(57)【要約】スーパーキャパシタ（２）の形をしたエネルギ貯蔵装置に対する抵抗バランス（１）を提供する。スーパーキャパシタは２つのエネルギ貯蔵セル（３，４）を有する。いくつかの実施例においては、バランスはセルの中間に配置される。バランス（１）は平行に間隔をあけて配置された同一の広がりを持つ２つの縦方向部材（５，６）を含み、これらはそれぞれ端部（７，８）と端部（９，１０）との間に延在する。平行に間隔をあけて配置された同一の広がりを持つ２つの横方向部材（１１，１２）は部材（５，６）の間に延在する。部材（１１）はそれぞれ端部（７，９）のすぐ隣りにある部材（７，８）に取付けられるが、部材（１２）は、それぞれの端部（８，１０）に隣接しているがこれらから内方向に間隔をあけて配置されている部材（７，８）に取付けられる。
2006517733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が２つの端子を含む複数のエネルギ貯蔵セルを有するエネルギ貯蔵装置であって、隣接する端子は、セルを直列に接続するよう接合部において係合され、前記装置は、
直列なセルのうちの最初のセルの端子のうちの１つに接続される第１の接点と、
直列なセルのうちの最後のセルの端子のうちの１つに接続される第２の接点と、
それぞれの接合部に接続される少なくとも１つの中間接点と、
前記装置のために抵抗バランスを集合的に規定するための接点間に延在する抵抗経路とを含む、エネルギ貯蔵装置。
【請求項２】
抵抗経路のうちの少なくとも１つは導電性部分と抵抗部分とを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記抵抗部分は抵抗器を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記抵抗部分は抵抗器を含む、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記抵抗部分は１つ以上のアクティブ素子を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記抵抗部分は１つ以上のアクティブ素子と１つ以上のパッシブ素子との組合せを含む、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記アクティブな装置は、演算増幅器；ダイオード；トランジスタ；および別のアクティブな装置のうちの１つ以上を含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記パッシブな装置は、抵抗器；キャパシタ；および別のパッシブな装置のうちの１つ以上を含む、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記セルのうちの少なくとも１つは超容量性セルである、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記超容量性セルは炭素ベースの超容量性セルである、請求項９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、抵抗バランスに関し、特にエネルギ貯蔵装置のための抵抗バランスに関する。
【０００２】
本発明は、主としてスーパーキャパシタで用いるために開発されたものであり、以下ではこの適用例を参照して説明する。しかしながら、本発明は、特定の使用分野に限定されず、キャパシタ、燃料電池、一次電池、二次電池、これらの装置の複合物等の他のエネルギ貯蔵装置にも好適である。
【０００３】
本明細書で用いられる「スーパーキャパシタ(supercapacitor）」および「スーパーキャパシターズ（supercapacitors）」という用語は、電気二重層キャパシタ、このようなキャパシタを含むハイブリッド装置、および類似のエネルギ貯蔵装置を含むことが意図される。スーパーキャパシタは、ウルトラキャパシタ、電気化学キャパシタ、二重層キャパシタ等のことをいう。
【背景技術】
【０００４】
先行技術の説明
本明細書を通した先行技術のいかなる説明も、このような先行技術が公知であり、またはそれがこの分野における一般的な知識の一部を占めるということを認めるものとしてみなされるべきではない。
【０００５】
スーパーキャパシタ等の周知の形態のエネルギ貯蔵装置は、ハウジング、少なくとも１つのエネルギ貯蔵セルを規定するために間隔をあけた構成のハウジング内に配置された２つ以上の電極、および選択された１つ以上の電極に接続され、かつ電極への外部の電気的接続を可能にするためにハウジングから延在する２つ以上の端子を含む。
【０００６】
１つの種類のスーパーキャパシタは、電解質に浸された対向電極を含み、電解質では、電極が、予め定められ、間隔をあけ、電気的に絶縁された構成で維持される。ある場合において、電極は、中間絶縁セパレータによって維持される。別の場合において、セパレータおよび電解質は統合されている。電極のうちの少なくとも１つは、電気二重層が電極−電解質のインターフェイスで形成される表面を提供する。典型的に、電極は、導電性の基板からなる集電装置を含む。基板は一般的に金属板等の金属であるが、他の公知の装置では、異なる導電性の材料が用いられる。基板は、好ましくは、スーパーキャパシタに大きな静電容量を与えるための大きな表面積を有する。このような大きな表面積を与える１つの方法として、基板を広い表面積の材料でコーティングする。このコーティングは、典型的に、１つ以上の携帯の炭素、たとえば、炭素繊維、微粒炭素、カーボンナノチューブ等と、炭素をそれ自身におよび集電装置に接着するための接着剤とから形成される。ポリマー等の有機分子ならびに、金属酸化物、金属水酸化物および金属リン酸塩といった無機化合物等の他の材料を用いて、電極に広い表面積を与えることもできる。したがって、電極は単一のエネルギ貯蔵セルを集合的に形成する。
【０００７】
電極および中間セパレータ（それが用いられる場合）は、積み重ねられるかまたは互いに巻きつけられ、電解質を含むハウジング内に配置される。電解質はイオンを含み、このイオンは、液体またはポリマー等のマトリックス中で自由に動き、かつ電極表面上で生じる電荷に反応することができる。さらに、それぞれの端子は、それぞれの電極の一部であるか、またはそれに接続され、そこから延在して、これらの電極への外部のアクセスを可
能にする。最後に、ハウジングは密閉されて、汚染物質が進入しかつ電解質が出て行くのを防ぐ。
【０００８】
スーパーキャパシタは、電気二重層にわたって延在する電界にエネルギを蓄積する。１つ以上の電極が電気二重層に電荷を蓄積し、かつ１つ以上の電極が電気化学反応によって電荷を蓄積するときに、この種類の装置は、「ハイブリッドスーパーキャパシタ」として知られている。
【０００９】
他の構成において、２つ以上のこのようなセルが端子の間で並列および／または直列に接続されて、所望の動作電圧、電流容量および／または静電容量を与える。
【００１０】
使用中に、単一のセルにわたって実際的に印加することのできる電圧は限られているため、直列に接続された複数のセルを含むことは珍しいことではない。高電圧の応用において、これは当然のこととして起こる。しかしながら、低電圧の応用についてもこれを行って、より大きな動作可能な安全係数を与えることも知られている。より高電流の応用について、複数のセルは並列に接続される。
【００１１】
さらなる説明によって、スーパーキャパシタ内の構成要素の降伏電圧がそのスーパーキャパシタの動作電圧に寄与することが述べられる。典型的に、動作電圧の制限は、スーパーキャパシタで用いられる以下の構成要素、すなわち塩電解質、電解溶媒、電極コーティング、集電装置、セパレータおよびパッケージングのうちの１つ以上の特性である。代替のスーパーキャパシタの構成として、その設計に内在する他の係数がある。
【００１２】
セル自体の降伏電圧、すなわちセルが故障する最も低い電圧は、その構成要素の降伏電圧の最低値によって決定される。セルの降伏電圧を増加させるという従来のアプローチでは、より高い電圧の安定性を有する構成要素が用いられる。たとえば、いくつかの周知の装置では、セルの動作電圧を増加させるために非水溶媒が用いられる。
【００１３】
超容量性セルは、典型的に、そのセルの製造業者によって与えられる動作電圧を有する。多数のセルスーパーキャパシタについて、動作電圧は、全体としてスーパーキャパシタの電圧として表わされることが多い。この動作電圧を増加することが望まれる。なぜなら、これは、以下でさらに説明されるように、スーパーキャパシタの電気的性能に寄与するだけでなく、所与の印加電圧について直列に接続されたセルが少なくてすむからである。
【００１４】
動作電圧は、典型的に、セルに設計される安全マージンおよびセルの寿命の要件に関するとともに、単数のまたは複数のセルの降伏電圧に基づいた公称数字である。セルの中には、短い期間、悪影響を被ることなしに動作電圧よりも高い電圧にさらされることができるものもある。しかしながら、長期間さらされると、通常、セルの短期間の性能特性が劣化すると同時に、その考えられる動作寿命が短くなる。
【００１５】
均一のコーティングが想定される場合、上述の種類のキャパシタから得られる静電容量（Ｃ）は、最も小さな電極の表面積に比例している。キャパシタは、多くの構成において形成され得、かつ静電容量が、各々の電気的に分離したセルのために測定されることが認識される。さらに、セルは直列および／または並列に接続され得る。
【００１６】
キャパシタのエネルギ貯蔵容量は、以下の等式によって示される。
【００１７】
【数１】
2006517733.tif 000003
【００１８】
ここで、Ｅはジュールでのエネルギであり、Ｃはファラドでの静電容量であり、Ｖはキャパシタの動作電圧である。
【００１９】
スーパーキャパシタの性能の別の基準は、エネルギを迅速に蓄積および解放する能力であり（これはキャパシタの最大電力Ｐである）、これは、
【００２０】
【数２】
2006517733.tif 000004
【００２１】
によって示され、Ｒはスーパーキャパシタの内部抵抗である。
【００２２】
内部抵抗Ｒは、一般的に、等価の直列抵抗または“ＥＳＲ”と呼ばれる。すなわち、ＥＳＲは、電流が外部接点または端子の間で流れるスーパーキャパシタのすべての構成要素の抵抗の合計である。さらに、装置のまたは装置の個々の構成要素のＥＳＲは、１０００Ｈｚでのインピーダンスの実際の構成要素と定義される。
【００２３】
重要なことに、等式２で示されるように、スーパーキャパシタの電力性能はＥＳＲに依存する。さらに、スーパーキャパシタのＥＳＲに著しく寄与するのは、アルミニウム等の金属からなる電極上に形成される固有の酸化物コーティングである。したがって、この固有の酸化物層を、ＥＳＲを減じるための手段として処理することが知られている。
【００２４】
スーパーキャパシタは、従来のキャパシタよりもかなり特定の静電容量を有する。この特徴が低い抵抗と組合されるときに、このようなスーパーキャパシタは、理想的に、携帯機器、特にＧＳＭ（モバイル・コミュニケーション用グローバルシステム）、ＧＰＲＳ（汎用パケット無線サービス）、ＥＤＧＥ（ＧＳＭの発展のために増大されたデータ転送速度）、ＵＭＴＳ（ユニバーサル・モバイル・テレコミュニケーション・サービス）および３Ｇ（第三世代）無線技術を用いたもの用の高電力の応用に適している。スーパーキャパシタは、何百という他の適用例においても役割を果たすことができる。スーパーキャパシタが存在するエネルギおよび電力の蓄積の市場は、現在、バッテリおよび従来のキャパシタによって占められている。バッテリはエネルギを蓄積することには秀でているが、高電力でのエネルギの伝達を可能にするために設計が損なわれることがよく認識されている。従来のキャパシタは、エネルギの高速の（高電力での）伝達を行なうことができるが、伝達されるエネルギ量は、利用可能な静電容量が低いために非常に低いこともよく認識されるであろう。市場の要求に対する、既存のバッテリおよびキャパシタに被さるこれらの限界によって、スーパーキャパシタの３つの主な可能性の領域、すなわち、バッテリの交換（すなわち高いエネルギ密度を有する装置）、バッテリの補完（すなわち高い電力およびエネルギの密度を有する装置）、ならびにキャパシタの交換（すなわち小さく、高い電力の密度だけでなく、高い周波数応答を有する装置）が明らかになる。
【００２５】
現在、スーパーキャパシタの比較的高い電力の密度は、複合物のエネルギ貯蔵システム
を形成するために高いエネルギ密度を有するバッテリとの並列の組合せにとって理想的である。負荷が、一定ではないエネルギを必要とするときに、バッテリをスーパーキャパシタで補完することによって、充電されたスーパーキャパシタからピークを引出すことができる。これによってバッテリの負荷が減じられ、多くの場合、バッテリの寿命および充電式バッテリの寿命が伸びる。
【００２６】
最新式の携帯機器では、負荷の大きな変動を扱うことのできる電力システムが必要とされる。たとえば、携帯電話は、各々が異なる負荷の要件を有するさまざまなモードを有する。低い電力を必要としかつ比較的一定したスタンバイモードがある。しかしながら、このモードは、最寄の基地局を見つける必要であるために、周期的に中断され、信号が送受信されるため、高い負荷が必要とされる。基地局への連続的な接触が要求される完全会話モードにおいて、負荷は、瞬時の負荷が平均値とは全く異なる周期信号の形態をとる。ＧＳＭおよびＧＰＲＳ等の複数の通信プロトコルが存在するが、これらはすべて周期的な負荷を特徴とするものである。並列のスーパーキャパシタ−バッテリの複合物は、特にこの適用例に適している。なぜならスーパーキャパシタからの電力は高い負荷の間に用いられ、この負荷の間は、通常、持続時間が短く、バッテリからのエネルギが、スーパーキャパシタを再充電し、かつ低い電力の要求時に基底負荷を供給することができる。デジタル無線通信装置がさらに小型化されると、バッテリのサイズが減じられ、スーパーキャパシタの必要性が増大する。
【００２７】
スーパーキャパシタは、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の分野における適用例も有する。スーパーキャパシタは、これらの自動車の動力伝達系路の不可欠な構成要素として用いることができ、加速の際に主要な電源として、および回生制動の際に取り戻されるエネルギの蓄積のために、用いられる。このような自動車は、おそらく自動車の運転者の燃料料金を半減させ、放出を最高９０％ほど削減することができる。
【００２８】
一般条件において、２つの平行なプレートが外部の回路に接続され、かつ電圧差が２つのプレートの間にもたらされるときに静電容量が生じ、表面は向かい合わせで充電される。電荷のこの分離の基本的な関係は以下の等式で示されている。
【００２９】
【数３】
2006517733.tif 000005
【００３０】
ここでＣは、ファラド（Ｆ）の単位を有する静電容量を示し、εはメートル（ｍ）ごとのファラドの単位を有する誘電率であり、Ａは充電されたプレートの重複領域であり、Ｌは分離の距離である。プレート間の領域の誘電率は、充電された表面を分離するために用いることができる材料の誘電率に関係する。
【００３１】
従来の材料を用いた既存の商業用のキャパシタが抱える問題は、その性能が寸法によって制限されるということである。たとえば、５０μｍの厚さのポリエチレンの板の金属化コーティングに基づくキャパシタは、キャパシタの１平方メートルにつき０．４２５μＦのみ発達する。したがって、２３０万平方メートルを超えれば１Ｆ発達することが要求される。
【００３２】
この出願によって開発されたスーパーキャパシタは、出願人による同時継続出願、たとえば、ＰＣＴ／ＡＵ９８／００４０６、ＰＣＴ／ＡＵ９９／００２７８、ＰＣＴ／ＡＵ９
９／００７８０、ＰＣＴ／ＡＵ９９／０１０８１、ＰＣＴ／ＡＵ００／００８３６、ＰＣＴ／ＡＵ０１／００５５３、ＰＣＴ／ＡＵ０１／００８３８およびＰＣＴ／ＡＵ０１／０１６１３において詳細に記載され、これらの内容はここに引用により援用される。
【００３３】
出願人によって開発されたこれらのスーパーキャパシタは、コーティング材料として非常に広い表面積の炭素を用いることによって、上述の寸法の問題を克服する。
【００３４】
スーパーキャパシタにおいて、電荷の分離距離は、一般的に非常に小さく、（典型的に１ナノメートル未満）、これは非常に広い表面積と組合されるときに高い静電容量をもたらす（等式３を参照されたい）。ここに、従来のキャパシタを凌ぐスーパーキャパシタの技術的利点がある。というのも、非常に薄い層における電荷の貯蔵は、約０．１Ｆｍ-2の特定の静電容量を生じるからである。これは、従来のフィルムキャパシタよりも数十万倍ほどの増加である。同様に、適用される制御された電位、可逆性のナノスケールのイオン吸着／脱着プロセスは、スーパーキャパシタの迅速な充電／放電能力をもたらす。
【００３５】
上述のように、いくつかのスーパーキャパシタは、非常に広い表面積を有する高度に多孔性の炭素粒子の電極コーティングを利用する。たとえば、表面積は、ある好ましい実施例において、１グラム当たり１００ｍ2から最高１グラム当たり２５００ｍ2であり得る。コロイド状の炭素マトリックスは、炭素を互いに保持するだけでなく（結束）、炭素層を集電基板の表面上で保持する（接着）のに重要な役割を有する接着材料によって互いに保持される。
【００３６】
集電基板は一般的に金属箔であるが、これは装置の種類によって変化する。
【００３７】
スーパーキャパシタの分野における関心のうちの１つの変数は、含まれる電解質の性質である。電解質は、典型的に、１つ以上の溶解されたイオン種を含む１つ以上の溶媒である。多くの場合、電解質の物理的および電気化学的な特性は、スーパーキャパシタの内部抵抗（ＥＳＲ）およびスーパーキャパシタの「電力スペクトル」、すなわちスーパーキャパシタがさまざまな時間領域またはさまざま周波数範囲にわたって電力を与える能力を決定する際の重要な要素である。
【００３８】
電解質溶液の導電率（κ）に影響を与える要素は、１９９４年１２月１２から１４日にフロリダ州、ディアフィールドビーチ、オーシャン・リゾート・ホテルおよびカンファレンスセンターで開催され、フロリダ・エジュケーショナル・セミナーズ・インコーポレイティッド（Florida Educational Seminars, Inc.）（フロリダ３３４３１、ボカラトン、スイート３５８、グレードロード１９００）によって調整された「二重層キャパシタおよび類似のエネルギ貯蔵装置に関する第４回国際セミナー」(“The Fourth International Seminar on Double Layer Capacitors and Similar Energy Storage Devices”）から抜粋されたＢ．Ｅ．コンウェイ（B.E.Conway）による論文で詳細に記載されている。
【００３９】
要約すると、導電率を決定する際に含まれる２つの主要な要素がある。すなわち、
ａ）  自由な電荷担体、カチオンおよびアニオンの濃度、
ｂ）  電解質で解離したイオンごとのイオン移動度または導電率の寄与
である。
【００４０】
次にこれらの２つの主要な要素に影響を与える複数の副要素がある。すなわち、
ａ）  選択された塩の溶解度、
ｂ）  自由イオンへの解離の度合い、イオン種のイオンペアの程度等の要素。これはさらに、塩の濃度、温度および溶媒の誘電率によって影響される。
【００４１】
ｃ）  温度依存特性である溶媒の粘性。温度が増加すると、それに応じて粘性が低下する。
【００４２】
したがって、スーパーキャパシタの溶媒は、以下の基準を考慮して設計することができる。
【００４３】
ａ）  選択されたイオン種の溶媒
ｂ）  溶液におけるカチオン／アニオンペアの解離の度合い
ｃ）  誘電率
ｄ）  電子対供与性
ｅ）  高いイオン移動度の許容
ｆ）  自由イオンの溶媒和および溶媒和イオンの半径の度合い
ｇ）  粘性（すなわち意図される温度範囲における低い粘性）の温度係数
ｈ）  イオンペアの平衡
また、溶媒は化学的に安定している必要がある。硫酸および水酸化カリウムの溶液等の水性の電解質が用いられることが多い。なぜなら、これらは高い導電性を有する電解質の生成を可能にするからである。しかしながら、水は、充電で水素および酸素への電解の影響を受けやすく、動作の比較的小さな電気化学窓を有し、外側で印加された電圧が溶媒を劣化させる。１．５Ｖを超える電圧を必要とする適用例において電気化学的な安定性を維持するために、直列のスーパーキャパシタセルを用いる必要があり、これは非水装置に関連するサイズを増加させる。スーパーキャパシタがその動作寿命の間に数十万回充電および放電をしなければならないと考えられるときに、安定性が重要となる。
【００４４】
もちろん、費用、毒性、純度および乾燥度の考慮等、溶媒への処理要件もある。
【００４５】
関連する分野で一般的に用いられる非水性溶媒、たとえば、バッテリは、高い誘電率の非プロトン性（たとえば有機炭酸塩）、高いドナー数を有する低い誘電率（たとえばジメトキシエタン、テトラヒドロフランまたはジオキソラン）、高い分極能力を有する低い誘電率（たとえばトルエンもしくはメシチレン）、または中間誘電率の非プトロン性の（たとえばジメチルホルムアミド、ブチロラクトン）の溶媒として分類することができる。
【００４６】
しかしながら、上述のスーパーキャパシタの特定の電解質の要件に加えて、実際にはスーパーキャパシタが分離において動作しないと考えられる。むしろ、使用中に、これらは高い温度を生成する構成要素および同様の他の構成要素の存在下で制限された環境にあり、これは電解質の溶媒を選択するときに考慮しなければならない。また、スーパーキャパシタは、開始時に、上述の高い動作電圧よりもかなり低い（氷点下の範囲の）温度で動作することができなければならないことを考慮に入れる必要がある。
【００４７】
