(57)【要約】【課題】複数のキャパシタを備えるキャパシタ装置に関し、キャパシタの電圧を監視し、それが正常であるか異常であるかを判定することにある。【解決手段】複数のキャパシタ（ＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎ）を含むキャパシタ回路（４）のキャパシタ毎に、キャパシタの電圧が第１の基準電圧（Ｖref-1 ）に到達したか否かを監視する複数の第１の電圧監視手段（電圧監視回路１０１、１０２、１０３・・・１０ｎ）と、キャパシタ毎に設置されてキャパシタの電圧が第２の基準電圧（Ｖref-2 ）に到達したか否かを監視する複数の第２の電圧監視手段（電圧監視回路１２１、１２２、１２３・・・１２ｎ）と、キャパシタの全ての電圧が第１の基準電圧に到達したことを表す出力（信号Ｓ１）を発生する第１の出力回路（１４）と、キャパシタの一部又は全ての電圧が第２の基準電圧に到達したことを表す出力（信号Ｓ２）を発生する第２の出力回路（１６）とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のキャパシタを含むキャパシタ回路と、
前記キャパシタ回路の前記キャパシタ毎に設置されて第１の基準電圧が設定され、前記キャパシタの電圧が前記第１の基準電圧に到達したか否かを監視する複数の第１の電圧監視手段と、
前記キャパシタ回路の前記キャパシタ毎に設置されて第２の基準電圧が設定され、前記キャパシタの電圧が前記第２の基準電圧に到達したか否かを監視する複数の第２の電圧監視手段と、
前記第１の電圧監視手段の各出力を受け、前記キャパシタの全ての前記電圧が前記第１の基準電圧に到達したことを表す出力を発生する第１の出力回路と、
前記第２の電圧監視手段の各出力を受け、前記キャパシタの一部又は全ての前記電圧が前記第２の基準電圧に到達したことを表す出力を発生する第２の出力回路と、
を備えることを特徴とするキャパシタ装置。
【請求項２】
請求項１のキャパシタ装置において、
前記第１の出力回路の出力と、前記第２の出力回路の出力とを用いて前記キャパシタ回路の満充電、充電途中又は充電異常の判定を行う判定手段を備え、
該判定手段は、前記キャパシタ回路の全てのキャパシタが前記第１の基準電圧及び前記第２の基準電圧に到達した場合に満充電、前記キャパシタの全てが前記第１の基準電圧に到達しているが前記第２の基準電圧に一部の前記キャパシタが到達していない場合に充電途中、一部の前記キャパシタが前記第１の基準電圧に到達しているが全ての前記キャパシタが前記第２の基準電圧に未到達の場合に充電途中、前記キャパシタ回路の一部の前記キャパシタが前記第１の基準電圧に未到達で、一部の前記キャパシタが前記第２の基準電圧に到達している場合に異常と判定することを特徴とするキャパシタ装置。
【請求項３】
請求項１のキャパシタ装置において、
前記キャパシタは、電気二重層キャパシタであることを特徴とするキャパシタ装置。
【請求項４】
請求項１のキャパシタ装置において、
前記キャパシタ回路は、直列に接続されたキャパシタを含むことを特徴とするキャパシタ装置。
【請求項５】
請求項１のキャパシタ装置において、
前記第１の出力回路は、前記第１の電圧監視手段の各出力の論理積により、前記第１の信号を出力するＡＮＤ回路であり、
前記第２の出力回路は、前記第２の電圧監視手段の各出力の論理和により、前記第２の信号を出力するＯＲ回路であることを特徴とするキャパシタ装置。
【請求項６】
請求項１のキャパシタ装置において、
前記第１の基準電圧は前記キャパシタの電圧ばらつき許容範囲の下限許容電圧、前記第２の基準電圧は電圧ばらつき許容範囲の上限許容電圧であることを特徴とするキャパシタ装置。
【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等のキャパシタを用いたキャパシタ装置に関し、特に、各キャパシタの充電電圧のばらつきの監視機能を備えたキャパシタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタは小型で大容量であるが、耐電圧が低いため、直列化ことにより、高耐圧化を図ることができる。これは、電気二重層キャパシタ装置としての高耐圧化であって、直列化された各電気二重層キャパシタの耐圧が高まるわけではない。電気二重層キャパシタは耐電圧を超えて使用すると、寿命特性が急速に悪化するために、電気二重層キャパシタ装置では、各電気二重層キャパシタの充電電圧が耐圧を超えないように充電を制御するとともに、その充電状況ないし各キャパシタの充電電圧を監視することが必要である。
