(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコンデンサを接続して一対の電極端子から電圧を出力するように構成されたコンデンサブロックと、該電極端子と接続して該コンデンサブロックを充電する定電流電源と、該コンデンサブロックの電極端子間の電圧を検出する第１の電圧検出手段と、該電極端子間に流れる電流を各コンデンサの箇所でバイパスするバイパス手段と、各コンデンサの端子間電圧を検出する第２の電圧検出手段と、充電時に該第２の電圧検出手段によって検出される端子間電圧が予め定めた充電完了目標値以上となったコンデンサを、該コンデンサに対応したバイパス手段によりバイパスさせるバイパス制御手段と、充電開始後前記第１の電圧検出手段により検出される前記電極端子間の電圧が所定時間以上所定電圧以下となったときに充電を終了する充電制御手段とからなり、
前記充電制御手段は、前記コンデンサブロックを構成する各コンデンサの充電完了目標値を変更可能に保持するデータテーブルを有して、充電条件に応じて該充電完了目標値を変更し、前記バイパス制御手段は、前記第２の電圧検出手段によって検出される端子間電圧が該データテーブルに保持された充電完了目標値以上となったコンデンサをバイパスさせることを特徴とするコンデンサの充電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、複数のコンデンサを接続して構成されたコンデンサブロックを充電するコンデンサの充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数のコンデンサを接続して構成されたコンデンサブロックを充電する装置としては、各コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出手段と、端子間電圧が所定値（充電完了目標値）となったコンデンサをバイパスさせて該コンデンサの充電を終了させ、該コンデンサを構成する全てのコンデンサがバイパスされたときに該コンデンサブロックの充電を終了するようにしたものが知られている（特開平６─２６１４５２号）。この装置において、該コンデンサブロックの満充電を検知する方法として、以下の３種類が開示されている。
【０００３】
１つ目は、全てのコンデンサがバイパスされたことを各バイパス回路の動作信号の論理和を取ることで満充電を認識する方法、２つ目は予め各コンデンサの容量のばらつきを５％程度に抑えて、各コンデンサのバイパスがほぼ同時に行われるようにしておき、１個のコンデンサがバイパスされたときに、全てのコンデンサが満充電されたものと判断する方法、３つ目は充電電流に交流波形を重畳させてその振幅を監視し、全てのコンデンサがバイパスされたときに該振幅が急激に減少することにより満充電を検知する方法である。
【０００４】
ここで、電気自動車等の電源として使用される電気二重層コンデンサの定格は３Ｖ程度であり、通常数十から数百個のコンデンサを直列に接続して使用される。そのため、前記１つ目の方法では論理回路が大きなものとなり、２つ目の方法ではコンデンサの容量のばらつきを抑えるのが難しく、３つ目の方法では交流波形の重畳回路と振幅検出回路が必要となるとともに検知精度が低いという不都合があった。
【０００５】
また、前記装置では各コンデンサの充電完了目標値はハード構成により設定された半固定値であるため、充放電を繰り返すこと等によりコンデンサの容量が減少したときに、充電完了目標値を変更するのが面倒であるという不都合があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記不都合を解消し、簡単な装置構成で容易に満充電を検知でき、また、コンデンサの容量の変化に対応して、充電目標電圧を変更することのできるコンデンサの充電装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