(57)【要約】【課題】エネルギ量の目標値を設定でき、かつ１つのセルでの電圧値を、耐電圧以内に制御できるセルエネルギ量調節装置の制御方法を提供する。【解決手段】各エネルギ貯蔵セルＣ１〜Ｃ６のエネルギ容量の情報を保持し、各セルの最大エネルギ貯蔵量を推定し、任意の時間における各エネルギ貯蔵セルＣ１〜Ｃ６のエネルギ貯蔵量およびエネルギ貯蔵装置全体のエネルギ貯蔵量を測定し、各エネルギ貯蔵セルＣ１〜Ｃ６の最大エネルギ貯蔵量と前記任意の時間における各エネルギ貯蔵セルＣ１〜Ｃ６のエネルギ貯蔵量との差と各セルのエネルギ容量との比率から前記任意の時間におけるエネルギ貯蔵装置全体のエネルギ貯蔵量に対する各エネルギ貯蔵セルＣ１〜Ｃ６のエネルギ貯蔵量の比率を算出して、各セルのエネルギ貯蔵量の比率を調節するセルエネルギ量調節装置の制御方法とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャパシタセルまたは二次電池セルを複数個直列に接続して構成するエネルギ貯蔵装置の各セルのエネルギ貯蔵量を測定する機能を有し、かつ、任意のセルに蓄えられているエネルギを任意のセルもしくはエネルギ貯蔵装置全体に任意のエネルギ量だけ移送する機能を有するセルエネルギ量調節装置の制御方法において、各セルのエネルギ容量の情報を保持し、エネルギ貯蔵装置が最大にエネルギを蓄えるときの各セルの最大エネルギ貯蔵量を推定し、任意の時間における各セルのエネルギ貯蔵量およびエネルギ貯蔵装置全体のエネルギ貯蔵量を測定し、各セルの最大エネルギ貯蔵量と前記任意の時間における各セルのエネルギ貯蔵量との差と、各セルのエネルギ容量との比率から前記任意の時間におけるエネルギ貯蔵装置全体のエネルギ貯蔵量に対する各セルのエネルギ貯蔵量の比率を算出し、該算出した比率を目標にしてエネルギの移送が必要なセルから他のセルもしくは複数のセルもしくはエネルギ貯蔵装置全体にエネルギを移送することによって、各セルのエネルギ貯蔵量の比率を調節することを特徴とするセルエネルギ量調節装置の制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載のセルエネルギ量調節装置の制御方法において、エネルギ貯蔵装置を構成するセルがキャパシタセルであり、任意の時間における各キャパシタセルの電圧を測定してエネルギ貯蔵装置のエネルギ貯蔵量を算出し、各キャパシタセルの電圧を該電圧とキャパシタセルの耐電圧との差が各キャパシタセルの静電容量の逆数と比例する比率に推定し、かつ該電圧により算出できるエネルギ貯蔵装置のエネルギ貯蔵量が前記算出した実際のエネルギ貯蔵装置のエネルギ貯蔵量と等しくなるように各キャパシタセルの電圧を設定し、該設定した電圧を目標として、目標よりも高い電圧のキャパシタセルからエネルギを目標の電圧になる分だけ抜き取り、他のキャパシタセルに再配分することによって、各キャパシタセルの電圧の比率を調節することを特徴とするセルエネルギ量調節装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直列に接続された電気エネルギ貯蔵セルによって構成される電気エネルギ貯蔵装置に貯蔵されたエネルギ量に対して、それぞれのセルのエネルギ貯蔵量の比率を目標の値に設定するエネルギ配分回路を備えたセルエネルギ量調節装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から電気エネルギ貯蔵セルを直列に接続して単体のセルより端子電圧が高く、エネルギ貯蔵量が大きいエネルギ貯蔵装置を構成することが行われているが、該装置を構成するそれぞれのセルが貯蔵しているエネルギ量を管理することは殆ど行われていなかった。
【０００３】
そこで、例えば、特許文献１で開示されているように、充電、放電、待機中に関わらず、セルのエネルギ量をトランスを用いて任意のセルから任意のセルへ任意のエネルギ量のエネルギ移送を行うことにより最適な目標値に保つことが出来るセルエネルギ量調節装置が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１３６６６０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１では、装置の回路構成を示しているが、最適な目標値をどのように決定するかについて具体的に示していない。本技術は、任意のセルから任意のセルもしくはエネルギ貯蔵装置全体に必要な分だけエネルギ移送する方法を提案しているが、最適な（エネルギ量の）目標値を如何にして決定するかが重要な課題となっている。
【０００６】
従って、本発明の目的は、エネルギ量の目標値を設定でき、かつ１つのセルでの電圧値を、耐電圧以内に制御できるセルエネルギ量調節装置の制御方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、キャパシタセルまたは二次電池セルを複数個直列に接続して構成するエネルギ貯蔵装置の各セルのエネルギ貯蔵量を測定する機能を有し、かつ、任意のセルに蓄えられているエネルギを任意のセルもしくはエネルギ貯蔵装置全体に任意のエネルギ量だけ移送する機能を有するセルエネルギ量調節装置の制御方法を提供する。