【０００３】
このため、各電気二重層キャパシタが所定の基準電圧に充電されているか否かを監視することが不可欠であって、充電状態の監視技術に関し、特許文献１には、複数の電気二重層コンデンサを直列化した電気二重層コンデンサ装置について、各電気二重層コンデンサに並列に電流制御手段としてトランジスタを接続し、電気二重層コンデンサの充電電圧と基準電圧とを比較し、その差電圧に応じてトランジスタに流れる電流を制御することにより、各電気二重層コンデンサの充電電圧をバランスさせるいわゆるバイパス回路が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、初期化用と満充電検出用の二つのコンパレータを有し、キャパシタに対し初期化の信号によりバイパスを開始し、満充電検出により充電を停止することが開示され、また、特許文献３には、初期化用と満充電検出用の二つのコンパレータを有し、キャパシタに対し初期化の信号によりバイパスを開始し、満充電検出により充電を停止することが開示されている。
【特許文献１】実用新案登録第２５７５３５８号公報
【特許文献２】特開２０００−１５２５０８号公報
【特許文献３】特開２００１−０３７０７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、電気二重層キャパシタ装置にバイパス回路を設置すれば（特許文献１）、バイパス回路での充電電流の消費を無視できない。電気二重層キャパシタ装置では、構成される電気二重層キャパシタが最高使用電圧まで充電されると、電気二重層キャパシタに蓄積された電荷は最大となるために理想ではあるが、直並列に数百本もの電気二重層キャパシタを使用したものもあり、全ての電気二重層キャパシタにバイパス回路を接続することは、回路構成の複雑化と、バランス回路での消費電力もその設置数に比例して増大することになる。
【０００６】
このようなバイパス回路の設置に対し、電気二重層キャパシタに分圧抵抗を並列に接続し、この並列抵抗のみで電気二重層キャパシタへの充電電圧のバランスを取る簡易なものも存在している。このような分圧抵抗のみで構成した場合には、電気二重層キャパシタの内部抵抗等による充電バランスのくずれや、充電電圧に差違が生じることがある。この充電電圧のばらつきが一定の範囲内であれば、電気二重層キャパシタバンクに蓄積される電荷も充分であり、電気二重層キャパシタ装置としての実用性に問題は無いが、充電電圧の差異を放置することは得策ではない。
【０００７】
このような電気二重層キャパシタ装置は、電気二重層キャパシタの初期の内部抵抗をそろえて用いることが提案されているが、使用中の電気二重層キャパシタに特性劣化が発生した場合には、充電電圧のバランスは大きく崩れることも予想される。そこで、このような電気二重層キャパシタの充電状態のばらつきを監視することが要請されている。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、斯かる要請に鑑み、複数のキャパシタを備えるキャパシタ装置に関し、キャパシタの電圧を監視し、それが正常であるか異常であるかを判定することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明のキャパシタ装置の構成は以下の通りである。
【００１０】
請求項１に係るキャパシタ装置は、複数のキャパシタを含むキャパシタ回路と、前記キャパシタ回路の前記キャパシタ毎に設置されて第１の基準電圧が設定され、前記キャパシタの電圧が前記第１の基準電圧に到達したか否かを監視する複数の第１の電圧監視手段と、前記キャパシタ回路の前記キャパシタ毎に設置されて第２の基準電圧が設定され、前記キャパシタの電圧が前記第２の基準電圧に到達したか否かを監視する複数の第２の電圧監視手段と、前記第１の電圧監視手段の各出力を受け、前記キャパシタの全ての前記電圧が前記第１の基準電圧に到達したことを表す出力を発生する第１の出力回路と、前記第２の電圧監視手段の各出力を受け、前記キャパシタの一部又は全ての前記電圧が前記第２の基準電圧に到達したことを表す出力を発生する第２の出力回路とを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係るキャパシタ装置は、上記キャパシタ装置において、前記第１の出力回路の出力と、前記第２の出力回路の出力とを用いて前記キャパシタ回路の満充電、充電途中又は充電異常の判定を行う判定手段を備え、該判定手段