バッテリのエネルギ貯蔵は、スーパーキャパシタの電気的伝達とは対照的に、電解質のセルのＥＳＲへの寄与にそれほど依存しないが、バッテリにおいても低いＥＳＲが望ましい。高い沸点を有する溶媒は、常に高い粘性を有し、結果として低い温度での低い電荷の可動性を有する。したがって、環状エーテルおよびラクトン等の高い沸点の溶媒は、スーパーキャパシタにおいて何が非常に高いＥＳＲであるかにそれほど関係なく、バッテリで使用することができる。
【００４８】
これらのおよび他の考慮すべき事項が、同時継続出願ＰＣＴ／ＡＵ０３／００３３４においてより詳細に述べられ、この内容は相互参照によって本明細書に援用される。
【００４９】
上述の説明では、いかなる所与の適用例のスーパーキャパシタの設計にも通じるさまざまな要素を示す。しかしながら、スーパーキャパシタの直列の組合わせを必要とする適用
例についてはさらなる複雑さが生じてくる。特に、製造上の許容差のために、および許容差と費用のバランスをとる必要があるために、必然的に、名目上同様のスーパーキャパシタの間での均一性が欠如してくる。すなわち、装置のいかなる所与の測定可能な特性も、所与の許容差内で低下する際に、許容値の間で分配される。直列に接続されるべきスーパーキャパシタ間の均一性の欠如から生じる問題は、以下の論文によって概説される。
【００５０】
ａ）  ジョンＲ．ミラー（John R. Miller）著、ニュージャージー州、チェリーヒルで開催された第３６回国際電源シンポジウムの議事録、ｐ１５〜１８（１９９４年６月）に含まれる「電気化学的キャパシタの電圧バランス−高電圧装置のセルの均一性の要件」（“Electrochemical Capacitor Voltage Balance-Cell Uniformity Requirements for High-Voltage Devices”）
ｂ）  ジョンＲ．ミラーおよびスザンナＭ．バトラー（Susannah M. Butler）著、２００１年１２月３から５日、フロリダ州、ディアフィールドビーチで開催された二重層のキャパシタおよび同様のエネルギ貯蔵装置に関する第１１回国際セミナーに提出された「電気化学的キャパシタのフロート電圧動作：セル電圧の均一性への漏れ電流の影響」（“Electrochemical Capacitor Float-Voltage Operation: Leakage Current Influence On Cell Voltage Uniformity”)
ｃ)  Ｂ．Ｅ．コンウェイ著、１９９５年１２月４〜６日、フロリダ州、ボカラトンで開催された二重層のキャパシタおよび同様のエネルギ貯蔵装置に関する第５回国際セミナーに提出された「バッテリに関する電気化学的なキャパシタの自己放電の特徴付けおよび動作ならびにメカニズム」（“Characterization And Behavior And Mechanism Of Self-Discharge Of Electrochemical Capacitors In Relation To That At Batteries”）
スーパーキャパシタは、１つ以上の直列に接続されたセルを含むことが認識されるであろう。所与の動作電圧につき、セルの動作電圧に基づいて或る数のこれらのセルが必要がある。これらのセルが単一のスーパーキャパシタにパッケージされるか、または複数の直列に接続されたスーパーキャパシタにパッケージされるかどうかはそれほど重要ではない。いずれの場合においても、事実上、直列に接続された複数の超容量性セルがある。直列のセルの各々は、以下のものを含む複数の電気的特性を有する。
【００５１】
ａ）  電荷電流は、セルをその動作電圧（Ｖ0）まで充電するために用いられる電流である。
【００５２】
ｂ）  電荷蓄積電流は、セルが動作電圧で保持された直後の予め定められた期間にセルに流れ込む減少電流である。（典型的に、予め定められた期間は数十時間である。）
ｃ）  漏れ電流（ＩL）は、それが予め定められた期間を超えて動作電圧で保持されるときに、セルに流れ込む減少電流である。
【００５３】
ｄ）
【００５４】
【数４】
2006517733.tif 000006
【００５５】
によって規定された抵抗である等価の並列抵抗（ＥＰＲ）
ｅ）  ＲＣ時定数としても知られる時定数は、ＥＳＲおよび静電容量の積に等しい。
【００５６】
ｆ）  ＰＣＴ／ＡＵ９９／０１０８１で規定されるような応答時間（Ｔ0）
ｇ）  ＰＣＴ／ＡＵ９９／０１０８１で規定されるような体積測定のおよび重量測定のＦＯＭ、
ｈ）  それぞれが単位体積または単位質量ごとに等式２によって規定される、体積測定のおよび重量測定の最大電力密度、
ｉ）  それぞれが単位体積または単位質量ごとに等式１によって規定される、体積測定および重量測定のエネルギ密度
スーパーキャパシタを、超容量性セルとは対照的に、これらの同じ特性という観点から分類することもできる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００５７】
複数の直列に接続されたセルが用いられる場合に、これらのセルが同じスーパーキャパシタまたは複数のスーパーキャパシタにあるかどうかにかかわらず、セルの各々は、その差が小さくても、上記の特性につき異なる値を有する。これに対する部分的な解決策として、直列接続用のセルを「整合させる」ことが知られている。典型的に、整合される特性は、漏れ電流、静電容量およびＥＳＲである。しかしながら、これは所与の適用例について重要な性能パラメータに依存する。
【００５８】
名目上同様のセルまたは名目上同様のスーパーキャパシタの整合は、典型的に静的なおよび制御された条件に基づくため、効率が制限される。
【００５９】
所与のセルについての上記の特性は、時間、セルの温度およびセルがさらされる電圧とともに変化することが知られている。したがって、製造時に十分に整合されると考えられるセルでも、セルが使用される際に必ずしもその状態が保たれるわけではない。これは、たとえば、上述の特性のうちの一部につき、一旦差が十分明白になると、その差を増大させる効果があるために悪化される。
【００６０】
例として、複数の直列に接続された超容量性セルにつき、セルの各々は、セル全体にわたっての所与の温度および電圧について、いかなる不純物およびその化学的性質も含むその物理的構成に基づいた一意の等価の並列抵抗（ＥＰＲ）を有する。直列のセルが、使用中に温度変化を経験する場合、これは典型的に、各セルにつき同じである可能性が低いＥＰＲに変化をもたらす。したがって、十分に整合されたセルは、温度変化、機械的応力等の環境的な影響によって容易に整合が不十分になる。この効果は、直列のセルが環境的な影響における差にさらされる場合に悪化される。この例は、積層されたセルで生じ、積層の底部のセルは、それがプロセッサまたは他の回路もしくは構成要素等の熱源に比較的近接しているために優先的に加熱される。
【００６１】
上述の状況において、すべてが事前に十分に整合されていても、温度差によって、直列のセルのＥＰＲ間の差が大きくなる。これは次に、各セルによって観察される適用電圧の相対的な割合を変更し、したがって高い割合を観察するセルの故障の危険性を高める。セルによって観察される電圧がセルの降伏電圧に接近していなくても、動作電圧を超える危険性があることにより、セルの信頼性および寿命が損なわれる。
【課題を解決するための手段】
【００６２】
発明の開示
本発明の目的は、先行技術の不利な点の少なくとも１つを克服もしくは改善し、または有用な代替例を提供することである。
【００６３】
本発明の第１の局面に従うと、少なくとも２つのエネルギ貯蔵セルを有するエネルギ貯蔵装置のための抵抗バランスが与えられ、抵抗バランスはセルの中間に配置される。
【００６４】
好ましくは、セルは直列に接続され、バランスは、それぞれのセルと並列の複数の抵抗経路を含む。より好ましくは、バランスは、それぞれの経路を規定するための複数の抵抗部材を含む。すなわち、経路はそれぞれの長さに沿って均一の抵抗性を有する。しかしながら、他の実施例において、各々の経路は、抵抗部分によって接続される分離した導電部分を含む。さらなる実施例において、バランスは、１つ以上のアクティブ素子を含む。
【００６５】
好ましくは、抵抗部分は表面実装抵抗器である。より好ましくは、抵抗は、はんだ、導電性接着剤または他の手段によって隣接する導電部分に電気的に接続される。他の実施例において、アクティブ素子の表面が装着される。
【００６６】
好ましくは、一方のセルは、第１の端子および第２の端子を含み、第１の端子は、装置の負端子を規定する。より好ましくは、他方のセルは、第３および第４の端子を含み、第４の端子は装置の正端子を規定し、第２の端子は第３の端子に電気的に接続される。
【００６７】
好ましくは、バランスは、
第１の端部と第２の端部との間に延在するフレームと、
第１の端子に接続するために第１の端部から延在する第１のタブと、
第１のタブから間隔をあけ、かつ第４の端子に接続するために第１の端部から延在する第２のタブと、
第２のおよび第３の端子と接続するために第２の端部から延在する第３のタブとを含む。
【００６８】
より好ましくは、一方の経路は、第１のタブと第２のタブとの間のバランスに沿って延在し、他方の経路は、第２のタブと第３のタブとの間のバランスに沿って延在する。より好ましくは、導電部分は金属トラックであり、抵抗部分は、金属トラックの間で橋渡しする抵抗器である。しかしながら、他の実施例において、抵抗部分は、１つ以上のアクティブ素子および１つ以上の抵抗器によって規定される。いくつかの実施例において、アクティブ素子は１つ以上の演算増幅器を含むことが認識されるであろう。
【００６９】
好ましい形態において、第１の、第２のおよび第３のタブは、基板に電気的に接続されて、基板が、第１のおよび第２の端子、ならびに第３のおよび第４の端子の間でそれぞれの抵抗経路を規定するようにする。より好ましくは、抵抗経路の抵抗は実質的に等しい。他の実施例において、抵抗経路の抵抗は時間が経つと変化する。好ましくは、抵抗は１つ以上のセルにわたる電圧に応じて変化する。
【００７０】
好ましくは、バランスはセルの間に挟まれる。より好ましくは、バランスはセルの間に完全に挟まれる。
【００７１】
いくつかの実施例において、バランスは１つ以上の薄板である。より好ましくは、板は非導電性接着剤でコーティングされる。さらにより好ましくは、板は薄板からなる。いくつかの実施例において、板は、第１の抵抗の２つの外層と、第１の抵抗よりもかなり大きい第２の抵抗の中間層とを含む。
【００７２】
好ましい形態において、一方のセルは、第１の端子および第２の端子を含み、第１の端子は装置の負端子を規定する。より好ましくは、他方のセルは、第３の端子および第４の端子を含み、第４の端子は装置の正端子を規定し、第２の端子は第３の端子に電気的に接続される。
【００７３】
好ましくは、バランスは、セルが装着されるクレードルを含む。より好ましくは、クレ
ードルは、それぞれの経路を規定するための複数の抵抗部材を含む。さらにより好ましくは、各々の経路は、抵抗部分によって接続される分離した導電部分を含む。しかしながら、他の実施例において、経路は実質的に均一の抵抗性である。さらなる実施例において、抵抗経路の抵抗は、セルのうちの少なくとも１つにわたる電圧に応じて変化する。
【００７４】
本発明の第２の局面に従うと、各々が２つの端子を含む２つのエネルギ貯蔵セルを有するエネルギ貯蔵装置が提供され、
一方のセルの端子の１つに接続された第１の接点と、
他方のセルの端子の１つに接続された第２の接点と、
他の端子に接続された第３の接点と、
装置の抵抗バランスを集合的に規定するために、第１の接点および第３の接点、ならびに第２の接点および第３の接点それぞれの間に延在する２つの抵抗経路とを含む。
【００７５】
好ましくは、バランスは基板に装着される。より好ましくは、基板は回路基板である。さらにより好ましくは、抵抗経路の抵抗は実質的に等しく、第１および第２の接点は板に固定して電気的に接続される。他の実施例において、抵抗経路は１つ以上のアクティブ素子によって規定される。好ましくは、アクティブ素子は回路基板に装着される。より好ましくは、アクティブ素子は回路基板に装着された表面である。
【００７６】
好ましくは、バランスはセルの中間に配置される。より好ましくは、バランスはセルの間に挟まれる。より好ましくは、バランスは完全にセルの間に挟まれる。
【００７７】
好ましい形態において、第１の接点は装置の正端子を規定し、第２の接点は装置の負端子を規定する。より好ましくは、第３の接点は板に電気的に接続される。
【００７８】
好ましくは、装置は２つよりも多いセルを含む。
【００７９】
第３の局面に従うと、１つ以上のエネルギ貯蔵装置を含む回路基板が設けられ、このまたはこれらの装置は、本発明の第１の局面の抵抗バランスを含む。
【００８０】
本発明の第４の局面に従うと、電気的に相互接続された複数の構成要素を支持するための回路基板が提供され、構成要素のうちの少なくとも１つは以下のものを有するエネルギ貯蔵装置であり、以下のものは、
少なくとも２つの直列に接続されたエネルギ貯蔵セルと、
それぞれのセルと並列な複数の抵抗経路を有する抵抗バランスとを有する。
【００８１】
一実施例において、抵抗経路はそれぞれの抵抗器によって規定される。しかしながら、他の実施例において、抵抗経路は、１つ以上のアクティブ素子によって少なくとも部分的に規定される。好ましくは、各抵抗経路は、１つ以上の抵抗器および１つ以上のアクティブ素子の組合せによって規定される。
【００８２】
本発明の第５の局面に従うと、エネルギ貯蔵装置を含む電子的装置が提供され、エネルギ貯蔵装置は、
少なくとも２つの直列に接続されたエネルギ貯蔵セルと、
それぞれのセルと並列な複数の抵抗経路を有する抵抗バランスとを有する。
【００８３】
一実施例において、抵抗経路は、それぞれの抵抗器によって規定される。しかしながら、他の実施例において、抵抗経路は１つ以上のアクティブ素子によって少なくとも部分的に規定される。好ましくは、各々の抵抗経路は、１つ以上の抵抗器および１つ以上のアクティブ素子の組合せによって規定される。
【００８４】
本発明の第６の局面に従うと、少なくとも２つのエネルギ貯蔵セルを有するエネルギ貯蔵装置のクレードルが提供され、このクレードルはセルの中間に配置される。
【００８５】
好ましくは、一方のセルは、第１の端子および第２の端子を含み、第１の端子は、装置の負端子を規定する。より好ましくは、他方のセルは、第３の端子および第４の端子を含み、第４の端子は装置のための正端子を規定し、第２の端子は第３の端子に電気的に接続される。
【００８６】
好ましくは、クレードルは、
第１の端部および第２の端部の間に延在するフレームと、
第１の端子に接続するために第１の端部から延在する第１のタブと、
第１のタブから間隔をおき、かつ第４の端子に接続するために第１の端部から延在する第２のタブと、
第２のおよび第３の端子に接続するために、第２の端部から延在する第３のタブとを含む。より好ましくは、一方の経路は、第１のタブおよび第３のタブの間のクレードルに沿って延在し、他方の経路は、第２のタブおよび第３のタブの間のクレードルに沿って延在する。より好ましくは、導電部分は金属トラックであり、抵抗部分は金属トラックの間で橋渡しする抵抗器である。しかしながら、他の実施例において、抵抗経路は、少なくとも部分的に、１つ以上のアクティブ素子によって規定される。さらなる実施例において、抵抗経路は、１つ以上の抵抗器および１つ以上のアクティブ素子の組合せによって規定される。
【００８７】
好ましい形態において、第１の、第２のおよび第３のタブは、基板に電気的に接続されて、基板が、第１のおよび第２の端子、ならびに第３のおよび第４の端子の間のそれぞれの抵抗経路を規定するようにする。より好ましくは、抵抗経路の抵抗は実質的に等しい。いくつかの実施例において、抵抗経路の抵抗は、１つ以上のセルにわたる電圧に応じて変化する。
【００８８】
本発明の第７の局面に従うと、少なくとも２つの直列に接続されたエネルギ貯蔵セルを有するエネルギ貯蔵装置のためのクレードルが提供され、クレードルは、セルの中間に配置され、抵抗バランスを規定するためにそれぞれのセルと並列の複数の抵抗経路を有する。
【００８９】
好ましくは、クレードルはセルの間に挟まれる。より好ましくは、クレードルは、セルの間から外部に延在するタブを含む。さらにより好ましくは、タブは、外部の電気的な構成要素へのセルの電気的接続を容易にする。好ましい実施例において、タブは回路基板への接続のために調整される。しかしながら、他の実施例において、タブは、外部の電気的な構成要素に直接接続するために調整される。
【００９０】
好ましい形態において、一方のセルは、第１の端子および第２の端子を含み、第１の端子は装置の負端子を規定する。より好ましくは、他方のセルは、第３の端子および第４の端子を含み、第４の端子は装置のための正端子を規定し、第２の端子は第３の端子に電気的に接続される。
【００９１】
好ましくは、クレードルは、それぞれの経路を規定するための複数の抵抗部材を含む。より好ましくは、各々の経路は、抵抗部分によって接続される分離した導電部分を含む。しかしながら、他の実施例において、経路は実質的に均一の抵抗性を有する。他の実施例において、抵抗部材は、１つ以上の抵抗器および１つ以上のアクティブ素子のうちの１つまたはその組合せを含む。
【００９２】
本発明の第８の局面に従うと、各々が２つの端子を含む２つのエネルギ貯蔵セルを有するエネルギ貯蔵装置のクレードルが提供され、クレードルは、
一方のセルの端子のうちの１つに接続された第１の接点と、
他方のセルの端子のうちの１つに接続された第２の接点と、
他の端子に接続された第３の接触とを含む。
【００９３】
好ましくは、クレードルは、接点を電気的に相互接続するための基板に装着される。より好ましくは、基板は回路基板である。さらにより好ましくは、接点は電気的に相互接続されて、基板が第１のおよび第３の接点ならびに第２のおよび第３の接点の間でそれぞれの抵抗経路を規定するようにする。好ましい実施例において、抵抗経路の抵抗は実質的に等しい。他の実施例において、抵抗経路の抵抗は、セルのうちの少なくとも１つにわたる電圧に応じて変化する。
【００９４】
好ましくは、クレードルはセルの中間に配置される。
【００９５】
好ましい形態において、第１の接点は装置の正端子を規定し、第２の接点は装置の負端子を規定する。より好ましくは、第３の接点は基板に電気的に接続される。
【００９６】
本発明の第９の実施例に従うと、少なくとも２つの直列に接続されたエネルギ貯蔵装置の抵抗バランスが与えられ、バランスは、装置と並列に接続され、装置をバランスのとれた状態にするための高電力消費モードと、装置がバランスのとれた状態にあるときの低電力消費モードとを有する。
【００９７】
好ましくは、各々の装置はそれにわたって電圧を有し、バランスのとれた状態で、装置にわたる電圧は実質的に等しい。いくつかの実施例において、バランスのとれた状態の装置にわたる電圧は、予め定められたしきい値よりもわずかに異なる。たとえば、いくつかの実施例において、しきい値は約０．５ボルトである。しかしながら、他の実施例において代替のしきい値が用いられる。
【００９８】
好ましくは、エネルギ貯蔵装置はキャパシタである。
【００９９】
一実施例において、低いモードにおいて、バランスによって消費される電力は、高いモードにおけるバランスによって消費される電力の１０％未満である。
【０１００】
好ましくは、各々の装置は並列の複数のキャパシタを含む。いくつかの実施例において、各々の装置は、並列および／または直列の複数のキャパシタを含む。
【０１０１】
好ましくは、バランスは、２つよりも多い直列に接続された装置と並列に接続される。いくつかの実施例において、バランスは１０よりも多い直列に接続された装置とカスケードされる。しかしながら、本発明の実施例は、典型的に低い電圧の回路に適用されるため、１０よりも少ない直列に接続された装置が用いられる。
【０１０２】
好ましくは、バランスは２つのモードの間で切替る。より好ましくは、バランスは、装置が予め定められた量だけバランスのとれた状態から進むまで低いモードに保たれる。しかしながら、他の実施例において、バランスは１つのモードから他のモードに漸進的に移動する。
【０１０３】
好ましい形態において、装置の各々は２つの端子を含み、これらの端子のうちの１つは正端子を規定し、別の端子は負端子を規定し、２つの残余の端子は共通の端子を規定する
。より好ましくは、バランスは、低いモードおよび高いモードの間のバランスを切替えるために端子間の電流経路を選択的に規定するための、正端子、共通の端子および負端子に接続されたスイッチング装置を含む。
【０１０４】
好ましくは、スイッチング装置は、低いモードおよび高いモードの間でいつ切替えるかを決定するために、正端子および共通の端子の間の電圧、ならびに負端子および共通の端子の間の電圧に応答する。他の実施例において、スイッチング装置は、正端子および負端子の間の電圧に応答する。
【０１０５】
本発明の第１０の局面に従うと、少なくとも２つの直列に接続されたエネルギ貯蔵装置のための抵抗バランスが与えられ、バランスは、装置に並列に接続され、装置をバランスのとれた状態にするための低い抵抗モードと、装置がバランスのとれた状態であるときの高い抵抗モードとを有する。
【０１０６】
好ましくは、装置は、それぞれの等価の並列抵抗（ＥＰＲ）およびバランスを有し、高い抵抗モードにおいて、各々の装置と並列な効果的な抵抗を与え、効果的な抵抗はそれぞれのＥＰＲよりも高い。より好ましくは、効果的な抵抗は、それぞれのＥＰＲよりも少なくとも１０倍高い。さらにより好ましくは、効果的な抵抗は、それぞれのＥＰＲよりも少なくとも１００倍高い。
【０１０７】
好ましくは、低い抵抗モードにおいて、高い電圧における装置にわたる効果的な抵抗は、それぞれのＥＰＲよりも低い。より好ましくは、効果的な抵抗はそれぞれのＥＰＲよりも少なくとも１０倍低い。さらにより好ましくは、効果的な抵抗はそれぞれのＥＰＲよりも少なくとも１００倍低い。しかしながら、他の実施例において、効果的な抵抗はそれぞれのＥＰＲよりも少なくとも１０6倍低い。
