(57)【要約】【課題】回路構成を簡単にしつつ、極性切換を可能にする。【解決手段】スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２とダイオードＤ１，Ｄ２を有する第１アーム１１０と、スイッチング素子ＳＷ１３，ＳＷ１４とダイオードＳ３，Ｄ４を有する第２アーム１２０と、電気二重層キャパシタＣと直流リアクトルＬ１，Ｌ２を有するキャパシタ用ライン１３０とで、充放電回路１００が構成されている。４つのスイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４のスイッチング動作を調整し、降圧チョッパ動作により充電を、昇圧チョッパ動作により放電を行なうと共に、電気二重層キャパシタＣへの充放電極性を切り換える。充放電極性の切り換えにより、電気二重層キャパシタＣの劣化が防止される。【選択図】        図１
2004215332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイオードが逆並列に接続された第１のスイッチング素子の負極端子と、ダイオードが逆並列に接続された第２のスイッチング素子の正極端子とが直列接続された第１アームと、
ダイオードが逆並列に接続された第３のスイッチング素子の負極端子と、ダイオードが逆並列に接続された第４のスイッチング素子の正極端子とが直列接続された第２アームと、
電気二重層キャパシタと直流リアクトルとが直列接続されたキャパシタ用ラインとを有し、
第１のスイッチング素子の正極端子と第３のスイッチング素子の正極端子とが接続されると共に、第２のスイッチング素子の負極端子と第４のスイッチング素子の負極端子とが接続される状態で、第１アームと第２アームとが並列接続されており、
キャパシタ用ラインの一端は、第１のスイッチング素子の負極端子と第２のスイッチング素子の正極端子とを接続する接続ラインに接続されており、キャパシタ用ラインの他端は、第３のスイッチング素子の負極端子と第４のスイッチング素子の正極端子とを接続する接続ラインに接続されていることを特徴とする電気二重層キャパシタの充放電回路。
【請求項２】
ダイオードが逆並列に接続された第１のスイッチング素子の負極端子と、ダイオードが逆並列に接続された第２のスイッチング素子の正極端子とが直列接続された第１アームと、
ダイオードが逆並列に接続された第３のスイッチング素子の負極端子と、ダイオードが逆並列に接続された第４のスイッチング素子の正極端子とが直列接続された第２アームと、
電気二重層キャパシタと直流リアクトルとが直列接続されたキャパシタ用ラインとを有し、
第１のスイッチング素子の正極端子と第３のスイッチング素子の正極端子とが接続されると共に、第２のスイッチング素子の負極端子と第４のスイッチング素子の負極端子とが接続される状態で、第１アームと第２アームとが並列接続されており、
キャパシタ用ラインの一端は、第１のスイッチング素子の負極端子と第２のスイッチング素子の正極端子とを接続する接続ラインに接続されており、キャパシタ用ラインの他端は、第３のスイッチング素子の負極端子と第４のスイッチング素子の正極端子とを接続する接続ラインに接続されおり、
正極性モードでは、充電時には、第２及び第３のスイッチング素子を常時ＯＦＦ、第４のスイッチング素子を常時ＯＮとし、第１のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦし、放電時には、第１及び第３及び第４のスイッチング素子を常時ＯＦＦとし、第２のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦし、電気二重層キャパシタを完全放電させる時には、第１及び第３及び第４のスイッチング素子を常時ＯＦＦとし、第２のスイッチング素子を常時ＯＮとし、