は、前記キャパシタ回路の全てのキャパシタが前記第１の基準電圧及び前記第２の基準電圧に到達した場合に満充電、前記キャパシタの全てが前記第１の基準電圧に到達しているが前記第２の基準電圧に一部の前記キャパシタが到達していない場合に充電途中、一部の前記キャパシタが前記第１の基準電圧に到達しているが全ての前記キャパシタが前記第２の基準電圧に未到達の場合に充電途中、前記キャパシタ回路の一部の前記キャパシタが前記第１の基準電圧に未到達で、一部の前記キャパシタが前記第２の基準電圧に到達している場合に異常と判定することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に係るキャパシタ装置は、上記キャパシタ装置において、前記キャパシタは、電気二重層キャパシタであることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に係るキャパシタ装置は、上記キャパシタ装置において、前記キャパシタ回路は、直列に接続されたキャパシタを含むことを特徴とする。
【００１４】
請求項５に係るキャパシタ装置は、上記キャパシタ装置において、前記第１の出力回路は、前記第１の電圧監視手段の各出力の論理積により、前記第１の信号を出力するＡＮＤ回路であり、前記第２の出力回路は、前記第２の電圧監視手段の各出力の論理和により、前記第２の信号を出力するＯＲ回路であることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に係るキャパシタ装置は、上記キャパシタ装置において、前記第１の基準電圧は前記キャパシタの電圧ばらつき許容範囲の下限許容電圧、前記第２の基準電圧は電圧ばらつき許容範囲の上限許容電圧であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、次のような効果が得られる。
【００１７】
(1) 複数のキャパシタを含むキャパシタ装置において、キャパシタが電圧ばらつき許容範囲内にあるか否か、電圧ばらつき許容範囲内を逸脱する異常であるか否かを速やかに判定することができ、キャパシタの未充電や過充電によるキャパシタ装置のアンバランスを回避することができる。
【００１８】
(2) キャパシタ装置の使用中、キャパシタの性能の低下として静電容量低下が発生した場合に、キャパシタ装置の充電の際に、端子間電圧の異常上昇を検知でき、迅速な対応をとることができる。
【００１９】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
〔第１の実施の形態〕
【００２１】
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は、電気二重層キャパシタ装置の一例を示す回路図、図２は、電圧監視及び判定を説明するための図である。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。
【００２２】
この電気二重層キャパシタ装置２は、複数のキャパシタを含むキャパシタ装置の一例であって、キャパシタとして電気二重層キャパシタ（以下「ＤＬＣＡＰ」と称する）を用いたキャパシタ回路４を備えている。即ち、キャパシタ回路４は、複数のキャパシタとしてＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎを備えており、各ＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎは直列に接続されている。このキャパシタ回路４には充電回路６が接続され、この充電回路６によってＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎが充電される。従って、電気二重層キャパシタ装置２は、充電回路６を備え又は充電回路６の着脱により、充放電可能な電源システムを構成している。
【００２３】
各ＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎには個別に抵抗８が並列に接続されているとともに、第１の電圧監視回路１０１、１０２、１０３・・・１０ｎと、第２の電圧監視回路１２１、１２２、１２３・・・１２ｎとが並列に接続されている。抵抗８は各ＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎを同一の電圧に充電し、各電圧を同一値にバランスさせるバランス抵抗である。
【００２４】