【０１０８】
本明細書で用いられる「キャパシタ」という言葉は、内部の電荷分離およびしたがって内部の電界を有するいかなるパッシブな電荷蓄積装置のことも指す。典型的に、このような装置は漏れ電流を有する。これは、電解キャパシタ、炭素二重層キャパシタ（それ以外にスーパーキャパシタ、ウルトラキャパシタ等として知られている）を含む。スーパーキャパシタまたはキャパシタを参照する場合に、文脈で特に明らかに必要とされない限り、これは、１つのこのような電荷蓄積装置または並列に接続された複数のこのような装置を含むことが理解されるであろう。
【０１０９】
本発明の第１１の局面に従うと、以下のものを含む電気的装置が提供され、以下のものは、
予め定められた機能性を与えるための回路と、
電力を回路に与えるための供給レールと、
供給レールにエネルギを供給するためのエネルギ貯蔵装置と、
レールと並列に接続された複数の直列に接続されたキャパシタと、
キャパシタと並列に接続され、かつキャパシタをバランスのとれた状態にするための低い抵抗モードと、キャパシタがバランスのとれた状態にあるときの高い抵抗モードとを有する電圧バランス装置とを含む。
【０１１０】
好ましくは、予め定められた機能性は無線送信を含む。
【０１１１】
本発明の第１２の局面に従うと、負荷電圧を経験するエネルギ貯蔵装置のための電圧バランスが提供され、バランスは、装置と並列に接続され、装置のうちの少なくとも１つを部分的に放電するための負荷電圧の予め定められた値に応答する。
【０１１２】
好ましくは、抵抗器を通して放電が生じる。すなわち、バランスは、エネルギ貯蔵装置を部分的に放電するための高電力消費モードと、そうでなければ低電力消費モードとを有する。
【０１１３】
好ましくは、バランスは、対応する複数の直列に接続されたエネルギ貯蔵装置の電圧バランスを与えるための複数の同様のバランスと直列に接続される。
【０１１４】
好ましい形態において、バランスは、
負荷電圧から導かれる分割された電圧を与えるために装置に並列して接続された抵抗分割器と、
消散抵抗器と、
参照電圧、分割器電圧に応答する入力、および消散抵抗器に接続された出力を有するスイッチとを含み、スイッチは、消散抵抗器における電流の流れがエネルギ貯蔵装置を部分的に放電するのを可能にするための参照電圧よりも高い分割器電圧に応答する。
【０１１５】
好ましくは、消散抵抗器は０よりも大きな抵抗を有する。
【０１１６】
好ましくは、スイッチは演算増幅器である。より好ましくは、スイッチは、比較器として構成されるＭＡＸ９１１７演算増幅器である。しかしながら、他の実施例において、代替の増幅器および代替的に構成された増幅器が用いられる。
【０１１７】
本発明の第１３の局面に従うと、装置電圧を経験するエネルギ貯蔵装置の電圧バランスが与えられ、バランスは、装置電圧を予め定められたしきい値よりも低く維持するためにエネルギ貯蔵装置に並列に接続される。
【０１１８】
好ましくは、装置電圧は、エネルギ貯蔵装置を部分的に放電することによってしきい値よりも低く維持される。より好ましくは、バランスは、消散抵抗器と、キャパシタが抵抗器を通って部分的に放電するのを可能にするためのキャパシタ電圧の予め定められた値に応答する可変抵抗装置とを含む。さらにより好ましくは、消散レジスタは０よりも大きな電圧を有する。
【０１１９】
好ましくは、可変抵抗装置は以下のものを有する演算増幅器であり、以下のものは、
内部電圧参照と、
装置電圧に応答する入力電圧と、
消散抵抗器に印加される出力電圧と、
出力電圧およびしたがって抵抗器における電流の流れを決定するために、入力および内部参照電圧に応答する比較器とを有する。
【０１２０】
本発明の第１４の局面に従うと、以下のものを含む電気的装置が提供され、以下のものは、
予め定められた機能性を与えるための回路と、
電力を回路に与えるための供給レールと、
供給レールにエネルギを供給するためのエネルギ貯蔵装置と、
レールに並列に接続され、かつそれぞれのキャパシタ電圧を経験する複数の直列に接続されたキャパシタと、
それぞれのキャパシタを部分的に放電するためにキャパシタ電圧の予め定められた値に応答する電圧バランスとを含む。
【０１２１】
本発明の第１５の局面に従うと、それぞれの漏れ電流を有する少なくとも２つの直列に接続されたエネルギ貯蔵装置のための電圧バランスが提供され、バランスは、装置と並列
に接続され、漏れ電流の差に実質的に等しい消散電流を生じるための装置にわたる電圧の差に応答する。
【０１２２】
好ましくは、消散電流は抵抗器を通って流れる。より好ましくは、バランスは、参照電圧を与えるための抵抗分割器と、消散電流を生成するための参照電圧に応答する電圧フォロアとを含む。
【０１２３】
好ましくは、バランスは、ｎのエネルギ貯蔵装置で使用するためのものであり、ここでｎ≧２および抵抗分割器は（ｎ−１）の参照電圧を与え、バランスは、消散電流を生成するためのそれぞれの（ｎ−１）の参照電圧に応答する（ｎ−１）の電圧フォロアを含む。より好ましくは、消散電流は、エネルギ貯蔵装置によって与えられる、最も高いおよび最も低い漏れ電流の間の差に実質的に等しい。
【０１２４】
本発明の第１６の局面に従うと、エネルギ貯蔵装置のための電圧バランスが与えられ、バランスは、
装置にわたる電圧と制御信号を与えるための参照電圧とに応答する比較器と、
装置にわたる電圧を予め定められた値よりも低く維持するために、装置を部分的に放電するために制御信号に応答する放電回路とを含む。
【０１２５】
好ましくは、予め定められた値は参照電圧から得られる。より好ましくは、予め定められた値は参照電圧に等しい。しかしながら、他の実施例において、予め定められた値は参照電圧の固定された割合である。
【０１２６】
好ましくは、バランスにわたる電圧は、供給電圧を与える電力供給によって与えられ、参照電圧は供給電圧から独立している。
【０１２７】
好ましい形態において、エネルギ貯蔵装置を放電するおよび放電しないときにバランスによって消費される電力の比率は少なくとも１０対１である。より好ましくは、この比率は少なくとも１００対１である。
【０１２８】
本発明の第１７の局面に従うと、複数の直列に接続されたエネルギ貯蔵装置のための電圧バランスが提供され、バランスは、それぞれのエネルギ貯蔵装置と並列に接続された第１５の局面の複数のバランスを含む。
【０１２９】
本発明の第１８の局面に従うと、２つのエネルギ貯蔵セルを含むエネルギ貯蔵装置が提供され、このセルは、直列に接続され、使用中に等価になるようにバイアスをかけられるそれぞれのセル電圧を有する。
【０１３０】
本発明の第１９の局面に従うと、２つのエネルギ貯蔵セルを含むエネルギ貯蔵装置が提供され、セルは直列に接続され、使用中に予め定められた値へとバイアスをかけられるそれぞれのセル電圧を有する。
【０１３１】
好ましくは、予め定められた値は等しい。
【０１３２】
一実施例において、装置は２つよりも多いセルを含む。好ましくは、すべてのセルは直列に接続される。しかしながら、いくつかの実施例において、セルのうちの少なくとも１つは別のセルと並列に接続される。
【０１３３】
好ましくは、装置は２つの直列に接続されたセルを含み、以下の特徴のうちの１つまたはその組合せを有し、以下の特徴は、
約５ｍｍ未満の厚さと、
突出した端子を含まない約７００ｍｍ2未満の設置面積と、
約３ｍｌ未満の体積と、
約４００ｍΩ未満のＥＳＲと、
約７００ｍｍ．ｍΩ未満のＥＳＲおよび厚さの積と、
約３５０ｍｌ．ｍΩ未満のＥＳＲおよび体積の積と、
約０．０３ファラドよりも大きなＤＣ静電容量と、
約５グラム未満の重量と、
約１．８ボルトよりも高い動作電圧と、
約０．２３秒未満の時定数と、
約１．５秒未満の応答時間（Ｔ0）と、
約２．１ｋＷ／ｋｇよりも高い重量測定のＦＯＭと、
約６．６ｋＷ／ｋｇよりも高い重量測定の電力密度と、
約０．０８Ｗｈ／ｋｇよりも高い重量測定のエネルギ密度と、
約３．２ｋＷ／リットルよりも高い体積測定のＦＯＭと、
約１０ｋＷ／リットルよりも高い体積測定の電力密度と、
約０．１Ｗｈ／リットルよりも高い体積測定のエネルギ密度とを有する。
【０１３４】
好ましくは、厚さは４．５ｍｍ未満である。より好ましくは、厚さは約２．５ｍｍ未満であり、さらにより好ましくは約２．１ｍｍ未満である。
【０１３５】
好ましい形態において、突出した端子を除く設置面積は、約１７ｍｍ×２８．５ｍｍ未満またはそれに等しい。
【０１３６】
好ましくは、ＥＳＲおよび厚さの積が３００ｍｍ．ｍΩ未満である。より好ましくは、ＥＳＲおよび厚さの積が約２００ｍｍ．ｍΩ未満である。さらにより好ましくは、ＥＳＲおよび厚さの積が約１００ｍｍ．ｍｍΩ未満である。
【０１３７】
好ましい形態において、ＥＳＲおよび体積の積は約２００ｍｌ．ｍΩ未満である。より好ましくは、ＥＳＲおよび体積の積は、約１００ｍｌ．ｍΩ未満である。
【０１３８】
好ましくは、体積は約２ｍｌ未満である。他の実施例において、体積は約１ｍｌ未満である。
【０１３９】
好ましくは、ＥＳＲは約１００ｍΩ未満である。より好ましくは、ＥＳＲは約６０ｍΩ未満である。
【０１４０】
好ましくは、ＤＣ静電容量は０．１ファラドよりも大きい。より好ましくは、ＤＣ静電容量は約０．５ファラドよりも高い。さらにより好ましくは、ＤＣ静電容量は約１ファラドよりも高い。
【０１４１】
好ましい形態において、重量は約４グラム未満である。より好ましくは、重量は約２グラム未満である。
【０１４２】
好ましくは、動作電圧は約２ボルトよりも高い。より好ましくは、動作電圧は約３ボルトよりも高い。さらにより好ましくは、動作電圧は約４ボルトよりも高い。
【０１４３】
好ましくは、時定数は約０．１秒未満である。より好ましくは、時定数は約０．０３秒未満である。さらにより好ましくは、時定数は約０．０１秒未満である。
【０１４４】
好ましくは、応答時間（Ｔ0）は約１秒未満である。より好ましくは、応答時間（Ｔ0）は約０．２秒未満である。
【０１４５】
好ましくは、重量測定のＦＯＭは約３．４ｋＷ／ｋｇよりも高く、より好ましくは約５ｋＷ／ｋｇよりも高い。さらにより好ましくは、重量測定のＦＯＭは約１０ｋＷ／ｋｇよりも高い。
【０１４６】
好ましくは、重量測定の電力密度は約１０ｋＷ／ｋｇよりも高く、より好ましくは約１５ｋＷ／ｋｇよりも高い。さらにより好ましくは、重量測定のＦＯＭは約３０ｋＷ／ｋｇよりも高い。
【０１４７】
好ましい形態において、重量測定のエネルギ密度は約１Ｗｈ／ｋｇよりも高く、より好ましくは約２Ｗｈ／ｋｇよりも高い。
【０１４８】
好ましくは、体積測定のＦＯＭは５ｋＷ／リットルよりも高く、より好ましくは約８ｋＷ／リットルよりも高い。さらにより好ましくは、体積測定のＦＯＭは約２０ｋＷ／リットルよりも高い。
【０１４９】
好ましくは、体積測定の電力密度は、１６ｋＷ／リットルよりも高く、より好ましくは、約２５ｋＷ／リットルよりも高い。さらにより好ましくは、体積測定の出力密度は約５０ｋＷ／リットルよりも高い。
【０１５０】
好ましくは、体積測定のエネルギ密度は約１Ｗｈ／リットルよりも高い。より好ましくは、体積測定のエネルギ密度は約２Ｗｈ／リットルよりも高い。
【０１５１】
いくつかの実施例において、装置は、等価に向かう電圧バイアスを与えるためにセルとともに装着されるバランスを含む。１つのこのような実施例は、それぞれのセルに並列に延在する抵抗経路を含む。
【０１５２】
本発明の第２０の局面に従うと、エネルギ貯蔵装置が提供され、この装置は、
直列に接続された２つのエネルギ貯蔵セルを含み、各々のセルは使用中にそれぞれのセル電圧にさらされ、上記装置はさらに、
セルを電気的に接続し、かつ等価にするためにセル電圧にバイアスをかけるためのバランスを含む。
【０１５３】
好ましくは、セルは動作電圧を有する。より好ましくは、動作電圧は実質的に等しい。さらにより好ましくは、動作電圧は約２．３ボルトよりも高い。より好ましくは、動作電圧は約２．５ボルトよりも高い。さらにより好ましくは、動作電圧は約２．７ボルトよりも高い。同様に好ましくは、動作電圧は約５ボルト未満である。
【０１５４】
好ましくは、バランスは、それぞれの動作電圧よりも低いセル電圧を含む。
【０１５５】
好ましい形態において、装置は２つよりも多いエネルギ貯蔵セルを含む。
【０１５６】
本発明の第２１の局面に従うと、各々が２つの端子を含む複数のエネルギ貯蔵セルを有するエネルギ貯蔵装置が提供され、隣接する端子は、セルを直列に接続するために接合部で係合され、
直列のセルの第１番目の端子のうちの１つに接続される第１の接点と、
直列のセルの最後の端子のうちの１つに接続される第２の接点と、
それぞれの接合物に接続される少なくとも１つの中間接点と、
装置の抵抗バランスを集合的に規定するために接点の間に延在する抵抗経路とを含む。
【０１５７】
好ましくは、抵抗経路のうちの少なくとも１つは、導電部分と抵抗部分とを含む。より好ましくは、抵抗部分は抵抗器を含む。さらにより好ましくは、抵抗部分は抵抗器を含む。他の実施例において、抵抗部分は１つ以上のアクティブ素子を含む。さらなる実施例において、抵抗部分は、１つ以上のアクティブ素子および１つ以上のパッシブ素子の組合せを含む。好ましくは、アクティブ素子は、演算増幅器、ダイオード、トランジスタおよび別のアクティブな装置のうちの１つ以上を含む。好ましくは、パッシブ素子は、抵抗器、キャパシタおよび別のパッシブ素子のうちの１つ以上を含む。
【０１５８】
ここで本発明の好ましい実施例が、添付の付録および図面を参照して例示的にのみ記載される。
【０１５９】
付録１は、本発明の実施例で使用するのに好適な１組の例示のスーパーキャパシタを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１６０】
好ましい実施例の説明
スーパーキャパシタで用いられるエネルギ貯蔵セルは、他の電子的構成要素と同様に、典型的に大量に製造される。すべての大量の生産品は、いくつかの妥協点および製造される装置の重要な特性における許容差の受容を含む。これは超容量性セルについても同じである。
【０１６１】
図１から６を参照すると、スーパーキャパシタで使用するための、大量生産された名目上同様のセルの一群のさまざまなパラメータの分布を示すそれぞれのヒストグラムが示される。図示された分布は典型的なものであるが、製造中の思いつきおよびサンプルサイズを含むさまざまな要素に応じて、一群間でばらつきが生じることが認識されるであろう。他の性能パラメータについての同様の分布がある。これらのパラメータの一部は、他のものより厳しい許容差内で制御するのがより経済的であるが、厳密な一致は期待されず、達成することができない。
【０１６２】
直列に接続するためにセルを整合させるときに、よく整合される１つの典型的なパラメータは、数十時間という期間の後の漏れ電流（ＩL）である。これは、ＩLにおける変化がセルのＥＰＲの対応する割合のばらつきを与えるからである。たとえば、図１において、標準偏差は平均値の１７％であり、これは、（付録１の例１のスーパーキャパシタを形成するために組合された）任意に組合されたセルが、平均してＥＰＲにおける対応する割合のばらつきを有することを示している。典型的なＥＰＲが約１２ＭΩであるときに、±１の標準偏差の間に４ＭΩの差がある。一方で図４において、この図は、使用中に付録１の例２のスーパーキャパシタを形成するために直列に組合されたセルの一群のデータであり、標準偏差は平均値の６７％である。したがって、この後者の一群はＥＰＲにおけるかなり大きなばらつきをもたらす。
【０１６３】
図２および３は、２つのセルが例１のスーパーキャパシタのために選択されたセルのそれぞれの静電容量およびＥＳＲの分布を示している。図５および６は、例２のスーパーキャパシタのための２つのセルが選択されたセルの対応する分布を示している。これらの図の各々は、同一のセルの理想的な整合を達成する際に生じた実際的な問題点を示している。
【０１６４】
図７は、名目上同様の装置間の電荷蓄積電流において通常、差が存在することを示している。電流の一般的な特徴は、これらが特定のセルに関して約４８時間を超えてほぼ指数
関数的に減衰するという点で同じであるが、減衰の割合はセルの間で変化する。これは、
ａ）  電荷蓄積電流の減衰および漏れ電流への遷移
ｂ）  漏れ電流の温度依存性。たとえば、図７において、漏れ電流は７０℃で約６μＡであり、これは、約２３℃で同じセルについて漏れ電流が約０．２μＡであることを示す図１と対照的である。
【０１６５】
図８は、漏れ電流の温度依存性を示し、温度依存性は名目上同じセルの間で変化する。すなわち、図に示されたすべての温度での１０のセルについての漏れ電流の分布度がある。さらに、この分布度は温度とともに上昇する傾向がある。
【０１６６】
図９は、漏れ電流の電圧依存性を示し、電圧依存性は名目上同じセルの間で変化する。測定される電圧はセル電圧であることが認識されるであろう。図に示されたすべてのセル電圧における１０のセルの漏れ電流の分布度がある。
【０１６７】
図１０は図９と同様であるが、漏れ電流の差および７０℃でのこれらのセルの対応するセル電圧の差を示すために２つの特定のセルを選ばれる。これらの２つのセルが直列に対になる場合に、漏れ電流は、セルの間の不均衡を示す異なるセル電圧を生じる。
【０１６８】
図１１は、２３℃における漏れ電流の小さな差について選択された２つのセルに関するものである。これらのセルの温度が７０℃まで上げられるときに、漏れ電流は同様であるが、電荷電流はかなり異なる。セルが直列に接続される場合、この差はセルの間でかなりの電圧の不均衡を生じるであろう。すなわち、ある環境条件にセルを整合させることによって、セルがこれらの条件の変化に整合されることは保証されない。
【０１６９】
図１２は、一定の温度における名目上同様のセルの充電および放電に関するものである。これは、セル電圧がオンまたはオフにされたときのセルの間の漏れ電流および電荷電流の差を示している。したがって、直列の電圧がオンおよびオフにされた場合に、直列に接続されたセルの間で電圧のバランスを達成するのは難しい。
【０１７０】
図１３は、直列に接続された例２からの２つの整合されたセルである。最初の１５０時間、セルはバランスをとられないため、個々のセル電圧は分岐される。しかしながら、１５０時間後には、セルは本発明に従った純粋な抵抗バランスでバランスをとられ、個々のセル電圧がバランシングによってもたらされるバイアスのために集中する。セルが同様のセルであると、バランスは等価になるように電圧にバイアスをかける。
【０１７１】
本発明の実施例は、広範囲の種類のスーパーキャパシタおよび超容量性セル（その一部は付録１に例示されている）で用いるのに好適である。しかしながら、実施例は、これらの例とともに使用することに限定されず、他のスーパーキャパシタおよびセルとともに使用するのにも好適である。例示するために、本発明の実施例は、その開示が相互参照によってここに含まれる、先行のＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＡＵ９９／０１０８１、ＰＣＴ／ＡＵ０１／００８３８、ＰＣＴ／ＡＵ０１／０１６１３、ＰＣＴ／ＡＵ０１／０１５９０、ＰＣＴ／ＡＵ０２／０１７６６およびＰＣＴ／ＡＵ０３／００３３４に含まれる種類のセルおよびスーパーキャパシタで使用するのにも好適である。
【０１７２】
図１４から１６を参照すると、スーパーキャパシタ２の形態をしたエネルギ貯蔵装置のための抵抗バランス１が示されている。スーパーキャパシタは、図１８で最もよく示されており、２つのエネルギ貯蔵セル３および４を有する。バランスはセルの中間に配置される。
【０１７３】
バランス１は、２つの平行に間隔をあけた同一の広がりを持つ縦部材５および６を含み
、これらはそれぞれ端部７および８ならびに端部９および１０の間に延在する。２つの平行に間隔をあけた同一の広がりを持つ横部材１１および１２は、部材５および６の間に延在する。部材１１は、端部７および９それぞれにすぐ隣接して取り付けられるが、部材１２は、それぞれの端部８および１０に隣接するが、これらから内部に間隔をあけて、部材７および８に取り付けられる。
【０１７４】
すべての部材は、穴を開けられるか、そうでなければ要求された形状に形成された１枚の回路基板と一体化して形成される。この実施例において、部材は中心開口１３を集合的に規定し、一方で部材５，６および１２は端部ノッチ１４を集合的に規定する。
【０１７５】
連続的な導電性の金属トラック２１は部材５，６および１１上で形成され、端部２２および２３の間を横方向に延在する。電気的に導電性の概ね正方形の金属タブ２４は、部材１１に固定して装着され、トラック２１の上にあり、これと密接に電気的に接触する。タブ２４は、部材１１のすべてにわたって横方向に、かつ部材１１の外部で縦方向にある第１の端部２５および第２の端部２６と、端部７および９との間で縦方向に延在する。タブ２４は上面２７および下面２８を含む。
【０１７６】
タブ２４は、導電性接着剤（図示せず）によって部材１１に接続される。しかしながら、他の実施例において、代替の接続手段は、はんだ付けまたは熱によるもしくは他の溶接を含む。
【０１７７】
トラック２１の端部２２および２３は、端部８および１０それぞれに向かって延在する、図１５で最もよく示された縦部分を含む。
【０１７８】
別の導電性の金属トラック２９は、端部３０と概ね正方形の金属接触パッチ３１との間の部材５に沿って縦方向に延在する。端部３０は、トラック２１の端部２２に隣接するがそこからは間隔をあけられる。同様に、導電性の金属トラック３３は、端部３４と概ね正方形の金属接触パッチ３５との間の部材６に沿って縦方向に延在する。端部３４は、トラック２１の端部２３に隣接するがそこから間隔をあけられる。
【０１７９】
２つの金属タブ３７および３８は銅板から形成され、それぞれのパッチ３１および３５と重複し、これらと密接に電気的に接触される。
【０１８０】
