(57)【要約】【課題】並列接続された複数の大容量コンデンサを過大電流が流れるのを抑止しながら効率よく充放電する。【解決手段】Ｓ３では、充電用電源に対し非導通状態の電気二重層キャパシタの端子間電圧と充電用電源に対し導通状態の電気二重層キャパシタの端子間電圧との差が所定範囲内であるか否かが判定される。Ｓ３の判定結果がＹＥＳの場合はＳ４に進み、導通状態の電気二重層キャパシタとの端子間電圧差が所定範囲内となった電気二重層キャパシタについて、充電用電源との導通が行われる。これによって、非導通状態の電気二重層キャパシタを充電用電源と導通させるときに、電気二重層キャパシタ間に流れる電流を電流制限抵抗を用いることなく抑制することができる。【選択図】図２
2005192299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が共通の充電用電源により充電可能で互いに並列接続された複数の大容量コンデンサの充電制御を行う装置であって、
大容量コンデンサの端子間電圧の各々を検出する電圧検出手段と、
各大容量コンデンサに対応して配設され、各々が対応する大容量コンデンサと充電用電源との導通／非導通の切り換えが可能な複数のスイッチと、
各スイッチを導通させることで、各大容量コンデンサと充電用電源とを導通させる制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、充電用電源に対し非導通状態の大容量コンデンサの端子間電圧と該充電用電源に対し導通状態の大容量コンデンサの端子間電圧との差が所定範囲内のときに、該非導通状態の大容量コンデンサと該充電用電源とを導通させることを特徴とする大容量コンデンサの充電制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の大容量コンデンサの充電制御装置であって、
前記制御手段は、端子間電圧の低い大容量コンデンサから順に前記充電用電源と導通させることを特徴とする大容量コンデンサの充電制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の大容量コンデンサの充電制御装置であって、
前記制御手段は、前記充電用電源に対し導通状態の大容量コンデンサに流れる電流がほぼ所定の一定値となるように、該充電用電源から出力される電流を制御することを特徴とする大容量コンデンサの充電制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の大容量コンデンサの充電制御装置であって、
前記制御手段は、前記充電用電源に対し非導通状態の大容量コンデンサの１つと該充電用電源とを導通させるときに、該充電用電源から出力される電流が前記所定の一定値分増加するように、該充電用電源から出力される電流を制御することを特徴とする大容量コンデンサの充電制御装置。
【請求項５】
各々が共通の充電用電源により充電可能で互いに並列接続された複数の大容量コンデンサの充電制御を行う装置であって、
各々が対応する大容量コンデンサに直列接続された複数の抵抗と、
大容量コンデンサの端子間電圧の各々及び大容量コンデンサの並列接続点間における電圧を検出する電圧検出手段と、
各大容量コンデンサに対応して配設され、各々が対応する大容量コンデンサと充電用電源との間の導通／非導通の切り換えが可能な複数のスイッチと、
各スイッチを導通させることで、各大容量コンデンサと充電用電源とを導通させる制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、充電用電源に対し非導通状態の大容量コンデンサの端子間電圧と前記並列接続点間における電圧との差が所定範囲内のときに、該非導通状態の大容量コンデンサと該充電用電源とを導通させることを特徴とする大容量コンデンサの充電制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の大容量コンデンサの充電制御装置であって、
前記制御手段は、端子間電圧の低い大容量コンデンサから順に前記充電用電源と導通させることを特徴とする大容量コンデンサの充電制御装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の大容量コンデンサの充電制御装置であって、
前記制御手段は、前記充電用電源に対し導通状態の大容量コンデンサに流れる電流が所定の一定値にほぼ収束するように、該充電用電源から出力される電流を制御することを特徴とする大容量コンデンサの充電制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載の大容量コンデンサの充電制御装置であって、
前記制御手段は、前記充電用電源に対し非導通状態の大容量コンデンサの１つと該充電用電源とを導通させるときに、該充電用電源と導通させる大容量コンデンサの容量をＣ、該大容量コンデンサと直列接続された抵抗の抵抗値をＲ、前記所定の一定値をＩ、該大容量コンデンサと該充電用電源とを導通させた時点からの経過時間をｔとすると、該充電用電源から出力される電流の増加分が
【数１】
2005192299.tif 000018
をほぼ満たすように、該充電用電源から出力される電流を制御することを特徴とする大容量コンデンサの充電制御装置。
【請求項９】
請求項７に記載の大容量コンデンサの充電制御装置であって、
前記制御手段は、前記充電用電源に対し非導通状態の大容量コンデンサの１つと該充電用電源とを導通させるときに、該充電用電源と導通させる大容量コンデンサの容量をＣ、該大容量コンデンサと直列接続された抵抗の抵抗値をＲ、前記所定の一定値をＩ、該大容量コンデンサと該充電用電源とを導通させた時点からの経過時間をｔとすると、該充電用電源から出力される電流の増加分が、０≦ｔ＜Ｃ×ＲではＩ×ｔ／(Ｃ×Ｒ)をほぼ満たし、ｔ≧Ｃ×ＲではＩをほぼ満たすように、該充電用電源から出力される電流を制御することを特徴とする大容量コンデンサの充電制御装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の大容量コンデンサの充電制御装置であって、
前記制御手段は、
前記充電用電源と導通させる大容量コンデンサの容量をＣ、該大容量コンデンサと直列接続された抵抗の抵抗値をＲ、前記所定の一定値をＩ、該大容量コンデンサの端子間電圧をＶn、前記並列接続点間における電圧をＶSとすると、ＶS−Ｒ×Ｉ＜Ｖn＜ＶSが成立している時点で、該大容量コンデンサと該充電用電源とを導通させるとともに、
該大容量コンデンサと該充電用電源とを導通させた時点からの経過時間をｔとすると、該充電用電源から出力される電流の増加分が
【数２】
2005192299.tif 000019
では
【数３】
2005192299.tif 000020
をほぼ満たし、
【数４】
2005192299.tif 000021
ではＩをほぼ満たすように、該充電用電源から出力される電流を制御することを特徴とする大容量コンデンサの充電制御装置。
【請求項１１】
請求項７に記載の大容量コンデンサの充電制御装置であって、
前記制御手段は、
前記充電用電源と導通させる大容量コンデンサに直列接続された抵抗の抵抗値をＲ、前記所定の一定値をＩ、該大容量コンデンサの端子間電圧をＶn、前記並列接続点間における電圧をＶSとすると、Ｖn＝ＶS−Ｒ×Ｉがほぼ成立したときに、該大容量コンデンサと該充電用電源とを導通させるとともに、
該充電用電源から出力される電流が前記所定の一定値Ｉ分増加するように、該充電用電源から出力される電流を制御することを特徴とする大容量コンデンサの充電制御装置。
【請求項１２】
各々が共通の放電用負荷へ放電可能で互いに並列接続された複数の大容量コンデンサの放電制御を行う装置であって、
各大容量コンデンサに対応して配設され、各々が対応する大容量コンデンサの端子間電圧を検出する複数の電圧検出手段と、
各大容量コンデンサに対応して配設され、各々が対応する大容量コンデンサと放電用負荷との導通／非導通の切り換えが可能な複数のスイッチと、
各スイッチを導通させることで、各大容量コンデンサと放電用負荷とを導通させる制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、放電用負荷に対し導通状態の大容量コンデンサの端子間電圧と該放電用負荷に対し非導通状態の大容量コンデンサの端子間電圧との差が所定範囲内のときに、該非導通状態の大容量コンデンサと該放電用負荷とを導通させることを特徴とする大容量コンデンサの放電制御装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の大容量コンデンサの放電制御装置であって、
前記制御手段は、端子間電圧の高い大容量コンデンサから順に前記放電用負荷と導通させることを特徴とする大容量コンデンサの放電制御装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の大容量コンデンサの放電制御装置であって、
前記制御手段は、前記放電用負荷に対し導通状態の大容量コンデンサから流れる電流がほぼ所定の一定値となるように、該放電用負荷に流れる電流を制御することを特徴とする大容量コンデンサの放電制御装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の大容量コンデンサの放電制御装置であって、
前記制御手段は、前記放電用負荷に対し非導通状態の大容量コンデンサの１つと該放電用負荷とを導通させるときに、該放電用負荷に流れる電流が前記所定の一定値分増加するように、該放電用負荷に流れる電流を制御することを特徴とする大容量コンデンサの放電制御装置。
【請求項１６】
各々が共通の放電用負荷へ放電可能で互いに並列接続された複数の大容量コンデンサの放電制御を行う装置であって、
各々が対応する大容量コンデンサに直列接続された複数の抵抗と、
大容量コンデンサの端子間電圧の各々及び大容量コンデンサの並列接続点間における電圧を検出する電圧検出手段と、
各大容量コンデンサに対応して配設され、各々が対応する大容量コンデンサと放電用負荷との間の導通／非導通の切り換えが可能な複数のスイッチと、
各スイッチを導通させることで、各大容量コンデンサと放電用負荷とを導通させる制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記並列接続点間における電圧と放電用負荷に対し非導通状態の大容量コンデンサの端子間電圧との差が所定範囲内のときに、該非導通状態の大容量コンデンサと該放電用負荷とを導通させることを特徴とする大容量コンデンサの放電制御装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の大容量コンデンサの放電制御装置であって、
前記制御手段は、端子間電圧の高い大容量コンデンサから順に前記放電用負荷と導通させることを特徴とする大容量コンデンサの放電制御装置。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載の大容量コンデンサの放電制御装置であって、
前記制御手段は、前記放電用負荷に対し導通状態の大容量コンデンサから流れる電流が所定の一定値にほぼ収束するように、該放電用負荷に流れる電流を制御することを特徴とする大容量コンデンサの放電制御装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の大容量コンデンサの放電制御装置であって、
前記制御手段は、前記放電用負荷に対し非導通状態の大容量コンデンサの１つと該放電用負荷とを導通させるときに、該放電用負荷と導通させる大容量コンデンサの容量をＣ、該大容量コンデンサと直列接続された抵抗の抵抗値をＲ、前記所定の一定値をＩ、該大容量コンデンサと該放電用負荷とを導通させた時点からの経過時間をｔとすると、該放電用負荷に流れる電流の増加分が
【数５】
2005192299.tif 000022
をほぼ満たすように、該放電用負荷に流れる電流を制御することを特徴とする大容量コンデンサの放電制御装置。
【請求項２０】
請求項１８に記載の大容量コンデンサの放電制御装置であって、
