(57)【要約】【課題】電気二重層キャパシタモジュールの直列接続数に依存せず、多段階での出力電圧制御を可能とする電源システムを提供する。【解決手段】２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、蓄電素子スイッチング回路と、第１スイッチ群と、を備えた回路モジュールと、回路モジュールの第１端子に接続された電源と、電源の電圧を検出する電圧検出手段と、電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、第１スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、を備え、電圧検出手段により検出される電源の電圧に応じて、スイッチ制御手段により第１スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、回路モジュールの第２端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、電源システムを提供する。【選択図】図９
2011050209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、蓄電素子スイッチング回路と、
前記蓄電素子スイッチング回路と第１端子との間に接続された、スイッチ群であって、該第１端子と第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態、の間での切り替えによって、該第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を段階的に調整するよう構成されたスイッチ群と、
を備えた回路モジュールと、
前記回路モジュールの第２端子に接続された蓄電モジュールと、
前記蓄電モジュールの電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、
を備え、前記電圧検出手段により検出される前記蓄電モジュールの電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、
電源システム。
【請求項２】
２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、蓄電素子スイッチング回路と、
前記蓄電素子スイッチング回路と第１端子との間に接続された、スイッチ群であって、該第１端子と第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態、の間での切り替えによって、該第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を段階的に調整するよう構成されたスイッチ群と、
を備えた回路モジュールと、
前記回路モジュールの第２端子に接続された蓄電モジュールと、
前記負荷の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、
を備え、前記電圧検出手段により検出される前記負荷の電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、
電源システム。
【請求項３】
２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、蓄電素子スイッチング回路と、
前記蓄電素子スイッチング回路と第１端子との間に接続された、スイッチ群であって、該第１端子と第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態、の間での切り替えによって、該第２端子に接続される負荷に印加させる電圧を段階的に調整するよう構成されたスイッチ群と、
を備えた回路モジュールと、
前記回路モジュールの第１端子に接続された蓄電モジュールと、
前記蓄電モジュールの電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、
を備え、前記電圧検出手段により検出される前記蓄電モジュールの電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第２端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、
電源システム。
【請求項４】
２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、蓄電素子スイッチング回路と、
前記蓄電素子スイッチング回路と第１端子との間に接続された、スイッチ群であって、該第１端子と第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態、の間での切り替えによって、該第２端子に接続される負荷に印加させる電圧を段階的に調整するよう構成されたスイッチ群と、
を備えた回路モジュールと、
前記回路モジュールの第１端子に接続された蓄電モジュールと、
前記負荷の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、
を備え、前記電圧検出手段により検出される前記負荷の電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第２端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、
電源システム。
【請求項５】
２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、蓄電素子スイッチング回路と、
前記蓄電素子スイッチング回路と第１端子との間に接続された、第１スイッチ群であって、該第１端子と第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態、の間での切り替えによって、該第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を段階的に調整するよう構成された第１スイッチ群と、
前記蓄電素子スイッチング回路と前記第２端子との間に接続された、第２スイッチ群であって、該第２端子と共通電位点とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる、２以上の接続状態の間での切り替えにより、前記第１スイッチ群の切り替えによって調整される前記負荷に印加される電圧の調整単位を決定するよう構成された、第２スイッチ群と、
を備えた回路モジュールと、
前記回路モジュールの第２端子に接続された蓄電モジュールと、
前記蓄電モジュールの電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記第１及び第２スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、
を備え、前記電圧検出手段により検出される前記蓄電モジュールの電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記第１及び第２スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、
電源システム。
【請求項６】
２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、蓄電素子スイッチング回路と、
前記蓄電素子スイッチング回路と第１端子との間に接続された、第１スイッチ群であって、該第１端子と第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態、の間での切り替えによって、該第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を段階的に調整するよう構成された第１スイッチ群と、
前記蓄電素子スイッチング回路と前記第２端子との間に接続された、第２スイッチ群であって、該第２端子と共通電位点とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる、２以上の接続状態の間での切り替えにより、前記第１スイッチ群の切り替えによって調整される前記負荷に印加される電圧の調整単位を決定するよう構成された、第２スイッチ群と、
を備えた回路モジュールと、
前記回路モジュールの第２端子に接続された蓄電モジュールと、
前記負荷の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記第１及び第２スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、
を備え、前記電圧検出手段により検出される前記負荷の電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記第１及び第２スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、
電源システム。
【請求項７】
２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第１蓄電素子スイッチング回路と、
前記第１蓄電素子スイッチング回路に含まれる１以上の蓄電素子とカスケードに接続された、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第２蓄電素子スイッチング回路と、
前記第２蓄電素子スイッチング回路と第１端子との間に接続された、スイッチ群であって、該第１端子と第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態、の間での切り替えによって、該第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を段階的に調整するよう構成されたスイッチ群と、
を備えた回路モジュールと、
前記回路モジュールの第２端子に接続された蓄電モジュールと、
前記蓄電モジュールの電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、
を備え、前記電圧検出手段により検出される前記蓄電モジュールの電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、
電源システム。
【請求項８】
２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第１蓄電素子スイッチング回路と、
前記第１蓄電素子スイッチング回路に含まれる１以上の蓄電素子とカスケードに接続された、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第２蓄電素子スイッチング回路と、
前記第２蓄電素子スイッチング回路と第１端子との間に接続された、スイッチ群であって、該第１端子と第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態、の間での切り替えによって、該第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を段階的に調整するよう構成されたスイッチ群と、
を備えた回路モジュールと、
前記回路モジュールの第２端子に接続された蓄電モジュールと、
前記負荷の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、
を備え、前記電圧検出手段により検出される前記負荷の電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、
電源システム。
【請求項９】
２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第１蓄電素子スイッチング回路と、
前記第１蓄電素子スイッチング回路に含まれる１以上の蓄電素子とカスケードに接続された、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第２蓄電素子スイッチング回路と、
前記第２蓄電素子スイッチング回路と第１端子との間に接続された、スイッチ群であって、該第１端子と第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態、の間での切り替えによって、該第２端子に接続される負荷に印加させる電圧を段階的に調整するよう構成されたスイッチ群と、
を備えた回路モジュールと、
前記回路モジュールの第１端子に接続された蓄電モジュールと、
前記蓄電モジュールの電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、
を備え、前記電圧検出手段により検出される前記蓄電モジュールの電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第２端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、
電源システム。
【請求項１０】
２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第１蓄電素子スイッチング回路と、
前記第１蓄電素子スイッチング回路に含まれる１以上の蓄電素子とカスケードに接続された、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第２蓄電素子スイッチング回路と、
前記第２蓄電素子スイッチング回路と第１端子との間に接続された、スイッチ群であって、該第１端子と第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態、の間での切り替えによって、該第２端子に接続される負荷に印加させる電圧を段階的に調整するよう構成されたスイッチ群と、
を備えた回路モジュールと、
前記回路モジュールの第１端子に接続された蓄電モジュールと、
前記負荷の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、
を備え、前記電圧検出手段により検出される前記負荷の電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第２端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、
電源システム。
【請求項１１】
２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第１蓄電素子スイッチング回路と、
前記第１蓄電素子スイッチング回路に含まれる１以上の蓄電素子とカスケードに接続された、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第２蓄電素子スイッチング回路と、
前記第２蓄電素子スイッチング回路と第１端子との間に接続された、第１スイッチ群であって、該第１端子と第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態、の間での切り替えによって、該第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を段階的に調整するよう構成された第１スイッチ群と、
前記第２蓄電素子スイッチング回路と前記第２端子との間に接続された、第２スイッチ群であって、該第２端子と共通電位点とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる、２以上の接続状態の間での切り替えにより、前記第１スイッチ群の切り替えによって調整される前記負荷に印加される電圧の調整単位を決定するよう構成された、第２スイッチ群と、
を備えた回路モジュールと、
前記回路モジュールの第２端子に接続された蓄電モジュールと、
前記蓄電モジュールの電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記第１及び第２スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、
を備え、前記電圧検出手段により検出される前記蓄電モジュールの電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記第１及び第２スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、
電源システム。
【請求項１２】
２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第１蓄電素子スイッチング回路と、
前記第１蓄電素子スイッチング回路に含まれる１以上の蓄電素子とカスケードに接続された、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第２蓄電素子スイッチング回路と、
前記第２蓄電素子スイッチング回路と第１端子との間に接続された、第１スイッチ群であって、該第１端子と第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態、の間での切り替えによって、該第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を段階的に調整するよう構成された第１スイッチ群と、
前記第２蓄電素子スイッチング回路と前記第２端子との間に接続された、第２スイッチ群であって、該第２端子と共通電位点とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる、２以上の接続状態の間での切り替えにより、前記第１スイッチ群の切り替えによって調整される前記負荷に印加される電圧の調整単位を決定するよう構成された、第２スイッチ群と、
を備えた回路モジュールと、
前記回路モジュールの第２端子に接続された蓄電モジュールと、
前記負荷の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記第１及び第２スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、
を備え、前記電圧検出手段により検出される前記負荷の電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記第１及び第２スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、
電源システム。
【請求項１３】
前記蓄電モジュールは、電気二重層キャパシタモジュール、リチウムイオンキャパシタ、二次電池、のうち少なくとも１つを含む、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の電源システム。
【請求項１４】
２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、蓄電素子スイッチング回路と、
第１スイッチ群と、
を備えた回路モジュールと、
前記回路モジュールの第１端子に接続された電源と、
前記電源の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記第１スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、
を備え、前記電圧検出手段により検出される前記電源の電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記第１スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第２端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、
電源システム。
【請求項１５】
２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、蓄電素子スイッチング回路と、
第１スイッチ群と、
を備えた回路モジュールと、
前記回路モジュールの第１端子に接続された電源と、
前記回路モジュールの第２端子に接続される負荷の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記第１スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、
