(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に電力を供給する複数個の電池と、
前記電池に並列接続され、該電池の補助電源として機能する電気二重層コンデンサと、
前記各電池の端子電圧を検出する電圧検出手段と、
該電圧検出手段によって検出された各電池の端子電圧に基づいて、前記電池の所定の組合せの中から、前記電気二重層コンデンサの耐電圧を超えない範囲で最大となる充電電圧を供給する組合せを選定する選定手段と、
該選定された組合せの電池と前記電気二重層コンデンサを直接接続して、該電気二重層コンデンサを充電する制御手段と、
を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１記載の電源装置において、前記選定手段は、前記各電池をグランド側から順に直列接続する組合せの中から、該直列電圧が前記耐電圧を超えない範囲で最大となる組合せを選定する電源装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の電源装置において、前記各電池はそれぞれ直列接続されていて、
前記電源装置は、さらに、前記各電池のそれぞれを前記電気二重層コンデンサに並列接続するスイッチ機構を備え、
前記制御手段は、前記選定手段が選定した組合せの電池と前記電気二重層コンデンサとが並列接続されるように前記スイッチ機構を制御する電源装置。
【請求項４】
請求項１記載の電源装置において、前記選定手段は、前記電圧検出手段の検出結果に基づいて端子電圧の１番高い電池を検出し、該検出した電池とその他の電池とを直列接続する組合せの中から、該直列電圧が前記耐電圧を超えない範囲で最大となる組合せを選定する電源装置。
【請求項５】
請求項４記載の電源装置において、前記選定手段は、前記検出した端子電圧の１番高い電池とその他の電池とを直列接続する組合せの中から、該直列電圧が前記耐電圧を超えない範囲で最大となる組合せを、電池個数の少ないこと及び端子電圧のより高い電池を含むことを優先条件として選定する電源装置。
【請求項６】
請求項４または５記載の電源装置において、前記選定手段は、前記検出した端子電圧の１番高い電池との電圧差が所定値よりも大きい電池を、組合せの候補から除外する電源装置。
【請求項７】
請求項４から６のいずれか一項記載の電源装置は、前記電池を所定の組合せで直列接続する第１スイッチ機構と、前記電池のそれぞれを前記電気二重層コンデンサに並列接続する第２スイッチ機構とを備え、
前記制御手段は、前記選定された組合せの電池が直列接続されるように前記第１スイッチ機構を制御し、該直列接続された電池と前記電気二重層コンデンサとが並列接続されるように前記第２スイッチ機構を制御する電源装置。
【請求項８】
請求項２から７のいずれか一項に記載の電源装置は、前記直列接続された電池の出力電圧を所定の電圧レベルまで昇圧する昇圧回路を備え、
前記電気二重層コンデンサの充電時は、前記制御手段によって前記昇圧回路を駆動し、前記直列接続された電池の出力電圧を昇圧して前記負荷に供給する電源装置。
【請求項９】
請求項８記載の電源装置において、前記電池すべての合計端子電圧が所定の閾値よりも低い場合は、前記制御手段によって前記昇圧回路を駆動し、前記電池の出力電圧を昇圧して前記負荷に供給する電源装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の電源装置は、種々の情報を表示する表示部を備え、
前記電池すべての合計電圧が所定の閾値よりも低い場合は、前記制御手段によって、該表示部に電池残量がない旨を表示させるとともに前記電気二重層コンデンサの充電を禁止させる電源装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の電源装置において、前記制御手段は、前記電圧検出手段を介して端子電圧が所定の閾値よりも低い電池を検出した場合は、該検出した端子電圧が所定の閾値よりも低い電池を報知する表示を前記表示部に表示させる電源装置。
【請求項１２】
電池の電極に接する一対の電気接点端子を複数備え、複数の電池を脱着可能である電池収納部と、
前記電気接点端子を介して電池に並列接続可能な電気二重層コンデンサと、
前記電池収納部に装着された各電池の端子電圧を前記電気接点端子を介して検出する電圧検出手段と、
該電圧検出手段によって検出された各電池の端子電圧に基づいて、前記電気接点端子の所定の直列接続態様の中から、前記電気二重層コンデンサの耐電圧を越えない範囲で最大となる電圧が得られる前記電気接点端子の直列接続態様を選定する選定手段と、
該選定された直列接続態様で前記電気接点端子を接続し、該直列接続した電気接点端子列の一端部を前記電気二重層コンデンサの一端部に接続し、前記直列接続した電気接点端子列の他端部を前記電気二重層コンデンサの他端部に接続する制御手段と、
を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項１３】