これらのタブ３７および３８の各々は、上面および下面を有する、それぞれの固定された部分４１および４２を含み、タブの下面はパッチ３１および３５と重複し、これと接する。タブは、部材５および６の端部８および１０を超えて縦方向に延在する自由な部分４５および４６を含む。他の実施例において、部分４５および４６は、部材５および６それぞれを超えて横方向に延在する。さらなる実施例において、部分４５および４６は、部材５および６を超えて横方向にかつ縦方向に延在する。
【０１８１】
バランス１は、２つの表面実装抵抗器４７および４８を含む。抵抗器４７は、タブ２４およびタブ３７の間で抵抗経路を与えるために、トラック２９の端部３０とトラック２１の端部２２との間のギャップを埋める。この経路は、タブ２４、トラック２１、抵抗器４７、トラック２９、パッチ３１およびタブ３７を連続的に含む。同様に、抵抗器４８は、タブ２４およびタブ３８の間で抵抗経路を与えるために、トラック３３の端部３４とトラック２１の端部２３との間のギャップを埋める。この経路は、タブ２４、トラック２１、抵抗器４８、トラック３３、パッチ３５およびタブ３８を連続的に含む。タブ２４ならびに３７および３８の間の実質的にすべての抵抗は、抵抗器４７および４８によって与えられることが認識されるであろう。
【０１８２】
他の実施例において、標準の炭素ベースの抵抗器またはポリマー抵抗器等の代替の抵抗装置が用いられ、そのうちの１つが以下でより詳細に説明される。
【０１８３】
図１７で最もよく示されるように、セル３および４はそれぞれ密閉された積層ハウジング５１および５２を含む。示されてはいないが、ハウジングの各々の内部で、複数の対向電極、電極を固定して間隔をあけた構成に保つための絶縁セパレータ、および電極間のイオン伝導を可能にするための電解質が配置される。この実施例において、各々のハウジングは、複数の対をなす積層電極を含む。しかしながら、折り重ねられたまたは巻かれた電極を含む多くの他の構成が可能である。これらの構成の例は、公開番号ＷＯ０２／４７０９７号のＰＣＴ出願に示されており、その内容は相互参照によりここに援用される。
【０１８４】
ハウジング５１内の電極の各々は、２つの端子５３および５４のうちの１つに接続される。これらの端子は、電極との外部での電気的相互作用を可能にするために、互いに反対方向ではあるが、ハウジングから縦方向に延在する。同様に、ハウジング５２内部の電極の各々は、２つの端子５５および５６のうちの１つに接続される。これらの端子は、電極との外部での電気的相互作用を可能にするために、互いに反対方向ではあるが、ハウジングから縦方向に延在する。
【０１８５】
セル３および４のバランス１への装着は、セルを図１７に示されるようなクレードルに対して方向付けることによって行なわれる。これは、タブ３７の下面の下にありかつそれに接する端子５４と、タブ３８の上面の上にありかつそれと接する端子５６とを含む。図に概略的に示されるように、溶接は、対をなす当接された構成要素に与えられ、２つの固定された電力接続をもたらす。
【０１８６】
セル３および４は、次に、図１８に示された方向を想定するように互いから離れておよびクレードル２のまわりで折り重なる。図に示されるように、端子５３はタブ２４の下面２８に接し、一方で端子５５はタブ２４の上面２７に接する。これらの接する構成要素は次に互いに溶接されて、端子５３および５５ならびにタブ２４に効果的に電気的に接続される。スーパーキャパシタ２の回路図が図１９に概略的に示されている。すなわち、セル３および４は互いに直列に、およびそれぞれの抵抗器４７および４８と並列に接続される。
【０１８７】
抵抗器４７および４８は、実質的に同じ抵抗を与えるように選択されることが当業者によって認識されるであろう。したがって、セル３および４の双方は、抵抗器４７および４８によって形成される抵抗電圧分割器によっておよそ同じ電圧で維持される。これによって、使用中に、直列に接続されたセルのうちの１つへの過電圧の危険性が実質的に減じられることが保証される。
【０１８８】
セル３および４は、そのそれぞれの周囲で、ハウジング５１および５２内の中央に配置されたこれらのセル内部の電極のためにその中心よりも薄い。したがって、これらのセルがバランス１のまわりで折り重ねられるときに、反対側のハウジングは穴１３へと延在して接するか、または密接に隣接している。このようにして、部材５，６，１１および１２は、セル３および４と係合した状態でさらに係留される。さらに、この相互作用のために、バランス１はスーパーキャパシタ２の全体的な厚さにほとんど寄与しない。
【０１８９】
図１８に示されるように、タブ２４ならびに部分４５および４６は、バランス１を超えて縦方向に延在し、ハウジング５１および５２は、他の回路または構成要素への電気的接続のためにアクセス可能になる。この実施例において、部分４５および４６は、はんだ付けによって回路基板（図示せず）に電気的に接続され、一方でタブ２４はそのまま残される。しかしながら、他の実施例において、タブ２４は関連する回路基板または他の電気的
構成要素に接続されて、そのタブでの電圧に近付くおよび／またはそれを制御するのを可能にする。
【０１９０】
図面に示された実施例において、図１４から１９は、スーパーキャパシタのための抵抗バランスを可能にするための便利でありかつ費用のわりに効果的な手段を提供する。すなわち、スーパーキャパシタ２は、既存の回路基板に遡って適合され、かつそれぞれのバランスの機能性を得ることができる。たとえば、スーパーキャパシタ２は、いくつかの実施例において、キャパシタに取って代わり、同じ体積にかなりの大きな静電容量を与える。他の実施例において、スーパーキャパシタ２は不均衡なスーパーキャパシタに取って代わることにより、実質的に同じ体積を占めながら改善された安定性および寿命を与えることができる。
【０１９１】
セル３および４が上下に積み重ねられるときに、これらは、装着される基板の狭い面積しか占めず、これによって設計の柔軟性が高くなる。さらに、タブ２４は要求に応じてアクセスされるように利用可能である。
【０１９２】
上述の実施例において、抵抗器４７および４８は、±１％の許容差での１５０ｋΩの抵抗を有する表面実装抵抗器である。抵抗は、経験される直列の動作電圧におけるセルのＥＰＲに基づいて選択され、バランスから要求される所望の敏感度を与えるように整合される。他の実施例において、異なる抵抗、抵抗器の種類および許容差が用いられる。
【０１９３】
図１４の実施例において、セルの各々は、縦が約２７ｍｍ、横が約１７ｍｍ、厚さが約１ｍｍである。スーパーキャパシタ２の合計の厚さは約２．１ｍｍであり、これはセル３および４の組合された厚さよりもほんのわずかに厚いだけである。
【０１９４】
ここで図２０を参照すると、無線コンピュータネットワーク（図示せず）のための通信カード６１が示されており、このネットワークは、図１４に従ったバランスを有する超容量性装置（明確には図示せず）を含む。他の実施例において、通信カードはクラス１０またはクラス１２のＧＰＲＳカードであり、さらに他の実施例ではそれはＰＣＭＣＩＡカードである。多くの他の通信カードおよび他のカードが他の実施例において用いられることが当業者によって認識されるであろう。
【０１９５】
カード６１は標準のＰＣＢ６２を含み、これに、カードから要求された機能性を与えるための多くの構成要素が装着される。カードは、電子的装置のスロットに挿入するためのものであり、この場合、同様のカード６１は、デスクトップコンピュータ６３、ラップトップコンピュータ６４およびプリンタ６５等の複数の電子的装置内に含まれる。これらが一旦含まれかつ要求されたドライバとともに構成されると、電子的装置間の無線ネットワーク通信が可能になる。
【０１９６】
バランス１を含む他のカードは、寸法が異なり、異なる機能性を与える。これらの追加のカードは、ビデオカメラ、ＰＤＡ、携帯電話、モデム、サーバ等の他の電子的装置で用いるためのものである。さらに、場合によっては、クレードル１は、カードに装着されずに、代わりに電子的装置のマザーボードまたは他の回路基板に直接装着される。
【０１９７】
ここで図２１から図２６を参照すると、図２２において破線で示された代替の抵抗バランス７１が示されている。バランス７１は、２つのエネルギ貯蔵セル７３および７４を有するスーパーキャパシタ７２の形態をしたエネルギ貯蔵装置のためのものである。バランス７１は、セルの完全に中間に配置される。他の実施例において、バランスは実質的にセルの間に配置される。
【０１９８】
スーパーキャパシタ７２のさまざまな実施例が付録１の例１から３０に示される。
【０１９９】
図２３に示されるように、セル７３は、エッジ７６，７７，７８および７９を有する概ね矩形の積層ハウジング７５を含む。ハウジング７５は、最初にエネルギ貯蔵素子８０のまわりで半分に折り重ねられた単一の積層板から形成され、これは図において破線で示されている。折り目がエッジ７９を規定することが認識されるであろう。ハウジング７５は次に、エッジ７６および７８に沿って熱溶接されて、上方に面する開口（図示せず）を有するポケットを規定する。液体の電解質は、ポケットの開口に挿入され、一方でガスおよび水等の他の汚染物質が除去される。ハウジング７５は、開口のまわりで熱溶接されて、素子８０およびハウジング７５内の電解質を密閉して保持する。熱融着されたハウジングの一部は、それ自身にわたって折返されてエッジ７７を規定する。
【０２００】
素子８０は、複数の対向しかつ積み重ねられた電極と、これらの電極を間隔をあけた構成で維持するための中間絶縁セパレータとを含む。スタックにおける電極の２分の１は、概ね矩形のアルミニウムタブ８１に電気的に接続されて、第１の組の電極を集合的に形成し、一方で電極の他の２分の１は、概ね矩形のアルミニウムタブ８２に電気的に接続されて、第２の組の電極を集合的に形成する。第１の組における電極は、第２の組における電極で挟まれて、最大の対向電極面積を与える。さらに、電極は、活性化された炭素等の広い表面積の材料とでコーティングされて、電極間の対向する表面積を最適化する。
【０２０１】
タブ８１および８２は反対側の方向でハウジング７５内から延在し、それぞれ熱溶接エッジ７６および７８によって係留され、密閉して保持される。タブによって要素８０への外部での電気的接続が可能になり、主要な特性は、導電性、強度および他での構成要素への接続の好適性である。
【０２０２】
穴をあけた銅端子８３はボディ８４を含み、このボディは一方端でタブ８１の自由端に電気的に接続される。この実施例において、接続は溶接によって行なわれる。しかしながら、他の実施例において、溶接または導電性接着剤が用いられる。終端レッグ８５は、通常、ボディ８４の他方端から延在し、回路基板（図示せず）と係合するための自由端を有する。
【０２０３】
セル７３のＥＰＲは、タブ８１および８２の間で測定され、約１．５ＭΩである。製造および材料の許容差によって同様のセルの間にＥＰＲのばらつきが生じる。
【０２０４】
平坦な抵抗ストリップ１０３は、タブ８１および８２に電気的に接続されて、予め定められた抵抗を有するタブの間で抵抗経路を規定する。この実施例において、予め定められた抵抗は約１５０ｋΩである。このストリップは以下でより詳細に説明される。
【０２０５】
セル７４はセル７３と同様であり、これは図２４に示されており、対応する特徴は対応する参照数字で示されている。セル７４の場合に、端子８３はタブ８２に接続される。さらに、タブとの接続は、レッグ８５が延在するボディ８４の端部に隣接している。この理由は、以下の説明から明らかになる。
【０２０６】
タブ８１および８２の間で測定されたセル７４のＥＰＲは約１．５ＭΩである。これはセル７３のＥＰＲと類似しているが、製造および材料の許容差がセルの間のＥＰＲのばらつきをもたらすことが当業者によって認識されるであろう。いくつかの組立てプロセスにおいてセルが整合される。それにもかかわらず、名目上同様のセルの間でＥＰＲに１０％のばらつきがあるのは珍しいことではない。
【０２０７】
平坦な抵抗ストリップ１０４はセル７４のタブ８１および８２に電気的に接続されて、
予め定められた抵抗を有するタブの間の抵抗経路を規定する。この実施例において、予め定められた抵抗は約１５０ｋΩであり、これはストリップ１０３によって与えられる予め定められた抵抗と同じである。
【０２０８】
バランス７１を組立てるという次のステップは、図２５および２６に最もよく示されており、セル７３および７４は隣り合わせに配置される。
【０２０９】
セル７３のタブ８２およびセル７４のタブ８１は、エッジ７８および７６それぞれで折り重ねられて、セルから通常上方に同一の広がりを持つようにする。これらのタブは互いに当接され、互いに超音波で溶接される。他の実施例において、はんだ付け等の代替の接続方法が用いられる。
【０２１０】
セル７３のタブ８１はエッジ７６のまわりで約１８０°だけ折り重ねられて、端子８３のボディ８４がセル７３の上にあり、かつ端子８３のレッグ８５がセル７３を超えて縦に外側に延在するようにする。同様に、セル７４のタブ８２は、エッジ７８のまわりで１８０°だけ折り重ねられて、端子８３のボディ８４がセル７４の上にあり、かつ端子８３のレッグ８５がセル７４を超えて縦方向に外側に延在するようにする。図２６で最もよく示されるように、セル７４に接続される端子８３は、下方および外側に延在するレッグ８５を含み、一方でセル７３に接続される端子８３は、上方および外側に延在する。さらに重要なことに、図２５に最もよく示されるように、レッグは横方向にずらされる。
【０２１１】
セル７３のタブ８２をセル７４のタブ８１に接続することは、これらのセルを直列に接続するという効果を有する。この実施例において、セル７３の端子８３はスーパーキャパシタ７２の正端子を規定し、一方でセル７４の端子８３はスーパーキャパシタ７２の負端子を規定する。
【０２１２】
次いで、セル７３および７４は、重なり合うように、接続されたタブ８１および８２のあたりで１８０°折り重ねられる。すなわち、セル７３および７４は図２５および図２６に示される構成から図２１および図２２に示される構成に進められる。
【０２１３】
他の実施例においては、セル７３および７４は図２５および図２６に示される平坦な構成の左側にある。このようなスーパーキャパシタの実施例が、添付の付録１の例３１〜４４において提供される。
【０２１４】
いくつかの実施例においては、セル７３および７４は、当該セルを図２１および図２２の折り重ねられた構成に保持するための両面接着剤（図示せず）の中間シートを含む。この接着剤はまた、正端子を負端子から絶縁する。しかしながら、他の実施例においては、片面接着ストリップが折り重ねられたセルの周りに巻き付けられる。さらに別の実施例においては、接着剤は用いられないが、レッグ８５を回路板または他の基板にはんだ付けすることに頼っている。
【０２１５】
両面接着剤がセル７３とセル７４との間で用いられていない実施例においては、他の何らかの絶縁材料を２つの隣接する端子８３の間に配置して、これらの要素の間における短絡を防ぐ。
【０２１６】
バランス７１は端部８７と端部８８との間に長手方向に延在し、実質的にセル７４の上全体に重なる。端部８７は端子８３の本体８４の上に重なるが、端部８８は接続されたタブ８１および８２に隣接して終端をなす。
【０２１７】
次いで、セル７３は、セル７４のエッジ７６に有効に接合されたそのエッジ７８のあた
りで１８０°折り重ねられ、図２１および図２２に示される構成にされる。これにより、組合わされたタブ８１および８２がバランス７１の端部８８に係合され、端部８７が端子８３の本体８４によって対向する側上で係合される。
【０２１８】
図２７、図２８および図２９を参照して抵抗ストリップ１０３および１０４をより詳細に説明する。分かりやすくするために、ストリップ１０３しか示さないが、ストリップ１０４がこれと同様であることが理解されるだろう。
【０２１９】
ストリップ１０３は、間隔をあけて配置された２つのアルミニウム終端タブ１０５および１０６を含む。絶縁テフロン（Teflon）（登録商標）基板１１０は、タブ１０５と部分的に重なりかつ当該タブ１０５に隣接している端部１１１を有する。基板１１０は端部１１１から端部１１２へと長手方向に延在し、当該端部１１２はタブ１０６と部分的に重なりかつ当該タブ１０６に隣接している。抵抗ポリマー層１１３は基板１１０の下側全体に形成され、導電性接着接点１１５および１１６によってそれぞれタブ１０５および１０６に電気的に接続されている。
【０２２０】
抵抗ストリップは、約１０，０００ｍｍ2の面積を有する２５ミクロン厚のテフロン（登録商標）層の金属面上に重ねることによって形成される。この層は基板１１０の前駆体である。たとえばメテック・インコーポレイテッド（Metech, Inc）によって販売され「８６００シリーズ（8600 Series）」と称される５０ミクロン厚のポリマー層が次に、テフロン（登録商標）層にわたって均一に塗布され、硬化して層１１３を形成し得る。間隔をあけて平行に配置された液体接着接点の２つのストリップが層１１３に塗布され、それぞれの０．１ｍｍ厚のアルミニウムストリップが接着接点と係合するよう配置される。次いで、接点を硬化させ得る。
【０２２１】
上述のことが発生すると、複合積層材料が、幅が約３ｍｍで長さが約２３ｍｍのストリップに切断されて複数の抵抗器１０３および１０４を形成する。抵抗材料の長さ、厚さおよび幅を変えることにより、さまざまな値の抵抗が得られることが理解されるだろう。この実施例においては、３ｍｍ×２３ｍｍ×５０ミクロンの抵抗器１０３は約１５０ｋΩの抵抗をもたらす。
【０２２２】
ストリップ１０３の抵抗特性および構造特性は層１１３によってほぼ全面的にもたらされる。基板１１０は、製造ステップを容易にしかつ使用中における不注意な電気的接触から層１１３を守る絶縁体としての役割を果たす。接着接点は個々の接点１１５および１１６の前駆体であり、アルミニウムのストリップはタブ１０５および１０６の前駆体である。
【０２２３】
接着接点１１５および１１６は、この実施例においては、ニ液導電性軟質エポキシ接着剤から形成される。たとえば、Resinlab（登録商標）ＳＥＣ１２３３または同様の製品が用いられる。
【０２２４】
このような抵抗ストリップおよび接着剤を用いることにより、設計および製造をかなり融通のきくものにすることができる。より高い並列抵抗が必要とされる、たとえばより低い漏れ電流を被るような応用例においては、ストリップ１０３および１０４が単により薄くおよび／またはより長くおよび／またはより狭く作製される。逆に、より低い抵抗で十分である場合、ストリップ１１５および１１６はより厚くおよび／またはより短くおよび／またはより狭く作製される。
【０２２５】
ストリップ１０３および１０４の主要な利点は以下のとおりである：
１．最低限の厚さ、すなわちこの実施例では１００ミクロン未満であるが、これにより
、スーパーキャパシタ７２の全体的な厚さへの実質的な追加はなくなる。典型的には、セル同士が接する場合でも、それらの間に１つ以上のギャップが存在する。好ましくは、抵抗器はこれらのギャップに配置され、このため、スーパーキャパシタの全体的な厚さに対し、たとえ寄与するとしてもその寄与の程度は低い。
【０２２６】
２．これらは製造が単純であり費用効率が良く、スーパーキャパシタに対する自動製造プロセス内に含まれる。
【０２２７】
３．ロバストであるため、製造環境において処理しやすい。
【０２２８】
ここで、図３０および図３１を参照すると、代替的な抵抗ストリップ１１７が示される。このストリップは、第１の端部１１９と第２の端部１２０との間に延在する０．１ｍｍ厚のフレキシブル回路板１１８を含む。この実施例においては、端部１１９と端部１２０との間の距離は約２７．５ｍｍであるが、板１１８の幅は約２．７５ｍｍである。しかしながら、他の実施例においては、代替的な距離および幅が用いられる。
【０２２９】
ストリップ１１７は、板１１８上に堆積する銅層１２１を含む。層１２１は選択的に化学エッチングされて、図３０に最もよく示されるように、概して正方形の２つの端部分１２３および１２４、ならびに２つの細長い中間部分１２５および１２６を設ける。部分１２５および１２６は、銅がないことにより構成される狭い分割ストリップ１２７によって互いから電気的に絶縁されている。さらに、部分１２３および１２５が互いに電気的に接続され、部分１２４および１２６が互いに電気的に接続されている。
【０２３０】
また、部分１２５と部分１２６との間を橋渡しする１５０ｋΩの表面実装抵抗器１２８が含まれる。最終結果として、部分１２５および部分１２６の抵抗が非常に低い場合、約１５０ｋΩの抵抗が部分１２３と部分１２４との間にもたらされる。抵抗器１２８は、部分１２５および１２６に固定されて電気的に係合するようはんだ付けされる。しかしながら、他の実施例においては、導電性接着剤を含む代替的な係合手段が用いられる。
【０２３１】
図３１に図示のとおり、ストリップ１１７はまた、導電性接着剤１３１および１３２によって部分１２３および１２４にそれぞれ取付けられる０．１ｍｍ厚の２つのアルミニウムタブ１２９および１３０を含む。タブ１２９および１３０は互いから離れて外向きに延在しているので、エネルギ貯蔵装置のセルにストリップ１１７を接続するのが容易になる。上述の実施例の場合と同様に、概してはんだ付け、超音波溶接または導電性接着剤によって接続がなされる。
【０２３２】
図３０からタブ１２９および１３０を省いていることが分かるだろう。
【０２３３】
ストリップ１１７は可撓性および弾力性があり、ロバストである。したがって、これは、自動で製造されるエネルギ貯蔵装置に容易に組込まれる。
【０２３４】
ストリップ１１７は上述の実施例の抵抗器１０３および１０４の代替物として用いられる。
【０２３５】
ストリップ１１７を製造するステップがここで図３２に関して説明される。対応する特徴は対応する参照番号で示される。特に、一連のステップは以下を含む：
１．フレキシブル回路板１１８上に薄い銅層１２１を堆積させる。
【０２３６】
２．銅層１２１を化学エッチングして複数のストリップ１１７の基礎である繰返しアレイを形成する。
【０２３７】
３．複数の表面実装抵抗器１２８をはんだ付けして、適切な隣接する銅部分を相互接続する。
【０２３８】
４．銅でできた２つの端部分１２３および１２４を導電性接着剤でコーティングする。
