(57)【要約】 【課題】  電気二重層コンデンサの充電について、満充電等の所定充電への到達の判定を容易かつ高精度に行うこと。【解決手段】  電気二重層コンデンサ（１２）の充電電圧を監視して定電流充電から定電圧充電に切り換えるとともに、前記定電圧充電の場合に前記電気二重層コンデンサに流れる充電電流の急激な変化を検出し、この変化により前記電気二重層コンデンサが所定充電に到達したと判定する構成とし、又は、電気二重層コンデンサの充電初期で定電流充電とし、前記電気二重層コンデンサの充電電圧に応じて前記定電流充電から定電圧充電に切り換える充電手段（充電回路４）と、前記定電圧充電の際、前記電気二重層コンデンサに流れる充電電流の急激な変化を検出し、この変化により前記電気二重層コンデンサが所定充電に到達したと判定する判定手段（電圧比較器５０）とを備えた構成としたものである。【選択図】        図１
2005094893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気二重層コンデンサの充電電圧を監視して定電流充電から定電圧充電に切り換えるとともに、前記定電圧充電の場合に前記電気二重層コンデンサに流れる充電電流の急激な変化を検出し、この変化により前記電気二重層コンデンサが所定充電に到達したと判定することを特徴とする電気二重層コンデンサの充電判定方法。
【請求項２】
電気二重層コンデンサの充電初期で定電流充電とし、前記電気二重層コンデンサの充電電圧に応じて前記定電流充電から定電圧充電に切り換える充電手段と、
前記定電圧充電の際、前記電気二重層コンデンサに流れる充電電流の急激な変化を検出し、この変化により前記電気二重層コンデンサが所定充電に到達したと判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とする電気二重層コンデンサの充電判定装置。
【請求項３】
前記電気二重層コンデンサに直列に抵抗を接続し、この抵抗に流れる前記充電電流による電圧降下により前記充電電流の急激な減少値を検出することを特徴とする請求項２記載の電気二重層コンデンサの充電判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一又は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の充電に関し、特に、電気二重層コンデンサの満充電等の所定充電への到達を電流の変化により判定する電気二重層コンデンサの充電判定方法及びその装置に関する。
【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において、電気二重層コンデンサを一定電流で充電すると、電気二重層コンデンサの定格電圧の付近まで、充電電圧が上昇すると、電圧上昇が緩慢になり、充電電圧が定格電圧に到達するには相当な時間を要する。これは、電気二重層コンデンサに充電電流が流れているが、定格電圧の到達直近の充電状態では電圧上昇が鈍くなり、充電効率が低下する。この場合、電気二重層コンデンサに蓄積される電気エネルギーは、電気二重層コンデンサに加えられる電圧の２乗に比例するため、充電電圧が高いほど、蓄積される電気エネルギーは大きくなる。そこで、電気二重層コンデンサを電源として利用するには、その電気二重層コンデンサを定格電圧により近い値まで充電することが望まれるが、その場合、その充電状況を端子間電圧で監視することが必要となる。その充電電圧が定格電圧に近くなると、その上昇値が鈍くなり、電圧変化を測定して満充電等の所定充電への到達の判定をしようとすれば、電圧計の測定精度を高くする等の対策が必要である。このため、電気二重層コンデンサの満充電等の充電電圧の監視を容易かつ高精度に行うことが望まれている。このような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。
【０００５】
そこで、本発明は、電気二重層コンデンサの充電について、満充電等の所定充電への到達の判定を容易かつ高精度に行うことを目的とする。
【０００６】
斯かる目的を詳述すれば、電気二重層コンデンサの充電電圧が定格電圧の近傍に推移した場合、その充電電流の変化が充電電圧に比較して大きいことに着目し、満充電等の所定充電への到達の検出ないし判定を容易かつ高精度に行えるようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の電気二重層コンデンサの充電判定方法は、電気二重層コンデンサ（１２、１２１〜１２Ｎ）の充電電圧を監視して定電流充電から定電圧充電に切り換えるとともに、前記定電圧充電の場合に前記電気二重層コンデンサに流れる充電電流の急激な変化を検出し、この変化により前記電気二重層コンデンサが所定充電に到達したと判定する構成としたものである。