複数個の電池を直列接続するとともに、この直列接続された電池群に電気二重層コンデンサを並列接続して前記電池群から負荷に電力供給する電源装置において、前記各電池の端子電圧を検出し、該検出した各電池の端子電圧に基づいて、前記電池の所定の組合せの中から前記電気二重層コンデンサの耐電圧を超えない範囲で最大となる充電電圧を供給する組合せを選定し、選定した組合せの電池を前記電気二重層コンデンサに並列接続することにより前記電気二重層コンデンサを充電することを特徴とする電気二重層コンデンサの充電方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の電気二重層コンデンサの充電方法は、前記各電池をグランド側から順に直列接続する組合せの中から、該直列電圧が前記耐電圧を超えない範囲で最大となる組合せを選定し、選定した組合せの電池を前記電気二重層コンデンサに並列接続することにより前記電気二重層コンデンサを充電する電気二重層コンデンサの充電方法。
【請求項１５】
請求項１３記載の電気二重層コンデンサの充電方法は、検出した各電池の端子電圧に基づいて端子電圧の１番高い電池を検出し、該検出した電池とその他の電池とを直列接続する組合せの中から、該直列電圧が前記耐電圧を超えない範囲で最大となる組合せを選定し、選定した組合せで直列接続した電池を前記電気二重層コンデンサに並列接続することにより前記電気二重層コンデンサを充電する電気二重層コンデンサの充電方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、電気二重層コンデンサを備えた電源装置に関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
電気二重層コンデンサは、二次電池と比較して急速充放電が可能である、有効寿命が長い、使用温度範囲が広い、などの特徴を有する大容量コンデンサであり、電池と併用されて電子機器のバックアップ用電源等に利用されている。
しかし、電気二重層コンデンサの耐電圧は一般的に１〜３Ｖと低いため、電池に並列接続して併用する場合には、電気二重層コンデンサの耐電圧の合計が電池の端子電圧を超えるまで電気二重層コンデンサを複数個直列接続する必要がある。また、電気二重層コンデンサの耐電圧を超える電源（電池電圧）で電気二重層コンデンサを充電する際には、電池電圧を電圧変換器等で耐電圧よりも低くして供給する必要があるため、電気二重層コンデンサを搭載する電子機器の大型化とコストの増大を招いていた。
【０００３】
【発明の目的】
本発明は、耐電圧を上回る電池と併用される電気二重層コンデンサを簡易な手段及び方法で充電できる電源装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【発明の概要】
本発明は、負荷に電力を供給する複数個の電池と、該電池に並列接続され、該電池の補助電源として機能する電気二重層コンデンサと、該電池の端子電圧及び前記電気二重層コンデンサの端子電圧を検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段によって検出された各電池の端子電圧に基づいて、前記電池の組合せの中から、前記電気二重層コンデンサの耐電圧を超えない範囲で最大となる充電電圧を供給する組合せを選定する選定手段と、該選定された組合せの電池を前記電気二重層コンデンサに直接接続して、前記電気二重層コンデンサを充電する制御手段とを備えたことを特徴としている。この構成によれば、併用する電池の端子電圧が電気二重層コンデンサの耐電圧より高くても、電気二重層コンデンサの耐電圧の合計が電池の端子電圧を超えるまで電気二重層コンデンサを直列接続する必要がなく、また電圧変換器等を用いずに電気二重層コンデンサの充電が可能となる。そのため、装置の小型化及び低コスト化が図れ、さらには本電源装置を搭載する電子機器の小型化及び低コスト化に貢献することができる。
【０００５】
前記選定手段は、グランド側から前記電池を順に直列接続する組合せの中から、該直列電圧が前記耐電圧を超えない範囲で最大となる組合せを選定することが好ましい。この構成によれば、耐電圧に近い充電電圧で前記電気二重層コンデンサを充電するので、１充電あたりの充電効率の向上を図ることができる。
また前記選定手段は、前記電圧検出手段の検出結果に基づいて端子電圧の１番高い電池を検出し、該検出した電池とその他の電池とを直列接続する組合せの中から、該直列電圧が前記耐電圧を超えない範囲で最大となる組合せを、電池個数の少ない組合せであること及びより端子電圧の高い電池を含む組合せであることを優先条件として選定することが好ましい。この構成によれば、耐電圧に近い充電電圧で前記電気二重層コンデンサを充電するので１充電あたりの充電効率の向上を図ることができ、また、端子電圧の１番高い電池と他の電池とを、端子電圧の高いものを優先的に組合せて充電するので、電池残量のばらつきを抑え、電池全体の使用効率をあげることができる。
【０００６】
