(57)【要約】 【課題】    直列化された複数の電気二重層コンデンサを備える電気二重層コンデンサ装置の充電装置について、電気二重層コンデンサの充電状況を報知すること。【解決手段】  直列に接続された複数の電気二重層コンデンサ（２１〜２Ｎ）を備える電気二重層コンデンサ装置の充電装置である。前記電気二重層コンデンサのそれぞれに接続されたバイパス回路（５２）と、前記電気二重層コンデンサの充電状況を監視し、前記電気二重層コンデンサの全部が所定充電に到達するまで前記バイパス回路を開いて充電を維持し、前記電気二重層コンデンサの全部が所定充電に到達した場合に前記バイパス回路を閉じる駆動手段（ドライブ回路５８）と、前記電気二重層コンデンサの充電状況を報知する報知手段（フォトカプラ１０１〜１０Ｎ）とを備えている。【選択図】        図１
2005086900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された複数の電気二重層コンデンサを備える電気二重層コンデンサ装置の充電装置であって、
前記電気二重層コンデンサのそれぞれに接続されたバイパス回路と、
前記電気二重層コンデンサの充電状況を監視し、前記電気二重層コンデンサの全部が所定充電に到達するまで前記バイパス回路を開いて充電を維持し、前記電気二重層コンデンサの全部が所定充電に到達した場合に前記バイパス回路を閉じる駆動手段と、
前記電気二重層コンデンサの充電状況を報知する報知手段と、
を備えたことを特徴とする電気二重層コンデンサ装置の充電装置。
【請求項２】
前記報知手段は、フォトカプラで構成したことを特徴とする請求項１記載の電気二重層コンデンサ装置の充電装置。
【請求項３】
前記バイパス回路は、前記駆動手段の出力を受けて開閉する開閉手段を備えることを特徴とする請求項１記載の電気二重層コンデンサ装置の充電装置。
【請求項４】
前記電気二重層コンデンサの充電電圧と基準電圧とを比較し、両者の差電圧に応じて前記電気二重層コンデンサの充電電流を制御する構成とした請求項１記載の電気二重層コンデンサ装置の充電装置。
【請求項５】
前記電気二重層コンデンサの充電電流を検出し、その検出値に応じて前記電気二重層コンデンサの充電電流を制御する構成とした請求項１記載の電気二重層コンデンサ装置の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直列に接続された複数の電気二重層コンデンサを備える電気二重層コンデンサ装置の充電装置に関し、特に、複数の電気二重層コンデンサの充電状況を監視し、満充電等の充電状況の報知を可能にした電気二重層コンデンサ装置の充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層コンデンサは、小型で大容量であるが、耐電圧が低いため、直列化して電気二重層コンデンサ装置とすることにより、高耐圧化を図っている。これは、電気二重層コンデンサ装置としての高耐圧化であって、直列化された各電気二重層コンデンサの耐圧が高まるわけではない。そのため、電気二重層コンデンサ装置を構成する各電気二重層コンデンサの充電電圧は、耐圧を超えないように制御し、その充電状況を監視することが必要である。
【０００３】
このような電気二重層コンデンサ装置に関する先行技術には、次のような特許文献が存在している。
【特許文献１】実用新案登録第２５７５３５８号公報  特許文献１には、複数の電気二重層コンデンサを直列化した電気二重層コンデンサ装置について開示されており、この電気二重層コンデンサ装置は、各電気二重層コンデンサに並列に電流制御手段としてトランジスタが接続され、電気二重層コンデンサの充電電圧と基準電圧とを比較し、その差電圧に応じてトランジスタに流れる電流を制御することにより、各電気二重層コンデンサの充電電圧をバランスさせる構成である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような電気二重層コンデンサ装置では、漏れ電流を削減して発熱量を減少させ、充電時の消費電力を抑制できるが、各電気二重層コンデンサの充電状況を外部から知ることができない。
【０００５】
このような直列化された複数の電気二重層コンデンサを備えた電気二重層コンデンサ装置において、各電気二重層コンデンサの充電状況を知るという課題は上記特許文献に開示も示唆もされておらず、それを解決する手段も開示されていない。
【０００６】
そこで、本発明は、直列化された複数の電気二重層コンデンサを備える電気二重層コンデンサ装置の充電装置について、電気二重層コンデンサの充電状況を報知することを目的とする。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、各電気二重層コンデンサの所定充電の到達を報知するようにした電気二重層コンデンサ装置の充電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、直列に接続された複数の電気二重層コンデンサ（２１〜２Ｎ）を備える電気二重層コンデンサ装置の充電装置であって、前記電気二重層コンデンサのそれぞれに接続されたバイパス回路（５２）と、前記電気二重層コンデンサの充電状況を監視し、前記電気二重層コンデンサの全部が所定充電に到達するまで前記バイパス回路を開いて充電を維持し、前記電気二重層コンデンサの全部が所定充電に到達した場合に前記バイパス回路を閉じる駆動手段（ドライブ回路５８）と、前記電気二重層コンデンサの充電状況を報知する報知手段（フォトカプラ１０１〜１０Ｎ）とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