を備え、前記電圧検出手段により検出される前記負荷の電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記第１スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、
電源システム。
【請求項１６】
２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを、それぞれが含む、第１段から第ｎ段までの（ｎは２以上の整数）蓄電素子スイッチング回路と、
第１スイッチ群と、
を備え、第ｋ段（ｋは２以上の整数）の前記蓄電素子スイッチング回路は、第ｋ−１段の前記蓄電素子スイッチング回路に含まれる１以上の蓄電素子とカスケード接続される回路モジュールと、
前記回路モジュールの第１端子に接続された電源と、
前記電源の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、
を備え、前記電圧検出手段により検出される前記電源の電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記第１スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第２端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、
電源システム。
【請求項１７】
２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを、それぞれが含む、第１段から第ｎ段までの（ｎは２以上の整数）蓄電素子スイッチング回路と、
第１スイッチ群と、
を備え、第ｋ段（ｋは２以上の整数）の前記蓄電素子スイッチング回路は、第ｋ−１段の前記蓄電素子スイッチング回路に含まれる１以上の蓄電素子とカスケード接続される回路モジュールと、
前記回路モジュールの第１端子に接続された電源と、
前記回路モジュールの第２端子に接続される負荷の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、
を備え、前記電圧検出手段により検出される前記負荷の電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記第１スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、
電源システム。
【請求項１８】
前記電源は、電気二重層キャパシタモジュール、リチウムイオンキャパシタ、二次電池のうち少なくとも１つを含む、請求項１４又は１７に記載の電源システム。
【請求項１９】
前記蓄電素子の各々は、キャパシタ又は二次電池を含む、請求項１４乃至１８のいずれか一項に記載の電源システム。
【請求項２０】
前記第１スイッチ群は、電子的スイッチから構成されたものである、請求項１４乃至１９のいずれか一項に記載の電源システム。
【請求項２１】
前記第１スイッチ群は、機械式スイッチから構成されたものである、請求項１４乃至１９のいずれか一項に記載の電源システム。
【請求項２２】
前記回路モジュールは第２スイッチ群を更に備え、該第２スイッチ群は、前記第１端子と、前記回路モジュール内の共通電位点と、を結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる、２以上の接続状態の間での切り替えをするよう構成されたスイッチ群である、請求項１４乃至２１のいずれか一項に記載の回路モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧変換装置に関する。より詳細には、本発明は、電源電圧を機器の動作電圧範囲内へと調整するために用いることができる回路モジュール、当該回路モジュールを用いた電源装置、及び当該電源装置を制御するための手段を備えた電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電力によって何らかの装置を動作させる際には、その装置の特性により決定される、所定の動作電圧範囲内で給電を行うことが必要である。電子機器類は個々の特性に応じた所定の電圧範囲内にて動作するが、その動作電圧範囲外では動作が不安定となるか、あるいは非動作となってしまうからである。特に、電気容量が極めて高い電気二重層キャパシタ（ハイブリッドキャパシタやレドックスキャパシタ等も含む）を電源として用いる場合は、電気二重層キャパシタにおける充放電の状態に応じた出力電圧の変動が従来の二次電池における変動よりも大きいため、変動する出力電圧を電子機器の動作範囲内電圧へと変換するための、何らかの電圧変換装置が必要となる。
【０００３】
電源から供給される電源電圧を動作電圧範囲内に変換するための手段としては、トランスやコイルを用いたＤＣ−ＤＣコンバータが、従来から広く用いられている。しかしながら、そのような構成の変圧器においては、コイルを含んだ回路サイズが比較的大きくなってしまうことや、鉄心等の構成部材に起因して変圧器全体としての重量が大きくなること、及び損失が大きくなること等の欠点が存在する。
【０００４】
そこで、図１に示すような、複数個の電気二重層キャパシタモジュールＣx1、Ｃx2、・・・、Ｃxn、Ｃy1、Ｃy2、・・・、Ｃymを直列に接続した電気二重層キャパシタバンクを用いて構成されるシステムにおいて、複数個の中間タップ出力端子とスイッチＳ0、Ｓ1、Ｓ2、・・・Ｓmを設けて、負荷に接続される電気二重層キャパシタモジュールの数をスイッチで切り替えることにより出力電圧の変動幅を小さくするようにした電気二重層キャパシタ電源装置が提案されている（特許文献１）。この回路は、電圧検出回路によって、電気二重層キャパシタモジュールＣx1、Ｃx2、・・・、Ｃxn、Ｃy1、Ｃy2、・・・、Ｃymの一部、又は全ての電圧を検出し、負荷に印加される電圧の変動が動作範囲に収まるよう比較判定回路で基準電圧と比較判定を行い、その判定結果に基づいてスイッチ制御回路がスイッチＳ0、Ｓ1、Ｓ2、・・・Ｓmを順次切り替えるように動作する。
【０００５】
動作時における負荷電圧を図２に示す。初期状態として、Ｓ0がオンとなっており、他のスイッチはオフである。よって負荷電圧はＣx1〜Ｃxnの電圧の和に等しい。放電の進行と共に負荷電圧は低下するが、電圧検出回路で検出された電気二重層キャパシタバンクの電圧が比較判定回路であらかじめ設定された値より低くなった場合、スイッチ制御回路を用いてＳ0をオフにすると同時にＳ1をオンにする。この時、負荷にはＣy1が新たに接続されることとなるので、負荷電圧は上昇する。このような一連の動作を繰り返すことで、負荷電圧をある任意の範囲内に調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２０９７７５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら前記の電源装置では、スイッチングにより出力電圧に寄与する電気二重層キャパシタモジュールの個数を変えることによって負荷電圧を制御するという方法をとっているため、多段階の負荷電圧制御を行うためには多数個の電気二重層キャパシタモジュールを直列接続する必要がある。電気二重層キャパシタモジュールの直列接続数が少ない場合、例えば図１の電源システムが２直列の電気二重層キャパシタモジュールで構成されている場合は、出力電圧を２段階でしか調節することができない。また、出力電圧の調整単位は電気二重層キャパシタモジュール１個の電圧と等しいため、出力電圧をきめ細やかに制御することが難しく、柔軟性に欠けていた。
【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、電気二重層キャパシタモジュールの電圧を分担するための蓄電素子を含んで構成された蓄電素子回路、及び、蓄電素子回路からの出力電圧を個々の蓄電素子電圧単位で段階的に調整するためのスイッチ群を備えた回路モジュールを提供する。蓄電素子回路を、スイッチトキャパシタシステムを構成する蓄電素子スイッチング回路とすることで、調整電圧単位を一定値とすることができる。この回路モジュールに電気二重層キャパシタモジュールを接続することで、電気二重層キャパシタモジュールの電圧よりも細かい調整単位での出力電圧調整を可能とする電源装置が提供される。
【０００９】
特に、蓄電素子スイッチング回路を、後述の実施例で説明するとおりカスケード接続された多段構成とすることで、より少ない素子数による、より微細な単位での出力電圧調整を可能とする。
【００１０】
本発明は、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第１蓄電素子スイッチング回路と、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第２蓄電素子スイッチング回路であって、第１蓄電素子スイッチング回路に含まれる１以上の蓄電素子とカスケードに接続された、第２蓄電素子スイッチング回路と、第２蓄電素子スイッチング回路と第１端子との間に接続された、スイッチ群と、を備えた回路モジュールと、回路モジュールの第２端子に接続された電源と、を備えた電源装置であって、スイッチ群は、スイッチ群に含まれるスイッチのいずれか１つをオンとすることによる、第１端子と第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態の間での切り替えによって、第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を段階的に調整するよう構成されたことを特徴とする、電源装置を提供する。
【００１１】
上記のとおり、複数の蓄電素子スイッチング回路をカスケード接続してシステムを構成することにより、少ない素子数での微細な電圧調整が可能となる。なお、後述の実施例において詳しく説明するとおり、第２蓄電素子スイッチング回路を、第１蓄電素子スイッチング回路中の、具体的にどの点においてカスケード接続するか、ということを適宜選択することにより、負荷電圧の調整単位を選択することが可能である。
【００１２】
また、本発明は、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第１蓄電素子スイッチング回路と、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第２蓄電素子スイッチング回路であって、前記第１蓄電素子スイッチング回路に含まれる１以上の蓄電素子とカスケードに接続された、第２蓄電素子スイッチング回路と、前記第２蓄電素子スイッチング回路と第１端子との間に接続された、スイッチ群と、を備えた回路モジュールと、前記回路モジュールの第１端子に接続された電源と、を備えた電源装置であって、前記スイッチ群は、スイッチ群に含まれるスイッチのいずれか１つをオンとすることによる、前記第１端子と前記第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態の間での切り替えによって、第２端子に接続される負荷に印加させる電圧を段階的に調整するよう構成されたことを特徴とする、電源装置を提供する。
【００１３】
電源を接続する端子を適宜変更することによっても、負荷電圧を調整することが可能である。後述する１実施例においては、電源と負荷をそれぞれ接続する各々の接続端子を交換することによって入出力電圧比値が交換前の値の逆数へと変わる。したがって、電源による供給電圧と負荷における動作電圧範囲との関係に応じて、電源電圧を昇圧しなければならない場合であっても、あるいは降圧しなければならない場合であっても、接続端子を適宜選択しつつ、本発明に係る電源装置を用いることが可能である。
【００１４】
また、本発明は、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第１蓄電素子スイッチング回路と、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第２蓄電素子スイッチング回路であって、前記第１蓄電素子スイッチング回路に含まれる１以上の蓄電素子とカスケードに接続された、第２蓄電素子スイッチング回路と、前記第２蓄電素子スイッチング回路と第１端子との間に接続された、第１スイッチ群と、前記第２蓄電素子スイッチング回路と第２端子との間に接続された、第２スイッチ群と、を備えた回路モジュールと、前記第２端子に接続された電源と、を備えた電源装置であって、前記第１スイッチ群は、第１スイッチ群に含まれるスイッチのいずれか１つをオンとすることによる、前記第１端子と前記第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態の間での切り替えによって、第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を段階的に調整するよう構成され、前記第２スイッチ群は、第２スイッチ群に含まれるスイッチのいずれか１つをオンとすることによる、前記第２端子と前記回路モジュール内の共通電位点とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる、２以上の接続状態、の間での切り替えをするよう構成され、前記第１スイッチ群の切り替えによって調整される前記負荷に印加される電圧の調整単位は、前記電源により供給される電源電圧と、前記第２スイッチ群の切り替えによって変更される、前記第２端子と前記共通電位点とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群の構成と、によって決定されることを特徴とする、電源装置を提供する。
【００１５】
回路モジュールに第２スイッチ群を備えることによって、負荷電圧調整単位のスイッチングによる変更を可能とした、実施形態である。
【００１６】
また、本発明は、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第１段から第ｎ段までの（ｎは２以上の整数）蓄電素子スイッチング回路と、第１スイッチ群と、を備えた回路モジュールであって、第ｋ段（ｋは２以上の整数）の前記蓄電素子スイッチング回路は、第ｋ−１段の前記蓄電素子スイッチング回路に含まれる１以上の蓄電素子とカスケード接続されており、前記第１スイッチ群は、前記回路モジュールの第１端子と第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態の間での切り替えをするよう構成されることを特徴とする、回路モジュールを提供する。
【００１７】
任意の数の蓄電素子スイッチング回路を用いて、本発明に係る回路モジュールを構成することが可能であって、特に蓄電素子スイッチング回路の数を増やすことにより、更なるきめ細やかな入出力電圧比の実現が可能となる。なお、各蓄電素子スイッチング回路内の蓄電素子に印加される電圧を、スイッチングによって均一化することにより、上記第１スイッチ群の切り替えによって負荷電圧を調整する際の調整刻みを一定とすることが可能となる。
【００１８】
具体的に、ｎ個の蓄電素子スイッチング回路を用いて回路モジュールを構成する場合において、第１段、第２弾…第ｎ段の各蓄電素子スイッチング回路が、それぞれＮ1個、Ｎ2個、…Ｎn個の直列接続された蓄電素子を備えているとすれば、後述の実施例において示されるとおり、入出力電圧比の単位としてとりうる最小値は１／（Ｎ1Ｎ2…Ｎn）となる。すなわち、回路モジュール全体としては、各段に用いる蓄電素子数の合計であるＮ1＋Ｎ2＋…＋Ｎnのおよそ２倍程度（電圧均一化のために用いられる蓄電素子を考慮した場合の因子であり、回路構成によっては２以外の値をとりうる。）の蓄電素子を用いることにより、上記最小値１／（Ｎ1Ｎ2…Ｎn）での微細な電圧調整が可能となる。
【００１９】
一方、同じ最小単位での電圧調整を１段構成のスイッチトキャパシタシステムにより行うためには、Ｎ1Ｎ2…Ｎn個のキャパシタを直列接続する必要があり、また電圧均一化のために用いられるキャパシタを考慮すれば、必要なキャパシタの合計数はＮ1Ｎ2…Ｎnのおよそ２倍程度となる。
【００２０】
具体的に、例えば電源電圧の１／１００単位での電圧調整を行う場合において、本発明に係る２段構成回路モジュールを用いるならば、必要な蓄電素子の個数は（１０＋１０）×２＝４０個程度（後述の実施形態と同様のスイッチトキャパシタシステムを各段に用いる場合は、３８個）となる。
【００２１】
一方で、同じ最小単位での電圧調整を１段構成のスイッチトキャパシタシステムにより行うならば、１００×２＝２００個程度のキャパシタが必要となる。
【００２２】
このように、本発明によれば電圧調整に必要な蓄電素子数を大幅に削減することが可能である。また同様に、必要なスイッチの数も大幅に削減される。
【００２３】
蓄電素子はキャパシタ又は二次電池であることが好ましい。さらに、蓄電素子の少なくとも一部は、２以上のキャパシタ又は二次電池からなる蓄電モジュールであってもよい。２以上のキャパシタ又は二次電池が直列・並列に接続されている場合であっても、合成容量を適切に計算することにより蓄電素子と同様に扱うことが可能である。
【００２４】
第１スイッチ群は、ＦＥＴ、サイリスタ、フォトＭＯＳリレー等を用いた電子的スイッチ（半導体スイッチ）から構成されたものであることが好ましい。あるいは、第１スイッチ群は、パワーリレー等、応答速度の遅い機械式スイッチから構成されたものであってもよい。
【００２５】
本発明に係る回路モジュールは、好ましくは第２スイッチ群を更に備える。第２スイッチ群は、第１端子又は第２端子と、回路モジュール内の共通電位点と、を結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる、２以上の接続状態の間での切り替えを可能とするスイッチ群である。
【００２６】
第２スイッチ群を用いることにより、本発明による電圧調整を更に改善することができる。具体的には、第２スイッチ群を用いたスイッチングにより、負荷電圧の調整単位を変更することが可能となる。
【００２７】
なお、上記回路モジュールには、電気二重層キャパシタモジュールに限らず、任意の電源を接続することが可能である。
【００２８】
また本発明は、上記電源装置に加えて当該電源装置を制御するための手段を備えた電源システムを提供する。この電源システムは、電気二重層キャパシタモジュール、リチウムイオンキャパシタ、二次電池などの蓄電モジュール、あるいは電源システムに接続される負荷の電圧を監視するための電圧検出手段と、蓄電モジュール、あるいは負荷の電圧が変動するに応じて適切なスイッチ切り替えを行い、出力電圧を動作電圧範囲内へと調整するための、スイッチ制御手段とを備える。
【００２９】
すなわち本発明は、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、蓄電素子スイッチング回路と、前記蓄電素子スイッチング回路と第１端子との間に接続された、スイッチ群であって、第１端子と第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態、の間での切り替えによって、第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を段階的に調整するよう構成されたスイッチ群と、を備えた回路モジュールと、前記回路モジュールの第２端子に接続された蓄電モジュールと、前記蓄電モジュールの電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、を備え、前記電圧検出手段により検出される前記蓄電モジュールの電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、電源システムを提供する。
【００３０】
上記構成の電源システムにおいて、多数の蓄電モジュールを直列接続する必要はない。またスイッチの切り替えにより、蓄電モジュールの電圧単位ではなく、蓄電素子電圧単位での負荷電圧調整が可能となる。後述の実施例で説明するとおり、各蓄電素子には蓄電モジュールの電圧が分担して印加されるので、本電源システムにより従来よりもきめ細やかな電圧調整が可能となる。
【００３１】