【０００８】
電気二重層コンデンサの充電を定電流充電の後、定電圧充電に切り換えて行うと、定電流充電及び定電圧充電の双方の利点を活かすことができる。即ち、充電電圧が低い場合には定電流によって急速充電が可能となり、充電電圧が高くなると、充電電流が低下するので、定電圧充電に切り換え、充電に必要な電流を供給する。このような充電は、電気二重層コンデンサに適する。そこで、本発明においては、充電初期で定電流充電を行い、充電電圧を監視して定電圧充電に切り換え、所定の充電電圧を実現する。このような充電において、定電圧充電では、電気二重層コンデンサが所定電圧に到達すると、充電電流が急激に減少する。充電電圧の増加に対し、充電電流の変化は顕著となり、この充電電流の変化を検出すれば、満充電等の所定充電への到達を容易にしかも、高精度に判定することができる。その電流の変化を電圧に変換して取り出す場合でも、充電電流が極端な減少傾向を呈するので、高精度な電圧計は不要であり、高精度に満充電等の所定充電への到達の判定が可能である。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の電気二重層コンデンサの充電判定装置は、電気二重層コンデンサの充電初期で定電流充電とし、前記電気二重層コンデンサの充電電圧に応じて前記定電流充電から定電圧充電に切り換える充電手段（充電回路４）と、前記定電圧充電の際、前記電気二重層コンデンサに流れる充電電流の急激な変化を検出し、この変化により前記電気二重層コンデンサが所定充電に到達したと判定する判定手段（電圧比較器５０）とを備えた構成である。
【００１０】
斯かる構成によれば、電気二重層コンデンサの充電状況を充電電流の急激な変化として捉えることができ、満充電等の所定充電への到達を高精度且つ容易に判定することができる。
【００１１】
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に直列に抵抗１４を接続し、この抵抗に流れる前記充電電流による電圧降下により前記充電電流の急激な減少値を検出する構成としてもよい。
【００１２】
斯かる構成とすれば、電気二重層コンデンサの満充電等の所定充電における充電電流の急激な減少値を抵抗により電圧に変換して取り出すことができ、その電圧を測定することにより、満充電等の所定充電への到達を高精度且つ容易に判定することができる。
【発明の効果】
【００１３】
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。
【００１４】
(1) 定電流充電から定電圧充電への切換えの後、定電圧充電における電気二重層コンデンサの急激な充電電流の変化を捉えて満充電等の充電状況を容易かつ高精度に知ることができ、従前の高精度な電圧計等が不要であるとともに、例えば、その判定結果を利用して充電回路の制御精度を高めることができる。
【００１５】
(2) 満充電等の所定充電の検出精度、判定精度を高めることができ、電気二重層コンデンサの充電効率を向上させることができる。
【００１６】
(3) 充電電流を抵抗により電圧に変換して取り出せば、急激な充電電流の変化を電圧降下として取り出すことができ、容易かつ高精度に満充電等の所定充電への到達を判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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とともに電気二重層コンデンサの充電判定方法を示している。
【００１８】
この電気二重層コンデンサ装置２において、充電回路４は例えば、商用交流電源６の交流入力を整流して一定の直流電圧又は一定電流を発生することにより、定電流充電又は定電圧充電が可能である。この充電回路４の出力端子８、１０の間に電気二重層コンデンサ１２が抵抗１４を介して接続されている。抵抗１４は、電気二重層コンデンサ１２に流れる充電電流ｉｃを検出する電流検出手段を構成する。この場合、電気二重層コンデンサ１２の端子間電圧をＶ1 〔Ｖ〕、抵抗１４に発生する端子間電圧をＶ2 とし、抵抗１４の抵抗値をＲとすれば、電圧Ｖ2 は、
