(57)【要約】【課題】キャパシタの充電に関し、その制御の簡略化とともに充電に伴う電力消費を低減する。【解決手段】電気二重層キャパシタ（キャパシタＣ、Ｃ１〜Ｃｎ）の充電装置（２）であって、電気二重層キャパシタの充電電圧が所定値に到達した場合、前記電気二重層キャパシタの充電電流を分流させるバイパス手段（バイパス回路部２４、２４１〜２４ｎ）と、前記電気二重層キャパシタに流す充電電流に異なった電流値を設定する複数の制御信号を発生する制御信号発生手段（制御信号生成部２０）と、前記制御信号発生手段に発生させた前記制御信号を、前記電気二重層キャパシタの充電電圧が所定値に到達したか否かにより選択する制御信号選択手段（制御信号選択部２２）と、前記制御信号選択手段で選択された前記制御信号により設定される電流値に前記電気二重層キャパシタに流す充電電流を制御する制御手段（充電制御部１６）とを備えている。【選択図】図１
2008245434.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が所定値に到達した場合、前記電気二重層キャパシタの充電電流を分流させるバイパス手段と、
前記電気二重層キャパシタに流す充電電流に異なった電流値を設定する複数の制御信号を発生する制御信号発生手段と、
前記制御信号発生手段に発生させた前記制御信号を、前記電気二重層キャパシタの充電電圧が所定値に到達したか否かにより選択する制御信号選択手段と、
前記制御信号選択手段で選択された前記制御信号により設定される電流値に前記電気二重層キャパシタに流す充電電流を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする、電気二重層キャパシタの充電装置。
【請求項２】
請求項１記載の電気二重層キャパシタの充電装置において、
前記バイパス手段は、前記電気二重層キャパシタの充電電圧が所定値に到達したことを検出する電圧検出部と、
前記電気二重層キャパシタの充電電圧が所定値に到達した場合に前記充電電流を分流させる分流回路と、
を備えることを特徴とする電気二重層キャパシタの充電装置。
【請求項３】
請求項１記載の電気二重層キャパシタの充電装置において、
前記制御信号発生手段は、前記電気二重層キャパシタに流れる充電電流により、その充電電流に設定される電流値に対応した制御信号を発生することを特徴とする電気二重層キャパシタの充電装置。
【請求項４】
請求項１記載の電気二重層キャパシタの充電装置において、
前記制御信号選択手段には、前記電気二重層キャパシタの充電電圧が所定値に到達したことを表す充電検出信号がタイマーを介して所定時間だけ遅延させて加えられることを特徴とする電気二重層キャパシタの充電装置。
【請求項５】
複数の電気二重層キャパシタの直列回路を含むキャパシタバンクを充電する、電気二重層キャパシタの充電装置であって、
前記キャパシタバンクの電気二重層キャパシタに個別に設置され、前記電気二重層キャパシタの充電電圧が所定値に到達した場合、前記電気二重層キャパシタの充電電流を分流させるバイパス手段と、
前記キャパシタバンクに流す充電電流に異なった電流値を設定する複数の制御信号を発生する制御信号発生手段と、
前記キャパシタバンクの電気二重層キャパシタの何れかの充電電圧が所定値に到達したか否かにより、前記制御信号発生手段の前記制御信号を選択する制御信号選択手段と、
前記制御信号選択手段で選択された前記制御信号により設定される電流値に前記キャパシタバンクに流す充電電流を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする、電気二重層キャパシタの充電装置。
【請求項６】
電気二重層キャパシタの充電電圧を監視し、前記充電電圧が所定値に到達した場合に前記電気二重層キャパシタの充電電流を分流させるステップと、
前記電気二重層キャパシタに流す充電電流に異なった電流値を設定する複数の制御信号を発生するステップと、
前記複数の制御信号から前記電気二重層キャパシタの充電電圧が所定値に到達したか否かにより前記制御信号の何れかを選択するステップと、
前記制御信号により設定される電流値に前記電気二重層キャパシタに流す充電電流を制御するステップと、
を含むことを特徴とする、電気二重層キャパシタの充電制御方法。
【請求項７】
複数の電気二重層キャパシタの直列回路を含むキャパシタバンクの充電を制御する、電気二重層キャパシタの充電制御方法であって、
前記キャパシタバンクの電気二重層キャパシタの充電を監視し、前記電気二重層キャパシタの充電電圧が所定値に到達した場合、前記電気二重層キャパシタの充電電流を分流させるステップと、
前記キャパシタバンクに流す充電電流に異なった電流値を設定する複数の制御信号を発生させるステップと、
前記キャパシタバンクの電気二重層キャパシタの何れかの充電電圧が所定値に到達したか否かにより前記制御信号の何れかを選択するステップと、