また本電源システムには電圧検出手段とスイッチ制御手段とが備えられているため、変動する蓄電モジュールの電圧に応じて随時スイッチ群の切り替えを行うことにより、常に出力電圧を負荷の動作電圧範囲内へ調整することが可能となる。なお、電圧検出手段を蓄電モジュールに直接接続する必要はなく、例えば蓄電素子スイッチング回路内のいずれかのキャパシタへ接続することも可能である。後述の実施例で示すとおり、具体的な回路構成に応じて各蓄電素子の電圧と蓄電モジュールの電圧との間には特定の関係式が成り立つため、蓄電素子の電圧を検出した上で蓄電モジュールの電圧を算出することも可能だからである。特許請求の範囲の記載における電圧検出手段は、このように蓄電モジュールの電圧を直接的・間接的に検出するよう構成された任意の検出手段を含む。
【００３２】
また本発明は、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、蓄電素子スイッチング回路と、前記蓄電素子スイッチング回路と第１端子との間に接続された、スイッチ群であって、第１端子と第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態、の間での切り替えによって、第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を段階的に調整するよう構成されたスイッチ群と、を備えた回路モジュールと、前記回路モジュールの第２端子に接続された蓄電モジュールと、前記負荷の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、を備え、前記電圧検出手段により検出される前記負荷の電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、電源システムを提供する。
【００３３】
電圧検出は、蓄電モジュールに対してではなく、負荷に対して直接行うことも可能である。
【００３４】
また、本発明は、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、蓄電素子スイッチング回路と、前記蓄電素子スイッチング回路と第１端子との間に接続された、スイッチ群であって、第１端子と第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態、の間での切り替えによって、第２端子に接続される負荷に印加させる電圧を段階的に調整するよう構成されたスイッチ群と、を備えた回路モジュールと、前記回路モジュールの第１端子に接続された蓄電モジュールと、前記蓄電モジュールの電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、を備え、前記電圧検出手段により検出される前記蓄電モジュールの電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第２端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、電源システムを提供する。
【００３５】
蓄電モジュールを接続する端子を適宜変更することによっても、負荷電圧を調整することが可能である。後述する１実施例においては、蓄電モジュールと負荷をそれぞれ接続する各々の接続端子を交換することによって入出力電圧比値が交換前の値の逆数へと変わる。したがって、蓄電モジュールによる供給電圧と負荷における動作電圧範囲との関係に応じて、電源電圧を昇圧しなければならない場合であっても、あるいは降圧しなければならない場合であっても、接続端子を適宜選択しつつ、本発明に係る電源システムを用いることが可能である。
【００３６】
また、本発明は、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、蓄電素子スイッチング回路と、前記蓄電素子スイッチング回路と第１端子との間に接続された、スイッチ群であって、第１端子と第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態、の間での切り替えによって、第２端子に接続される負荷に印加させる電圧を段階的に調整するよう構成されたスイッチ群と、を備えた回路モジュールと、前記回路モジュールの第１端子に接続された蓄電モジュールと、前記負荷の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、を備え、前記電圧検出手段により検出される前記負荷の電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第２端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、電源システムを提供する。
【００３７】
電圧検出を、蓄電モジュールに対してではなく、負荷に対して直接行う実施形態である。
【００３８】
また、本発明は、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、蓄電素子スイッチング回路と、前記蓄電素子スイッチング回路と第１端子との間に接続された、第１スイッチ群であって、第１端子と第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態、の間での切り替えによって、第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を段階的に調整するよう構成された第１スイッチ群と、前記蓄電素子スイッチング回路と前記第２端子との間に接続された、第２スイッチ群であって、第２端子と共通電位点とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる、２以上の接続状態の間での切り替えにより、前記第１スイッチ群の切り替えによって調整される前記負荷に印加される電圧の調整単位を決定するよう構成された、第２スイッチ群と、を備えた回路モジュールと、前記回路モジュールの第２端子に接続された蓄電モジュールと、前記蓄電モジュールの電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記第１及び第２スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、を備え、前記電圧検出手段により検出される前記蓄電モジュールの電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記第１及び第２スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、電源システムを提供する。
【００３９】
回路モジュールに第２スイッチ群を備えることによって、負荷電圧調整単位のスイッチングによる変更を可能とした、実施形態である。
【００４０】
また、本発明は、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、蓄電素子スイッチング回路と、前記蓄電素子スイッチング回路と第１端子との間に接続された、第１スイッチ群であって、第１端子と第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態、の間での切り替えによって、第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を段階的に調整するよう構成された第１スイッチ群と、前記蓄電素子スイッチング回路と前記第２端子との間に接続された、第２スイッチ群であって、第２端子と共通電位点とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる、２以上の接続状態の間での切り替えにより、前記第１スイッチ群の切り替えによって調整される前記負荷に印加される電圧の調整単位を決定するよう構成された、第２スイッチ群と、を備えた回路モジュールと、前記回路モジュールの第２端子に接続された蓄電モジュールと、前記負荷の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記第１及び第２スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、を備え、前記電圧検出手段により検出される前記負荷の電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記第１及び第２スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、電源システムを提供する。
【００４１】
電圧検出を、蓄電モジュールに対してではなく、負荷に対して直接行う実施形態である。
【００４２】
また、本発明は、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第１蓄電素子スイッチング回路と、前記第１蓄電素子スイッチング回路に含まれる１以上の蓄電素子とカスケードに接続された、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第２蓄電素子スイッチング回路と、前記第２蓄電素子スイッチング回路と第１端子との間に接続された、スイッチ群であって、第１端子と第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態、の間での切り替えによって、第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を段階的に調整するよう構成されたスイッチ群と、を備えた回路モジュールと、前記回路モジュールの第２端子に接続された蓄電モジュールと、前記蓄電モジュールの電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、を備え、前記電圧検出手段により検出される前記蓄電モジュールの電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、電源システムを提供する。
【００４３】
上記のとおり、複数の蓄電素子スイッチング回路をカスケード接続してシステムを構成することにより、さらに微細な電圧調整が可能となる。なお、後述の実施例において詳しく説明するとおり、第２蓄電素子スイッチング回路を、第１蓄電素子スイッチング回路中の、具体的にどの点においてカスケード接続するか、ということを適宜選択することにより、負荷電圧の調整単位を選択することが可能である。
【００４４】
また、本発明は、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第１蓄電素子スイッチング回路と、前記第１蓄電素子スイッチング回路に含まれる１以上の蓄電素子とカスケードに接続された、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第２蓄電素子スイッチング回路と、前記第２蓄電素子スイッチング回路と第１端子との間に接続された、スイッチ群であって、第１端子と第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態、の間での切り替えによって、第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を段階的に調整するよう構成されたスイッチ群と、を備えた回路モジュールと、前記回路モジュールの第２端子に接続された蓄電モジュールと、前記負荷の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、を備え、前記電圧検出手段により検出される前記負荷の電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、電源システムを提供する。
【００４５】
電圧検出を、蓄電モジュールに対してではなく、負荷に対して直接行う実施形態である。
【００４６】
また、本発明は、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第１蓄電素子スイッチング回路と、前記第１蓄電素子スイッチング回路に含まれる１以上の蓄電素子とカスケードに接続された、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第２蓄電素子スイッチング回路と、前記第２蓄電素子スイッチング回路と第１端子との間に接続された、スイッチ群であって、第１端子と第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態、の間での切り替えによって、第２端子に接続される負荷に印加させる電圧を段階的に調整するよう構成されたスイッチ群と、を備えた回路モジュールと、前記回路モジュールの第１端子に接続された蓄電モジュールと、前記蓄電モジュールの電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、を備え、前記電圧検出手段により検出される前記蓄電モジュールの電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第２端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、電源システムを提供する。
【００４７】
蓄電モジュールを接続する端子を適宜変更し、かつ複数の蓄電素子スイッチング回路をカスケード接続してシステムを構成することにより、昇圧と降圧とをきめ細やかに行うことが可能となる。
【００４８】
また、本発明は、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第１蓄電素子スイッチング回路と、前記第１蓄電素子スイッチング回路に含まれる１以上の蓄電素子とカスケードに接続された、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第２蓄電素子スイッチング回路と、前記第２蓄電素子スイッチング回路と第１端子との間に接続された、スイッチ群であって、第１端子と第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態、の間での切り替えによって、第２端子に接続される負荷に印加させる電圧を段階的に調整するよう構成されたスイッチ群と、を備えた回路モジュールと、前記回路モジュールの第１端子に接続された蓄電モジュールと、前記負荷の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、を備え、前記電圧検出手段により検出される前記負荷の電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第２端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、電源システムを提供する。
【００４９】
電圧検出を、蓄電モジュールに対してではなく、負荷に対して直接行う実施形態である。
【００５０】
また、本発明は、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第１蓄電素子スイッチング回路と、前記第１蓄電素子スイッチング回路に含まれる１以上の蓄電素子とカスケードに接続された、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第２蓄電素子スイッチング回路と、前記蓄電素子スイッチング回路と第１端子との間に接続された、第１スイッチ群であって、第１端子と第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態、の間での切り替えによって、第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を段階的に調整するよう構成された第１スイッチ群と、前記蓄電素子スイッチング回路と前記第２端子との間に接続された、第２スイッチ群であって、第２端子と共通電位点とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる、２以上の接続状態の間での切り替えにより、前記第１スイッチ群の切り替えによって調整される前記負荷に印加される電圧の調整単位を決定するよう構成された、第２スイッチ群と、を備えた回路モジュールと、前記回路モジュールの第２端子に接続された蓄電モジュールと、前記蓄電モジュールの電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記第１及び第２スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、を備え、前記電圧検出手段により検出される前記蓄電モジュールの電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記第１及び第２スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、電源システムを提供する。
【００５１】
蓄電素子スイッチング回路を複数カスケード接続し、かつ回路モジュールに第２スイッチ群を設ければ、接続端子の交換をすることなく、特にきめ細やかな昇圧・降圧が可能となる。
【００５２】
また、本発明は、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第１蓄電素子スイッチング回路と、前記第１蓄電素子スイッチング回路に含まれる１以上の蓄電素子とカスケードに接続された、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、第２蓄電素子スイッチング回路と、前記蓄電素子スイッチング回路と第１端子との間に接続された、第１スイッチ群であって、第１端子と第２端子とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる２以上の接続状態、の間での切り替えによって、第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を段階的に調整するよう構成された第１スイッチ群と、前記蓄電素子スイッチング回路と前記第２端子との間に接続された、第２スイッチ群であって、第２端子と共通電位点とを結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる、２以上の接続状態の間での切り替えにより、前記第１スイッチ群の切り替えによって調整される前記負荷に印加される電圧の調整単位を決定するよう構成された、第２スイッチ群と、を備えた回路モジュールと、前記回路モジュールの第２端子に接続された蓄電モジュールと、前記負荷の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記第１及び第２スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、を備え、前記電圧検出手段により検出される前記負荷の電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記第１及び第２スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第１端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、電源システムを提供する。
【００５３】
電圧検出を、蓄電モジュールに対してではなく、負荷に対して直接行う実施形態である。
【００５４】
蓄電モジュールとしては、電気二重層キャパシタモジュール、リチウムイオンキャパシタ、二次電池等を用いることが可能であるが、これらに限られるわけではない。
【００５５】
また本発明は、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、蓄電素子スイッチング回路と、第１スイッチ群と、を備えた回路モジュールと、前記回路モジュールの第１端子に接続された電源と、前記電源の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記第１スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、を備え、前記電圧検出手段により検出される前記電源の電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記第１スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第２端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、電源システムを提供する。