斯かる構成とすれば、バイパス回路は、駆動手段によって開閉され、その開閉条件を、電気二重層コンデンサの全部が所定充電に到達するまでバイパス回路を開いて充電を維持し、電気二重層コンデンサの全部が所定充電に到達した場合にバイパス回路を閉じるものとする。ここで、所定充電とは、電気二重層コンデンサが１００％の充電である満充電のみを想定するものではなく、その充電電圧を使用可能な所望の充電電圧に到達していればよい。そして、バイパス回路が導通する場合、報知手段には、駆動手段を通じてその所定充電を表す出力が加えられ、所定充電に到達したことを表す情報が提示される。その情報提示により、ユーザは電気二重層コンデンサの所定の充電状態、例えば、満充電を知ることができる。
【００１０】
上記目的を達成するためには、前記報知手段はフォトカプラで構成してもよい。斯かる構成とすれば、充電装置に影響を与えることなく、電気二重層コンデンサの充電状況に応じた報知出力を取り出すことができる。
【００１１】
上記目的を達成するためには、前記バイパス回路は、前記駆動手段の出力を受けて開閉する開閉手段（トランジスタ５４）を備える構成としてもよい。即ち、バイパス回路は、トランジスタ等の駆動手段によって導通状態又は遮断状態となる電子素子や、リレー等のスイッチング素子で構成することができる。
【００１２】
上記目的を達成するためには、前記電気二重層コンデンサの充電電圧と基準電圧とを比較し、両者の差電圧に応じて前記電気二重層コンデンサの充電電流を制御する構成としてもよい。斯かる構成とすれば、各電気二重層コンデンサの特性のバラツキ等による充電の不揃い（例えば、充電電圧の不揃い）を抑制することができる。
【００１３】
上記目的を達成するためには、前記電気二重層コンデンサの充電電流を検出し、その検出値に応じて前記電気二重層コンデンサの充電電流を制御する構成としてもよい。斯かる構成とすれば、同様に各電気二重層コンデンサの特性のバラツキ等による充電電圧の不揃いによる不都合を回避できる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、次のような効果が得られる。
【００１５】
(1) 電気二重層コンデンサに接続されたバイパス回路を開閉することによって、電気二重層コンデンサの充電電流を調整できるので、−電気二重層コンデンサの充電電圧を一定にすることができるとともに、各電気二重層コンデンサの充電状況を報知することができる。
【００１６】
(2) フォトカプラで報知手段を構成すれば、電気二重層コンデンサの充電やその監視に影響を与えることなく、充電状況を報知することができる。
【００１７】
(3) バイパス回路に駆動手段の出力を受けて開閉する開閉手段を備えれば、バイパス回路を通じて流れる電流を制御でき、電気二重層コンデンサの充電電圧を所定電圧に維持することができ、不揃いを回避できる。
【００１８】
(4) 電気二重層コンデンサの充電電圧と基準電圧とを比較し、両者の差電圧に応じて電気二重層コンデンサの充電電流を制御すれば、その充電電圧を一定に維持することができ、充電電圧の不揃いを防止できる。
【００１９】
(5) 電気二重層コンデンサの充電電流を検出し、その検出値に応じて充電電流を制御すれば、その充電電圧を一定に維持することができ、充電電圧の不揃いを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の第１の実施形態について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る電気二重層コンデンサ装置を示している。
【００２１】
この電気二重層コンデンサ装置には、同一容量の複数の電気二重層コンデンサ２１、２２、２３・・・２Ｎが直列に接続されており、これら電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎの直列回路には充電回路４が接続されている。充電回路４は、例えば、商用交流電源６から加えられる交流ＡＣを整流し、一定の直流電圧ＶDCを得ている。各電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎには個別にバランス回路８１、８２、８３・・・８Ｎが接続され、各バランス回路８１〜８Ｎは充電電流を平衡化して各電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎの充電電圧を一定化させる。各バランス回路８１〜８Ｎにはフォトカプラ１０１、１０２、１０３・・・１０Ｎの発光ダイオード１２が接続されている。各発光ダイオード１２は、電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎの充電状況を報知する手段であって、例えば、電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎの何れかが所定充電例えば、満充電に到達したとき、それに対応するフォトカプラ１０１、１０２、１０３・・・１０Ｎの発光ダイオード１２が発光する。各フォトカプラ１０１、１０２、１０３・・・１０Ｎの受光トランジスタ１４はその発光ダイオード１２が発光したとき、その光を受光し、内部抵抗が低下して導通状態となる。ここで、所定充電とは、１００％の充電（満充電）の他、ユーザが電源として使用可能な充電を想定する。