、複数のコンデンサを接続して一対の電極端子から電圧を出力するように構成されたコンデンサブロックと、該電極端子と接続して該コンデンサブロックを充電する定電流電源と、該コンデンサブロックの電極端子間の電圧を検出する第１の電圧検出手段と、該電極端子間に流れる電流を各コンデンサの箇所でバイパスするバイパス手段と、各コンデンサの端子間電圧を検出する第２の電圧検出手段と、充電時に該第２の電圧検出手段によって検出される端子間電圧が予め定めた充電完了目標値以上となったコンデンサを、該コンデンサに対応したバイパス手段によりバイパスさせるバイパス制御手段と、充電開始後前記第１の電圧検出手段により検出される前記電極端子間の電圧が所定時間以上所定電圧以下となったときに充電を終了する充電制御手段とからなり、前記充電制御手段は、前記コンデンサブロックを構成する各コンデンサの充電完了目標値を変更可能に保持するデータテーブルを有して、充電条件に応じて該充電完了目標値を変更し、前記バイパス制御手段は、前記第２の電圧検出手段によって検出される端子間電圧が該データテーブルに保持された充電完了目標値以上となったコンデンサをバイパスさせることを特徴とする。
【０００８】
かかる本発明によれば、充電を開始して各コンデンサの端子間電圧が上昇するにつれて、前記第１の電圧検出手段によって検出される前記コンデンサブロックの出力端子間電圧も上昇する。そして充電が進み、該コンデンサブロックを構成する各コンデンサがバイパスされる度に前記第１の電圧検出手段により検出される該コンデンサブロックの電極端子間の電圧は降下する。そして全てのコンデンサがバイパスされたときには、該コンデンサブロックの電極端子間電圧は、前記定電圧電源から供給される一定電流と配線抵抗によって定まる一定値となる。したがって、前記所定電圧をこの一定値よりも若干高い程度の値に設定することで、該コンデンサブロックの満充電を容易に検知することができる。そのため、満充電を検知するための論理回路や、交流波形の重畳回路が不要であり、また、該コンデンサブロックを構成する各コンデンサの充電完了目標値を個別に設定するので、各コンデンサの容量を予め揃えておく必要もない。
【００１０】
さらに、本発明によれば、前記コンデンサブロック或いは該コンデンサブロックを構成する各コンデンサの充電条件の変化に応じて、各コンデンサの充電完了目標値を任意に設定できる。そのため、コンデンサの変化を予め想定して該充電完了目標値に余裕を持たせる必要がなく、各条件下における各コンデンサの定格まで使用して充電を行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例を図１〜図３を参照して説明する。図１は本発明のコンデンサの充電装置の構成図、図２は図１に示したコンデンサの充電装置によるコンデンサの充電状態を示すグラフ、図３は図１に示したコンデンサの充電装置の動作を示すフローチャートである。
【００１２】
図１に示したコンデンサの充電装置は、３個のコンデンサ１を直列に接続して一対の電極端子２，３から電圧を出力するように構成されたコンデンサブロック４を定電流電源５に接続して充電するものである。バイパス手段６は、電極端子２，３間に流れる充電電流Ｉを各コンデンサ１の箇所でバイパスする。バイパス手段６と接続され、比較器で構成されるバイパス制御手段７は、第２の電圧検出手段８によって検出されるコンデンサ１の端子間電圧と充電制御手段９に備えたデータテーブル１０に保持された充電完了目標値をＤ／Ａコンバータ１１で変換した電圧とを入力してこれらを比較する。
【００１３】
そしてバイパス制御手段７は、コンデンサ１の端子間電圧が前記充電完了目標値以上となったときに、バイパス手段６を介してコンデンサ１への電流の供給を遮断し、コンデンサ１の充電を終了させる。
【００１４】