また本発明は、電池の電極に接する一対の電気接点端子を複数備え、複数の電池を脱着可能である電池収納部と、前記電気接点端子を介して電池に並列接続可能な電気二重層コンデンサと、前記電池収納部に装着された各電池の端子電圧を前記電気接点端子を介して検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段によって検出された各電池の端子電圧に基づいて、前記電気接点端子の所定の直列接続態様の中から、前記電気二重層コンデンサの耐電圧を越えない範囲で最大となる電圧が得られる前記電気接点端子の直列接続態様を選定する選定手段と、該選定された直列接続態様で前記電気接点端子を接続し、該直列接続した電気接点端子列の一端部を前記電気二重層コンデンサの一端部に接続し、前記直列接続した電気接点端子列の他端部を前記電気二重層コンデンサの他端部に接続する制御手段とを備えたことに特徴を有する。この構成によっても、併用する電池の端子電圧が電気二重層コンデンサの耐電圧より高くても、電気二重層コンデンサを複数個直列接続する必要がなく、また電圧変換器等を用いずに電気二重層コンデンサの充電が可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明を説明する。図１は、本発明を適用した電源装置の第１実施形態の主要構成をブロックで示す図である。本電源装置１００は、直列接続された４個の電池（二次電池、充電池）Ｅ１〜Ｅ４と、これら電池Ｅ１〜Ｅ４に並列接続可能な電気二重層コンデンサ２０を備え、電気二重層コンデンサ２０を電池Ｅ１〜Ｅ４の補助電源として併用することができる。
【０００８】
電池Ｅ１〜Ｅ４は、本電源装置１００に接続された第１負荷６１の駆動電源として機能するとともに、スイッチ群７０を介して電気二重層コンデンサ２０を充電する充電電源としての機能も有する。
電気二重層コンデンサ２０は、スイッチ群７０を介して接続される電池Ｅ１〜Ｅ４からの電力供給を受けて一定電圧以上に保持され、スイッチ８０のオン状態で第２負荷６３を駆動する。
【０００９】
また電源装置１００には、装置全体の動作を総括的に制御するほか、電気二重層コンデンサ２０の充電処理を制御するマイコン３０が備えられている。マイコン３０は、Ａ／Ｄ変換器３０ａ、比較器３０ｂ、及び各種データを格納するＲＡＭ３０ｃを内蔵している。マイコン３０には、電圧検出器４１〜４５、ＤＣ／ＤＣ変換器５１、周辺メモリ部５３、操作部５５が接続されている。
【００１０】
電圧検出器４１は、電気二重層コンデンサ２０の端子電圧Ｖｃを検出してマイコン３０に出力するものである。電圧検出器４２〜４５は、電池Ｅ１〜Ｅ４の各端子間に各々接続されていて、電池Ｅ１〜Ｅ４の各端子電圧Ｖｅ１〜Ｖｅ４を検出してマイコン３０に出力するものである。
マイコン３０は、電圧検出器４１を介して入力した電気二重層コンデンサ２０の端子電圧Ｖｃが、電気二重層コンデンサ２０の充電を要するか否かの判断基準となる閾値Ｖ１よりも低い場合に、電気二重層コンデンサ２０の充電を実行する。マイコン３０は、先ず、電圧検出器４２〜４５を介して入力した端子電圧Ｖｅ１〜Ｖｅ４に基づき、電池Ｅ１〜Ｅ４をグランド側から順に直列接続した場合（スイッチ群７０のＳＷ７１〜７４を順にオンさせた場合）の各合計電圧（直列電圧）Ｖtotalを求め、次に、その合計電圧Ｖtotalが耐電圧Ｖmaxを超えない範囲で最大となる組合せを求める。そして、求めた組合せの電池が電気二重層コンデンサ２０に並列接続されるようにスイッチ群７０をオンし、電気二重層コンデンサ２０を充電する。
【００１１】
ＤＣ／ＤＣ変換器５１は、電池Ｅ１〜Ｅ４から出力される電圧を一定の電圧に変換してマイコン３０に供給する機能を有する。
周辺メモリ部５３には、閾値Ｖ１、電気二重層コンデンサ２０の耐電圧Ｖmaxなどの充電制御用データ、書き換え可能な各種パラメータ等が格納されている。マイコン３０は、必要に応じて周辺メモリ部５３に対してデータ等の読み出しまたは書き込みを行う。
操作部５５には、本電源装置１００の動作を操作できる各種の操作部材が設けられている。使用者によって操作部５５が操作されると、その操作に応じてマイコン３０が動作する。
【００１２】
マイコン３０は、第１負荷６１との間で信号の授受を行い、操作部５５の操作に対応した態様で第１負荷６１を駆動させることができる。また、マイコン３０は、電気二重層コンデンサ２０と第２負荷６３を接続するスイッチ８０の開閉を切換えて第２負荷６３の電源をオン／オフすることができる。
【００１３】
以上の構成に基づき、第１実施形態におけるマイコン３０の充電制御動作について、図２に示されるフローチャートを参照し、より詳細に説明する。
この充電制御動作は、本電源装置１００の主電源がオンされると開始される。デフォルトでは、スイッチ群７０のスイッチ状態はいずれもオフとなっている。この処理に入ると先ず、電気二重層コンデンサ２０の端子電圧Ｖｃを電圧検出器４１を介して検出する（Ｓ１１）。検出した端子電圧Ｖｃは、Ａ／Ｄ変換器３０ａを介してデジタル値に変換し、ＲＡＭ３０ｃにメモリする。続いて、検出した端子電圧Ｖｃと電気二重層コンデンサ２０の充電を要するか否かの判断基準となる閾値Ｖ１を比較器３０ｂで比較する（Ｓ１３）。端子電圧Ｖｃが閾値Ｖ１以上であった場合は、電気二重層コンデンサ２０を充電する必要がないため、Ｓ１１へ戻る（Ｓ１３；Ｙ）。