前記制御手段は、前記放電用負荷に対し非導通状態の大容量コンデンサの１つと該放電用負荷とを導通させるときに、該放電用負荷と導通させる大容量コンデンサの容量をＣ、該大容量コンデンサと直列接続された抵抗の抵抗値をＲ、前記所定の一定値をＩ、該大容量コンデンサと該放電用負荷とを導通させた時点からの経過時間をｔとすると、該放電用負荷に流れる電流の増加分が、０≦ｔ＜Ｃ×ＲではＩ×ｔ／(Ｃ×Ｒ)をほぼ満たし、ｔ≧Ｃ×ＲではＩをほぼ満たすように、該放電用負荷に流れる電流を制御することを特徴とする大容量コンデンサの放電制御装置。
【請求項２１】
請求項１８に記載の大容量コンデンサの放電制御装置であって、
前記制御手段は、
前記放電用負荷と導通させる大容量コンデンサの容量をＣ、該大容量コンデンサと直列接続された抵抗の抵抗値をＲ、前記所定の一定値をＩ、該大容量コンデンサの端子間電圧をＶn、前記並列接続点間における電圧をＶSとすると、ＶS＜Ｖn＜ＶS＋Ｒ×Ｉが成立している時点で、該大容量コンデンサと該放電用負荷とを導通させるとともに、
該大容量コンデンサと該放電用負荷とを導通させた時点からの経過時間をｔとすると、該放電用負荷に流れる電流の増加分が
【数６】
2005192299.tif 000023
では
【数７】
2005192299.tif 000024
をほぼ満たし、
【数８】
2005192299.tif 000025
ではＩをほぼ満たすように、該放電用負荷に流れる電流を制御することを特徴とする大容量コンデンサの放電制御装置。
【請求項２２】
請求項１８に記載の大容量コンデンサの放電制御装置であって、
前記制御手段は、
前記放電用負荷と導通させる大容量コンデンサに直列接続された抵抗の抵抗値をＲ、前記所定の一定値をＩ、該大容量コンデンサの端子間電圧をＶn、前記並列接続点間における電圧をＶSとすると、Ｖn＝ＶS＋Ｒ×Ｉがほぼ成立したときに、該大容量コンデンサと該放電用負荷とを導通させるとともに、
該放電用負荷に流れる電流が前記所定の一定値Ｉ分増加するように、該放電用負荷に流れる電流を制御することを特徴とする大容量コンデンサの放電制御装置。
【請求項２３】
各々が共通の充電用電源により充電可能で互いに並列接続された複数の大容量コンデンサの充電制御を行う方法であって、
大容量コンデンサの端子間電圧の各々を検出し、
充電用電源に対し非導通状態の大容量コンデンサの端子間電圧と該充電用電源に対し導通状態の大容量コンデンサの端子間電圧との差が所定範囲内のときに、該非導通状態の大容量コンデンサと該充電用電源とを導通させることを特徴とする大容量コンデンサの充電制御方法。
【請求項２４】
各々が共通の充電用電源により充電可能であり、各々に抵抗が直列接続され、かつ互いに並列接続された複数の大容量コンデンサの充電制御を行う方法であって、
大容量コンデンサの端子間電圧の各々及び大容量コンデンサの並列接続点間における電圧を検出し、
充電用電源に対し非導通状態の大容量コンデンサの端子間電圧と前記並列接続点間における電圧との差が所定範囲内のときに、該非導通状態の大容量コンデンサと該充電用電源とを導通させることを特徴とする大容量コンデンサの充電制御方法。
【請求項２５】
各々が共通の放電用負荷へ放電可能で互いに並列接続された複数の大容量コンデンサの放電制御を行う方法であって、
大容量コンデンサの端子間電圧の各々を検出し、
放電用負荷に対し導通状態の大容量コンデンサの端子間電圧と該放電用負荷に対し非導通状態の大容量コンデンサの端子間電圧との差が所定範囲内のときに、該非導通状態の大容量コンデンサと該放電用負荷とを導通させることを特徴とする大容量コンデンサの放電制御方法。
【請求項２６】
各々が共通の放電用負荷へ放電可能であり、各々に抵抗が直列接続され、かつ互いに並列接続された複数の大容量コンデンサの放電制御を行う方法であって、
大容量コンデンサの端子間電圧の各々及び大容量コンデンサの並列接続点間における電圧を検出し、
前記並列接続点間における電圧と放電用負荷に対し非導通状態の大容量コンデンサの端子間電圧との差が所定範囲内のときに、該非導通状態の大容量コンデンサと該放電用負荷とを導通させることを特徴とする大容量コンデンサの放電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気二重層キャパシタや電解コンデンサ等の大容量コンデンサの充電制御装置、大容量コンデンサの放電制御装置、大容量コンデンサの充電制御方法、及び大容量コンデンサの放電制御方法に関する。そして、以下の説明においては、主に電気二重層キャパシタの充電制御または放電制御に適用した場合を念頭に置いて説明するが、本発明は、電解コンデンサの充電制御または放電制御についても適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタは、その大静電容量特性と低内部抵抗特性から、近年その応用範囲を広げている。一般に、電気二重層キャパシタの製造過程において、その性能を引き出すために、数Ａ以下、数十時間の充放電エージングが行われる。また、電気二重層キャパシタの特性検査の一環として、電圧保持特性を測定する。電圧保持特性とは、電気二重層キャパシタを定電圧充電したのち、電気二重層キャパシタの端子を開放して所定の時間放置し、その電圧降下を測定することで、電気二重層キャパシタの漏れ電流特性を明らかにするものである。
【０００３】
従来から、このような充放電エージング、及び電圧保持特性を測定するために、電気二重層キャパシタ個別に電源と負荷を用意した充放電装置が使用されていた。しかし、各電気二重層キャパシタごとに電源と負荷を用意するため、装置として非常に高価なものとなっていた。電気二重層キャパシタの製造原価を下げるためには、より安価にかつ大量に電気二重層キャパシタを充放電エージング、及び電圧保持特性を測定できる装置が望ましい。
【０００４】
そこで、図９に示すように、複数の電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３を並列接続し、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３を一括して充放電する装置が考えられる。ただし、複数の電気二重層キャパシタを並列接続して充放電する際に注意しなければならないのが、その静電容量の大きさと内部抵抗の小ささから、複数の電気二重層キャパシタ間の僅かな電位差でも電気二重層キャパシタ間に大電流が流れることである。例えば、内部抵抗１ｍΩの電気二重層キャパシタにおいて、電気二重層キャパシタ間で電位差が０．１Ｖある場合、その電気二重層キャパシタを並列接続すると、瞬時に５０Ａもの大電流が流れることになる。
【０００５】
図９に示す構成においては、互いに並列接続された電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の各々に電流制限抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３をそれぞれ直列接続することにより、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３間に流れる電流を抑制している。なお、タンタルコンデンサ、電解コンデンサ、フィルム系コンデンサ等のコンデンサのリーク電流測定装置において、互いに並列接続されたコンデンサの各々に電流制限抵抗を直列接続した構成が特開平９−２４３６９３号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２４３６９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図９に示す構成のように、互いに並列接続された電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の各々に電流制限抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３をそれぞれ直列接続した場合は、電流制限抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３による損失が、装置の充放電効率を低下させて消費電力を増加させてしまうという問題点がある。一方、電流制限抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３を省略しようとすると、過大電流を許容できるように装置の設計を行う必要があるため、装置のコストが上昇してしまう。さらに、電気二重層キャパシタに管理できない電流ストレスを加えることになり、品質管理上望ましくない。
【０００８】
本発明は、並列接続された複数の大容量コンデンサを過大電流が流れるのを抑止しながら効率よく充電することができる大容量コンデンサの充電制御装置及び充電制御方法を提供することを目的とする。また、本発明は、並列接続された複数の大容量コンデンサを過大電流が流れるのを抑止しながら効率よく放電することができる大容量コンデンサの放電制御装置及び放電制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る大容量コンデンサの充電制御装置、大容量コンデンサの放電制御装置、大容量コンデンサの充電制御方法、及び大容量コンデンサの放電制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【００１０】
本発明に係る大容量コンデンサの充電制御装置は、各々が共通の充電用電源により充電可能で互いに並列接続された複数の大容量コンデンサの充電制御を行う装置であって、大容量コンデンサの端子間電圧の各々を検出する電圧検出手段と、各大容量コンデンサに対応して配設され、各々が対応する大容量コンデンサと充電用電源との導通／非導通の切り換えが可能な複数のスイッチと、各スイッチを導通させることで、各大容量コンデンサと充電用電源とを導通させる制御手段と、を有し、前記制御手段は、充電用電源に対し非導通状態の大容量コンデンサの端子間電圧と該充電用電源に対し導通状態の大容量コンデンサの端子間電圧との差が所定範囲内のときに、該非導通状態の大容量コンデンサと該充電用電源とを導通させることを要旨とする。
【００１１】
この本発明においては、充電用電源に対し非導通状態の大容量コンデンサの端子間電圧と充電用電源に対し導通状態の大容量コンデンサの端子間電圧との差が所定範囲内のときに、その非導通状態の大容量コンデンサと充電用電源とを導通させる。これによって、大容量コンデンサと充電用電源とを導通させるときに、大容量コンデンサ間に流れる電流を電流制限抵抗を用いることなく抑制することができる。したがって、この本発明によれば、並列接続された複数の大容量コンデンサを過大電流が流れるのを抑止しながら効率よく充電することができる。
【００１２】
本発明に係る大容量コンデンサの充電制御装置において、前記制御手段は、端子間電圧の低い大容量コンデンサから順に前記充電用電源と導通させるものとすることもできる。本発明に係る大容量コンデンサの充電制御装置において、前記制御手段は、前記充電用電源に対し導通状態の大容量コンデンサに流れる電流がほぼ所定の一定値となるように、該充電用電源から出力される電流を制御するものとすることもできる。こうすれば、大容量コンデンサをさらに効率よく充電することができる。この態様の本発明に係る大容量コンデンサの充電制御装置において、前記制御手段は、前記充電用電源に対し非導通状態の大容量コンデンサの１つと該充電用電源とを導通させるときに、該充電用電源から出力される電流が前記所定の一定値分増加するように、該充電用電源から出力される電流を制御するものとすることもできる。
【００１３】
また、本発明に係る大容量コンデンサの充電制御装置は、各々が共通の充電用電源により充電可能で互いに並列接続された複数の大容量コンデンサの充電制御を行う装置であって、各々が対応する大容量コンデンサに直列接続された複数の抵抗と、大容量コンデンサの端子間電圧の各々及び大容量コンデンサの並列接続点間における電圧を検出する電圧検出手段と、各大容量コンデンサに対応して配設され、各々が対応する大容量コンデンサと充電用電源との間の導通／非導通の切り換えが可能な複数のスイッチと、各スイッチを導通させることで、各大容量コンデンサと充電用電源とを導通させる制御手段と、を有し、前記制御手段は、充電用電源に対し非導通状態の大容量コンデンサの端子間電圧と前記並列接続点間における電圧との差が所定範囲内のときに、該非導通状態の大容量コンデンサと該充電用電源とを導通させることを要旨とする。