【００５６】
蓄電モジュール以外の任意の電源を、本発明の電源システムに用いることが可能である。
【００５７】
また、本発明は、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを含む、蓄電素子スイッチング回路と、第１スイッチ群と、を備えた回路モジュールと、前記回路モジュールの第１端子に接続された電源と、前記回路モジュールの第２端子に接続される負荷の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記第１スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、を備え、前記電圧検出手段により検出される前記負荷の電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記第１スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、電源システムを提供する。
【００５８】
電圧検出を、蓄電モジュールに対してではなく、負荷に対して直接行う実施形態である。
【００５９】
また本発明は、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを、それぞれが含む、第１段から第ｎ段までの（ｎは２以上の整数）蓄電素子スイッチング回路と、第１スイッチ群と、を備え、第ｋ段（ｋは２以上の整数）の前記蓄電素子スイッチング回路は、第ｋ−１段の前記蓄電素子スイッチング回路に含まれる１以上の蓄電素子とカスケード接続される回路モジュールと、前記回路モジュールの第１端子に接続された電源と、前記電源の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、を備え、前記電圧検出手段により検出される前記電源の電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記第１スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記回路モジュールの第２端子に接続される負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、電源システムを提供する。
【００６０】
複数の蓄電素子スイッチング回路をカスケード接続してシステムを構成することにより、さらに微細な電圧調整が可能となる。なお、後述の実施例において詳しく説明するとおり、第２蓄電素子スイッチング回路を、第１蓄電素子スイッチング回路中の、具体的にどの点においてカスケード接続するか、ということを適宜選択することにより、負荷電圧の調整単位を選択することが可能である。
【００６１】
また、本発明は、２以上の蓄電素子と２以上のスイッチ素子とを、それぞれが含む、第１段から第ｎ段までの（ｎは２以上の整数）蓄電素子スイッチング回路と、第１スイッチ群と、を備え、第ｋ段（ｋは２以上の整数）の前記蓄電素子スイッチング回路は、第ｋ−１段の前記蓄電素子スイッチング回路に含まれる１以上の蓄電素子とカスケード接続される回路モジュールと、前記回路モジュールの第１端子に接続された電源と、前記回路モジュールの第２端子に接続される負荷の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段からの電圧の検出結果に基づいて、前記スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ制御手段と、を備え、前記電圧検出手段により検出される前記負荷の電圧に応じて、前記スイッチ制御手段により前記第１スイッチ群に含まれるスイッチを切り替えることにより、前記負荷に印加させる電圧を所定の範囲内に調整するよう構成されたことを特徴とする、電源システムを提供する。
【００６２】
電圧検出を、蓄電モジュールに対してではなく、負荷に対して直接行う実施形態である。
【００６３】
なお、電源として、電気二重層キャパシタモジュール、リチウムイオンキャパシタ、二次電池などの蓄電モジュールを用いれば、大きな電圧変動に起因する電子機器の動作不安定を防止するという観点からは特に有益である。
【００６４】
また、蓄電素子はキャパシタ又は二次電池であることが好ましい。さらに、蓄電素子の少なくとも一部は、２以上のキャパシタ又は二次電池からなる蓄電モジュールであってもよい。２以上のキャパシタ又は二次電池が直列・並列に接続されている場合であっても、合成容量を適切に計算することにより蓄電素子と同様に扱うことが可能である。
【００６５】
第１スイッチ群は、ＦＥＴ、サイリスタ、フォトＭＯＳリレー等を用いた電子的スイッチ（半導体スイッチ）から構成されたものであることが好ましい。あるいは、第１スイッチ群は、パワーリレー等、応答速度の遅い機械式スイッチから構成されたものであってもよい。
【００６６】
本発明に係る回路モジュールは、好ましくは第２スイッチ群を更に備える。第２スイッチ群は、第１端子と、回路モジュール内の共通電位点と、を結ぶ経路中に存在する蓄電素子群が少なくとも一部異なる、２以上の接続状態の間での切り替えを可能とするスイッチ群である。
【００６７】
第２スイッチ群を用いることにより、本発明による電圧調整を更に改善することができる。具体的には、第２スイッチ群を用いたスイッチングにより、負荷電圧の調整単位を変更することが可能となる。
【発明の効果】
【００６８】
上記電源システムを用いることにより、中間タップ端子を利用した電気二重層キャパシタモジュール用の電圧変換装置において、少ない直列接続数の電気二重層キャパシタモジュールを用いた場合においても出力電圧を多段階で調節することが可能となる。特に、蓄電素子スイッチング回路とスイッチ群とを用いた構成によって、出力電圧の変動幅を、電気二重層キャパシタモジュールの電圧ではなく、より細かい値である個々の蓄電素子電圧へと設定することが可能となる。
【００６９】
また電気二重層キャパシタモジュールの電圧変化を検出し、変動する電圧に応じて適宜スイッチングを行うことにより、常に出力電圧を負荷の動作電圧範囲内へ調整することが可能となる。
【００７０】
上記電源システムにおいて、同じく本発明が教示する回路モジュール、電源装置を用いれば、少ないキャパシタ数およびスイッチ数で、入力電圧に対する出力電圧をきめ細かな任意のとびとびの比にて調整することが可能となる。
【００７１】
具体的には、直列接続された蓄電素子をＮ1個、Ｎ2個、…Ｎn個備えた、ｎ個の蓄電素子スイッチング回路をそれぞれカスケードに接続してなる回路モジュールを用いる場合、入出力電圧比の調整単位として１／（Ｎ1Ｎ2…Ｎn）をとることが可能となる。
【００７２】
一方で１段構成のスイッチングキャパシタにより同じ単位での電圧調整を行うためには、Ｎ1Ｎ2…Ｎn個のキャパシタを直列接続しなければならない。
【００７３】
きめ細やかで厳密な調整が要求される程、本発明によってもたらされる素子数削減効果は著しいものとなるのであり、スイッチトキャパシタシステムの大幅な小型化、軽量化が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】電気二重層キャパシタモジュールを用いた、従来の電源システムである。
【図２】図１の電源システムにより得られる負荷電圧である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る電源装置である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る電源装置である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る電源装置である。第１実施形態と比較して、電源装置と負荷をそれぞれ接続する各々の接続端子が交換されている。
【図６】本発明の第４実施形態に係る電源装置である。第２実施形態と比較して、電源装置と負荷をそれぞれ接続する各々の接続端子が交換されている。
【図７】スイッチ群を２つ備えることを特徴とする、本発明の第５実施形態に係る電源装置である。
【図８】本発明の第６実施形態に係る電源装置である。３つの蓄電素子スイッチング回路を備えることにより、さらにきめ細やかな出力電圧調整が可能となる。
【図９】本発明の第７実施形態に係る電源システムである。
【図１０】図９の電源システムの放電時における負荷電圧、ならびに電気二重層キャパシタモジュール電圧である。
【図１１】本発明の第８実施形態に係る電源システムである。
【図１２】図１１の電源システムの放電時における負荷電圧、ならびに電気二重層キャパシタモジュール電圧である。
【図１３】本発明の第９実施形態に係る電源システムである。
【図１４】本発明の第１０実施形態に係る電源システムである。
【図１５】図１４の電源システムの放電時における負荷電圧、ならびに電気二重層キャパシタモジュール電圧である。
【図１６】本発明の第１１実施形態に係る電源システムである。
【図１７】図１６の電源システムの放電時における負荷電圧、ならびに電気二重層キャパシタモジュール電圧である。
【図１８】本発明の第１２実施形態に係る電源システムである。
【発明を実施するための形態】
【００７５】
これより、図３〜８を参照しつつ、本発明に係る回路モジュール、及び電源装置の実施形態について説明する。これらは後述の上記実施例７〜１２の電源システムにおいて用いるために適しているが、そのような用途に限られるわけではなく、回路モジュール、及び電源装置自体として、従来よりも優れた性質を有する。なお、図３〜図８の実施例における各蓄電素子スイッチング回路は３直列構成となっているが、これは単なる一例であって、本発明において直列接続される蓄電素子の数は任意である。また各蓄電素子はキャパシタであるとして説明するが、これは二次電池など充放電可能な任意の素子、又は複数の素子からなるモジュールであってもよい。各蓄電素子の容量も、それぞれ異なっていてよい。同様に、スイッチ群や電圧均一化用蓄電素子の具体的な構成も、図に示された特定の構成に限られるわけではなく、本発明の範囲内で任意に変更可能である。
【実施例１】
【００７６】
電源装置１の構成
図３は、本発明の第１実施形態である電源装置１を示している。電源装置１は、回路モジュール２の第１端子に接続された負荷３に対して、第２端子に接続された電源４（以下の例においては直流電源として説明をするが、交流電源を用いることも可能である。）からの負荷電圧を印加するに際し、回路モジュール２内のスイッチングによって負荷電圧を負荷３の動作電圧範囲内へと調整するよう構成されたものである。なお、負荷３とは抵抗器に限られるわけではなく、電力により動作する任意の素子、モジュール、装置のような任意の負荷を用いることが可能である。
【００７７】
回路モジュール２は、第１蓄電素子スイッチング回路５と、第２蓄電素子スイッチング回路６と、スイッチＳ１〜Ｓ４よりなるスイッチ群７とにより構成されている。
【００７８】
第１蓄電素子スイッチング回路５はキャパシタＣ１〜Ｃ５とスイッチＱ１〜Ｑ６とにより構成され、キャパシタＣ１に対しては、キャパシタＣ６〜Ｃ１０とスイッチＱ７〜Ｑ１２とにより構成される第２蓄電素子スイッチング回路６が接続されている。
【００７９】
なお、本発明に用いることができる蓄電素子スイッチング回路は上記特定の構成に限らず、蓄電素子群における電圧のバラツキを解消するよう構成された任意の蓄電素子スイッチング回路を用いることができる。この点に関しては、後述の実施例２〜１２においても同様である。
【００８０】
この場合、第２蓄電素子スイッチング回路６中のキャパシタＣ６、Ｃ７、Ｃ８は第１蓄電素子スイッチング回路５中のキャパシタＣ１と並列接続されているために相互充放電可能であり、またキャパシタＣ９、Ｃ１０は、Ｑ７〜Ｑ１２のスイッチングによりＣ６、Ｃ７、Ｃ８と相互充放電可能である。
【００８１】
したがって、キャパシタＣ１と第２蓄電素子スイッチング回路６内の各キャパシタとの間での相互充放電を可能とするような、第１、第２蓄電素子スイッチング回路による多段階接続が構成されている。すなわち、キャパシタＣ１の電圧がキャパシタＣ６〜Ｃ１０に分配されるカスケード接続となる。
【００８２】
ここで、奇数番号のスイッチと偶数番号のスイッチを交互に高周波にてスイッチングさせることで、Ｃ１〜Ｃ５が分担する電圧、及びＣ６〜Ｃ１０が分担する電圧がそれぞれ均一になる。
【００８３】
具体的に、Ｃ１〜Ｃ５についていえば、奇数番号のスイッチがオンである時には、キャパシタＣ１とＣ４とが、及びＣ２とＣ５とが、それぞれ並列接続されることとなるため、キャパシタ間に電圧のばらつきが発生している場合には相互充放電が行われ、電圧ばらつきが解消される方向へと向かうのであり、一方で偶数番号のスイッチがオンである時には、キャパシタＣ２とＣ４とが、及びＣ３とＣ５とが、それぞれ並列接続されることとなるため、キャパシタ間に電圧のばらつきが発生している場合には相互充放電が行われ、電圧ばらつきが解消される方向へと向かう。
【００８４】
スイッチングを繰り返すことにより、各々のキャパシタは他の全てのキャパシタと直接的、又は間接的に（他のキャパシタを介して）相互充放電を行うのであり、したがってキャパシタＣ１〜Ｃ５の電圧が均一化されることとなる。同様の相互充放電により、キャパシタＣ６〜Ｃ１０の電圧も均一化される。
【００８５】
負荷電圧の決定
このような回路モジュール２において、スイッチＳ１〜Ｓ４のいずれか一つをオンにすることにより、電源４から負荷３へと負荷電圧が印加される。ただし負荷電圧の値は、Ｓ１〜Ｓ４中、どのスイッチをオンとするかによって異なる。
【００８６】
以下、各キャパシタに印加される電圧を決定した上で、スイッチＳ１〜Ｓ４のいずれかをオンとした場合のそれぞれに対する負荷電圧を、具体的に算出する。
【００８７】
まず、キャパシタＣ１〜Ｃ５、Ｃ６〜Ｃ１０の電圧を決定する（これらに印加される電圧は、Ｓ１〜Ｓ４のいずれをオンとするかには無関係である）。Ｃ１〜Ｃ５の電圧、及びＣ６〜Ｃ１０の電圧はそれぞれスイッチングにより均一化されているのであり、それぞれＶ1、Ｖ2と表すことが可能である。
【００８８】
Ｃ１と第２蓄電素子スイッチング回路６とはカスケードに接続されているので、Ｃ６とＣ７とＣ８との電圧の和はＣ１の電圧と等しくなる。すなわち
Ｖ1＝Ｖ2＋Ｖ2＋Ｖ2＝３Ｖ2        （１）
となる。
【００８９】
電源４から接続点１６、８、１２、キャパシタＣ１、接続点１３、キャパシタＣ２、接続点１４、及びキャパシタＣ３を介して共通電位点１５（特許請求の範囲中の共通電位点に対応する。）へと至る経路での電圧降下を考えれば、電源電圧をＶinとしたときに以下の式が成り立つ。
Ｖin＝Ｖ1＋Ｖ1＋Ｖ1＝３Ｖ1      （２）
上記（１）式と（２）式とを併せれば、Ｖ1＝（１／３）Ｖin，Ｖ2＝（１／９）Ｖinと決定される。
【００９０】
次に、スイッチＳ１をオンとした場合の負荷電圧Ｖoutを決定する。
【００９１】
電源４から接続点１６、及びスイッチＳ１を通って負荷３へと至る経路中に電圧降下を生じさせる素子は一切存在しないため、電源４からの電圧は全て負荷３への負荷となる。すなわち、
Ｖout＝Ｖin      （３）
と決定される。
【００９２】
次に、スイッチＳ２をオンとした場合の負荷電圧Ｖoutを決定する。
電源４から接続点１６、８、キャパシタＣ６、接続点９、スイッチＳ２を通って負荷３へと至る経路においては、キャパシタＣ６によりＶ2＝（１／９）Ｖinの電圧降下が生じている。
したがって負荷電圧Ｖoutは、
Ｖin＝（１／９）Ｖin＋Ｖout        （４）
よりＶout＝（８／９）Ｖinと決定される。
【００９３】
次に、スイッチＳ３をオンとした場合の負荷電圧Ｖoutを決定する。
電源４から接続点１６、８、キャパシタＣ６、接続点９、キャパシタＣ７、接続点１０、スイッチＳ３を通って負荷３へと至る経路においては、キャパシタＣ６とＣ７とによりそれぞれＶ2＝（１／９）Ｖinの電圧降下が生じている。
したがって負荷電圧Ｖoutは、
Ｖin＝（１／９）Ｖin＋（１／９）Ｖin＋Ｖout      （５）
よりＶout＝（７／９）Ｖinと決定される。
【００９４】
次に、スイッチＳ４をオンとした場合の負荷電圧Ｖoutを決定する。
電源４から接続点１６、８、キャパシタＣ６、接続点９、キャパシタＣ７、接続点１０、キャパシタＣ８、接続点１１、スイッチＳ４を通って負荷２へと至る経路においては、キャパシタＣ６とＣ７とＣ８とによりそれぞれＶ2＝（１／９）Ｖinの電圧降下が生じている。
したがって負荷電圧Ｖoutは、
Ｖin＝（１／９）Ｖin＋（１／９）Ｖin＋（１／９）Ｖin＋Ｖout  （６）
よりＶout＝（２／３）Ｖinと決定される。
【００９５】
以上のとおり、Ｓ１〜Ｓ４のスイッチングにより、入出力電圧比を１／９単位で調節することが可能である。
【００９６】
ここで、図３の回路モジュール２に用いられるキャパシタは１０個、スイッチは１６個である。これに対して、上記１／９単位での入出力電圧比調整を、１段構成のスイッチングキャパシタシステムによって行うためには、１７個のキャパシタ（９個の直列接続キャパシタと、８個の電圧均一化用キャパシタ）と、２２個のスイッチ（相互充放電のための１８個と、Ｓ１〜Ｓ４の４個）とが必要となるのであって、本発明により素子数が大幅に削減されていることが分かる。
【実施例２】
【００９７】
図４は、本発明の第２実施形態である電源装置１を示している。
【００９８】
図３の実施形態とは異なり、第１蓄電素子スイッチング回路５中のキャパシタＣ１とＣ２とを挟んで、第２蓄電素子スイッチング回路６がカスケード接続されている。
【００９９】
図４の構成においては、直列接続されたＣ１及びＣ２と、同じく直列接続されたＣ６、Ｃ７、及びＣ８とが並列接続されている。したがって、キャパシタＣ１〜Ｃ５の電圧Ｖ1とキャパシタＣ６〜Ｃ１０の電圧Ｖ2との関係は、式（１）に代わって以下の（７）式で表される。
Ｖ1＋Ｖ1＝Ｖ2＋Ｖ2＋Ｖ2        （７）
【０１００】
一方、（２）式は図４の構成においても成り立つ。したがって（２）式と（７）式とから、各キャパシタに印加される電圧が、Ｖ1＝（１／３）Ｖin，Ｖ2＝（２／９）Ｖinと決定される。
【０１０１】
スイッチＳ１〜Ｓ４のいずれかをオンとした場合の負荷電圧Ｖoutは、図３の構成における場合とほぼ同様の計算により求めることができる。すなわち、オンにするスイッチをＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４と切り替えることによって、電源４から負荷３までの経路中に存在するキャパシタの数が０，１，２，３と増加する点は変わらないので、入力電圧Ｖinから経路中のキャパシタによる電圧降下分をそれぞれの場合に対応して差し引くことにより、Ｖoutが求められる。
【０１０２】
ただし、上記経路中のキャパシタに印加される電圧はそれぞれ（２／９）Ｖinであるため、算出される負荷電圧Ｖoutは、Ｓ１がオンの場合はＶin、Ｓ２がオンの場合は（７／９）Ｖin、Ｓ３がオンの場合は（５／９）Ｖin、Ｓ４がオンの場合は（１／３）Ｖinとなる。すなわち負荷電圧Ｖoutは（２／９）Ｖinを単位として降圧される。
【実施例３】
【０１０３】
図５は、本発明の第３実施形態である電源装置１を示している。上記電源装置１は、図３に示した電源装置１において電源４と負荷３とを接続すべき端子を交換したものである。
【０１０４】
この構成では、図３と同様に、Ｃ１と第２蓄電素子スイッチング回路６とがカスケードに接続されているために（１）式が成り立ち、Ｖ2＝（１／３）Ｖ1となるが、スイッチＳ１〜Ｓ４のいずれをオンとするかによって電源４から共通電位点１５へと至る経路が変わるため、各蓄電素子に印加される電圧はそれぞれの場合で異なる。
【０１０５】
まずＳ１をオンにする場合、電源４からスイッチＳ１、接続点１６、８、１２、キャパシタＣ１、接続点１３、キャパシタＣ２、接続点１４、キャパシタＣ３を介して共通電位点１５へと至る経路を考えれば、電圧降下について（２）式が成り立つこととなる。したがってＶ1＝（１／３）Ｖin，Ｖ2＝（１／９）Ｖinとなる。
【０１０６】