逆極性モードでは、充電時には、第１及び第４のスイッチング素子を常時ＯＦＦ、第２のスイッチング素子を常時ＯＮとし、第３のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦし、放電時には、第１及び第２及び第３のスイッチング素子を常時ＯＦＦとし、第４のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦし、電気二重層キャパシタを完全放電させる時には、第１及び第２及び第３のスイッチング素子を常時ＯＦＦとし、第４のスイッチング素子を常時ＯＮとし、
しかも、電気二重層キャパシタの完全放電をしてから、正極性モードと逆極性モードとが切り換えられることを特徴とする電気二重層キャパシタの充放電回路。
【請求項３】
請求項２において、正極性モードと逆極性モードは、交互に切り換えられることを特徴とする電気二重層キャパシタの充放電回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気二重層キャパシタの充放電回路に関するものであり、回路構成を簡略化できるように工夫したものである。更に詳述すると、本発明は、電気二重層キャパシタのエネルギーを有効に取り出す充放電回路であり、回路構成が簡単でありながら、エネルギーを有効に取り出すだけでなく、充放電の極性を変えることができ、電気二重層キャパシタの劣化防止を行なうものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気二重層キャパシタは、活性炭と電解液との界面に形成される電気二重層に蓄積される電気エネルギーを利用するものであり、大きな電気容量を充放電できる大容量コンデンサである。その用途は、メモリバックアップ用の小容量品から、電気自動車のパワーアシスト用としての中容量品、そして電力貯蔵用蓄電池代替としての大容量品までと幅広い。
【０００３】
電気二重層キャパシタでは、正極性で充電を行ってこの充電した電力を放電する正極性モードと、逆極性で充電を行ってこの充電した電力を放電する逆極性モードとを、交互に採用して充放電動作をしている。しかも、モード切換の時には、完全放電してから、他方のモードに移行している。なお、充放電のモード切換は、充放電毎に逐次行なう場合や、予め決めた期間毎に行なう場合がある（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
このように充放電のモード切換をしている理由を次に説明する。電気二重層キャパシタは、片極性で使用していると、キャパシタ電極に印加された電位により、製造過程での残留異物が電解質部へ移動して充放電特性が劣化してしまう。そこで、前述したように、正極性モードと逆極性モードとで交互に充放電動作させて印加極性を逆にすることにより、残留異物の電解質への移動を小さくして、劣化を防止しているのである。
【０００５】
ここで、充放電極性モードの切換を可能としつつ、電気二重層キャパシタを充放電する従来の充放電回路を、図７を参照しつつ説明する。
【０００６】
図７に示すように、系統連系インバータ１は、変圧器２を介して電力系統３に接続されている。この系統連系インバータ１は、インバータ動作（逆変換動作）をして電気二重層キャパシタＣに充電されていた直流電力を交流電力に変換して系統側に送ったり、コンバータ動作（順変換動作）をして系統の交流電力を直流電力に変換して電気二重層キャパシタＣに向けて送る。
【０００７】
双方向チョッパ４は、正極ラインＰと負極ラインＮを介して系統連系インバータ１に接続されている。この双方向チョッパ４は、ダイオードＤ１が逆接続されたスイッチング素子ＳＷ１と、ダイオードＤ２が逆接続されたスイッチング素子ＳＷ２と、直流リアクトルＬとで構成されている。スイッチング素子ＳＷ１とスイッチング素子ＳＷ２は直列接続されており、直流リアクトルＬは、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２を接続する接続ラインから引き出されている。なお、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２は、具体的にはＩＧＢＴにより構成されている。
【０００８】
