(57)【要約】 【課題】    直列化された複数の電気二重層キャパシタの充電状態を、個別に監視するとともに、複数の充電状態の推移を検出できる、電気二重層キャパシタ装置の充電状態検出回路を提供する。【解決手段】  電気二重層キャパシタ２１〜２５の充電電圧の状態を取り出す充電状態取出部（充電状態取出回路１０１〜１０５）と、この充電状態取出部の出力により抵抗値が変化する抵抗回路４４と、この抵抗回路の抵抗値変化に応じた電圧を発生させる電圧発生回路５０と、この電圧発生回路に発生させた電圧を基準電圧と比較し、前記電気二重層キャパシタの充電を表す出力を発生する比較回路５８とを備えた構成である。【選択図】        図１
2006288078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気二重層キャパシタの充電電圧の状態を取り出す充電状態取出部と、
この充電状態取出部の出力により抵抗値が変化する抵抗回路と、
この抵抗回路の抵抗値変化に応じた電圧を発生させる電圧発生回路と、
この電圧発生回路に発生させた電圧を基準電圧と比較し、前記電気二重層キャパシタの充電を表す出力を発生する比較回路と、
を備えたことを特徴とする電気二重層キャパシタ装置の充電状態検出回路。
【請求項２】
電気二重層キャパシタに並列に接続され、前記電気二重層キャパシタの充電電圧が所定電圧に到達したとき、その電圧の到達を検出して導通するスイッチング素子と、
このスイッチング素子の導通に応じて抵抗値が変化する抵抗回路と、
この抵抗回路の抵抗値変化に応じた電圧を発生させる電圧発生回路と、
この電圧発生回路に発生させた電圧を基準電圧と比較し、前記電気二重層キャパシタの充電を表す出力を発生する比較回路と、
を備えたことを特徴とする電気二重層キャパシタ装置の充電状態検出回路。
【請求項３】
直列に接続された複数の電気二重層キャパシタを備える電気二重層キャパシタ装置の充電状態検出回路であって、
前記電気二重層キャパシタのそれぞれに並列に接続され、前記電気二重層キャパシタの充電電圧が所定電圧に到達したとき、その電圧の到達を検出して導通する複数のスイッチング素子と、
導通したスイッチング素子の数に応じた抵抗値を出力する抵抗回路と、
この抵抗回路の抵抗値に応じた電圧を発生させる電圧発生回路と、
この電圧発生回路に発生させた電圧を第１の基準電圧と比較し、前記電気二重層キャパシタの何れかが所定電圧に充電したことを表す出力を発生する第１の比較回路と、
前記電圧発生回路に発生させた電圧を第２の基準電圧と比較し、前記電気二重層キャパシタの全てが所定電圧に充電したことを表す出力を発生する第２の比較回路と、
を備えたことを特徴とする電気二重層キャパシタ装置の充電状態検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一又は複数の電気二重層キャパシタを備える電気二重層キャパシタ装置の充電状態検出回路に関する。
【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、直列化して電気二重層キャパシタ装置とすることにより、高耐圧化を図っている。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。そのため、電気二重層キャパシタ装置を構成する各電気二重層キャパシタの充電電圧は、耐圧を超えないように制御し、その充電状況を監視することが必要である。
【０００３】
このような電気二重層キャパシタ装置に関し、複数の電気二重層キャパシタを直列化した電気二重層キャパシタ装置には、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重要である。
【０００４】
従来、このような電気二重層キャパシタ装置に用いられる充電状態検出回路では、各電気二重層キャパシタに対して充電状態を監視するための回路が必要である。
【０００５】
このような電気二重層キャパシタの充電電圧の検出ないし監視に関し、電気二重層キャパシタに分圧回路を接続し、その分圧電圧を比較器で基準電圧と比較することにより、充電電圧の状態を検出するものとして例えば、特許文献１、２がある。
【特許文献１】実用新案登録第２５７５３５８号公報