負荷電圧Ｖoutは、電源４からＳ１を通って負荷３へと至る経路中に電圧降下を生じさせる素子が存在しないため、Ｖout＝Ｖinとなる。
【０１０７】
次にＳ２をオンにする場合、電源４からスイッチＳ２、接続点９、キャパシタＣ６、接続点８、１２、キャパシタＣ１、接続点１３、キャパシタＣ２、接続点１４、キャパシタＣ３を介して共通電位点１５へと至る経路を考えれば、電圧降下について次の式が成り立つ。
Ｖin＝−Ｖ2＋Ｖ1＋Ｖ1＋Ｖ1      （８）
【０１０８】
（１）式と（８）式とより、Ｖ1＝（３／８）Ｖin，Ｖ2＝（１／８）Ｖinとなる。
【０１０９】
また負荷電圧Ｖoutは、電源４からスイッチＳ２、接続点９、キャパシタＣ６、接続点８、及び接続点１６を通って負荷３へと至る経路中においてＣ６による（負の）電圧降下が生じることを考えれば、以下の式により決定される。
Ｖin＝−Ｖ2＋Ｖout      （９）
【０１１０】
したがってＶout＝（９／８）Ｖinとなる。
【０１１１】
次にＳ３をオンにする場合、電源４からスイッチＳ３、接続点１０、キャパシタＣ７、接続点９、キャパシタＣ６、接続点８、１２、キャパシタＣ１、接続点１３、キャパシタＣ２、接続点１４、キャパシタＣ３を介して共通電位点１５へと至る経路を考えれば、電圧降下について次の式が成り立つ。
Ｖin＝−Ｖ2−Ｖ2＋Ｖ1＋Ｖ1＋Ｖ1      （１０）
【０１１２】
（１）式と（１０）式とより、Ｖ1＝（３／７）Ｖin，Ｖ2＝（１／７）Ｖinとなる。
【０１１３】
また負荷電圧Ｖoutは、電源４からスイッチＳ３、接続点１０、キャパシタＣ７、接続点９、キャパシタＣ６、接続点８、及び接続点１６を通って負荷３へと至る経路中においてＣ７とＣ６とによる（負の）電圧降下が生じることを考えれば、以下の式により決定される。
Ｖin＝−Ｖ2−Ｖ2＋Ｖout      （１１）
【０１１４】
したがってＶout＝（９／７）Ｖinとなる。
【０１１５】
次にＳ４をオンにする場合、電源４からスイッチＳ４、接続点１１、キャパシタＣ８、接続点１０、キャパシタＣ７、接続点９、キャパシタＣ６、接続点８、１２、キャパシタＣ１、接続点１３、キャパシタＣ２、接続点１４、キャパシタＣ３を介して共通電位点１５へと至る経路を考えれば、電圧降下について次の式が成り立つ。
Ｖin＝−Ｖ2−Ｖ2−Ｖ2＋Ｖ1＋Ｖ1＋Ｖ1      （１２）
【０１１６】
（１）式と（１２）式とより、Ｖ1＝（１／２）Ｖin，Ｖ2＝（１／６）Ｖinとなる。
【０１１７】
また負荷電圧Ｖoutは、電源４からスイッチＳ４、接続点１１、キャパシタＣ８、接続点１０、キャパシタＣ７、接続点９、キャパシタＣ６、接続点８、及び接続点１６を通って負荷３へと至る経路中において、Ｃ８、Ｃ７、及びＣ６による（負の）電圧降下が生じることを考えれば、以下の式により決定される。
Ｖin＝−Ｖ2−Ｖ2−Ｖ2＋Ｖout      （１３）
【０１１８】
したがってＶout＝（３／２）Ｖinとなる。
【０１１９】
以上のとおり、図５の構成においてＳ１〜Ｓ４をオンにした場合の負荷電圧は、それぞれＶin，（９／８）Ｖin，（９／７）Ｖin，（３／２）Ｖinと昇圧される。上記入出力電圧比は、図３の電源装置における入出力電圧比と逆数の関係にある。
【実施例４】
【０１２０】
図６は、本発明の第４実施形態である電源装置１を示している。電源装置１は、図４に示した電源装置１において電源４と負荷３とを接続すべき端子を交換したものである。
【０１２１】
この構成では、図４と同様に、Ｃ１、Ｃ２と第２蓄電素子スイッチング回路６とがカスケードに接続されているために（７）式が成り立ち、Ｖ2＝（２／３）Ｖ1となるが、スイッチＳ１〜Ｓ４のいずれをオンとするかによって電源４から共通電位点１５へと至る経路が変わるため、各蓄電素子に印加される電圧はそれぞれの場合で異なる。
【０１２２】
それぞれのスイッチをオンにした場合の負荷電圧Ｖoutは、上記図６の構成における場合とほぼ同様の計算により求めることができる。
【０１２３】
すなわち、（１）式の代わりにＶ2＝（２／３）Ｖ1を用いる以外は、スイッチ１をオンにした場合の（２）式、スイッチ２をオンにした場合の（８）式、（９）式、スイッチ３をオンにした場合の（１０）式、（１１）式、スイッチ４をオンにした場合の（１２）式、（１３）式が全て同様に成り立つ。これらを用いて負荷電圧Ｖoutを計算すれば、Ｓ１がオンの場合はＶin、Ｓ２がオンの場合は（９／７）Ｖin、Ｓ３がオンの場合は（９／５）Ｖin、Ｓ４がオンの場合は３Ｖinと昇圧されることがわかる。上記入出力電圧比は、図４の電源装置における入出力電圧比と逆数の関係にある。
【実施例５】
【０１２４】
図７は、本発明の第５実施形態である電源装置１を示している。
【０１２５】
図３の電源装置と比較して、スイッチＳ５〜Ｓ８よりなる第２スイッチ群１７が新たに設けられている。スイッチＳ５〜Ｓ８いずれかをオンとすることにより、図３の電源装置１において電源４を接続点８，９，１０，１１のいずれかに接続した場合のそれぞれに対応する回路構成を実現できる。
【０１２６】
新たに設けられた第２スイッチ群１７でのスイッチングは、（第１）スイッチ群７でのスイッチングにより調整される負荷電圧Ｖoutの調整単位を決定する。
【０１２７】
具体的には、Ｓ５〜Ｓ８のいずれかをオンとすることにより、電源４から共通電位点１５へと至る経路中に存在する蓄電素子構成が決定されるので、この経路について（２）式等に対応する電圧降下の方程式を立て、現在の構成において成り立っている（１）式と連立させて解くことにより、先ずＶ1及びＶ2が決定される。
【０１２８】
その上で、電源４から、上記Ｓ５〜Ｓ８のいずれかとＳ１〜Ｓ４のいずれかを経由して負荷３へと至る経路について、（４）式等に対応する方程式を立てることによりＶOUTが決定される。電源４から負荷３へと至る経路中に存在する蓄電素子とはキャパシタＣ６〜Ｃ８のいずれかであるので、当該経路中で生じる電圧降下はＶ2の整数倍となる。ゆえに、スイッチ群７でのスイッチングにより、負荷電圧はＶ2を単位として調整される。
【０１２９】
各経路での電圧降下に対応する方程式を上記実施形態１〜４までと同様に解けば、各スイッチ群において選択されたスイッチに対応して負荷電圧が算出される。
表１に、選択されたスイッチと入出力電圧比との関係を示す。
【表１】
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【０１３０】
同様に、図４〜６の構成に第２スイッチ群１７を追加すれば、それぞれの構成において電源４を接続点８〜１１のいずれかに接続した場合のそれぞれに対応する回路構成を実現できる。
【実施例６】
【０１３１】
これまで説明した実施形態は、いずれも蓄電素子スイッチング回路を２つ備える構成であった。しかしながら、蓄電素子スイッチング回路の数を３以上に増やして各々をカスケード接続することにより、更なるきめ細やかな電圧変換比を実現することが可能となる。
【０１３２】
図８は、蓄電素子スイッチング回路を３つカスケード接続した場合の、本発明の第６実施形態である電源装置１を示す。電源装置１における回路モジュール２は、第１蓄電素子スイッチング回路１８と、第２蓄電素子スイッチング回路１９と、第３蓄電素子スイッチング回路２０と、スイッチＳ１〜Ｓ４よりなる第１スイッチ群２１と、スイッチＳ５〜Ｓ８よりなる第２スイッチ群２２とにより構成されている。
【０１３３】
この場合、第１蓄電素子スイッチング回路１８中の蓄電素子Ｃ１と第２蓄電素子スイッチング回路中の蓄電素子Ｃ６，Ｃ７，Ｃ８とが並列接続されており、Ｃ６には第３蓄電素子スイッチング回路中の蓄電素子Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３が並列接続されている。
【０１３４】
したがって、Ｃ１の電圧がＣ６，Ｃ７，Ｃ８へと分配され、更にその電圧がＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３へと分配されている。スイッチングにより各蓄電素子スイッチング回路内のキャパシタそれぞれに印加される電圧が均等化されていることを考えれば、Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３のそれぞれに印加される電圧Ｖ3は、Ｖ3＝（１／９）Ｖ1である。
【０１３５】
スイッチ群２１，２２は図７の電源装置１におけるスイッチ群７，１７とそれぞれ同一の構成であるため、図８の電源装置１において、負荷電圧ＶOUTはこのＶ3を単位として調整される。
【０１３６】
例えばＳ５がオンとなっている場合はＶ1＝（１／３）Ｖinであるので、調整単位Ｖ3＝（１／２７）Ｖinである。これは、電源電圧をＣ１〜Ｃ３へと等分配し、さらにその電圧をＣ６〜Ｃ８へと等分配し、さらにその電圧をＣ１１〜Ｃ１３へと等分配することにより、最小の調整単位が得られるということを意味する。
【０１３７】
すなわち調整単位の最小値は、各蓄電素子スイッチング回路内の直列接続キャパシタ数を乗算した値（現在の構成では３×３×３＝２７）で電源電圧Ｖinを除算することにより得られる。なお、Ｓ５がオンとなっている状態でＳ１〜Ｓ４のそれぞれをオンとした場合の負荷電圧は、上記実施例と同様に電圧降下を計算すれば、Ｖin，（２６／２７）Ｖin，（２５／２７）Ｖin，（８／９）Ｖinとなる。他のスイッチＳ６〜Ｓ８をオンにしている場合の負荷電圧も、同様に計算される。
【０１３８】
さらに蓄電素子スイッチング回路の数を増やすことで、よりきめ細やかな負荷電圧調整が可能となることは、上記検討より明らかである。すなわち、第１蓄電素子スイッチング回路、第２蓄電素子スイッチング回路…第ｎ蓄電素子スイッチング回路を図８と同様にカスケード接続したｎ段構成の回路モジュールを用いれば、各段の蓄電素子スイッチング回路がＮ1個、Ｎ2個、…Ｎn個の直列接続された蓄電素子を備えているとして、負荷電圧の調整単位としてとりうる最小値は１／（Ｎ1Ｎ2…Ｎn）×Ｖinとなる。
【０１３９】
既に述べたとおり、同じ最小単位での電圧調整を１段構成のスイッチトキャパシタシステムにより行うためには、Ｎ1Ｎ2…Ｎn個のキャパシタを直列接続する必要があり、本発明によって素子数の大幅な削減がされることとなる。
【０１４０】
なお、特にこの実施例６のような多段階接続をする際は、例えば１段構成で蓄電素子数の少ない回路モジュールと組み合わせて用いると都合がよい。１段構成の回路モジュールと図８の回路モジュールとを直列に繋ぐことにより、まず１段構成の回路モジュールにより入出力電圧比調整を粗く調整した上で（調整基準値を決定した上で）、図８の回路モジュールによりその微調整を行う、ということが可能となるからである。
【０１４１】
当業者であれば、本実施例の教示に従い、回路モジュール内のキャパシタ構成、スイッチ群を適宜選択することにより、所望の調整基準値、調整単位を有する電源装置を構成することができる。
【０１４２】
例えば、上記実施例１〜６においては、蓄電素子スイッチング回路が、回路中の全ての蓄電素子電圧を均一化するよう構成されたものであるとして説明を行ったが、これは蓄電素子スイッチング回路としての単なる一例である。
【０１４３】
すなわち、個々の蓄電素子電圧を単位として、従来よりもきめ細やかな出力電圧調整を行うことを可能とする本発明において、当該個々の蓄電素子電圧が全て等しいということは必須ではなく、例えば２種類の刻みをもって調整可能とするために、２種類の大きさの電圧をそれぞれの蓄電素子に印加するよう、蓄電素子スイッチング回路を構成することが可能である。あるいは全ての蓄電素子電圧を、全て異なる値へと調整してもよい。
【０１４４】
また、同じく蓄電素子スイッチング回路について、上記実施例１〜６においてはスイッチによって接続状態を切り替える構成であるとして説明を行ったが、各蓄電素子の充電状態を制御するためには必ずしもスイッチを用いねばならないというわけではなく、例えばダイオード等を用いて制御することも可能である。
【０１４５】
本発明は、その目的を達成できる限りにおける上記全てのバリエーションを、その範囲に含むものである。
【０１４６】
次に、図９〜１８を参照しつつ、本発明に係る電源システムの実施形態について説明する。なお、図９，１１，１３，１４，１６，及び１８の実施例における各蓄電素子スイッチング回路は３直列構成となっているが、これは単なる一例であって、本発明において直列接続される蓄電素子の数は任意である。また各蓄電素子はキャパシタであるとして説明するが、これは二次電池など充放電可能な任意の素子、又は複数の素子からなるモジュールであってもよい。各蓄電素子の容量も、それぞれ異なっていてよい。同様に、スイッチ群や電圧均一化用蓄電素子の具体的な構成も、図に示された特定の構成に限られるわけではなく、本発明の範囲内で任意に変更可能である。
【実施例７】
【０１４７】
電源システム２３の構成
図９は、本発明の第７実施形態である電源システム２３を示している。電源システム２３は、回路モジュール２４の第１端子に接続された負荷２５に対して、第２端子に接続された電気二重層キャパシタモジュール２６（あるいは任意の直流電源、交流電源であってよい）からの負荷電圧を印加するに際し、回路モジュール２４内のスイッチングによって負荷電圧を負荷２５の動作電圧範囲内へと調整するよう構成されたものである。
【０１４８】
電気二重層キャパシタモジュール２６には電圧検出回路２７が接続されており、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧を随時監視し、その電圧に対応した信号を判定回路２８へと出力するよう構成されている。
【０１４９】
なお、電圧検出回路２７を負荷３へと、あるいは電源システム２３に含まれる任意のキャパシタへと接続してもよい。後述するとおり、それら各素子の電圧は数式を用いて互いに換算可能であり、したがって、十分な負荷電圧が維持されているかの判断を行うためには上記いずれかの素子の電圧を検出すれば十分だからである。この点に関しては、後述する実施例８〜１２についても同様である。
【０１５０】
判定回路２８は、電圧検出回路２７より通知された電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧をあらかじめ設定された所定の電圧と比較し、当該所定の電圧以下となった場合にスイッチ切り替え制御を行うよう、スイッチ制御回路２９へと信号を出力するよう構成されている。
【０１５１】
スイッチ制御回路２９は、判定回路２８からの信号に応じてスイッチ群３０に含まれるスイッチＳ１〜Ｓ３のいずれか１つをオンとするよう構成されている。
【０１５２】
なお、判定回路２８とスイッチ制御回路２９とは別個のモジュールである必要はなく、これらの代わりに電圧の判定とスイッチの制御とを行うよう構成された任意の回路であってよい。特許請求の範囲に記載されたスイッチ制御手段とは、判定回路２８とスイッチ制御回路２９とから、すなわち別個の２回路（あるいはそれ以上の回路）から構成される手段であっても、それら両方の機能を備えた１回路から構成される手段であってもよい。
【０１５３】
なお、負荷２５とは抵抗器に限られるわけではなく、電力により動作する任意の素子、モジュール、装置のような任意の負荷を用いることが可能である。
【０１５４】
回路モジュール２４は、蓄電素子スイッチング回路３１と、スイッチＳ１〜Ｓ３よりなるスイッチ群３０とにより構成されている。蓄電素子スイッチング回路３１はキャパシタＣ１〜Ｃ５とスイッチＱ１〜Ｑ６とにより構成されている。
【０１５５】
ここで、奇数番号のスイッチと偶数番号のスイッチを交互に高周波にてスイッチングさせることで、Ｃ１〜Ｃ５が分担する電圧が均一になる。
【０１５６】
具体的に、Ｃ１〜Ｃ５についていえば、奇数番号のスイッチがオンである時には、キャパシタＣ１とＣ４とが、及びＣ２とＣ５とが、それぞれ並列接続されることとなるため、キャパシタ間に電圧のばらつきが発生している場合には相互充放電が行われ、電圧ばらつきが解消される方向へと向かうのであり、一方で偶数番号のスイッチがオンである時には、キャパシタＣ２とＣ４とが、及びＣ３とＣ５とが、それぞれ並列接続されることとなるため、キャパシタ間に電圧のばらつきが発生している場合には相互充放電が行われ、電圧ばらつきが解消される方向へと向かう。
【０１５７】
スイッチングを繰り返すことにより、各々のキャパシタは他の全てのキャパシタと直接的、又は間接的に（他のキャパシタを介して）相互充放電を行うのであり、したがってキャパシタＣ１〜Ｃ５の電圧が均一化されることとなる。
【０１５８】
負荷電圧の決定
このような回路モジュール２４において、スイッチＳ１〜Ｓ３のいずれか一つをオンにすることにより、電気二重層キャパシタモジュール２６から負荷２５へと負荷電圧が印加される。ただし負荷電圧の値は、Ｓ１〜Ｓ３中、どのスイッチをオンとするかによって異なる。
【０１５９】
以下、各キャパシタに印加される電圧を決定した上で、スイッチＳ１〜Ｓ３のいずれかをオンとした場合のそれぞれに対する負荷電圧を、具体的に算出する。
【０１６０】
まず、キャパシタＣ１〜Ｃ５の電圧を決定する（これらに印加される電圧は、Ｓ１〜Ｓ３のいずれをオンとするかには無関係である）。Ｃ１〜Ｃ５の電圧は高周波でのスイッチングにより均一化されているのであり、それぞれＶ1と表すことが可能である。
【０１６１】
電気二重層キャパシタモジュール２６から接続点３２、３３、キャパシタＣ１、接続点３４、キャパシタＣ２、接続点３５、及びキャパシタＣ３を介して共通電位点３６へと至る経路での電圧降下を考えれば、電源電圧をＶinとしたときに以下の式が成り立つ。
Ｖin＝Ｖ1＋Ｖ1＋Ｖ1＝３Ｖ1      （１４）
【０１６２】
上記（１４）式より、Ｖ1＝（１／３）Ｖinと決定される。
【０１６３】
次に、スイッチＳ１をオンとした場合の負荷電圧Ｖoutを決定する。電気二重層キャパシタモジュール２６から接続点３２、及びスイッチＳ１を通って負荷２５へと至る経路中に電圧降下を生じさせる素子は一切存在しないため、電気二重層キャパシタモジュール２６からの電圧は全て負荷２５への負荷電圧となる。すなわち、
Ｖout＝Ｖin      （１５）
と決定される。
【０１６４】
次に、スイッチＳ２をオンとした場合の負荷電圧Ｖoutを決定する。電気二重層キャパシタモジュール２６から接続点３２、３３、キャパシタＣ１、接続点３４、スイッチＳ２を通って負荷２５へと至る経路においては、キャパシタＣ２によりＶ1＝（１／３）Ｖinの電圧降下が生じている。
したがって負荷電圧Ｖoutは、
Ｖin＝（１／３）Ｖin＋Ｖout        （１６）
よりＶout＝（２／３）Ｖinと決定される。
【０１６５】
次に、スイッチＳ３をオンとした場合の負荷電圧Ｖoutを決定する。電気二重層キャパシタモジュール２６から接続点３２、３３、キャパシタＣ１、接続点３４、キャパシタＣ２、接続点３５、スイッチＳ３を通って負荷２５へと至る経路においては、キャパシタＣ１とＣ２とによりそれぞれＶ1＝（１／３）Ｖinの電圧降下が生じている。
したがって負荷電圧Ｖoutは、
Ｖin＝（１／３）Ｖin＋（１／３）Ｖin＋Ｖout      （１７）
よりＶout＝（１／３）Ｖinと決定される。
【０１６６】
以上のとおり、Ｓ１〜Ｓ３のスイッチングにより、負荷電圧を、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧の１／３を単位として調節することが可能となる。電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧自体を単位とする従来の調整に比較して、調整単位は１／３となり、よりきめ細やかな電圧調整が可能となる。
【０１６７】
電源システム２３の動作
次に、電源システム２３の動作を説明する。まず初期状態として、電気二重層キャパシタモジュール２６には、負荷２５の動作電圧範囲内、任意の電圧の３倍程度の電圧を印加することにより、充電をしておく。スイッチ群３０中のＳ１〜Ｓ３はいずれもオフとし、未だ負荷２５への放電は開始されていない。
【０１６８】
スイッチ制御回路２９からの信号によりスイッチＳ３のみがオンとなり、放電が開始される。このときの負荷電圧は、上記のとおり電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧の１／３である（したがって放電開始時には、負荷２５の動作電圧範囲内での給電が行われる。）。
【０１６９】
