(57)【要約】ウルトラキャパシタ用充電器は、いくつかの異なる構成で接続された多数のウルトラキャパシタが、セルの損傷なしに、非常に低い電圧から定格電圧まで非常に急速に充電できるようにする。前記充電器は、破損したセルを検出することもできる。
2010509898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウルトラキャパシタのセルの列の充電用のウルトラキャパシタ充電方法であって、
各ウルトラキャパシタのセルの電圧を測定するステップと、
電圧源に接続された充電器の使用を介してウルトラキャパシタのセルの該列を充電するステップと、
ウルトラキャパシタのセルの該列の全電圧を計算するステップと、
全電圧に基づき電流特性に追従するステップと、
各ウルトラキャパシタのセルの最大電圧を判断するステップと、
どのウルトラキャパシタのセルの電圧が最も大きいかを判断するステップと、
電圧が最も大きいウルトラキャパシタのセルの電圧を監視するステップと、
電圧が最も大きいウルトラキャパシタのセルが最大電圧レベルに達したときに該列の充電を停止するステップと、
を含むことを特徴とするウルトラキャパシタのセルの列の充電用のウルトラキャパシタ充電方法。
【請求項２】
最初にウルトラキャパシタのセルの該列を該充電器に接続するステップと、最後にウルトラキャパシタのセルの該列を該充電器から外すステップとを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該電圧源は、少なくとも１つの電池と、ＤＣ−ＤＣコンバータと、ＡＣ−ＤＣコンバータとからなる群から選ばれたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
最初にウルトラキャパシタのセルの該列を該充電器に接続するステップと、最後にウルトラキャパシタのセルの該列を該充電器から外すステップとを含み、該電圧源は、少なくとも１つの電池と、ＤＣ−ＤＣコンバータと、ＡＣ−ＤＣコンバータとからなる群から選ばれたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
１つまたは複数のウルトラキャパシタのセルが破損していないかどうかを判断するため、充電ステップ中に各ウルトラキャパシタのセルの電圧が監視され、破損している場合、該充電を停止し、該破損について該方法のユーザに警告することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
該ウルトラキャパシタが直列接続されたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
該ウルトラキャパシタが直列および並列の組み合わせで接続されたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
該ウルトラキャパシタが並列接続されたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ウルトラキャパシタの列の充電用の充電器であって、
電圧源に接続され、ウルトラキャパシタの該列を流れる電流を調整するパワーエレクトリックコンバータと、
該パワーエレクトリックコンバータからウルトラキャパシタの該列に流れる電流を指令するＭＣＵと、
該ウルトラキャパシタのセルの電圧を測定する第１アナログ回路と、
閉ループ電流制御を実行する第２アナログ回路と、
を備えたことを特徴とするウルトラキャパシタの列の充電用の充電器。
【請求項１０】
該電圧源は、１つの電池と、ＤＣ−ＤＣコンバータと、ＡＣ−ＤＣコンバータとからなる群から選ばれたことを特徴とする請求項９に記載の充電器。
【請求項１１】
該ＭＣＵは、各ウルトラキャパシタのセル上の電圧および各ウルトラキャパシタのセルを流れる電流を監視し、１つまたは複数のウルトラキャパシタのセルが破損していないかどうかを判断することを特徴とする請求項９に記載の充電器。
【請求項１２】
該ＭＣＵは、該ウルトラキャパシタのセルの電圧を合計することにより、列合計の電圧を計算し、該全電圧に基づき、該ＭＣＵは、電流がパワーエレクトリックコンバータから電流特性に追従するようにすることを特徴とする請求項９に記載の充電器。
【請求項１３】
電流特性は、全出力電圧および個別のセル電圧に基づくことを特徴とする請求項１２に記載の充電器。
【請求項１４】