Ｖ2 ＝ｉｃ×Ｒ〔Ｖ〕                ・・・（１）
である。
【００１９】
斯かる構成において、電気二重層コンデンサ１２の静電容量Ｃを６００〔Ｆ〕、その定格電圧ＶT を２．５〔Ｖ〕、抵抗１４の抵抗値Ｒを０．１〔Ω〕とし、充電回路４から電気二重層コンデンサ１２の充電電流ｉｃを定電流例えば、１〔Ａ〕で充電すると、その充電時間ｔは、
ｔ＝ＶT ×Ｃ／ｉｃ＝２．５×６００／１＝１５００〔ｓｅｃ〕
＝２５〔分〕          ・・・（２）
となる。
【００２０】
ところで、充電回路４は、例えば、図２に示すように構成される。図２は、充電回路４の具体的な回路構成例を示している。
【００２１】
この充電回路４には、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１６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。そして、トランジスタ２４の制御により、定電流充電時には定電流出力、定電圧充電時には定電圧出力が得られる構成である。
【００２２】
また、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、電流検出抵抗であって、充電電流ｉｃを電圧に変換する手段であり、充電電流ｉｃの急激な変化を電圧変化として取り出す。また、コンデンサ４０の両端子間に発生した直流出力電圧はダイオード４４を介して既述の電気二重層コンデンサ１２に加えられ、これらの充電に供される。
【００２３】
また、電気二重層コンデンサ１２の端子間電圧Ｖｃ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。
【００２４】
また、抵抗４２の端子間には電気二重層コンデンサ１２に流れる充電電流ｉｃにより、電圧Ｖｓが発生するので、この端子間電圧Ｖｓ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、端子間電圧Ｖｓは、既述した通り、式（１）に示す関係から、充電電流ｉｃと抵抗値Ｒとの積で与えられ、充電電流ｉｃに比例する端子間電圧Ｖｓが電圧比較器５０に加えられる。この結果、電圧比較器５０は、定電流充電から定電圧充電に切り換えるための契機として、電気二重層コンデンサ１２が所定電圧に移行したことを判定する判定手段であって、充電電流ｉｃの減少を表す端子間電圧Ｖｓが所定電圧に低下したことを判定し、その判定結果を出力する。
【００２５】
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結果、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１２に加えられる出力電流の制御として定電流出力から定電圧出力に切り換えられる。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。
【００２６】
このような充電初期には定電流充電、所定電圧に到達した後は定電圧充電に切り換えられる充電回路４を用いることにより、電気二重層コンデンサ１２を充電した場合において、電気二重層コンデンサ１２の充電特性について、図３を参照して説明すると、図３は、端子間電圧Ｖ1 （＝Ｖｃ）及び端子間電圧Ｖ2 の推移を示している。端子間電圧Ｖ1 は、時間の経過とともに緩やかに増加するのに対し、端子間電圧Ｖ2 は、充電電流ｉｃに依存し、定電圧充電に移行した際に急激に減少する。この場合、端子間電圧Ｖ1 は、２．２５〔Ｖ〕程度までは直線的に上昇し、２．２５〔Ｖ〕を超える電圧では電圧上昇が緩慢になる。一方、充電電流ｉｃは、充電率ＣＡが９２〔％〕に到達すると、定電圧電源である充電回路４が定電流（ＣＣ：Constant Current）モードから、定電圧（ＣＶ：Constant Voltage）モードに切り換わり、充電電流ｉｃが大幅に低減する。これは、充電により電気二重層コンデンサ１２の端子間電圧Ｖ1 が定格電圧ＶT に近づくと、電気二重層コンデンサ１２の充電電流ｉｃが抑制される。
【００２７】
このように、電気二重層コンデンサ１２が満充電等の所定充電に近づくと、端子間電圧Ｖ1 の変化率ΔＶ1 は微少となり、この変化から電気二重層コンデンサ１２の満充電等の所定充電への到達を判定するのは困難であるが、充電電流ｉｃの変化率Δｉｃは大きく、この変化率Δｉｃを観測すれば、電気二重層コンデンサ１２の所定充電への到達を容易かつ高精度に判定することができる。この実施形態では、充電電流ｉｃの変化率Δｉｃを電圧に変換することにより、抵抗１４の端子間電圧Ｖ2 の変化率ΔＶ2 を観測し、電気二重層コンデンサ１２の満充電等の所定充電への到達を検出し、判定している。