前記制御信号により設定される電流値に前記キャパシタバンクに流す充電電流を制御するステップと、
を含むことを特徴とする、電気二重層キャパシタの充電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種電源装置等に用いられる複数の電気二重層キャパシタ（ＤＬＣＡＰ）の直列回路等、電気二重層キャパシタの充電に関し、特に、電気二重層キャパシタの充電状態に応じて充電電流を制御する、電気二重層キャパシタの充電装置及びその充電制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタ（以下「キャパシタ」と称する。）は大容量であるが耐電圧が低いため、直列化により高耐圧化することができる。即ち、複数のキャパシタを直列に接続してなるキャパシタバンクはバンクとして各キャパシタを超える高耐圧化が図れるものの、キャパシタそのものの高耐圧化が図られるものではない。そのため、キャパシタバンクの充電にあっては、各キャパシタの充電電圧等、充電状態を監視し、充電制御が不可欠である。
【０００３】
斯かるキャパシタの充電に関し、特許文献１には、複数のキャパシタを直並列に接続したキャパシタブロックを備える蓄電電源装置であって、各キャパシタの端子電圧が所定値になったとき、充電を制限することが開示されている。また、特許文献２には、複数のキャパシタを直列に接続したキャパシタバンクの各キャパシタに並列モニタを接続し、キャパシタの充電電圧が設定値を超える電圧になったとき、並列モニタに充電電流をバイパスさせるとともに、キャパシタバンクの充電状態が所定の条件に達したとき、キャパシタバンクの充電電流を減少させることが開示されている。
【特許文献１】特開平０６−２６１４５２号公報（要約、図２）
【特許文献２】特開平１０−１７４２８３号公報（要約、図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載されているように、キャパシタの端子電圧が所定値に到達したとき、充電を制限すれば、過充電を防止でき、電力損失を抑制できることになる。また、特許文献２に記載されているように、キャパシタの充電電圧が設定値を超える電圧になったとき、並列モニタに充電電流をバイパスさせれば、設定値を超える充電からキャパシタを防護でき、また、キャパシタバンクの充電状態が所定の条件に達したとき、キャパシタバンクの充電電流を減少させれば、過充電等を防止できることになる。
【０００５】
しかしながら、このような回路構成では、並列モニタの動作信号を検出信号として設定電圧と演算することによりキャパシタバンクの充電状態に応じて充電電流を減少させる信号を生成する演算手段を必要とし、この演算手段の信号により充電状態に応じて充電電流を減少させるように制御する必要がある。斯かる構成では、何れかのキャパシタの充電電圧が設定値に到達した場合にも、各並列モニタの動作信号を以て演算する等の演算回路が不可欠であって、回路構成の複雑化は否めない。斯かる課題は特許文献１、２に開示されておらず、その解決手段も開示されていない。
【０００６】
また、特定のキャパシタの充電が設定値に到達しても、充電電流の低減が遅延すると、他のキャパシタの充電が設定値を超え、充電電流が低減されるまでに電力損失や発熱量が増大することになる。キャパシタの充電電圧が所定値に到達した際の充電電流の低減を迅速化すれば、所定値に到達したキャパシタの充電が所定値を超えるような不都合はなく、電力ロスを抑制する上で有益である。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、キャパシタの充電に関し、その制御の簡略化とともに充電に伴う電力消費を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明では、キャパシタの充電電圧が所定値に到達したか否かを監視するとともに、キャパシタに流す充電電流に応じた制御信号を制御信号発生手段に発生させ、その制御信号をキャパシタの充電電圧が所定電圧に到達したか否かにより選択し、キャパシタの充電電圧が所定値に到達した場合にはバイパス手段によって充電電流を分流させるとともに、選択された制御信号により充電電流を所定値に制御する構成とし、上記目的を達成している。
【０００９】
そこで、本発明の第１の側面は、電気二重層キャパシタの充電装置であって、電気二重層キャパシタの充電電圧が所定値に到達した場合、前記電気二重層キャパシタの充電電流を分流させるバイパス手段と、前記電気二重層キャパシタに流す充電電流に異なった電流値を設定する複数の制御信号を発生する制御信号発生手段と、前記制御信号発生手段に発生させた前記制御信号を、前記電気二重層キャパシタの充電電圧が所定値に到達したか否かにより選択する制御信号選択手段と、前記制御信号選択手段で選択された前記制御信号により設定される電流値に前記電気二重層キャパシタに流す充電電流を制御する制御手段とを備えた構成により、上記目的を達成している。
