(57)【要約】 【課題】  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について、電気二重層コンデンサに併設されたバイパス回路を防護すること。【解決手段】  電気二重層コンデンサ４１〜４Ｎの充電電流を調整して前記電気二重層コンデンサの充電電圧を所定電圧に規制する充電電圧規制手段（バランス回路１０１〜１０Ｎ）と、この充電電圧規制手段に設置されて過電流を検出した場合に前記充電電圧規制手段の動作を停止させる保護手段（保護回路１２、１２１〜１２Ｎ）とを備えている。【選択図】        図１
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【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流を調整して前記電気二重層コンデンサの充電電圧を所定電圧に規制する充電電圧規制手段と、
この充電電圧規制手段に設置されて過電流を検出した場合に前記充電電圧規制手段の動作を停止させる保護手段と、
を備えたことを特徴とする電気二重層コンデンサ装置。
【請求項２】
電気二重層コンデンサ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て前記バイパス回路を開閉する駆動手段と、
前記バイパス回路に過電流が流れた場合に、その過電流を検出して前記バイパス回路を遮断させる保護手段と、
を備えたことを特徴とする電気二重層コンデンサ装置。
【請求項３】
前記保護手段は、前記バイパス回路に過電流が流れた場合に、前記駆動手段の動作を停止させて前記バイパス回路を遮断させる構成とした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装置。
【請求項４】
電気二重層コンデンサにバイパス回路を構成する第１のトランジスタと、
この第１のトランジスタに流れる電流を分流させて電圧に変換し、前記過電流を表す電圧を検出する過電流検出手段と、
この過電流検出手段が前記過電流を表す電圧を発生した場合に、前記バイパス回路の前記第１のトランジスタを遮断させる第２のトランジスタと、
を備えたことを特徴とする電気二重層コンデンサ装置。
【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等の電気二重層コンデンサ装置に関し、特に、複数の電気二重層コンデンサの充電状況を監視するバランス回路等を過電流から防護した電気二重層コンデンサ装置に関する。
【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、電気二重層コンデンサに並列に接続されて充電電流をバイパスさせるトランジスタに電気二重層コンデンサの充電状況によっては過電流が流れ、バイパス回路を破損させるおそれがある。このようなバイパス回路が破損すると、直列に接続された電気二重層コンデンサの充電電圧が不平衡となって、各トランジスタの破損が波及することが予想される。
【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に併設されたバイパス回路を破損から防護すべき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、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について、電気二重層コンデンサに併設されたバイパス回路を防護することを目的とする。
【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装置は、電気二重層コンデンサ４１〜４Ｎの充電電流を調整して前記電気二重層コンデンサの充電電圧を所定電圧に規制する充電電圧規制手段（バランス回路１０１〜１０Ｎ）と、この充電電圧規制手段に設置されて過電流を検出した場合に前記充電電圧規制手段の動作を停止させる保護手段（保護回路１２、１２１〜１２Ｎ）とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
斯かる構成において、充電電圧規制手段は、電気二重層コンデンサに併設されてその充電電流の加減等により、その充電電圧を所定電圧に規制する。この動作上、充電電圧規制手段に過電流が流れた場合に、保護手段は、その過電流を検出し、充電電圧規制手段の動作を停止させる。斯かる構成とすれば、電気二重層コンデンサの充電電圧は充電電圧規制手段によって規制されるとともに、充電電圧規制手段が過電流による破損から保護手段により保護され、信頼性や安全性の高い動作が得られる。
【０００９】