【００１４】
この本発明においては、充電用電源に対し非導通状態の大容量コンデンサの端子間電圧と大容量コンデンサの並列接続点間における電圧との差が所定範囲内のときに、その非導通状態の大容量コンデンサと充電用電源とを導通させる。これによって、大容量コンデンサと充電用電源とを導通させるときに、大容量コンデンサ間に流れる電流を電流制限抵抗を用いることなく抑制することができる。したがって、この本発明によれば、並列接続された複数の大容量コンデンサを過大電流が流れるのを抑止しながら効率よく充電することができる。
【００１５】
本発明に係る大容量コンデンサの充電制御装置において、前記制御手段は、端子間電圧の低い大容量コンデンサから順に前記充電用電源と導通させるものとすることもできる。本発明に係る大容量コンデンサの充電制御装置において、前記制御手段は、前記充電用電源に対し導通状態の大容量コンデンサに流れる電流が所定の一定値にほぼ収束するように、該充電用電源から出力される電流を制御するものとすることもできる。こうすれば、大容量コンデンサをさらに効率よく充電することができる。
【００１６】
この態様の本発明に係る大容量コンデンサの充電制御装置において、前記制御手段は、前記充電用電源に対し非導通状態の大容量コンデンサの１つと該充電用電源とを導通させるときに、該充電用電源と導通させる大容量コンデンサの容量をＣ、該大容量コンデンサと直列接続された抵抗の抵抗値をＲ、前記所定の一定値をＩ、該大容量コンデンサと該充電用電源とを導通させた時点からの経過時間をｔとすると、該充電用電源から出力される電流の増加分が
【数９】
2005192299.tif 000003
をほぼ満たすように、該充電用電源から出力される電流を制御するものとすることもできる。
【００１７】
この態様の本発明に係る大容量コンデンサの充電制御装置において、前記制御手段は、前記充電用電源に対し非導通状態の大容量コンデンサの１つと該充電用電源とを導通させるときに、該充電用電源と導通させる大容量コンデンサの容量をＣ、該大容量コンデンサと直列接続された抵抗の抵抗値をＲ、前記所定の一定値をＩ、該大容量コンデンサと該充電用電源とを導通させた時点からの経過時間をｔとすると、該充電用電源から出力される電流の増加分が、０≦ｔ＜Ｃ×ＲではＩ×ｔ／(Ｃ×Ｒ)をほぼ満たし、ｔ≧Ｃ×ＲではＩをほぼ満たすように、該充電用電源から出力される電流を制御するものとすることもできる。
【００１８】
この態様の本発明に係る大容量コンデンサの充電制御装置において、前記制御手段は、前記充電用電源と導通させる大容量コンデンサの容量をＣ、該大容量コンデンサと直列接続された抵抗の抵抗値をＲ、前記所定の一定値をＩ、該大容量コンデンサの端子間電圧をＶn、前記並列接続点間における電圧をＶSとすると、ＶS−Ｒ×Ｉ＜Ｖn＜ＶSが成立している時点で、該大容量コンデンサと該充電用電源とを導通させるとともに、該大容量コンデンサと該充電用電源とを導通させた時点からの経過時間をｔとすると、該充電用電源から出力される電流の増加分が
【数１０】
2005192299.tif 000004
では
【数１１】
2005192299.tif 000005
をほぼ満たし、
【数１２】
2005192299.tif 000006
ではＩをほぼ満たすように、該充電用電源から出力される電流を制御するものとすることもできる。
【００１９】
この態様の本発明に係る大容量コンデンサの充電制御装置において、前記制御手段は、前記充電用電源と導通させる大容量コンデンサに直列接続された抵抗の抵抗値をＲ、前記所定の一定値をＩ、該大容量コンデンサの端子間電圧をＶn、前記並列接続点間における電圧をＶSとすると、Ｖn＝ＶS−Ｒ×Ｉがほぼ成立したときに、該大容量コンデンサと該充電用電源とを導通させるとともに、該充電用電源から出力される電流が前記所定の一定値Ｉ分増加するように、該充電用電源から出力される電流を制御するものとすることもできる。
【００２０】
本発明に係る大容量コンデンサの放電制御装置は、各々が共通の放電用負荷へ放電可能で互いに並列接続された複数の大容量コンデンサの放電制御を行う装置であって、各大容量コンデンサに対応して配設され、各々が対応する大容量コンデンサの端子間電圧を検出する複数の電圧検出手段と、各大容量コンデンサに対応して配設され、各々が対応する大容量コンデンサと放電用負荷との導通／非導通の切り換えが可能な複数のスイッチと、各スイッチを導通させることで、各大容量コンデンサと放電用負荷とを導通させる制御手段と、を有し、前記制御手段は、放電用負荷に対し導通状態の大容量コンデンサの端子間電圧と該放電用負荷に対し非導通状態の大容量コンデンサの端子間電圧との差が所定範囲内のときに、該非導通状態の大容量コンデンサと該放電用負荷とを導通させることを要旨とする。
【００２１】
この本発明によれば、大容量コンデンサと放電用負荷とを導通させるときに、大容量コンデンサ間に流れる電流を電流制限抵抗を用いることなく抑制することができるので、並列接続された複数の大容量コンデンサを過大電流が流れるのを抑止しながら効率よく放電することができる。
【００２２】
本発明に係る大容量コンデンサの放電制御装置において、前記制御手段は、端子間電圧の高い大容量コンデンサから順に前記放電用負荷と導通させるものとすることもできる。本発明に係る大容量コンデンサの放電制御装置において、前記制御手段は、前記放電用負荷に対し導通状態の大容量コンデンサから流れる電流がほぼ所定の一定値となるように、該放電用負荷に流れる電流を制御するものとすることもできる。こうすれば、大容量コンデンサをさらに効率よく放電することができる。この態様の本発明に係る大容量コンデンサの放電制御装置において、前記制御手段は、前記放電用負荷に対し非導通状態の大容量コンデンサの１つと該放電用負荷とを導通させるときに、該放電用負荷に流れる電流が前記所定の一定値分増加するように、該放電用負荷に流れる電流を制御するものとすることもできる。
【００２３】
また、本発明に係る大容量コンデンサの放電制御装置は、各々が共通の放電用負荷へ放電可能で互いに並列接続された複数の大容量コンデンサの放電制御を行う装置であって、各々が対応する大容量コンデンサに直列接続された複数の抵抗と、大容量コンデンサの端子間電圧の各々及び大容量コンデンサの並列接続点間における電圧を検出する電圧検出手段と、各大容量コンデンサに対応して配設され、各々が対応する大容量コンデンサと放電用負荷との間の導通／非導通の切り換えが可能な複数のスイッチと、各スイッチを導通させることで、各大容量コンデンサと放電用負荷とを導通させる制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記並列接続点間における電圧と放電用負荷に対し非導通状態の大容量コンデンサの端子間電圧との差が所定範囲内のときに、該非導通状態の大容量コンデンサと該放電用負荷とを導通させることを要旨とする。
【００２４】
この本発明によれば、大容量コンデンサと放電用負荷とを導通させるときに、大容量コンデンサ間に流れる電流を電流制限抵抗を用いることなく抑制することができるので、並列接続された複数の大容量コンデンサを過大電流が流れるのを抑止しながら効率よく放電することができる。
【００２５】
本発明に係る大容量コンデンサの放電制御装置において、前記制御手段は、端子間電圧の高い大容量コンデンサから順に前記放電用負荷と導通させるものとすることもできる。本発明に係る大容量コンデンサの放電制御装置において、前記制御手段は、前記放電用負荷に対し導通状態の大容量コンデンサから流れる電流が所定の一定値にほぼ収束するように、該放電用負荷に流れる電流を制御するものとすることもできる。こうすれば、大容量コンデンサをさらに効率よく放電することができる。
【００２６】
この態様の本発明に係る大容量コンデンサの放電制御装置において、前記制御手段は、前記放電用負荷に対し非導通状態の大容量コンデンサの１つと該放電用負荷とを導通させるときに、該放電用負荷と導通させる大容量コンデンサの容量をＣ、該大容量コンデンサと直列接続された抵抗の抵抗値をＲ、前記所定の一定値をＩ、該大容量コンデンサと該放電用負荷とを導通させた時点からの経過時間をｔとすると、該放電用負荷に流れる電流の増加分が
【数１３】
2005192299.tif 000007
をほぼ満たすように、該放電用負荷に流れる電流を制御するものとすることもできる。
【００２７】
この態様の本発明に係る大容量コンデンサの放電制御装置において、前記制御手段は、前記放電用負荷に対し非導通状態の大容量コンデンサの１つと該放電用負荷とを導通させるときに、該放電用負荷と導通させる大容量コンデンサの容量をＣ、該大容量コンデンサと直列接続された抵抗の抵抗値をＲ、前記所定の一定値をＩ、該大容量コンデンサと該放電用負荷とを導通させた時点からの経過時間をｔとすると、該放電用負荷に流れる電流の増加分が、０≦ｔ＜Ｃ×ＲではＩ×ｔ／(Ｃ×Ｒ)をほぼ満たし、ｔ≧Ｃ×ＲではＩをほぼ満たすように、該放電用負荷に流れる電流を制御するものとすることもできる。
【００２８】
この態様の本発明に係る大容量コンデンサの放電制御装置において、前記制御手段は、前記放電用負荷と導通させる大容量コンデンサの容量をＣ、該大容量コンデンサと直列接続された抵抗の抵抗値をＲ、前記所定の一定値をＩ、該大容量コンデンサの端子間電圧をＶn、前記並列接続点間における電圧をＶSとすると、ＶS＜Ｖn＜ＶS＋Ｒ×Ｉが成立している時点で、該大容量コンデンサと該放電用負荷とを導通させるとともに、該大容量コンデンサと該放電用負荷とを導通させた時点からの経過時間をｔとすると、該放電用負荷に流れる電流の増加分が
【数１４】
2005192299.tif 000008
では
【数１５】
2005192299.tif 000009
をほぼ満たし、
【数１６】
2005192299.tif 000010
ではＩをほぼ満たすように、該放電用負荷に流れる電流を制御するものとすることもできる。
【００２９】
この態様の本発明に係る大容量コンデンサの放電制御装置において、前記制御手段は、前記放電用負荷と導通させる大容量コンデンサに直列接続された抵抗の抵抗値をＲ、前記所定の一定値をＩ、該大容量コンデンサの端子間電圧をＶn、前記並列接続点間における電圧をＶSとすると、Ｖn＝ＶS＋Ｒ×Ｉがほぼ成立したときに、該大容量コンデンサと該放電用負荷とを導通させるとともに、該放電用負荷に流れる電流が前記所定の一定値Ｉ分増加するように、該放電用負荷に流れる電流を制御するものとすることもできる。
【００３０】
本発明に係る大容量コンデンサの充電制御方法は、各々が共通の充電用電源により充電可能で互いに並列接続された複数の大容量コンデンサの充電制御を行う方法であって、大容量コンデンサの端子間電圧の各々を検出し、充電用電源に対し非導通状態の大容量コンデンサの端子間電圧と該充電用電源に対し導通状態の大容量コンデンサの端子間電圧との差が所定範囲内のときに、該非導通状態の大容量コンデンサと該充電用電源とを導通させることを要旨とする。
【００３１】
また、本発明に係る大容量コンデンサの充電制御方法は、各々が共通の充電用電源により充電可能であり、各々に抵抗が直列接続され、かつ互いに並列接続された複数の大容量コンデンサの充電制御を行う方法であって、大容量コンデンサの端子間電圧の各々及び大容量コンデンサの並列接続点間における電圧を検出し、充電用電源に対し非導通状態の大容量コンデンサの端子間電圧と前記並列接続点間における電圧との差が所定範囲内のときに、該非導通状態の大容量コンデンサと該充電用電源とを導通させることを要旨とする。
【００３２】