【００２２】
次に、充電回路４について、図２を参照して説明する。図２は、充電回路４の具体的な構成例を示している。
【００２３】
この充電回路４では、既述の通り、商用交流電源６からの交流入力を整流する整流回路１６が設置され、この整流回路１６は、４本のダイオード１８のダイオードブリッジからなる全波整流回路で構成されている。この整流回路１８の出力側には平滑用のコンデンサ２０が接続され、整流出力のリップル成分等の変動成分が除去される。この整流回路１６の直流出力側には、コンデンサ２０と並列にトランス２２の一次コイル２２Ｐ、スイッチング素子として電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）２４及び電流検出回路２６が接続されている。電流検出回路２６の検出出力は制御部２８に加えられ、この制御部２８の制御出力がトランジスタ２４のゲートに加えられている。斯かる構成により、チョッパー回路３０が構成されており、トランジスタ２４の発振により、トランス２２の一次コイル２２Ｐにはスイッチング電流が流れる。この一次側のスイッチング電流により、トランス２２の二次側にはスイッチング電圧が誘起する。
【００２４】
トランス２２の二次コイル２２Ｓにはダイオード３２、３４からなる整流回路３６が接続され、スイッチング電圧はこの整流回路３６で整流され、チョークコイル３８及びコンデンサ４０でその変動成分が除去される。抵抗４２は、電流検出抵抗であり、充電電流ｉｃを電圧に変換して取り出すことができる。また、コンデンサ４０の両端子間に発生した直流出力電圧ＶDCはダイオード４４を介して既述の電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎに加えられ、これらの充電に供される。
【００２５】
また、電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎの充電電圧ＶD は第１の電圧比較器４６に加えられ、基準電圧源４８の基準電圧ＶREF と比較される。電圧比較器４６は、両者の電圧差に応じた出力を発生する。
【００２６】
また、抵抗４２の端子間にはトランス２２の二次電流ｉにより電圧ＶC が発生するので、この電圧ＶC が第２の電圧比較器５０に加えられている。抵抗４２の抵抗値をＲとすると、電圧ＶC は、抵抗値Ｒを比例定数として二次電流ｉ（＝充電電流ｉC ）に比例するから、二次電流ｉが増大することにより、電圧ＶC が所定電圧を超えたとき、それを表す出力が電圧比較器５０から得られる。
【００２７】
これら電圧比較器４６、５０の出力は制御部２８の制御入力となっており、電圧比較器４６、５０の出力により、制御部２８の制御出力が変化し、トランジスタ２４のゲートに加えられる電圧が調整される。この結果、トランジスタ２４のスイッチング周波数の導通期間が調整されるので、パルス幅制御が行われ、充電すべき電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎに加えられる出力電流が定電力に制御されている。この場合、例えば、１００ｋＨｚでトランジスタ２４がＯＮ・ＯＦＦするものとすれば、そのＯＮ期間が二次電流Ｉの帰還と、充電電圧の帰還との総合帰還により、制御されて一定の出力電流、即ち、充電電流ｉC が得られる構成である。この実施形態では、電圧、電流の双方の帰還を利用しているが、何れか一方でもよい。
【００２８】
この充電回路４の出力特性について、図３を参照して説明する。図３は、充電回路４の出力特性について、横軸を出力電流Ｉ〔Ａ〕、縦軸を出力電圧Ｖ〔Ｖ〕としたものである。制御部２８によるトランジスタ２４の制御動作により、例えば、電流Ｉが０〔Ａ〕〜５〔Ａ〕で最大出力電圧Ｖ＝４５〔Ｖ〕が得られ、５〔Ａ〕を超えると、出力電圧Ｖが直線的に低下し、最大出力電流１０〔Ａ〕に到達した場合に、出力電圧Ｖ＝０〔Ｖ〕になる出力特性が得られており、この場合、出力電力Ｐは、例えば、３００Ｗが得られている。
【００２９】
次に、このような出力特性を持つ充電回路４を用いた電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎの充電特性について、図４を参照して説明する。図４は、電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎの充電特性について、Ｖは充電電圧の推移、Ｉはその充電電流の推移を示している。一定の充電電流Ｉとして、例えば、５〔Ａ〕の電流が流れている区間で、充電電圧Ｖはなだらかに上昇を続け、充電電圧が最大出力電圧Ｖ＝４５〔Ｖ〕に近づくにつれてその増加が緩慢になる。最大充電電圧Ｖ＝４５〔Ｖ〕の領域に入ると、充電電流Ｉは、急激に低下した後、非直線的に減少することになる。
【００３０】
次に、各バランス回路８１〜８Ｎについて、図５を参照して説明する。図５は、バランス回路８１〜８Ｎに用いられるバランス回路を示している。