【００１４】
端子電圧Ｖｃが閾値Ｖ１よりも低かった場合には（Ｓ１３；Ｎ）、電気二重層コンデンサ２０を充電する充電電圧Ｖchargeを設定するため、Ｓ１５〜Ｓ３１の処理を実行する。先ず、変数ｎに本実施形態では４を、合計電圧Ｖtotal及び充電電圧Ｖchargeに０を設定してＲＡＭ３０ｃにメモリし（Ｓ１５）、電池Ｅｎの端子電圧Ｖｅｎを検出する（Ｓ１７）。変数ｎは、電源装置１００が備えた電池を識別する番号である。本実施形態では、グランド側から接続順に電池Ｅ４、Ｅ３、Ｅ２、Ｅ１と、グランド側に接続された電池ほど変数ｎの値が大きくなるよう設定してある。検出した電池Ｅｎの端子電圧Ｖｅｎは、電気二重層コンデンサ２０の端子電圧Ｖｃと同様、Ａ／Ｄ変換器３０ａを介してデジタル値に変換し、ＲＡＭ３０ｃにメモリする。
【００１５】
続いて、電池Ｅｎの端子電圧Ｖｅｎと合計電圧Ｖtotalの和を調整電圧ＶｒとしてＲＡＭ３０ｃにメモリし（Ｓ１９）、この調整電圧Ｖｒと耐電圧Ｖmax を比較器３０ｂで比較する（Ｓ２１）。調整電圧Ｖｒが耐電圧Ｖmax よりも大きい場合には（Ｓ２１；Ｙ）、耐電圧Ｖmax以下で充電を行うため、Ｓ３１へ進んで、メモリしてある合計電圧Ｖtotalを充電電圧Ｖchargeとしてメモリし、Ｓ３３へ進む。
【００１６】
調整電圧Ｖｒが耐電圧Ｖmax以下である場合には（Ｓ２１；Ｎ）、耐電圧Ｖmaxにより近い合計電圧Ｖtotalを検出するため、この調整電圧Ｖｒを、ＲＡＭ３０ｃにメモリしてある合計電圧Ｖtotalに上書きし（Ｓ２３）、この上書きした合計電圧Ｖtotalと耐電圧Ｖmax を比較器３０ｂで比較する（Ｓ２５）。
合計電圧Ｖtotalが耐電圧Ｖmaxとほぼ等しいと把握できる範囲内の値であれば（Ｓ２５；Ｙ）、耐電圧Ｖmaxを超えない範囲で最大となる合計電圧Ｖtotalを検出できたので、この合計電圧Ｖtotalを充電電圧Ｖcharge としてメモリし（Ｓ３１）、Ｓ３３へ進む。
【００１７】
合計電圧Ｖtotalが耐電圧Ｖmaxとほぼ等しいと把握できる範囲外の値であれば（２５；Ｎ）、耐電圧Ｖmax により近い合計電圧Ｖtotalを得るため、変数ｎを１減算し（Ｓ２７）、変数ｎが０であるかどうかをチェックする（Ｓ２９）。変数ｎが０であったときは（Ｓ２９；Ｙ）、現在メモリされている合計電圧Ｖtotalは全電池Ｅ１〜Ｅ４の直列電圧であって、それ以上の電圧を電気二重層コンデンサ１へ供給することはできないため、この合計電圧Ｖtotalを充電電圧Ｖchargeとしてメモリし（Ｓ３１）、Ｓ３３へ進む。変数ｎが０でなかったときは（Ｓ２９；Ｎ）、Ｓ１７へ戻り、Ｓ２１，Ｓ２５，Ｓ２９のいずれかで「イエス」と判断されるまで、Ｓ１７〜Ｓ２９の処理を繰り返し実行し、耐電圧Ｖmax を超えない範囲で最大となる充電電圧Ｖchargeを設定する。
【００１８】
Ｓ３３では、設定した充電電圧Ｖchargeとなる組合せの電池と電気二重層コンデンサ２０とが並列接続されるようにスイッチ群７０をオンし、充電を開始する。そして、電気二重層コンデンサ２０の端子電圧Ｖｃを電圧検出器４１を介して検出しながら、端子電圧Ｖｃが充電電圧Ｖchargeとほぼ等しくなるまで充電を続け（Ｓ３５；Ｎ）、端子電圧Ｖｃが充電電圧Ｖchargeとほぼ等しくなったときは（Ｓ３５；Ｙ）、スイッチ群７０をオフして電気二重層コンデンサ２０の充電を終了し（Ｓ３７）、Ｓ１１へ戻る。
【００１９】
以上のように、本第１実施形態では、電池Ｅ１〜Ｅ４をグランド側から順に直列接続して組合せ、電気二重層コンデンサ２０の耐電圧Ｖmaxを超えない範囲で最大となる充電電圧Ｖchargeで充電を行うので、併用する電池の端子電圧の合計が耐電圧Ｖmaxより高くても、耐電圧Ｖmaxが電池の端子電圧の合計を超えるまで電気二重層コンデンサを複数個直列接続する必要がなく、また電圧変換器等を用いずに電気二重層コンデンサ２０を充電することができる。そのため電源装置１００の小型化及び低コスト化を図ることができ、さらには本電源装置を搭載する電子機器の小型化及び低コスト化に貢献することができる。
また、スイッチ８０をオンして第２負荷６３に電気二重層コンデンサ２０を接続すれば、電圧変換器等を用いずに第２負荷６３を駆動することができ、また本電源装置１００に電池Ｅ１〜Ｅ４が装着されていない状態（電池Ｅ１〜Ｅ４の残量がない場合も含む）でも第２負荷６３を駆動することができる。第２負荷６３がバックアップを必要とする負荷である場合には、電気二重層コンデンサ２０がバックアップ用電源として機能するので、別個にバックアップ用電源を設ける必要がない。
さらに本実施形態では、耐電圧Ｖmaxに近い充電電圧Ｖchargeで電気二重層コンデンサ２０を充電するので、１充電あたりの充電効率を向上させることができる。
【００２０】