極性切換スイッチ５は、双方向チョッパ４と電気二重層キャパシタＣとの間に介在されている。この極性切換スイッチ５は、切換器６からのスイッチ切換信号Ｓ１に応じて、α側やβ側に投入される。
【０００９】
ライン７には、リレーＫ１と抵抗Ｒが介装されており、ライン８には、リレーＫ２が介装されている。これらライン７，８は、電気二重層キャパシタＣに対して並列に接続されている。
【００１０】
比較器ＣＰ１は、電気二重層キャパシタＣの電圧を示す検出電圧Ｖdet と、設定電圧Ｖset1とを比較し、Ｖdet ＜Ｖset1となったらハイレベル信号Ｈ１を出力する。ハイレベル信号Ｈ１が出力されたら、フリップフロップＦＦ１は投入信号ＯＮ１を出力する。投入信号ＯＮ１が出力されるとリレーＫ１が投入される。
【００１１】
比較器ＣＰ２は、電気二重層キャパシタＣの電圧を示す検出電圧Ｖdet と、設定電圧Ｖset2とを比較し、Ｖdet ＜Ｖset2となったらハイレベル信号Ｈ２を出力する。なお、Ｖset2＜Ｖset1となっている。ハイレベル信号Ｈ２が出力されたら、フリップフロップＦＦ２は投入信号ＯＮ２を出力する。投入信号ＯＮ２が出力されるとリレーＫ２が投入される。
【００１２】
比較器ＣＰ３は、電気二重層キャパシタＣの電圧を示す検出電圧Ｖdet と、設定電圧Ｖset3とを比較し、Ｖdet ＜Ｖset3となったらハイレベル信号Ｈ３を出力する。なお、Ｖset3＜Ｖset2となっている。ハイレベル信号Ｈ３が出力されたら、フリップフロップＦＦ３は切換信号ＣＨを出力する。切換信号ＣＨが出力される毎に、切換器６は若干時間遅れしてからリセット信号ｒを出力し、このリセット信号ｒにより、フリップフロップＦＦ１〜ＦＦ３がリセット状態に戻る。
【００１３】
また切換器６は、切換信号ＣＨを受信する毎に、または切換信号ＣＨを予め設定した回数だけ受信する毎に、または予め設定した期間経過した後に切換信号ＣＨを受信すると、スイッチ切換信号Ｓ１を出力する。スイッチ切換信号Ｓ１が出力されると、極性切換スイッチ５の投入位置が変更される。つまり、α側に投入されていたらβ側に投入位置が変更され、β側に投入されていたらα側に投入位置が変更される。
【００１４】
このような構成になっている充放電回路における、双方向チョッパ４による充放電動作を説明する。
【００１５】
充電時には双方向チョッパ４は、降圧チョッパとして動作する。即ち、充電時には、スイッチング素子ＳＷ２がＯＦＦ状態とされ、スイッチング素子ＳＷ１が交互にＯＮ・ＯＦＦされる。
【００１６】
そして、スイッチング素子ＳＷ１がＯＮになっている期間では、インバータ１→スイッチング素子ＳＷ１→直流リアクトルＬ→極性切換スイッチ５→電気二重層キャパシタＣ→極性切換スイッチ５→インバータ１という経路で電流が流れる。またスイッチング素子ＳＷ１がＯＦＦになっている期間では、直流リアクトルＬ→極性切換スイッチ５→電気二重層キャパシタＣ→極性切換スイッチ５→ダイオードＤ２→直流リアクトルＬという経路で電流が流れる。このようにして、インバータ１により発生した直流電力が電気二重層キャパシタＣに送られて、電気二重層キャパシタＣの充電が行なわれる。
【００１７】
なお、極性切換スイッチ５がα側に投入されているときには、電気二重層キャパシタＣには正極性（図７ではｕ側がプラス、ｄ側がマイナス）で充電され（正極性モードで充電され）、極性切換スイッチ５がβ側に投入されているときには、電気二重層キャパシタＣには逆極性（図７ではｕ側がマイナス、ｄ側がプラス）で充電される（逆極性モードで充電される）。
【００１８】
放電時には双方向チョッパ４は、昇圧チョッパとして動作する。即ち、放電時には、スイッチング素子ＳＷ１がＯＦＦ状態とされ、スイッチング素子ＳＷ２が交互にＯＮ・ＯＦＦされる。
【００１９】
そして、スイッチング素子ＳＷ２がＯＮになっている期間では、電気二重層キャパシタＣ→極性切換スイッチ５→直流リアクトルＬ→スイッチング素子ＳＷ２→極性切換スイッチ５→電気二重層キャパシタＣという経路で電流が流れる。またスイッチング素子ＳＷ２がＯＦＦになっている期間では、電気二重層キャパシタＣ→極性切換スイッチ５→直流リアクトルＬ→ダイオードＤ１→インバータ１→極性切換スイッチ５→電気二重層キャパシタＣという経路に電流が流れる。このようにして電気二重層キャパシタＣの放電が行なわれ、電気二重層キャパシタＣに充電していた直流電流がインバータ１に送られ、交流電力に変換されて電力系統３に送られる。