本発明に係る大容量コンデンサの放電制御方法は、各々が共通の放電用負荷へ放電可能で互いに並列接続された複数の大容量コンデンサの放電制御を行う方法であって、大容量コンデンサの端子間電圧の各々を検出し、放電用負荷に対し導通状態の大容量コンデンサの端子間電圧と該放電用負荷に対し非導通状態の大容量コンデンサの端子間電圧との差が所定範囲内のときに、該非導通状態の大容量コンデンサと該放電用負荷とを導通させることを要旨とする。
【００３３】
また、本発明に係る大容量コンデンサの放電制御方法は、各々が共通の放電用負荷へ放電可能であり、各々に抵抗が直列接続され、かつ互いに並列接続された複数の大容量コンデンサの放電制御を行う方法であって、大容量コンデンサの端子間電圧の各々及び大容量コンデンサの並列接続点間における電圧を検出し、前記並列接続点間における電圧と放電用負荷に対し非導通状態の大容量コンデンサの端子間電圧との差が所定範囲内のときに、該非導通状態の大容量コンデンサと該放電用負荷とを導通させることを要旨とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００３５】
「第１実施形態」
図１は、本発明の第１実施形態に係る大容量コンデンサの充電制御装置及び放電制御装置の両方の機能を備えた充放電制御装置の構成の概略を示す図であり、大容量コンデンサが電気二重層キャパシタである場合を示す。本実施形態の充放電制御装置は、電圧検出器ＶＤＥＴ、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３、及び制御装置ＣＰＵを備えており、共通の充電用電源ＰＳから互いに並列接続された複数の電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３へ充電を行うことができるとともに、互いに並列接続された複数の電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３から共通の放電用負荷Ｕへ放電を行うことができるものである。そして、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の製造工程において、本実施形態の充放電制御装置を用いた電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３充電制御及び放電制御が繰り返して行われる。なお、図１においては、互いに並列接続された電気二重層キャパシタの数を３としているが、電気二重層キャパシタの並列接続数については任意に設定することができる。また、放電用負荷Ｕは、回生機能を有していてもよい。
【００３６】
電圧検出器ＶＤＥＴは、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３の各々を検出する。電圧検出器ＶＤＥＴにより検出された端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３は、制御装置ＣＰＵに入力される。
【００３７】
スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３にそれぞれ対応して配設されている。電気二重層キャパシタＣ１と直列接続されたスイッチＳＷ１は、電気二重層キャパシタＣ１と充電用電源ＰＳ及び放電用負荷Ｕとの間の導通／非導通の切り換えが可能である。同様に、電気二重層キャパシタＣ２と直列接続されたスイッチＳＷ２は、電気二重層キャパシタＣ２と充電用電源ＰＳ及び放電用負荷Ｕとの間の導通／非導通の切り換えが可能であり、電気二重層キャパシタＣ３と直列接続されたスイッチＳＷ３は、電気二重層キャパシタＣ３と充電用電源ＰＳ及び放電用負荷Ｕとの間の導通／非導通の切り換えが可能である。
【００３８】
制御装置ＣＰＵは、入力された電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３に基づいて、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３の導通／非導通の切り換え制御を行う。このスイッチＳＷ１〜ＳＷ３の切り換え制御によって、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の各々と充電用電源ＰＳ及び放電用負荷Ｕとの間の導通／非導通の切り換え制御が行われる。さらに、制御装置ＣＰＵは、充電用電源ＰＳから出力される電流の制御、及び放電用負荷Ｕに流れる電流の制御も行う。
【００３９】
「充電制御」
次に、制御装置ＣＰＵによって実行される充電制御について、図２（Ａ）に示すフローチャートを用いて説明する。ただし、以下の説明では、一例として、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の容量を１０００Ｆとし、充電制御開始前における電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３の大小関係がＶ１＜Ｖ２＜Ｖ３であった場合を説明する。そして、充電制御開始前にはスイッチＳＷ１〜ＳＷ３はすべて非導通であるとし、スイッチＳＷ１を導通させて最も端子間電圧の低い電気二重層キャパシタＣ１を充電用電源ＰＳと導通させることで充電制御を開始するものとする。その際に、電気二重層キャパシタＣ１に流れる充電電流が１Ａの一定値とほぼなるように、充電用電源ＰＳから出力される電流が１Ａに制御される。充電用電源ＰＳが電圧源である場合は、初期電圧がＶ１、電圧上昇率が１ｍＶ／ｓｅｃに設定される。一方、充電用電源ＰＳが電流源である場合は、出力電流が１Ａに設定される。
【００４０】
まずステップ（以下Ｓとする）１においては、電圧検出器ＶＤＥＴにより検出された電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３が読み込まれる。そして、Ｓ２に進む。
【００４１】
Ｓ２においては、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の充電終了条件が成立したか否かが判定される。ここでの充電終了条件の成立については、例えば電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３が所定値以上になった場合に、充電終了条件が成立したと判定することができる。充電終了条件が成立した場合、すなわちＳ２の判定結果がＹＥＳの場合は、充電制御を終了する。一方、充電終了条件が成立しない場合、すなわちＳ２の判定結果がＮＯの場合は、Ｓ３に進む。
【００４２】
Ｓ３においては、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３が比較される。より詳細には、充電用電源ＰＳに対し非導通状態の電気二重層キャパシタの端子間電圧と充電用電源ＰＳに対し導通状態の電気二重層キャパシタの端子間電圧との差が所定範囲内であるか否かが判定される。Ｓ３の判定結果がＮＯの場合は、Ｓ１に戻る。一方、Ｓ３の判定結果がＹＥＳの場合は、Ｓ４に進む。なお、ここでの所定範囲については、Ｓ４で電気二重層キャパシタを充電用電源ＰＳと導通させるときに電気二重層キャパシタ間に過大電流が流れないための範囲として設定することができる。
【００４３】
Ｓ４においては、充電用電源ＰＳに対し導通状態の電気二重層キャパシタとの端子間電圧差が所定範囲内となった電気二重層キャパシタについて、充電用電源ＰＳとの導通が行われる。そして、Ｓ５に進む。
【００４４】
Ｓ５においては、充電用電源ＰＳの充電条件が設定される。ここでは充電用電源ＰＳに対し導通状態の電気二重層キャパシタに流れる電流が１Ａの一定値とほぼなるように、充電用電源ＰＳから出力される電流が制御される。そして、Ｓ１に戻る。
【００４５】
ここで、電気二重層キャパシタＣ２，Ｃ３が充電用電源ＰＳと非導通で電気二重層キャパシタＣ１のみが充電用電源ＰＳと導通している場合を考える。その場合は、電気二重層キャパシタＣ１のみの充電が行われて電気二重層キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖ１のみが上昇することで、電気二重層キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖ１は、充電用電源ＰＳに対し非導通状態の電気二重層キャパシタＣ２，Ｃ３の中で最も端子間電圧の低い電気二重層キャパシタＣ２の端子間電圧Ｖ２に近づく。Ｓ３において、端子間電圧Ｖ２と端子間電圧Ｖ１との差がまだ所定範囲内にないときは、Ｓ３の判定結果はＮＯとなり、電気二重層キャパシタＣ１のみの充電が引き続いて行われる。
【００４６】
その後、Ｓ３において、端子間電圧Ｖ２と端子間電圧Ｖ１との差が所定範囲内となったときに、Ｓ３の判定結果はＹＥＳとなる。その場合は、Ｓ４において、スイッチＳＷ２が導通されることで、充電用電源ＰＳに対し非導通の電気二重層キャパシタの１つＣ２と充電用電源ＰＳとが導通され、電気二重層キャパシタＣ２の充電が開始される。このように、端子間電圧Ｖ２と端子間電圧Ｖ１との差が所定範囲内となってから電気二重層キャパシタＣ２と充電用電源ＰＳとを導通させることにより、電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２間に流れる電流を抑制することができる。
【００４７】
そして、電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２間に流れる電流をさらに抑制するためには、スイッチＳＷ２を導通させるときの端子間電圧Ｖ２と端子間電圧Ｖ１との差は、０に近い方が好ましい。したがって、端子間電圧Ｖ２と端子間電圧Ｖ１とが等しいときに、電気二重層キャパシタＣ２と充電用電源ＰＳとを導通させることが最も好ましい。
【００４８】
また、スイッチＳＷ２を導通させるときは、Ｓ５において、電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２に流れる電流がともに１Ａとなるように、充電用電源ＰＳから出力される電流が１Ａ分増加されて２Ａに制御される。充電用電源ＰＳが電圧源である場合は、電圧上昇率１ｍＶ／ｓｅｃが維持される。一方、充電用電源ＰＳが電流源である場合は、出力電流が１Ａ分増加されて２Ａに設定される。
【００４９】
スイッチＳＷ２の導通後に、電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２の充電が行われて電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２の端子間電圧Ｖ１，Ｖ２が上昇することで、端子間電圧Ｖ１，Ｖ２は、充電用電源ＰＳに対し非導通状態の電気二重層キャパシタＣ３の端子間電圧Ｖ３に近づく。Ｓ３において、端子間電圧Ｖ３と端子間電圧Ｖ１（Ｖ２）との差がまだ所定範囲内にないときは、Ｓ３の判定結果はＮＯとなり、電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２の充電が引き続いて行われる。
【００５０】
その後、Ｓ３において、端子間電圧Ｖ３と端子間電圧Ｖ１（Ｖ２）との差が所定範囲内となったときに、Ｓ３の判定結果はＹＥＳとなる。その場合は、Ｓ４において、スイッチＳＷ３が導通されることで、充電用電源ＰＳに対し非導通の電気二重層キャパシタＣ３と充電用電源ＰＳとが導通され、電気二重層キャパシタＣ３の充電が開始される。このように、端子間電圧Ｖ３と端子間電圧Ｖ１（Ｖ２）との差が所定範囲内となってから電気二重層キャパシタＣ３と充電用電源ＰＳとを導通させることにより、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３間に流れる電流を抑制することができる。さらに、端子間電圧Ｖ３と端子間電圧Ｖ１（Ｖ２）とが等しいときに、電気二重層キャパシタＣ３と充電用電源ＰＳとを導通させることが最も好ましい。
【００５１】
また、スイッチＳＷ３を導通させるときは、Ｓ５において、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３に流れる電流がともに１Ａとなるように、充電用電源ＰＳから出力される電流が１Ａ分増加されて３Ａに制御される。充電用電源ＰＳが電圧源である場合は、電圧上昇率１ｍＶ／ｓｅｃが維持される。一方、充電用電源ＰＳが電流源である場合は、出力電流が１Ａ分増加されて３Ａに設定される。