図３〜図７は、本発明を適用した電源装置の第２実施形態を示す図である。この第２実施形態は、耐電圧Ｖmaxを超えない範囲で最大となる充電電圧Ｖchargeで充電する点では第１実施形態と共通するが、電池をグランド側から順に直列接続して最大となる充電電圧Ｖchargeを設定する第１実施形態とは異なり、端子電圧の１番高い電池と他の電池とを直列接続して最大となる充電電圧Ｖchargeを設定するようにしたものである。
【００２１】
図３は、第２実施形態における電源装置１００の主要構成をブロックで示す図である。図３において図１のブロック図の符号と同一符号のブロックの機能は同一であるため、これらの機能の説明は省略する。図３のブロック図には、電池収納部１０、昇圧回路５７、表示部５９が設けられているが、これらについて以下に説明する。
【００２２】
電池収納部１０は、４個の電池Ｅ１〜Ｅ４を脱着可能であって、詳細は図示しないが、装填された各電池の電極に当接する一対の電気接点端子（不図示）とは異なる位置に接点端子１０ａ〜１０ｄを備えている（図４参照）。接点端子１０ａ〜１０ｄは、各電池の正電極と電圧検出器４２〜４５とを接続する。接点端子１０ａ〜１０ｄには、電池Ｅ１〜Ｅ４を任意の組合せで直列接続可能な第１スイッチ群１１、直列接続された電池Ｅ１〜Ｅ４と負荷６１とを接続可能な第２スイッチ群１３、直列接続された電池Ｅ１〜Ｅ４と電気二重層コンデンサとを並列接続可能な第３スイッチ群１５が接続されている。電圧検出器４２〜４５は、グランドから直列接続した電池Ｅ１〜Ｅ４の正電極までの電圧Ｖｅ１´〜Ｖｅ４´を検出してマイコン３０に出力する。電圧Ｖｅ１´は、グランドから電池Ｅ１までを直列接続した場合の直列電圧、即ち電池Ｅ１〜Ｅ４の合計電圧であり、電圧Ｖｅ１´〜Ｖｅ４´の中で最高電圧となる。
【００２３】
マイコン３０は、電圧検出器４１を介して検出した電気二重層コンデンサ２０の端子電圧Ｖｃが、電気二重層コンデンサ２０の充電を要するか否かの判断基準となる第１閾値Ｖ１よりも低い場合に、電気二重層コンデンサ２０を充電する。詳細は後述するが、マイコン３０は、先ず、電圧検出器４２〜４５を介して検出した電圧Ｖｅ１´〜Ｖｅ４´に基づいて電池Ｅ１〜Ｅ４の各端子電圧Ｖｅ１〜Ｖｅ４を算出し、端子電圧の１番高い電池を検出する。次に、検出した電池とその他の電池とを直列接続する組合せの中から、その直列電圧が前記耐電圧を超えない範囲で最大となる組合せを、電池個数がより少ないこと及び端子電圧のより高い電池を含むことを優先条件として、選択する。そして、選択した組合せの電池が直列接続するように第１スイッチ群１１をオンし、その直列接続した電池と電気二重層コンデンサ２０とが並列接続されるように第３スイッチ群１５をオンし、電気二重層コンデンサ２０を充電する。
【００２４】
昇圧回路５７は、電池Ｅ１〜Ｅ４（電池収納部１０）から出力された電圧を昇圧する回路である。マイコン３０は、電気二重層コンデンサ２０の充電時に昇圧回路５７を駆動させて第１負荷６１を安定に動作させる。またマイコン３０は、グランドから電池Ｅ１までの直列電圧Ｖｅ１´が、昇圧回路５７の駆動を要するか否かの判断基準となる第２閾値Ｖ２未満であった場合には、電池残量が少ないため、昇圧回路５７を駆動させて第１負荷６１を安定動作させる。
表示部５９は、マイコン３０からの制御信号に基づいて種々の情報を表示する。マイコン３０は、グランドから電池Ｅ１までの直列電圧Ｖｅ１´が、電気二重層コンデンサ２０の充電が可能か否かの判断基準となる第３閾値Ｖ３未満であった場合には、表示部５９に「Low Battery」と表示させ、電池残量がない旨を使用者に報知する。さらにマイコン３０は、第１負荷６１から出力された信号に基づいて表示部５９に表示させることができる。
なお第１〜第３閾値Ｖ１〜Ｖ３は周辺メモリ部５３にメモリされていて、第３閾値Ｖ３は第２閾値Ｖ２よりも低く設定されている。
【００２５】
図５〜図７に示されるフローチャートを参照して、第２実施形態におけるマイコン３０の充電制御動作を詳細に説明する。この充電制御処理は、本電源装置１００の主電源がオンされると開始される。なお、デフォルトでは、第１スイッチ群１１のスイッチＳＷ１０〜１３及び第２スイッチ群１３のスイッチＳＷ３１のみがオン状態で、その他のスイッチはオフ状態である。
【００２６】
この処理に入ると先ず、電気二重層コンデンサ２０の端子電圧Ｖｃを電圧検出器４１を介して検出する（Ｓ１１１）。検出した端子電圧Ｖｃは、Ａ／Ｄ変換器３０ａを介してデジタル値に変換し、ＲＡＭ３０ｃにメモリする。続いて、検出した端子電圧Ｖｃと、電気二重層コンデンサ２０の充電を要するか否かの判断基準となる第１閾値Ｖ１を比較器３０ｂで比較する（Ｓ１１３）。電気二重層コンデンサ２０の端子電圧Ｖｃが第１閾値Ｖ１以上であった場合は、電気二重層コンデンサ２０を充電する必要がないため、Ｓ１１１へ戻る（Ｓ１１３；Ｙ）。
【００２７】
電気二重層コンデンサ２０の端子電圧Ｖｃが第１閾値Ｖ１よりも低かった場合には、電気二重層コンデンサ２０を充電する充電電圧Ｖchargeを設定するため、先ず、グランドから各電池Ｅ１〜Ｅ４の正電極までの直列電圧Ｖｅ１´〜Ｖｅ４´を電圧検出器４２〜４５を介して検出する（Ｓ１１３；Ｎ、Ｓ１１５）。検出した各直列電圧Ｖｅ１´〜Ｖｅ４´は、電気二重層コンデンサ２０の端子電圧Ｖｃと同様、Ａ／Ｄ変換器３０ａを介してデジタル値に変換し、ＲＡＭ３０ｃにメモリする。次に、グランドから電池Ｅ１までの直列電圧Ｖｅ１´と、昇圧回路５７の駆動を要するか否かの判断基準となる第２閾値Ｖ２を比較器３０ｂで比較する（Ｓ１１７）。