また、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装置は、電気二重層コンデンサに接続されたバイパス回路１４と、前記電気二重層コンデンサの充電状況を監視して前記バイパス回路を開閉する駆動手段（ドライブ回路２０、トランジスタ２２）と、前記バイパス回路に過電流が流れた場合に、その過電流を検出して前記バイパス回路を遮断させる保護手段（保護回路１２、１２１〜１２Ｎ）とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
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充電電圧、例えば、満充電である電圧に設定すれば、その電圧に到達したとき、バイパス回路が導通することになる。このバイパス回路の導通又は非導通により、電気二重層コンデンサは所定の充電電圧に充電されることになる。
【００１１】
ところで、バイパス回路に過電流が流れ、これを放置するとバイパス回路が破損することになる。そこで、この過電流を検出し、バイパス回路を保護手段により遮断すれば、バイパス回路の破損を防止できる。
【００１２】
また、上記目的を達成するためには、前記保護手段は、前記バイパス回路に過電流が流れた場合に、前記駆動手段の動作を停止させて前記バイパス回路を遮断させる構成としてもよい。斯かる構成とすれば、駆動手段の動作停止により、バイパス回路を遮断状態に移行させることができ、同等の防護機能が得られる。
【００１３】
また、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装置は、電気二重層コンデンサにバイパス回路を構成する第１のトランジスタ１６と、この第１のトランジスタに流れる電流を分流させて電圧に変換し、前記過電流を表す電圧を検出する過電流検出手段（分圧回路５８、抵抗１８）と、この過電流検出手段が前記過電流を表す電圧を発生した場合に、前記バイパス回路の前記第１のトランジスタを遮断させる第２のトランジスタ６０とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
斯かる構成とすれば、電気二重層コンデンサにバイパス回路を構成する第１のトランジスタに流れる過電流が過電流検出手段に分流されて電圧に変換され、過電流検出手段にはその過電流を表す電圧が検出される。この過電流検出手段に前記過電流を表す電圧が発生した場合に第２のトランジスタは導通又は遮断状態に移行し、その結果、第１のトランジスタが遮断状態に移行する。この結果、過電流が遮断され、第１のトランジスタからなるバイパス回路は過電流による破損から防護される。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、充電される電気二重層コンデンサに接続されたバランス回路等を過電流から防護でき、信頼性及び安全性の高い電気二重層コンデンサ装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明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。
【００１７】
この電気二重層コンデンサ装置２において、同一容量の複数の電気二重層コンデンサ４１、４２、４３・・・４Ｎが直列に接続されており、これら電気二重層コンデンサ４１〜４Ｎの直列回路には各電気二重層コンデンサ４１〜４Ｎを充電する充電回路６が接続されている。充電回路６では、例えば、商用交流電源８から加えられる交流ＡＣが整流され、一定の直流電圧ＶDCが得られる。この直流電圧ＶDCが電気二重層コンデンサ４１〜４Ｎの直列回路に加えられている。各電気二重層コンデンサ４１〜４Ｎには個別に充電電流を調整して電気二重層コンデンサ４１〜４Ｎの充電電圧を所定電圧に規制する充電電圧規制手段としてバランス回路１０１、１０２、１０３・・・１０Ｎが接続され、各バランス回路１０１〜１０Ｎは充電電流を平衡化して各電気二重層コンデンサ４１〜４Ｎの充電電圧を一定化させる。各バランス回路１０１〜１０Ｎには、過電流による損傷から防護する防護手段として保護回路１２１、１２２、１２３・・・１２Ｎが設置されている。各保護回路１２１〜１２Ｎは、各バランス回路１０１〜１０Ｎの過電流を個別に検出し、その検出に基づき、各バランス回路１０１〜Ｎの動作を停止させる。
【００１８】