【００５２】
スイッチＳＷ３の導通後に、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３すべての充電が行われて電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３が上昇する。Ｓ２において、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３が所定値以上になった場合は、充電制御を終了する。以上のように、本実施形態の充電制御においては、端子間電圧の低い電気二重層キャパシタから順に充電用電源ＰＳと導通させる。
【００５３】
以上の充電制御における電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の充電電流、充電用電源ＰＳの電流及び電圧の時系列波形の概略を図３（Ａ）のタイムチャートに示す。図３（Ａ）からもわかるように、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の充電に要する時間は充電量の最も多い電気二重層キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖ１で決定されることになる。したがって、本実施形態の充電制御により充電時間の増大を招くものではない。
【００５４】
「放電制御」
次に、制御装置ＣＰＵによって実行される放電制御について、図２（Ｂ）に示すフローチャートを用いて説明する。ただし、以下の説明では、一例として、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の容量を１０００Ｆとし、放電制御開始前における電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３の大小関係がＶ１＞Ｖ２＞Ｖ３であった場合を説明する。そして、放電制御開始前にはスイッチＳＷ１〜ＳＷ３はすべて非導通であるとし、スイッチＳＷ１を導通させて最も端子間電圧の高い電気二重層キャパシタＣ１を放電用負荷Ｕと導通させることで放電制御を開始するものとする。その際に、電気二重層キャパシタＣ１から流れる放電電流が１Ａの一定値とほぼなるように、放電用負荷Ｕに流れる電流が１Ａに制御される。放電用負荷Ｕが電圧制御負荷である場合は、初期電圧がＶ１、電圧降下率が１ｍＶ／ｓｅｃに設定される。一方、放電用負荷Ｕが電流制御負荷である場合は、電流が１Ａに設定される。
【００５５】
まずＳ１１においては、電圧検出器ＶＤＥＴにより検出された電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３が読み込まれる。そして、Ｓ１２に進む。
【００５６】
Ｓ１２においては、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の放電終了条件が成立したか否かが判定される。ここでの放電終了条件の成立については、例えば電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３が所定値以下になった場合に、放電終了条件が成立したと判定することができる。放電終了条件が成立した場合、すなわちＳ１２の判定結果がＹＥＳの場合は、放電制御を終了する。一方、放電終了条件が成立しない場合、すなわちＳ１２の判定結果がＮＯの場合は、Ｓ１３に進む。
【００５７】
Ｓ１３においては、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３が比較される。より詳細には、放電用負荷Ｕに対し導通状態の電気二重層キャパシタの端子間電圧と放電用負荷Ｕに対し非導通状態の電気二重層キャパシタの端子間電圧との差が所定範囲内であるか否かが判定される。Ｓ１３の判定結果がＮＯの場合は、Ｓ１１に戻る。一方、Ｓ１３の判定結果がＹＥＳの場合は、Ｓ１４に進む。なお、ここでの所定範囲については、Ｓ１４で電気二重層キャパシタを放電用負荷Ｕと導通させるときに電気二重層キャパシタ間に過大電流が流れないための範囲として設定することができる。
【００５８】
Ｓ１４においては、放電用負荷Ｕに対し導通状態の電気二重層キャパシタとの端子間電圧差が所定範囲内となった電気二重層キャパシタについて、放電用負荷Ｕとの導通が行われる。そして、Ｓ１５に進む。
【００５９】
Ｓ１５においては、放電用負荷Ｕの放電条件が設定される。ここでは放電用負荷Ｕに対し導通状態の電気二重層キャパシタから流れる電流が１Ａの一定値とほぼなるように、放電用負荷Ｕに流れる電流が制御される。そして、Ｓ１１に戻る。
【００６０】
ここで、電気二重層キャパシタＣ２，Ｃ３が放電用負荷Ｕと非導通で電気二重層キャパシタＣ１のみが放電用負荷Ｕと導通している場合を考える。その場合は、電気二重層キャパシタＣ１のみの放電が行われて電気二重層キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖ１のみが降下することで、電気二重層キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖ１は、放電用負荷Ｕに対し非導通状態の電気二重層キャパシタＣ２，Ｃ３の中で最も端子間電圧の高い電気二重層キャパシタＣ２の端子間電圧Ｖ２に近づく。Ｓ１３において、端子間電圧Ｖ１と端子間電圧Ｖ２との差がまだ所定範囲内にないときは、Ｓ１３の判定結果はＮＯとなり、電気二重層キャパシタＣ１のみの放電が引き続いて行われる。
【００６１】
その後、Ｓ１３において、端子間電圧Ｖ１と端子間電圧Ｖ２との差が所定範囲内となったときに、Ｓ１３の判定結果はＹＥＳとなる。その場合は、Ｓ１４において、スイッチＳＷ２が導通されることで、放電用負荷Ｕに対し非導通の電気二重層キャパシタの１つＣ２と放電用負荷Ｕとが導通され、電気二重層キャパシタＣ２の放電が開始される。このように、端子間電圧Ｖ１と端子間電圧Ｖ２との差が所定範囲内となってから電気二重層キャパシタＣ２と放電用負荷Ｕとを導通させることにより、電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２間に流れる電流を抑制することができる。さらに、端子間電圧Ｖ１と端子間電圧Ｖ２とが等しいときに、電気二重層キャパシタＣ２と放電用負荷Ｕとを導通させることが最も好ましい。
【００６２】
また、スイッチＳＷ２を導通させるときは、Ｓ１５において、電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２から流れる電流がともに１Ａとなるように、放電用負荷Ｕに流れる電流が１Ａ分増加されて２Ａに制御される。放電用負荷Ｕが電圧制御負荷である場合は、電圧降下率１ｍＶ／ｓｅｃが維持される。一方、放電用負荷Ｕが電流制御負荷である場合は、電流が１Ａ分増加されて２Ａに設定される。
【００６３】
スイッチＳＷ２の導通後に、電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２の放電が行われて電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２の端子間電圧Ｖ１，Ｖ２が降下することで、端子間電圧Ｖ１，Ｖ２は、放電用負荷Ｕに対し非導通状態の電気二重層キャパシタＣ３の端子間電圧Ｖ３に近づく。Ｓ１３において、端子間電圧Ｖ１（Ｖ２）と端子間電圧Ｖ３との差がまだ所定範囲内にないときは、Ｓ１３の判定結果はＮＯとなり、電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２の放電が引き続いて行われる。
【００６４】
その後、Ｓ１３において、端子間電圧Ｖ１（Ｖ２）と端子間電圧Ｖ３との差が所定範囲内となったときに、Ｓ１３の判定結果はＹＥＳとなる。その場合は、Ｓ１４において、スイッチＳＷ３が導通されることで、放電用負荷Ｕに対し非導通の電気二重層キャパシタＣ３と放電用負荷Ｕとが導通され、電気二重層キャパシタＣ３の放電が開始される。このように、端子間電圧Ｖ１（Ｖ２）と端子間電圧Ｖ３との差が所定範囲内となってから電気二重層キャパシタＣ３と放電用負荷Ｕとを導通させることにより、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３間に流れる電流を抑制することができる。さらに、端子間電圧Ｖ１（Ｖ２）と端子間電圧Ｖ３とが等しいときに、電気二重層キャパシタＣ３と放電用負荷Ｕとを導通させることが最も好ましい。
【００６５】
また、スイッチＳＷ３を導通させるときは、Ｓ１５において、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３から流れる電流がともに１Ａとなるように、放電用負荷Ｕに流れる電流が１Ａ分増加されて３Ａに制御される。放電用負荷Ｕが電圧制御負荷である場合は、電圧降下率１ｍＶ／ｓｅｃが維持される。一方、放電用負荷Ｕが電流制御負荷である場合は、電流が１Ａ分増加されて３Ａに設定される。
【００６６】
スイッチＳＷ３の導通後に、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３すべての放電が行われて電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３が降下する。Ｓ１２において、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３が所定値以下になった場合は、放電制御を終了する。以上のように、本実施形態の放電制御においては、端子間電圧の高い電気二重層キャパシタから順に放電用負荷Ｕと導通させる。
【００６７】
以上の放電制御における電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の放電電流、放電用負荷Ｕの電流及び電圧の時系列波形の概略を図３（Ｂ）のタイムチャートに示す。図３（Ｂ）からもわかるように、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の放電に要する時間は放電量の最も多い電気二重層キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖ１で決定されることになる。したがって、本実施形態の放電制御により放電時間の増大を招くものではない。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態においては、充電用電源ＰＳ（または放電用負荷Ｕ）に対し非導通状態の電気二重層キャパシタの端子間電圧と充電用電源ＰＳ（または放電用負荷Ｕ）に対し導通状態の電気二重層キャパシタの端子間電圧との差が所定範囲内のときに、その非導通状態の電気二重層キャパシタを充電用電源ＰＳ（または放電用負荷Ｕ）と導通させる。これによって、非導通状態の電気二重層キャパシタを充電用電源ＰＳ（または放電用負荷Ｕ）と導通させるときに、電気二重層キャパシタ間に流れる電流を電流制限抵抗を用いることなく抑制することができる。したがって、本実施形態によれば、並列接続された複数の電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３について、過大電流が流れるのを抑止しながら効率よく充放電を行うことができる。
【００６９】
さらに、本実施形態においては、充電用電源ＰＳ（または放電用負荷Ｕ）に対し導通状態の電気二重層キャパシタの電流がほぼ一定値となるように、充電用電源ＰＳ（または放電用負荷Ｕ）の電流を制御しているので、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の充放電をさらに効率よく行うことができる。
【００７０】