【００２８】
そして、充電電流ｉｃの変化を検知する抵抗１４の抵抗値Ｒを小さい値、例えば、Ｒ＝０．１〔Ω〕程度に設定すれば、電気二重層コンデンサ１２の満充電等、所定充電への移行を大きい変化率Δｉｃ、ΔＶ2 で検出し、取り出すことができるとともに、端子間電圧Ｖ2 を端子間電圧Ｖ1 に比較して小さくできるので、抵抗１４での電力損失を低減できる。
【００２９】
ところで、図２に示す充電回路４において、電圧比較器５０の出力は、電気二重層コンデンサ１２の所定充電への到達を表す到達情報の提示手段である提示部５２に加えられ、電気二重層コンデンサ１２が満充電等の所定充電に到達したことを提示される。この提示部５２は、ＬＣＤ表示器やＬＥＤインジケータ等で構成することができ、その満充電等、所定充電への到達を視覚的に表示することができる。この提示部５２をブザー等で構成してもよく、斯かる構成とすれば、聴覚的表示も可能である。また、提示部５２を判定出力部として構成し、その判定出力を情報機器等の給電制御の制御情報として用いることにより、充電完了の告知手段として構成することもできる。
【００３０】
次に、本発明の第２の実施形態について、図４を参照して説明する。図４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装置を示している。
【００３１】
この電気二重層コンデンサ装置５４には、同一容量の複数の電気二重層コンデンサ１２１、１２２、１２３・・・１２Ｎが直列に接続されており、これら電気二重層コンデンサ１２１〜１２Ｎの直列回路には充電回路５６が接続されている。充電回路５６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を得ており、その構成は図２に示した回路によって構成されている。
【００３２】
各電気二重層コンデンサ１２１〜１２Ｎ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ｉｃを平衡化して各電気二重層コンデンサ１２１〜１２Ｎの充電電圧を一定化させている。
【００３３】
斯かる構成とすれば、図３とともに既述した通り、各電気二重層コンデンサ１２１〜１２Ｎに流れる充電電流ｉｃの急激な変化を直接的に又は電圧変換して間接的に検出することにより、満充電等の所定充電への到達を判定することができ、無駄な充電を防止し、効率的な充電処理を実現することができる。
【００３４】
上記実施形態では、電流検出手段として抵抗１４を設置し、急激な電流変化を電圧に変換して取り出す構成について説明したが、トランジスタ等の検出回路を用いてその電流変化を直接取り出し、電気二重層コンデンサの満充電等の所定電圧への到達の判定を行うようにしてもよい。
【００３５】
以上述べたように、本発明のも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】
【００３６】
本発明によれば、電気二重層コンデンサの満充電等の所定充電への到達の検出及び判定を容易かつ高精度化することができ、電気二重層コンデンサの充電電圧の均一化や、安全性の高い電気二重層コンデンサ装置の提供に寄与し、有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】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す回路図である。
【図２】電気二重層コンデンサ装置における充電回路の一例を示す回路図である。
【図３】電気二重層コンデンサの充電特性を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る電気二重層コンデンサ装置を示す回路図である。
【符号の説明】
【００３８】
２  電気二重層コンデンサ装置
４  充電回路（充電手段）
１２、１２１、１２２・・・１２Ｎ  電気二重層コンデンサ
１４  抵抗
５０  電圧比較器（判定手段）
【図１】
2005094893.tif 000003
【図２】
2005094893.tif 000004
【図３】
2005094893.tif 000005
【図４】
2005094893.tif 000006