【特許文献２】特開平６−２６１４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、このように電気二重層キャパシタに個別に充電状態を検出するための回路を設置することは電気二重層キャパシタの設置数に応じて検出回路が必要となり、コストを増大させる。しかも、電気二重層キャパシタ毎に検出回路を設置すると、検出回路の信頼性維持も検出精度を高める上で重要である。このような課題について、特許文献１、２にはその開示はなく、その解決手段についても開示や示唆はない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、直列化された複数の電気二重層キャパシタの充電状態を、個別に監視するとともに、複数の充電状態の推移を検出できる、電気二重層キャパシタ装置の充電状態検出回路を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、電気二重層キャパシタ装置の充電状態検出回路の構成の簡略化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明の構成は、以下の通りである。
【００１０】
本発明の電気二重層キャパシタ装置の充電状態検出回路は、電気二重層キャパシタの充電電圧の状態を取り出す充電状態取出部と、この充電状態取出部の出力により抵抗値が変化する抵抗回路と、この抵抗回路の抵抗値変化に応じた電圧を発生させる電圧発生回路と、この電圧発生回路に発生させた電圧を基準電圧と比較し、前記電気二重層キャパシタの充電を表す出力を発生する比較回路とを備えた構成である。
【００１１】
斯かる構成によれば、充電状態取出部により取り出された充電状態出力を抵抗回路で抵抗値変化に変換し、この抵抗値変化に応じた電圧を電圧発生回路で発生させ、これを基準電圧と比較することにより、電気二重層キャパシタの充電状態を表す検出出力が得られる。
【００１２】
本発明の電気二重層キャパシタ装置の充電状態検出回路は、電気二重層キャパシタに並列に接続され、前記電気二重層キャパシタの充電電圧が所定電圧に到達したとき、その電圧の到達を検出して導通するスイッチング素子と、このスイッチング素子の導通に応じて抵抗値が変化する抵抗回路と、この抵抗回路の抵抗値変化に応じた電圧を発生させる電圧発生回路と、この電圧発生回路に発生させた電圧を基準電圧と比較し、前記電気二重層キャパシタの充電を表す出力を発生する比較回路とを備えた構成である。
【００１３】
斯かる構成によれば、電気二重層キャパシタの充電電圧が所定電圧に到達したとき、スイッチング素子が導通し、このスイッチング素子の導通を抵抗回路の抵抗値変化に変換する。この抵抗値変化に応じた電圧を電圧発生回路で発生させ、これを基準電圧と比較することにより、電気二重層キャパシタの充電状態を表す検出出力が得られている。
【００１４】
本発明の電気二重層キャパシタ装置の充電状態検出回路は、直列に接続された複数の電気二重層キャパシタの充電状態検出回路であって、前記電気二重層キャパシタのそれぞれに並列に接続され、前記電気二重層キャパシタの充電電圧が所定電圧に到達したとき、その電圧の到達を検出して導通する複数のスイッチング素子と、導通したスイッチング素子の数に応じた抵抗値を出力する抵抗回路と、この抵抗回路の抵抗値に応じた電圧を発生させる電圧発生回路と、この電圧発生回路に発生させた電圧を第１の基準電圧と比較し、前記電気二重層キャパシタの何れかが所定電圧に充電したことを表す出力を発生する第１の比較回路と、前記電圧発生回路に発生させた電圧を第２の基準電圧と比較し、前記電気二重層キャパシタの全てが所定電圧に充電したことを表す出力を発生する第２の比較回路とを備えた構成である。
【００１５】
