(57)【要約】【課題】自己放電時における分担電圧のバラツキを補正して長寿命化を達成し得る分担電圧均等化回路を有するキャパシタ装置を提供する。【解決手段】電気二重層キャパシタセル１の両端電圧が基準電圧以上となったことをコンパレータ７で検出してスイッチ手段であるＦＥＴ５をオンすることにより漏れ抵抗を補償する電圧補償抵抗４を電気二重層キャパシタセル１に並列に接続するようにしたキャパシタ装置において、前記ＦＥＴ５に並列に切替スイッチ６を接続し、前記電気二重層キャパシタセル１の両端電圧が基準電圧未満の場合でも、前記切替スイッチ６をオンすることによって前記電圧補償抵抗４を電気二重層キャパシタセル１に並列に接続して自己放電における分担電圧のバラツキを補正するようにした。【選択図】  図１
2005026450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続した複数のキャパシタセルの分担電圧を均等化させる分担電圧均等化回路を有するキャパシタ装置において、
各キャパシタセルの両端電圧が基準電圧以上となったことをコンパレータで検出してスイッチ手段をオンすることにより漏れ抵抗を補償する電圧補償抵抗を前記キャパシタセルに並列に接続するとともに、
前記スイッチ手段に並列に切替スイッチを接続してこの切替スイッチをオンすることによっても前記電圧補償抵抗を前記キャパシタセルに並列に接続するように構成したことを特徴とする分担電圧均等化回路を有するキャパシタ装置。
【請求項２】
直列に接続した複数のキャパシタセルの分担電圧を均等化させる分担電圧均等化回路を有するキャパシタ装置において、
各キャパシタセルの両端電圧が基準電圧以上となったことをコンパレータで検出してスイッチ手段をオンすることにより漏れ抵抗を補償する電圧補償抵抗を前記キャパシタセルに並列に接続するとともに、
前記スイッチ手段に並列に切替スイッチを接続してこの切替スイッチをオンすることによっても前記電圧補償抵抗を前記キャパシタセルに並列に接続ことができるように構成する一方、
当該キャパシタ装置の休止又はメンテナンスモードであることを表す制御信号により前記切替スイッチをオンするように構成したことを特徴とする分担電圧均等化回路を有するキャパシタ装置。
【請求項３】
直列に接続した複数のキャパシタセルの分担電圧を均等化させる分担電圧均等化回路を有するキャパシタ装置において、
各キャパシタセルの両端電圧が基準電圧以上となったことをコンパレータで検出してスイッチ手段をオンすることにより漏れ抵抗を補償する電圧補償抵抗を前記キャパシタセルに並列に接続するとともに、
前記スイッチ手段に並列に切替スイッチを接続してこの切替スイッチをオンすることによっても前記電圧補償抵抗を前記キャパシタセルに並列に接続することができるように構成する一方、
当該キャパシタ装置の非常停止モードであることを表す制御信号により前記切替スイッチをオンするように構成したことを特徴とする分担電圧均等化回路を有するキャパシタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は分担電圧均等化回路を有するキャパシタ装置に関し、特に直列接続した複数の電気二重層キャパシタセルの分担電圧を均等化する場合に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気二重層キャパシタセルは、分極電極、集電極、セパレータ、電解液、そして封止包材としてのアルミラミネートフィルム等からなる。この電気二重層キャパシタセルの単体の実使用電圧は２．３Ｖ〜３．０Ｖ程度であり、高電圧化するためには電気二重層キャパシタセルを複数個、直列接続する必要がある。直列接続した各電気二重層キャパシタセルの分担電圧は各電気二重層キャパシタセルが有する静電容量、内部抵抗、漏れ抵抗に支配され、長期的には漏れ抵抗に支配されていることが分かっている。
【０００３】
この場合、各電気二重層キャパシタセルの絶縁抵抗のばらつきが大きいと、各電気二重層キャパシタセルの絶縁抵抗に比例配分されて印加される電圧のばらつきも大きくなる。したがって、このばらつきの程度によっては、当該電気二重層キャパシタ装置全体に印加される電圧が例え定格以内であっても、電気二重層キャパシタセルに関しては、耐電圧以上の電圧が印加される場合が発生し、その電気二重層キャパシタセルが破壊に至り、ひいては当該電気二重層キャパシタ装置の全体の破壊に至る事故となる場合がある。
【０００４】
そこで、上述の如き各電気二重層キャパシタセルの特性のばらつきに起因する当該電気二重層キャパシタ装置の破壊防止策として保護手段を設けた特許がすでにいくつか提案されている。その中には電気二重層キャパシタセルと並列に漏れ抵抗を補償する抵抗を挿入するタイプがある。
【０００５】
このように、漏れ抵抗を補償する場合、その補償用抵抗が電気二重層キャパシタセルと常時接続されていると漏れ電流が増加し、充放電の効率が悪化する。
【０００６】
そこで、電圧モニターと、基準電圧発生装置、コンパレータ、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）等を用いて基準電圧以上になったときだけ、補償用抵抗が接続されるようにした補償回路も提案されている。