【０２３９】
５．２つのアルミニウムタブ１２９および１３０を接着剤のそれぞれの被覆上に重ねる。
【０２４０】
６．接着剤を硬化させる。
【０２４１】
７．等しく間隔をあけて平行に配置された切断線１３５（破線で図示）に沿って中間生成物を切断して複数の同様のストリップ１１７を形成する。
【０２４２】
タブ１２９と１３０との間の抵抗が測定され、２つのセルエネルギ貯蔵装置とともに用いられる整合した対が形成される。
【０２４３】
典型的には、この実施例においては、ストリップ１１７は、約１．５ＭΩのＥＰＲを有する超容量性セルに適用される。したがって、約１５０ｋΩの抵抗は、要求されている抵抗バランスの影響をもたらすのに適している。他の実施例においては、特により低い漏れ電流が必要とされる場合、ストリップ１１７はより大きな抵抗を与えるよう設計されるが、当業者には明らかであるように実際的な制限はない。
【０２４４】
ここで、図３３を参照すると、代替的なフレキシブルな抵抗ストリップ１４１が示される。このストリップはストリップ１１７と類似しており、対応する特徴は対応する参照番号で示される。この実施例においては、中間部分１２５および１２６は、平行でずれた細長く狭い導電性トラックの形であり、それぞれの部分１２３および１２４から延在しかつ抵抗器１２８の対向する端部において終点をなしている。部分１２５および１２６の抵抗が最小である場合、部分１２５と１２６との間の全抵抗は抵抗器１２８の抵抗に実質的に等しくなる。この実施例においては、抵抗器１２８の抵抗は約１５０ｋΩであるが、他の実施例においては代替的な値が用いられる。
【０２４５】
ここで、図３４を参照すると、対応する特徴が対応する参照番号で示されている代替的な抵抗ストリップ１４５が示される。この実施例においては、ストリップ１２７は真直ぐであり、部分１２５および１２６は上方から見ると等しい面積からなる。抵抗器１２８は部分１２３に、または当該部分１２３に隣接して配置されるが、他の実施例においては、部分１２４により近接して配置される。この点では、ストリップ１４５は抵抗器１２８に対する長手方向のいかなる位置決めエラーにも非常に許容性がある。
【０２４６】
図３５は図３２に類似しているが、複数のストリップ１４５を示す図である。ストリップ１４５を製造するプロセスは、ストリップ１２７を形成するエッチングステップを除いては、ストリップ１１７のためのステップと同じである。
【０２４７】
図３６を参照すると、この発明のさらなる実施例が示される。これは、車両に装着することを意図した長寿命有料道路トランスポンダ２０１の形をした電気的装置を含む。このトランスポンダは所定の機能を与えるための電子回路２０２を含むが、当該機能とは、この実施例においては、道路通行料金所（図示せず）でもたらされる問いかけ信号を検出したり、これに応じてトランスポンダ２０１に固有の識別子を無線で送信したりすることである。この機能が以下にさらに説明される。１対の供給レール２０３および２０４が回路２０２に電力を供給し、バッテリ２０５の形をしたエネルギ貯蔵装置が供給レールに通電
する。直列接続された２つのキャパシタは０．９５ファラドの炭素二重層スーパーキャパシタ２０７および２０８の形をしており、レール２０３と並列に接続される。電圧バランス２０９はスーパーキャパシタ２０７および２０８と並列に接続され、スーパーキャパシタをバランスの取れた状態に進めるための低抵抗モードと、キャパシタがバランスの取れた状態である場合の高抵抗モードとを有する。
【０２４８】
他の実施例においては、直列または並列の一群のバッテリを用いて供給電圧をレール２０３および２０４に供給する。この実施例においては、バッテリ２０５は、定格で２アンペア時のリチウム一次電池であり、その動作寿命にわたって３．９ボルト〜２．５ボルトの公称ゼロ電流電圧を供給する。他の実施例においては、代替的なバッテリが用いられる。
【０２４９】
スーパーキャパシタ２０７および２０８は定格で２．３ボルトであり、このため、それらは直列に配置されることにより、名目上、レール２０３と２０４との間の電圧の半分だけにさらされることが確実となる。この実施例においては、これにより、各スーパーキャパシタが１．９５ボルトの最大名目電圧に晒されることとなる。他の実施例においては、異なるスーパーキャパシタまたは容量性装置が用いられる。
【０２５０】
通常の製造許容差およびその動作寿命にわたるスーパーキャパシタの特徴の変化のために、スーパーキャパシタのＥＰＲが常に同一である可能性は極めて低くなる。したがって、別個のスーパーキャパシタに見られる電圧に何らかの不均衡が常に生じるだろう。この影響に対処するために、バランス２０９はスーパーキャパシタ２０５および２０６と並列に接続され、スーパーキャパシタをバランスの取れた状態に進めるための高電力消費モードと、スーパーキャパシタがバランスの取れた状態にある場合の低電力消費モードとを有する。
【０２５１】
便宜上、スーパーキャパシタ２０７の負端子とスーパーキャパシタ２０８の正端子との間の電気的接続は接合部２１０と称される。
【０２５２】
図３７に最もよく示されるように、バランス２０９は、レール２０３と２０４との間に延在する直列接続された３つの抵抗器２１１、２１２および２１３を含む抵抗電圧分割器ネットワークを含む。これらの抵抗器はそれぞれ２２ＭΩ、４．９９ＭΩおよび２２ＭΩの公称抵抗値を有し、抵抗器２１１と２１２との間の接合部２１５において第１の基準電圧と、抵抗器２１２と２１３との間の接合部２１６において第２の基準電圧とを与える。好ましくは、抵抗器は１％以下の許容差を有する。
【０２５３】
バランス２０９はまた２つの低電力比較器２１９および２２０を含み、各々は、レール２０３に接続された正の供給レール２２１と、レール２０４に接続された負の供給レール２２２とを備える。０．１μＦセラミックキャパシタ２２３は、高周波過渡電流を短絡させるために設けられる。
【０２５４】
比較器２１９および２２０は各々、正入力２２５および２２６、負入力２２７および２２８、ならびに出力２２９および２３０を有する。入力２２５および２２６はそれぞれ接合部２１６および２１５に直接接続されて、第２および第１の基準電圧にアクセスする。２つの０．０１μＦセラミックキャパシタ２３１はそれぞれの入力２２５および２２６と接合部２１０との間に延在して、高周波過渡電流をフィルタにかける。
【０２５５】
入力２２７と２２８とは接合部２１０に接続される。
【０２５６】
出力２２９は３８３Ω抵抗器２３２に接続され、これが、低漏洩のＢＡＶ１９９タイプ
のダイオード２３３に直列接続される。同様に、出力２３０は３８３Ω抵抗器２３４に接続され、これが低漏洩のＢＡＶ１９９タイプのダイオード２３５に直列接続される。また図示のとおり、ダイオードはそれぞれの他の端部が接合部２１０に接続されている。
【０２５７】
この実施例においては、比較器２１９および２２０はＭａｘｉｍ  ＭＡＸ９１１９比較器であり、各々は、供給電圧が３．９ボルト（バランス２０９のための予想される最大動作電圧）の場合、室温で約４１０ｎＡを得る。完全を期すために、以下のとおり言及される：
１．比較器は各々、１．８ボルトの供給電圧（比較器のための最小動作電圧）で動作する場合、典型的には室温で３５０ｎＡを得る。
【０２５８】
２．比較器は各々、５ボルトで電力供給される場合、典型的には最大１．２μＡを得る。
【０２５９】
３．上述の数値は、装置２０１のための最大動作温度であり、これは８５℃である。
【０２６０】
比較器２１９および２２０が３．９ボルトの最大供給電圧で通常約７０℃未満の温度で動作すると仮定すると、各比較器によって得られる典型的な電流が５００ｎＡ未満であり、装置の寿命にわたる平均が約４１０ｎＡとなることが分かった。明らかに、この電流は、装置２０１が晒されるそれぞれの環境に応じて当該装置２０１によって異なるだろう。加えて、当業者には理解されるように、バッテリ２０５が放電するとその電圧は降下する。
【０２６１】
バランス２０９は、スーパーキャパシタ２０７および２０８にわたる電圧を、スーパーキャパシタが回復不能な損傷を被り易くなる値未満に維持する。スーパーキャパシタ２０７および２０８については、その電圧は名目上２．３ボルトである。バランス２０９は安全マージンを含み、バッテリ２０５によって与えられる最大３．９ボルトに基づき、各スーパーキャパシタにわたる最大電圧を２．１５ボルト未満に維持する。
【０２６２】
他の実施例においては、たとえば異なる安全最大動作電圧、異なる形状因子、異なる静電容量などの異なる特徴を有する異なるスーパーキャパシタが用いられる。加えて、いくつかの実施例においては、電解キャパシタ、セラミックキャパシタなどの代替的な容量性装置が用いられる。
【０２６３】
バランス２０９は、スーパーキャパシタ２０７および２０８がバランスの取れた状態である場合、すなわち、レール２０３と接合部２１０との間の電圧が接合部２１０とレール２０４との間の電圧と整合する場合、最小電流を得る。加えて、電圧が理想的な等しい電圧から少量、すなわち約１０％未満しか前進しなかった場合、バランス２０９は最小電流を受け続ける。
【０２６４】
各比較器２１９および２２０は、レール２０３と２０４との間の十分な供給電圧によって電力供給される。供給電圧が、或る値、すなわち、この実施例ではバッテリ２０５からの十分な充電電圧である３．９ボルト、を決して超えないことが分かっているので、最大安全動作電圧を超える可能性なしに、分割された供給電圧をスーパーキャパシタ２０７および２０８のための基準として用いることができる。
【０２６５】
比較器２１９および２２０は、スーパーキャパシタ２０７および２０８がバランスの取れた状態にある場合、１．８ボルトほどの低さの電圧で機能し、この１．８ボルトは各スーパーキャパシタにわたって０．９ボルトに変化する。
【０２６６】
スーパーキャパシタ２０７および２０８がバランスの取れた状態である場合、またはバランスが崩れるほどには動かされない場合、出力２２９および２３０はそれぞれ「ロー」および「ハイ」となる。これがダイオード２３３および２３５の両方に逆バイアスをかけると、これらのダイオードを流れる電流の流れは非常に少なくなる。典型的には、考慮されている動作電圧および温度では、このような電流は極めて小さくなり、結果として、比較器２１９および２２０によって得られる電流が最小となる。上述のように、その電流は、各比較器に対し数百ナノアンペアのオーダである。
【０２６７】
スーパーキャパシタ２０７にわたる電圧がスーパーキャパシタ２０８にわたる電圧に比べて増大するので、最終的には（接合部２１６における）第２の基準電圧は接合部２１０における電圧を上回ることとなる。すなわち、最終的に、入力２２５における電圧は入力２２７における電圧を超えるだろう。これにより、比較器２１９の出力が「ハイ」になり、その後、ダイオード２３３に順バイアスがかけられる。したがって、低抵抗電流経路はレール２０３からレール２０４へと確立され、これがレール２２１、比較器２１９、出力２２９、抵抗器２３２、ダイオード２３３およびキャパシタ２０８を通って順次進められる。この電流経路は、レール２０３から、これによりスーパーキャパシタ２０７およびバッテリ２０５から有効に電流を得て、部分的にスーパーキャパシタ２０７を放電し、スーパーキャパシタ２０８をさらに充電し、これにより、スーパーキャパシタ間の電圧バランスを回復させる。電流はバランス電流と称される。
【０２６８】
バランス電流は主として抵抗器２３２を選択することによって制限される。この発明の実施例においては、抵抗器２３２の抵抗が３８３Ωであれば、バランス電流は約３〜４ｍＡに制限される。他の実施例においては、抵抗器２３２は、最大で比較器２１９の出力２２９から送出され得るまでの異なるバランス電流を送出するよう選択される。いくつかの実施例においては、最大バランス電流は、ダイオード２３３によって搬送可能な最大動作電流によって決定される。
【０２６９】
比較器２１９は固有のヒステリシスを含む。したがって、入力２２５における電圧が所定量下がって入力２２７における電圧を下回ると、出力２２９は「ロー」に駆動されるだろう。これによりダイオード２３３に逆バイアスがかけられ、上述の電流経路が有効に除去される。ヒステリシスは他の実施例においては、比較器２１９の適切なピン（図示せず）に接続された抵抗分割器（図示せず）を用いることによって所定の値に設定される。この発明の実施例については、ヒステリシスの典型的な値は４ｍＶであるが、ただし、これは温度によって異なる。加えて、４ｍＶの範囲は帯域の最上部からその最低部にわたる。したがって、入力は、出力が状態を変える前にこの量の半分だけ基準を上回るかまたは当該基準を下回らなければならない。
【０２７０】
この実施例においては、ヒステリシスの作用により、スーパーキャパシタがさほどバランスを崩さず、ほんの僅かな量のエネルギを消費してスーパーキャパシタをバランスの取れた状態に進ませることが確実となる。ほんの一例として、より高い（上昇する）電圧を有するスーパーキャパシタがそれぞれの比較器の状態を変えると、その比較器は、スーパーキャパシタの電圧が少なくともヒステリシス帯域の幅の量だけ下がればその元の状態に戻るだろう。上述のとおり、そのヒステリシス帯域はこの実施例においては典型的には４ｍＶである。これらの値を例として用いると、各キャパシタにおけるエネルギ変化は３．９ボルトの供給電圧では約８．２ｍＪとなる。この特定のエネルギ変化は、指標となる一方で、供給電圧、温度などの多くの要因に依存することが当業者に理解されるだろう。
【０２７１】
他の実施例においては、抵抗器２３２および２３４のために異なる量のヒステリシスおよび／または異なる値の抵抗が用いられる。
【０２７２】
代替例においては、スーパーキャパシタ２０８にわたる電圧はスーパーキャパシタ２０７にわたる電圧に比べて増大する。これにより、最終的には（接合部２１５における）第１の基準電圧が接合部２１０における電圧を下回ることとなる。すなわち、最終的に、入力２２６における電圧が入力２２８における電圧未満となるだろう。これにより、比較器２２０の出力が「ロー」になり、その後、ダイオード２３４に順バイアスがかけられる。したがって、低抵抗電流経路は接合部２１０からレール２０４へと確立され、これがダイオード２３５、抵抗器２３４、出力２３０およびレール２２２を通じて順次進められる。この電流経路は接合部２１０から、これによりスーパーキャパシタ２０８から有効に電流を得ている。同時に、接合部２１０における電圧が減じられると、スーパーキャパシタ２０７は、レール２０３から、これによりバッテリ２０５から電流を得るだろう。
【０２７３】
電流経路に沿った電流の流れは抵抗器２３４を選択することによって制限される。
【０２７４】
比較器２２０はまた、約４ｍＶの固有のヒステリシスを含む。したがって、入力２２６における電圧が入力２２８における電圧を上回る所定量を超えると、この実施例においては所定量は約２ｍＶであるが、出力２３０は「ロー」に駆動されるだろう。これによりダイオード２３４に逆バイアスがかけられ、上述の電流経路が有効に除去される。他の実施例においては、ヒステリシスは、比較器２２０の適切なピン（図示せず）に接続された抵抗分割器（図示せず）を用いることによって所定の値に設定される。
【０２７５】
ダイオードに順バイアスがかけられると、バランス２０９の動作はスーパーキャパシタとバッテリとの間でエネルギを再分配することになるが、より高い電圧でスーパーキャパシタからエネルギのうちいくらかを消散させるだろう。しかしながら、電圧が低く、スーパーキャパシタにわたる電圧の差しか対処されないので、電圧バランスを維持する際に消散されるエネルギの量も少なくなる。
【０２７６】
構造および応用例に応じて、スーパーキャパシタのバランスを崩れさせるのに数時間または数日または数週間かかる。これが発生し、比較器のうちの１つが切換わってそれぞれのダイオードに順バイアスがかけられると、供給電圧が３．９ボルトである場合スーパーキャパシタにわたる電圧の差が約０．４ボルトとなる。したがって、この実施例においては、スーパーキャパシタをバランスの取れた状態に戻すには、最悪の場合エネルギ差が熱として消散されると仮定すると、約８．２ｍＪかかることとなる。すなわち、８．２ｍＪは一方のスーパーキャパシタから除去される際に消散し、別の８．２ｍＪは他方のスーパーキャパシタを満たすよう電源から抽出される。後者のエネルギが他方のスーパーキャパシタに貯蔵され、消散されないことに留意することが重要である。
【０２７７】
一方、抵抗バランスネットワークは典型的には、スーパーキャパシタの予想される最大漏れ電流の少なくとも１０倍、場合によってはそれよりもはるかに多くを継続的に得る。これにより、図３６に示されるバランスで達成され得るよりもはるかに大量のエネルギ損失がもたらされる。平均すると、純粋な抵抗バランスの抵抗器は、スーパーキャパシタの電流の１０倍を搬送する場合、スーパーキャパシタによって失われるエネルギの１０倍を失うだろう。いくつかの応用例においてはこのようなレベルのエネルギ消散は全面的に許容可能であるが、動作寿命を損なうために許容され得ない応用例も他にはある。図３６の実施例を用いると、再度バランスを取る必要がない場合にバランス２０９によって必要とされる安定した電力が、スーパーキャパシタの漏洩のみに失われた電力と比較可能であり、これは、純粋な抵抗バランスの場合と同様に、その値の１０倍未満である。
【０２７８】
アクティブまたはアクティブおよび抵抗素子を有するバランスの利点は、より高温の応用例にはより顕著になるだろう。特に、動作温度がより高いために、スーパーキャパシタからの漏れ電流が高くなる。したがって、純粋な抵抗バランスを有効にするには、抵抗が
はるかに低いものとなるだろう。しかしながら、これにより、結果として得られるバランスのための有効電力消費がより増えることとなる。
【０２７９】
抵抗器２１１、２１２および２１３は第１および第２の基準電圧を供給するよう選択され、このため、それらの相対的な抵抗はそれらを選択する際のファクタとなる。しかしながら、これらは、その中を流れる電流を最小限にするために絶対的に高い抵抗を有するよう選択される。すなわち、その電流が継続的に流れる場合、これはバッテリ２０５上の一定の漏洩を表わすが、これにより、装置２０１の実行時間が、適度でないとしても、不必要に損なわれることとなる。
【０２８０】
スーパーキャパシタ２０７および２０８がバランスの取れた状態である場合、またはバランス電圧に近い電圧範囲内である場合、比較器２１９および２２０がダイオード２３３および２３５にそれぞれ逆バイアスをかけ、比較器に電力を供給するのに必要とされる電流だけがバランス２０９によって得られる。最大バッテリ電圧が３．９ボルトであると仮定すると、各比較器が約４１０ｎＡを得るので、約１．６μＷずつを消散することとなる。この公称値が、関連する電圧および温度を含むさまざまなファクタに依存することが理解されるだろう。バランス２０９のおおよその総電力要件は、任意のバランス抵抗器を用いなければ、３．９Ｖで約３．５μＷである。
【０２８１】
ダイオード２３３および２３５は、逆バイアスがかけられた場合に最小電流がそれらの中を流れる点において、漏れが少ない。この場合、逆バイアス電流は、使用されている電圧で数ｎＡのオーダである。
【０２８２】
好ましくは、スーパーキャパシタ２０７および２０８または使用されている他のいかなる容量性装置も、漏れの少ない特性を有する。この実施例においては、スーパーキャパシタ２０７および２０８のＥＰＲは、それらが被った電圧および電流では２ＭΩのオーダである。スーパーキャパシタを通るこれらの漏れ電流を最小限にし、装置２０１のための最大実行時間を確実にするために、スーパーキャパシタはさらに高いＥＰＲを含むよう優先的に選択される。これはまた、バランス２０９がより有効に機能することを可能にする利点を有する。特に好ましい実施例においては、cap-XX, Inc.によって販売され、約２ＭΩのＥＰＲを含むモデル番号ＧＳ１０５と称されるスーパーキャパシタが用いられる。
【０２８３】
スーパーキャパシタがバランスの取れた状態にあるバランス２０９のおおよその電流消費が、以下の表に記載されるが、別個の構成要素は別個に詳述される。
【０２８４】
【表１】
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【０２８５】
バランス２０９は、回路２０２の動作寿命中にバッテリ２０５によって維持される電圧が比較器２１９および２２０によって必要とされる最小動作電圧を常に上回る応用例として設計される。この実施例においては、その最低値は１．８ボルトであり、このため、そ
の基準が満たされる。というのも、回路２０２は、機能するのに端子２０３と２０４との間に少なくとも２．５ボルトを必要とするからである。すなわち、その動作寿命中常に、比較器２１９および２２０は、スーパーキャパシタ２０７と２０８との間で電圧をバランスさせるよう動作するだろう。
【０２８６】
この発明の実施例はさまざまな応用例に適用可能であり、たとえば、ノートブックＰＣ；バーコードスキャナ；ＰＤＡ；ＧＳＭおよび／またはＧＰＲＳ機能を実現するようなＣＦカード；ＧＳＭおよび／またはＧＰＲＳ機能を実現するようなＰＣカード；デジタルカメラ；カメラフラッシュ；ストロボ；通行料金徴収用トランスポンダ／タグ；レストランでのページング装置；テレビ用のリモコンおよび他の電子装置；車、ボート、模型飛行機などの無線制御の装置および他の玩具を含む玩具；光電池／パネル；計算機、時計、照明、ビーコン（海洋および航空）を含む太陽電池式の装置；隔離／遠隔電話システム；コードレス電話、携帯電話、衛星電話および他の通信装置を含む電話；庭用の照明（特に太陽光線を利用するもの）；フラッシュライト；燃料電池；携帯用の電子機器；ロボットアクチュエータを含むロボット工学；供給部から離れているようなソレノイドアクチュエータ；短期間高電流アクチュエータ；電気ハイブリッド車；義肢；ソナーブイ；警告ブイ；電動工具；燃料電池式の装置などが含まれる。しかしながら、２つの比較器で実現される装置２０９は、比較的低電力でのバランスを必要とするような応用例および／またはバランスが取れた状態である場合にキャパシタごとに０．９ボルトまで下がった電圧で作動させるためにバランスさせることが必要であるような応用例に最適である。
