(57)【要約】【課題】外部電源からの入力電圧が充放電可能な蓄電池の充電に必要な電圧よりも低い場合でも充電可能な充放電可能な電源装置を提供する。【解決手段】外部電源２の電圧を昇圧可能となるように回路構成された昇圧部３を備え、昇圧部３を介して外部電源２の入力電圧よりも高い電圧を、充放電可能な蓄電池４に対して蓄電する。昇圧部３として、外部電源２に対して並列に接続し得る電気二重層コンデンサ６，７とを含み、外部電源１から常にいずれか一方の電気二重層コンデンサ６又は７に充電する。電気二重層コンデンサ６，７は蓄電池４に対して直列に配置され、かつ蓄電池４の反対側はアース接続される。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源の電圧を昇圧可能となるように回路構成された昇圧部を備え、該昇圧部を介して前記外部電源の入力電圧よりも高い電圧の充放電可能な蓄電池に対して蓄電できるようにしたことを特徴とする、充放電可能な電源装置。
【請求項２】
前記昇圧部として、前記外部電源に対して並列に接続し得る第１の電気二重層コンデンサと第２の電気二重層コンデンサとを含み、前記外部電源から常にいずれか一方の電気二重層コンデンサに充電していることを特徴とする、請求項１に記載の充放電可能な電源装置。
【請求項３】
前記第１の電気二重層コンデンサと第２の電気二重層コンデンサは、前記蓄電池に対して直列に配置され、かつ前記蓄電池の反対側はアース接続されていることを特徴とする、請求項２に記載の充放電可能な電源装置。
【請求項４】
前記第１の電気二重層コンデンサの電圧と前記第２の電気二重層コンデンサの電圧を比較することにより、前記第１の電気二重層コンデンサおよび前記第２の電気二重層コンデンサの充電切替えが行なわれることを特徴とする、請求項２又は３に記載の充放電可能な電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部電源の入力電圧により蓄電池に対して蓄電する充放電可能な電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の電源装置において、たとえば電気二重層コンデンサと充放電可能な蓄電池とを組み合わせた蓄電システムにより構成されたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電源装置では、一般に、外部電源の入力電圧よりも電気二重層コンデンサの充電可能電圧は低くなる。そして、さらに後段の充放電可能な蓄電池の充電可能電圧は低くなってしまう。
【０００４】
本発明はかかる実情に鑑み、外部電源からの入力電圧が充放電可能な蓄電池の充電に必要な電圧よりも低い場合でも充電可能な電源装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の充放電可能な電源装置は、外部電源の電圧を昇圧可能となるように回路構成された昇圧部を備え、この昇圧部を介して外部電源の入力電圧よりも高い電圧の充放電可能な蓄電池に対して蓄電できるようにしたことを特徴とする。
【０００６】
本発明の充放電可能な電源装置において、前記昇圧部として、好ましくは、前記外部電源に対して並列に接続し得る第１の電気二重層コンデンサと第２の電気二重層コンデンサとを含み、前記外部電源から常にいずれか一方の電気二重層コンデンサに充電しているよう構成される。
【０００７】
本発明の充放電可能な電源装置において、前記第１の電気二重層コンデンサと前記第２の電気二重層コンデンサは、好ましくは、前記蓄電池に対して直列に配置され、かつ前記蓄電池の反対側はアース接続されている。
【０００８】
また、本発明の充放電可能な電源装置において、前記第１の電気二重層コンデンサの電圧と前記第２の電気二重層コンデンサの電圧を比較することにより、前記第１の電気二重層コンデンサおよび前記第２の電気二重層コンデンサの充電切替えが行なわれるようにすれば好ましい。
【０００９】
本発明によれば、個別に充電される２つの電気二重層コンデンサを蓄電池に対して直列に配置することで、外部電源の入力電圧よりも高い電圧の充放電可能な蓄電池に対して蓄電することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明による充放電可能な電源装置の好適な実施の形態を説明する。
図１は、本発明の実施の形態におけるシステム構成例を示している。図において、本発明による充放電可能な電源装置１（図中の点線で囲んだ領域）は、外部電源２の電圧を昇圧可能となるように回路構成された昇圧部３（図中の一点鎖線で囲んだ領域）とを備え、この昇圧部３を介して外部電源２の入力電圧よりも高い電圧を充放電可能な蓄電池４（蓄電部）に対して蓄電できるようにしたものである。この蓄電池４には、負荷５が接続されている。
【００１１】