【００１０】
上記電気二重層キャパシタの充電装置において、好ましくは、前記バイパス手段は、前記電気二重層キャパシタの充電電圧が所定値に到達したことを検出する電圧検出部と、前記電気二重層キャパシタの充電電圧が所定値に到達した場合に前記充電電流を分流させる分流回路とを備える構成としてもよく、また、前記制御信号発生手段は、前記電気二重層キャパシタに流れる充電電流により、その充電電流に設定される電流値に対応した制御信号を発生する構成としてもよく、また、前記制御信号選択手段には、前記電気二重層キャパシタの充電電圧が所定値に到達したことを表す充電検出信号がタイマーを介して所定時間だけ遅延させて加えられる構成としてもよい。これらの構成により、上記目的を達成する。
【００１１】
本発明の第２の側面は、複数の電気二重層キャパシタの直列回路を含むキャパシタバンクを充電する、電気二重層キャパシタの充電装置であって、前記キャパシタバンクの電気二重層キャパシタに個別に設置され、前記電気二重層キャパシタの充電電圧が所定値に到達した場合、前記電気二重層キャパシタの充電電流を分流させるバイパス手段と、前記キャパシタバンクに流す充電電流に異なった電流値を設定する複数の制御信号を発生する制御信号発生手段と、前記キャパシタバンクの電気二重層キャパシタの何れかの充電電圧が所定値に到達したか否かにより、前記制御信号発生手段の前記制御信号を選択する制御信号選択手段と、前記制御信号選択手段で選択された前記制御信号により設定される電流値に前記キャパシタバンクに流す充電電流を制御する制御手段とを備えた構成により、上記目的を達成している。
【００１２】
本発明の第３の側面は、電気二重層キャパシタの充電制御方法であって、電気二重層キャパシタの充電電圧を監視し、前記充電電圧が所定値に到達した場合に前記電気二重層キャパシタの充電電流を分流させるステップと、前記電気二重層キャパシタに流す充電電流に異なった電流値を設定する複数の制御信号を発生するステップと、前記複数の制御信号から前記電気二重層キャパシタの充電電圧が所定値に到達したか否かにより前記制御信号の何れかを選択するステップと、前記制御信号により設定される電流値に前記電気二重層キャパシタに流す充電電流を制御するステップとを含む構成により、上記目的を達成している。
【００１３】
本発明の第４の側面は、複数の電気二重層キャパシタの直列回路を含むキャパシタバンクの充電を制御する、電気二重層キャパシタの充電制御方法であって、前記キャパシタバンクの電気二重層キャパシタの充電を監視し、前記電気二重層キャパシタの充電電圧が所定値に到達した場合、前記電気二重層キャパシタの充電電流を分流させるステップと、前記キャパシタバンクに流す充電電流に異なった電流値を設定する複数の制御信号を発生させるステップと、前記キャパシタバンクの電気二重層キャパシタの何れかの充電電圧が所定値に到達したか否かにより前記制御信号の何れかを選択するステップと、前記制御信号により設定される電流値に前記キャパシタバンクに流す充電電流を制御するステップとを含む構成により、上記目的を達成している。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、次の効果が得られる。
【００１５】
(1) キャパシタの充電電圧が所定値に到達した際に、キャパシタの充電電流を分流してキャパシタの充電を抑制するとともに、キャパシタの充電電流を設定値に制御するので、キャパシタの過充電を防止でき、充電に伴う電力消費を低減することができる。
【００１６】
(2) キャパシタバンクの何れかのキャパシタの充電電圧が所定値に到達した際に、所定値に到達したキャパシタの充電電流を分流し、そのキャパシタの充電を抑制するとともに、キャパシタバンクの充電電流を設定値に制御するので、キャパシタの過充電を防止でき、充電に伴う電力消費を低減することができる。
【００１７】
(3) このような充電装置で充電されるキャパシタ又はキャパシタバンクは、各種の電源装置に活用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
〔第１の実施の形態〕
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電気二重層キャパシタの充電装置の一例を示している。
【００２０】
この電気二重層キャパシタの充電装置２は、キャパシタバンク４の充電状態を監視し、キャパシタバンク４中の何れかのキャパシタＣの充電電圧が所定値に到達したとき、充電電流Ｉを充電開始時の充電電流Ｉｍから低い充電電流Ｉｎ（＜Ｉｍ）に切り替えて充電を続行し、各キャパシタＣの充電電圧を所定値Ｖｅに到達させる構成である。