各電圧監視回路１０１、１０２、１０３・・・１０ｎは、個別に設定された第１の基準電圧Ｖref-1 とＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの充電電圧とを個別に比較する電圧比較手段であって、充電電圧が基準電圧Ｖref-1 に到達したＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの電圧監視回路１０１、１０２、１０３・・・１０ｎがそれを表す出力を発生する。
【００２５】
また、各電圧監視回路１２１、１２２、１２３・・・１２ｎは、個別に設定された第２の基準電圧Ｖref-2 とＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの充電電圧とを個別に比較する電圧比較手段であって、充電電圧が基準電圧Ｖref-2 に到達したＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの電圧監視回路１２１、１２２、１２３・・・１２ｎがそれを表す出力を発生する。
【００２６】
基準電圧Ｖref-1 、Ｖref-2 について、例えば、Ｖref-1 ＝２．４〔Ｖ〕、Ｖref-2 ＝２．８〔Ｖ〕であり、その大小関係は、Ｖref-1 ＜Ｖref-2 であって、これら基準電圧の範囲をＶref-1 〜Ｖref-2 ＝ΔＶとすれば、このΔＶは、ＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの電圧ばらつき許容範囲である。即ち、ＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの充電電圧ないし端子電圧Ｖｃが基準電圧Ｖref-1 以上で、基準電圧Ｖref-2 以下の範囲即ち、Ｖref-1 ≦Ｖｃ≦Ｖref-2 であれば正常である。
【００２７】
各電圧監視回路１０１、１０２、１０３・・・１０ｎの出力側には第１の出力回路１４、各電圧監視回路１２１、１２２、１２３・・・１２ｎの出力側には第２の出力回路１６が設置されている。出力回路１４は例えば、ＡＮＤ回路で構成され、電圧監視回路１０１、１０２、１０３・・・１０ｎの各出力の論理積を表す第１の信号Ｓ１を出力する。即ち、信号Ｓ１は、全てのＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの電圧が基準電圧Ｖref-1 に到達したときに得られ、換言すれば、全てのＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの電圧が基準電圧Ｖref-1 に到達しなければ得られない。
【００２８】
出力回路１６は例えば、ＯＲ回路で構成され、電圧監視回路１２１、１２２、１２３・・・１２ｎの各出力の論理和を表す第２の信号Ｓ２を出力する。即ち、信号Ｓ２は、何れかのＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの電圧が基準電圧Ｖref-2 に到達したときに得られ、換言すれば、ＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの少なくとも一つの電圧が基準電圧Ｖref-２に到達すれば得られる。
【００２９】
斯かる構成によって得られる信号Ｓ１、Ｓ２を用いれば、図２に示すように、ＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの満充電、充電中又は充電バランス異常を判定することができる。即ち、この判定は以下の通りである。
【００３０】
ア）キャパシタ回路４の全てのＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎが基準電圧Ｖref-1 及び基準電圧Ｖref-2 に到達した場合には満充電である。
【００３１】
イ）ＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの全てが基準電圧Ｖref-1 に到達しているが基準電圧Ｖref-2 にＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの何れか即ち、一部が到達していない場合に充電途中である。
【００３２】
ウ) ＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの一部が基準電圧Ｖref-1 に到達しているが全てのＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎが基準電圧Ｖref-2 に未到達の場合には充電途中である。