斯かる構成によれば、電気二重層コンデンサ４１〜４Ｎの各充電電流が各バランス回路１０１〜１０Ｎによって加減され、その結果、各電気二重層コンデンサ４１〜４Ｎの充電電圧が所定電圧に規制される。即ち、各充電電圧は平衡することになる。このような動作において、各バランス回路１０１〜１０Ｎの全部又は１又は２以上のものに過電流が流れた場合に、保護回路１２１〜１２Ｎは、その過電流を検出し、過電流が検出されたバランス回路１０１〜１０Ｎの動作を停止させる。この結果、電気二重層コンデンサ４１〜４Ｎの充電電圧は各バランス回路１０１〜１０Ｎによって所定電圧に規制されるとともに、各バランス回路１０１〜１０Ｎは、過電流による破損から保護回路１２１〜１２Ｎより保護され、信頼性や安全性の高い動作が得られる。
【００１９】
次に、各バランス回路１０１〜１０Ｎについて、図２を参照して説明する。図２は、各バランス回路１０１〜１０Ｎの構成の一例を示している。
【００２０】
このバランス回路１０１〜１０Ｎでは、既述の充電回路６が接続されているとともに、電気二重層コンデンサ４１〜４Ｎが接続され、電気二重層コンデンサ４１〜４Ｎには、充電電流を分流させて充電電圧を規制する充電電圧規制手段としてバイパス回路１４が並列に接続され、この実施形態では、開閉手段として第１のトランジスタ１６と抵抗１８との直列回路でバイパス回路１４が構成されている。
【００２１】
このバイパス回路１４のトランジスタ１６を電気二重層コンデンサ４１〜４Ｎの充電に応じて駆動させる手段として、ドライブ回路２０及びトランジスタ２２が設置されている。ドライブ回路２０は、後述のシャントレギュレータ回路（図３）等で構成され、電気二重層コンデンサ４１〜４Ｎ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２２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４１〜４Ｎには抵抗２４、２６からなる分圧回路２８が並列に接続され、電気二重層コンデンサ４１〜４Ｎの充電電圧が抵抗２４、２６の抵抗比により取り出され、ドライブ回路２０に加えられている。ドライブ回路２０は、検出電圧を入力すべきレファレンス（REFERENCE ）端子３０、カソード（CATHODE ）端子３２及びアノード（ANODE ）端子３４を備え、レファレンス端子３０に加えられる電圧が所定電圧を超えたとき、その所定電圧との電圧差に応じた電流をカソード端子３２から引き込み、アノード端子３４側に流す構成である。
【００２２】
そこで、分圧回路２８からドライブ回路２０のレファレンス端子３０に加えられる検出電圧が所定電圧を超えた場合にドライブ回路２０は導通状態となり、抵抗３６を通してドライブ回路２０に電流が流れ、このとき、トランジスタ２２は、そのベース電流が抵抗３８を介してドライブ回路２０に引き込まれて導通する。即ち、ドライブ回路２０が非導通状態のとき、トランジスタ２２のベースは抵抗３６、３８を通して高電位に維持されるため、非導通状態を維持する。そして、トランジスタ２２が導通すると、トランジスタ２２のコレクタ側に接続されている抵抗５０、５２に電流が流れ、抵抗５２にはその電流とその抵抗値との積によって与えられる電圧降下が発生する。この電圧降下がトランジスタ１６のベース電圧となり、トランジスタ２２の導通によるベース電流がトランジスタ１６に流れ、そのベース電流に応じた電流がバイパス回路１４に流れる。また、トランジスタ２２が非導通である場合には、トランジスタ１６は、導通条件が成立しないため、遮断状態を維持し、バイパス回路１４を開状態（遮断状態）に維持させる。
【００２３】
従って、トランジスタ１６の導通及び非導通、トランジスタ１６へのドライブ回路２０及びトランジスタ２２の導通に応じたベース電流により、トランジスタ１６には電気二重層コンデンサ４１〜４Ｎの充電電流が分流することになる。電気二重層コンデンサ４１〜４Ｎの充電電圧に応じた値となり、即ち、充電電圧が所定電圧より低い場合には、バイパス回路１４側に流れる電流が小さく、充電電圧が所定電圧に近づくにつれて、バイパス回路１４側に流れる電流が大きくなり、満充電等の所定充電に移行したとき、充電電流の大半がバイパス回路１４側に流れ、電気二重層コンデンサ４１〜４Ｎは、過充電が防止されるとともに、均一な充電状態が得られる。
【００２４】
ところで、トランジスタ１６には、過電流による損傷から防護するための保護回路１２（１２１〜１２Ｎ）が設置されている。トランジスタ１６に過電流が流れた場合には、その過電流が抵抗１８にその過電流値と抵抗値との積で与えられる電圧を発生させるが、この抵抗１８には抵抗５４、５６からなる分圧回路５８が並列に接続され、その過電流が分圧回路５８の分圧によって検出される。この分圧回路５８の検出電圧は、トランジスタ１６のベース・エミッタ間に並列に接続された第２のトランジスタ６０のベースに加えられている。トランジスタ６０は、分圧回路５８の検出電圧に応じて導通するスイッチング素子を構成しており、例えば、トランジスタ１６に放置できない過電流が流れた際に、抵抗５６に発生する電圧でトランジスタ６０の導通条件を満足するように構成する。