【０２８７】
この発明の他の実施例は動作期間についての措置を含むが、この場合、レール２０３と２０４との間の電圧は、比較器２１９および２２０を動作するのに必要とされる最小値を一時的に下回る。このような一実施例には図３８に示されるバランス２４１があり、対応する特徴は対応する参照番号で示される。
【０２８８】
バランス２０９の上のバランス２４１内に含まれる付加的な構成要素は２つのバランス抵抗器２４３および２４４であり、これらはともに１０ＭΩの抵抗を有する。抵抗器２４３はスーパーキャパシタ２０７と並列になるようレール２０３と接合部２１０との間に延在するが、抵抗器２４３はスーパーキャパシタ２０８と並列になるよう接合部２１０とレール２０４との間に延在する。これらの抵抗器はバランス抵抗器として機能するが、ただし、バランス２４１内の他の構成要素の動作のために異なるように機能する。特に、バランス抵抗器は、それらの抵抗器を通る電流が予想される動作温度および電圧でスーパーキャパシタの漏れ電流をはるかに上回ることを確実にするようには選択されない。すなわち、純粋な抵抗バランスは、その効果を達成するために、通常スーパーキャパシタの漏れ電流の約５〜１０倍の電流を得るように選択される抵抗値を有する。しかしながら、この実施例においては、抵抗器２４３および２４４は同じ基準では選択されない。というもの、これらは、レール２０３と２０４との間の電圧が、比較器２１９および２２０を動作させるのに必要な最小値である１．８ボルトを下回る場合に動作するだけでよいからである。したがって、より低い電圧でのバランス電流が比較的小さくなる場合、抵抗器２４３および２４４の抵抗は予想されるよりも高くなる。これは、スーパーキャパシタがバランスの取れた状態である場合に、抵抗器２４３および２４４がその搬送する電流を最小限にするように選択されることを可能にする付加的な利点を有する。
【０２８９】
抵抗器２４３および２４４が含まれることにより、３．９ボルトを供給するバッテリ２０５に基づいて追加の０．２μＡが回路によって得られる。上述の表を参照すると、これにより、約１．１μＡの全電流がバランス２４１によってバッテリ２０５から得られ、スーパーキャパシタがバランスの取れた状態となる。
【０２９０】
絶えず動作させるのに十分な電圧が比較器に供給されない状況においても、いくつかの
比較器はバランス抵抗器２４３および２４４を必要としないだろう。この場合、比較器は、動作不可能であるとき低抵抗電流経路を確立することができず、不均衡が生じないようにすべて同様に挙動する。このことは、比較器が動作しないがそれぞれのダイオードを順バイアスがかけられた状態に維持する場合、または比較器の出力インピーダンスが、スーパーキャパシタ２０７と２０８との間にその後不均衡を引起す実質的な電流の流れを妨げるのに十分に高いものである場合、起こらないだろう。
【０２９１】
抵抗器２４３および２４４が含まれているのは、低電圧である間にスーパーキャパシタ２０７と２０８との間に生じる不均衡についての問題のためではない。これは主として、十分な供給電圧が回復されると現れるであろう電圧の不均衡に対処するためである。回復が、典型的になされるように迅速になされる場合、スーパーキャパシタのうちの１つが許容不可能な高電圧に晒されるおそれがある。このような事象の一例には、バッテリ２０５が、それが約２．５ボルトの電圧しか供給しないという点で費やされると、３．９ボルトを供給する十分に充電された同様のバッテリと交換されるものがある。
【０２９２】
バランス２０９は、不均衡な電圧分配が検出されると、スーパーキャパシタ２０７および２０８に対するバランスを回復するよう作用する。上述の実施例においては、その回復は主として消散を通じて達成される。すなわち、より高い電圧におけるスーパーキャパシタは消散抵抗器を通じて放電される。これに応じて、バッテリは、より低い電圧でスーパーキャパシタをさらに充電させる。他の実施例においては、その回復は、より高い電圧でのキャパシタの放電を含む技術のうちの１つまたはその組合せにより、または、最大電圧を有するキャパシタから電荷を除去し、これを回路における他のキャパシタのうちの１つ以上に移動させることによって達成される。
【０２９３】
バランス２０９の主要な利点は以下のとおりである：
１．スーパーキャパシタをバランスの取れた状態に進めるのに必要とされる場合、単に高い電力およびエネルギ消費モードであり、そうでない場合、低い電力およびエネルギ消費モードである。
【０２９４】
２．スーパーキャパシタがバランスの取れた状態にある場合、非常に少量の電力が消費され、これにより、バッテリによって電力供給された装置のための実行時間の向上が可能となる。
【０２９５】
３．バランス抵抗器が使用される必要がなく、これにより、スーパーキャパシタがバランスの取れた状態にある場合でも、バッテリまたは他の源からかなりのエネルギが消耗されるのを防ぐ。
【０２９６】
４．バランス抵抗器が用いられる場合でも、より高い値の抵抗は所望の機能を達成するのに有効であり、これによりエネルギ損失を最小にする。
【０２９７】
上述の実施例はすべて、バッテリによって電力供給される回路の文脈において提供されてきたが、他のエネルギ貯蔵装置、コンセントの電源などであろうと、他の形の電源を有する回路に等しく適用可能である。
【０２９８】
装置２０１の正味の影響は、１対のスーパーキャパシタの有効な平均漏れ電流が、漏れがより多いものと等しくされることである。図３６において用いられる特定のスーパーキャパシタについては、これらの漏れ電流は典型的には０．１〜５μアンペアのオーダである。したがって、２つのスーパーキャパシタがその範囲の両端にある場合でも、付加的な電流の流れは小さく、このため、消費される付加的な電力も小さくなる。すなわち、装置２０１は、スーパーキャパシタをバランスさせるエネルギ効率の良い手段を提供する。バ
ランス２０９の動作を最適化するために、スーパーキャパシタ２０７および２０８は装置１内に含まれる前にＥＰＲ値のために整合される。しかしながら、典型的にはこれで終わりではなく、上述のように、両方のスーパーキャパシタがそれらの規格内の値を下回る漏れ電流を有する限り、当該対の正味の漏れは、この発明の上述の好ましい実施例とともに用いられる場合、規格の範囲内となるだろう。
【０２９９】
図３９を参照すると、図３６および図３７のバランス２０９の代用にできる代替的なバランス２５１が示される。すなわち、装置２５１を用いてスーパーキャパシタ２０７および２０８に電圧バランスを与える。この場合、スーパーキャパシタは各々、２．３ボルトの見積られた最大動作電圧を有する０．５ファラドの炭素二重層装置である。他の実施例の場合と同様に、バランス２５１がキャパシタなどの他のエネルギ貯蔵装置をバランスさせるのに適用可能であることが理解されるだろう。
【０３００】
バランス２５１は、等価抵抗の２つの抵抗器２５３および２５４を有する抵抗分割器ネットワークを含む。これらの抵抗器は接合部２５５において接触し、レール２０３と２０４との間の電圧の半分である基準電圧を供給する。この実施例においては、等しい抵抗は３３．２ＭΩであるが、ただし、他の実施例においては異なる値が用いられる。これらの抵抗器は、バッテリ２０５からエネルギを絶えず消散するので、高抵抗を有するよう選択される。
【０３０１】
バランス２５１はまた、接合部２５５を備えた電圧フォロア構成で設定されるＭＡＸ４４７０演算増幅器２５６を含む。より特定的には、増幅器２５６は、出力２５７、接合部２５５と直接接続される正入力２５８、および出力２５７と直接接続される負入力２５９を含む。１０ｎＦ電解キャパシタ２６０は、高周波過渡電流にフィルタをかけるよう入力２５８からレール２０４に延在する。
【０３０２】
抵抗器２５３および２５４が高抵抗を有するよう選択されるが、その抵抗に対するより高い値は、増幅器２５６によって得られるバイアス電流の大きさによって規定される。すなわち、バイアス電流がエラーを生成し、これは、全体として回路の設計に適応されなければならない。この実施例においては、増幅器２５６に対するバイアス電流は典型的には約０．２ｎＡであり（ただし最大で約４．２５ｎＡ）、抵抗器２５３および２５４は、電圧エラーをレール２０３と２０４との間の電圧の半分の約５０ｍＶ内に維持するよう選択されている。
【０３０３】
増幅器２５６は、レール２０３に接続された正の供給レール２６１と、レール２０４に接続された負の供給レール２６２とを含む。すなわち、この実施例においては、増幅器２５６はバッテリ２０５によって供給される最大電圧で動作する。
【０３０４】
１００ｎＦキャパシタ２６３はレール２０３と２０４との間に接続されて、演算増幅器への電源上の高周波ノイズを最小限にする。
【０３０５】
増幅器２５６の出力２５７は４７０Ω抵抗器２６４の一方の端部に接続され、これを駆動する。その抵抗器はそのもう一方の端部が接合部２１０に接続されている。
【０３０６】
増幅器２５６は電圧フォロアモードで動作し、基準電圧はレール２０３と２０４との間の供給電圧の２分の１である。すなわち、出力２５７は、基準電圧と実質的に同じ電圧になるよう駆動される。必然的に、スーパーキャパシタ２０７および２０８のうちの１つにおける内部漏れ電流はもう一方の漏れ電流よりも大きく、接合部２１０における電圧は、より大きな漏れ電流を有するスーパーキャパシタ上の電圧が減るように変化するだろう。このことが起こると、増幅器２５６は、抵抗器２６４を流れる電流を、電圧の変化を減ず
る方向に駆動し、これにより、スーパーキャパシタ２０７と２０８との間の電圧バランスを維持するだろう。
【０３０７】
長期間の定常状態後に抵抗器２６４を流れる電流は、スーパーキャパシタ２０７および２０８の対の漏れ電流間の差にほぼ等しくなるだろう。製造された装置における許容漏れ電流への制限が許容可能であり、スーパーキャパシタ２０７および２０８を最初に良好に整合させる場合、上述の２つのうちのより大きな方の漏れ電流が許容可能となり、これはさほど変化しないため、バランス２５１の電力消費がさらに最小にされる。
【０３０８】
抵抗器２６４の値は、電圧の不均衡が増すにつれてバランス電流がいかに急速に増大するかを決定する。この値はまた、増幅器２５６が所望のバランス電流をソースまたはシンクすることができるとすれば、不均衡がいかに迅速に訂正されるかを決定する。
【０３０９】
増幅器２６４は図示の構成において安定しているが、いくつかの増幅器は、図示の大きさの容量性負荷を備える場合、一定していない。したがって、設計者は、増幅器２５６を選択する際にこれを考慮に入れる必要がある。このような選択には、テスト回路の開発や、その綿密なシミュレートが含まれる。なお、高い値のスーパーキャパシタ、たとえばスーパーキャパシタ２０７および２０８は、キャパシタよりもむしろ純粋な抵抗負荷に近い増幅器２５６のようであることもある。
【０３１０】
バランス２５１は、電圧の不均衡がスーパーキャパシタ２０７および２０８上に現われるまで最小限の電流を得る。さらに、不均衡が生じた場合でも、バランス２５１が要求する電流の増加分は、おおよその電圧バランスを維持するのに必要とされるその電流だけである。すなわち、所要の消散電流、またはバランス電流は漏れ電流の差に実質的に等しくなる。これは、バランス２５１などのバランス回路に対するバッテリ２０５からのほぼ最適な電流漏洩と考えられる。
【０３１１】
スーパーキャパシタ２０７と２０８とがバランスの取れた状態である場合のバランス２５１に対するおおよその電流消費が以下の表に示される。別個の構成要素は別個に詳述される。
【０３１２】
【表２】
2006517733.tif 000008
【０３１３】
増幅器２５６のための電流は、４．６Ｖおよび室温で動作するその増幅器に対する典型的な値である。より高温では、その電流はより高くなるだろう。たとえば、７０℃では、増幅器２５６によって得られる典型的な電流値は８２０ｎＡである。しかしながら、増幅器２５６の全体的な動作温度範囲について、最大電流の定常電流漏洩は４．６ボルトでは１．２μＡであることが理解されるだろう。
【０３１４】
単一の演算増幅器を用いる装置２５１は、（レール２０３および２０４にわたって）約２．２５ボルト以上の、キャパシタおよび／または演算増幅器によって決定される値までの電圧で動作可能である。装置２５１に最適な応用例は低電力でバランスさせることを必要とする応用例を含む。このような応用例には、ノートブックＰＣ、バーコードスキャナ
、ＰＤＡ、ＧＳＭやＧＰＲＳなどのＣＦカード、ＧＳＭやＧＰＲＳなどのＰＣカード、デジタルカメラ、カメラフラッシュ、ストロボ、通行料金徴収用トランスポンダまたはタグ、レストランでのページング装置、テレビ用のリモコンまたは他の電子装置、車、ボートなどを含む玩具、玩具を含む無線制御された装置、計算機、時計、照明、および海洋や航空用途のビーコンを含む太陽電池式の装置、隔離した電話システム、コードレス電話を含む電話、ソーラー照明を含む庭用照明、フラッシュライト、光電池またはパネル、燃料電池、まだ述べられていない携帯用の電子機器、ロボットアクチュエータを含むロボット工学、ソレノイドアクチュエータ、遠隔配置された短期間高電流アクチュエータ、電気自動車、義肢、他の通信装置、ならびに電動工具が含まれる。この明細書中の教示により、当業者は他のこのような実施例の応用例およびその同等例を理解するだろう。
【０３１５】
この発明の代替的な実施例、すなわち保護装置２７１が図４０に示される。対応する特徴は対応する参照番号で示される。装置２７１は装置２５１に類似しており、同様に動作するが、２つの付加的なバランス抵抗器２７３および２７４を含む。当該バランス抵抗器２７３および２７４は各々、１１．５ＭΩの抵抗を有する。これらの抵抗器は図３８の抵抗器２４３および２４４に類似しており、同じ機能を与えるために含まれている。応用例の中には抵抗器２７３および２７４によってもたらされる機能を必要とするものもあるが、これは、装置２７１が必要とする電流を最終的には増大させる。この例においては、バッテリ２０５が十分に充電された４．６ボルトの電圧を供給すると仮定すると、約０．２μＡの付加的な電流が得られる。したがって、装置２７１の全定常電流消費は室温で約１．０５μＡとなる。
【０３１６】
装置２５１および２７１は、スーパーキャパシタ２０７および２０８の「バランスの取れた状態」と「バランスの崩れた状態」とに応じて、高抵抗状態と低抵抗状態との間で漸進的に進む。不均衡が存在する場合にだけ装置が低抵抗状態に向かって進められると、バッテリ２０５から得られる電流は最小になる。
【０３１７】
装置２５１および２７１は、図示のとおり、２つのスーパーキャパシタを保護しかつバランスさせることを意図するものである。しかしながら、上述の装置はともに、スーパーキャパシタまたは他の容量性素子をいくつでも保護しかつバランスさせるよう拡張可能である。たとえば、図４１は、３つのスーパーキャパシタ２０７、２０８および２８２のバランスを取る保護装置２８１を示す。便宜上、対応する特徴は対応する参照番号で示される。装置２５１および２７１は、４つ以上のスーパーキャパシタまたは他の容量性素子をバランスさせるようさらに拡張可能であることがこの明細書中の教示から当業者に理解されるだろう。直列接続された多くのスーパーキャパシタが存在するような実施例においては、抵抗分割器電圧基準から得られたバイアス電流が、接続可能な演算増幅器の数に対する実際的な限界を示すだろうことが明らかになった。しかしながら、これは、必要に応じて第２または後続の抵抗分割器を追加することによって対処される。
【０３１８】
スーパーキャパシタ２８２は、回路と電圧分割器ネットワークに追加される付加的な抵抗器２８３との上部に追加され、供給レール２０３と２０４との間に延在する。抵抗器２８３は接合部２８４における第２の基準電圧を第２の増幅器２８５に供給する。図示のとおり、増幅器２８５はレール２０３およびスーパーキャパシタ２０７と２０８との中間点、すなわち接合部２１０から電力を得る。すなわち、装置２８１は、特に抵抗分割器ネットワークを除いては、繰返される装置２５１の或る素子を含む。これは、各増幅器が２つの隣接したスーパーキャパシタをバランスさせる場合、実際にはカスケード構成となる。すなわち、ｎ個のスーパーキャパシタをバランスさせるには（ｎ−１）個の増幅器が必要であるが、ｎ個の抵抗器を有する抵抗分割器ネットワークは１つだけでよい。
【０３１９】
いくつかの実施例においては、増幅器が必要とするバイアス電流を組合わせた結果とし
て生じる電圧エラーを所要の応用例のために許容可能なレベルにまで減ずるために、抵抗分割器ネットワークにおける抵抗値２５３、２５４および２８３を減ずる必要がある。定常状態においては、スーパーキャパシタが全く同じ漏れ電流を有する場合、増幅器に電力を供給するのに用いられる電流は隣接する増幅器の出力によって部分的に供給されるだろう。この影響を最小限にするために、増幅器は、低定常電力消費だけでなく高入力インピーダンスをも有するよう選択される。
【０３２０】
図４０に戻ると、装置２７１は、供給電圧、すなわちレール２０３と２０４との間の電圧が増幅器２５６の動作に必要な最小値よりも高いままの状態で動作するよう意図されている。この実施例においては、増幅器２５６は、供給電圧が約２．２５ボルトを上回るならば正しく動作する。これはまた、キャパシタ上の電圧が等しく、入力バイアス電流エラーが最大５０ｍＶまでである同相モード電圧要件を可能にする。装置２７１に対する供給電圧の上限は、キャパシタ２０７および２０８に対する許容可能な組合わされた最大電圧と、増幅器２５６に対する最大電圧限度とのうちの低い方によって決定される。後者については、この実施例では６ボルトとなる。
【０３２１】
他の実施例においては、装置２７１は、供給電圧がその最低値を下回っている回路に適用される。スーパーキャパシタを確実にバランスの取れた状態に維持するために、増幅器２５６が一時的に動作しないにもかかわらず、装置２７１は、スーパーキャパシタと並列に配置されたバランス抵抗器（図示せず）を含む。先の実施例に関して記載されるように、保護装置が機能する状態であると仮定すると、バランス抵抗器の値は、許容できる不均衡を最小限にするよう選択される。
【０３２２】
増幅器２５６の出力インピーダンスが十分に高い場合、バランス抵抗器を必要とせずに低供給電圧で装置２７１を動作させることができる。しかしながら、増幅器２５６は、低供給電圧で低出力インピーダンスを有する場合、出力２５７における電圧を基準値から遠ざける傾向があり、これにより、キャパシタ２０７および２０８が必然的に不均衡になる。これにより、供給電圧を再び上げるかまたは供給部を再接続するるときにスーパーキャパシタ２０７および２０８のうちのどちらかに損傷を与える危険性が増大する。
【０３２３】
増幅器２５６は、増幅器への入力における電圧が特定の値の同相モード電圧を超えるようにレール２０３と２０４との間の電圧が下がる場合、動作を正常に停止させるだろう。この同相モード電圧は、演算増幅器を正しく機能させるための両方の入力電圧に対する許容範囲である。この実施例において用いられる演算増幅器については、この範囲は、接地、すなわち０ボルトから１．１ボルト未満のプラスの供給レールの電圧までの間である。当業者に理解されるように、演算増幅器のいずれかの入力がより高い値を上回る場合、演算増幅器は正しく機能しないだろう。
【０３２４】
装置２７１は、約１．０ボルトからの非常に低い供給電圧でバランスを取る必要があるような応用例に最適であるが、この場合、全体的な設計上の制約内で、上述の他の実施例よりも高い供給電流を得ることが可能である。
【０３２５】
装置２７１はバランス抵抗器２７３および２７４を含み、この同じ効果は装置２５１を用いることにより他の実施例（図示せず）で達成されるが、抵抗器２５３および２５４は、電圧分割機能に加えてバランス機能を実行するのに必要な電流を流せるように低い抵抗値を有する。明らかに、このような実施例における抵抗器２５３および２５４の抵抗は、電圧分割機能が同様に実行されることを確実にするために比例的に同じままである。
【０３２６】
この発明のさらなる実施例が図４２に示され、対応する特徴は対応する参照番号で示される。特に、保護およびバランス装置２９１は装置２７１に類似しており、スーパーキャ
パシタ２０７および２０８をアクティブにバランスさせかつこれらを保護するのと同じ態様で動作する。しかしながら、装置２９１は低い電圧で動作するよう構成されており、約１ボルトほどの低い供給電圧でアクティブにバランスさせかつ保護する。
【０３２７】
この実施例においては、スーパーキャパシタ２０７および２０８は、２．３ボルトの指定最大動作電圧を有する１００ファラドの炭素二重層装置である。他の実施例においては、他の容量を有するスーパーキャパシタおよびキャパシタはバランスが取られかつ保護されている。この実施例で用いられる演算増幅器は、上述の実施例に比べて高い電流を得るが、より低い電圧で機能することができる。そのため、この実施例は高エネルギおよび電力消費を伴うような応用例や、典型的には、容量の高いスーパーキャパシタが必要とされるような応用例にも最適である。このような応用例には電気ハイブリッド車が含まれる。とは言っても、装置２９１は低電力の応用例にも好適であり、演算増幅器が消費する電流が典型的には前述の実施例における電流の９倍を上回るものの、それでもなお絶対的には低電力の保護およびバランス装置である。
【０３２８】
抵抗器２５３および２５４は各々３．３２ＭΩの抵抗を有するが、抵抗器２６４は２０Ωの抵抗を有する。セラミックキャパシタ２６０および２６３はともに１００ｎファラド装置である。他の実施例においては、他の高周波数タイプのキャパシタが用いられる。
【０３２９】
抵抗器２５３および２５４は以下の理由から比較的低い値を有する：