【００２０】
次に極性切換動作について、図８を参照しつつ説明する。
【００２１】
図８において、期間Ｉは待機期間であり、電気二重層キャパシタＣはフル充電されておりその検出電圧Ｖdet は高い。
【００２２】
期間IIにおいて、電気二重層キャパシタＣから通常の放電を行なう。通常の放電を行なっているときに、Ｖdet ＜Ｖset1となったら、比較器ＣＰ１からハイレベル信号Ｈ１が出力されて、フリップフロップＦＦ１が投入信号ＯＮ１を出力する結果、リレーＫ１が投入される。
【００２３】
リレーＫ１の投入により、電気二重層キャパシタＣ→リレーＫ１→抵抗Ｒ→電気二重層キャパシタＣという経路で閉回路が形成されて、電気二重層キャパシタＣは極性切換のための放電が行なわれる（期間III ）。
【００２４】
更に、Ｖdet ＜Ｖset2となったら、比較器ＣＰ２からハイレベル信号Ｈ２が出力されて、フリップフロップＦＦ２が投入信号ＯＮ２を出力する結果、リレーＫ２が投入される。
リレーＫ２の投入により、電気二重層キャパシタＣの両端が短絡されて、電気二重層キャパシタＣは完全放電される（期間IV）。
【００２５】
そして、Ｖdet ＜Ｖset3となったら、比較器ＣＰ３からハイレベル信号Ｈ３が出力されて、フリップフロップＦＦ３が切換信号ＣＨを出力し、切換器６により極性切換スイッチ５の投入位置が変更される。また、リセット信号ｒにより、フリップフロップＦＦ１〜ＦＦ３がリセットされる。
【００２６】
【特許文献１】
特開２００２−１４２３６９号公報
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図７及び図８に示す従来の充放電回路では、極性切換のために、極性切換スイッチ５、切換器６、比較器ＣＰ１〜ＣＰ３、フリップフロップＦＦ１〜ＦＦ３、リレーＫ１，Ｋ２というように、多数の回路部品が必要であり、全体の装置構成が大型で複雑になっていた。
また、双方向チョッパ４の切換のためのシーケンスの他に、極性切換のためのシーケンスが余分に必要になる。
更に、大型の電気二重層キャパシタＣを採用して、その充電電圧が高い場合には、極性切換スイッチ５としては汎用的なマグネットでは対応できず、電気鉄道で使用しているような大容量遮断器が必要となり、装置が大型化してしまう。
【００２８】
本発明は、上記従来技術に鑑み、電気二重層キャパシタへの充放電極性の切換を可能としつつ、回路構成を簡略化した、電気二重層キャパシタの充放電回路を提供することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の構成は、ダイオードが逆並列に接続された第１のスイッチング素子の負極端子と、ダイオードが逆並列に接続された第２のスイッチング素子の正極端子とが直列接続された第１アームと、
ダイオードが逆並列に接続された第３のスイッチング素子の負極端子と、ダイオードが逆並列に接続された第４のスイッチング素子の正極端子とが直列接続された第２アームと、
電気二重層キャパシタと直流リアクトルとが直列接続されたキャパシタ用ラインとを有し、
第１のスイッチング素子の正極端子と第３のスイッチング素子の正極端子とが接続されると共に、第２のスイッチング素子の負極端子と第４のスイッチング素子の負極端子とが接続される状態で、第１アームと第２アームとが並列接続されており、
キャパシタ用ラインの一端は、第１のスイッチング素子の負極端子と第２のスイッチング素子の正極端子とを接続する接続ラインに接続されており、キャパシタ用ラインの他端は、第３のスイッチング素子の負極端子と第４のスイッチング素子の正極端子とを接続する接続ラインに接続されていることを特徴とする。
【００３０】
