(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電気二重層コンデンサが直列接続された電気二重層コンデンサ装置において、電気二重層コンデンサの少なくとも２段に対して、１段の電気二重層コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出回路と、前記電圧検出回路によって制御され前記端子間電圧を放電させることができる放電回路とがそれぞれ設けられ、前記複数の電気二重層コンデンサを充電する充電電流を停止する電流制御回路が設けられ、前記充電電流によって前記複数の電気二重層コンデンサを充電する際に、前記端子間電圧が電圧上昇され、前記端子間電圧の１つが第１の電圧Ｖ1に到達され、前記電圧検出回路によって第１の電圧Ｖ1に到達した当該端子間電圧が検出された後に、前記電圧検出回路によって電流制御回路が動作せしめられて前記充電電流が停止され、前記端子間電圧の調整時に、前記少なくとも２段の電気二重層コンデンサの端子間電圧のうちの少なくとも１つの端子間電圧が第２の電圧Ｖ2（第１の電圧Ｖ1＞第２の電圧Ｖ2）よりも高い場合に、当該端子間電圧が前記放電回路によって降下され、その端子間電圧が第２の電圧Ｖ2以下の場合に、その端子間電圧が保持されてなることを特徴とする電気二重層コンデンサ装置。
【請求項２】
前記放電回路と前記電圧検出回路が設けられた少なくとも２段の前記電気二重層コンデンサについては、前記充電電流による電圧上昇によって前記端子間電圧のすべてがほぼ第１の電圧Ｖ1に到達されてなる請求項１に記載の電気二重層コンデンサ装置。
【請求項３】
前記放電回路と前記電圧検出回路が設けられた段の電気二重層コンデンサについては、前記端子間電圧の調整時に、前記端子間電圧が前記放電回路によって降下され、それぞれ第２の電圧Ｖ2に達した場合には、その時点で前記放電回路による電圧降下が停止されてなる請求項１に記載の電気二重層コンデンサ装置。
【請求項４】
電気二重層コンデンサの段数をＮとすると、３０２５≧Ｎ≧３６であり、電気二重層コンデンサ装置の放電開始電圧が１００Ｖ以上である請求項１、２または３に記載の電気二重層コンデンサ装置。
【請求項５】
電気二重層コンデンサの段数をＮとすると、３０≧Ｎ≧３であり、電気二重層コンデンサ装置の放電開始電圧が５０Ｖ以下である請求項１、２または３に記載の電気二重層コンデンサ装置。
【請求項６】
複数の電気二重層コンデンサが直列接続された電気二重層コンデンサ装置の電圧制御方法において、電気二重層コンデンサの少なくとも２段に対して、１段の電気二重層コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出回路と、前記電圧検出回路によって制御され前記端子間電圧を放電させることができる放電回路とをそれぞれ設け、前記複数の電気二重層コンデンサを充電する充電電流を停止する電流制御回路を設け、前記充電電流によって前記複数の電気二重層コンデンサを充電する際に、前記端子間電圧を電圧上昇し、その端子間電圧の１つが第１の電圧Ｖ1に到達した後に、前記電圧検出回路によって第１の電圧Ｖ1に到達した当該端子間電圧を検出し、前記電圧検出回路によって前記電流制御回路を動作させて前記充電電流を停止し、前記端子間電圧の調整時に、第２の電圧Ｖ2（第１の電圧Ｖ1＞第２の電圧Ｖ2）よりも高い前記端子間電圧を前記放電回路によって降下し、第２の電圧Ｖ2以下の前記端子間電圧を保持することを特徴とする電気二重層コンデンサ装置の電圧制御方法。
【請求項７】