該ＭＣＵは、各ウルトラキャパシタのセル上の電圧および各ウルトラキャパシタのセルを流れる電流を監視し、１つまたは複数のウルトラキャパシタのセルが破損していないかどうかを判断し、該ＭＣＵは、該ウルトラキャパシタのセルの電圧を合計することにより、列合計の電圧を計算し、該全電圧に基づき、該ＭＣＵは、電流がパワーエレクトリックコンバータから電流特性に追従するようにすることを特徴とする請求項９に記載の充電器。
【請求項１５】
電圧源と、
可制御スイッチおよび抵抗を含み、該電圧源に接続され、ウルトラキャパシタを流れる電流を調整する抵抗ネットワークと、
各ウルトラキャパシタのセルの電圧を測定できるようにするアナログ回路と、
各ウルトラキャパシタのセルの電圧を測定し、該抵抗ネットワークから該ウルトラキャパシタに流れる電流を指令し、オンオフすることにより抵抗ネットワークにおけるスイッチを制御し、どのウルトラキャパシタのセルの電圧が最も大きいかを判断するＭＣＵと、
を備えたことを特徴とするウルトラキャパシタの列の充電用の充電器。
【請求項１６】
該抵抗ネットワークは、直列ネットワークまたは並列ネットワーク、若しくは直列および並列ネットワークの組み合わせであることを特徴とする請求項１５に記載の充電器。
【請求項１７】
ウルトラキャパシタのセルの最も大きい電圧が最大電圧に達したとき、ＭＣＵは、抵抗ネットワークにおけるスイッチをオフにし、これによって、該ウルトラキャパシタの列の充電を停止することを特徴とする請求項１５に記載の充電器。
【請求項１８】
該ＭＣＵは、各ウルトラキャパシタのセル上の電圧および各ウルトラキャパシタのセルを流れる電流を監視し、１つまたは複数のウルトラキャパシタのセルが破損していないかどうかを判断することを特徴とする請求項１５に記載の充電器。
【請求項１９】
該ＭＣＵは、該ウルトラキャパシタのセルの電圧を合計することにより、列合計の電圧を計算し、該全電圧に基づき、該ＭＣＵは、電流が電圧源から電流特性に追従するようにすることを特徴とする請求項１５に記載の充電器。
【請求項２０】
該電圧源は、１つの電池と、ＤＣ−ＤＣコンバータと、ＡＣ−ＤＣコンバータとからなる群から選ばれたことを特徴とする請求項１５に記載の充電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にウルトラキャパシタに関し、特にウルトラキャパシタ用充電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウルトラキャパシタは、二重層コンデンサ、ＤＬＣ、スーパーキャパシタ、またはスードキャパシタとしても知られ、電気エネルギーを蓄積する装置である。ウルトラキャパシタは、単独のエネルギー蓄積装置として、または電池と組み合わせて、民生品の電源、自動車用エネルギー蓄積システム、軍事利用などへの使用が増加している。
【０００３】
充電が消耗された後、ウルトラキャパシタが再充電される。ウルトラキャパシタは、エネルギー蓄積装置として使用されるためには、非常に大きな電圧の振れを経る必要があり、損傷を防止するために、慎重に充電しなければならない。ウルトラキャパシタは、定格電圧を超えて充電されることに敏感であり、過充電によって、寿命が著しく短くなることや、または障害がもたらされることがある。
【０００４】
ウルトラキャパシタの再充電のもう１つの問題は、静電容量のばらつきである。ウルトラキャパシタの静電容量は、定格値からのばらつきがあり、通常±２０％以内である。そのため、直列接続されたウルトラキャパシタの列は、異なる静電容量のセルを有するようになる。直列接続された列が充電されるときに、静電容量が小さいセルの方が、静電容量が大きいセルよりも速く充電されるため、セルの電圧が互いに異なるようになる。これは、理想的なコンデンサの電流、電圧、および静電容量の関係を示す式１（下記）から明らかである。
［式１］
2010509898.tif 000003
【０００５】
充電されたウルトラキャパシタは、漏れまたは自己放電も起こる。エネルギーが内部で散逸されることによって、ウルトラキャパシタの電圧が低下する。すべてのウルトラキャパシタは、同じ速度で自己放電するわけではない。静電容量の許容差および様々な漏れにより、直列接続されたウルトラキャパシタは、互いに異なる電圧を有することがよくある。
【０００６】