なお、本実施形態においては、図４に示すように、複数の電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３をトランスＴＲを介して並列接続し、充電用電源ＰＳからトランスＴＲを介して電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３へ充電を行うとともに、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３からトランスＴＲを介して放電用負荷Ｕへ放電を行ってもよい。図４に示す構成においては、図１に示す構成と比較して、ＤＣ−ＡＣコンバータＤＡ１，ＤＡ２及びトランスＴＲがさらに設けられている。
【００７１】
電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の充電が行われる場合は、充電用電源ＰＳの直流電圧がＤＣ−ＡＣコンバータＤＡ１にて交流に変換される。変換された交流電圧はトランスＴＲを介してＤＣ−ＡＣコンバータＤＡ２に入力される。入力された交流電圧はＤＣ−ＡＣコンバータＤＡ２にて直流電圧に変換される。変換された直流電圧はスイッチＳＷ１〜ＳＷ３が導通している電気二重層キャパシタに印加される。以上のようにして充電用電源ＰＳからスイッチＳＷ１〜ＳＷ３が導通している電気二重層キャパシタに電力が供給される。なお、ＤＣ−ＡＣコンバータＤＡ２を介して電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３とそれぞれ接続される巻線Ｌ１〜Ｌ３の巻数は等しい。
【００７２】
一方、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の放電が行われる場合は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が導通している電気二重層キャパシタの直流電圧がＤＣ−ＡＣコンバータＤＡ２にて交流に変換される。変換された交流電圧はトランスＴＲを介してＤＣ−ＡＣコンバータＤＡ１に入力される。入力された交流電圧はＤＣ−ＡＣコンバータＤＡ１にて直流電圧に変換される。変換された直流電圧は放電用負荷Ｕに印加される。以上のようにしてスイッチＳＷ１〜ＳＷ３が導通している電気二重層キャパシタから放電用負荷Ｕに電力が供給される。
【００７３】
なお、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の充電及び放電を行うときのスイッチＳＷ１〜ＳＷ３の導通制御については、図１に示す構成で説明した制御を適用可能なため説明を省略する。
【００７４】
「第２実施形態」
図５は、本発明の第２実施形態に係る大容量コンデンサの充電制御装置及び放電制御装置の両方の機能を備えた充放電制御装置の構成の概略を示す図であり、第１実施形態と同様に大容量コンデンサが電気二重層キャパシタである場合を示す。本実施形態の充放電制御装置は、第１実施形態と比較して電流検出用抵抗Ｒ１〜Ｒ３をさらに備えている。なお、図５においては、互いに並列接続された電気二重層キャパシタの数を３としているが、電気二重層キャパシタの並列接続数については任意に設定することができる。
【００７５】
電流検出用抵抗Ｒ１〜Ｒ３は、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３とそれぞれ直列接続されている。電流検出用抵抗Ｒ１は、電気二重層キャパシタＣ１への充電電流及び電気二重層キャパシタＣ１からの放電電流を検出する。同様に、電流検出用抵抗Ｒ２は、電気二重層キャパシタＣ２への充電電流及び電気二重層キャパシタＣ２からの放電電流を検出し、電流検出用抵抗Ｒ３は、電気二重層キャパシタＣ３への充電電流及び電気二重層キャパシタＣ３からの放電電流を検出する。電流検出用抵抗Ｒ１〜Ｒ３の検出信号は、制御装置ＣＰＵに入力され、異常電流が流れる電気二重層キャパシタの検出、及び各電気二重層キャパシタの容量の算出に用いられる。なお、電流検出用抵抗Ｒ１〜Ｒ３は、図９の電流制限抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３より抵抗値が極めて小さいものであるため、充電効率の低下を招くものではない。
【００７６】
電圧検出器ＶＤＥＴは、第１実施形態と同様に、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３の各々を検出する。さらに、電圧検出器ＶＤＥＴは、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の並列接続点間における電圧ＶSも検出する。電圧検出器ＶＤＥＴによる検出信号は、制御装置ＣＰＵに入力される。
【００７７】
なお、他の構成については第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００７８】
「充電制御」
次に、制御装置ＣＰＵによって実行される充電制御について、図６（Ａ）に示すフローチャートを用いて説明する。ただし、以下の説明では、一例として、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の容量をＣ＝１０００Ｆ、電流検出用抵抗Ｒ１〜Ｒ３の抵抗値をＲ＝２５ｍΩとし、充電制御開始前における電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３の大小関係がＶ１＜Ｖ２＜Ｖ３であった場合を説明する。そして、充電制御開始前にはスイッチＳＷ１〜ＳＷ３はすべて非導通であるとし、スイッチＳＷ１を導通させて最も端子間電圧の低い電気二重層キャパシタＣ１を充電用電源ＰＳと導通させることで充電制御を開始するものとする。その際に、電気二重層キャパシタＣ１に流れる充電電流がＩ0＝１Ａの一定値にほぼ収束するように、充電用電源ＰＳから出力される電流が制御される。充電用電源ＰＳが電圧源である場合は、初期電圧がＶ１、電圧上昇率が１ｍＶ／ｓｅｃに設定される。一方、充電用電源ＰＳが電流源である場合は、出力電流Ｉ1が下記の式１に従って設定される。なお、下記の式１におけるｔ1は、スイッチＳＷ１を導通させた時点からの経過時間である。
【数１７】
2005192299.tif 000011
【００７９】
まずＳ２１においては、電圧検出器ＶＤＥＴにより検出された電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３、及び電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の並列接続点間における電圧ＶSが読み込まれる。そして、Ｓ２２に進む。
【００８０】
Ｓ２２においては、第１実施形態のＳ２と同様に、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の充電終了条件が成立したか否かが判定される。Ｓ２２の判定結果がＹＥＳの場合は、充電制御を終了する。一方、Ｓ２２の判定結果がＮＯの場合は、Ｓ２３に進む。
【００８１】
Ｓ２３においては、充電用電源ＰＳの充電条件が設定される。ここでは充電用電源ＰＳに対し導通状態の電気二重層キャパシタに流れる電流がＩ0＝１Ａの一定値にほぼ収束するように、充電用電源ＰＳから出力される電流が制御される。そして、Ｓ２４に進む。
【００８２】
Ｓ２４においては、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３と、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の並列接続点間における電圧ＶSと、が比較される。より詳細には、充電用電源ＰＳに対し非導通状態の電気二重層キャパシタの端子間電圧と電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の並列接続点間における電圧ＶSとの差が所定範囲内であるか否かが判定される。Ｓ２４の判定結果がＮＯの場合は、Ｓ２１に戻る。一方、Ｓ２４の判定結果がＹＥＳの場合は、Ｓ２５に進む。なお、ここでの所定範囲については、Ｓ２５で電気二重層キャパシタを充電用電源ＰＳと導通させるときに電気二重層キャパシタ間に過大電流が流れないための範囲として設定することができる。
【００８３】
Ｓ２５においては、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の並列接続点間における電圧ＶSとの差が所定範囲内となった電気二重層キャパシタについて、充電用電源ＰＳとの導通が行われる。そして、Ｓ２６に進む。
【００８４】
Ｓ２６においては、充電用電源ＰＳの充電条件が設定される。ここでは充電用電源ＰＳに対し導通状態の電気二重層キャパシタに流れる電流がＩ0＝１Ａの一定値にほぼ収束するように、充電用電源ＰＳから出力される電流が制御される。そして、Ｓ２１に戻る。
【００８５】
ここで、第１実施形態と同様に、電気二重層キャパシタＣ２，Ｃ３が充電用電源ＰＳと非導通で電気二重層キャパシタＣ１のみが充電用電源ＰＳと導通している場合を考える。その場合は、電気二重層キャパシタＣ１のみの充電が行われ、並列接続点間における電圧ＶSは、充電用電源ＰＳに対し非導通状態の電気二重層キャパシタＣ２，Ｃ３の中で最も端子間電圧の低い電気二重層キャパシタＣ２の端子間電圧Ｖ２に近づく。Ｓ２４において、端子間電圧Ｖ２と電圧ＶSとの差がまだ所定範囲内にないときは、Ｓ２４の判定結果はＮＯとなり、電気二重層キャパシタＣ１のみの充電が引き続いて行われる。
【００８６】
その後、Ｓ２４において、端子間電圧Ｖ２と電圧ＶSとの差が所定範囲内となったときに、Ｓ２４の判定結果はＹＥＳとなる。その場合は、Ｓ２５において、スイッチＳＷ２が導通されることで、充電用電源ＰＳに対し非導通の電気二重層キャパシタの１つＣ２と充電用電源ＰＳとが導通され、電気二重層キャパシタＣ２の充電が開始される。このように、端子間電圧Ｖ２と電圧ＶSとの差が所定範囲内となってから電気二重層キャパシタＣ２と充電用電源ＰＳとを導通させることにより、電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２間に流れる電流を抑制することができる。さらに、端子間電圧Ｖ２と電圧ＶSとが等しいときに、電気二重層キャパシタＣ２と充電用電源ＰＳとを導通させることが最も好ましい。
【００８７】
また、スイッチＳＷ２を導通させるときは、Ｓ２６において、電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２に流れる電流がともにＩ0＝１Ａに収束するように、充電用電源ＰＳから出力される電流が制御される。充電用電源ＰＳが電圧源である場合は、電圧上昇率１ｍＶ／ｓｅｃが維持される。一方、充電用電源ＰＳが電流源である場合は、出力電流Ｉ2がＩ1より増加して下記の式２に従って設定される。なお、下記の式２におけるｔ2は、スイッチＳＷ２を導通させた時点からの経過時間である。
【数１８】
2005192299.tif 000012
【００８８】
スイッチＳＷ２の導通後に、電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２の充電が行われ、並列接続点間における電圧ＶSは、充電用電源ＰＳに対し非導通状態の電気二重層キャパシタＣ３の端子間電圧Ｖ３に近づく。Ｓ２４において、端子間電圧Ｖ３と電圧ＶSとの差がまだ所定範囲内にないときは、Ｓ２４の判定結果はＮＯとなり、電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２の充電が引き続いて行われる。
【００８９】
その後、Ｓ２４において、端子間電圧Ｖ３と電圧ＶSとの差が所定範囲内となったときに、Ｓ２４の判定結果はＹＥＳとなる。その場合は、Ｓ２５において、スイッチＳＷ３が導通されることで、充電用電源ＰＳに対し非導通の電気二重層キャパシタＣ３と充電用電源ＰＳとが導通され、電気二重層キャパシタＣ３の充電が開始される。このように、端子間電圧Ｖ３と電圧ＶSとの差が所定範囲内となってから電気二重層キャパシタＣ３と充電用電源ＰＳとを導通させることにより、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３間に流れる電流を抑制することができる。さらに、端子間電圧Ｖ３と電圧ＶSとが等しいときに、電気二重層キャパシタＣ３と充電用電源ＰＳとを導通させることが最も好ましい。