【００２１】
キャパシタバンク４は例えば、複数のキャパシタＣ１、Ｃ２・・・Ｃｎの直列回路で構成され、出力端子６、８に接続された負荷１０に給電するキャパシタ電源装置を構成している。このキャパシタバンク４には充電回路部１２が接続され、充電回路部１２は、電源１４の供給を受け、充電制御部１６の制御により、既述の充電電流Ｉｍ又はＩｎを生起し、キャパシタバンク４に供給する。充電回路部１２は充電電流を生成する電源装置であって、電源１４は直流電源又は交流電源の何れであってもよく、交流電源の場合には整流して直流化すればよい。
【００２２】
充電回路部１２の出力側には電流検出部１８が設置され、この電流検出部１８はキャパシタバンク４に流れる充電電流を検出し、充電電流Ｉを表す電圧を発生する。この場合、充電電流Ｉｎでは第１の電圧Ｖ１、充電電流Ｉｍでは第２の電圧Ｖ２が生成される。
【００２３】
制御信号生成部２０は、電流検出部１８からの電圧Ｖ１、Ｖ２を受け、充電電流を制御するための制御信号Ｖｃｍ、Ｖｃｎが生成される。制御信号Ｖｃｍは電圧Ｖ２により、制御信号Ｖｃｎは電圧Ｖ１により生成される。
【００２４】
制御信号選択部２２は、制御信号生成部２０からの制御信号Ｖｃｍ、Ｖｃｎの供給を受け、キャパシタバンク４のキャパシタＣ１〜Ｃｎの何れかが所定値Ｖｅに到達したとき、それを表す充電検出信号Ｖｄを受け、充電開始時の制御信号Ｖｃｍから制御信号Ｖｃｎに切り替え、充電制御部１６に供給する。充電制御部１６は、制御信号Ｖｃｍが選択された場合には充電電流Ｉを充電電流Ｉｍにし、充電電流Ｉｍを超えないように制御し、制御信号Ｖｃｎが選択された場合には充電電流Ｉｍから充電電流Ｉｎに切り替え、充電電流Ｉｎを超えないように制御する。
【００２５】
また、キャパシタバンク４の各キャパシタＣ１、Ｃ２・・・Ｃｎには個別にバイパス回路部２４１、２４２・・・２４ｎが並列に接続され、各バイパス回路部２４１、２４２・・・２４ｎは、各キャパシタＣ１、Ｃ２・・・Ｃｎの充電電圧を個別に監視し、キャパシタＣ１、Ｃ２・・・Ｃｎの充電電圧が所定値Ｖｅに到達したとき、キャパシタＣ１、Ｃ２・・・Ｃｎの充電電流を分流させる機能と、キャパシタＣ１、Ｃ２・・・Ｃｎの充電電圧が所定値Ｖｅに到達したことを表す充電検出信号Ｖｄを発生する機能とを有する。充電検出信号Ｖｄは、既述の制御信号選択部２２の制御信号選択の制御情報に用いられる。
【００２６】
そこで、充電開始にあってはキャパシタバンク４に充電電流Ｉｍが流れ、キャパシタＣ１、Ｃ２・・・Ｃｎの充電状態はバイパス回路部２４１〜２４ｎで監視され、キャパシタＣ１〜Ｃｎの何れかの充電電圧が所定値Ｖｅに到達すると、例えば、キャパシタＣ２が所定値Ｖｅに到達すると、バイパス回路部２４２はキャパシタＣ２に流れている充電電流Ｉｍをバイパス回路部２４２側にバイパスさせるとともに、キャパシタＣ２の充電電圧が所定値Ｖｅに到達したことを表す充電検出信号Ｖｄを発生する。これにより、キャパシタバンク４に流れている充電電流Ｉｍを充電電流Ｉｎに切り替えて充電を続行させ、全てのキャパシタＣ１〜Ｃｎを所定値Ｖｅに到達させることができる。
【００２７】
従って、この充電装置２によれば、キャパシタバンク４のキャパシタＣ１〜Ｃｎの特性のばらつきに関係なく、所定値Ｖｅに充電させることができ、過充電の防止と、充電に伴う電力消費を低減させることができる。
【００２８】
〔第２の実施の形態〕
【００２９】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る電気二重層キャパシタの充電装置の一例を示している。図１と同一部分には同一符号を付してある。
【００３０】
この充電装置２において、充電回路部１２は、トランス２６を備え、このトランス２６の一次側には電源１４が制御用トランジスタ２８及びダイオード３０を介して接続され、トランジスタ２８のスイッチングによって形成される断続電流がトランス２６に加えられ、トランス２６によって変圧された出力がその二次側に取り出されるＤＣ−ＤＣコンバータを構成している。トランジスタ２８のゲートには既述の充電制御部１６を構成するコントロールＩＣ（Integrated Circuit）３２から制御入力が加えられ、この制御入力によるスイッチング制御によって充電電流Ｉｍ又はＩｎに制御される。トランス２６の二次側にはダイオード３４、３６によって全波整流回路３８が構成され、この全波整流回路３８の出力はチョークコイル４０及び平滑コンデンサ４２によって平滑され、ダイオード４４を介してキャパシタバンク４に充電電流Ｉｍ又はＩｎが供給される。
【００３１】
電流検出部１８は、充電回路部１２に挿入された抵抗４６で構成され、充電電流Ｉｍ又はＩｎが抵抗４６の電圧降下により、電圧に変換されて検出される。ここで、抵抗４６の抵抗値をＲ４６とすると、充電電流Ｉｎを表す電圧Ｖ１又は充電電流Ｉｍを表す電圧Ｖ２は、