【００３１】
このバランス回路８１〜８Ｎには、既述の充電回路４が接続されているとともに、電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎが接続され、電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎには、充電電流を分流させるバイパス回路５２が並列に接続され、この実施形態では、開閉手段としてトランジスタ５４と抵抗５６との直列回路でバイパス回路５２が構成されている。トランジスタ５４のベースには抵抗５５を介して電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎの充電電圧が加えられている。このバイパス回路５２のトランジスタ５４を駆動する駆動手段としてドライブ回路５８が設置され、このドライブ回路５８は、後述のシャントレギュレータ等で構成され、電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎの充電電圧が所定電圧に到達した場合に導通し、トランジスタ５４にベース電流を流す構成である。そこで、電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎには抵抗６０、６２からなる分圧回路が並列に接続され、電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎの充電電圧が抵抗６０、６２の抵抗比により取り出され、ドライブ回路５８に加えられる。この入力電圧が所定電圧を超えた場合に導通状態となり、抵抗５５を通してドライブ回路５８に電流が流れ、このとき、トランジスタ５４は、ベース電流がドライブ回路５８に引き込まれて導通する。この導通の結果、電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎにのみ供給されていた充電電流は、バイパス回路５２に分流され、電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎ側の充電電流が削減され、電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎが所定充電例えば、満充電に到達した場合、バイパス回路５２側に電流が流れる。従って、ドライブ回路５８に設定された基準電圧に応じて電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎの充電電圧が規制されることになる。
【００３２】
このような充電電圧、充電電流の推移を検出する手段として、電流検出回路６６が設置され、トランジスタ５４の導通に連動して導通するように電流検出回路６６が構成されている。この実施形態では、トランジスタ６８及び抵抗７０、７２、７４によって電流検出回路６６が構成されており、トランジスタ６８及び抵抗７０は、フォトカプラ１０１〜１０Ｎの発光ダイオード１２と直列に接続され、斯かる直列回路が電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎに並列に接続されているとともに、トランジスタ５４及び抵抗５６の直列回路に並列に接続されている。斯かる構成によれば、トランジスタ５４が導通すると、その導通電流が抵抗５６に電圧降下を生じさせ、トランジスタ６８のベース電圧が導通条件を満足させる。この結果、トランジスタ５４に流れる電流の一部がトランジスタ６８のベース電流となり、トランジスタ６８が導通に至る。その導通電流がフォトカプラ１０１〜１０Ｎのダイオード１２に流れ、導通したバイパス回路５２のトランジスタ５４に対応するダイオード１２が発光する。この光は、受光トランジスタ１４に受光され、受光トランジスタ１４を導通させ、出力端子７６、７８間の抵抗値が低下する。従って、電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎの充電電圧の推移が監視され、所定充電例えば、満充電に到達したことがフォトカプラ１０１〜１０Ｎを通じて報知されることになる。
【００３３】
このトランジスタ５４のドライブ回路５８について、図６を参照して説明する。図６は、ドライブ回路５８に用いられるシャントレギュレータ回路を示している。
【００３４】
このシャントレギュレータ回路７１は、電圧比較器７３、トランジスタ７５及び基準電圧源７７で構成され、電圧比較器７３の正相入力端子にレファレンス（REFERENCE ）端子７９、トランジスタ７５のコネクタ側にカソード（CATHODE ）端子９０、トランジスタ７５のエミッタ側にアノード（ANODE ）端子９２を備えた構成である。
【００３５】