バイパス手段６は、反転素子１２と、と充電ＦＥＴ１３と、バイパスＦＥＴ１４とからなる。バイパス制御手段７からの出力がローレベルであるときは反転素子１２を介してハイレベル電圧が充電ＦＥＴ１３のゲートに印加されるので充電ＦＥＴ１３がＯＮし、バイパスＦＥＴ１４のゲートにはローレベル電圧が印加されるので、バイパスＦＥＴ１４はＯＦＦする。そのため、コンデンサ１に電流が流れてコンデンサ１が充電される。
【００１５】
一方、バイパス制御手段７からの出力がハイレベルであるときには反転素子１２を介してローレベル電圧が充電ＦＥＴ１３のゲートに印加されるので充電ＦＥＴ１３はＯＦＦし、バイパスＦＥＴ１４のゲート端子にはハイレベル電圧が印加されるので、バイパスＦＥＴ１４がＯＮする。そのため、それまでコンデンサ１に流れていた電流はバイパスＦＥＴ１４に流れるようになり、コンデンサ１の充電が中断される。
【００１６】
充電制御手段９は図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ等からなり、充電スイッチ１５を介してコンデンサブロック４と定電流電源５との接続及び遮断を行い、第１の電圧検出手段１６によって検出されるコンデンサブロック４の電極端子２，３間の電圧を、Ａ／Ｄコンバータ１７を介して入力する。充電制御手段９のＲＡＭ上に設定されたデータテーブル１０は、コンデンサ１のそれぞれに対応した充電完了目標値を保持する。
【００１７】
図２のグラフは、充電開始から終了までの第１の電圧検出手段１６により検出されるコンデンサブロック４の電極端子２，３間の電圧の変化を示しており、縦軸は電圧、横軸は時間である。尚、説明の簡単のため、コンデンサブロック４は３個のコンデンサＣ１  、Ｃ２  、Ｃ３  からなり、Ｔ０  で充電が開始されてから、Ｃ１  、Ｃ２  、Ｃ３  の順に前記充電完了目標値に到達するものとする。
【００１８】
Ｔ０  で充電が開始されると、図２のＴ０  〜Ｔ２  に示すように、充電電荷量の増加に応じて各コンデンサＣ１  、Ｃ２  、Ｃ３  の端子間電圧が上昇するので、第１の電圧検出手段１６によって検出されるコンデンサブロック４の電極端子２，３間の電圧が上昇する。その後充電が進み、第２の電圧検出手段８によって検出される端子間電圧が、データテーブル１０に保持された充電完了目標値以上となったコンデンサＣ１  、Ｃ２  、Ｃ３  がＴ２  、Ｔ３  、Ｔ４  でそれぞれバイパス制御手段７によりバイパス手段６を介してバイパスされる。
【００１９】
コンデンサＣ１  、Ｃ２  、Ｃ３  がバイパスされる度に、第１の電圧検出手段１６によって検出されるコンデンサブロック４の電極端子２，３間の電圧は、バイパスされたコンデンサＣ１  、Ｃ２  、Ｃ３  の端子間電圧分だけ下降する。そして、コンデンサＣ１  、Ｃ２  、Ｃ３  が全てバイパスされたＴ４  以降は、定電流電源５から供給される一定電流とバイパスＦＥＴ１４の抵抗等とによって定まる一定電圧Ｖ１  となる。そのため、充電制御手段９は、第１の電圧検出手段１６によって検出されるコンデンサブロック４の電極端子２，３間の電圧が、Ｖ１  以上の所定値Ｖ２  以下となった状態が所定時間以上続いたときに、コンデンサＣ１  、Ｃ２  、Ｃ３  が全てバイパスされたと判断して満充電を検知することができる。尚、該所定時間を〔Ｔ１  ─Ｔ０  〕以上の時間に設定することで、充電開始直後Ｔ０  〜Ｔ１  までのコンデンサブロック４の電極端子２，３間の電圧がＶ２  以下である状態と、コンデンサＣ１  、Ｃ２  、Ｃ３  が全てバイパスされて（満充電されて）コンデンサブロック４の電極端子２，３間の電圧がＶ２  以下になったＴ４  以降の状態とを区別することができる。
【００２０】