複数の電気二重層コンデンサが直列接続された電気二重層コンデンサ装置において、前記電気二重層コンデンサの少なくとも２段に対し、１段の電気二重層コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出回路と、前記電圧検出回路によって制御され前記端子間電圧を放電させることができる放電回路とがそれぞれ設けられ、前記電圧検出回路によって検出された前記端子間電圧が第１の電圧Ｖ1に到達したときに前記複数の電気二重層コンデンサに対する充電が停止されるように電流制御回路が設けられ、第２の電圧Ｖ2（第１の電圧Ｖ1＞第２の電圧Ｖ2）よりも高い前記端子間電圧を第２の電圧Ｖ2に向かって降下するように放電させかつ第２の電圧Ｖ2以下の前記端子間電圧を放電させない放電回路が設けられていることを特徴とする電気二重層コンデンサ装置。
【請求項８】
複数の電気二重層コンデンサが直列接続された電気二重層コンデンサ装置の電圧制御方法において、前記電気二重層コンデンサの少なくとも２段に対し、１段の電気二重層コンデンサの端子間電圧を検出する電圧判断手段と、前記電圧判断手段によって制御され前記端子間電圧を放電させることができる放電制御手段が設けられ、前記電圧判断手段で前記端子間電圧を検出し、前記端子間電圧の１つが第１の電圧Ｖ1以上になったときに前記複数の電気二重層コンデンサに対する充電を停止し、第２の電圧Ｖ2（第１の電圧Ｖ1＞第２の電圧Ｖ2）よりも高い前記端子間電圧を放電し、第２の電圧Ｖ2以下の前記端子間電圧を放電しないことを特徴とする電気二重層コンデンサ装置の電圧制御方法。
【請求項９】
複数の電気二重層コンデンサが直列接続された電気二重層コンデンサ装置の電圧制御回路において、前記電気二重層コンデンサの少なくとも２段に対し、１段の電気二重層コンデンサの端子間電圧を検出する電圧判断手段と、前記電圧判断手段によって制御され前記端子間電圧を放電させることができる放電制御手段とがそれぞれ設けられており、前記端子間電圧の１つが前記電圧判断手段により第１の電圧Ｖ1に到達したと判断されたときに前記複数の電気二重層コンデンサに対する充電を停止する充電停止信号を出力する表示等手段が設けられ、第２の電圧Ｖ2（第１の電圧Ｖ1＞第２の電圧Ｖ2）よりも高い前記端子間電圧が第２の電圧Ｖ2に向かって電圧降下するように放電させかつ第２の電圧Ｖ2以下の前記端子間電圧を放電させない前記放電制御手段が設けられていることを特徴とする電気二重層コンデンサ装置の電圧制御回路。
【請求項１０】
充電時に、前記放電回路が動作して放電電流が流れるように構成されてなる請求項１、２、３、４、５または７に記載の電気二重層コンデンサ装置。
【請求項１１】
充電電流によって前記電気二重層コンデンサを充電する際に、前記放電回路が起動されないように構成されてなる請求項１、２、３、４、５または７に記載の電気二重層コンデンサ装置。
【請求項１２】
複数の電気二重層コンデンサのすべての段に、前記電圧検出回路と前記放電回路とがそれぞれ設けられてなる請求項１、２、３、４、５、７、１０または１１に記載の電気二重層コンデンサ装置。
【請求項１３】
請求項１、２、３、４、５、７、１０、１１または１２に記載の電気二重層コンデンサ装置がモータ駆動補助電源に用いられてなる乗り物。
【請求項１４】
充電時に前記放電制御手段が動作して放電電流が流れるようにする請求項８または９に記載の電気二重層コンデンサ装置の電圧制御方法。
【請求項１５】
前記端子間電圧が第１の電圧Ｖ１以上になった際に、前記放電制御手段が起動されて放電電流が流れるようにする請求項８または９に記載の電気二重層コンデンサ装置の電圧制御方法。
【請求項１６】