また本発明の構成は、ダイオードが逆並列に接続された第１のスイッチング素子の負極端子と、ダイオードが逆並列に接続された第２のスイッチング素子の正極端子とが直列接続された第１アームと、
ダイオードが逆並列に接続された第３のスイッチング素子の負極端子と、ダイオードが逆並列に接続された第４のスイッチング素子の正極端子とが直列接続された第２アームと、
電気二重層キャパシタと直流リアクトルとが直列接続されたキャパシタ用ラインとを有し、
第１のスイッチング素子の正極端子と第３のスイッチング素子の正極端子とが接続されると共に、第２のスイッチング素子の負極端子と第４のスイッチング素子の負極端子とが接続される状態で、第１アームと第２アームとが並列接続されており、
キャパシタ用ラインの一端は、第１のスイッチング素子の負極端子と第２のスイッチング素子の正極端子とを接続する接続ラインに接続されており、キャパシタ用ラインの他端は、第３のスイッチング素子の負極端子と第４のスイッチング素子の正極端子とを接続する接続ラインに接続されおり、
正極性モードでは、充電時には、第２及び第３のスイッチング素子を常時ＯＦＦ、第４のスイッチング素子を常時ＯＮとし、第１のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦし、放電時には、第１及び第３及び第４のスイッチング素子を常時ＯＦＦとし、第２のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦし、電気二重層キャパシタを完全放電させる時には、第１及び第３及び第４のスイッチング素子を常時ＯＦＦとし、第２のスイッチング素子を常時ＯＮとし、
逆極性モードでは、充電時には、第１及び第４のスイッチング素子を常時ＯＦＦ、第２のスイッチング素子を常時ＯＮとし、第３のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦし、放電時には、第１及び第２及び第３のスイッチング素子を常時ＯＦＦとし、第４のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦし、電気二重層キャパシタを完全放電させる時には、第１及び第２及び第３のスイッチング素子を常時ＯＦＦとし、第４のスイッチング素子を常時ＯＮとし、
しかも、電気二重層キャパシタの完全放電をしてから、正極性モードと逆極性モードとが切り換えられることを特徴とする。
このとき、正極性モードと逆極性モードは、交互に切り換えられるようにしてもよい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００３２】
図１は本発明の実施の形態に係る充放電回路１００を示す。この充放電回路１００は、正極ラインＰと負極ラインＮを介して系統連系インバータ１に接続されている。
【００３３】
系統連系インバータ１は、変圧器２を介して電力系統３に接続されている。この系統連系インバータ１は、インバータ動作（逆変換動作）をして電気二重層キャパシタＣに充電されていた直流電力を交流電力に変換して系統側に送ったり、コンバータ動作（順変換動作）をして系統の交流電力を直流電力に変換して電気二重層キャパシタＣに向けて送る。
【００３４】
電気二重層キャパシタＣに対して充放電をする充放電回路１００は、第１アーム１１０と、第２アーム１２０と、キャパシタ用ライン１３０とで構成されている。
【００３５】
第１アーム１１０は、ダイオードＤ１１が逆接続されたＩＧＢＴでなるスイッチング素子ＳＷ１１のエミッタ（負極端子）と、ダイオードＤ１２が逆接続されたＩＧＢＴでなるスイッチング素子ＳＷ１２のコレクタ（正極端子）とが、接続ライン１１１を介して直列接続して構成されている。
【００３６】
第２アーム１２０は、ダイオードＤ１３が逆接続されたＩＧＢＴでなるスイッチング素子ＳＷ１３のエミッタ（負極端子）と、ダイオードＤ１４が逆接続されたＩＧＢＴでなるスイッチング素子ＳＷ１４のコレクタ（正極端子）とが、接続ライン１２１を介して直列接続して構成されている。
【００３７】
