(57)【要約】 【課題】  複数個の電気エネルギ貯蔵セルで構成したエネルギ貯蔵装置のエネルギ貯蔵量を高めるためのセルエネルギ量調節装置において、制御回路自体が簡略化され、エネルギ効率が良く、しかも、装置自体の形状が小型化され、重量の低減されたセルエネルギ量調節装置を提供する。【解決手段】  複数の電気エネルギ貯蔵セルで構成されたエネルギ貯蔵装置の１個または複数の前記電気エネルギ貯蔵セルを貯蔵単位として、各貯蔵単位のエネルギ量を調節するセルエネルギ量調節装置において、コンパレータ４とＡＮＤ回路５にて前記エネルギ量を基準値と比較し、半導体スイッチ９を動作させるセルエネルギ量調節装置とする。【選択図】  図１
2005328581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電気エネルギ貯蔵セルで構成されたエネルギ貯蔵装置の１個または複数の前記電気エネルギ貯蔵セルを貯蔵単位として、各貯蔵単位のエネルギ量を調節するセルエネルギ量調節装置において、コンパレータとＡＮＤ回路にて前記エネルギ量を基準値と比較し、半導体スイッチを動作させることを特徴とするセルエネルギ量調節装置。
【請求項２】
複数の電気エネルギ貯蔵セルで構成されたエネルギ貯蔵装置の１個または複数の前記電気エネルギ貯蔵セルを貯蔵単位として、各貯蔵単位のエネルギ量を調節するセルエネルギ量調節装置において、前記貯蔵単位の電圧を基準電圧と比較するコンパレータ回路と発振回路と前記コンパレーターからの出力と前記発振回路からの信号を入力するＡＮＤ回路と該ＡＮＤ回路からの出力により動作する半導体スイッチと前記エネルギを分配するためのトランスを回路を有することを特徴とするセルエネルギ量調節装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電気エネルギ貯蔵セルによって構成されるエネルギ貯蔵装置のエネルギ貯蔵量を調整するためのセルエネルギ量調節装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
キャパシタや二次電池などの電気エネルギ貯蔵セルを複数個、接続してエネルギ貯蔵量を増大させたエネルギ貯蔵装置が、一般に使用されている。特に、単体の電気エネルギ貯蔵セルの端子電圧には限界があるため、高い電圧が要求される場合は、複数の電気エネルギ貯蔵セル、もしくは複数の電気エネルギ貯蔵セルの組を直列に接続したエネルギ貯蔵装置が用いられている。
【０００３】
これらのエネルギ貯蔵装置においては、効率的にエネルギ貯蔵量を増大させるため、一個または複数のセルを一つの貯蔵単位として、各貯蔵単位の貯蔵エネルギ量を目標の値に設定するようなセルエネルギ量調節装置を用いることが従来から知られている。
【０００４】
直列に接続して、単体の電気エネルギ貯蔵セルより端子電圧が高くエネルギ貯蔵量が大きいエネルギ貯蔵装置を構成する際に、それぞれの電気エネルギ貯蔵セルにツェナーダイオードのような定電圧素子を並列に接続することにより、各セルの電圧を均一にして、エネルギ貯蔵量を高める装置が従来から用いられている。
【０００５】
特許文献１には、図５に示すような並列モニタを用いた充電制御回路が記載されている。このセルエネルギ量調節装置は並列モニタと称される回路をコンデンサ（電気エネルギ調節セル）と並列に設け、充電時にコンデンサの端子電圧が一定以上になったらバイパスするような構成となっており、各コンデンサの端子電圧と充電量を調整している。しかし、これらの従来の方法では、エネルギ効率が低い。
【０００６】
そこで、複数の電気エネルギ貯蔵セルを接続して構成するエネルギ貯蔵装置を運用するために各セルのエネルギ量を管理し、エネルギの再配分を行う機構を備えたようなセルエネルギ量調節装置が提案されている。
【０００７】
特許文献２には、図４に示すようなセルエネルギ量調節装置が記載されている。ここでは各セルの電圧を測定して各セルのエネルギ貯蔵量を把握し、各セル間のエネルギ貯蔵量の比率を調節するための制御回路１４を設け、スイッチと電磁トランスを利用した電圧平準化回路１３で、各セル間でのエネルギの再配分を行っている。
【０００８】
【特許文献１】特開平０７−３２２４９２号公報