現在のウルトラキャパシタ充電技術では、平衡回路を用いて、ウルトラキャパシタのセルが電源によって充電されている間、ウルトラキャパシタアレイにおける各セルが等しい電圧を有するようにしている。言い換えれば、現在の方法は、セルを「平衡」させる。これは、５つの方法により行われ、または行うことができる。
【０００７】
１つ目は、能動回路を２つの直列接続されたセルの上に置く。回路が２つのセルの電圧を比較し、最も高い電圧を有するセル内のエネルギーを散逸させる。その後、もう１つの平衡回路を用いて、これらの２つのセルのうちの１つを、直列した次のセルと平衡させる。回路をこの方法で接続し、多数の直列接続されたセルを平衡させることができる。この種の平衡は、下記の制限を有する。（１）すべてのセルを平衡させるには時間がかかるため、充電を急速に行うことができない。セルを急速に充電すると、適切に平衡させるための充分な時間がなく、直列の中のいくつかのセルが過充電される可能性がある。（２）平衡回路がエネルギーを消費し、最も電圧が低いセルの電圧まですべてのセルの電圧が下がり、エネルギーが無駄になる。
【０００８】
２つ目は、セルが最大定格に近づいたときに抵抗を介してセルからエネルギーを散逸させる能動バイパス回路を各セルの上に置く。しかしながら、回路がバイパス可能なものよりも高い電流定格でセルが充電されると、セルが過充電される可能性がある。
【０００９】
３つ目は、ウルトラキャパシタのセルの定格電圧に近い破壊電圧を有するツェナーダイオードを、直列した各セルの上に置くことである。セルが定格電圧に近づくと、ツェナーが電流の伝導を開始する。この方法は、２つ目の方法（前記）の能動バイパス回路と同じ問題を有する。セルに充電された電流と同じ電流をバイパス可能な場合にのみ、セルを保護することができる。ツェナーは明確な破壊電圧を有さないため、この方法もセルの定格電圧に近いエネルギーが無駄になる。
【００１０】
４つ目は、抵抗許容差の小さい受動抵抗を各セルの上に置く。これによって、セルの漏れ電流よりも著しく高い電流が流れる。電圧が高いほど、より多くの電流が抵抗を介して引かれるため、より多くのエネルギーがセルから散逸される。オームの法則、Ｉ＝Ｖ／Ｒによって、このことが正しいことが示される。この方法は、ウルトラキャパシタから著しい量のエネルギーを消費し、非常にゆっくりとセルを平衡させる。この緩慢な平衡のために、１つまたは複数のセルを過充電することなしに、セルを低電圧から最大電圧に急速に充電させることはない。
【００１１】
５つ目は、前記方法の組み合わせである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
従来技術には、かかる方法を採用した数多くの例がある。例えば、特許文献１は、スーパーキャパシタ平衡システムおよび方法（平衡）を開示している。特許文献２は、電気自動車用ウルトラキャパシタ電源装置（バイパス）を開示している。特許文献３は、スーパーキャパシタを２段階で用いた電池充電方法を開示している。特許文献４は、制御回路を開示している。特許文献５は、電気負荷用電源装置を開示している。
【特許文献１】米国特許第６,６６４,７６６号
【特許文献２】米国特許第６,２６５,８５１号
【特許文献３】米国特許第６,８３６,０９８号
【特許文献４】米国特許第７,０４２,１８７号
【特許文献５】米国特許第６,８４７,１９２号
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本発明により充電可能な第１ウルトラキャパシタ構成の概略図である。
【図１Ｂ】本発明により充電可能な第２ウルトラキャパシタ構成の概略図である。
【図１Ｃ】本発明により充電可能な第３ウルトラキャパシタ構成の概略図である。
【図１Ｄ】本発明の１つまたは複数の実施形態により充電可能な第４ウルトラキャパシタ構成の概略図である。
【図２】本発明の１つの実施形態のシステムブロック図である。
【図３】本発明の１つの実施形態のＭＣＵ充電プログラムを示す流れ図である。
【図４】並列の抵抗を有する本発明の１つの可能な実施形態の概略図である。
【図５】直列の抵抗を有する本発明の１つの可能な実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、様々な修正および変更が可能であり、ここに示す実施形態は図面で示されており、下記に詳細に説明する。しかしながら、本発明を開示された特定の形態に制限することを意図したものではなく、逆に本発明は、特許請求の範囲で定義された本発明の主旨および範囲内のすべての同等の修正および変更を含むものとする。