昇圧部３は、外部電源２に対して並列に接続し得る第１の電気二重層コンデンサ６と第２の電気二重層コンデンサ７とを含み、これらの電気二重層コンデンサ６及び７は、昇圧部の切替えスイッチ８，９によって外部電源２と切替え接続されるようになっている。
第１の電気二重層コンデンサ６の電圧Ｖｃ１と第２の電気二重層コンデンサ７の電圧Ｖｃ２につき、Ｖｃ１＋Ｖｃ２は電圧検出器１０によって検出され、また、電気二重層コンデンサ６の電圧は電圧検出器１１によって検出される。検出された電圧は、それぞれ１０Ａ，１１Ａとして演算回路１２に入力されて演算処理され、その出力１２Ａが、スイッチ回路１３に出力される。さらにスイッチ回路１３からの命令が、切替えスイッチ８，９が切替え制御されるように、信号１３Ａ，１３Ｂにより駆動制御されるようになっている。
【００１２】
ここで、第１の電気二重層コンデンサ６と第２の電気二重層コンデンサ７は、蓄電池４に対して直列に配置されており、かつ蓄電池４の反対側はアース接続されている。
【００１３】
後述のように、第１の電気二重層コンデンサ６の電圧Ｖｃ１と第２の電気二重層コンデンサ７の電圧Ｖｃ２とを比較することにより、第１の電気二重層コンデンサ６および第２の電気二重層コンデンサ７の充電切替えが行なわれる。
【００１４】
次に、昇圧部の回路について説明する。
図１において、スイッチ８を接点８Ａ側、スイッチ９を接点９Ａにすると、外部電源２からの電流は電気二重層コンデンサ６を充電する。また、スイッチ８を接点８Ｂ側、スイッチ９を接点９Ｂ側にすると、外部電源２からの電流は電気二重層コンデンサ７を充電する。
ここで、第１の電気二重層コンデンサ６と第２の電気二重層コンデンサ７との切替えは、第１の電気二重層コンデンサ６の電圧Ｖｃ１と第２の電気二重層コンデンサ７の電圧Ｖｃ２の電圧を比較することにより行われる。図１では、電圧検出器１０によりＶｃ１＋Ｖｃ２の電圧を、また電圧検出器１１によりＶｃ２の電圧を検出することができる。よって、Ｖｃ１の電圧も知ることができる。
蓄電池４の電圧は、電圧検出器１４によって検出され、その出力１４Ａを、演算回路１２に加え、スイッチ回路１３を制御できる。
【００１５】
外部電源２の必要電圧は、２つの電気二重層コンデンサ６，７を切り替えながら１つずつの電気二重層コンデンサを充電するため、電気二重層コンデンサ１つ分を充電できる電圧（Ｖｃ）があれば良い。２つの電気二重層コンデンサ６，７の容量と、電圧の定格が同じであれば、満充電すると、これらの電気二重層コンデンサを直列接続した電圧の２Ｖｃを、蓄電池４に印加することができる。
本発明の充放電可能な電源装置は、上記のように構成され、外部電源２から充電できる電気二重層コンデンサ６，７を備え、この充電電圧を直列接続して、外部電源２の電圧よりも高い電圧を、充放電可能な蓄電池４に対して充電することができる。
【００１６】
【実施例】
ここで、本発明における具体的な実施例を説明する。
図２は本発明の実施例である。図において、外部電源１は、太陽電池２０を使用した本発明による充放電可能な電源装置１である。図２に示すように、電気二重層コンデンサ６及び７を充電するときは、スイッチ８，９により個別に太陽電池２０に接続し、それぞれの電気二重層コンデンサ６，７を交互に充電する。また、電気二重層コンデンサ６，７から放電するときは、２直列として放電して、後段のニッケル水素電池４Ａ（充放電可能な蓄電池）に電気を移動する。
【００１７】
太陽電池２０としては、３．５Ｖ−１００ｍＡを用いた。また、電気二重層コンデンサ６，７として２．３Ｖ−５Ｆを２個、ニッケル水素電池４Ａとして定格電圧１．２Ｖ−７００ｍＡｈのものを２直列してなる２．４Ｖ―７００ｍＡｈを用いた。
【００１８】
太陽電池２０の規格としては、曇天時あるいは雨天時でも電気二重層コンデンサ６，７を充電可能な３．５Ｖ以上の電圧が好ましい。現行の有機電解液系の電気二重層コンデンサの定格電圧は、単セルあたり２．３Ｖ〜２．７Ｖが主流である。コストを考えると太陽電池２０の規格は、３．５〜４Ｖあれば十分である。また、水溶液系の電気二重層コンデンサの定格電圧は、単セルあたり０．８Ｖ〜１．１Ｖが主流であり、単体あるいは直列接続により電圧調整して用いるため、これに合わせた太陽電池の規格設定を行う。また、電流値は、例えば１日に蓄電する容量に応じて適宜決定される。
【００１９】
電気二重層コンデンサ６，７の規格としては、２直列にしたときに、後段に配置される蓄電池であるニッケル水素電池４Ａの充電ができるように蓄電池の充電終止電圧以上であることが必要である。ニッケル水素電池４Ａとして、定格２．４Ｖ―７００ｍＡｈ（２直列）を用いる場合、その終止電圧は常温で３．０Ｖあたりとなる。実際の充電完了のための検出は、従来より用いられている方法をいくつか併用することが好ましい。
電気二重層コンデンサ６，７に定格２．３Ｖを用いれば、２個直列時に満充電すると４．６Ｖとなり、後段のニッケル水素電池を十分充電できる電圧となる。太陽電池２０で電気二重層コンデンサ６，７を充電するときの電圧は、１つの電気二重層コンデンサに対して、満充電である２．３Ｖまでする必要はない。本発明では、電気二重層コンデンサ６，７の２直列で、後段のニッケル水素電池４Ａの充電終止電圧（常温で３．０Ｖ付近）より高い電圧であればよい。