【００２５】
斯かる構成とすれば、バイパス回路１４を構成するトランジスタ１６による充電電流のバイパス機能を超え、トランジスタ１６に過電流が流れる場合には、トランジスタ６０が導通し、トランジスタ１６に流れるベース電流をトランジスタ６０側に引き込み、トランジスタ１６を導通状態から非導通状態（遮断状態）に移行させる。このようなトランジスタ１６の制御により、電気二重層コンデンサ４１〜４Ｎの充電電圧の均一化を損なうことなく、過電流によるトランジスタ１６の損傷が防止され、バイパス回路１４の破壊を未然に防止することができる。
【００２６】
次に、ドライブ回路２０について、図３を参照して説明する。図３は、ドライブ回路２０に用いられるシャントレギュレータ回路を示している。
【００２７】
このシャントレギュレータ回路６２は、電圧比較器６４、トランジスタ６６及び基準電圧源６８で構成され、電圧比較器６４の正相入力端子（＋）にレファレンス端子３０、トランジスタ６６のコネクタ側にカソード端子３２、トランジスタ６６のエミッタ側にアノード端子３４を備えた構成である。
【００２８】
斯かる構成によれば、抵抗２４、２６（図２）の分圧点から電気二重層コンデンサ４１〜４Ｎの充電電圧が分圧されてレファレンス端子３０に加えられ、その電圧値が基準電圧源６８の所定電圧値を超えると、電圧比較器６４に出力が発生してトランジスタ６６を導通させる。電圧比較器６４の出力は電圧比較器６４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６６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２２（図２）のベース電流がトランジスタ６６に引き込まれ、そのベース電流の値は電圧比較器６４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６６に流れる電流は、電気二重層コンデンサ４１〜４Ｎの充電電圧の推移に応じた値を呈する。
【００２９】
以上説明したように、この電気二重層コンデンサ装置によれば、直列に接続された複数の電気二重層コンデンサ４１〜４Ｎが充電回路６によって充電されるとともに、各充電がバランス回路１０１〜１０Ｎ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が、トランジスタ１６に過電流が生じた場合には、保護回路１２のトランジスタ６０が導通し、トランジスタ１６を遮断状態に引き込むことができ、過電流による損傷からトランジスタ１６が防護される。
【００３０】
なお、実施形態における保護回路１２では、トランジスタ６０を導通させる構成を示したが、例えば、トランジスタ１６のベース側回路にトランジスタを直列に設置して過電流の発生時に遮断し、トランジスタ１６を非導通状態に追い込む構成としてもよい。
【００３１】
実施形態では、ドライブ回路２０としてシャントレギュレータ回路６２を用いた例を記載したが、トランジスタ２２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。
【００３２】
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言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の電気二重層コンデンサ装置は、電気二重層コンデンサのバランス回路等を過電流による破損から防護でき、信頼性及び安全性を強化することができ、有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【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を示す回路図である。
【図２】バランス回路を示す回路図である。
【図３】シャントレギュレータ回路を示す回路図である。
【符号の説明】
【００３５】
２  電気二重層コンデンサ装置
４１〜４Ｎ  電気二重層コンデンサ
１０１〜１０Ｎ  バランス回路
１２、１２１〜１２Ｎ  保護回路
１４  バイパス回路
１６  第１のトランジスタ
１８  抵抗（過電流検出手段）
２０  ドライブ回路（駆動手段）
２２  トランジスタ（駆動手段）
５８  分圧回路（過電流検出手段）
６０  第２のトランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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