【００１５】
下記の説明および図面において、同じ要素は同じ参照番号で識別する。「または」が使用されている場合、特に断りのない限り、制限なしに非排他的に選択可能であることを示す。「〜を含む」が使用されている場合、特に断りのない限り、「〜を含むが、その限りでない」ことを意味する。
【００１６】
本発明は、超高速ウルトラキャパシタパック／装置充電器（以下、「充電器」）である。前記充電器は、いくつかの異なる構成に接続可能な多数のウルトラキャパシタを、０ボルトの低電圧から定格電圧まで、セルの損傷なしに非常に急速に充電することができる。ウルトラキャパシタのセルは、一般的に、等価直列抵抗（ＥＳＲ）の著しい増加により破損し、このセルの損傷は、下記を含む様々な方法において起こる可能性がある。（１）製造元が定めたセルの定格電圧を超えて１つまたは複数のセルが充電されたとき。および、（２）セルに対する物理的な損傷（落下、衝撃などによる損傷）。セルの損傷は、ウルトラキャパシタのセルの特性が、製造元の仕様外となった場合と定義することができる。本発明の実施形態はまた、破損したセルを検出することができる。この技術によって、ウルトラキャパシタを、再充電可能な民生品、自動車エネルギー蓄積システム、軍事利用など、多くの応用に使用することができる。
【００１７】
本発明には、多数の異なる実施形態がある。ここでは、本発明を一般的に表すために「充電器」という用語が使用されており、特に断りのない限り、ある要素を有する１つの「充電器」は、すべての「充電器」の実施形態が前記要素を有するよう制限することを意図したものではない。
【００１８】
本発明の充電器の１つの実施形態は、１つまたは複数のウルトラキャパシタを、完全に消耗された状態から完全に充電された状態まで、いかなるセルも過充電することなしに非常に急速に（＜１５秒／キロジュール）充電することができ、静電容量が１／２Ｗｈ／ｌを超える全タイプのコンデンサの充電に特に有用である。この充電器の実施形態は、直列、並列、または直列と並列の組み合わせのウルトラキャパシタを充電することができる。図１Ａ〜１Ｄは、充電器のこの実施形態により充電できる、いくつかの可能なウルトラキャパシタ構成を示す。また、「ウルトラキャパシタのセルの列」とは、「個別のウルトラキャパシタのセルおよび／または複数の相互接続したウルトラキャパシタのセル」を意味することを意図したものである。
【００１９】
充電器をウルトラキャパシタから物理的に分離する（必要な電気接続は除く）ことが好ましいが、必要に応じて充電器をウルトラキャパシタ装置に直接統合することもできる。
【００２０】
１つの実施形態において、充電器は、自動車用１２ボルト電源を低い電圧に変換し、電流を調整してウルトラキャパシタのセルを充電するパワーエレクトリックＤＣ−ＤＣコンバータを備える。他の電源および電圧も、充電器の電源として使用することができる。
【００２１】
図２の実施形態において、充電器は、マイクロコントローラ／マイクロプロセッサ（以下、「ＭＣＵ」）と、パワーエレクトリック回路と、アナログ閉ループ電流回路と、直列接続された１つまたは複数のウルトラキャパシタのセルの各電圧をＭＣＵが測定できるようにするアナログ調節回路とを備える。
【００２２】
アナログ閉ループ電流回路は、ＭＣＵに指令されたウルトラキャパシタのセルに電流を調整する。閉ループ制御は、ＤＣ−ＤＣコンバータからの帰還電流を測定し、指令された電流（Ｉｒｅｆ）と比較し、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号をＤＣ−ＤＣコンバータに出力することによって達成される。他のパワーエレクトリックコンバータの形態も用いることができる。
【００２３】
ＭＣＵは、アナログ調節回路を介して、直列の各ウルトラキャパシタのセルの電圧を測定する。これらの電圧に基づき、ＭＣＵは電流をＤＣ−ＤＣコンバータに指令する。この電流は、低域フィルタでほぼ定電圧信号までフィルタされたＰＷＭ信号を用いて指令される。この電圧は、Ｉｒｅｆと呼ばれる（図２参照）。
【００２４】
ＭＣＵは、ウルトラキャパシタのセルの全電圧を合計することにより、列合計の電圧を計算する。その後、列合計の電圧および／または個別の電圧に基づき、電流（充電）特性が追従される。これにより、ウルトラキャパシタのセルが０の低電圧から最大まで充電されるときに、パワーエレクトリックコンバータ向けに安全な最大電流が維持される。ＭＣＵは、電源電圧の測定も行い、所定範囲内にあることを確実にする。