Ｖ１＝Ｉｎ×Ｒ４６                          ・・・(1) 
Ｖ２＝Ｉｍ×Ｒ４６                          ・・・(2) 
となる。ここで、充電電流Ｉｍ＝６〔Ａ〕、Ｉｎ＝２〔Ａ〕、抵抗値Ｒ＝０．０２５〔Ω〕とすると、Ｖ１＝５０〔ｍＶ〕、Ｖ２＝１５０〔ｍＶ〕となる。
【００３２】
制御信号生成部２０は、これら電圧Ｖ１、Ｖ２に応じて制御信号Ｖｃｍ又はＶｃｎを生成する。この実施の形態では、第１の電圧比較器４８と、第２の電圧比較器５０とが備えられ、各電圧比較器４８、５０の正相入力に電流検出部１８の検出点である抵抗４６の一方の端子ａから電圧Ｖ１（又はＶ２）が加えられ、電圧比較器４８の逆相入力に高電位側比較値である第１の比較電圧Ｖｒｅｆ１、電圧比較器５０の逆相入力に低電位側比較値である第２の比較電圧Ｖｒｅｆ２（＞Ｖｒｅｆ１）が加えられている。比較電圧Ｖｒｅｆ１は、抵抗４６の他方の端子ｂと基準電位点Ｖｒｅｆとの間に接続された抵抗５２、５４からなる分圧回路で生成され、また、比較電圧Ｖｒｅｆ２は、既述の端子ｂと基準電位点Ｖｒｅｆとの間に接続された抵抗５６、５８からなる分圧回路で生成される。
【００３３】
そこで、抵抗４６に発生する端子ａ、ｂ間の電圧差をＶとすれば、電圧差ＶがＶ≧Ｖ１の場合、電圧比較器４８に制御信号Ｖｃｎが発生し、電圧差ＶがＶ≧Ｖ２の場合、電圧比較器４８に制御信号Ｖｃｎが発生するとともに、電圧比較器５０に制御信号Ｖｃｍが発生する。換言すれば、充電電流Ｉｎの場合には電圧比較器４８に制御信号Ｖｃｎが発生し、、充電電流Ｉｍの場合には電圧比較器５０に制御信号Ｖｃｍが発生する。制御信号Ｖｃｍは抵抗６０及びダイオード６２を通して取り出され、制御信号Ｖｃｎは抵抗６４及びダイオード６６を介して取り出される。
【００３４】
制御信号生成部２０の出力側にはコントロールＩＣ３２との絶縁手段であるフォトカプラ６８が設置されており、このフォトカプラ６８の発光ダイオード７０は制御信号Ｖｃｍ又はＶｃｎに応じて発光する。この光は受光トランジスタ７２に受光され、その受光電流がコントロールＩＣ３２に加えられている。即ち、制御信号Ｖｃｍ又はＶｃｎがコントロールＩＣ３２に加えられ、制御信号Ｖｃｍが選択された場合には充電電流Ｉｍとなるようにトランジスタ２８が制御され、制御信号Ｖｃｎが選択された場合には充電電流Ｉｎとなるようにトランジスタ２８が制御される。
【００３５】
ところで、バイパス回路部２４１〜２４ｎの各充電検出信号Ｖｄは、バイパス回路部２４１〜２４ｎ毎に設置された絶縁手段であるフォトカプラ７４１、７４２・・・７４ｎを介して制御信号選択部２２に加えられる。各フォトカプラ７４１〜７４ｎは、発光ダイオード７６の発光を受光トランジスタ７８で受光し、充電検出信号Ｖｄを表す受光電流が制御信号選択部２２に加えられている。各受光トランジスタ７８は並列に接続され、何れのフォトカプラ７４１〜７４ｎの充電検出信号Ｖｄも通過させるワイヤードＯＲ回路を構成している。
【００３６】
制御信号選択部２２は、充電検出信号Ｖｄを受ける入力部にタイマー８０を備えるとともに、このタイマー８０を通して所定時間だけ遅延させた充電検出信号Ｖｄをベースで受けるトランジスタ８２を備えている。このトランジスタ８２は例えば、ＮＰＮトランジスタからなるスイッチングトランジスタであって、そのベースには抵抗８４を介して電源電圧Ｖｃｃにプルアップされている。従って、バイパス回路部２４１〜２４ｎの何れもが、所定値Ｖｅに到達したことを表す充電検出信号Ｖｄを発生していない場合、トランジスタ８２は導通状態、充電検出信号Ｖｄを発生した場合、トランジスタ８２は非導通状態となる。このようなスイッチング動作により、バイパス回路部２４１〜２４ｎの何れもが所定値Ｖｅに到達していなければ、トランジスタ８２の導通により、制御信号Ｖｃｍが選択され、バイパス回路部２４１〜２４ｎの何れかが所定値Ｖｅに到達していれば、トランジスタ８２の非導通により、制御信号Ｖｃｎが選択されることになる。
【００３７】
制御信号Ｖｃｎの選択時には、制御信号Ｖｃｍも出力状態にあるが、制御信号Ｖｃｎが選択された際に制御信号Ｖｃｎによる制御が支配的になるためには、発光ダイオード７０に流れる電流及びその発光が制御信号Ｖｃｍ（＜Ｖｃｎ）より大きくなるように設定されている。
【００３８】
ここで、タイマー８０は充電検出信号Ｖｄを遅延させてトランジスタ８２のベースに加える手段であって、バイパス回路部２４１〜２４ｎのバイパス動作よりタイマー８０で設定される遅延時間Ｔｄだけ遅延させた後、充電電流Ｉｍを充電電流Ｉｎに切り替え、充電電流Ｉｎに制御するために設置されており、このようなタイマー８０の設置により、充電電流Ｉｍ、Ｉｎ間で瞬時に交互に切替えられるチャタリングを防止し、切替え動作の安定性が図られる。
【００３９】