放電の進行と共に、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧は低下し、同時に負荷２５へ印加される負荷電圧も低下してゆく。電圧検出回路２７はこの低下する電圧を監視し、その電圧に対応した信号を判定回路２８へと出力する。
【０１７０】
判定回路２８は、判定回路を構成する演算装置（不図示）のクロック周波数等により決定される所定の時間間隔ごとに、電圧検出回路２７より通知された電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧をあらかじめ設定された所定の電圧と比較する。
【０１７１】
所定の電圧とは、典型的に、負荷２５の動作電圧範囲の下限値とスイッチ群３０の切り替え状態とにより決定される。すなわち、スイッチＳ３がオンとなっている場合は、負荷電圧（１／３）Ｖinが動作電圧範囲の下限を上回っているか否かを判定するために、Ｖin、すなわち電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧を、動作電圧の下限値の３倍として定められる所定の電圧（以下、第１の所定電圧値とする。）と比較する。
【０１７２】
電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧が第１の所定電圧値を上回っている場合、負荷２５には動作電圧範囲の下限を上回る、十分な電圧が供給されている。したがってスイッチ群３０でスイッチ切り替えを行う必要はないため、判定回路２８はスイッチ制御回路２９に信号を出力しない（あるいは、現在のスイッチングが適切であり、切り替えが必要ないことを通知するための信号を出力してもよい。）。
【０１７３】
放電により電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧は低下し続けるため、ある時点において、判定回路２８は、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧が第１の所定電圧値を下回っていることを検出する。この時点で、判定回路２８はスイッチ制御回路２９に対し、スイッチ切り替えを行うための信号を出力する。（あるいは、一時的にでも負荷電圧が動作電圧範囲外となることを避けるため、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧と第１の所定電圧値との差が所定の下限値を下回った時点で、そのような信号を出力するよう構成してもよい。）
【０１７４】
スイッチ制御回路２９は、判定回路２８から受信した上記信号に応答して、スイッチＳ３をオフにすると同時にスイッチＳ２をオンにする。これにより、負荷電圧はキャパシタＣ２とＣ３とに印加される電圧の和、すなわち電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧の（２／３）倍となり、負荷電圧が上昇して動作電圧範囲内となる。
【０１７５】
放電の更なる進行と共に、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧は更に低下し、同時に負荷２５へ印加される負荷電圧も低下してゆく。電圧検出回路２７はこの低下する電圧を引き続き監視し、その電圧に対応した信号を判定回路２８へと出力する。
【０１７６】
判定回路２８は、上記所定の時間間隔ごとに、電圧検出回路２７より通知された電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧をあらかじめ設定された所定の電圧と比較する。
【０１７７】
但し、ここで比較に用いるべき所定の電圧とは、上記第１の所定電圧値とは異なる。すなわち、スイッチＳ２がオンとなっている場合は、負荷電圧（２／３）Ｖinが動作電圧範囲の下限を上回っているか否かを判定するために、Ｖin、すなわち電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧を、動作電圧の下限値の３／２倍として定められる所定の電圧（以下、第２の所定電圧値とする。）と比較する。このような所定電圧値の切り替えは、判定回路２８においてオンとするスイッチのＳ３からＳ２への切り替えを指示する信号をスイッチ制御回路２９へと出力した際（あるいはスイッチが切り替えられたことを通知する信号をスイッチ制御回路２９から受信した際）に行われる。
【０１７８】
電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧が第２の所定電圧値を上回っている場合、負荷２５には動作電圧範囲の下限を上回る、十分な電圧が供給されている。したがってスイッチ群３０でスイッチ切り替えを行う必要はないため、判定回路２８はスイッチ制御回路２９に信号を出力しない（あるいは、現在のスイッチングが適切であり、切り替えが必要ないことを通知するための信号を出力してもよい。）。
【０１７９】
放電により電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧は低下し続けるため、ある時点において、判定回路２８は、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧が第２の所定電圧値を下回っていることを検出する。この時点で、判定回路２８はスイッチ制御回路２９に対し、スイッチ切り替えを行うための信号を出力する。（あるいは、一時的にでも負荷電圧が動作電圧範囲外となることを避けるため、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧と第２の所定電圧値との差が所定の下限値を下回った時点で、そのような信号を出力するよう構成してもよい。）
【０１８０】
スイッチ制御回路２９は、判定回路２８から受信した上記信号に応答して、スイッチＳ２をオフにすると同時にスイッチＳ１をオンにする。これにより、負荷電圧はキャパシタＣ１とＣ２とＣ３とに印加される電圧の和、すなわち電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧となり、負荷電圧が再び上昇して動作電圧範囲内となる。
【０１８１】
このように、スイッチＳ１〜Ｓ３を順次切り替えることにより、負荷電圧をある任意の範囲内に抑えることができる。図９の電源システムにおいて電気二重層キャパシタモジュール２６は１直列構成であるにもかかわらず、３直列構成の蓄電素子スイッチング回路モジュール２４を用いているために、負荷電圧を３段階で調節することが可能である。
【０１８２】
なお、ここでは電気二重層キャパシタモジュール２６を回路モジュール２４の接続点３２にて接続した場合（すなわち蓄電素子スイッチング回路３１中の接続点３３から接続した場合）について説明したが、その他の接続点３４〜３５から接続した場合においても同様の原理の下で動作する。
【０１８３】
また、既に述べたとおり、電圧検出回路２７を負荷３へと接続して負荷電圧を検出する構成とすることも可能であるが、この場合、第１〜第３の電圧値としては動作電圧範囲の下限値を統一して用い、検出された負荷電圧と比較すればよい。この点に関しては、後述の実施例８〜１２においても同様である。
【０１８４】
図１０は、図９の電源システムの放電時における負荷２５の電圧、ならびに電気二重層キャパシタモジュール２６（図１０中ではＥＤＬＣ電圧と表記）の電圧を示したものである。ＥＤＬＣ電圧が所定の電圧値まで下がった時点でスイッチが切り替えられることにより、負荷電圧は常に一定範囲内へと抑えられている。
【０１８５】
なお、上記動作に加えて、判定回路２８によって負荷電圧が動作電圧範囲の上限を下回っているか否かを判定するために、Ｖin、すなわち電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧を、各スイッチ群の切り替え状態に応じて上記のとおり決定される所定の電圧と比較するよう構成してもよい。
【０１８６】
仮に電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧が所定の電圧を超えている場合、負荷２５には動作範囲外の高電圧が印加されることとなり、機器の故障などを引き起こす恐れがある。したがってその場合には、判定回路２８からスイッチ制御回路２９へ制御信号を出力し、スイッチ制御回路２９によって適宜スイッチの切り替えをするよう構成することが好ましい。このことは、以下の実施例においても同様である。
【実施例８】
【０１８７】
図１１は、本発明の第８実施形態である電源システム２３を示している。上記電源システム２３は、図９に示した電源システム２３において電気二重層キャパシタモジュール２６と負荷２５とを接続すべき端子を交換したものである。
【０１８８】
第７実施形態と同様に、回路モジュール２４においてスイッチＳ１〜Ｓ３のいずれか一つをオンにすることにより、電気二重層キャパシタモジュール２６から負荷２５へと負荷電圧が印加される。ただし負荷電圧の値は、Ｓ１〜Ｓ３中、どのスイッチをオンとするかによって異なる。特に図１１の回路構成においては、どのスイッチをオンとするかに応じて各キャパシタに印加される電圧も変わる。
【０１８９】
まずＳ１をオンにする場合、電気二重層キャパシタモジュール２６からスイッチＳ１、接続点３２、３３、キャパシタＣ１、接続点３４、キャパシタＣ２、接続点３５、キャパシタＣ３を介して共通電位点３６へと至る経路を考えれば、電圧降下について（１４）式が成り立つこととなる。したがって各キャパシタの電圧はＶ1＝（１／３）Ｖinとなる。
【０１９０】
負荷電圧Ｖoutは、電気二重層キャパシタモジュール２６からＳ１を通って負荷２５へと至る経路中に電圧降下を生じさせる素子が存在しないため、Ｖout＝Ｖinとなる。
【０１９１】
次にＳ２をオンにする場合、電気二重層キャパシタモジュール２６からスイッチＳ２、接続点３４、キャパシタＣ２、接続点３５、キャパシタＣ３を介して共通電位点３６へと至る経路を考えれば、電圧降下について次の式が成り立つ。
Ｖin＝Ｖ1＋Ｖ1＝２Ｖ1      （１８）
【０１９２】
したがって各キャパシタには（１／２）Ｖinの電圧が印加される。
【０１９３】
また負荷２５への負荷電圧については、電気二重層キャパシタモジュール２６からスイッチＳ２、接続点３４、キャパシタＣ１、接続点３３、接続点３２を介して負荷２５へと至る経路中でキャパシタＣ１による（負の）電圧降下が生じることを考えれば、次の式が成り立つ。
Ｖin＝−Ｖ1＋ＶOUT      （１９）
【０１９４】
式（１８），（１９）より、ＶOUT＝（３／２）Ｖinと決定される。
【０１９５】
次にＳ３をオンにする場合、電気二重層キャパシタモジュール２６からスイッチＳ３、接続点３５、キャパシタＣ３を介して共通電位点３６へと至る経路を考えれば、電圧降下について次の式が成り立つ。
Ｖin＝Ｖ1      （２０）
【０１９６】
また負荷電圧Ｖoutは、電気二重層キャパシタモジュール２６からスイッチＳ３、接続点３５、キャパシタＣ２、接続点３４、キャパシタＣ１、接続点３３、及び接続点３２を通って負荷２５へと至る経路中においてＣ１とＣ２とによる（負の）電圧降下が生じることを考えれば、以下の式により決定される。
Ｖin＝−Ｖ1−Ｖ1＋Ｖout      （２１）
【０１９７】
したがってＶout＝３Ｖinとなる。
【０１９８】
以上のとおり、図１１の構成においてＳ１〜Ｓ３をオンにした場合の負荷電圧は、それぞれＶin，（３／２）Ｖin，３Ｖinと昇圧される。上記入出力電圧比は、図９の電源システムにおける入出力電圧比と逆数の関係にある。
【０１９９】
電源システム２３の動作
次に、第８実施形態における電源システム２３の動作を説明する。まず初期状態として、電気二重層キャパシタモジュール２６には、負荷２５の動作電圧範囲内、任意の電圧程度の電圧を印加することにより、充電をしておく。スイッチ群３０中のＳ１〜Ｓ３はいずれもオフとし、未だ負荷２５への放電は開始されていない。
【０２００】
スイッチ制御回路２９からの信号によりスイッチＳ１のみがオンとなり、放電が開始される。このときの負荷電圧は、上記のとおり電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧と等しい（したがって放電開始時には、負荷２５の動作電圧範囲内での給電が行われる。）。
【０２０１】
放電の進行と共に、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧は低下し、同時に負荷２５へ印加される負荷電圧も低下してゆく。電圧検出回路２７はこの低下する電圧を監視し、その電圧に対応した信号を判定回路２８へと出力する。
【０２０２】
判定回路２８は、判定回路を構成する演算装置（不図示）のクロック周波数等により決定される所定の時間間隔ごとに、電圧検出回路２７より通知された電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧をあらかじめ設定された所定の電圧と比較する。
【０２０３】
所定の電圧とは、典型的に、負荷２５の動作電圧範囲の下限値とスイッチ群３０の切り替え状態とにより決定される。すなわち、スイッチ１がオンとなっている場合は、負荷電圧Ｖinが動作電圧範囲の下限を上回っているか否かを判定するために、Ｖin、すなわち電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧を、動作電圧の下限値として定められる所定の電圧（以下、第１の所定電圧値とする。）と比較する。
【０２０４】
電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧が第１の所定電圧値を上回っている場合、負荷２５には動作電圧範囲の下限を上回る、十分な電圧が供給されている。したがってスイッチ群３０でスイッチ切り替えを行う必要はないため、判定回路２８はスイッチ制御回路２９に信号を出力しない（あるいは、現在のスイッチングが適切であり、切り替えが必要ないことを通知するための信号を出力してもよい。）。
【０２０５】
放電により電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧は低下し続けるため、ある時点において、判定回路２８は、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧が第１の所定電圧値を下回っていることを検出する。この時点で、判定回路２８はスイッチ制御回路２９に対し、スイッチ切り替えを行うための信号を出力する。（あるいは、一時的にでも負荷電圧が動作電圧範囲外となることを避けるため、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧と第１の所定電圧値との差が所定の下限値を下回った時点で、そのような信号を出力するよう構成してもよい。）
【０２０６】
スイッチ制御回路２９は、判定回路２８から受信した上記信号に応答して、スイッチＳ１をオフにすると同時にスイッチＳ２をオンにする。これにより、負荷電圧は電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧の（３／２）倍となり、負荷電圧が上昇して動作電圧範囲内となる。
【０２０７】
放電の更なる進行と共に、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧は更に低下し、同時に負荷２５へ印加される負荷電圧も低下してゆく。電圧検出回路２７はこの低下する電圧を引き続き監視し、その電圧に対応した信号を判定回路２８へと出力する。
【０２０８】
判定回路２８は、上記所定の時間間隔ごとに、電圧検出回路２７より通知された電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧をあらかじめ設定された所定の電圧と比較する。
【０２０９】
但し、ここで比較に用いるべき所定の電圧とは、上記第１の所定電圧値とは異なる。すなわち、スイッチＳ２がオンとなっている場合は、負荷電圧（３／２）Ｖinが動作電圧範囲の下限を上回っているか否かを判定するために、Ｖin、すなわち電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧を、動作電圧の下限値の２／３倍として定められる所定の電圧（以下、第２の所定電圧値とする。）と比較する。このような所定電圧値の切り替えは、判定回路２８においてオンとするスイッチのＳ１からＳ２への切り替えを指示する信号をスイッチ制御回路２９へと出力した際（あるいはスイッチが切り替えられたことを通知する信号をスイッチ制御回路２９から受信した際）に行われる。
【０２１０】
電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧が第２の所定電圧値を上回っている場合、負荷２５には動作電圧範囲の下限を上回る、十分な電圧が供給されている。したがってスイッチ群３０でスイッチ切り替えを行う必要はないため、判定回路２８はスイッチ制御回路２９に信号を出力しない（あるいは、現在のスイッチングが適切であり、切り替えが必要ないことを通知するための信号を出力してもよい。）。
【０２１１】
放電により電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧は低下し続けるため、ある時点において、判定回路２８は、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧が第２の所定電圧値を下回っていることを検出する。この時点で、判定回路２８はスイッチ制御回路２９に対し、スイッチ切り替えを行うための信号を出力する。（あるいは、一時的にでも負荷電圧が動作電圧範囲外となることを避けるため、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧と第２の所定電圧値との差が所定の下限値を下回った時点で、そのような信号を出力するよう構成してもよい。）
【０２１２】
スイッチ制御回路２９は、判定回路２８から受信した上記信号に応答して、スイッチＳ２をオフにすると同時にスイッチＳ３をオンにする。これにより、負荷電圧は電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧の３倍となり、負荷電圧が再び上昇して動作電圧範囲内となる。
【０２１３】
このように、スイッチＳ１〜Ｓ３を順次切り替えることにより、負荷電圧をある任意の範囲内に抑えることができる。図１１の電源システムにおいて電気二重層キャパシタモジュール２６は１直列構成であるにもかかわらず、３直列構成の蓄電素子スイッチング回路モジュール２４を用いているために、負荷電圧を３段階で調節することが可能である。負荷２５が大きな動作電圧を必要とする場合など、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧を昇圧する必要がある場合に、図１１の構成は特に有効である。
【０２１４】
なお、ここでは電気二重層キャパシタモジュール２６を回路モジュール２４の接続点３２にて接続した場合（すなわち蓄電素子スイッチング回路３１中の接続点３３から接続した場合）について説明したが、その他の接続点３４〜３５から接続した場合においても同様の原理の下で動作する。
【０２１５】
図１２は、図１１の電源システムの放電時における負荷２５の電圧、ならびに電気二重層キャパシタモジュール２６（図１２中ではＥＤＬＣ電圧と表記）の電圧を示したものである。ＥＤＬＣ電圧が所定の電圧値まで下がった時点でスイッチが切り替えられることにより、負荷電圧は常に一定範囲内へと抑えられている。
【実施例９】
【０２１６】
図１３は本発明の第９の実施形態を示すものである。負荷２５は第１スイッチ群３０を介して蓄電素子スイッチング回路３１と接続されており、電気二重層キャパシタモジュール２６は第２スイッチ群３７を介して蓄電素子スイッチング回路３１と接続されている。第２スイッチ群３７中のスイッチＳ４〜Ｓ６のいずれか１つをオンとすることにより、電気二重層キャパシタモジュール２６は接続点３３〜３５のうち１つに接続され、蓄電素子スイッチング回路３１を介して負荷２５に電力を供給する。スイッチ群３０と３７とにおいてオンとするスイッチの組み合わせに応じて、図９と図１１における全ての接続状態を実現できる。
【０２１７】