【００２５】
ＭＣＵは、充電中に各ウルトラキャパシタのセルの電圧を測定し、電圧が最も大きいセルを判断する。電圧が最も大きいセルが最大値に達すると、ＭＣＵがＤＣ−ＤＣコンバータに充電停止を指令する。これによって、セルが最大電圧を超えて充電されることを防止すると同時に、完全に消耗された状態から完全に充電された状態まで、急速に充電されるようにする。
【００２６】
充電器は、ヒステリシスタイプの方式を用いて、完全に充電された状態でコンバータがオンオフを繰り返すことを防止する（図３には未表示）。図３は、ＭＣＵ充電プログラムを示す流れ図である。簡略化するため、図３にはいくつかのステップが含まれておらず、例えば、ユーザＬＥＤインジケータ制御、電源電圧が所定範囲内にない場合に動作を防止するプロセスなどであるが、その限りでない。
【００２７】
ＭＣＵは、他のいくつかのタスクも行う。供給電圧を測定して所定範囲内にあることを確実にし、所定範囲内にない場合は動作を防止する。２つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を操作し、充電器がオンになっているとき、エラーがあるとき、ウルトラキャパシタが接続されているとき、充電されているとき、およびウルトラキャパシタが完全に充電されたときに表示する。また、ＭＣＵは、ＤＣ−ＤＣコンバータを有効または無効にする。
【００２８】
ウルトラキャパシタのセルは、一般的に、等価直列抵抗（ＥＳＲ）の著しい増加、静電容量の著しい低下により破損する。ＭＣＵは、セルの電圧を密接に監視しているため、セルの破損がどのタイプのものであるかを判断することができる。ＭＣＵは、電圧を測定し、各セルの電流を知ることができる。そのため、充電中に電圧が著しく高くなるため、セルのうち１つが破損したことを判断することができる。
【００２９】
アナログ調節回路は、直列接続されたウルトラキャパシタのセルとＭＣＵのアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）との間に接続されている。アナログ調節回路は、ウルトラキャパシタのセルの正端子と負端子との間の差を測定するいくつかのオペアンプ回路を備え、この電圧に比例する信号を出力する。出力は、グラウンドに相対的な信号である。アナログ調節回路は、低域フィルタを採用して、高域周波数のフィルタも行う。
【００３０】
アナログ調節回路は拡張性があり、出力は多重送信し、多数のウルトラキャパシタのセルに付随させることができる。本実施形態（図２参照）は、６個の直列接続されたセルを測定する。電圧測定は、マイクロコントローラによって多重送信される。アナログ調節回路は、拡張性をもたせた設計となっており、全体的な充電器の設計は拡張性があり、多数のセルを収容することができる。
【００３１】
本発明の１つの実施形態において、（１）充電器が各セルの電圧を測定する。（２）充電器のマイクロコントローラがウルトラキャパシタアレイの問題を検出し、最大セル電圧を計算し、全パック電圧を判断し、パワーエレクトリックコンバータを制御する。（３）マイクロコントローラが、電流がパワーエレクトリックコンバータから特性に追従するようにする（これによって、充電時間が最小化され、コンバータを安全に操作できるようにする）。（４）前記第１項〜第３項によって、充電器が、ウルトラキャパシタアレイを非常に急速に安全に充電できるようになる。（５）マイクロコントローラが各セルの電圧および各セルを流れる電流を監視しているため、セルの破損を判断することができる。（６）設計には拡張性があり、多数のウルトラキャパシタのセルおよび構成を収容することができる。（７）充電器は、できる限り小さく設計し、ウルトラキャパシタを用いた製品に統合できるようにする。
【００３２】
図２の実施形態は、電流指令をＭＣＵから受けて電流をウルトラキャパシタに調整するＤＣ−ＤＣコンバータを使用する。１つの可能性のある設計種類は、スイッチ抵抗ネットワークを用いて、ＤＣ電圧源から電流をウルトラキャパシタに制御するものである。ＤＣ電圧源は、（１）電池、（２）ＡＣ／ＤＣコンバータ、および／または（３）ＤＣ／ＤＣコンバータのいずれかとすることができる。（２）および（３）の場合においては、これらは出力電圧を調整する内部制御方式を提供する。
【００３３】