【０００８】
本発明によれば、複数のセルが直列に接続されて１つの単位をなすエネルギ貯蔵装置において、エネルギ貯蔵装置内の各セルのエネルギ容量の情報を保持しておき、測定した各セルのエネルギ貯蔵量からエネルギ貯蔵装置全体のエネルギ貯蔵量を算出し、各セルのエネルギ貯蔵量と該セルのエネルギ容量との差が該エネルギ容量の大きさに対応するように各セルのエネルギ貯蔵量の目標値を設定することを特徴とするセルエネルギ量調節装置の制御方法が得られる。
【０００９】
即ち、本発明は、キャパシタセルまたは二次電池セルを複数個直列に接続して構成するエネルギ貯蔵装置の各セルのエネルギ貯蔵量を測定する機能を有し、かつ、任意のセルに蓄えられているエネルギを任意のセルもしくはエネルギ貯蔵装置全体に任意のエネルギ量だけ移送する機能を有するセルエネルギ量調節装置の制御方法であって、各セルのエネルギ容量の情報を保持し、エネルギ貯蔵装置が最大にエネルギを蓄えるときの各セルの最大エネルギ貯蔵量を推定し、前記任意の時間における各セルのエネルギ貯蔵量およびエネルギ貯蔵装置全体のエネルギ貯蔵量を測定し、各セルの最大エネルギ貯蔵量と前記任意の時間における各セルのエネルギ貯蔵量との差と各セルのエネルギ容量との比率から前記任意の時間におけるエネルギ貯蔵装置全体のエネルギ貯蔵量に対する各セルのエネルギ貯蔵量の比率を算出し、該算出した比率を目標にしてエネルギの移送が必要なセルから他のセルもしくは複数のセルもしくはエネルギ貯蔵装置全体にエネルギを移送することによって、各セルのエネルギ貯蔵量の比率を調節するセルエネルギ量調節装置の制御方法である。
【００１０】
また、本発明は、前記エネルギ貯蔵装置を構成するセルがキャパシタセルであり、任意の時間における各キャパシタセルの電圧を測定してエネルギ貯蔵装置のエネルギ貯蔵量を算出し、各キャパシタセルの電圧を該電圧とキャパシタセルの耐電圧との差が各キャパシタセルの静電容量の逆数と比例する比率に推定し、かつ該電圧により算出できるエネルギ貯蔵装置のエネルギ貯蔵量が前記算出した実際のエネルギ貯蔵装置のエネルギ貯蔵量と等しくなるように各キャパシタセルの電圧を設定し、該設定した電圧を目標として、目標よりも高い電圧のキャパシタセルからエネルギを目標の電圧になる分だけ抜き取り、他のキャパシタセルに再配分することによって、各キャパシタセルの電圧の比率を調節するセルエネルギ量調節装置の制御方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態によるセルエネルギ量調節装置の制御方法について、詳しく解説する。
【００１２】
エネルギ貯蔵セルとして、電気二重層キャパシタを用いたエネルギ貯蔵装置に本発明を適用した場合について説明する。電気二重層キャパシタのエネルギ貯蔵は、電荷の蓄積によってなされるので、エネルギ貯蔵量の増減に従って端子電圧が増減する。
【００１３】
ここでは、電気二重層キャパシタを６個直列に接続した場合を説明するが、当然接続する電気二重層キャパシタは使用する際の都合で幾つであっても良い。図１は、本発明のセルエネルギ量調節装置の制御方法を適用するセルエネルギ量調節装置の一例を示す図である。
【００１４】
図１は、エネルギ回収回路にフライバックコンバータを用いた場合の回路例で、中央制御ユニット５の指示に従って選ばれたスイッチＳＷ１〜ＳＷ６の何れかが、スイッチ駆動回路６のスイッチング信号によって特定の時間オンする。該当するスイッチに対応するエネルギ移送トランスＴ１もしくはＴ２のコイルＬ１〜Ｌ６の対応するコイルが励起され、コイルＬ７およびＬ９にコイルの巻線比に従って該当する電気二重層キャパシタの電圧に従った電圧が発生する。
【００１５】
この電圧を電圧入力回路３ａおよび３ｂを経て、セル電圧メモリ４に記憶し、残りの電気二重層キャパシタのセル電圧についても順次記憶することによりすべての電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ６の電圧を測定することが出来る。
【００１６】
オンしたスイッチＳＷ１〜ＳＷ６がオフした直後に、トランスＴ１もしくはＴ２が磁化されたエネルギは、整流器Ｄ１もしくはＤ２を経て入出力端子１、２間に送られる。該エネルギは、エネルギ貯蔵装置全体に回収され、該エネルギは各電気二重層キャパシタにその静電容量に反比例して分配される。
【００１７】
このスイッチのオン、オフを繰り返すことによって特定の電気二重層キャパシタから任意のエネルギ量を抜き取り、該エネルギを各電気二重層キャパシタに再分配することが可能になる。
【００１８】
図２に、セルエネルギ量調節装置の基本動作のフローチャートを示す。予め各電気二重層キャパシタの静電容量を把握しておけば、各電気二重層キャパシタセルの電圧を測定することによって各電気二重層キャパシタセルのエネルギ貯蔵量を測定することが可能となる。