【０００７】
この種の従来技術を開示する公知文献として次のような特許文献１乃至特許文献３を挙げることができる。
【０００８】
【特許文献１】
特公昭６２−００４８４８号公報
【特許文献２】
特開平０６−３０２４７４号公報
【特許文献３】
実開平０５−０２３５２７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如き従来技術に係る電気二重層キャパシタ装置用の電圧補償回路には次の様な問題点がある。
【００１０】
１）  漏れ抵抗を揃える電圧補償用の抵抗、コンパレータ、トランジスタからなる補償回路はコンパレータに入力される基準電圧以上のときに動作するため、基準電圧以下の場合には漏れ抵抗を補償することができない。
【００１１】
２）  電気二重層キャパシタセルを含む当該電気二重層キャパシタ装置が休止状態にあるか、又はメンテナンス状態にあるときには電気二重層キャパシタセルは漏れ抵抗補償回路が動作しない状態で自己放電するので、電気二重層キャパシタセルが有する漏れ抵抗のバラツキが補償できないことから復電後に分担電圧が大きく崩れ、上記１）に記載する問題点と相まって分担電圧を確実に補償することが困難になる。
【００１２】
上述の如き問題点が存在することに起因して従来技術に係る漏れ抵抗補償方式は電気二重層キャパシタの分担電圧を確実に揃えることができない場合があり、その結果電気二重層キャパシタの寿命が短くなるという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記従来技術に鑑み、自己放電時における分担電圧のバラツキを補正することが可能となり、長寿命化を達成し得る分担電圧均等化回路を有するキャパシタ装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は、次の点を特徴とする。
【００１５】
１）  直列に接続した複数のキャパシタセルの分担電圧を均等化させる分担電圧均等化回路を有するキャパシタ装置において、
各キャパシタセルの両端電圧が基準電圧以上となったことをコンパレータで検出してスイッチ手段をオンすることにより漏れ抵抗を補償する電圧補償抵抗を前記キャパシタセルに並列に接続するとともに、
前記スイッチ手段に並列に切替スイッチを接続してこの切替スイッチをオンすることによっても前記電圧補償抵抗を前記キャパシタセルに並列に接続するように構成したこと。
【００１６】
２）  直列に接続した複数のキャパシタセルの分担電圧を均等化させる分担電圧均等化回路を有するキャパシタ装置において、
各キャパシタセルの両端電圧が基準電圧以上となったことをコンパレータで検出してスイッチ手段をオンすることにより漏れ抵抗を補償する電圧補償抵抗を前記キャパシタセルに並列に接続するとともに、
前記スイッチ手段に並列に切替スイッチを接続してこの切替スイッチをオンすることによっても前記電圧補償抵抗を前記キャパシタセルに並列に接続ことができるように構成する一方、
当該キャパシタ装置の休止又はメンテナンスモードであることを表す制御信号により前記切替スイッチをオンするように構成したこと。
【００１７】
３）  直列に接続した複数のキャパシタセルの分担電圧を均等化させる分担電圧均等化回路を有するキャパシタ装置において、
各キャパシタセルの両端電圧が基準電圧以上となったことをコンパレータで検出してスイッチ手段をオンすることにより漏れ抵抗を補償する電圧補償抵抗を前記キャパシタセルに並列に接続するとともに、
前記スイッチ手段に並列に切替スイッチを接続してこの切替スイッチをオンすることによっても前記電圧補償抵抗を前記キャパシタセルに並列に接続することができるように構成する一方、
当該キャパシタ装置の非常停止モードであることを表す制御信号により前記切替スイッチをオンするように構成したこと。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。各実施の形態で共通に使用する電気二重層キャパシタセルは、フェノール樹脂水蒸気賦活してなる活性炭繊維布電極又は活性炭シート電極、電解液、セパレータ、外界との封止材であるアルミラミネートフィルムからなる。各実施の形態に係る電気二重層キャパシタは、複数の前記電気二重層キャパシタセルを直列接続して構成してある。
【００１９】
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態に係る分担電圧均等化回路を有するキャパシタ装置を示すブロック図である。同図に示すように、各電気二重層キャパシタセル１に並列に、第１の電圧設定用抵抗２及び第２の電圧設定用抵抗３と、電圧補償用抵抗４、スイッチ手段であるＦＥＴ５及び切替スイッチ６とが接続してある。ここで、第１の電圧設定用抵抗２及び第２の電圧設定用抵抗３は相互に直列に接続してあり、またＦＥＴ５及び切替スイッチ６は相互に並列に接続されて電圧補償用抵抗４に直列に接続してある。電圧補償用抵抗４は、実測した各電気二重層キャパシタセル１の漏れ抵抗値に基づき各電気二重層キャパシタセル１の漏れ抵抗を揃えるように選定した。また、切替スイッチ６は、本形態の場合、作業員が手動で動作するようになっている。この切替スイッチ６をオン状態にした場合、スイッチ手段であるＦＥＴ５の状態に関わらず、電圧補償用抵抗４を電気二重層キャパシタセル１の両端子間に並列に接続することができる。