【特許文献２】特開２００１−１３６６６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２のようなセルエネルギ量調節装置を用いる、キャパシタなどの電気エネルギ貯蔵セルの貯蔵エネルギを管理する制御装置では、個別の電気エネルギ貯蔵セルの管理、貯蔵装置のエネルギ貯蔵量の効率的な運用には適しているが、電圧入力回路と中央制御ユニット、セル電圧メモリおよびスイッチ駆動回路が不可欠となり、その制御回路自体の形状および駆動時の消費電力の増大という欠点も生じる。
【００１０】
一方、特許文献１のようなダイオードを並列に接続する手法においては、受動素子を用いるため、動作させるための電源は必要なく、容易な回路構成が可能である。しかし、直列に接続されるキャパシタなどの電気エネルギ貯蔵セルにおいて、充電開始時の各電気エネルギ貯蔵セルの電圧のばらつきを調整するためには、余剰エネルギ分を熱として消費させなければならず、その熱を逃がすためには、放熱板が必要となり、装置自体の重量および形状も巨大化する。
【００１１】
従って、本発明の課題は、制御回路自体が簡略化され、エネルギ効率が良く、しかも、装置自体の形状が小型化され、重量の低減されたセルエネルギ量調節装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、エネルギ効率の良好なセルエネルギ量調節装置の制御回路において、エネルギ量調節装置の形状および消費電力の増大を抑え、小型化、低電力化するため、コンパレータとＡＮＤ回路を用いる単純な回路を提供する。その回路を用いれば、キャパシタなどの電気エネルギ貯蔵セルのエネルギ量調節の最低限である電圧リミッタとしての機能を容易におこなうことが可能である。
【００１３】
即ち、本発明は、複数の電気エネルギ貯蔵セルで構成されたエネルギ貯蔵装置の１個または複数の前記電気エネルギ貯蔵セルを貯蔵単位として、各貯蔵単位のエネルギ量を調節するセルエネルギ量調節装置において、コンパレータとＡＮＤ回路にて前記エネルギ量を基準値と比較し、半導体スイッチを動作させるセルエネルギ量調節装置である。
【００１４】
また、本発明は、複数の電気エネルギ貯蔵セルで構成されたエネルギ貯蔵装置の１個または複数の前記電気エネルギ貯蔵セルを貯蔵単位として、各貯蔵単位のエネルギ量を調節するセルエネルギ量調節装置において、前記貯蔵単位の電圧を基準電圧と比較するコンパレータ回路と発振回路と前記コンパレーターからの出力と前記発振回路からの信号を入力するＡＮＤ回路と該ＡＮＤ回路からの出力により動作する半導体スイッチと前記エネルギを分配するためのトランスを回路を有するセルエネルギ量調節装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、複数個の電気エネルギ貯蔵セルで構成したエネルギ貯蔵装置のエネルギ貯蔵量を高めるためのセルエネルギ量調節装置において、制御装置を簡単にして全体の構成を小型化したエネルギ効率の高いセルネルギ量調節装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明を詳細に説明する。電気エネルギ貯蔵セルとして、キャパシタや二次電池を用い、これらの電気エネルギ貯蔵セルを１個又は複数個の組を貯蔵単位として、直列に接続したエネルギ貯蔵装置が本発明の対象である。ここでは、簡単のために貯蔵単位として１個の電気二重層コンデンサを用いた例にて説明する。
【００１７】
図１に、本発明のセルエネルギ量調節装置の回路説明図を示す。直列に接続した電気二重層キャパシタ１に並列に、コンパレータ４を取り付け、可変抵抗３に印加される電圧を基準電圧として、電気二重層キャパシタ１に充電される電圧が基準電圧以上に達すると、コンパレータ４のＯＵＴ端子には、駆動電源６の電圧が出力されるように構成する。ここで出力される電圧は、ＡＮＤ回路５の一方の入力端子に入力される。
【００１８】
ＡＮＤ回路５のもう一方の入力端子には、パルス発振器１１より、常時入力している。ここで、パルス発振器１１にファンクションジェネレータもしくは、非安定マルチバイブレータを用いて、矩形波のパルス（もしくは正弦波等）を発振させる。コンパレータ４からの出力があったときには、ＡＮＤ回路５の出力には、パルス発振器１１の波形が出力され、半導体スイッチ（ＦＥＴ）９のゲートに矩形波が入力される。
