、その表示から過充電の発生を知ることができる。
【００４３】
判定部７２には例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）を用いて、受信部１２の出力信号をディジタル信号に変換した後、データ処理で過充電の発生を表示するようにしてもよい。
【００４４】
〔第３の実施の形態〕
【００４５】
次に、本発明の第３の実施の形態について、図６及び図７を参照する。図６は、キャパシタモジュールの電気二重層キャパシタの配列状態を示す図、図７は、電圧監視装置が搭載されたキャパシタモジュールの構成例を示す図である。図６及び図７において、図１、図２と同一部分には同一符号を付してある。
【００４６】
このキャパシタモジュール１００では、複数の電気二重層キャパシタとして、１０行８列の電気二重層キャパシタ４１〜４ｎを備え、これら電気二重層キャパシタ４１〜４ｎは隣同士をバスバー１０２で直列接続されている。これら電気二重層キャパシタ４１〜４ｎは基台１０４に設置されており、図７に示すように、基台１０４とともに筐体１０６に内蔵されている。このキャパシタモジュール１００は例えば、無停電電源装置として構成される。
【００４７】
そして、このキャパシタモジュール１００では、筐体１０６の内部に既述の電圧監視部５及び受信部１２を備える電圧監視装置２が内蔵され、出力端子３４が筐体１０６に設置されている。従って、既述の電圧監視出力Ｖout が出力端子３４から取り出される。
【００４８】
また、キャパシタモジュール１００の筐体１０６には既述のインジケータ７０が設置され、このインジケータ７０の点灯の有無により、過充電の発生を表示し、告知する構成である。
【００４９】
このような構成によれば、各電気二重層キャパシタ４１〜４ｎの過充電を表す検出信号を無線信号によって伝送するので、電気二重層キャパシタ４１〜４ｎ毎に検出信号線を接続し、その検出信号線を筐体内で引き回したり、外部に引き出すことがなく、配線形態を簡略化できる。配線形態の簡略化は、キャパシタモジュール１００の小型化に寄与することができる。
【００５０】
〔他の実施の形態〕
【００５１】
(1) 上記実施の形態では、電気二重層キャパシタの全部に電圧監視部を設置したが、その一部であってもよし、グループ化した複数の電気二重層キャパシタを一括した電圧監視であってもよい。
【００５２】
(2) 上記実施の形態では無線信号に光を用いたが、光以外の電磁波を用いてもよい。
【００５３】
以上述べたように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明したが、本発明は上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は、発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であり、斯かる変形や変更が本発明の範囲に含まれることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、キャパシタモジュールに発生する過電圧の電気二重層キャパシタの電圧監視を筐体内で行え、その監視出力を無線伝送するので、配線の引回しを省略又は簡略化することができ、無停電電源装置等に広く利用でき、有用である。
【符号の説明】
【００５５】
１００  キャパシタモジュール
２  電圧監視装置
４  電気二重層キャパシタ回路
４１〜４ｎ  電気二重層キャパシタ
５  電圧監視部
６  電圧検出部
８  間欠信号発生部
８１、８２・・・８ｎ  間欠発振回路
１０  送信部
１０１、１０２・・・１０ｎ  赤外線発光部
１２  受信部
２４  フォトダイオード
３２  検波部
【図１】
2010239829.tif 000003
【図２】
2010239829.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010239829.tif 000008
【図７】
2010239829.tif 000009