【００２８】
直列電圧Ｖｅ１´が第２閾値Ｖ２以上であった場合は、昇圧回路５７を駆動しなくても第１負荷６１を安定に動作させることができるので、昇圧フラグをクリアし、Ｓ１２９へ進む（Ｓ１１７；Ｙ、Ｓ１２０）。昇圧フラグは定常時（充電時以外）に昇圧回路５７の駆動を要する場合にセットされるフラグで、デフォルトではクリアされている。
直列電圧Ｖｅ１´が第２閾値Ｖ２よりも低かった場合には、昇圧フラグをセットし、次に直列電圧Ｖｅ１´と、電気二重層コンデンサ２０の充電が可能か否かの判断基準となる第３閾値Ｖ３を比較器３０ｂで比較する（Ｓ１１７；Ｎ、Ｓ１１９、Ｓ１２１）。直列電圧Ｖｅ１´が第３閾値Ｖ３よりも低かった場合には、電気二重層コンデンサ２０の充電が困難であるほど電池が消耗しているので、表示部５９に「Low Battery」と表示させ、電気二重層コンデンサ２０の充電を禁止して、この処理から抜ける（Ｓ１２１；Ｎ、Ｓ１２３、Ｓ１２５）。直列電圧Ｖｅ１´が第３閾値Ｖ３以上であった場合は、電気二重層コンデンサ２０の充電は可能であるけれども電池Ｅ１〜Ｅ４の残量が少ないので、昇圧回路５７を駆動して第１負荷６１を安定動作させる（Ｓ１２１；Ｙ、Ｓ１２７）。
【００２９】
次に、検出した直列電圧Ｖｅ１´〜Ｖｅ４´に基づいて電池Ｅ１〜Ｅ４の各端子電圧Ｖｅ１〜Ｖｅ４を算出し、その大小関係を比較器３０ｂで比較し、端子電圧の高いものから順に並べる（Ｓ１２９）。直列電圧Ｖｅ１´〜Ｖｅ４´は、グランドから各電池Ｅ１〜Ｅ４の正電極までの直列電圧であるため、例えば電池Ｅ１の端子電圧Ｖｅ１は、直列電圧Ｖｅ１´から直列電圧Ｖｅ２´を引いた値となる。一実施例として、電池Ｅ１の端子電圧Ｖｅ１＝１．５０Ｖ、電池Ｅ２の端子電圧Ｖｅ２＝１．４５Ｖ、電池Ｅ３の端子電圧Ｖｅ３＝１．４２Ｖ、電池Ｅ４の端子電圧Ｖｅ４＝１．２０Ｖであった場合を想定すると、この場合にＳ１２９では、Ｖｅ１＞Ｖｅ２＞Ｖｅ３＞Ｖｅ４という結果を得る。
【００３０】
続いて、端子電圧の１番高い電池と、他の電池の端子電圧との差を、電圧差Ｖdefとして検出する（Ｓ１３１）。上記実施例の場合、電池Ｅ１の端子電圧Ｖｅ１が１番高かったので、電池Ｅ１の端子電圧Ｖｅ１から電池Ｅ２の端子電圧Ｖｅ２を引いた差０．０５Ｖを電圧差Ｖdef１としてメモリし、電池Ｅ１の端子電圧Ｖｅ１から電池Ｅ３の端子電圧Ｖｅ３を引いた差０．０８Ｖを電圧差Ｖdef２としてメモリし、電池Ｅ１の端子電圧Ｖｅ１から電池Ｅ４の端子電圧Ｖｅ４を引いた差０．３Ｖを電圧差Ｖdef３としてメモリする。
【００３１】
そして、検出した電圧差Ｖdef１〜３と、充電に使用する電池の組合せの候補として適当か否かの判断基準となる基準値Ｖdef'とを比較し、基準値Ｖdef'よりも電圧差が大きい電池は組合せの候補から除外する（Ｓ１３３）。基準値Ｖdef'を０．２Ｖに設定すれば、上記実施例では、電圧差Ｖdef１（０．０５Ｖ）及びＶdef２（０．０８Ｖ）は基準値Ｖdef'未満となるが、電圧差Ｖdef３（０．３Ｖ）は基準値Ｖdef'を超えるので、電池Ｅ４を組合せの候補から除外する。
【００３２】
続いて、周辺メモリ部５３から耐電圧Ｖmax を読み出し（Ｓ１３５）、合計電圧の上限値を耐電圧Ｖmax 、下限値を電気二重層コンデンサ２０の端子電圧Ｖｃとする範囲で電池の組合せ表を生成する（Ｓ１３７）。上記実施例の場合に生成される組合せ表を表１に示した。ただし、耐電圧Ｖmax＝３．０Ｖ、Ｓ１１１で検出した電気二重層コンデンサ２０の端子電圧Ｖｃ＝１．２Ｖとする。
【表１】
0003679681.tif 000002
【００３３】
次に、生成した組合せ表から、耐電圧Ｖmaxを超えない範囲で最大となる充電電圧Ｖchargeを供給可能な組合せを選択する組合せ選択処理を実行し（Ｓ１３９）、選択した組合せＶselectの直列電圧（合計電圧）を充電電圧Ｖchargeに決定し（Ｓ１４１）、昇圧回路５７を駆動する（Ｓ１４３）。ここで昇圧回路５７を駆動するのは、電気二重層コンデンサ２０を充電することによって低下する第１負荷６１への入力電圧を昇圧して第１負荷６１を安定動作させるためである。
【００３４】
そして、選択した組合せＶselectの電池が直列接続されるように第１スイッチ群１１（スイッチＳＷ１０〜１９）の各スイッチ状態を変更し（Ｓ１４５）、Ｓ１４５で直列接続した電池と電気二重層コンデンサ２０が並列接続されるように第３スイッチ群１５（スイッチＳＷ５１〜５４）のスイッチ状態を変更するとともに、Ｓ１４５で直列接続した電池と第１負荷６１が接続されるように第２スイッチ群１３（スイッチＳＷ３１〜３４）のスイッチ状態を変更して電気二重層コンデンサ２０の充電を開始する（Ｓ１４７）。
【００３５】