斯かる構成によれば、複数の電気二重層キャパシタの何れかの１又は２以上又は全部の充電電圧が所定電圧に到達したとき、対応するスイッチング素子が導通し、そのスイッチング素子の導通が抵抗回路の抵抗値変化に変換される。この抵抗値変化に応じた電圧を電圧発生回路で発生させ、これを第１又は第２の基準電圧と比較する。これら基準電圧の値を電圧発生回路で発生する電圧に応じて設定しておけば、第１の基準電圧を電圧発生回路の電圧が越えた場合に第１の比較回路から出力が得られ、第２の基準電圧を電圧発生回路の電圧が越えた場合に第２の比較回路から出力が得られる。即ち、第１の比較回路から電気二重層キャパシタの何れか又は全部の充電電圧が所定電圧に到達したことを表す出力、第２の比較回路から電気二重層キャパシタの全部の充電電圧が所定電圧に到達したことを表す出力が得られる。これらの出力から複数の電気二重層キャパシタが例えば、満充電に到達したか否かを知ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、次の効果が得られる。
【００１７】
(1) 単一の電気二重層キャパシタ又は直列化された複数の電気二重層キャパシタの充電状態を、個別に監視するとともに、複数の充電状態の推移を検出でき、電気二重層キャパシタの充放電の制御等に用いることができる。
【００１８】
(2) 複数の電気二重層キャパシタに対応して電気二重層キャパシタの個数分の比較手段を設置する必要がなく、構成の簡略化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、実施形態に係る電気二重層キャパシタ装置の充電状態検出回路、図２は、シャントレギュレータの構成例を示している。
【００２０】
電気二重層キャパシタ装置２は、複写機、ファクシミリ装置、プリンタ装置等の電子情報からなる画像情報を紙等の提示媒体に記録等の提示を行う画像形成装置等の各種の負荷に直流電力を供給する直流電源装置として使用され、同一又は近似の静電容量を持つキャパシタで直列に接続された複数の電気二重層キャパシタとして例えば、５素子の電気二重層キャパシタ２１、２２、２３、２４、２５を備えている。これら電気二重層キャパシタ２１〜２５の直列回路には充電装置４が接続され、この充電装置４によって電気二重層キャパシタ装置２が充電される。この電気二重層キャパシタ装置２の出力電圧Ｖｃは出力端子６、８から取り出される。
【００２１】
また、各電気二重層キャパシタ２１〜２５には、充電状態を取り出すための充電状態取出回路１０１、１０２、１０３、１０４、１０５が並列に接続されている。各充電状態取出回路１０１、１０２、１０３、１０４、１０５の各構成について、例えば、充電状態取出回路１０１では、分圧抵抗１２、１４を以て分圧回路１６が構成され、この分圧回路１６には抵抗１８、フォトカプラ３１の発光ダイオード４０、スイッチング素子としてシャントレギュレータ４２からなる直列回路が並列に接続され、シャントレギュレータ４２の入力端子４２６（図２）には分圧回路１６から充電電圧の分圧電圧Ｖｄが加えられている。このシャントレギュレータ４２は、図２に示すように、演算増幅器４２０、トランジスタ４２２及び電圧源４２４で構成され、電圧源４２４で設定される基準電圧ＶREF を、入力端子４２６に加えられる分圧電圧Ｖｄが越えると、演算増幅器４２０にＨ出力が得られて、トランジスタ４２２が導通し、カソード端子４２８とアノード端子４３０とを短絡させる構成である。このような充電状態取出回路１０１及びシャントレギュレータ４２の構成は、充電状態取出回路１０２、１０３、１０４、１０５についても同様であり、充電状態取出回路１０２、１０３、１０４、１０５の出力を取り出すフォトカプラ３２、３３、３４、３５が設置されている。斯かる構成において、例えば、電気二重層キャパシタ２１の充電電圧が基準電圧Ｖｒに充電されると、それを表す分圧電圧Ｖｄによってシャントレギュレータ４２が導通して発光ダイオード４０に電流を流し、発光ダイオード４０が発光する。このような動作は他の電気二重層キャパシタ２２、２３、２４、２５の充電状態の取出しについても同様である。
【００２２】
また、充電状態取出回路１０１〜１０５に対応して抵抗回路４４が設置され、この抵抗回路４４にはシャントレギュレータ４２のスイッチングに伴って導通電流が流れるフォトカプラ３１〜３５の受光トランジスタ４６を介して抵抗４８１、４８２、４８３、４８４、４８５が並列に接続されている。各抵抗４８１、４８２、４８３、４８４、４８５の抵抗値をＲとすれば、この抵抗値Ｒは一定値として例えば、１０〔ｋΩ〕である。斯かる抵抗回路４４は、フォトカプラ３１〜３５の受光トランジスタ４６の導通に応じて各抵抗４８１〜４８５が接地される構成である。