【００３３】
エ) ＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの一部が基準電圧Ｖref-1 に未到達で、ＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの一部が基準電圧Ｖref-2 に到達している場合に充電バランス異常である。
【００３４】
このように、基準電圧Ｖref-1 以上で基準電圧Ｖref-2 以下に設定される電圧ばらつき許容範囲内にＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの電圧又は充電電圧から逸脱したか否かを容易に且つ迅速に検出できる。また、このようなキャパシタ装置２によれば、アンバランス状態の継続を未然に防止でき、安定し且つ信頼性の高い電源を構成できる。
【００３５】
〔第２の実施の形態〕
【００３６】
次に、本発明の第２の実施の形態について、図３を参照する。図３は、第２の実施の形態に係る電気二重層キャパシタ装置の一例を示す回路図である。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。
【００３７】
この実施の形態では、電圧監視回路１０１、１０２、１０３・・・１０ｎの出力側にフォトカプラ１８１、１８２、１８３・・・１８ｎが設置されているとともに、電圧監視回路１２１、１２２、１２３・・・１２ｎの出力側にフォトカプラ２０１、２０２、２０３・・・２０ｎが設置され、各出力回路１４、１６の出力側には判定部４２を備えている。
【００３８】
各フォトカプラ１８１、１８２、１８３・・・１８ｎは、各電圧監視回路１０１、１０２、１０３・・・１０ｎの出力を個別に取り出す出力手段であるとともに、出力側に設置される回路と各電圧監視回路１０１、１０２、１０３・・・１０ｎとを電気的に分離する分離（絶縁）手段の一例であって、斯かる機能からすれば、トランス等、他の出力手段を用いてもよい。この実施の形態のフォトカプラ１８１、１８２、１８３・・・１８ｎは、発光ダイオード２２と、受光トランジスタ２４とで構成されている。発光ダイオード２２は、各電圧監視回路１０１、１０２、１０３・・・１０ｎの出力を光に変換する発光素子の一例であって、電気信号を光に変換する手段であれば、どのような素子でもよい。また、受光トランジスタ２４は、各電圧監視回路１０１、１０２、１０３・・・１０ｎの出力から得られた光を電気信号に変換する手段の一例であって、光を電気信号に変換するものであれば、どのような素子でもよい。
【００３９】
発光ダイオード２２は、抵抗２６を介して充電回路６（図１）の高電位側出力ラインにアノードを接続され、そのカソードが各電圧監視回路１０１、１０２、１０３・・・１０ｎの出力側に接続されている。即ち、各電圧監視回路１０１、１０２、１０３・・・１０ｎの出力が低レベルに移行したとき、電流の引込みを生じ、対応する発光ダイオード２２が点灯する。
【００４０】
各フォトカプラ１８１、１８２、１８３・・・１８ｎの受光トランジスタ２４は直列に接続され、この受光トランジスタ２４の直列回路はコレクタ側に抵抗２８を介して電源に接続され、そのエミッタ側が接地されている。即ち、複数の受光トランジスタ２４と抵抗２８との直列回路はＡＮＤ回路を構成する、既述の出力回路１４の一例であって、フォトカプラ１８１の受光トランジスタ２４のコレクタ側から出力回路１４の出力である第１の信号Ｓ１が取り出される。この実施の形態の出力回路１４では、全ての受光トランジスタ２４が導通したとき、第１の信号Ｓ１は低レベル（Ｌ＝Ｌｏｗ）となり、何れかの受光トランジスタ２４が導通していなければ、第１の信号Ｓ１は電源側の電圧が抵抗２８を介して出力される状態、即ち、高レベル（Ｈ＝Ｈｉｇｈ）となる。
【００４１】
また、各フォトカプラ２０１、２０２、２０３・・・２０ｎは、各電圧監視回路１２１、１２２、１２３・・・１２ｎの出力を個別に取り出す出力手段であるとともに、出力側に設置される回路と各電圧監視回路１２１、１２２、１２３・・・１２ｎとを電気的に分離する分離（絶縁）手段の一例であって、係る機能からすれば、トランス等、他の出力手段を用いてもよい。この実施の形態のフォトカプラ２０１、２０２、２０３・・・２０ｎは、発光ダイオード３０と、受光トランジスタ３２とで構成されている。発光ダイオード３０は、各電圧監視回路１２１、１２２、１２３・・・１２ｎの出力を光に変換する発光素子の一例であって、電気信号を光に変換する手段であれば、どのような素子でもよい。また、受光トランジスタ３２は、各電圧監視回路１２１、１２２、１２３・・・１２ｎの出力から得られた光を電気信号に変換する手段の一例であって、光を電気信号に変換するものであれば、どのような素子でもよい。