続いて、電気二重層コンデンサ２０の端子電圧Ｖｃを電圧検出器４１を介して検出しながら、端子電圧Ｖｃが充電電圧Ｖchargeとほぼ等しくなるまで充電を続ける（Ｓ１４９、Ｓ１５１；Ｎ）。そして電気二重層コンデンサ２０の端子電圧Ｖｃが充電電圧Ｖchargeとほぼ等しくなったときは（Ｓ１５１；Ｙ）、電池Ｅ１〜Ｅ４を定常時（充電時以外）の組合せに戻す（Ｓ１５３）。即ち、第１スイッチ群１１のＳＷ１０〜ＳＷ１３をオンして電池Ｅ１〜Ｅ４を直列接続するとともに、第２スイッチ群のＳＷ３１をオンして電池Ｅ１〜Ｅ４と第１負荷６１とを接続する。続いて、昇圧フラグがセットされているかどうかをチェックする（Ｓ１５５）。昇圧フラグがセットされているときは（Ｓ１５５；Ｙ）、電池Ｅ１〜Ｅ４の残量が少ないため定常時でも昇圧回路５７の駆動を要するので、昇圧回路５７を駆動したままＳ１１１へ戻る。昇圧フラグがセットされていないときは（Ｓ１５５；Ｎ）、定常時には昇圧回路５７を駆動させなくても第１負荷６１を安定動作させることができるので、昇圧回路５７の駆動を停止し、Ｓ１１１へ戻る（Ｓ１５７）。
【００３６】
充電制御処理のＳ１３９で実行される組合せ選択処理の詳細について、図６に示したフローチャートを参照して説明する。
この処理は、充電制御処理のＳ１３７で生成した組合せ表から、電気二重層コンデンサ２０の耐電圧Ｖmaxを超えない範囲で最大となる充電電圧Ｖchargeを供給する組合せを、電池個数が少ないこと及び端子電圧のより高い電池を含むことを優先条件として、選択する処理である。
【００３７】
この処理に入ると先ず、充電制御処理のＳ１３７で生成した組合せ表の組合せ個数を変数ｍにメモリする（Ｓ２０１）。表１の組合せ表の場合は、６個の組合せがあるので、変数ｍに６をメモリする。次に、選択組合せＶselectとして、充電制御処理のＳ１３７で生成した組合せ表のｍ番目の組合せＮo.ｍと組合せＮo.ｍに含まれる電池及び該電池の電池電圧（直列電圧）をメモリし（Ｓ２０３）、変数ｍを１減算して（Ｓ２０５）、変数ｍが０かどうかをチェックする（Ｓ２０７）。変数ｍが０でなかったときは（Ｓ２０７；Ｎ）、メモリされている選択組合せＶselectとｍ番目の組合せＮo.ｍとを比較するＳ２０９〜Ｓ２１９の処理を実行してＳ２０５へ戻る。
【００３８】
Ｓ２０９では、組合せＮo.ｍの電池電圧が、選択組合せＶselectの電池電圧以上であるかどうかをチェックする。組合せＮo.ｍの電池電圧が選択組合せＶselectの電池電圧以上でなかったときは、Ｓ２０５へ戻る（Ｓ２０９；Ｎ）。組合せＮo.ｍの電池電圧が選択組合せＶselectの電池電圧以上であったときは、耐電圧Ｖmaxにより近い電池電圧となる組合せを選択するため、組合せＮo.ｍの電池電圧が選択組合せＶselectの電池電圧よりも高いか否かをチェックする（Ｓ２０９；Ｙ、Ｓ２１１）。組合せＮo.ｍの電池電圧が選択組合せＶselectの電池電圧よりも高かったときは、選択組合せＶselectに、この組合せＮo.ｍと組合せＮo.ｍに含まれる電池及び該電池の電池電圧（直列電圧）を上書きメモリし、Ｓ２０５へ戻る（Ｓ２１１；Ｙ、Ｓ２１９）。
【００３９】
組合せＮo.ｍの電池電圧が選択組合せＶselectの電池電圧以上であり、かつ選択組合せＶselectの電池電圧よりも高くなかったとき、即ち組合せＮo.ｍの電池電圧と選択組合せＶselectの電池電圧とが等しかったときは、電池個数がより少ない組合せを選択するため、組合せＮo.ｍの電池個数と選択組合せＶselectの電池個数とが同じか否かをチェックする（Ｓ２１１；Ｎ、Ｓ２１３）。
組合せＮo.ｍの電池個数と選択組合せＶselectの電池個数とが同じでなかったときは、組合せＮo.ｍの電池個数が選択組合せＶselectの電池個数よりも少ないか否かをチェックする（Ｓ２１３；Ｎ、Ｓ２１５）。組合せＮo.ｍの電池個数が選択組合せＶselectの電池個数よりも少なかったときは、選択組合せＶselectに、この組合せＮo.ｍと組合せＮo.ｍに含まれる電池及び該電池の電池電圧を上書きメモリし、Ｓ２０５へ戻る（Ｓ２１５；Ｙ、Ｓ２１９）。組合せＮo.ｍの電池個数が選択組合せＶselectの電池個数よりも少なくなかったときは、そのままＳ２０５へ戻る（Ｓ２１５；Ｎ）。
組合せＮo.ｍの電池個数と選択組合せＶselectの電池個数とが同じであったときは、端子電圧のより高い電池を含む組合せを選択するため、組合せＮo.ｍが選択組合せＶselectの電池よりも端子電圧の高い電池を含むか否かをチェックする（Ｓ２１３；Ｙ、Ｓ２１７）。組合せＮo.ｍが選択組合せＶselectの電池よりも端子電圧の高い電池を含むときは、選択組合せＶselectに、この組合せＮo.ｍと組合せＮo.ｍに含まれる電池及び該電池の電池電圧を上書きメモリし、Ｓ２０５へ戻る（Ｓ２１７；Ｙ、Ｓ２１９）。組合せＮo.ｍが選択組合せＶselectの電池よりも端子電圧の高い電池を含まないときは、そのままＳ２０５へ戻る（Ｓ２１７；Ｎ）。
【００４０】
以上のＳ２０５〜Ｓ２１９の処理を繰返し、変数ｍが０になったときは、生成した全組合せと選択組合せＶselectとを比較したので、リターンする（Ｓ２０７；Ｎ）。このとき、選択組合せＶselectには、電気二重層コンデンサ２０の耐電圧Ｖmaxを超えない範囲で最大となる充電電圧Ｖchargeを供給する組合せであって、電池個数が最も少なく、かつ端子電圧の最も高い電池を含む組合せがメモリされている。