次に、バイパス回路部２４について、図３を参照して説明する。図３は、バイパス回路部の構成例を示す図である。バイパス回路部２４１〜２４ｎは共通回路で構成できるので、図３では、バイパス回路部２４として説明し、キャパシタＣ１〜ＣｎはキャパシタＣとして説明する。フォトカプラ７４１〜７４ｎについてもフォトカプラ７４として説明する。
【００４０】
バイパス回路部２４はキャパシタＣの充電状態を監視し、キャパシタＣの充電電圧が所定値Ｖｅに到達したことを検出する電圧検出機能部８６と、この電圧検出機能部８６が所定値Ｖｅに到達したことを検出したとき、キャパシタＣの充電電流を分流するバイパス機能部８８と、バイパス機能部８８が動作したことを表すバイパス動作出力部９０とを備えている。
【００４１】
電圧検出機能部８６には、キャパシタＣの充電電圧が所定値Ｖｅに到達したとき、それを表すドライブ電流を発生するドライブ回路としてシャントレギュレータ９２が設置され、このシャントレギュレータ９２には、キャパシタＣの充電電圧を分圧して取り出す分圧回路９４から分圧電圧が加えられている。この実施の形態の場合、分圧回路９４は抵抗９６、９８の直列回路で構成されており、抵抗９６の抵抗値をＲ96、抵抗９８の抵抗値をＲ98、キャパシタＣの電圧をＶCAP とすれば、電圧ＶCAP は、
ＶCAP ＝１．２５＋（１．２５×Ｒ96／Ｒ98）〔Ｖ〕          ・・・(3) 
の関係になるように設定する。この場合、抵抗９６、９８の分圧抵抗比率を１：１とすれば、ＶCAP ＝２．５〔Ｖ〕となる。
【００４２】
抵抗９８に発生する電圧をＶ98とすれば、この電圧Ｖ98がシャントレギュレータ９２に制御電圧として加えられ、比較電圧Ｖrefdを超えたとき、シャントレギュレータ９２がドライブ電流Ｉｄを抵抗１００を通してバイパス機能部８８から引き込み、バイパス機能部８８にドライブ電流Ｉｄが流れる。
【００４３】
バイパス機能部８８は、トランジスタ１０２及び抵抗１０４を以て構成され、キャパシタＣに並列回路を構成する。トランジスタ１０２のベースからシャントレギュレータ９２にドライブ電流Ｉｄが流れると、トランジスタ１０２が導通し、キャパシタＣの充電電流Ｉ（Ｉｍ又はＩｎ）をトランジスタ１０２に分流させることができる。
【００４４】
トランジスタ１０２の導通時、抵抗１０４に流れる電流をＩ、抵抗１０４の抵抗値をＲ104 とすると、抵抗１０４には、電圧Ｖ104 （＝Ｉ×Ｒ104 ）が発生する。この電圧Ｖ104 がバイパス動作出力部９０に加えられる。
【００４５】
バイパス動作出力部９０にはトランジスタ１０６が設置され、このトランジスタ１０６にはフォトカプラ７４の発光ダイオード７６が直列に接続されている。トランジスタ１０６は、そのベースに電圧Ｖ104 が加えられると導通し、発光ダイオード７６が発光する。この光は受光トランジスタ７８に受光され、受光トランジスタ７８の導通により、既述の充電検出信号Ｖｄが得られる。
【００４６】
斯かる構成では、シャントレギュレータ９２が導通状態に移行する前、トランジスタ１０２は、そのベースが高レベルにあるために遮断状態に維持され、キャパシタＣの充電が維持される。この充電電圧が所定値Ｖｅを超えると、シャントレギュレータ９２が導通状態となり、シャントレギュレータ９２を通じてトランジスタ１０２にドライブ電流Ｉｄが流れ、トランジスタ１０２が導通する。これにより、バイパス機能部８８のバイパス動作が開始され、キャパシタＣに流れていた充電電流Ｉが主としてバイパス機能部８８に流れ、キャパシタＣの充電が抑制される。
【００４７】
次に、シャントレギュレータ９２について、図４を参照して説明する。図４は、シャントレギュレータの一例を示している。
【００４８】
このシャントレギュレータ９２は、電圧比較器１０８、トランジスタ１１０及び基準電圧源１１２で構成され、電圧比較器１０８の正相入力端子にレファレンス（REFERENCE ）端子１１４、トランジスタ１１０のコネクタ側にカソード（CATHODE ）端子１１６、トランジスタ１１０のエミッタ側にアノード（ANODE ）端子１１８を備えた構成である。
【００４９】
斯かる構成では、抵抗９６、９８（図３）の分圧点からキャパシタＣの充電電圧が分圧されてレファレンス端子１１４に加えられ、その電圧値が基準電圧源１１２で設定された基準電圧Ｖrefdを超えると、電圧比較器１０８に出力が発生してトランジスタ１１０を導通させる。電圧比較器１０８の出力は電圧比較器１０８の正相入力端子及び逆相入力端子の入力差電圧に応じた値となり、トランジスタ１１０には、その出力値に応じた電流が流れる。この結果、トランジスタ１０２（図３）のベース電流（ドライブ電流Ｉｄ）がトランジスタ１１０に引き込まれ、そのベース電流は電圧比較器１０８の出力、即ち、電圧比較器１０８の正相入力端子及び逆相入力端子の入力差電圧に依存する。従って、このようなシャントレギュレータ９２によれば、キャパシタＣが充電電圧の所定値Ｖｅに到達したか否かを監視し、所定値Ｖｅに到達したときに導通してバイパス機能部８８をドライブする機能を有する。