具体的に、第１スイッチ群３０中でオンとするスイッチと第２スイッチ群３７中でオンとするスイッチとをそれぞれ選択した時の入出力電圧比は、表２のとおりである。
【表２】
2011050209.tif 000004
【０２１８】
したがって、電気二重層キャパシタモジュール４における放電の進行に伴い、オンとするスイッチの組を（Ｓ３，Ｓ４），（Ｓ３，Ｓ５），（Ｓ２，Ｓ４），（Ｓ１，Ｓ４）又は（Ｓ２，Ｓ５）又は（Ｓ３，Ｓ６），（Ｓ１，Ｓ５），（Ｓ２，Ｓ６），（Ｓ１，Ｓ６）と適宜切り替えることにより、電気二重層キャパシタモジュール４の電圧を動作範囲内に制御しつつ、充電エネルギーを無駄なく利用することが可能となる。
【実施例１０】
【０２１９】
図１４は、本発明の第１０実施形態である電源システム２３を示している。第７実施形態と比較して、回路モジュール２４に第２蓄電素子スイッチング回路３８を備えたことにより、さらに微細な出力電圧調整が可能となる。
【０２２０】
第２蓄電素子スイッチング回路３８はキャパシタＣ６〜Ｃ１０とスイッチＱ７〜Ｑ１２とにより構成され、第１蓄電素子スイッチング回路３１内のキャパシタＣ１に対して接続されている。
【０２２１】
この場合、第２蓄電素子スイッチング回路３８中のキャパシタＣ６、Ｃ７、Ｃ８は第１蓄電素子スイッチング回路３１中のキャパシタＣ１と並列接続されているために相互充放電可能であり、またキャパシタＣ９、Ｃ１０は、Ｑ７〜Ｑ１２のスイッチングによりＣ６、Ｃ７、Ｃ８と相互充放電可能である。
【０２２２】
したがって、キャパシタＣ１と第２蓄電素子スイッチング回路３８内の各キャパシタとの間での相互充放電を可能とするような、第１、第２蓄電素子スイッチング回路による多段階接続が構成されている。すなわち、キャパシタＣ１の電圧がキャパシタＣ６〜Ｃ１０に分配されるカスケード接続となる。
【０２２３】
ここで、奇数番号のスイッチと偶数番号のスイッチを交互に高周波にてスイッチングさせることで、実施例７の場合と同様、Ｃ１〜Ｃ５が分担する電圧、及びＣ６〜Ｃ１０が分担する電圧がそれぞれ均一になる。
【０２２４】
負荷電圧の決定
このような回路モジュール２４において、スイッチＳ１〜Ｓ４のいずれか一つをオンにすることにより、電気二重層キャパシタモジュール２６から負荷２５へと負荷電圧が印加される。ただし負荷電圧の値は、Ｓ１〜Ｓ４中、どのスイッチをオンとするかによって異なる。
【０２２５】
以下、各キャパシタに印加される電圧を決定した上で、スイッチＳ１〜Ｓ４のいずれかをオンとした場合のそれぞれに対する負荷電圧を、具体的に算出する。
【０２２６】
まず、キャパシタＣ１〜Ｃ５、Ｃ６〜Ｃ１０の電圧を決定する（これらに印加される電圧は、Ｓ１〜Ｓ４のいずれをオンとするかには無関係である）。Ｃ１〜Ｃ５の電圧、及びＣ６〜Ｃ１０の電圧はそれぞれスイッチングにより均一化されているのであり、それぞれＶ1、Ｖ2と表すことが可能である。
【０２２７】
Ｃ１と第２蓄電素子スイッチング回路３８とはカスケードに接続されているので、Ｃ６とＣ７とＣ８との電圧の和はＣ１の電圧と等しくなる。すなわち
Ｖ1＝Ｖ2＋Ｖ2＋Ｖ2＝３Ｖ2        （２２）
となる。
【０２２８】
電気二重層キャパシタモジュール２６から接続点３２、３９、３３、キャパシタＣ１、接続点３４、キャパシタＣ２、接続点３５、及びキャパシタＣ３を介して共通電位点３６へと至る経路での電圧降下を考えれば、電源電圧をＶinとしたときに以下の式が成り立つ。
Ｖin＝Ｖ1＋Ｖ1＋Ｖ1＝３Ｖ1      （２３）
上記（２２）式と（２３）式とを併せれば、Ｖ1＝（１／３）Ｖin，Ｖ2＝（１／９）Ｖinと決定される。
【０２２９】
次に、スイッチＳ１をオンとした場合の負荷電圧Ｖoutを決定する。
【０２３０】
電気二重層キャパシタモジュール２６から接続点３２、及びスイッチＳ１を通って負荷２５へと至る経路中に電圧降下を生じさせる素子は一切存在しないため、電気二重層キャパシタモジュール２６からの電圧は全て負荷２５への負荷電圧となる。すなわち、
Ｖout＝Ｖin      （２４）
と決定される。
【０２３１】
次に、スイッチＳ２をオンとした場合の負荷電圧Ｖoutを決定する。電気二重層キャパシタモジュール２６から接続点３２、３９、キャパシタＣ６、接続点４０、スイッチＳ２を通って負荷２５へと至る経路においては、キャパシタＣ６によりＶ2＝（１／９）Ｖinの電圧降下が生じている。
したがって負荷電圧Ｖoutは、
Ｖin＝（１／９）Ｖin＋Ｖout        （２５）
よりＶout＝（８／９）Ｖinと決定される。
【０２３２】
次に、スイッチＳ３をオンとした場合の負荷電圧Ｖoutを決定する。電気二重層キャパシタモジュール２６から接続点３２、３９、キャパシタＣ６、接続点４０、キャパシタＣ７、接続点４１、スイッチＳ３を通って負荷２５へと至る経路においては、キャパシタＣ６とＣ７とによりそれぞれＶ2＝（１／９）Ｖinの電圧降下が生じている。
したがって負荷電圧Ｖoutは、
Ｖin＝（１／９）Ｖin＋（１／９）Ｖin＋Ｖout      （２６）
よりＶout＝（７／９）Ｖinと決定される。
【０２３３】
次に、スイッチＳ４をオンとした場合の負荷電圧Ｖoutを決定する。
電気二重層キャパシタモジュール２６から接続点３２、３９、キャパシタＣ６、接続点４０、キャパシタＣ７、接続点４１、キャパシタＣ８、接続点４２、スイッチＳ４を通って負荷２５へと至る経路においては、キャパシタＣ６とＣ７とＣ８とによりそれぞれＶ2＝（１／９）Ｖinの電圧降下が生じている。
したがって負荷電圧Ｖoutは、
Ｖin＝（１／９）Ｖin＋（１／９）Ｖin＋（１／９）Ｖin＋Ｖout  （２７）
よりＶout＝（２／３）Ｖinと決定される。
【０２３４】
以上のとおり、Ｓ１〜Ｓ４のスイッチングにより、入出力電圧比を１／９単位で調節することが可能である。
【０２３５】
ここで、図１４の回路モジュール２４に用いられるキャパシタは１０個、スイッチは１６個である。これに対して、上記１／９単位での入出力電圧比調整を、カスケード接続による多段構成を用いない、１段構成のスイッチングキャパシタシステムによって行うためには、１７個のキャパシタ（９個の直列接続キャパシタと、８個の電圧均一化用キャパシタ）と、２２個のスイッチ（相互充放電のための１８個と、Ｓ１〜Ｓ４の４個）とが必要となるのであって、図１４のようなカスケード接続による多段構成を採用することにより、所定の電圧刻み幅を達成するために必要な素子数が大幅に削減されていることが分かる。
【０２３６】
電源システム２３の動作
次に、電源システム２３の動作を説明する。まず初期状態として、電気二重層キャパシタモジュール２６には、負荷２５の動作電圧範囲内、任意の電圧の（３／２）倍程度の電圧を印加することにより、充電をしておく。スイッチ群３０中のＳ１〜Ｓ４はいずれもオフとし、未だ負荷２５への放電は開始されていない。
【０２３７】
スイッチ制御回路２９からの信号によりスイッチＳ４のみがオンとなり、放電が開始される。このときの負荷電圧は、上記のとおり電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧の２／３である（したがって放電開始時には、負荷２５の動作電圧範囲内での給電が行われる。）。
【０２３８】
放電の進行と共に、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧は低下し、同時に負荷２５へ印加される負荷電圧も低下してゆく。電圧検出回路２７はこの低下する電圧を監視し、その電圧に対応した信号を判定回路２８へと出力する。
【０２３９】
判定回路２８は、判定回路を構成する演算装置（不図示）のクロック周波数等により決定される所定の時間間隔ごとに、電圧検出回路２７より通知された電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧をあらかじめ設定された所定の電圧と比較する。
【０２４０】
所定の電圧とは、典型的に、負荷２５の動作電圧範囲の下限値とスイッチ群３０の切り替え状態とにより決定される。すなわち、スイッチ４がオンとなっている場合は、負荷電圧（２／３）Ｖinが動作電圧範囲の下限を上回っているか否かを判定するために、Ｖin、すなわち電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧を、動作電圧の下限値の（３／２）倍として定められる所定の電圧（以下、第１の所定電圧値とする。）と比較する。
【０２４１】
電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧が第１の所定電圧値を上回っている場合、負荷２５には動作電圧範囲の下限を上回る、十分な電圧が供給されている。したがってスイッチ群３０でスイッチ切り替えを行う必要はないため、判定回路２８はスイッチ制御回路２９に信号を出力しない（あるいは、現在のスイッチングが適切であり、切り替えが必要ないことを通知するための信号を出力してもよい。）。
【０２４２】
放電により電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧は低下し続けるため、ある時点において、判定回路２８は、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧が第１の所定電圧値を下回っていることを検出する。この時点で、判定回路２８はスイッチ制御回路２９に対し、スイッチ切り替えを行うための信号を出力する。（あるいは、一時的にでも負荷電圧が動作電圧範囲外となることを避けるため、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧と第１の所定電圧値との差が所定の下限値を下回った時点で、そのような信号を出力するよう構成してもよい。）
【０２４３】
スイッチ制御回路２９は、判定回路２８から受信した上記信号に応答して、スイッチＳ４をオフにすると同時にスイッチＳ３をオンにする。これにより、負荷電圧は電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧の（７／９）倍となり、負荷電圧が上昇して動作電圧範囲内となる。
【０２４４】
放電の更なる進行と共に、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧は更に低下し、同時に負荷２５へ印加される負荷電圧も低下してゆく。電圧検出回路２７はこの低下する電圧を引き続き監視し、その電圧に対応した信号を判定回路２８へと出力する。
【０２４５】
判定回路２８は、上記所定の時間間隔ごとに、電圧検出回路２７より通知された電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧をあらかじめ設定された所定の電圧と比較する。
【０２４６】
但し、ここで比較に用いるべき所定の電圧とは、上記第１の所定電圧値とは異なる。すなわち、スイッチＳ３がオンとなっている場合は、負荷電圧（７／９）Ｖinが動作電圧範囲の下限を上回っているか否かを判定するために、Ｖin、すなわち電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧を、動作電圧の下限値の９／７倍として定められる所定の電圧（以下、第２の所定電圧値とする。）と比較する。このような所定電圧値の切り替えは、判定回路２８においてオンとするスイッチのＳ４からＳ３への切り替えを指示する信号をスイッチ制御回路２９へと出力した際（あるいはスイッチが切り替えられたことを通知する信号をスイッチ制御回路２９から受信した際）に行われる。
【０２４７】
電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧が第２の所定電圧値を上回っている場合、負荷２５には動作電圧範囲の下限を上回る、十分な電圧が供給されている。したがってスイッチ群３０でスイッチ切り替えを行う必要はないため、判定回路２８はスイッチ制御回路２９に信号を出力しない（あるいは、現在のスイッチングが適切であり、切り替えが必要ないことを通知するための信号を出力してもよい。）。
【０２４８】
放電により電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧は低下し続けるため、ある時点において、判定回路２８は、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧が第２の所定電圧値を下回っていることを検出する。この時点で、判定回路２８はスイッチ制御回路２９に対し、スイッチ切り替えを行うための信号を出力する。（あるいは、一時的にでも負荷電圧が動作電圧範囲外となることを避けるため、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧と第２の所定電圧値との差が所定の下限値を下回った時点で、そのような信号を出力するよう構成してもよい。）
【０２４９】
スイッチ制御回路２９は、判定回路２８から受信した上記信号に応答して、スイッチＳ３をオフにすると同時にスイッチＳ２をオンにする。これにより、負荷電圧は電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧の（８／９）倍となり、負荷電圧が再び上昇して動作電圧範囲内となる。
【０２５０】
放電の更なる進行と共に、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧は更に低下し、同時に負荷２５へ印加される負荷電圧も低下してゆく。電圧検出回路２７はこの低下する電圧を引き続き監視し、その電圧に対応した信号を判定回路２８へと出力する。
【０２５１】
判定回路２８は、上記所定の時間間隔ごとに、電圧検出回路２７より通知された電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧をあらかじめ設定された所定の電圧と比較する。
【０２５２】
但し、ここで比較に用いるべき所定の電圧とは、上記第１の所定電圧値とは異なる。すなわち、スイッチＳ２がオンとなっている場合は、負荷電圧（８／９）Ｖinが動作電圧範囲の下限を上回っているか否かを判定するために、Ｖin、すなわち電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧を、動作電圧の下限値の９／８倍として定められる所定の電圧（以下、第３の所定電圧値とする。）と比較する。このような所定電圧値の切り替えは、判定回路２８においてオンとするスイッチのＳ３からＳ２への切り替えを指示する信号をスイッチ制御回路２９へと出力した際（あるいはスイッチが切り替えられたことを通知する信号をスイッチ制御回路２９から受信した際）に行われる。
【０２５３】
電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧が第３の所定電圧値を上回っている場合、負荷２５には動作電圧範囲の下限を上回る、十分な電圧が供給されている。したがってスイッチ群３０でスイッチ切り替えを行う必要はないため、判定回路２８はスイッチ制御回路２９に信号を出力しない（あるいは、現在のスイッチングが適切であり、切り替えが必要ないことを通知するための信号を出力してもよい。）。
【０２５４】
放電により電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧は低下し続けるため、ある時点において、判定回路２８は、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧が第３の所定電圧値を下回っていることを検出する。この時点で、判定回路２８はスイッチ制御回路２９に対し、スイッチ切り替えを行うための信号を出力する。（あるいは、一時的にでも負荷電圧が動作電圧範囲外となることを避けるため、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧と第３の所定電圧値との差が所定の下限値を下回った時点で、そのような信号を出力するよう構成してもよい。）
【０２５５】
スイッチ制御回路２９は、判定回路２８から受信した上記信号に応答して、スイッチＳ２をオフにすると同時にスイッチＳ１をオンにする。これにより、負荷電圧は電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧となり、負荷電圧が再び上昇して動作電圧範囲内となる。
【０２５６】
このように、スイッチＳ１〜Ｓ４を順次切り替えることにより、負荷電圧をある任意の範囲内に抑えることができる。図１４の電源システムにおいて電気二重層キャパシタモジュール２６は１直列構成であるにもかかわらず、３直列構成の蓄電素子スイッチング回路をカスケード接続して２段構成となった回路モジュール２４を用いているために、負荷電圧を４段階で、かつ１段構成の場合と比べて微細に、調節することが可能となる。
【０２５７】
なお、ここでは電気二重層キャパシタモジュール２６を回路モジュール２４の接続点３２にて接続した場合（すなわち第２蓄電素子スイッチング回路３８中の接続点３９から接続した場合）について説明したが、その他の接続点４０〜４２から接続した場合においても同様の原理の下で動作する。また、第２蓄電素子スイッチング回路３８が第１蓄電素子スイッチング回路３１のキャパシタＣ１にカスケード接続された場合について説明を行ったが、他のキャパシタに接続された場合や、複数個のキャパシタに接続された場合（例えばＣ１＋Ｃ２）においても同様の原理の下で動作する。
【０２５８】
図１５は、図１４の電源システムの放電時における負荷２５の電圧、ならびに電気二重層キャパシタモジュール２６（図１５中ではＥＤＬＣ電圧と表記）の電圧を示したものである。ＥＤＬＣ電圧が所定の電圧値まで下がった時点でスイッチが切り替えられることにより、負荷電圧は常に一定範囲内へと抑えられている。
【実施例１１】
【０２５９】
図１６は、本発明の第１１実施形態である電源システム２３を示している。上記電源システム２３は、図１４に示した電源システム２３において電気二重層キャパシタモジュール２６と負荷２５とを接続すべき端子を交換したものである。
【０２６０】
第１０実施形態と同様に、回路モジュール２４においてスイッチＳ１〜Ｓ４のいずれか一つをオンにすることにより、電気二重層キャパシタモジュール２６から負荷２５へと負荷電圧が印加される。ただし負荷電圧の値は、Ｓ１〜Ｓ４中、どのスイッチをオンとするかによって異なる。特に図１６の回路構成においては、どのスイッチをオンとするかに応じて各キャパシタに印加される電圧も変わる。
【０２６１】
この構成では、図１４と同様に、Ｃ１と第２蓄電素子スイッチング回路３８とがカスケードに接続されているために（２２）式が成り立ち、Ｖ2＝（１／３）Ｖ1となるが、スイッチＳ１〜Ｓ４のいずれをオンとするかによって電気二重層キャパシタモジュール２６から共通電位点３６へと至る経路が変わるため、各キャパシタに印加される電圧はそれぞれの場合で異なる。
【０２６２】
まずＳ１をオンにする場合、電気二重層キャパシタモジュール２６からスイッチＳ１、接続点３２、３９、３３、キャパシタＣ１、接続点３４、キャパシタＣ２、接続点３５、キャパシタＣ３を介して共通電位点３６へと至る経路を考えれば、電圧降下について（２３）式が成り立つこととなる。したがってＶ1＝（１／３）Ｖin，Ｖ2＝（１／９）Ｖinとなる。
【０２６３】
負荷電圧Ｖoutは、電気二重層キャパシタモジュール２６からＳ１を通って負荷２５へと至る経路中に電圧降下を生じさせる素子が存在しないため、Ｖout＝Ｖinとなる。
【０２６４】
次にＳ２をオンにする場合、電気二重層キャパシタモジュール２６からスイッチＳ２、接続点４０、キャパシタＣ６、接続点３９、接続点３３、キャパシタＣ１、接続点３４、キャパシタＣ２、接続点３５、キャパシタＣ３を介して共通電位点３６へと至る経路を考えれば、電圧降下について次の式が成り立つ。
Ｖin＝−Ｖ2＋Ｖ1＋Ｖ1＋Ｖ1      （２８）
【０２６５】
上記（２２）式と（２８）式とを併せれば、Ｖ1＝（３／８）Ｖin，Ｖ2＝（１／８）Ｖinと決定される。
【０２６６】
また負荷２５への負荷電圧については、電気二重層キャパシタモジュール２６からスイッチＳ２、接続点４０、キャパシタＣ６、接続点３９、接続点３２を介して負荷２５へと至る経路中でキャパシタＣ６による（負の）電圧降下が生じることを考えれば、次の式が成り立つ。
Ｖin＝−Ｖ2＋ＶOUT      （２９）
【０２６７】