そして、第１アーム１１０と第２アーム１２０は、系統連系インバータ１に対して並列接続されている。より具体的には、スイッチング素子ＳＷ１１のコレクタ（正極端子）とスイッチング素子ＳＷ１３のコレクタ（正極端子）とが接続されると共に、スイッチング素子ＳＷ１２のエミッタ（負極端子）とスイッチング素子ＳＷ１４のエミッタ（負極端子）とが接続される状態で、アーム１１０，１２０が並列接続されている。
【００３８】
キャパシタ用ライン１３０は、直流リアクトルＬ１と、電気二重層キャパシタＣと、直流リアクトルＬ２とが、直列接続して構成されている。このキャパシタ用ライン１３０は、その一端が接続ライン１１１に接続されており、その他端が接続ライン１２１に接続されている。
【００３９】
上述した構成となっている充放電回路１００の充放電動作を、正極性モードでの充電、正極性モードでの放電、逆極性モードでの充電、逆極性モードでの放電に分けて、図２〜図５を参照しつつ説明する。
また、本実施の形態では、正極性モードの動作と逆極性モードの動作は交互に行なうようになっているため、モード切換動作が必要であるが、モード切換動作については、充放電動作を説明した後に行なう。
【００４０】
まず、正極性モードでの充電動作を図２を参照しつつ説明する。このときには、スイッチング素子ＳＷ１２，ＳＷ１３は常時ＯＦＦ、スイッチング素子ＳＷ１４は常時ＯＮとなっている。そして、スイッチング素子ＳＷ１１をＯＮ／ＯＦＦすることにより、降圧チョッパ動作が行なわれて、電気二重層キャパシタＣに充電がされる。
【００４１】
即ち、スイッチング素子ＳＷ１１がＯＮになっている期間では、インバータ１→スイッチング素子ＳＷ１１→直流リアクトルＬ１→電気二重層キャパシタＣ→直流リアクトルＬ２→スイッチング素子ＳＷ１４→インバータ１という経路で電流が流れる。またスイッチング素子ＳＷ１１がＯＦＦになっている期間では、直流リアクトルＬ１→電気二重層キャパシタＣ→直流リアクトルＬ２→スイッチング素子ＳＷ１４→ダイオードＤ１２→直流リアクトルＬ１という経路で電流が流れる。このようにして、インバータ１により発生した直流電力が電気二重層キャパシタＣに送られて、電気二重層キャパシタＣの充電が行なわれる。
【００４２】
次に、正極性モードでの放電動作を図３を参照しつつ説明する。このときにはスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１３，ＳＷ１４は常時ＯＦＦとなっており、スイッチング素子ＳＷ１２がＯＮ／ＯＦＦすることにより、昇圧チョッパ動作が行なわれて、電気二重層キャパシタＣからの放電動作が行なわれる。
【００４３】
即ち、スイッチング素子ＳＷ１２がＯＮになっている期間では、電気二重層キャパシタＣ→直流リアクトルＬ１→スイッチング素子ＳＷ１２→ダイオードＤ１４→直流リアクトルＬ２→電気二重層キャパシタＣという経路で電流が流れる。またスイッチング素子ＳＷ１２がＯＦＦになっている期間では、電気二重層キャパシタＣ→直流リアクトルＬ１→ダイオードＤ１１→インバータ１→ダイオードＤ１４→直流リアクトルＬ２→電気二重層キャパシタＣという経路に電流が流れる。このようにして電気二重層キャパシタＣの放電が行なわれ、電気二重層キャパシタＣに充電していた直流電流がインバータ１に送られ、交流電力に変換されて電力系統３に送られる。
【００４４】
次に、逆極性モードでの充電動作を図４を参照しつつ説明する。このときには、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１４は常時ＯＦＦ、スイッチング素子ＳＷ１２は常時ＯＮとなっている。そして、スイッチング素子ＳＷ１３をＯＮ／ＯＦＦすることにより、降圧チョッパ動作が行なわれて、電気二重層キャパシタＣに充電がされる。
【００４５】
即ち、スイッチング素子ＳＷ１３がＯＮになっている期間では、インバータ１→スイッチング素子ＳＷ１３→直流リアクトルＬ２→電気二重層キャパシタＣ→直流リアクトルＬ１→スイッチング素子ＳＷ１２→インバータ１という経路で電流が流れる。またスイッチング素子ＳＷ１３がＯＦＦになっている期間では、直流リアクトルＬ２→電気二重層キャパシタＣ→直流リアクトルＬ１→スイッチング素子ＳＷ１２→ダイオードＤ１４→直流リアクトルＬ２という経路で電流が流れる。このようにして、インバータ１により発生した直流電力が電気二重層キャパシタＣに送られて、電気二重層キャパシタＣの充電が行なわれる。