【００５０】
次に、充電装置２の充電動作を図５に基づき説明する。図５は、充電動作を示すタイミングチャートであり、Ａは、キャパシタＣ１〜Ｃｎの充電特性を示す図、Ｂは、バイパス回路部２４１〜２４ｎのバイパス動作を示す図、Ｃは、トランジスタ８２のスイッチング動作を示す図、Ｄは、充電電流の切替え動作を示す図である。
【００５１】
図５のＡにおいて、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４はキャパシタＣ１〜Ｃｎの充電特性であって、キャパシタＣ１〜Ｃｎによって特性が異なることを表している。キャパシタＣ１〜Ｃｎによって異なる特性Ｌを呈し、ここで、異なる特性とは、同一の充電電流を流しても、充電電圧Ｖｃが所定値Ｖｅに到達する時間が異なることを意味する。
【００５２】
例えば、キャパシタＣ２が特性Ｌ１であれば、充電を開始すると、キャパシタＣ２が最初に所定値Ｖｅに到達する。この場合、制御信号生成部２０では、電流検出部１８の検出出力Ｖ１、Ｖ２により、制御信号Ｖｃｍ、Ｖｃｎが生成されており、キャパシタＣ２は、制御信号Ｖｃｍを以て充電電流Ｉｍで所定値Ｖｅまで充電される。所定値Ｖｅに到達したキャパシタＣ２のバイパス回路部２４２では、図５のＢに示すように、シャントレギュレータ９２が導通し、トランジスタ１０２がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる。この結果、キャパシタＣ２の充電電流は、トランジスタ１０２に分流する。
【００５３】
トランジスタ１０２が導通すると、既述した通り、トランジスタ１０６が導通し、充電検出信号Ｖｄが制御信号選択部２２に加えられ、図５のＣに示すように、トランジスタ１０２のＯＮ時点からタイマー８０の遅延時間Ｔｄを経て、トランジスタ８２はＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えられる。
【００５４】
これにより、図５のＤに示すように、トランジスタ８２がＯＮ状態の場合には、制御信号Ｖｃｍが選択され、充電電流Ｉｍが設定されるのに対し、トランジスタ８２がＯＦＦ状態の場合には、制御信号Ｖｃｎにより、充電電流Ｉｎに制御される。
【００５５】
このようにキャパシタＣ１〜Ｃｎの何れかのキャパシタ例えば、Ｃ２が所定値Ｖｅに充電されると、キャパシタＣ２から充電電流Ｉｍがバイパス回路部２４２のバイパス機能部８８側に流れ、キャパシタＣ２が充電から開放されるとともに、充電電流Ｉｍが充電電流Ｉｎに切り替えられて制御され、充電電流Ｉｎによって各キャパシタＣ１、Ｃ３〜Ｃｎが所定値Ｖｅに充電される。図５のＡのＬ２、Ｌ３、Ｌ４はこの充電状態を表しており、図５のＢはそれに伴ったバイパス回路部２４１、２４３〜２４ｎのバイパス動作を表している。
【００５６】
このような動作を経て、全てのキャパシタＣ１〜Ｃｎが所定値Ｖｅに充電されるとともに、負荷１０によって消費される電力により充電電圧が低下した場合には、充電電流Ｉｎ又はＩｍによって充電され、各キャパシタＣ１〜Ｃｎが所定値Ｖｅに維持される。
【００５７】
ここで、タイマー８０の機能について、図６を参照する。図６は、タイマー８０を設置しない場合の充電装置２の充電動作を示すタイミングチャートであり、Ａは、キャパシタＣ１〜Ｃｎの充電特性を示す図、Ｂは、バイパス回路部２４１〜２４ｎのバイパス動作を示す図、Ｃは、トランジスタ８２のスイッチング動作を示す図、Ｄは、充電電流の切替え動作を示す図であり、これらは図５の充電動作のタイミングチャートに対応している。
【００５８】
例えば、キャパシタＣ２が特性Ｌ１であれば、充電を開始すると、キャパシタＣ２が最初に所定値Ｖｅに到達しても、キャパシタＣ２の等価直列抵抗（ＥＳＲ）の影響で充電電圧Ｖｃが所定値Ｖｅより低下してしまうため、再び、充電電流Ｉｎに切り替わって所定値Ｖｅに到達するが、再び、充電電圧Ｖｃが所定値Ｖｅより低下するため、充電電流Ｉｍと充電電流Ｉｎとの間で高速に切り替わることとなり、このような過渡的な現象により、充電電流Ｉｍが充電電流Ｉｎに切り替わり、安定するまでに僅かの時間Ｔｂではあるが、図６のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに示すように、チャタリングによるバーストが生じ、これが騒音や雑音信号となる。タイマー８０を設置すれば、一旦、充電電流Ｉｍから充電電流Ｉｎに切り替わると、時間Ｔｄ（図５）だけ維持されるので、このような過渡的な現象を抑制でき、安定した充電電流の切替えが可能となる。
【００５９】
タイマー８０の構成例について、図７を参照する。図７は、単安定マルチバイブレータを用いたタイマーの構成例を示す回路図である。図７において、図１、図２と同一部分には同一符号を付してある。