抵抗ネットワークは、１つまたは複数の抵抗と、ＭＣＵにより動作する１つまたは複数のスイッチとを備える。抵抗ネットワークは、電圧源に接続され（ＭＣＵ経由）、ウルトラキャパシタのセル内を流れる電流の調整に用いられる。図４は、並列の抵抗を有する１つの可能な実施形態を示し、図５は、直列の抵抗を有する１つの可能な実施形態を示す。ＭＣＵは、ＤＣ電源とウルトラキャパシタとの間の抵抗を変更するスイッチを制御する。ウルトラキャパシタに流れる電流量は、（式２）のとおりである。
［式２］
2010509898.tif 000004
式中、Ｖｓは電源電圧であり、Ｖｕｃはウルトラキャパシタ上の電圧（列合計の電圧）であり、Ｒｎｅｔｗｏｒｋはスイッチ抵抗ネットワークの全抵抗値である。
【００３４】
電流は、電源（Ｖｓ）とウルトラキャパシタとの間の抵抗（Ｒｎｅｔｗｏｒｋ）を変更するステップにおいて調整される。抵抗の数が多いほど、またはスイッチ抵抗は、より高い分解能の抵抗を提供し、そのため電流のよりよい制御を提供する。ウルトラキャパシタの列の電圧が上がると、ＭＣＵが抵抗，Ｒｎｅｔｗｏｒｋを下げる。ウルトラキャパシタと電源の電圧が測定され、抵抗，Ｒｎｅｔｗｏｒｋは、異なるスイッチ構成に基づき分かるため、ＭＣＵは、どれだけの電流がセルに流れるかを計算することができる。
【００３５】
本発明の素子は、１つの装置に統合することも、複数の装置に分散させることもできる。例えば、充電器は、ウルトラキャパシタを含む素子から分離することができる。その場合、ウルトラキャパシタ装置を充電器に接続して充電し、充電が完了したときに充電器から外す必要がある。または、ウルトラキャパシタを備えた装置に充電器を直接内蔵することもできる。さらに、「接続」／「取り外し」は、物理的な接続と電気的な接続（例えば、スイッチ）との両方を含むことが意図されている。
【００３６】
下記の段落では、本発明の３つの実施形態について説明する。これらの実施形態は、排他的なものではない。
【００３７】
第１実施形態は、ウルトラキャパシタのセルの列の充電用のウルトラキャパシタ充電方法である。前記方法は、（１）各ウルトラキャパシタのセルの電圧を測定するステップと、（２）各ウルトラキャパシタのセルの最大電圧レベルを判断するステップと、（３）どのウルトラキャパシタのセルの電圧が最も大きいかを判断するステップと、（４）電圧源に接続された充電器の使用を介してウルトラキャパシタのセルの前記列を充電するステップと、（５）電圧が最も大きいウルトラキャパシタのセルの電圧を監視するステップと、（６）最も大きい電圧が最大電圧レベルに達したときにウルトラキャパシタのセルの前記列の充電を停止するステップとを含む。
【００３８】
前記方法は、（１）最初にウルトラキャパシタのセルの前記列を前記充電器に接続するステップと、（２）最後にウルトラキャパシタのセルの前記列を前記充電器から外すステップをさらに含むことが好ましい。１つまたは複数のウルトラキャパシタのセルが破損していないかどうかを判断するため、充電ステップ中に各ウルトラキャパシタのセルの電圧が監視され、破損している場合、前記破損について前記方法のユーザに警告することがさらに好ましい。これらのウルトラキャパシタは、直列、並列および／または直列／並列の組み合わせで接続することができる。
【００３９】
第２実施形態は、（１）電圧源に接続されたウルトラキャパシタの列を充電器に接続するステップと、（２）前記列の各ウルトラキャパシタの電圧を測定するステップと、（３）前記充電器を用いて前記ウルトラキャパシタの列を充電するステップと、（４）各ウルトラキャパシタの電圧を監視するステップと、（５）どのウルトラキャパシタのセルの電圧が最も大きいかを判断するステップと、（６）充電中に電圧が最も大きいウルトラキャパシタのセルの電圧を監視するステップと、（７）電圧が最も大きいウルトラキャパシタのセルが最大電圧に達したときに、前記ウルトラキャパシタの列の充電を停止するステップと、（８）前記ウルトラキャパシタの列から前記充電器を外すステップとを含むウルトラキャパシタの列の充電方法である。さらに、（９）前記ウルトラキャパシタのセルの電圧を合計することにより、列合計の電圧を計算するステップと、（１０）列合計の電圧に基づき電流（充電）特性に追従するステップと、（１１）充電中に各ウルトラキャパシタのセル上の電圧を監視し、各ウルトラキャパシタのセルを流れる電流を監視することにより、１つまたは複数のウルトラキャパシタのセルが破損していないかどうかを判断するステップとを随意に含む。