複数の電気二重層コンデンサのすべての段の前記端子間電圧を検出し、すべての段の前記端子間電圧を放電させることができるように前記電圧判断手段と前記放電制御手段が構成されてなる請求項８、９、１４または１５に記載の電気二重層コンデンサ装置の電圧制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気二重層コンデンサ装置、特に、自動車や鉄道などの車両、モータ駆動補助電源として利用可能な電気二重層コンデンサ装置の電圧制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来例１（ＵＳ５７８３９２８）の回路構成を図１３に示す。電気二重層コンデンサ１ａ、１ｂ、１が直列に接続された電気二重層コンデンサ装置である。その正極端子１０Ａと負極端子１０Ｂから充電を行なう。１段の電気二重層コンデンサの正極端子３Ａ、負極端子３Ｂに対して並列に電流バイパス回路１６が配置される。抵抗１３と抵抗１５の抵抗比で三端子シャントレギュレータ７の動作電圧が決まる。電気二重層コンデンサの充電上限電圧が均等化電圧として設定される。三端子シャントレギュレータ７がオンし、抵抗５に電流が流れるとＰＮＰトランジスタ９がオンされ、抵抗１１を通して充電電流がバイパスされる。
【０００３】
従来例１の充電動作の一例を図１４に示す。電気二重層コンデンサ１ａの容量Ｃ1aが１０００Ｆ、電気二重層コンデンサ１ｂの容量Ｃ1bが１１５０Ｆであり、１０Ａの定電流で充電を行なう。また、初期電圧はともに０Ｖで、充電上限電圧ＶHは２．５Ｖである。このとき、図１４に示すように、容量の小さな電気二重層コンデンサ１ａの方が先に充電上限電圧ＶHに到達する。そして、時間ΔＴだけ遅れて電気二重層コンデンサ１ｂが充電上限電圧ＶHに到達する。このΔＴは、充電電流をＩとすると、ΔＴ＝（Ｃ1b−Ｃ1a）・ＶH／Ｉ＝３７．５秒で近似できる。
【０００４】
次に従来例２（ＵＳ５９８２０５０）について説明する。従来例２では、電気二重層コンデンサに対してツェナーダイオードを含む回路を並列に配置し、各電気二重層コンデンサの端子間電圧をほぼツェナー電圧にクランプして均等化するように構成されている。
【０００５】
また、従来例３（特開平１０−２０１０９１）では直列接続された各段の電気二重層コンデンサに対して、それぞれ並列に接続された電圧調整素子と、電気二重層コンデンサと電圧調整素子との間に配された放電制御用スイッチ手段と、この放電制御用スイッチ手段を駆動する操作用スイッチ手段を備えている。アクセサリスイッチによって比較動作が起動され、各段の電気二重層コンデンサの端子間電圧が基準電圧と比較判断されて、電圧調整が行なわれる。
【０００６】
また、従来例４（ＵＳ５９３２９３２）では、電気二重層コンデンサ以外にフライングコンデンサと呼ばれる電圧補正用コンデンサを設ける。各電気二重層コンデンサから電圧補正用コンデンサに電荷の移動を順次行なって、端子間電圧の均一化を行なう手法が示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
電気二重層コンデンサ装置において、端子間電圧の均等化は重要である。ばらつきが大きくなると、充電・電力放出の機能が低下し、補助電源としての役割を失うからである。
【０００８】
従来例１では、上記ΔＴの間にバイパスされた充電電流Ｉによる発熱Ｐが発生する。Ｐ≒Ｉ・ＶH＝１０Ａ・２．５Ｖ＝２５Ｗである。このために、ＰＮＰトランジスタ９と抵抗１１には、大きな許容熱容量の素子が必要となり、小型化、放熱上の問題があった。特に急速充電の用途では、充電電流Ｉの値が数１０Ａ〜数１００Ａに達するので発熱量もさらに増大する。また、電気二重層コンデンサの均等化電圧は充電上限電圧ＶHに設定されるため、均等化電圧を変更する自由度が制限されていた。
【０００９】
従来例２ではツェナーダイオードを用いているために必要な精度を確保しにくい。さらに、温度ドリフトの影響もあり、実用上の精度を達成するのが困難であった。
【００１０】