・静電容量が高い応用例においては、漏れ電流が比較的高いので、演算増幅器および抵抗器を含むバランス電流源の正味のインピーダンスを低く維持して抵抗器にわたる降下を最小限にするといった利点がある。
【０３３０】
・演算増幅器は、３ボルトで１９ｍＡのオーダで比較的高い電流を駆動することができるが、出力短絡に対しても比較的許容性が高い。これにより、スーパーキャパシタが高い漏れを生じさせる場合には演算増幅器の特徴によって電流を制限することが可能となる。
【０３３１】
キャパシタ２６０は、抵抗器およびキャパシタを含むサブ回路のＲＣ時定数を維持するよう比較的高い値を有する。この実施例においては比較的低い値の抵抗器が用いられるので、同程度のフィルタリング効果を得るために静電容量がより大きなキャパシタが用いられる。実用的には、コストおよび大きさを考慮すると、全く同じＲＣ時定数をもたらすために静電容量を増大させないようにすることがしばしば求められる。
【０３３２】
装置２９１は、ＭＡＸ４２８９タイプの演算増幅器２９２を含む。
【０３３３】
図４０の実施例と同様に、２つのキャパシタをバランスさせかつ保護する装置２９１が示されているが、これは、キャパシタをいくつでもバランスさせかつ保護するよう拡張可能である。
【０３３４】
増幅器２９２を選択することにより、１．０ボルトほどの低さの全供給電圧、すなわちレール２０３と２０４との間の電圧で装置２９１を動作させることが可能となる。この特定の型およびモデルの増幅器に対する唯一の前提条件は、入力２５８および２５９における電圧を低く（供給電圧−０．２ボルト）維持することである。この前提条件は大抵の応用例で満たされる。前提条件が満たされない実施例においては、図４３に示される代替的な装置２９３が用いられる。すなわち、装置２９４は実際には、１１５ｋΩのバランス抵抗器２９５および２９６を備えた装置２９１である。
【０３３５】
同相モード範囲外であるが演算増幅器が依然として動作している間の電圧についての上述のコメントおよび記載はこの実施例に等しく適用される。なお、特にこの実施例におい
ては、演算増幅器の非反転入力または正入力における電圧はこの範囲には入り得ず、演算増幅器の反転入力または負入力における電圧は、上方のキャパシタがほぼ放電されており下方のキャパシタが依然としてほぼその両端に電圧を有する場合にのみ上述の範囲内に入るだろう。この後者の状態は標準的でも予想されるものでもないだろう。
【０３３６】
増幅器２９２は、たとえば増幅器２５６よりも低い電圧で動作可能であるが、より高い電流を得る。これにより、装置２９１および２９４は、典型的には漏れ電流が多い比較的静電容量の高いスーパーキャパシタおよびキャパシタを保護しかつバランスさせるのに最適となる。しかしながら、装置２９１および２９４は、９〜１８μＡ（最大で４０μＡ）の典型的な電流消費が不利点とはみなされない応用例にも適している。
【０３３７】
スーパーキャパシタがバランスの取れた状態である場合の装置２９１のおおよその電流消費が以下の表に示される。別個の構成要素は別個に詳述される。
【０３３８】
【表３】
2006517733.tif 000009
【０３３９】
これにより、定常状態で消費される電流が約１７μＡとなることが示唆されるが、動作電圧がより低いので回路によって消費されるのが典型的にははるかに少なくなることが予想される。たとえば、レール２０３と２０４との間の電圧が１ボルトである場合、増幅器２９２は典型的には約９μＡ（典型的には最大約１４μＡまで）を得る。さらなる例では、レール２０３と２０４との間の電圧が３．０ボルトである場合、増幅器２９２は典型的には約１２μＡ（典型的には最大約２５μＡまで）を得る。増幅器２９２が得る最大電流は、４．６Ｖで動作する場合、動作温度の全範囲にわたって４０μＡ未満となることも分かるだろう。これらの電流は、スーパーキャパシタを名目上バランスさせる際に、これが定常状態であろうとなかろうと保護装置によって得られる。名目上のバランス状態は、増幅器２９２の入力２５８と２５９との間のゼロ電圧差によって規定される。名目上バランスの取れた状態では、スーパーキャパシタは全く等しい電圧に晒され得ないことが分かるだろう。しかしながら、典型的には、スーパーキャパシタにわたる電圧に比べて差はいずれも小さい。
【０３４０】
電圧フォロア構成における１つ以上の演算増幅器を含む装置２９１などのこれらの保護装置については、比較器構成における１つ以上の演算増幅器を含む他の実施例とは対照的に、バランス電流がバランスの取れた状態から不均衡な状態に着実に進められる。抵抗器２５３および２５４は継続的に電流を得るが、抵抗器２６４を流れるバランス電流は、スーパーキャパシタが名目上バランスの取れた状態になるとゼロまたはゼロにごく近くなるが、スーパーキャパシタ２０７および２０８にわたる電圧の差が増すにつれて漸進的に増大する。すなわち、バランス電流は、スーパーキャパシタの電圧の不均衡が増すと増大する。
【０３４１】
上述の表に含まれる電流の数値は、キャパシタが名目上バランスの取れた状態にある場合の装置２９１についてのものである。この状態では装置２９１は最小電流を得るが、このため、高抵抗モードと称される。２つのスーパーキャパシタにわたる電圧がバランスの取れた状態ではない場合、より大きい電流が装置２９１を流れる。これは低抵抗モードと
称される。しかしながら、これらのモード間の移行は、移行が段階的である上述の他の実施例とは異なり、漸進的かつ連続的である。
【０３４２】
装置２９１が低抵抗モードである場合、バッテリ２０５から得られる電流が増大するが、典型的には短期間だけである。というのも、公称電圧バランスを回復するのに必要な電流がそれで十分だからである。
【０３４３】
長期間および／または定常状態では、装置２９１が送出する電流は最終的にスーパーキャパシタの漏れの間の差となるだろう。言い換えれば、バランス電流は典型的にはこの差によって決定される値でほぼ継続的に流れるだろう。スーパーキャパシタ間の温度差などの短期間の影響や不均衡に共有された他の環境要因に起因するより大きな過渡電流差が存在するだろう。
【０３４４】
図４３に示される装置２９４は、バランス抵抗器２９５および２９６を含んでいるために、レール２０３と２０４との間の電圧が４．６ボルトである場合バッテリ２０５から付加的に２０μＡを得る。これにより、全電流漏洩が室温で約３７μＡとなる。電流消費の点では、装置２９４は、４．６ボルトの供給電圧では低電力消費モードで約１７０μＷを消費する。
【０３４５】
装置２９１および２９４は内部基準電圧を有する演算増幅器を用い、低電力でバランスさせることを必要とする応用例に最適であるが、この場合、各キャパシタ上の電圧は１．８ボルトを下回らない。また、供給電圧が十分に大幅なばらつきを被らないかまたは定期的もしくは頻繁に遮断されないことが好ましい。言い換えれば、この実施例は、供給電圧が絶えず存在しかつオンであるような応用例に最適である。いくつかのこのような応用例においては、供給電圧がその降下または遮断後に増大する際にバランス抵抗器がスーパーキャパシタのうちの１つ以上を異常に高い電圧にさらす危険性を減らすという点で、装置２９４を用いることが好ましい。
【０３４６】
この発明のさらなる実施例が図４４および図４５に示される。対応する特徴は対応する参照番号で示される。より特定的には、図４４に最適に示されるように、（破線のブロックで表わされる）保護装置３０１は、別個であるが同様の直列接続された３つのサブ装置３０２、３０３および３０４を含む。図示のとおり、これらのサブ装置はそれぞれスーパーキャパシタ２８２、２０７および２０８と並列である。
【０３４７】
この実施例においては、スーパーキャパシタ２８２、２０７および２０８はすべて０．５ファラドの炭素二重層スーパーキャパシタである。他の実施例においては、代替的な容量スーパーキャパシタまたはキャパシタが用いられる。さらに、この具体的な実施例においては、直列接続された３つのサブ装置が用いられるが、他の実施例においては、直列接続された異なる数のスーパーキャパシタが用いられる。この明細書中の教示から、サブ装置３０２、３０３および３０４の各々が別個にそれぞれの容量性装置を監視および保護することが当業者には明らかとなるだろう。したがって、直列接続された任意の所望の数のキャパシタを保護するよう別個のサブ装置をカスケード接続することができる。
【０３４８】
便宜上、レール２０３および２０４以外の導体は、スーパーキャパシタをサブ装置と並列に接続するものであるが、レール３０５および３０６と称される。
【０３４９】
ここでサブ装置３０３を図４５に関してより詳細に記載する。他のサブ装置が、それぞれ並列に接続されているスーパーキャパシタに対する同様の構成要素および機能を含むことが理解されるだろう。サブ装置３０３は比較器３１０を含み、これは、スーパーキャパシタ２０７にわたる電圧と比較器３１０によって内部に生成される基準電圧とに応じて比
較器の出力３１１において制御信号を供給する。放電回路は４４．２ｋΩ抵抗器３１２の形であり、スーパーキャパシタ２０７を部分的に放電するための制御信号に応答して、スーパーキャパシタにわたる電圧を所定値未満に維持する。
【０３５０】
比較器３１０はＭＡＸ９１１７タイプの演算増幅器であり、正入力３１３、負入力３１４、正の電力レール３１５および負の電力レール３１６を含む。レール３１５および３１６はレール３０５および３０６にそれぞれ直接接続されており、したがって、比較器３１０は、スーパーキャパシタ２０７にわたる電圧がいかなる電圧であろうと、それによって電力供給される。
【０３５１】
装置３０３もまた、接合部３１９で接触しかつレール３０５と３０６との間に集合的に延在する直列接続された２つの抵抗器３１７および３１８を含む。すなわち、抵抗器はスーパーキャパシタ２０７と並列であり、したがって、接合部３１９における電圧はスーパーキャパシタにわたる電圧の固定比率である。この実施例においては、抵抗器３１７および３１８はそれぞれ２２．１ＭΩおよび２９．４ＭΩの抵抗を有する。また、装置３１０に高周波数安定性を与えるための３つのキャパシタ３２１、３２２および３２３が含まれる。この実施例においては、キャパシタ３２１、３２２および３２３は、それぞれ１０ｎＦ、１０ｎＦおよび１００ｎＦの静電容量を有する。
【０３５２】
入力３１３は接合部３１９に接続され、入力３１４はキャパシタ３２２を介してレール３０６に接続される。すなわち、入力３１３は、比例した態様であるにも係わらずレール３０５と３０６との間の電圧に応答し、内部基準電圧に接続された入力３１４は、レール３０６に短絡されている高周波電圧を除いては開回路である。
【０３５３】
装置３０１は、レール２０３と２０４との間の動作電圧が５．４ボルトを下回らない応用例、または、より特定的には、スーパーキャパシタ２０７、２０８および２８２の各々にわたる動作電圧が１．８ボルトを下回らない応用例において用いられるよう設計される。
【０３５４】
比較器３１０は内部基準電圧を含み、スーパーキャパシタ２０８を独立して保護することを可能にする。上述の実施例においては、基準電圧はレール２０３と２０４との間の電圧から得られるが、この実施例においては、内部で生成された基準は、レール２０３と２０４との間の電圧またはレール３０５と３０６との間の電圧のどちらからも得られない。基準電圧をレール電圧からこのように切り離すことにより、各サブ装置を、保護されているスーパーキャパシタまたは他の容量性装置に対して独立して調整することが可能となる。これはまた、保護およびバランスを必要とする直列接続された異なる数の容量性装置を備えた応用例へと容易に拡張される保護機能のモジュール化を増大させる。
【０３５５】
接合部３１９における電圧が内部で生成された基準電圧未満である場合、出力３１１がレール３０６と実質的に同じ電圧になると比較器３１０は最小電流を得るだろう。しかしながら、接合部３１５における電圧が基準電圧を上回ると、出力３１１はレール３０５における電圧付近で駆動されるだろう。これにより、レール３１５、出力３１１および抵抗器３１２を介するレール３０５からレール３０６への電流経路が作製される。すなわち、スーパーキャパシタ２０８は部分的に放電され、これによりエネルギが抵抗器３１２において実質的に消散される。
【０３５６】
抵抗器３１７および３１８は、接合部３１５における電圧が基準電圧に等しくなるときレール３１５と３１６との間の電圧がスーパーキャパシタ２０８の最大動作電圧未満となるように選択される。この計算に含まれる安全係数の範囲は、設計パラメータと保護されている容量性装置の性質とに依存している。
【０３５７】
スーパーキャパシタ２０８が放電されると、接合部３１９における電圧は基準電圧よりも低くなる。比較器３１０のヒステリシスのために、この放電は一時的であるにもかかわらず継続するだろう。ヒステリシスに起因する遅延が過ぎると、出力３１１は再び、レール３０６と実質的に同じ電圧に駆動されるだろう。
【０３５８】
装置３０３は、このようにして、スーパーキャパシタ２０８にわたる電圧が所望の範囲内である場合には低電力消費モードと、高電力消費モードとの間で切替わって、スーパーキャパシタ２０８にわたる電圧をその範囲に戻す。これは、そのスーパーキャパシタにわたる電圧が不所望のレベルにまで増大する場合、スーパーキャパシタ２０８と並列な比較的低い抵抗経路を作り出すことによって達成される。しかしながら、電圧が許容可能なレベルに戻されると、装置３０３は、得られる電流が非常に少ないという点で、スーパーキャパシタ２０８と並列な非常に高い抵抗経路を呈する。したがって、スーパーキャパシタ２０８のための過電圧保護が、一貫して比較的高い電流を得る必要なしにもたらされる。このようにして、保護およびバランス回路の全体的な電力消費は、与えられる保護を損なうことなく減じられる。
【０３５９】
スーパーキャパシタ２０８が「安全な」動作電圧に保持されているサブ装置３０３のおおよその電流消費が以下の表に示される。別個の構成要素は別個に詳述される。
【０３６０】
【表４】
2006517733.tif 000010
【０３６１】
抵抗器３１７および３１８では、サブ装置３０３がアクティブになり、スーパーキャパシタ２０８を放電し始める公称電圧は、典型的には２．１９ボルトである。同様の比較器間の許容差のために、この値は典型的な最大２．２９ボルトと典型的な最小２．１０ボルトとの間で変化する。
【０３６２】
装置３０３が、放電またはバランス電流が流れている点で低抵抗モードである場合、抵抗器３１２を通る放電電流は、レール３０５と３０６との間の電圧が２．１９ボルトであると仮定すれば、約５０μＡである。電流の量は、抵抗器３１２の抵抗を適切に選択することによって設定される。この例は以下の表に示される。
【０３６３】
【表５】
2006517733.tif 000011
【０３６４】
室温では、比較器３１０、すなわちＭＡＸ９１１７タイプの比較器は、典型的には２．１９ボルトで６９０ｎＡを得る。同じ電圧であるが７０℃では、比較器３１０が得るのは典型的には８２０ｎＡ未満となり、その温度および電圧では最大で１．３μＡ未満となる。
【０３６５】
サブ装置３０２、３０３および３０４の各々が同様に配置された同様の構成要素を含む場合、比較器３１０のいずれか１つが対応するスーパーキャパシタを放電し始めると、バッテリ２０５が同時に他の２つのスーパーキャパシタを充電することが理解されるだろう。これにより電圧バランスが回復される。放電スーパーキャパシタ上の電圧が、電圧分割抵抗器３１７および３１８と比較器３１０に固有のヒステリシスとによって決定されるしきい値を下回る場合、放電が止まり、回路の電流消費がその休止状態の消費に戻る。
【０３６６】
サブ装置３０２、３０３および３０４は絶対基準電圧を用いて、バランスのとられたスーパーキャパシタすべてにわたる全電圧の比率を参照する代わりに、バランスおよび保護動作がいつ始まるべきかを決定する。結果として、装置３０１は、レール２０３と２０４との間の動作電圧が典型的には狭い範囲内のままであるような応用例に最適である。より好ましくは、電圧はより高いレベルのままである。好ましい応用例では、レール２０３および２０４がコンセントの電源に接続されるか、またはバッテリ２０５が定期的に再充電または交換される。このような応用例は以下のとおりである：
・数年間持続する長寿命のバッテリを用いた通行料金徴収用トランスポンダおよび他の装置。
【０３６７】
・コンセントの電源によって電力供給されたほとんどの応用例。
【０３６８】
・短い局所的な高電流を供給するようスーパーキャパシタが局所的にエネルギを貯蔵する応用例、たとえば、長い／薄いワイヤを介して電力供給されるかまたは低電流源から電力供給される遠隔配置されたソレノイドアクチュエータ。
【０３６９】
・ロボットアクチュエータおよびロボット工学全般。
【０３７０】
・レギュレータおよびＤＣ−ＤＣコンバータの出力において用いられるスーパーキャパシタとの組合せ。
【０３７１】
サブ装置は、バランス動作が始まる電圧が通常の動作電圧に近くなるよう設計される。より特定的には、この構成においては、スーパーキャパシタ２８２、２０７および２０８に対する通常の動作電圧は、供給電圧が約６ボルトであることに基づいて、約２ボルトである。スーパーキャパシタは各々、定格で２．３ボルトとされる。比較器３１０は、その電圧が２．１９ボルトに達すると高電力消費モードに切換わる。これは、供給電圧が通常の使用の際に約５．１ボルトを下回ると予想されず、６ボルトに回復されると、各キャパシタ上の電圧が約０．３ボルト上げられることに基づいている。そのため、個々のキャパシタ電圧は、再度バランスさせる前には（それらの特定の短期間での最大値である）２．５ボルトを超えないだろう。サブ装置は，このようにして、供給電圧が正常値よりも低い値でいくらか時間を費やす場合には、最大電圧が回復されても漏れの最も少ないスーパーキャパシタが過充電されないようにするための安全マージンを十分にすることを、設計上の制約内で確実にする。
【０３７２】
上述のとおり、スーパーキャパシタにわたる電圧は、接合部３１９における分割される値によって決定される。この値は、比較器３１０によって内部に生成された基準電圧と比較される。この実施例については、基準電圧は名目上１．２５ボルトである。入力を基準
としたヒステリシス電圧の全範囲は典型的には４ｍＶである。
【０３７３】
比較器３１０によって供給される基準電圧は、レール３０５および３０６にわたる電圧とともに僅かに変化するが、これは、典型的には、装置３１０に印加する電圧の範囲としては僅かであることが理解されるだろう。基準電圧はまた温度とともに変化し、これは考慮されるべきである。
【０３７４】
３つのスーパーキャパシタと並列な装置３０１が示されているが、サブ装置は、２つ以上のキャパシタが用いられている直列のキャパシタネットワークに適用可能である。
【０３７５】
装置３０１では、内部に生成された基準電圧を用いない他の実施例の回路よりも、比較器につき得られる電流が高くなる。しかしながら、比較器がより低い電圧でしか動作しない、すなわち、単一のスーパーキャパシタと並列にしか接続されていないので、バッテリ２０５から得られる電流が減じられる。
【０３７６】
他の実施例においては、装置３０１は、保護およびバランスを必要とする直列接続されたキャパシタの数に対応する異なる数の直列接続されたサブ装置を含む。すなわち、各キャパシタにはそれ自体のバランス回路が設けられており、このため、キャパシタは互いと同じである必要はない。すなわち、サブ装置は、抵抗器３１７および３１８の値を選択することによって、保護されるべき個々のキャパシタに対してカスタマイズ可能である。
【０３７７】
サブ装置３０３の代替的な実施例が図４６に図示され、対応する特徴が対応する参照番号で示される。より特定的には、サブ装置３３１は、スーパーキャパシタ２０８と並列に接続された１１ＭΩバランス抵抗器３３２を含む。抵抗器３３２は主として、低いかまたは存在しないソース電圧が適用されなければならないような応用例に固有のバランスを与えるためのものである。すなわち、ここでは、レール３０５と３０６との間の電圧が比較器３１０のための最小動作電圧を下回る。この実施例においては、その最小電圧は、これが比較器の３１０のもつ保証された最小の規定動作電圧に対応すると仮定すると、約１．８ボルトである。しかしながら、実際の比較器３１０が規格のばらつきのためにより低い電圧で動作する場合、サブ装置３０３はそのより低い電圧でも動作するだろう。他の実施例においては、代替的な比較器が用いられる。
【０３７８】
抵抗器３３２を含むことにより、バッテリ２０５から付加的かつ連続的な０．２μＡが得られ、これにより、レール３０５と３０６との間の電位差が２．１９ボルトであると仮定すると、装置３３１に対する全電流が約０．９３μＡで高抵抗モードにされる。
【０３７９】
他の実施例においては、抵抗器３１７の値を調整することによってバランス抵抗器３３２が代用されることが当業者に理解されるだろう。
【０３８０】
比較器３１０は好ましくは、その出力が、供給電圧が最小動作電圧を下回る場合にハイにならないことを確実にするよう選択される。
【０３８１】
典型的には、回路２０２は、バッテリが切断されるかまたはその電圧がその放電サイクルの終わりに向かって下がる場合、スーパーキャパシタを急速に放電する。キャパシタがその事象の直前に通常通りバランスのとれた状態になると、不均衡および過電圧の問題が起こる可能性はなくなるだろう。
【０３８２】
サブ装置３０３および同様の装置は、出力３１１がローであるときにレール３０６上の電圧に非常に近くなる場合、出力３１１とより低いレールとの間にはダイオードを必要としない。選択された比較器が出力３１１において小さな電圧を供給する実施例においては
、ローである場合、ダイオードが追加されてもよい。特に、ダイオードのアノードは抵抗器３１２に接続され、カソードはレール３０６に接続される。これにより、高抵抗モードの際に得られる電流が減じられる。しかしながら、低抵抗モードで同様の性能を確実にするために、抵抗器３１２の値は、順バイアスがかけられたときダイオードにわたって存在するであろう固有の電圧降下のために、調整される。
【０３８３】