【００９０】
また、スイッチＳＷ３を導通させるときは、Ｓ２６において、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３に流れる電流がともにＩ0＝１Ａに収束するように、充電用電源ＰＳから出力される電流が制御される。充電用電源ＰＳが電圧源である場合は、電圧上昇率１ｍＶ／ｓｅｃが維持される。一方、充電用電源ＰＳが電流源である場合は、出力電流Ｉ3がＩ2より増加して下記の式３に従って設定される。なお、下記の式３におけるｔ3は、スイッチＳＷ３を導通させた時点からの経過時間である。
【数１９】
2005192299.tif 000013
【００９１】
スイッチＳＷ３の導通後に、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３すべての充電が行われて電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３が上昇する。Ｓ２２において、充電終了条件が成立した場合は、充電制御を終了する。以上のように、本実施形態の充電制御においても、端子間電圧の低い電気二重層キャパシタから順に充電用電源ＰＳと導通させる。
【００９２】
以上の充電制御における電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の充電電流、充電用電源ＰＳの電流及び電圧の時系列波形の概略を図７（Ａ）のタイムチャートに示す。図７（Ａ）からもわかるように、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の充電に要する時間は充電量の最も多い電気二重層キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖ１で決定されることになる。したがって、本実施形態の充電制御により充電時間の増大を招くものではない。
【００９３】
「放電制御」
次に、制御装置ＣＰＵによって実行される放電制御について、図７（Ｂ）に示すフローチャートを用いて説明する。ただし、以下の説明では、一例として、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の容量を１０００Ｆ、電流検出用抵抗Ｒ１〜Ｒ３の抵抗値をＲ＝２５ｍΩとし、放電制御開始前における電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３の大小関係がＶ１＞Ｖ２＞Ｖ３であった場合を説明する。そして、放電制御開始前にはスイッチＳＷ１〜ＳＷ３はすべて非導通であるとし、スイッチＳＷ１を導通させて最も端子間電圧の高い電気二重層キャパシタＣ１を放電用負荷Ｕと導通させることで放電制御を開始するものとする。その際に、電気二重層キャパシタＣ１から流れる放電電流がＩ0＝１Ａの一定値にほぼ収束するように、放電用負荷Ｕに流れる電流が制御される。放電用負荷Ｕが電圧制御負荷である場合は、初期電圧がＶ１、電圧降下率が１ｍＶ／ｓｅｃに設定される。一方、放電用負荷Ｕが電流制御負荷である場合は、電流Ｉ1が前記の式１に従って設定される。
【００９４】
まずＳ３１においては、電圧検出器ＶＤＥＴにより検出された電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３、及び電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の並列接続点間における電圧ＶSが読み込まれる。そして、Ｓ３２に進む。
【００９５】
Ｓ３２においては、第１実施形態のＳ１２と同様に、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の放電終了条件が成立したか否かが判定される。Ｓ３２の判定結果がＹＥＳの場合は、放電制御を終了する。一方、Ｓ３２の判定結果がＮＯの場合は、Ｓ３３に進む。
【００９６】
Ｓ３３においては、放電用負荷Ｕの放電条件が設定される。ここでは放電用負荷Ｕに対し導通状態の電気二重層キャパシタから流れる電流がＩ0＝１Ａの一定値にほぼ収束するように、放電用負荷Ｕに流れる電流が制御される。そして、Ｓ３４に進む。
【００９７】
Ｓ３４においては、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３と、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の並列接続点間における電圧ＶSと、が比較される。より詳細には、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の並列接続点間における電圧ＶSと放電用負荷Ｕに対し非導通状態の電気二重層キャパシタの端子間電圧との差が所定範囲内であるか否かが判定される。Ｓ３４の判定結果がＮＯの場合は、Ｓ３１に戻る。一方、Ｓ３４の判定結果がＹＥＳの場合は、Ｓ３５に進む。なお、ここでの所定範囲については、Ｓ３５で電気二重層キャパシタを放電用負荷Ｕと導通させるときに電気二重層キャパシタ間に過大電流が流れないための範囲として設定することができる。
【００９８】
Ｓ３５においては、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の並列接続点間における電圧ＶSとの差が所定範囲内となった電気二重層キャパシタについて、放電用負荷Ｕとの導通が行われる。そして、Ｓ３６に進む。
【００９９】
Ｓ３６においては、放電用負荷Ｕの放電条件が設定される。ここでは放電用負荷Ｕに対し導通状態の電気二重層キャパシタから流れる電流がＩ0＝１Ａの一定値にほぼ収束するように、放電用負荷Ｕに流れる電流が制御される。そして、Ｓ３１に戻る。
【０１００】
ここで、第１実施形態と同様に、電気二重層キャパシタＣ２，Ｃ３が放電用負荷Ｕと非導通で電気二重層キャパシタＣ１のみが放電用負荷Ｕと導通している場合を考える。その場合は、電気二重層キャパシタＣ１のみの放電が行われ、並列接続点間における電圧ＶSは、放電用負荷Ｕに対し非導通状態の電気二重層キャパシタＣ２，Ｃ３の中で最も端子間電圧の高い電気二重層キャパシタＣ２の端子間電圧Ｖ２に近づく。Ｓ３４において、電圧ＶSと端子間電圧Ｖ２との差がまだ所定範囲内にないときは、Ｓ３４の判定結果はＮＯとなり、電気二重層キャパシタＣ１のみの放電が引き続いて行われる。
【０１０１】
その後、Ｓ３４において、電圧ＶSと端子間電圧Ｖ２との差が所定範囲内となったときに、Ｓ３４の判定結果はＹＥＳとなる。その場合は、Ｓ３５において、スイッチＳＷ２が導通されることで、放電用負荷Ｕに対し非導通の電気二重層キャパシタの１つＣ２と放電用負荷Ｕとが導通され、電気二重層キャパシタＣ２の放電が開始される。このように、電圧ＶSと端子間電圧Ｖ２との差が所定範囲内となってから電気二重層キャパシタＣ２と放電用負荷Ｕとを導通させることにより、電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２間に流れる電流を抑制することができる。さらに、電圧ＶSと端子間電圧Ｖ２とが等しいときに、電気二重層キャパシタＣ２と放電用負荷Ｕとを導通させることが最も好ましい。
【０１０２】
また、スイッチＳＷ２を導通させるときは、Ｓ３６において、電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２から流れる電流がともにＩ0＝１Ａに収束するように、放電用負荷Ｕに流れる電流が制御される。放電用負荷Ｕが電圧制御負荷である場合は、電圧降下率１ｍＶ／ｓｅｃが維持される。一方、放電用負荷Ｕが電流制御負荷である場合は、電流Ｉ2がＩ1より増加して前記の式２に従って設定される。
【０１０３】
スイッチＳＷ２の導通後に、電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２の放電が行われ、並列接続点間における電圧ＶSは、放電用負荷Ｕに対し非導通状態の電気二重層キャパシタＣ３の端子間電圧Ｖ３に近づく。Ｓ３４において、電圧ＶSと端子間電圧Ｖ３との差がまだ所定範囲内にないときは、Ｓ３４の判定結果はＮＯとなり、電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２の放電が引き続いて行われる。
【０１０４】
その後、Ｓ３４において、電圧ＶSと端子間電圧Ｖ３との差が所定範囲内となったときに、Ｓ３４の判定結果はＹＥＳとなる。その場合は、Ｓ３５において、スイッチＳＷ３が導通されることで、放電用負荷Ｕに対し非導通の電気二重層キャパシタＣ３と放電用負荷Ｕとが導通され、電気二重層キャパシタＣ３の放電が開始される。このように、電圧ＶSと端子間電圧Ｖ３との差が所定範囲内となってから電気二重層キャパシタＣ３と放電用負荷Ｕとを導通させることにより、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３間に流れる電流を抑制することができる。さらに、電圧ＶSと端子間電圧Ｖ３とが等しいときに、電気二重層キャパシタＣ３と放電用負荷Ｕとを導通させることが最も好ましい。
【０１０５】
また、スイッチＳＷ３を導通させるときは、Ｓ３６において、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３から流れる電流がともにＩ0＝１Ａに収束するように、放電用負荷Ｕに流れる電流が制御される。放電用負荷Ｕが電圧制御負荷である場合は、電圧降下率１ｍＶ／ｓｅｃが維持される。一方、放電用負荷Ｕが電流制御負荷である場合は、電流Ｉ3がＩ2より増加して前記の式３に従って設定される。
【０１０６】
スイッチＳＷ３の導通後に、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３すべての放電が行われて電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３が降下する。Ｓ３２において、放電終了条件が成立した場合は、放電制御を終了する。以上のように、本実施形態の放電制御においては、端子間電圧の高い電気二重層キャパシタから順に放電用負荷Ｕと導通させる。
【０１０７】
以上の放電制御における電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の放電電流、放電用負荷Ｕの電流及び電圧の時系列波形の概略を図７（Ｂ）のタイムチャートに示す。図７（Ｂ）からもわかるように、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の放電に要する時間は放電量の最も多い電気二重層キャパシタＣ１の端子間電圧Ｖ１で決定されることになる。したがって、本実施形態の放電制御により放電時間の増大を招くものではない。
【０１０８】
以上説明したように、本実施形態においては、充電用電源ＰＳ（または放電用負荷Ｕ）に対し非導通状態の電気二重層キャパシタの端子間電圧と電気二重層キャパシタの並列接続点間における電圧ＶSとの差が所定範囲内のときに、その非導通状態の電気二重層キャパシタを充電用電源ＰＳ（または放電用負荷Ｕ）と導通させる。これによって、非導通状態の電気二重層キャパシタを充電用電源ＰＳ（または放電用負荷Ｕ）と導通させるときに、電気二重層キャパシタ間に流れる電流を電流制限抵抗を用いることなく抑制することができる。したがって、本実施形態によれば、並列接続された複数の電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３について、過大電流が流れるのを抑止しながら効率よく充放電を行うことができる。
【０１０９】
さらに、本実施形態においては、充電用電源ＰＳ（または放電用負荷Ｕ）に対し導通状態の電気二重層キャパシタの電流がほぼ一定値に収束するように、充電用電源ＰＳ（または放電用負荷Ｕ）の電流を制御しているので、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の充放電をさらに効率よく行うことができる。