【００４２】
発光ダイオード３０は、抵抗３４を介して充電回路６（図１）の高電位側出力ラインにアノードを接続され、そのカソードが各電圧監視回路１２１、１２２、１２３・・・１２ｎの出力側に接続されている。即ち、各電圧監視回路１２１、１２２、１２３・・・１２ｎの出力が低レベルに移行したとき、電流の引込みを生じ、対応する発光ダイオード３０が点灯する。
【００４３】
各フォトカプラ２０１、２０２、２０３・・・２０ｎの受光トランジスタ３２は直列に接続され、この受光トランジスタ３２の直列回路はコレクタ側に高電位ライン３６にある抵抗３８を介して電源に接続され、そのエミッタ側はコモンライン４０を介して共通に接地されている。即ち、複数の各受光トランジスタ３２と、共通の抵抗３８とはＯＲ回路を構成する、既述の出力回路１６の一例であって、フォトカプラ２０１、２０２、２０３・・・２０ｎの受光トランジスタ３２のコレクタ側から出力回路１６の出力である第２の信号Ｓ２が取り出される。この実施の形態の出力回路１６では、何れかの受光トランジスタ３２が導通したとき、信号Ｓ２は低レベル（Ｌ＝）となり、何れの受光トランジスタ３２も導通していなければ、信号Ｓ２は電源側の電圧が抵抗３８を介して出力される状態、即ち、高レベル（Ｈ）となる。
【００４４】
そして、出力回路１４、１６が出力する信号Ｓ１、Ｓ２は判定部４２に加えられ、判定部４２は、信号Ｓ１、Ｓ２のレベル即ち、Ｈ、ＬからＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの電圧が基準電圧Ｖref-1 及び基準電圧Ｖref-2 を基準にして、満充電、充電途中又は充電バランス異常の何れにあるかを判定する判定手段である。この判定部４２は、アナノグ演算回路で構成してもよいし、コンピュータ等のディジタル回路で構成してもよい。この判定部４２の出力端子４４から取り出される判定出力は、充電回路６に帰還されて充電停止や充電電圧の加減等の制御に用いられてもよいし、ＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの良否の選別に用いられてもよいし、その判定結果を表示する表示手段に加えられて表示されてもよい。
【００４５】
次に、第１及び第２の電圧監視回路について、図４及び図５を参照する。図４は、第１の電圧監視回路の一例を示す回路図、図５は、第２の電圧監視回路の一例を示す回路図である。図４及び図５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４及び図５において、図１と同一部分には同一符号を付してある。
【００４６】
第１の電圧監視回路１０１、１０２、１０３・・・１０ｎは、基準電圧Ｖref-1 にＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの何れかの電圧Ｖｃが到達したか否かを監視する手段であって、図４に示すように、電圧比較器４６と、基準電圧源４８と、トランジスタ５０とを備えている。電圧比較器４６は、比較入力端子５２に加えられるＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの何れかの電圧Ｖｃと、反転入力端子（−）に基準電圧源４８で設定された基準電圧Ｖref-1 とを比較し、電圧Ｖｃが基準電圧Ｖref-1 に到達したとき、それを表す出力としてＨ出力を発生する。トランジスタ５０は、このＨ出力をベースで受けて導通する。トランジスタ５０のコレクタにはカソード端子５４、そのエミッタにはアノード端子５６が設けられており、カソード端子５４の出力に応じてフォトカプラ１８１、１８２、１８３・・・１８ｎの発光ダイオード２２が動作する。アノード端子５６は、接地ないし低電位側に接続されている。即ち、電圧Ｖｃが基準電圧Ｖref-1 に到達すれば、対応する発光ダイオード２２が発光する。
【００４７】