斯かる構成によれば、抵抗６０、６２（図５）の分圧点から電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎの充電電圧が分圧されてレファレンス端子７９に加えられ、その電圧値が基準電圧源７７の基準電圧値を超えると、電圧比較器７３に出力が発生してトランジスタ７５を導通させる。電圧比較器７３の出力は電圧比較器７３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７５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５４（図５）のベース電流がトランジスタ７５に引き込まれ、そのベース電流の値は電圧比較器７３の出力は電圧比較器７３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、トランジスタ５４に流れる電流は、電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎの充電電圧の推移に応じた値を呈し、これが電流検出回路６６に検出され、フォトカプラ１０１〜１０Ｎの出力となって現れ、報知される。
【００３６】
以上説明したように、この電気二重層コンデンサ装置の充電装置によれば、直列に接続された複数の電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎは充電回路４によって充電されるとともに、各充電がバランス回路８１〜８Ｎによって平衡化されるので、均一な充電電圧に充電されるとともに、その充電の推移はバランス回路８１〜８Ｎからフォトカプラ１０１〜１０Ｎによって取り出され、報知される。
【００３７】
また、各フォトカプラ１０１〜１０Ｎの出力は、図１に示すように直列に接続されて取り出され、その直列回路の端子間抵抗は、電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎの所定充電例えば、満充電に移行した個数に比例して低減され、その抵抗値に応じて充電の推移が提示されることになる。このフォトカプラ１０１〜１０Ｎの直列回路の出力は、充電回路４に加えられ、電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎの全てが所定充電例えば、満充電に到達した場合、充電回路４の動作を停止し、電気二重層コンデンサ２１〜２Ｎの充電を解除する等に用いることができる。
【００３８】
本発明の第２の実施形態について、図７を参照して説明する。図７は、本発明の第２の実施形態に係る電気二重層コンデンサ電源装置を示している。
【００３９】
この電気二重層コンデンサ電源装置９４は、複数の電気二重層コンデンサ装置ユニットとして１０組の電気二重層コンデンサ装置ユニット９６１、９６２、９６３・・・９６１０を直列化したものであり、各電気二重層コンデンサ装置ユニット９６１〜９６１０は、電気二重層コンデンサ２、バランス回路８及びフォトカプラ１０で構成されている。この実施形態では、５組毎の電気二重層コンデンサ装置ユニット９６１〜９６５と、電気二重層コンデンサ装置ユニット９６６〜９６１０との間にヒューズ９８が設置されている。入出力端子１１０、１１２には、充電回路４（図１）の出力が加えられ、報知出力端子１１４、１１６から充電の推移を示すフォト出力が得られる。
【００４０】
斯かる構成とすれば、電気二重層コンデンサ装置ユニット９６１〜９６１０のそれぞれを独立した回路基板で構成し、所望の耐電圧を設定でき、入出力端子１１０、１１２から一定電圧を取り出すことができ、放電の後、繰り返し充放電が可能な電源装置として構成できる。
【００４１】
実施形態では、ドライブ回路５８としてシャントレギュレータ回路７１を用いた例を記載したが、トランジスタ５４を導通させる回路としては、電圧比較器のみを用いても構成でき、実施形態の回路に限定されるものではない。
【００４２】
以上述べたように、本発明の最も好ましい実施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、発明を実施するための最良の形態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いうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明によれば、複数の電気二重層コンデンサの直列化による高耐圧化された電気二重層コンデンサ装置を実現でき、各電気二重層コンデンサの充電電圧の均一化に寄与し、安全性の高い電気二重層コンデンサ装置を提供でき、有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態に係る電気二重層コンデンサ装置の充電装置を示す回路図である。
【図２】電気二重層コンデンサの充電回路を示す回路図である。
【図３】充電回路の出力特性を示す図である。
【図４】電気二重層コンデンサの充電特性を示す図である。
【図５】バランス回路を示す回路図である。
【図６】シャントレギュレータ回路を示す回路図である。
【図７】電気二重層コンデンサ電源装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４５】
２１〜２Ｎ  電気二重層コンデンサ
５２  バイパス回路
５４  トランジスタ（開閉手段）
５８  ドライブ回路（駆動手段）
１０１〜１０Ｎ  フォトカプラ（報知手段）
【図１】
2005086900.tif 000003
【図２】
2005086900.tif 000004
【図３】
2005086900.tif 000005
【図４】
2005086900.tif 000006
【図５】
2005086900.tif 000007
【図６】
2005086900.tif 000008
【図７】
2005086900.tif 000009