【００２３】
この抵抗回路４４に生じる抵抗値変化に対応した電圧を発生させる手段として電圧発生回路５０が設置されている。この電圧発生回路５０は、演算増幅器５２を備え、この演算増幅器５２の正相入力端子（＋）と接地（ＧＮＤ）との間には、正相入力端子（＋）側を正極とする電圧源５４が接続されている。この電圧源５４の電圧Ｖｎは一定電圧として例えば、０．５〔Ｖ〕に設定されている。また、この演算増幅器５２の逆相入力端子（−）と接地（ＧＮＤ）との間には、既述の抵抗回路４４が接続され、演算増幅器５２の出力端子と逆相入力端子（−）との間には抵抗５６が接続され、この抵抗５６の抵抗値をＲとすると、この抵抗値Ｒは抵抗４８１〜４８５と同一の抵抗値として例えば、１０〔ｋΩ〕に設定されている。
【００２４】
この演算増幅器５２の出力側には比較回路５８が設置され、この比較回路５８では、第１のコンパレータ６１が設置されているとともに、第２のコンパレータ６２が設置されている。コンパレータ６１は電気二重層キャパシタ２１〜２５の何れかが所定電圧例えば、満充電に到達した場合の検出手段であり、コンパレータ６２は電気二重層キャパシタ２１〜２５の全てが所定電圧例えば、満充電に到達した場合の検出手段である。そこで、コンパレータ６１、６２には、その正相入力端子（＋）に演算増幅器５２の出力電圧Ｖｏが加えられ、コンパレータ６１の逆相入力端子（−）と接地との間には、電圧源６４が接続され、第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１として例えば、０．７５〔Ｖ〕が設定され、また、コンパレータ６２の逆相入力端子（−）と接地との間には、電圧源６６が接続され、第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２として例えば、２．７５〔Ｖ〕が設定されている。
【００２５】
斯かる構成によれば、電気二重層コンデンサ２１〜２５の何れか１つ例えば、電気二重層コンデンサ２１が満充電に到達し、フォトカプラ３１の発光ダイオード４０が発光すると、それを検出したフォトカプラ３１の受光トランジスタ４６が導通し、抵抗４８１に電流が流れる。抵抗４８１の抵抗値Ｒは、抵抗５６と同一値であるから、演算増幅器５２の平衡動作により、逆相入力端子（−）の電圧が０．５〔Ｖ〕に到達し、その出力端子には出力電圧Ｖo として１〔Ｖ〕が発生する。この出力電圧Ｖｏ＝Ｖ１（＝１〔Ｖ〕）は、Ｖｒｅｆ１（＝０．７５〔Ｖ〕）＜Ｖ１（＝１〔Ｖ〕）＜Ｖｒｅｆ２（＝２．７５〔Ｖ〕）であるから、コンパレータ６１の出力が反転し、コンパレータ６１の出力端子６８には電気二重層キャパシタ２１〜２５の何れかが満充電に到達したことを表すＨ出力が得られる。
【００２６】
また、電気二重層キャパシタ２１〜２５の中の２つが満充電に到達すると、例えば、抵抗４８１、４８２に電流が流れる。各抵抗４８１、４８２の合成抵抗値Ｒｓは、Ｒｓ＝１０〔ｋΩ〕／２＝５〔ｋΩ〕となる。同様に、演算増幅器５２の平衡動作により、逆相入力端子（−）の電圧は０．５〔Ｖ〕となり、出力電圧Ｖo は、Ｖo ＝０．５〔Ｖ〕×１５〔ｋΩ〕÷５〔ｋΩ〕＝１．５〔Ｖ〕＝Ｖ２となる。この出力電圧Ｖ２（＝１．５〔Ｖ〕）は、Ｖｒｅｆ１（＝０．７５〔Ｖ〕）＜Ｖ２（＝１．５〔Ｖ〕）＜Ｖｒｅｆ２（２．７５〔Ｖ〕）であるから、コンパレータ６１の出力が反転し、コンパレータ６１の出力端子６８には電気二重層キャパシタ２１〜２５の中の２つが満充電に到達したことを表すＨ出力が得られる。
【００２７】
また、電気二重層キャパシタ２１〜２５の中の３つが満充電に到達すると、例えば、抵抗４８２、４８４、４８５に電流が流れる。各抵抗４８２、４８４、４８５の合成抵抗値Ｒｓは、Ｒｓ＝１０〔ｋΩ〕／３〔ｋΩ〕となり、演算増幅器５２の出力電圧Ｖo は、Ｖo ＝０．５〔Ｖ〕×（１０〔ｋΩ〕／３＋１０）÷１０〔ｋΩ〕／３＝２〔Ｖ〕＝Ｖ３となる。この出力電圧Ｖ３（＝２〔Ｖ〕）は、Ｖｒｅｆ１（＝０．７５〔Ｖ〕）＜Ｖ３（＝２〔Ｖ〕）＜Ｖｒｅｆ２（＝２．７５〔Ｖ〕）であるから、コンパレータ６１の出力が反転し、コンパレータ６１の出力端子６８には電気二重層キャパシタ２１〜２５の中の３つが満充電に到達したことを表すＨ出力が得られる。
【００２８】