サブ装置３０３、３０４および３０５に対する応用例には、ノートブックＰＣ；バーコードスキャナ；ＰＤＡ；ＧＳＭ、ＧＰＲＳなどのＣＦカード；ＧＳＭ、ＧＰＲＳなどのＰＣカード；デジタルカメラ；カメラフラッシュ；ストロボ；通行料金徴収用トランスポンダまたはタグ；レストランでのページング装置；テレビ用のリモコンおよび他の電子器具または装置；車、ボートなどの玩具；玩具を含む無線制御の装置；計算機、時計、照明および海洋または航空用ビーコンを含む太陽電池式の装置；隔離電話システム；他の通信装置；コードレス電話を含む電話；庭用の照明、特に太陽光線を利用する照明；フラッシュライト；光電池／パネル；燃料電池；すべての携帯用の電子機器；ロボット工学およびロボットアクチュエータ；ソレノイドアクチュエータ；遠隔配置された短期間高電流アクチュエータ；電気ハイブリッド車；義肢；ソナーブイ；電動工具などが含まれる。
【０３８４】
ここで図４７および図４８を参照すると、この発明のさらなる実施例が示されるが、そのすべてはアクティブ素子に基づいている。これらの回路は構築および実現が単純でありその費用効率がよいが、ただし、典型的には、上述の実施例のうちの対応するものよりも電力消費が増えるだろう。さらに、これらの実施例は、温度範囲がより制限されている応用例により良く適している。これにより、これらは、さまざまな種類の玩具などの低コストの応用例に理想的なものなる。他の応用例には、電子カメラ；フラッシュ回路；ストローブ回路；ロボットアクチュエータおよびロボット工学全般；燃料電池によって電力供給される装置；レストランでのページング装置；コンセント電源によって電力供給される長い／高い抵抗電力導線（power lead）の端部における、もしくは回路の電流漏洩が重大な問題点ではないアクチュエータ；または、スーパーキャパシタもしくは他の容量性装置の再充電が頻繁に行なわれる他の応用例が含まれる。
【０３８５】
図４７（ａ）〜（ｆ）の実施例では、アクティブな装置はＭＯＳＦＥＴおよびダイオードを含む。いかなる場合でも、回路は、複数のキャパシタが直列に接続されている応用例を意図したものである。便宜上、バランスさせるべきキャパシタのうちの１つだけが示され、これは各回路の左側に示されている。対応するキャパシタを備えた他の同様の回路は、それぞれの回路の上方および／または下方に接続されている。
【０３８６】
これらの回路は、周囲温度が比較的安定しており、かつ使用されているＭＯＳＦＥＴのしきい値ターンオン電圧がその温度で既知であるような応用例でも用いられる。典型的には後者が満たされるが、これは、ＭＯＳＦＥＴが十分に規定されたしきい値電圧規定を有するか、または特定のＭＯＳＦＥＴがその既知の整合したしきい値電圧値のために選択されているからである。
【０３８７】
ＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧が温度に依存しているので、図４７に図示される回路の使用は、温度のばらつきが小さく、キャパシタがそれらの最大電圧定格においてまたはその付近では用いられないような応用例に最適に制限される。これにより、キャパシタが過電圧となる危険性なしにキャパシタの電圧の値の安全マージンが確実に広くされる。
【０３８８】
ＭＯＳＦＥＴがオンになり始める電圧により、対応するキャパシタが定常状態に落着く電圧が決定される。ツェナーダイオード基準を用いたそれらの回路（図４７（ｃ）および図４７（ｆ））ではばらつきは少なくなるだろう。それにもかかわらず、スイッチング電圧の一貫した外部制御が欠けているために、一群のキャパシタにわたる保護およびバラン
スの一貫性を得るよう構成要素を注意深く選択しかつ整合させる必要があるかもしれない。
【０３８９】
ＭＯＳＦＥＴによっては、オフ状態の漏れ電流、すなわちＶGS＝０ボルト、が重要となる。これらの構成要素は、図４７の回路に含まれる場合、比較的高い漏れ電流を有するキャパシタへのそれらの回路の適用を制限する。
【０３９０】
ツェナーダイオードはまた比較的高い漏れ電流を有するので、これらと直列な抵抗器は、ＭＯＳＦＥＴのゲートにおける電圧が正しい電圧に達するまで上昇し始めないように注意深く選択されなければならない。
【０３９１】
図４７（ａ）および図４７（ｄ）の回路は最も単純であり、電源にわたる電圧がしきい値電圧に達するときオンになり、対応するキャパシタからの電流を「漏らし」始めるＭＯＳＦＥＴに依拠する。
【０３９２】
図４７の回路全体においては、それぞれのＭＯＳＦＥＴのドレインと直列な抵抗器は、ＭＯＳＦＥＴの特徴と組合されると、バランス電流が電圧とともに増大する割合を決定する。
【０３９３】
図４７（ｂ）および図４７（ｅ）における回路は、分割された電圧をゲートに送出し、こうして、回路の有効なしきい値電圧を増大させる。
【０３９４】
図４７（ｃ）および図４７（ｆ）における回路は、電圧がツェナーダイオードの降伏電圧を超えて上昇した直後にオンになるよう意図されている。ダイオードと組合された抵抗器は、電源が実際の降伏電圧に到達する前にダイオードがＭＯＳＦＥＴのゲートにおける電圧を上げ始めないよう十分に低い値である。他の実施例においては、ツェナーダイオードは、低電力、すなわち低電流の電圧基準装置で代用される。このような装置は、その内部設計がより複雑ではあるが、典型的にはより正確なターンオン電圧を供給する。
【０３９５】
ここで図４８（ａ）〜図４８（ｄ）を参照すると、アクティブな装置がバイポーラトランジスタおよびダイオードを含んでいるこの発明の代替的な実施例が示される。これらの回路は比較的単純であり、その費用が有力な設計パラメータである場合に最適に用いられる。構成要素を注意深く選択しかつ整合させると、すべての回路は、対応するキャパシタを保護しかつ直列接続された一群のキャパシタをバランスさせるよう機能する。とは言っても、トランジスタの温度敏感性および漸進的なターンオンのために、これらの回路は、バランス回路において正確な電圧バランスポイントと比較的低い電流とを必要とする応用例にはあまり適さないものとなる。
【０３９６】
また、図４８（ａ）〜図４８（ｄ）には各回路の一部分だけが示されているが、他のキャパシタは保護されバランスが取られており、分かりやすくするためにそれらの対応するバランス回路が省かれていることが理解されるだろう。図４５に示されるような回路と同様に、図４８の回路は一群の直列なキャパシタとともにカスケード接続される。
【０３９７】
図４８（ａ）および図４８（ｃ）に示される回路は最も単純であり、構成要素のばらつきに対し最も耐性がない。バランスさせるべきキャパシタにわたる電圧が増大すると、トランジスタが漸進的にオンになり、漸進的にますます高い電流が流れる。電流の量は、コレクタ抵抗器の値とトランジスタのゲインとに依存している。最適な結果は、これらの回路が温度が安定した環境で用いられ、トランジスタが特徴を適合させるよう選択されると、達成される。
【０３９８】
図４７（ｂ）および図４７（ｄ）に示される回路は、電圧基準装置、この場合、ツェナーダイオードを用いる。しかしながら、他の実施例においては、低電流電圧基準ＩＣが用いられる。構成要素は、トランジスタが所望の電圧バランスポイント付近でオンになり始めるように選択される。バランス電圧の値は、図４８（ａ）および図４８（ｃ）に示される回路におけるよりもはるかに良好に制御されている。
【０３９９】
これらの回路は、キャパシタ上の通常の動作電圧と最大許容電圧との間に何らかの安全マージンが存在する応用例において最適に用いられる。さらに、当該回路は、好ましくは、電圧が通常の動作レベルを上回り始めるとそれぞれのキャパシタを放電するよう設計される。これにより、構成要素における温度の変化または不整合によるエラーのためにかなりのマージンが残される。
【０４００】
図４８（ａ）および図４８（ｃ）の回路はまた、高い漏れ電流キャパシタに最もよく適用される。というのも、それらの基準電圧に達する前に電圧基準装置を流れる電流が、この発明の他の実施例に比べて高くなる傾向があるからである。さらに、回路は漸進的にオンになる傾向がある。
【０４０１】
この発明の上述の実施例においては、好適なアクティブ素子の例が設けられる。他の実施例においては、同等の機能を与える他の同様の構成要素または構成要素の組合せが用いられる。この明細書中における教示の利点により、このような同様の構成要素または構成要素の組合せは当業者には公知となるだろう。
【０４０２】
好ましい実施例において用いられるアクティブ素子は、それぞれの実施例が動作するよう設計された電源および負荷特徴を考慮に入れて選択されることが当業者に理解されるだろう。また、上述の実施例において開示されるようなアクティブ素子については、指定された同様の装置間にばらつきが存在し、これらのばらつきが、明らかに同様の装置を組込んだ同様の回路が特に電源がオフにされる場合の十分に異なる挙動またはアクティブ素子が正常に機能するレベルを下回る電圧を呈することのないようなものであることを確実にするよう考慮される必要があるかもしれないことをその譲受人は理解するだろう。たとえば、この状態では、アクティブ素子、すなわち演算増幅器は、負荷が短時間でキャパシタを放電するのを防止しなければならない。別の例として、２つの演算増幅器が用いられる実施例、または、各演算増幅器に対する電流消費を考慮に入れる必要があるかもしれない実施例、および、キャパシタ上のバランスのとれた負荷を確実に表わすための実施例があげられる。さらなる例として、単一の演算増幅器が用いられたり、演算増幅器の出力がキャパシタのうちの１つを確実に放電しないようにすることを考慮に入れる必要があるかもしれないようなものがあげられる。
【０４０３】
上述の実施例のすべてにおいては、バランス抵抗器はオプションである。これらを含むかまたは省くかについては、典型的には、供給電圧が低いレベルに下がるときのアクティブ素子の挙動の態様を考慮に入れるか、またはバランスが取られている直列接続されたキャパシタ間に不均衡をもたらすように流れる電流の大きさを考慮に入れて決定されることを発明者が見出した。電源、典型的にはバッテリが接続されたままである（すなわち、電力が絶えずオンのままである）ような応用例においては、バランス抵抗器は通常必要とされない。バッテリによって電力が供給され、バランス抵抗器が省かれるような実施例においては、バランス抵抗器を備える同等の回路にわたる実行時間がより長くなるという利点がある。
【０４０４】
上述の実施例は１つ以上のスーパーキャパシタをバランスさせることに関して記載されているが、これらはまた、対応する数の他の容量性装置をバランスさせるのにも好適である。
【０４０５】
この発明の実施例は、スーパーキャパシタを整合させる際の固有の問題を克服するよう開発されてきた。結果として、当該実施例は、より広範囲の環境条件にわたって動作可能であり、特定の応用例が必要とする許容差をより良く適合させることができる。
【０４０６】
この発明の実施例を用いることにより、セルの動作電圧を増大させることが可能となり、これにより、より少ないセルを直列で用いて所与の電圧で動作させることができる。さらに、直列のセルにわたる電圧が確実に均一になるので、先行技術の直列接続されたセルに必要とされるより保守的な安全要因を省くことができる。
【０４０７】
より高い動作電圧のために、各セルはより高いエネルギ密度および電力密度を供給する。
【０４０８】
この発明の実施例は、セル間の静電気の差の問題だけでなく、セルがスーパーキャパシタに組込まれ電子回路に適用されると必然的に発生する動的な変化にも対処する。
【０４０９】
結果として異なる静電容量を有する対向する電極をもたらすこととなる非対称のセルの幾何学的構成または他のファクタを含むスーパーキャパシタおよび他のエネルギ貯蔵装置がある。この発明の実施例は、全体的なセル電圧が依然として直列接続されたセルに対してバランスが取られているような装置にも適用可能である。
【０４１０】
この発明の実施例に対する応用例には、ノートブックＰＣ；バーコードスキャナ；ＰＤＡ；ＧＳＭ、ＧＰＲＳ、ＥＤＧＥ、ＵＭＴＳ、３ＧなどのＣＦカード；ＧＳＭ、ＧＰＲＳ、ＥＤＧＥ、ＵＭＴＳ、３ＧなどのＰＣカード；デジタルスチールカメラ；デジタルビデオカメラ；デジタル一眼レフカメラ；カメラフラッシュ；ストロボ；通行料金徴収用トランスポンダまたはタグ；ＲＦＩＤタグ；自動計測器およびシステム；ＵＰＳシステム；負荷平均化システム；レストランでのページング装置；テレビ用のリモコンおよび他の電子器具または装置；車、ボートなどの玩具；玩具を含む無線制御の装置；計算機、時計、照明および海洋または航空用のビーコンを含む太陽電池式の装置；隔離電話システム；他の通信装置；コードレス電話を含む電話；庭用の照明、特に太陽光線を利用するもの；フラッシュライト；光電池／パネル；燃料電池；バッテリまたは燃料電池などによって電力供給されるかどうかにかかわらず、すべての携帯用の電子機器；ロボット工学およびロボットアクチュエータ；電気モータのための負荷制御およびバランス装置；ソレノイドアクチュエータ；遠隔配置された短期間高電流アクチュエータ；電気ハイブリッド車；義肢；ソナーブイ；電動工具などが含まれる。
【０４１１】
この発明が高電力装置およびシステムならびに低電力装置およびシステムの両方に適用可能であることを当業者は理解するだろう。
【０４１２】
付録１に示される例のうちのいくつかは関連するハウジングを備えたエネルギ貯蔵装置についてのデータを含むが、そのハウジングの影響を除去するよう訂正されたものもある。後者は、パッケージング材料に関係なくセル自体の有効な厚さおよび密度を示すよう意図されている。
【０４１３】
とは言っても、実際の応用例については、計算の範囲内でハウジングを含む必要がある。さまざまなハウジングが利用可能であるが、そのうちの１つは、ＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＡＵ０１／００８３８に引用され、その開示が相互参照によりこの明細書中に援用されている。
【０４１４】
図１１には少なくとも１２０μＡの充電電流および／または漏れ電流が示されるが、こ
れは上述の実施例には珍しいものではない。このような電流がデュアルセル装置から得られ、動作電圧が４．５ボルトであれば、装置の全実効抵抗は約３７．５ｋΩとなる。したがって、１つのセルにわたる電圧を２．７ボルトに制限してセルの損傷を防ぐためには、他のセルにわたる電圧は１．８ボルトであり、その実効抵抗は１５ｋΩである。
【０４１５】
１つ以上の抵抗素子だけを有するバランスに依拠する実施例においては、各セルと並列に含まれるべき保存性の抵抗値は約１５ｋΩ未満である。安全係数に対する要望を考慮すると、このような実施例で用いられる最小抵抗値は約１０ｋΩとなることが判明した。しかしながら、他の実施例においては、長寿命のエネルギ源がたとえばモバイルの応用例に対する有力な設計基準である場合、より高い抵抗値が用いられる。したがって、他のいくつかの実施例においては、抵抗値は少なくとも３９ｋΩである。より好ましくは、抵抗値は約１００ｋΩを上回り、さらにより好ましくは約２７０ｋΩを上回る。さらなる実施例においては、抵抗値は約３３０ｋΩを上回り、より好ましくは約３９０ｋΩを上回る。また、代替的な実施例においては、いくつかの実施例において約４７０ｋΩを上回るより高い抵抗値を利用することもできる。長寿命のバッテリが用いられる場合、約６８０ｋΩを上回る抵抗値が有利であることが判明した。いくつかの実施例においては、抵抗値は約１ＭΩを上回る。
【０４１６】
特定の例に関してこの発明を説明してきたが、これが他の多くの形で具体化され得ることを当業者は理解するだろう。
【図面の簡単な説明】
【０４１７】
【図１】例１の二重セルスーパーキャパシタで用いられる１９５６の個々のセルの漏れ電流のヒストグラムであり、平均漏れ電流は０．１７９マイクロアンペアであり、標準偏差は０．０３０マイクロアンペア（平均値の１７％）である。
【図２】図１のセルの静電容量のヒストグラムであり、平均値は０．４７５ファラドであり、標準偏差は０．０１１ファラド（平均値の２．３％）である。
【図３】図１のセルのＥＳＲのヒストグラムであり、平均値は２５．８ミリオームであり、標準偏差は１．５ミリオーム（平均値の５．８％）である。
【図４】例２の二重セルスーパーキャパシタで用いられる１３５４の個々のセルの漏れ電流のヒストグラムであり、平均漏れ電流は０．１５１マイクロアンペアであり、標準偏差は０．１０２マイクロアンペア（平均値の６７％）である。
【図５】図４のセルの静電容量のヒストグラムであり、平均値は０．５５７ファラドであり、標準偏差は０．０１５ファラド（平均値の２．７％）である。
【図６】図４のセルのＥＳＲのヒストグラムであり、平均値は３３．７マイクロオームであり、標準偏差は１．９ミリオーム（平均値の５．７％）である。
【図７】例１のスーパーキャパシタで用いられるセルの典型的な１０のセルについての電荷電流対時間のグラフであり、電流は７０℃および２．３ボルトで測定される。
【図８】一定の電圧（この例では２．５ボルト）で測定された例１のスーパーキャパシタで用いられるセルの典型的な１０のセルについての漏れ電流対温度のグラフである。
【図９】一定の温度（この例では７０℃）で測定された、例１のスーパーキャパシタで用いられるセルの典型的な１０のセルについての漏れ電流対電圧のグラフである。
【図１０】一定の温度（この例では７０℃）で測定された、例１のスーパーキャパシタで用いられるセルの典型的な２つの整合されていないセルの漏れ電流対セル電圧のグラフである。
【図１１】３８時間７０℃および２．３ボルトで測定された例１のスーパーキャパシタの典型的な２つの整合されたセルの電荷電流対時間のグラフである。
【図１２】５０℃で測定されかつ直列の１ｋΩの抵抗器で１．０ボルトまで充電され、さらに１ｋΩで短絡された、例２のスーパーキャパシタで用いられるセルの典型的な８個のセルの、３つの充電／放電サイクルのグラフである。
【図１３】バランス抵抗器を有さずにおよび有して、４．５ボルトの動作電圧および５０℃の温度で検査された例２の二重セルスーパーキャパシタの電圧分布である。
【図１４】本発明の一局面に従った抵抗バランスの斜視図である。
【図１５】図１４のバランスの上面図である。
【図１６】図１４のバランスの底面図である。
【図１７】図１４のバランスを含む部分的に組立てられたスーパーキャパシタの斜視図である。
【図１８】図１４のバランスを含む完全に組立てられたスーパーキャパシタの斜視図である。
【図１９】図１８のスーパーキャパシタの回路図である。
【図２０】図１４の抵抗バランスが装着されるＰＣカードの概略図である。
【図２１】本発明の別の実施例に従った抵抗バランスを含む代替のスーパーキャパシタの上面図である。
【図２２】図２１のスーパーキャパシタの側面図である。
【図２３】図２１のスーパーキャパシタ内に含まれるの一方のセルの上面図である。
【図２４】図２１のスーパーキャパシタ内に含まれる他方のセルの上面図である。
【図２５】図２１のスーパーキャパシタの組立ての中間段階における図２３および２４のセルの上面図である。
【図２６】図２５のセルの側面図である。
【図２７】図２１のスーパーキャパシタ内に含まれる抵抗ストリップの側面図である。
【図２８】図２７のストリップの上面図である。
【図２９】図２７のストリップの底面図である。
【図３０】図２７に示された抵抗ストリップの代替の抵抗ストリップの平面図である。
【図３１】図３０のストリップの側面図である。
【図３２】形成中の図３０の複数のストリップの平面図である。
【図３３】図３０に示された抵抗ストリップの代替の抵抗ストリップの平面図である。
【図３４】図２７に示される抵抗ストリップのさらに他の代替の抵抗ストリップの平面図である。
【図３５】形成中の図３４の複数のストリップの平面図である。
【図３６】本発明の一実施例に従ったバランスを含む電力装置のブロック図である。
【図３７】図２３に示されるバランスの回路図である。
【図３８】高いインピーダンスのバランス抵抗器を含む本発明のバランスの代替の実施例の回路図である。
【図３９】本発明のさらなる代替の実施例の回路図である。
【図４０】バランス抵抗器を含むものの、図２６の実施例と同様である本発明のさらなる実施例の回路図である。
【図４１】２つよりも多いキャパシタを保護およびバランスをとるための本発明の別の実施例の回路図であり、擬似的にカスケードされた図２６の装置のうちの２つの組合わせを含む図である。
【図４２】本発明のさらなる実施例の回路図である。
【図４３】図２９と同様でありかつバランシング抵抗器を含む本発明の別の実施例の回路図である。
【図４４】本発明に従った代替のバランスの回路図である。
【図４５】図３１のバランスのサブ装置のうちの１つの詳細な図である。
【図４６】バランス抵抗器を含むものの、図３１のそれと同様の装置の回路図である。
【図４７】（ａ）から（ｆ）は、本発明に従ったアクティブなバランスのさらなる実施例の回路図であり、ＭＯＳＦＥＴ装置に基づく図である。
【図４８】（ａ）から（ｄ）は、本発明に従ったアクティブなバランスのさらなる実施例の回路図であり、バイポーラ装置に基づく図である。
【０４１８】
[参考図]  
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【０４１９】
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【０４２０】
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【０４２１】
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【０４２２】
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【０４２３】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【国際調査報告】
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