【００２０】
つまり電気二重層コンデンサ６，７の１個あたり１．５Ｖ以上の充電が行われれば、２直列で３．０Ｖを越えるため、後段のニッケル水素電池４Ａに対しての充電は可能である。電気二重層コンデンサ６，７の充電電圧については、電圧が高ければ高いほど後段の蓄電池４Ａへの充電がし易くなる。
【００２１】
ここでさらに、本発明に対する比較例を説明する。
（比較例１）
図３は、太陽電池を外部電源とした従来例１の充放電可能な電源の比較例である。従来例１の充放電可能な電源３０は、外部電源としての太陽電池３１から充電される電気二重層コンデンサ３２が、電圧を調整するＤＣ／ＤＣコンバータ３３を介して、充放電可能な蓄電池３４に接続されている。
電気二重層コンデンサ３２と蓄電池３４の充放電電圧は、それぞれ、電圧検出器３５，３６に監視されている。図示しないが、これらの電圧検出器３５，３６の出力は制御回路に入力され、電気二重層コンデンサが３２が満充電になったときに、スイッチ３７をオンにするように駆動する。また、蓄電池３４には、図示しない負荷が接続されている。
【００２２】
ここで、太陽電池３１として、３．５Ｖ−１００ｍＡ、電気二重層コンデンサ３２として２．３Ｖ−５Ｆ、充放電可能な蓄電池３４として、２．４Ｖ（１．２Ｖを２直列）−７００ｍＡｈのニッケル水素電池を配置した場合を例にとる。この例では、電気二重層コンデンサ３２とニッケル水素電池３４との間には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３が必要であり、この場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３には、太陽電池の入力電圧の約３０％のロスが発生した。
【００２３】
（比較例２）
図４は、太陽電池を外部電源とした従来例２の充放電可能な電源の比較例である。従来例２の充放電可能な電源４０は、図３の比較例の構成において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３を使用しないで、太陽電池３１と、電気二重層コンデンサ３２を、それぞれ２個直列接続している。他の構成要素は、図３と同一であるので説明は省略する。
【００２４】
太陽電池３１として、３．５Ｖ−１００ｍＡを２個直列接続し、７Ｖ−１００ｍＡｈの容量であった。電気二重層コンデンサ３２として、２．３Ｖ−５Ｆの２本直列接続して、４．６Ｖ−２．５Ｆの容量とした。ニッケル水素電池３４は、２．４Ｖ（１．２Ｖを２直列）−７００ｍＡｈの容量であった。
【００２５】
この例のようにＤＣ／ＤＣコンバータを使用しない場合、システムとして電気二重層コンデンサ３２は、後段の蓄電池３４の充電電圧よりも高い電圧設定が必要となるため、２本直列にする必要がある。また、太陽電池３１に関しても、電気二重層コンデンサの電圧の直列電圧に合わせて７Ｖ系を採用する必要がある。その結果、本発明の実施例の場合の２倍の電圧の太陽電池が必要になり、太陽電池コストが２倍となった。
【００２６】
本発明は上記実施形態にのみ限定されることなく、本発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。たとえば、上記実施の形態で説明した電圧あるいは電流等の具体的数値等は、それらの好適なものを示すものであり、必要に応じて適宜変更等が可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、この種の電源装置において外部電源からの入力電圧が充放電可能な蓄電池の充電に必要な電圧よりも低い場合でも充電可能とすることにより、充放電可能な外部電源の小型化および低コスト化を有効に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるシステム構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施例におけるシステム構成例を示す図である。
【図３】太陽電池を外部電源とした従来例１の充放電可能な電源の比較例である。
【図４】太陽電池を外部電源とした従来例２の充放電可能な電源の比較例である。
【符号の説明】
１　　　発明による充放電可能な電源装置
２　　　外部電源
３　　　昇圧部
４　　　充放電可能な蓄電池
４Ａ　　ニッケル水素電池
５　　　負荷
６　　　第１の電気二重層コンデンサ
７　　　第２の電気二重層コンデンサ
８，９　　スイッチ
１０，１１，１４　　　電圧検出器
１２　　　演算回路
１３　　　スイッチ回路
２０　　　太陽電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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