式（２９）より、ＶOUT＝（９／８）Ｖinと決定される。
【０２６８】
次にＳ３をオンにする場合、電気二重層キャパシタモジュール２６からスイッチＳ３、接続点４１、キャパシタＣ７、接続点４０、キャパシタＣ６、接続点３９、３３、キャパシタＣ１、接続点３４、キャパシタＣ２、接続点３５、キャパシタＣ３を介して共通電位点３６へと至る経路を考えれば、電圧降下について次の式が成り立つ。
Ｖin＝−Ｖ2−Ｖ2＋Ｖ1＋Ｖ1＋Ｖ1      （３０）
【０２６９】
上記（２２）式と（３０）式とを併せれば、Ｖ1＝（３／７）Ｖin，Ｖ2＝（１／７）Ｖinと決定される。
【０２７０】
また負荷電圧Ｖoutは、電気二重層キャパシタモジュール２６からスイッチＳ３、接続点４１、キャパシタＣ７、接続点４０、キャパシタＣ６、接続点３９、及び接続点３２を通って負荷２５へと至る経路中においてＣ６とＣ７とによる（負の）電圧降下が生じることを考えれば、以下の式により決定される。
Ｖin＝−Ｖ2−Ｖ2＋Ｖout      （３１）
【０２７１】
したがってＶout＝（９／７）Ｖinとなる。
【０２７２】
次にＳ４をオンにする場合、電気二重層キャパシタモジュール２６からスイッチＳ４、接続点４２、キャパシタＣ８、接続点４１、キャパシタＣ７、接続点４０、キャパシタＣ６、接続点３９、３３、キャパシタＣ１、接続点３４、キャパシタＣ２、接続点３５、キャパシタＣ３を介して共通電位点３６へと至る経路を考えれば、電圧降下について次の式が成り立つ。
Ｖin＝−Ｖ2−Ｖ2−Ｖ2＋Ｖ1＋Ｖ1＋Ｖ1      （３２）
【０２７３】
上記（２２）式と（３２）式とを併せれば、Ｖ1＝（１／２）Ｖin，Ｖ2＝（１／６）Ｖinと決定される。
【０２７４】
また負荷電圧Ｖoutは、電気二重層キャパシタモジュール２６からスイッチＳ４、接続点４２、キャパシタＣ８、接続点４１、キャパシタＣ７、接続点４０、キャパシタＣ６、接続点３９、及び接続点３２を通って負荷２５へと至る経路中においてＣ６とＣ７とＣ８とによる（負の）電圧降下が生じることを考えれば、以下の式により決定される。
Ｖin＝−Ｖ2−Ｖ2−Ｖ2＋Ｖout      （３３）
【０２７５】
したがってＶout＝（３／２）Ｖinとなる。
【０２７６】
以上のとおり、図１６の構成においてＳ１〜Ｓ４をオンにした場合の負荷電圧は、それぞれＶin，（９／８）Ｖin，（９／７）Ｖin，（３／２）Ｖinと昇圧される。上記入出力電圧比は、図１４の電源システムにおける入出力電圧比と逆数の関係にある。
【０２７７】
電源システム２３の動作
次に、第１１実施形態における電源システム２３の動作を説明する。まず初期状態として、電気二重層キャパシタモジュール２６には、負荷２５の動作電圧範囲内、任意の電圧程度の電圧を印加することにより、充電をしておく。スイッチ群３０中のＳ１〜Ｓ４はいずれもオフとし、未だ負荷２５への放電は開始されていない。
【０２７８】
スイッチ制御回路２９からの信号によりスイッチＳ１のみがオンとなり、放電が開始される。このときの負荷電圧は、上記のとおり電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧と等しい（したがって放電開始時には、負荷２５の動作電圧範囲内での給電が行われる。）。
【０２７９】
放電の進行と共に、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧は低下し、同時に負荷２５へ印加される負荷電圧も低下してゆく。電圧検出回路２７はこの低下する電圧を監視し、その電圧に対応した信号を判定回路２８へと出力する。
【０２８０】
判定回路２８は、判定回路を構成する演算装置（不図示）のクロック周波数等により決定される所定の時間間隔ごとに、電圧検出回路２７より通知された電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧をあらかじめ設定された所定の電圧と比較する。
【０２８１】
所定の電圧とは、典型的に、負荷２５の動作電圧範囲の下限値とスイッチ群３０の切り替え状態とにより決定される。すなわち、スイッチ１がオンとなっている場合は、負荷電圧Ｖinが動作電圧範囲の下限を上回っているか否かを判定するために、Ｖin、すなわち電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧を、動作電圧の下限値として定められる所定の電圧（以下、第１の所定電圧値とする。）と比較する。
【０２８２】
電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧が第１の所定電圧値を上回っている場合、負荷２５には動作電圧範囲の下限を上回る、十分な電圧が供給されている。したがってスイッチ群３０でスイッチ切り替えを行う必要はないため、判定回路２８はスイッチ制御回路２９に信号を出力しない（あるいは、現在のスイッチングが適切であり、切り替えが必要ないことを通知するための信号を出力してもよい。）。
【０２８３】
放電により電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧は低下し続けるため、ある時点において、判定回路２８は、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧が第１の所定電圧値を下回っていることを検出する。この時点で、判定回路２８はスイッチ制御回路２９に対し、スイッチ切り替えを行うための信号を出力する。（あるいは、一時的にでも負荷電圧が動作電圧範囲外となることを避けるため、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧と第１の所定電圧値との差が所定の下限値を下回った時点で、そのような信号を出力するよう構成してもよい。）
【０２８４】
スイッチ制御回路２９は、判定回路２８から受信した上記信号に応答して、スイッチＳ１をオフにすると同時にスイッチＳ２をオンにする。これにより、負荷電圧は電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧の（９／８）倍となり、負荷電圧が上昇して動作電圧範囲内となる。
【０２８５】
放電の更なる進行と共に、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧は更に低下し、同時に負荷２５へ印加される負荷電圧も低下してゆく。電圧検出回路２７はこの低下する電圧を引き続き監視し、その電圧に対応した信号を判定回路２８へと出力する。
【０２８６】
判定回路２８は、上記所定の時間間隔ごとに、電圧検出回路２７より通知された電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧をあらかじめ設定された所定の電圧と比較する。
【０２８７】
但し、ここで比較に用いるべき所定の電圧とは、上記第１の所定電圧値とは異なる。すなわち、スイッチＳ２がオンとなっている場合は、負荷電圧（９／８）Ｖinが動作電圧範囲の下限を上回っているか否かを判定するために、Ｖin、すなわち電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧を、動作電圧の下限値の８／９倍として定められる所定の電圧（以下、第２の所定電圧値とする。）と比較する。このような所定電圧値の切り替えは、判定回路２８においてオンとするスイッチのＳ１からＳ２への切り替えを指示する信号をスイッチ制御回路２９へと出力した際（あるいはスイッチが切り替えられたことを通知する信号をスイッチ制御回路２９から受信した際）に行われる。
【０２８８】
電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧が第２の所定電圧値を上回っている場合、負荷２５には動作電圧範囲の下限を上回る、十分な電圧が供給されている。したがってスイッチ群３０でスイッチ切り替えを行う必要はないため、判定回路２８はスイッチ制御回路２９に信号を出力しない（あるいは、現在のスイッチングが適切であり、切り替えが必要ないことを通知するための信号を出力してもよい。）。
【０２８９】
放電により電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧は低下し続けるため、ある時点において、判定回路２８は、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧が第２の所定電圧値を下回っていることを検出する。この時点で、判定回路２８はスイッチ制御回路２９に対し、スイッチ切り替えを行うための信号を出力する。（あるいは、一時的にでも負荷電圧が動作電圧範囲外となることを避けるため、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧と第２の所定電圧値との差が所定の下限値を下回った時点で、そのような信号を出力するよう構成してもよい。）
【０２９０】
スイッチ制御回路２９は、判定回路２８から受信した上記信号に応答して、スイッチＳ２をオフにすると同時にスイッチＳ３をオンにする。これにより、負荷電圧は電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧の（９／７）倍となり、負荷電圧が再び上昇して動作電圧範囲内となる。
【０２９１】
放電の更なる進行と共に、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧は更に低下し、同時に負荷２５へ印加される負荷電圧も低下してゆく。電圧検出回路２７はこの低下する電圧を引き続き監視し、その電圧に対応した信号を判定回路２８へと出力する。
【０２９２】
判定回路２８は、上記所定の時間間隔ごとに、電圧検出回路２７より通知された電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧をあらかじめ設定された所定の電圧と比較する。
【０２９３】
但し、ここで比較に用いるべき所定の電圧とは、上記第２の所定電圧値とは異なる。すなわち、スイッチＳ３がオンとなっている場合は、負荷電圧（９／７）Ｖinが動作電圧範囲の下限を上回っているか否かを判定するために、Ｖin、すなわち電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧を、動作電圧の下限値の７／９倍として定められる所定の電圧（以下、第３の所定電圧値とする。）と比較する。このような所定電圧値の切り替えは、判定回路２８においてオンとするスイッチのＳ２からＳ３への切り替えを指示する信号をスイッチ制御回路２９へと出力した際（あるいはスイッチが切り替えられたことを通知する信号をスイッチ制御回路２９から受信した際）に行われる。
【０２９４】
電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧が第３の所定電圧値を上回っている場合、負荷２５には動作電圧範囲の下限を上回る、十分な電圧が供給されている。したがってスイッチ群３０でスイッチ切り替えを行う必要はないため、判定回路２８はスイッチ制御回路２９に信号を出力しない（あるいは、現在のスイッチングが適切であり、切り替えが必要ないことを通知するための信号を出力してもよい。）。
【０２９５】
放電により電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧は低下し続けるため、ある時点において、判定回路２８は、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧が第３の所定電圧値を下回っていることを検出する。この時点で、判定回路２８はスイッチ制御回路２９に対し、スイッチ切り替えを行うための信号を出力する。（あるいは、一時的にでも負荷電圧が動作電圧範囲外となることを避けるため、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧と第３の所定電圧値との差が所定の下限値を下回った時点で、そのような信号を出力するよう構成してもよい。）
【０２９６】
スイッチ制御回路２９は、判定回路２８から受信した上記信号に応答して、スイッチＳ３をオフにすると同時にスイッチＳ４をオンにする。これにより、負荷電圧は電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧の（３／２）倍となり、負荷電圧が再び上昇して動作電圧範囲内となる。
【０２９７】
このように、スイッチＳ１〜Ｓ４を順次切り替えることにより、負荷電圧をある任意の範囲内に抑えることができる。図１６の電源システムにおいて電気二重層キャパシタモジュール２６は１直列構成であるにもかかわらず、３直列構成の蓄電素子スイッチング回路をカスケード接続して２段階構成となった回路モジュール２４を用いているために、負荷電圧を４段階で調節することが可能である。負荷２５が大きな動作電圧を必要とする場合など、電気二重層キャパシタモジュール２６の電圧を昇圧する必要がある場合に、図１６の構成は特に有効である。
【０２９８】
なお、ここでは電気二重層キャパシタモジュール２６を回路モジュール２４の接続点３２にて接続した場合（すなわち第２蓄電素子スイッチング回路３８中の接続点３９から接続した場合）について説明したが、その他の接続点４０〜４２から接続した場合においても同様の原理の下で動作する。また、第２蓄電素子スイッチング回路３８が第１蓄電素子スイッチング回路３１のキャパシタＣ１にカスケード接続された場合について説明を行ったが、他のキャパシタに接続された場合や、複数個のキャパシタに接続された場合（例えばＣ１＋Ｃ２）においても同様の原理の下で動作する。
【０２９９】
図１７は、図１６の電源システムの放電時における負荷２５の電圧、ならびに電気二重層キャパシタモジュール２６（図１７中ではＥＤＬＣ電圧と表記）の電圧を示したものである。ＥＤＬＣ電圧が所定の電圧値まで下がった時点でスイッチが切り替えられることにより、負荷電圧は常に一定範囲内へと抑えられている。
【実施例１２】
【０３００】
図１８は本発明の第１２の実施形態を示すものである。負荷２５は第１スイッチ群３０を介して第２蓄電素子スイッチング回路３８と接続されており、電気二重層キャパシタモジュール２６は第２スイッチ群３７を介して第２蓄電素子スイッチング回路３８と接続されている。第２スイッチ群３７中のスイッチＳ５〜Ｓ８のいずれか１つをオンとすることにより、電気二重層キャパシタモジュール２６は接続点３９〜４２のうち１つに接続され、蓄電素子スイッチング回路３１及び３８を介して負荷２５に電力を供給する。スイッチ群３０と３７とにおいてオンとするスイッチの組み合わせに応じて、図１４と図１６とにおける全ての接続状態を実現できる。
【０３０１】
具体的に、第１スイッチ群３０中でオンとするスイッチと第２スイッチ群３７中でオンとするスイッチとをそれぞれ選択した時の入出力電圧比は、表３のとおりである。
【表３】
2011050209.tif 000005
【０３０２】
したがって、電気二重層キャパシタモジュール４における放電の進行に伴い、オンとするスイッチの組を（Ｓ４，Ｓ５），（Ｓ４，Ｓ６），（Ｓ３，Ｓ５），（Ｓ４，Ｓ７），（Ｓ３，Ｓ６），（Ｓ２，Ｓ５），（Ｓ１，Ｓ５）又は（Ｓ２，Ｓ６）又は（Ｓ３，Ｓ７）又は（Ｓ４，Ｓ８），（Ｓ１，Ｓ６），（Ｓ２，Ｓ７），（Ｓ３，Ｓ８），（Ｓ１，Ｓ７），（Ｓ２，Ｓ８），（Ｓ１，Ｓ８）と適宜切り替えることにより、電気二重層キャパシタモジュール４の電圧を動作範囲内に制御しつつ、充電エネルギーを無駄なく利用することが可能となる。
【０３０３】
当業者であれば、本実施例の教示に従い、回路モジュール内のキャパシタ構成、スイッチ群を適宜選択することにより、所望の調整基準値、調整単位を有する電源システムを構成することができる。
【０３０４】
例えば、上記実施例７〜１２においては、蓄電素子スイッチング回路が、回路中の全ての蓄電素子電圧を均一化するよう構成されたものであるとして説明を行ったが、これは蓄電素子スイッチング回路としての単なる一例である。
【０３０５】
すなわち、個々の蓄電素子電圧を単位として、電気二重層キャパシタの多段直列構成を必要とすることなく、従来よりもきめ細やかな出力電圧調整を行うことを可能とする本発明において、当該個々の蓄電素子電圧が全て等しいということは必須ではなく、例えば２種類の刻みをもって調整可能とするために、２種類の大きさの電圧をそれぞれの蓄電素子に印加するよう、蓄電素子スイッチング回路を構成することが可能である。あるいは全ての蓄電素子電圧を、全て異なる値へと調整してもよい。
【０３０６】
また、同じく蓄電素子スイッチング回路について、上記実施例７〜１２においてはスイッチによって接続状態を切り替える構成であるとして説明を行ったが、各蓄電素子の充電状態を制御するためには必ずしもスイッチを用いねばならないというわけではなく、例えばダイオード等を用いて制御することも可能である。
【０３０７】
加えて、上記実施例７〜１２においては電源として電気二重層キャパシタモジュールを用いた場合について説明したが、電気二重層キャパシタモジュールに代えて、リチウムイオンキャパシタ、二次電池など任意の蓄電モジュールを用いることが可能であり、あるいは、それ以外の任意の電源装置を用いることも可能である。
【０３０８】
本発明は、その目的を達成できる限りにおける上記全てのバリエーションを、その範囲に含むものである。
【産業上の利用可能性】
【０３０９】
本発明に係る電源装置は、電力により動作する任意の装置へ電力供給するために用いることが可能である。例えば電気自動車の電源として用いる場合、本発明に係る電源装置は従来に比べて大幅に小型化・軽量化されているために車体全体の軽量化が図られ、エネルギー消費が抑制される。あるいは、本発明に係る電源装置を、惑星探査用測定機器へ電力供給するための電源装置として用いることも有効である。惑星探査機に積み込むことができる機材の総重量は厳しく制限されるため、それらを動作させるための電源装置においても極力の小型化・軽量化が求められるからである。
【符号の説明】
【０３１０】
１          電源装置
２          回路モジュール
３          負荷
４          電源
５          第１蓄電素子スイッチング回路
６          第２蓄電素子スイッチング回路
７          スイッチ群
８〜１４    接続点
１５        共通電位点
１６        接続点
１７        第２スイッチ群
１８        第１蓄電素子スイッチング回路
１９        第２蓄電素子スイッチング回路
２０        第３蓄電素子スイッチング回路
２１        第１スイッチ群
２２        第２スイッチ群
２３        電源システム
２４        回路モジュール
２５        負荷
２６        電気二重層キャパシタモジュール
２７        電圧検出回路
２８        判定回路
２９        スイッチ制御回路
３０        スイッチ群
３１        蓄電素子スイッチング回路
３２〜３５  接続点
３６        共通電位点
３７        第２スイッチ群
３８        第２蓄電素子スイッチング回路
３９〜４２  接続点
【図１】
2011050209.tif 000006
【図２】
2011050209.tif 000007
【図３】
2011050209.tif 000008
【図４】
2011050209.tif 000009
【図５】
2011050209.tif 000010
【図６】
2011050209.tif 000011
【図７】
2011050209.tif 000012
【図８】
2011050209.tif 000013
【図９】
2011050209.tif 000014
【図１０】
2011050209.tif 000015
【図１１】
2011050209.tif 000016
【図１２】
2011050209.tif 000017
【図１３】
2011050209.tif 000018
【図１４】
2011050209.tif 000019
【図１５】
2011050209.tif 000020
【図１６】
2011050209.tif 000021
【図１７】
2011050209.tif 000022
【図１８】
2011050209.tif 000023