【００１９】
フローチャート内の学習機能により、静電容量や漏れ電流などの特性が初期の状態より変動したとしても、各電気二重層キャパシタの電圧のばらつき具合や変化量からその変動がどの程度あるかを認識でき、常に各電気二重層キャパシタの静電容量や漏れ電流を把握することが可能になる。
【００２０】
ここで、前記学習機能とは、各電気二重層キャパシタの電圧のばらつきを測定して、前記各電気二重層キャパシタの静電容量の経年変化を予め判断する機能を言う。
【００２１】
図２中にて、表示した▲１▼において、各電気二重層キャパシタのエネルギ貯蔵量の設定値を本発明の制御方法で決定し、各電気二重層キャパシタセルのエネルギ貯蔵量がその設定値になるようにエネルギ移送を行う。
【００２２】
図３に、本発明のセルエネルギ量調節装置の制御方法のフローチャートの説明図を示す。ここでは、図２の▲１▼の設定電圧を決定する部分の動作のみを示す。各電気二重層キャパシタの静電容量がすべて均一であれば、すべての電圧を均一にすればよいが、静電容量にばらつきがある場合は、満充電にした時に電圧が均一になる。即ち、最大にエネルギを貯蔵するように電圧を設定すればよい。
【００２３】
エネルギ貯蔵装置に充電を行った場合には、各電気二重層キャパシタの電圧がそれぞれの静電容量の値に反比例して増加するので、それぞれの電気二重層キャパシタの電圧と電気二重層キャパシタの耐電圧との差の比率が静電容量の逆数の比率と等しくなるように設定すればよい。
【００２４】
また、エネルギ移送時の効率が１００％であると考えると、エネルギ移送の前後でエネルギの増減がないので、各電気二重層キャパシタのエネルギ貯蔵量の和が測定したエネルギ貯蔵装置のエネルギ貯蔵量と等しくなるような電圧に設定すればよい。
【００２５】
実際には、エネルギ貯蔵量の比率を一度目標値に揃えると運用中にばらつくのには時間がかかるために、エネルギ移送は少ないエネルギ量でゆっくりと行えばよい。すると、エネルギ移送を行うコンバータは、小さい電力でエネルギを移送する設計を行えばよいので、エネルギ移送の効率を１００％に近くすることが可能である。また、効率が多少下がっても、各電気二重層キャパシタのエネルギ貯蔵量の和がエネルギ移送の前後で効率分を考慮して等しいとすればよい。
【００２６】
本発明では、電気二重層キャパシタを用いてセルエネルギ量調節装置を構成したが、どのようなエネルギ貯蔵セルを用いてセルエネルギ量調節装置を構成しても構わない。
【００２７】
【発明の効果】
以上に示したように、本発明によれば、セルエネルギ量調節装置で各セルの電圧を設定する目標値を決定するアルゴリズムを提供するセルエネルギ量調節装置の制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明セルエネルギ量調節装置の制御方法を適用するセルエネルギ量調節装置の一例を示す図。
【図２】セルエネルギ量調節装置の基本動作のフローチャート。
【図３】本発明のセルエネルギ量調節装置の制御方法のフローチャートの説明図。
【符号の説明】
１，２    （大容量エネルギ貯蔵装置の）入出力端子
３    電圧入力回路
４    セル電圧メモリ
５    中央制御ユニット
６    スイッチ駆動回路
７    制御装置
Ａ    制御装置内のアドレスの流れ
Ｃ    Ｃ１〜Ｃ６の直列合成静電容量
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６    エネルギ貯蔵セル（電気二重層キャパシタ）
Ｄ    制御装置内のデータの流れ
Ｄ１，Ｄ２    整流器
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６    エネルギ移送トランス１次側コイル
Ｌ７，Ｌ９    エネルギ移送トランス電圧測定用コイル
Ｌ８，Ｌ１０    エネルギ移送トランス２次側コイル
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ６    スイッチングＦＥＴ
ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３，ＳＣ４，ＳＣ５，ＳＣ６    ゲート駆動用コンデンサ
ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ３，ＳＤ４，ＳＤ５，ＳＤ６    ゲート駆動用ダイオード
ＳＲ１，ＳＲ２，ＳＲ３，ＳＲ４，ＳＲ５，ＳＲ６    ゲート駆動用抵抗
Ｔ１，Ｔ２    エネルギ移送トランス
Ｕ    エネルギ貯蔵装置全体のエネルギ
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６    各電気二重層キャパシタの電圧
Ｖｒ    電気二重層キャパシタの耐電圧
【図１】
2004274809.tif 000003
【図２】
2004274809.tif 000004
【図３】
2004274809.tif 000005