また、電圧監視回路１２１、１２２、１２３・・・１２ｎは、基準電圧Ｖref-2 にＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの何れかの電圧Ｖｃが到達したか否かを監視する手段であって、図５に示すように、電圧比較器５８と、基準電圧源６０と、トランジスタ６２とを備えている。電圧比較器５８は、比較入力端子６４に加えられるＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの何れかの電圧Ｖｃと、反転入力端子（−）に基準電圧源６０で設定された基準電圧Ｖref-2 とを比較し、電圧Ｖｃが基準電圧Ｖref-2 に到達したとき、それを表す出力としてＨ出力を発生する。トランジスタ６２は、このＨ出力をベースで受けて導通する。トランジスタ６２のコレクタにはカソード端子６６、そのエミッタにはアノード端子６８が設けられており、カソード端子６６の出力に応じてフォトカプラ２０１、２０２、２０３・・・２０ｎの発光ダイオード３０が動作する。アノード端子６８は、接地ないし低電位側に接続されている。即ち、電圧Ｖｃが基準電圧Ｖref-2 に到達すれば、対応する発光ダイオード３０が発光する。
【００４８】
次に、異常検出の動作について、図６を参照する。図６は、判定動作の詳細を説明するための図である。図６は一例であって、斯かる状態や判定に本発明が限定されるものではない。
【００４９】
この電気二重層キャパシタ装置２によれば、電圧Ｖｃの状態を示す２つの信号Ｓ１、Ｓ２の組合せで、電圧ばらつきが許容（規定）範囲を越えたか否かの判定を行うことができる。信号Ｓ１、Ｓ２は、ディジタル信号であって、‘０’（Ｌｏｗ）又は‘１’（Ｈｉｇｈ）のいずれかの状態をとる。
【００５０】
信号Ｓ１は、低電圧側の基準電圧Ｖref-1 に全ＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの電圧Ｖｃが到達又は越えれば、‘０’（＝Ｌｏｗ）、ＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎ中の１つでも電圧ＶｃがＶref-1 に到達していなければ、‘１’（＝Ｈｉｇｈ）となる。即ち、信号Ｓ１は、電圧監視回路１０１、１０２、１０３・・・１０ｎの出力の論理積（ＡＮＤ論理）の出力となる。
【００５１】
また、信号Ｓ２は、高電圧側の基準電圧Ｖref-2 にＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの１つでも電圧Ｖｃが到達又は越えれば、‘０’（＝Ｌｏｗ）、ＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの全ての電圧ＶｃがＶref-2 に到達していなければ、‘１’（＝Ｈｉｇｈ）となる。即ち、信号Ｓ２は、電圧監視回路１２１、１２２、１２３・・・１２ｎの出力の論理和（ＯＲ論理）の出力となる。
【００５２】
ＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎを直列接続したキャパシタ回路（モジュール）４で、ＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎが正常であっても、ある程度の特性ばらつきがあるため、充放電を行うと個々の電圧Ｖｃに電圧ばらつきを生じる。
【００５３】
例えば、キャパシタ回路４を充電回路６で充電して電圧Ｖｃを上昇させていくと、正常であれば、信号Ｓ１と信号Ｓ２の組合せ状態は、図６に示すように、ａ→ｂ→ｃのように変化する。これに対し、キャパシタ特性ばらつきが大きく、規定範囲（Ｖref-1 〜Ｖref-2 ）を超える電圧ばらつきがあると、信号Ｓ１と信号Ｓ２の組合せ状態は、図６のｄに示すように変化し、規定範囲（Ｖref-1 〜Ｖref-2 ）を逸脱する。
【００５４】
判定部４２ではこのような信号組合せ状態を監視し、図６に示すように、キャパシタ回路４の電圧ばらつき異常を容易に検出することができる。信号の組み合わせ状態ａ、ｂ、ｃ、ｄについて、信号Ｓ１、Ｓ２及びその状態は以下の通りである。
【００５５】
ａ）Ｓ１＝１、Ｓ２＝１で、ＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの何れかがＶref-1 に到達、ＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの何れもＶref-2 に到達していない。この場合、充電途中であり、正常である。
【００５６】