次に、本実施形態のコンデンサの充電装置の動作を図３に示したフローチャートに従って説明する。コンデンサブロック４の充電が開始されると、ＳＴＥＰ１で、バイパス制御手段７は、第２の電圧検出手段８によって検出される各コンデンサ１の端子間電圧と、データテーブル１０に保持された各コンデンサ１の充電完了目標値とを比較する。そして、端子間電圧が充電完了目標値以上となったコンデンサ１があったときは、ＳＴＥＰ６に進んで、バイパス制御手段７が該コンデンサ１をバイパス手段６によってバイパスさせる。一方、端子間電圧が充電完了目標値以上となったコンデンサ１がなかったときには、ＳＴＥＰ２に進んで、充電制御手段９が第１の電圧検出手段１６によって検出されるコンデンサブロック４の電極端子２，３間の電圧と、図２のグラフに示した所定値Ｖ２  とを比較する。
【００２１】
ＳＴＥＰ２で、第１の電圧検出手段１６によって検出されるコンデンサブロック４の電極端子２，３間の電圧が前記Ｖ２  以上であるときは、コンデンサブロック４を構成するコンデンサ１がまだ全てバイパスされていない状態であるので、ＳＴＥＰ１に分岐して、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ２のループで、全てのコンデンサ１がバイパスされるのを待つ。一方、ＳＴＥＰ２で、コンデンサブロック４の電極端子２，３間の電圧が前記Ｖ２  以上となったときには、コンデンサブロック４は、図２に示したグラフにおいて、充電開始直後のＴ０  〜Ｔ１  の状態▲１▼であるか、全てのコンデンサ１がバイパスされたＴ４  以降の状態▲２▼のいずれかの状態にある。
【００２２】
ＳＴＥＰ３〜ＳＴＥＰ５はこの状態▲１▼と状態▲２▼とを区別するための処理である。ＳＴＥＰ３では、図２の〔Ｔ１  ─Ｔ０  〕以上の所定値を設定時間とするタイマを起動する。ＳＴＥＰ４で該タイマがタイムアップしたときに、前記状態▲１▼の場合は、充電が進むためコンデンサブロック４の電極端子２，３間の電圧はＶ２  よりも上昇しているが、前記状態▲２▼の場合はコンデンサブロック４を構成するコンデンサ１が全てバイパスされて充電が終了しているため、コンデンサブロック４の電極端子２，３間の電圧は変化せず、Ｖ２  以下のままである。したがって、ＳＴＥＰ５で、コンデンサブロック４の電極端子２，３間の電圧がＶ２  以下であるときに、充電制御手段９はコンデンサブロック４が満充電されたと判断し、充電スイッチ１５をＯＦＦして、充電を終了する。
【００２３】
このように、本実施形態によれば第１の電圧検出手段１６によって検出されるコンデンサブロック４の電極端子２，３間の電圧が一定時間以上、所定電圧以下となることをもってコンデンサブロック４の満充電を検知する。そのため、満充電を検知するための論理回路や、交流波形の重畳回路といった付加回路が不要であり、装置を小型化できる。
【００２４】
また、本実施形態によれば、各コンデンサ１に対応した充電完了目標値が、充電制御手段９のＲＡＭ上で構成されたデータテーブル１０にソフトにて設定されるため、ポテンショメータや抵抗トリミング等により、ハード回路にて該充電完了目標値を設定するときのような煩わしさがない。
【００２５】
更に、データテーブル１０に設定された各コンデンサ１の充電完了目標値は、容易に変更が可能であるため、充電条件に応じて最適な値に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態の構成図。
【図２】コンデンサブロックの充電状態の推移を示すグラフ。
【図３】図１に示した充電装置の動作を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…コンデンサ、２，３…電極端子、４…コンデンサブロック、５…定電流電源、６…バイパス手段、７…バイパス制御手段、８…第２の電圧検出手段、９…充電制御手段、１０…データテーブル、１１…Ｄ／Ａコンバータ、１２…反転素子、１３…充電ＦＥＴ、１４…バイパスＦＥＴ、１５…充電スイッチ、１６…第１の電圧検出手段、１７…Ａ／Ｄコンバータ
【図１】
0003599926.tif 000002
【図２】
0003599926.tif 000003
【図３】
0003599926.tif 000004