【０１１０】
なお、本実施形態においては、充電制御時における充電用電源ＰＳから出力される電流、及び放電制御時における放電用負荷Ｕに流れる電流を式１，２，３に従って設定した場合について説明した。ただし、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を導通させた時点からの経過時間ｔ1〜ｔ3が例えば３×Ｃ×Ｒ以上であるときは、式１をＩ1＝Ｉ0、式２をＩ2＝Ｉ1＋Ｉ0、式３をＩ3＝Ｉ2＋Ｉ0に近似することもできる。
【０１１１】
さらに、式１，２，３を直線近似して充電制御時における充電用電源ＰＳから出力される電流、及び放電制御時における放電用負荷Ｕに流れる電流を設定することもできる。その場合は、式１のＩ1を、０≦ｔ1＜Ｃ×Ｒでは下記の式４に近似し、ｔ1≧Ｃ×ＲではＩ1＝Ｉ0に近似する。同様に、式２のＩ2を、０≦ｔ2＜Ｃ×Ｒでは下記の式４のＩ1より増加させた下記の式５に近似し、ｔ2≧Ｃ×ＲではＩ1より増加させたＩ2＝Ｉ1＋Ｉ0に近似する。同様に、式３のＩ3を、０≦ｔ3＜Ｃ×Ｒでは下記の式５のＩ2より増加させた下記の式６に近似し、ｔ3≧Ｃ×ＲではＩ2より増加させたＩ3＝Ｉ2＋Ｉ0に近似する。
【数２０】
2005192299.tif 000014
【０１１２】
さらに、本実施形態においては、充電制御時及び放電制御時におけるスイッチＳＷ１〜ＳＷ３の各々を導通させる条件を以下に説明するように設定することもできる。ただし、以下の説明でも、前記の説明と同様に、充電制御開始前における電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３の大小関係がＶ１＜Ｖ２＜Ｖ３であり、放電制御開始前における電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３の大小関係がＶ１＞Ｖ２＞Ｖ３であった場合を説明する。
【０１１３】
充電制御時において、電気二重層キャパシタＣ１に流れる電流がＩ0＝１Ａとなるように、充電用電源ＰＳから出力される電流Ｉ1がＩ0＝１Ａに設定されているとする。その後、並列接続点間における電圧ＶSが電気二重層キャパシタＣ２の端子間電圧Ｖ２まで上昇しても、まだスイッチＳＷ２を導通させない。そして、Ｖ２＝ＶS−Ｒ×Ｉ0がほぼ成立した時点でスイッチＳＷ２を導通させることにより、電気二重層キャパシタＣ２と充電用電源ＰＳとを導通させる。また、スイッチＳＷ２を導通させるときに、電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２に流れる電流がともにＩ0＝１Ａとなるように、充電用電源ＰＳから出力される電流Ｉ2がＩ0＝１Ａ分増加されて２×Ｉ0＝２Ａに設定される。
【０１１４】
同様に、並列接続点間における電圧ＶSが電気二重層キャパシタＣ３の端子間電圧Ｖ３まで上昇しても、まだスイッチＳＷ３を導通させない。そして、Ｖ３＝ＶS−Ｒ×Ｉ0がほぼ成立した時点でスイッチＳＷ３を導通させることにより、電気二重層キャパシタＣ３と充電用電源ＰＳとを導通させる。また、スイッチＳＷ３を導通させるときに、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３に流れる電流がともにＩ0＝１Ａとなるように、充電用電源ＰＳから出力される電流Ｉ3がＩ0＝１Ａ分増加されて３×Ｉ0＝３Ａに設定される。
【０１１５】
一方、放電制御時において、電気二重層キャパシタＣ１から流れる電流がＩ0＝１Ａとなるように、放電用負荷Ｕに流れる電流Ｉ1がＩ0＝１Ａに設定されているとする。その後、並列接続点間における電圧ＶSが電気二重層キャパシタＣ２の端子間電圧Ｖ２まで降下しても、まだスイッチＳＷ２を導通させない。そして、Ｖ２＝ＶS＋Ｒ×Ｉ0がほぼ成立した時点でスイッチＳＷ２を導通させることにより、電気二重層キャパシタＣ２と放電用負荷Ｕとを導通させる。また、スイッチＳＷ２を導通させるときに、電気二重層キャパシタＣ１，Ｃ２から流れる電流がともにＩ0＝１Ａとなるように、放電用負荷Ｕに流れる電流Ｉ2がＩ0＝１Ａ分増加されて２×Ｉ0＝２Ａに設定される。
【０１１６】
同様に、並列接続点間における電圧ＶSが電気二重層キャパシタＣ３の端子間電圧Ｖ３まで降下しても、まだスイッチＳＷ３を導通させない。そして、Ｖ３＝ＶS＋Ｒ×Ｉ0がほぼ成立した時点でスイッチＳＷ３を導通させることにより、電気二重層キャパシタＣ３と放電用負荷Ｕとを導通させる。また、スイッチＳＷ３を導通させるときに、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３から流れる電流がともにＩ0＝１Ａとなるように、放電用負荷Ｕに流れる電流Ｉ3がＩ0＝１Ａ分増加されて３×Ｉ0＝３Ａに設定される。
【０１１７】
以上の充電制御及び放電制御においては、スイッチの導通時に、電圧ＶSと導通させる電気二重層キャパシタの端子間電圧とでＲ×Ｉ0の電圧差が発生するが、電気二重層キャパシタ間に流れる最大電流はＩ0であり、十分に管理された範囲内の電流である。以上の充電制御及び放電制御を用いることにより、充電用電源ＰＳ及び放電用負荷Ｕの電流制御を簡略化することができる。
【０１１８】
さらに、以上の充電制御においては、Ｖ２＝ＶS−Ｒ×Ｉ0がほぼ成立した時点でスイッチＳＷ２を導通させ、Ｖ３＝ＶS−Ｒ×Ｉ0がほぼ成立した時点でスイッチＳＷ３を導通させた。ただし、ＶS−Ｒ×Ｉ0＜Ｖ２＜ＶSが成立している時点でスイッチＳＷ２を導通させ、ＶS−Ｒ×Ｉ0＜Ｖ３＜ＶSが成立している時点でスイッチＳＷ３を導通させることもできる。その場合は、スイッチＳＷ２を導通させるとともに充電用電源ＰＳから出力される電流Ｉ2がＩ1より増加して下記の式７，８に従って設定され、スイッチＳＷ３を導通させるとともに充電用電源ＰＳから出力される電流Ｉ3がＩ2より増加して下記の式９，１０に従って設定される。
【数２１】
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【０１１９】
同様に、以上の放電制御においては、ＶS＜Ｖ２＜ＶS＋Ｒ×Ｉ0が成立している時点でスイッチＳＷ２を導通させ、ＶS＜Ｖ３＜ＶS＋Ｒ×Ｉ0が成立している時点でスイッチＳＷ３を導通させることもできる。その場合は、スイッチＳＷ２を導通させるとともに放電用負荷Ｕに流れる電流Ｉ2がＩ1より増加して前記の式１１，１２に従って設定され、スイッチＳＷ３を導通させるとともに放電用負荷Ｕに流れる電流Ｉ3がＩ2より増加して前記の式１３，１４に従って設定される。
【数２２】
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【０１２０】
以上説明した各制御において、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を導通させるときの充電用電源ＰＳから出力される電流の増加分及び放電用負荷Ｕに流れる電流の増加分をまとめたものを表１に示す。
【表１】
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【０１２１】
なお、本実施形態においても、図８に示すように、複数の電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３をトランスＴＲを介して並列接続し、充電用電源ＰＳからトランスＴＲを介して電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３へ充電を行うとともに、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３からトランスＴＲを介して放電用負荷Ｕへ放電を行ってもよい。図８に示す構成においては、図５に示す構成と比較して、ＤＣ−ＡＣコンバータＤＡ１，ＤＡ２，ＤＡ３及びトランスＴＲがさらに設けられている。
【０１２２】
図８に示す構成においては、トランスＴＲの巻線Ｌ４に印加される交流電圧をＤＣ−ＡＣコンバータＤＡ３にて直流電圧に変換することで、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の並列接続点間における電圧ＶSを検出している。
【０１２３】
なお、ＤＣ−ＡＣコンバータＤＡ１，ＤＡ２及びトランスＴＲの他の構成については、図４に示す構成と同様であるため説明を省略する。また、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の充電及び放電を行うときのスイッチＳＷ１〜ＳＷ３の導通制御については、図５に示す構成で説明した制御を適用可能なため説明を省略する。
【０１２４】
以上の説明における抵抗値Ｒの値として、電流検出用抵抗Ｒ１〜Ｒ３の抵抗値の他に、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の内部抵抗値及び配線の抵抗値等の直列抵抗成分をさらに考慮すると、充電用電源ＰＳ及び放電用負荷Ｕの電流制御の精度をさらに向上させることができる。
【０１２５】
以上の説明においては、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の並列接続点間における電圧ＶSを直接検出した場合を説明した。ただし、電気二重層キャパシタＣ１〜Ｃ３の端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３及び電流検出用抵抗Ｒ１〜Ｒ３の検出値から、並列接続点間における電圧ＶSを求めることもできる。
【０１２６】
以上の説明においては、本発明を電気二重層キャパシタの充電制御または放電制御に適用した場合について説明した。ただし、本発明は、電解コンデンサの充電制御または放電制御についても適用可能である。
【０１２７】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る大容量コンデンサの充電制御装置及び放電制御装置の両方の機能を備えた充放電制御装置の構成の概略を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態における充電制御及び放電制御を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の第１実施形態における充電制御及び放電制御を説明するタイムチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態に係る大容量コンデンサの充電制御装置及び放電制御装置の両方の機能を備えた充放電制御装置の他の構成の概略を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る大容量コンデンサの充電制御装置及び放電制御装置の両方の機能を備えた充放電制御装置の構成の概略を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態における充電制御及び放電制御を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態における充電制御及び放電制御を説明するタイムチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態に係る大容量コンデンサの充電制御装置及び放電制御装置の両方の機能を備えた充放電制御装置の他の構成の概略を示す図である。
【図９】従来における大容量コンデンサの充放電制御装置の構成の概略を示す図である。
【符号の説明】
【０１２９】
ＣＰＵ  制御装置、Ｃ１〜Ｃ３  電気二重層キャパシタ、ＰＳ  充電用電源、Ｒ１〜Ｒ３  電流検出用抵抗、ＳＷ１〜ＳＷ３  スイッチ、Ｕ  放電用負荷、ＶＤＥＴ  電圧検出器。
【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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【図９】
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