また、電気二重層キャパシタ２１〜２５の中の４つが満充電に到達すると、例えば、抵抗４８１、４８３、４８４、４８５に電流が流れる。各抵抗４８１、４８３、４８４、４８５の合成抵抗値Ｒｓは、Ｒｓ＝１０〔ｋΩ〕／４〔ｋΩ〕となり、演算増幅器５２の出力電圧Ｖo は、Ｖo ＝０．５〔Ｖ〕×（１０〔ｋΩ〕／４＋１０）÷１０〔ｋΩ〕／４＝２．５〔Ｖ〕＝Ｖ４となる。この出力電圧Ｖ４（＝２．５〔Ｖ〕）は、Ｖｒｅｆ１（＝０．７５〔Ｖ〕）＜Ｖ４（＝２．５〔Ｖ〕）＜Ｖｒｅｆ２（＝２．７５〔Ｖ〕）であるから、コンパレータ６１の出力が反転し、コンパレータ６１の出力端子６８には電気二重層キャパシタ２１〜２５の中の４つが満充電に到達したことを表すＨ出力が得られる。
【００２９】
そして、電気二重層キャパシタ２１〜２５の全てが満充電に到達すると、抵抗４８１〜４８５に電流が流れる。各抵抗４８１〜４８５の合成抵抗値Ｒｓは、Ｒｓ＝１０〔ｋΩ〕／５＝２〔ｋΩ〕となり、演算増幅器５２の出力電圧Ｖo は、Ｖo ＝０．５〔Ｖ〕×１２〔ｋΩ〕÷２〔ｋΩ〕＝３〔Ｖ〕＝Ｖ５となる。この出力電圧Ｖ５（＝３〔Ｖ〕）は、Ｖｒｅｆ１（＝０．７５〔Ｖ〕）＜Ｖｒｅｆ２（＝２．７５〔Ｖ〕＜Ｖ５（＝３〔Ｖ〕）であるから、コンパレータ６１及びコンパレータ６２の各出力が反転し、コンパレータ６２の出力端子７０には電気二重層キャパシタ２１〜２５の全てが満充電に到達したことを表すＨ出力が得られる。即ち、ＡＮＤ出力が得られる。
【００３０】
このような動作について、図３の（Ａ）には、電気二重層キャパシタ装置２の充電電圧の推移、図３の（Ｂ）には、電圧発生回路５０の出力電圧Ｖｏ（＝Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５）の推移及び基準電圧Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２、図３の（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）には、コンパレータ６１から得られるＯＲ出力、図３の（Ｇ）には、コンパレータ６２から得られるＡＮＤ出力が示されている。
【００３１】
そして、上記動作は表１に示す通りである。
【００３２】
【表１】
2006288078.tif 000003
【００３３】
以上述べた通り、このような電気二重層キャパシタ装置２の充電状態検出回路によれば、電気二重層キャパシタ２１〜２５に個別に比較器を設置することなく、簡単な構成で各電気二重層キャパシタ２１〜２５の充電状態を表す出力を取り出すことができる。しかも、基準電圧の設定は単純化されるので、検出精度を高めることができる。
【００３４】
なお、上記の実施の形態では、抵抗値Ｒ＝１０〔ｋΩ〕、基準電圧Ｖｎ＝０．５〔Ｖ〕、基準電圧Ｖｒｅｆ１＝０．７５〔Ｖ〕、基準電圧Ｖｒｅｆ２＝２．７５〔Ｖ〕としたが、これらの値は一例であって、任意に設定することができる。
【００３５】
以上述べたように、本発明の最も好ましい実施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】
【００３６】
本発明によれば、単一又は複数の電気二重層コンデンサ等のキャパシタの充電に関し、その充電状態を容易且つ簡単に検出でき、有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態に係る電気二重層キャパシタ装置の充電状態検出回路の構成例を示す回路図である。
【図２】シャントレギュレータの構成例を示す回路図である。
【図３】電気二重層キャパシタ装置及び充電状態検出回路の動作を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
２  電気二重層キャパシタ装置
２１〜２５  電気二重層キャパシタ
４  充電装置
１０１〜１０５  充電状態取出回路
４０  発光ダイオード
４２  シャントレギュレータ（スイッチング素子）
４４  抵抗回路
４６  受光トランジスタ
５０  電圧発生回路
５８  比較回路
【図１】
2006288078.tif 000004
【図２】
2006288078.tif 000005
【図３】
2006288078.tif 000006