【００４６】
次に、逆極性モードでの放電動作を図５を参照しつつ説明する。このときにはスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１３は常時ＯＦＦとなっており、スイッチング素子ＳＷ１４がＯＮ／ＯＦＦすることにより、昇圧チョッパ動作が行なわれて、電気二重層キャパシタＣからの放電動作が行なわれる。
【００４７】
即ち、スイッチング素子ＳＷ１４がＯＮになっている期間では、電気二重層キャパシタＣ→直流リアクトルＬ２→スイッチング素子ＳＷ１４→ダイオードＤ１２→直流リアクトルＬ１→電気二重層キャパシタＣという経路で電流が流れる。またスイッチング素子ＳＷ１４がＯＦＦになっている期間では、電気二重層キャパシタＣ→直流リアクトルＬ２→ダイオードＤ１３→インバータ１→ダイオードＤ１２→直流リアクトルＬ１→電気二重層キャパシタＣという経路に電流が流れる。このようにして電気二重層キャパシタＣの放電が行なわれ、電気二重層キャパシタＣに充電していた直流電流がインバータ１に送られ、交流電力に変換されて電力系統３に送られる。
【００４８】
また、本実施の形態では、正極性モードの動作と逆極性モードの動作は交互に行なうようになっている。つまり、
（１）正極性モードで充電して、その後に放電をする、
（２）逆極性モードで充電をして、その後に放電をする、
という動作を交互に行なう。このように交互に動作モードを換えるモード切換の際には、次に説明するように、電気二重層キャパシタＣを完全放電してから、他の極性モードに移行する。そこで、極性切換動作について、図６を参照しつつ説明する。
【００４９】
図６において、期間▲１▼は正極性モードでの待機期間であり、電気二重層キャパシタＣはフル充電されておりその検出電圧（キャパシタの充電電圧）Ｖdet は高い。
【００５０】
期間▲２▼では、正極性モードにおいて、電気二重層キャパシタＣから通常の放電を行なう。つまり、図３に示すように、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１３，ＳＷ１４を常時ＯＦＦとすると共に、スイッチング素子ＳＷ１２をＯＮ／ＯＦＦして、通常の放電を行なう。
【００５１】
正極性モードにおいて通常の放電を行なっているときに、Ｖdet ＜Ｖset11 となったら、期間▲３▼に移行して、正極性モードにおける、極性切換のための放電を行なう。つまり、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１３，ＳＷ１４を常時ＯＦＦとすると共に、スイッチング素子ＳＷ１２を常時ＯＮにする。このようにすることにより、電気二重層キャパシタＣ→直流リアクトルＬ１→スイッチング素子ＳＷ１２→ダイオードＤ１４→直流リアクトルＬ２→電気二重層キャパシタＣという経路で電流が流れ続けて、電気二重層キャパシタＣの充電電圧が低下してくる。
【００５２】
正極性モードにおいて極性切換のための放電を行なっているときに、Ｖdet ＜Ｖset12 となったら、期間▲４▼に移行して、逆極性モードにおける充電を開始する。つまり、図４に示すように、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１４を常時ＯＦＦ、スイッチング素子ＳＷ１２を常時ＯＮとし、スイッチング素子ＳＷ１３をＯＮ／ＯＦＦして、通常の充電をする。
【００５３】
フル充電されたら、期間▲５▼に移行して逆極性モードでの待機状態となる。
【００５４】
期間▲６▼では、逆極性モードにおいて、電気二重層キャパシタＣから通常の放電を行なう。つまり、図５に示すように、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１３を常時ＯＦＦとすると共に、スイッチング素子ＳＷ１４をＯＮ／ＯＦＦして、通常の放電を行なう。