ｂ）Ｓ１＝０、Ｓ２＝１で、ＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの全てがＶref-1 に到達、ＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの何れもＶref-2 に到達していない。充電途中であり、正常である。
【００５７】
ｃ）Ｓ１＝０、Ｓ２＝０で、ＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの全てがＶref-1 に到達、ＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの何れかがＶref-2 に到達している。この場合、充電途中であり、正常である。
【００５８】
ｄ）Ｓ１＝１、Ｓ２＝０で、ＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの何れかがＶref-1 に到達していないが、ＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの何れかがＶref-2 に到達している。この場合、規定範囲（Ｖref-1 〜Ｖref-2 ）を逸脱しており、バランス異常である。
【００５９】
このような電気二重層キャパシタ装置２によれば、基準電圧を越えたかどうかの検出に基づき、大規模な回路構成を伴うことなく、比較的簡単な回路で、電圧ばらつきが一定範囲を越えたかどうかを容易に検出できる。
【００６０】
〔他の実施の形態〕
【００６１】
(1) 上記実施の形態では、第２の出力回路１６をＯＲ回路で構成したが、第１の出力回路１４と同様にＡＮＤ回路で構成し、全てのＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの電圧が基準電圧Ｖref-2 以上に到達したことを検出する構成としてもよいし、第３の出力回路を設置し、全てのＤＬＣＡＰ４１、４２、４３・・・４ｎの電圧が基準電圧Ｖref-2 以上に到達したことを検出する構成としてもよい。
【００６２】
(2) 上記実施の形態では、キャパシタとして電気二重層キャパシタを例示したが、本発明は、電荷蓄積機能を備えるキャパシタであれば同様に用いることができるので、電気二重層キャパシタに限定されるものではない。
【００６３】
以上説明したように、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最良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ることは勿論であり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、電気二重層キャパシタ等、複数のキャパシタを備えるキャパシタ装置に関し、キャパシタの電圧のばらつきを可及的速やかに検出でき、信頼性の高い安定した電源装置として提供できる等、有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】第１の実施の形態に係る電気二重層キャパシタ装置の一例を示す回路図である。
【図２】電圧監視及び判定動作を示す図である。
【図３】第２の実施の形態に係る電気二重層キャパシタ装置の一例を示す回路図である。
【図４】第１の電圧監視回路の一例を示す回路図である。
【図５】第２の電圧監視回路の一例を示す回路図である。
【図６】電圧監視及び判定動作を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
２  電気二重層キャパシタ装置
４  キャパシタ回路
４１、４２、４３・・・４ｎ  ＤＬＣＡＰ
６  充電回路
１０１、１０２、１０３・・・１０ｎ  第１の電圧監視回路
１２１、１２２、１２３・・・１２ｎ  第２の電圧監視回路
１４  第１の出力回路
１６  第２の出力回路
１８１、１８２、１８３・・・１８ｎ、２０１、２０２、２０３・・・２０ｎ  フォトカプラ
Ｖref-1 、Ｖref-2   基準電圧
２２、３０  発光ダイオード
２４、３２  受光トランジスタ
２６、２８、３４、３８  抵抗
３６  高電位ライン
４０  コモンライン
４２  判定部
４４  出力端子
４６、５８  電圧比較器
４８、６０  基準電圧源
５０、６２  トランジスタ
５２、６４  比較入力端子
５４、６６  カソード端子
５６、６８  アノード端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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