【００６０】
この単安定マルチバイブレータ８００は、ＮＡＮＤ回路８０２、８０４、コンデンサ８０６、抵抗８０８、８１０、８１２で構成され、フォトカプラ７４１〜７４ｎの何れかから出力される充電検出信号Ｖｄを受け、この充電検出信号Ｖｄに応じた動作が切り替わり、所定時間後に出力を発生する。
【００６１】
このような単安定マルチバイブレータ８００を用いた場合の動作について、図８を参照すると、図８は、その場合の充電装置２の充電動作を示すタイミングチャートであり、Ａは、キャパシタＣ１〜Ｃｎの充電特性を示す図、Ｂは、バイパス回路部２４１〜２４ｎのバイパス動作を示す図、Ｃは、トランジスタ８２のスイッチング動作を示す図、Ｄは、充電電流の切替え動作を示す図であり、これらは図５の充電動作のタイミングチャートに対応しているが、図８では、タイマー動作の時間軸を拡大して示してある。
【００６２】
このような単安定マルチバイブレータ８００でタイマー８０を構成すれば、充電電流Ｉｍから充電電流Ｉｎに切り替わると、時間Ｔｄ（図５）だけ維持されるので、過渡的な現象を抑制でき、安定した充電電流の切替えができる。
【００６３】
〔その他の実施の形態〕
【００６４】
(1) 上記実施の形態では、電流検出部１８の検出信号に基づき、二つの制御信号Ｖｃｍ、Ｖｃｎを発生させ、二段階の充電電流Ｉｍ、Ｉｎを設定し、切り替える構成であるが、図９に示すように、三段階以上のレベルの異なる複数の充電電流を設定してもよく、例えば、キャパシタＣ１〜Ｃｎの数に応じた充電電流を設定し、キャパシタＣ１〜Ｃｎの１又は２以上のキャパシタの充電電圧が所定値Ｖｅに到達することを以て段階的に充電電流を切り替える構成としてもよい。図９は、電気二重層キャパシタの充電装置の一例を示している。
【００６５】
(2) 上記実施の形態では、複数のキャパシタＣ１〜Ｃｎからなるキャパシタバンク４に対する充電装置２を例示したが、図１０に示すように、単一のキャパシタＣに対し、第１又は第２の実施の形態と同様の構成により、充電状態に応じてキャパシタＣに充電電流Ｉｍを流し、その充電電圧が所定値Ｖｅに到達したとき、充電電流Ｉｎに低減させ、その放電により充電電流Ｉｍに切り替えるという構成としてもよい。
【００６６】
(3) 上記実施の形態では、充電を維持する構成としたが、キャパシタバンク４を構成するキャパシタＣ１〜Ｃｎの全てを所定値Ｖｅに充電させた場合に充電を終了する構成としてもよい。
【００６７】
以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論であり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、キャパシタの充電装置に関し、キャパシタ又はキャパシタバンクの何れかのキャパシタの充電電圧が所定値に到達した際に、所定値に到達したキャパシタの充電電流を分流し、そのキャパシタの充電を抑制するとともに、キャパシタバンクの充電電流を設定値に制御するので、キャパシタの過充電を防止でき、充電に伴う電力消費を低減することができ、各種電源装置に利用できる等、有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】第１の実施の形態に係るキャパシタの充電装置を示す図である。
【図２】第２の実施の形態に係るキャパシタの充電装置を示す図である。
【図３】バイパス回路部の構成例を示す図である。
【図４】シャントレギュレータの構成例を示す図である。
【図５】充電装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】タイマーがない場合の充電装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図７】タイマーに単安定マルチバイブレータを用いた場合を示す回路図である。
【図８】タイマーに単安定マルチバイブレータを用いた場合の充電装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図９】その他の実施の形態に係るキャパシタの充電装置を示す図である。
【図１０】その他の実施の形態に係るキャパシタの充電装置を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
２  充電装置
４  キャパシタバンク
１２  充電回路部
１４  電源
１６  充電制御部
１８  電流検出部
２０  制御信号生成部
２２  制御信号選択部
２４、２４１〜２４ｎ  バイパス回路部
Ｃ、Ｃ１〜Ｃｎ  キャパシタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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