【００５５】
逆極性モードにおいて通常の放電を行なっているときに、−Ｖdet ＜−Ｖset11 となったら、期間▲７▼に移行して、逆極性モードにおける、極性切換のための放電を行なう。つまり、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１３を常時ＯＦＦとすると共に、スイッチング素子ＳＷ１４を常時ＯＮにする。このようにすることにより、電気二重層キャパシタＣ→直流リアクトルＬ２→スイッチング素子ＳＷ１４→ダイオードＤ１２→直流リアクトルＬ１→電気二重層キャパシタＣという経路で電流が流れ続けて、電気二重層キャパシタＣの充電電圧が低下してくる。
【００５６】
逆極性モードにおいて極性切換のための放電を行なっているときに、−Ｖdet ＜−Ｖset12 となったら、期間▲８▼に移行して、正極性モードにおける充電を開始する。つまり、図２に示すように、スイッチング素子ＳＷ１２，ＳＷ１３を常時ＯＦＦ、スイッチング素子ＳＷ１４を常時ＯＮとし、スイッチング素子ＳＷ１１をＯＮ／ＯＦＦして、通常の充電をする。
【００５７】
このように本実施の形態では、正極性モード動作と逆極性モード動作を交互に行なうようにしているため、残留異物が電解質部へ移動することに起因する電気二重層キャパシタＣの劣化を効果的に防止することができる。
【００５８】
また、半導体のスイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４を主要部材として構成しているため、このスイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４のスイッチング動作を調整することにより、充電動作と放電動作の切換のみならず、正極性モードと逆極性モードの切換ができる。
【００５９】
また、従来技術では極性切換のために、極性切換スイッチ５、切換器６、比較器ＣＰ１〜ＣＰ３、フリップフロップＦＦ１〜ＦＦ３、リレーＫ１，Ｋ２、抵抗Ｒというように、多数の回路部品が必要であったが、本発明ではかかる部品は不要になり、回路構成を簡略化できる。
【００６０】
またスイッチング素子として高電圧タイプのものを採用すれば、大型の電気二重層キャパシタＣを採用してその充電電圧が高くなっても、充放電やモード切換が容易にできる。
【００６１】
【発明の効果】
以上、実施の形態と共に具体的に説明したように、本発明によれば、従来技術に比べて部品点数が少ない簡単な構成でありながら、電気二重層キャパシタへの充放電ができるのみならず、充放電極性の切り換えができ電気二重層キャパシタの劣化防止を図ることができる。
また、高電圧の電気二重層キャパシタであっても、充放電やモード切換が容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る充放電回路を示す回路図。
【図２】本発明の実施の形態に係る充放電回路を、正極性モードでの充電状態で示す回路図。
【図３】本発明の実施の形態に係る充放電回路を、正極性モードでの放電状態で示す回路図。
【図４】本発明の実施の形態に係る充放電回路を、逆極性モードでの充電状態で示す回路図。
【図５】本発明の実施の形態に係る充放電回路を、逆極性モードでの放電状態で示す回路図。
【図６】本発明の実施の形態に係る充放電回路のモード切換動作を示す状態図。
【図７】従来の充放電回路を示す回路図。
【図８】従来の充放電回路のモード切換動作を示す状態図。
【符号の説明】
１  系統連系インバータ
２  変圧器
３  電力系統
１００  充放電回路
１１０  第１アーム
１２０  第２アーム
１３０  キャパシタ用ライン
ＳＷ１１〜ＳＷ１４  スイッチング素子
Ｄ１１〜Ｄ１４  ダイオード
Ｃ  電気二重層キャパシタ
Ｌ１，Ｌ２  直流リアクトル
【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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