【００４１】
以上のように、第２実施形態では、端子電圧の１番高い電池と他の電池とを組合せて直列接続し、耐電圧Ｖmaxに近い充電電圧Ｖchargeで充電を行うので、併用する電池の端子電圧が耐電圧Ｖmaxより高くても、電気二重層コンデンサを複数個直列接続する必要がなく、また、電圧変換器等を用いずに電気二重層コンデンサ２０を充電することができる。
また第２実施形態では、端子電圧の１番高い電池と他の電池とを、端子電圧の高いものを優先的に組合せて充電するので、電池残量のばらつきを抑え、電池全体の使用効率をあげることができる。そのため、新品の電池と中古の電池が混在していても、端子電圧の低い電池はＳ１３３の処理によって電池の組合せ候補から除外されるため使われず、また、電池の端子電圧が終止電圧レベル（安全保障レベル）付近となれば電池残量なしと判断されるため、終止電圧レベル以下の電池の使用を防止して電池の液漏れ・機器の誤動作・機器の故障という事態を回避することができる。
また、端子電圧が所定レベル以下である電池がある場合に、端子電圧が所定レベル以下である電池と該電池の残量が少ないことを示す表示を表示部５９に表示させる構成にすれば、使用者に電池交換の注意を促すことができるので、新品の電池と中古の電池が混在している場合にも終止電圧レベル以下の電池の使用を防止することができる。
【００４２】
さらに第２実施形態では、電気二重層コンデンサ２０の充電時または電池電圧の低下時に昇圧回路５７を駆動するので、第１負荷６１の入力電圧変動を防止して第１負荷６１を安定動作させることができる。また第２実施形態では、第1実施形態と同様に、スイッチ８０をオンして第２負荷６３に電気二重層コンデンサ２０を接続すれば、電圧変換器等を用いずに、また電池収納部１０に電池Ｅ１〜Ｅ４が装着されていない状態でも第２負荷６３を駆動させることができる。
【００４３】
以上の第２実施形態において、本電源装置１００は、複数の電池を脱着可能な電池収納部１０を備えているが、電池収納部１０を電源装置１００に脱着可能な電池パックとして形成しても良いのは勿論である。また説明の便宜上、４個の電池Ｅ１〜Ｅ４を備えた場合について説明したが、これに限定されないのは勿論であり、電池は一次電池及び二次電池のどちらを使用してもよい。
また、電気二重層コンデンサ２０を積層することも可能である。その場合には、第２負荷６３としてより消費電力の大きい負荷を駆動させることができ、実用的である。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の電源装置は、電気二重層コンデンサの耐電圧を超えない範囲で最大となる充電電圧を供給する電池の組合せを設定し、該組合せの電池を用いて充電を行うので、耐電圧を上回る電源と併用する際にも、電気二重層コンデンサを複数個直列接続する必要がなく、また電圧変換器等を用いずに電気二重層コンデンサの充電が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の電気二重層コンデンサの充電装置の第１実施形態の主要構成をブロックで示す図である。
【図２】  第１実施形態における充電制御処理に関するフローチャートを示す図である。
【図３】  本発明の電気二重層コンデンサの充電装置の第２実施形態の主要構成をブロックで示す図である。
【図４】  同充電装置の電池収納部の概要を説明する図である。
【図５】  第２実施形態における充電制御処理の一部に関するフローチャートを示す図である。
【図６】  第２実施形態における充電制御処理の一部に関するフローチャートを示す図である。
【図７】  第２実施形態における充電制御処理で実行される組合せ選択処理に関するフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
１００  電源装置
１０  電池収納部
１０ａ  １０ｂ  １０ｃ  １０ｄ  接点端子
Ｅ１〜Ｅ４  電池
１１  第１スイッチ群（ＳＷ１０〜ＳＷ１９）
１３  第２スイッチ群（ＳＷ３１〜ＳＷ３４）
１５  第３スイッチ群（ＳＷ５１〜ＳＷ５４）
２０  電気二重層コンデンサ
３０  マイコン
３０ａ  Ａ／Ｄ変換器
３０ｂ  比較器
３０ｃ  ＲＡＭ
４１〜４５  電圧検出器
５１  ＤＣ／ＤＣ変換器
５３  周辺メモリ部
５５  操作部
５７  昇圧回路
５９  表示部
６１  第１負荷
６３  第２負荷
７０  スイッチ群（ＳＷ７１〜ＳＷ７４）
８０  スイッチ
【図１】
0003679681.tif 000003
【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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【図７】
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