【００４０】
第３実施形態は、ウルトラキャパシタの列の充電用の充電器である。前記充電器は、（１）電圧源と、（２）充電中にアナログ回路を介して各ウルトラキャパシタのセルの電圧を測定し、どのウルトラキャパシタのセルの電圧が最も大きいかを判断し、測定された電圧に基づき電流を前記ウルトラキャパシタの列に指令し、ウルトラキャパシタのセルの電圧を監視し、電圧が最も大きいウルトラキャパシタのセルが最大電圧に達したときに、ウルトラキャパシタの列の充電を停止するよう電圧源に指令するＭＣＵと、（３）ＭＣＵに各ウルトラキャパシタのセルの電圧を測定させ、前記各ウルトラキャパシタの列の正負端子の間の差を測定し、電圧に比例する信号をＭＣＵに出力する第１アナログ回路とを備える。充電器は、ＭＣＵに指令された電流をウルトラキャパシタのセルに調整する第２アナログ回路を随意備えることができる。電圧源は、ＤＣ−ＤＣコンバータとすることができる。
【００４１】
この実施形態の１種において、ＭＣＵは、各ウルトラキャパシタのセル上の電圧および各ウルトラキャパシタのセルを流れる電流を監視し、１つまたは複数のウルトラキャパシタのセルが破損していないかどうかを判断する。もう１種において、ＭＣＵは、前記ウルトラキャパシタのセルの電圧を合計することにより、列合計の電圧を計算し、前記全電圧に基づき、前記ＭＣＵは、電流がパワーエレクトリックコンバータから全出力電圧に基づき充電特性に追従するようにする。さらにもう１種において、ＭＣＵは、各ウルトラキャパシタのセル上の電圧および各ウルトラキャパシタのセルを流れる電流を監視し、１つまたは複数のウルトラキャパシタのセルが破損していないかどうかを判断し、前記ＭＣＵは、前記ウルトラキャパシタのセルの電圧を合計することにより、列合計の電圧を計算し、前記全電圧に基づき、前記ＭＣＵは、電流がパワーエレクトリックコンバータから全出力電圧に基づき充電特性に追従するようにする。
【００４２】
図面に示し、前記のとおり記載した実施形態は、本発明を説明するものであるが、限定するものではない。開示された特定の形態に本発明を制限する意図はなく、むしろ、本発明の主旨および特許請求の範囲内のすべての同等な修正、変更を網羅することを理解すべきである。例えば、実施形態でウルトラキャパシタ充電器を説明する際に、本発明の教示は、ウルトラキャパシタとの使用に限定されるものではなく、他の電源で使用することもできる。本発明はウルトラキャパシタとの使用に限定されるものではないが、本発明の様々な実施形態は、かかる装置に特に有用である。そのため、前記説明は、下記の請求項において定義する本発明の範囲を限定するものではない。
【００４３】
本発明の本好ましい実施形態に示され説明されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、下記の請求項内の実施に様々に具現化されるものであることを明確に理解すべきである。前記説明から、本発明の主旨および下記の請求項によって定義された範囲から逸脱して様々な変更を行うことができることは明白である。
【００４４】
要約書の目的は、公衆、特に科学者、技師、特許または法律の用語または言い回しに精通していない当業者が、ざっと目を通し、応用の技術的開示の本性および本質を判断することができるようにすることである。要約書は、請求項に記載された応用の本発明を定義することを意図したものでも、本発明の範囲を限定することを意図したものでもない。
【００４５】
本発明のその他の特徴および長所については、本発明を実施するための最良の形式を示した本発明の好ましい実施形態を説明した詳細により、当業者が容易に理解することができる。本発明は、本発明を逸脱せずに、様々な明白な点で実現可能である。従って、好ましい実施形態の図面と説明は、本質的に実例とみなされ、制限するためのものではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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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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【国際調査報告】
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