【００２０】
コンパレータ７は、電気二重層キャパシタセル１の印加電圧を第１の電圧設定用抵抗２と第２の電圧設定用抵抗３とで分割した比較電圧と、基準電圧電源８の出力電圧である基準電圧とを比較する。そして、比較電圧が基準電圧以上になった場合、換言すれば電気二重層キャパシタセル１の両端電圧が基準電圧以上になった場合に、出力信号でＦＥＴ５をオンする。このことにより、電気二重層キャパシタセル１に対して電圧補償用抵抗４が並列に接続される。
【００２１】
本形態においては、電気二重層キャパシタセル１を基準電圧範囲で使用している場合であっても、この電気二重層キャパシタセル１の自己放電が考えられるような場合（例えば当該装置の休止又はメンテナンスを行う場合）には、切替スイッチ６をオンして電圧補償用抵抗４を強制的に電気二重層キャパシタセル１に並列に接続することで自己放電における分担電圧のバラツキを補正することが可能となる。
【００２２】
＜第２の実施の形態＞
図２は本発明の第２の実施の形態に係る分担電圧均等化回路を有するキャパシタ装置を示すブロック図である。同図に示すように、本形態は、図１に示す第ｌの実施の形態に係るキャパシタ装置の切替スイッチ６を他の制御信号を利用して自動的に動作させるように構成したものである。したがって、本形態に係るキャパシタ装置は多くの部分で、図１に示すキャパシタ装置と同一の構成を有する。そこで、図１と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００２３】
図２に示すように、本形態に係るキャパシタ装置は、休止又はメンテナンス指令部９の出力信号を切替スイッチ６の制御信号として用いている。すなわち、当該キャパシタ装置が休止又はメンテナンスモードになる場合には、これに先立ち、休止又はメンテナンス指令部９が、これらのモードに固有の制御信号を送出して切替スイッチ６をオン状態とするように構成してある。
【００２４】
本形態によれば、当該キャパシタ装置の休止状態やメンテナンス状態のときに基準電圧範囲で使用していた電気二重層キャパシタセル１に電圧補償用抵抗４を切替スイッチ６を介して並列に接続することで自己放電時における分担電圧のバラツキを補正することが可能となる。
【００２５】
＜第３の実施の形態＞
図３は本発明の第３の実施の形態に係る分担電圧均等化回路を有するキャパシタ装置を示すブロック図である。同図に示すように、本形態は、図１に示す第ｌの実施の形態に係るキャパシタ装置の切替スイッチ６を、第２の実施の形態と同様に、他の制御信号を利用して自動的に動作させるように構成したものである。したがって、本形態に係るキャパシタ装置は多くの部分で、図１に示すキャパシタ装置と同一の構成を有する。そこで、図１と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００２６】
図３に示すように、本形態に係るキャパシタ装置は、非常停止指令部１０の出力信号を切替スイッチ６の制御信号として用いている。すなわち、当該キャパシタ装置の何れかで異常状態が検知され、当該装置が停止した場合には、非常停止指令部１０が固有の制御信号を送出するが、この制御信号を利用して切替スイッチ６をオン状態とするように構成してある。
【００２７】
本形態によれば、当該キャパシタ装置の休止状態やメンテナンス状態のときに基準電圧範囲で使用していた電気二重層キャパシタセル１に電圧補償用抵抗４を切替スイッチ６を介して並列に接続することで自己放電時における分担電圧のバラツキを補正することが可能となる。
【００２８】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに具体的に説明した通り、本発明によれば、電気二重層キャパシタと並列に、且つ電圧補償用抵抗と直列に切替スイッチを接続したことで、電気二重層キャパシタが自己放電したときでも、分担電圧を揃えることができ、その結果電気二重層キャパシタの寿命を延ばすことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る分担電圧均等化回路を有するキャパシタ装置を示すブロック線図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る分担電圧均等化回路を有するキャパシタ装置を示すブロック線図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る分担電圧均等化回路を有するキャパシタ装置を示すブロック線図である。
【符号の説明】
１        電気二重層キャパシタ
２        第１の電圧設定用抵抗
３        第２の電圧設定用抵抗
４        電圧補償用抵抗
５        ＦＥＴ
６        切替スイッチ
７        コンパレータ
８        基準電圧電源
９        休止又はメンテナンス指令部
１０        非常停止指令部
【図１】
2005026450.tif 000003
【図２】
2005026450.tif 000004
【図３】
2005026450.tif 000005