【００１９】
従って、基準電圧（可変抵抗３に印加される電圧）より、電気二重層キャパシタ１の端子電圧が大きい間、ＦＥＴ９はパルス発振器１１の周波数で導通する。ＦＥＴ９が導通している間は電気二重層キャパシタ１のエネルギは、トランス１０により、全体の電気二重層キャパシタに移送される。これにより、電気二重層コンデンサの過充電を防ぎ、各電気二重層コンデンサ間での充電量のばらつきがある場合にも調整される。
【実施例】
【００２０】
図３に、本発明の２セル用セルエネルギ量調節装置の一例を示す。駆動電源６を５Ｖとして、抵抗２を１０ｋΩとした。また、基準電圧の微調整に可変抵抗３を用いることで電圧値を任意に設定することができる。電気二重層キャパシタ１として静電容量１００Ｆ、定格電圧２．７Ｖ品を用いて確認実験を行った。電気二重層キャパシタを２つ直列接続させ、一方の電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ１）をあらかじめ２Ｖまで充電させ、他方の電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ２）に対して、電圧にばらつきを持たせた。この状態から、ＡＢ間の直列に接続された二つ電気二重層キャパシタ１（ＥＤＬＣ１，ＥＤＬＣ２）に充電を開始した。
【００２１】
図２に、本実施例の充電時の確認試験結果を示す。充電当初は、区間ａのように、共に充電される。次に一方の電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ１）の充電電圧が、２．５Ｖに達するとコンパレータ４より、電圧が出力される。出力された電圧は、ＡＮＤ回路５に入力される。一方のＡＮＤ入力には、非安定マルチバイブレータより、矩形波を入力させている。コンパレータ４より出力されている間、すなわち、一方の電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ１）に基準電圧が印加されている間は、電気二重層キャパシタ間（ＥＤＬＣ１からＥＤＬＣ２）で電力の移送がおこなわれる。それにより、区間ｂのように、一方の電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ１）の充電電圧は、２．５Ｖでリミットされ、余剰電圧分は、ＡＢ間にフィードバックされるので、他方の電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ２）の充電は促進される。その後、両方の電気二重層キャパシタが充電されて所定の電圧となると、区間ｃのように両方の電気二重層キャパシタが一定の電圧となり、電圧の平準化が計られる。
【００２２】
また、２セル用のエネルギ量調節装置のみの例を記載したが、より多くのセル用のエネルギ量調節装置でも同様に電圧の平準化が計られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のセルエネルギ量調節装置の回路説明図。
【図２】本発明による充電時の確認試験結果を示す図。
【図３】本発明の２セル用セルエネルギ量調節装置を示す図。
【図４】従来例のセルエネルギ量調節装置を示す図。
【図５】従来例の並列モニタを用いた充電制御回路を示す図。
【符号の説明】
【００２４】
１    電気二重層キャパシタ
２    抵抗
３    可変抵抗
４    コンパレータ
５    ＡＮＤ回路
６    駆動電源
７    ＦＥＴゲート駆動用コンデンサ
８    ＦＥＴゲート駆動用ダイオード
９    半導体スイッチ、ＦＥＴ
１０    トランス
１１    パルス発振器
１２    直流安定化電源
１３    電圧平準化回路
１４    制御回路
１５    電圧入力回路
１６    セル電圧メモリ
１７    スイッチ駆動回路
１８    中央制御ユニット
【図１】
2005328581.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005328581.tif 000005
【図４】
2005328581.tif 000006
【図５】
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