従来例３では、充電動作中に各電気二重層コンデンサの端子間電圧を基準電圧と比較するように回路が設けられている。定電圧電源であるオルタネータから充電を行ない、アクセサリスイッチをオンして各電気二重層コンデンサの電圧調整を行なう。したがって、基本的な手法は上記従来例１、２と同様である。また、エンジン停止後に手動でアクセサリスイッチを操作して電気二重層コンデンサの電圧調整を行なうことが示されているが、人間による操作を必要とする。
従来例４では、各電気二重層コンデンサをフライングコンデンサに接続するための回路構成が複雑になる。
【００１１】
本発明では、電気二重層コンデンサの端子間電圧の均等化に伴う発熱を小さくし、均等電圧の設定範囲を広くとれるようにする。また、電気二重層コンデンサ装置の電力効率を向上しようとする。また、電気二重層コンデンサの長期使用を達成しようとする。さらに、個々の電気二重層コンデンサの特性にばらつきがある場合にも、それを補償して電気二重層コンデンサ装置としての安定した動作を自動的に得ることを目的とする。
【００１２】
また、ダイナミックな運転動作を行なうなかで、確実に端子間電圧の均等化を達成し、高効率の電力供給を安定して実行できるようにする。また、補助電源としての電力効率を向上しようとする。また、運転維持を容易に行なうことができる電気二重層コンデンサ装置を得ようとする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の態様１は、複数の電気二重層コンデンサが直列接続された電気二重層コンデンサ装置において、電気二重層コンデンサの少なくとも２段に対して、１段の電気二重層コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出回路と、前記電圧検出回路によって制御され前記端子間電圧を放電させることができる放電回路とがそれぞれ設けられ、前記複数の電気二重層コンデンサを充電する充電電流を停止する電流制御回路が設けられ、前記充電電流によって前記複数の電気二重層コンデンサを充電する際に、前記端子間電圧が電圧上昇され、前記端子間電圧の１つが第１の電圧Ｖ1に到達され、前記電圧検出回路によって第１の電圧Ｖ1に到達した当該端子間電圧が検出された後に、前記電圧検出回路によって電流制御回路が動作せしめられて前記充電電流が停止され、前記端子間電圧の調整時に、前記少なくとも２段の電気二重層コンデンサの端子間電圧のうちの少なくとも１つの端子間電圧が第２の電圧Ｖ2（第１の電圧Ｖ1＞第２の電圧Ｖ2）よりも高い場合に、当該端子間電圧が前記放電回路によって降下され、その端子間電圧が第２の電圧Ｖ2以下の場合に、その端子間電圧が保持されてなることを特徴とする電気二重層コンデンサ装置を提供する。
【００１４】
態様２は、前記放電回路と前記電圧検出回路が設けられた少なくとも２段の前記電気二重層コンデンサについては、前記充電電流による電圧上昇によって前記端子間電圧のすべてがほぼ第１の電圧Ｖ1に到達されてなる態様１に記載の電気二重層コンデンサ装置を提供する。
【００１５】
態様３は、前記放電回路と前記電圧検出回路が設けられた段の電気二重層コンデンサについては、前記端子間電圧の調整時に、前記端子間電圧が前記放電回路によって降下され、それぞれ第２の電圧Ｖ2に達した場合には、その時点で前記放電回路による電圧降下が停止されてなる態様１に記載の電気二重層コンデンサ装置を提供する。
【００１６】
態様４は、電気二重層コンデンサの段数をＮとすると、３０２５≧Ｎ≧３６であり、電気二重層コンデンサ装置の放電開始電圧が１００Ｖ以上である態様１、２または３に記載の電気二重層コンデンサ装置を提供する。
【００１７】
態様５は、電気二重層コンデンサの段数をＮとすると、３０≧Ｎ≧３であり、電気二重層コンデンサ装置の放電開始電圧が５０Ｖ以下である態様１、２または３に記載の電気二重層コンデンサ装置を提供する。
【００１８】
態様６は、複数の電気二重層コンデンサが直列接続された電気二重層コンデンサ装置の電圧制御方法において、電気二重層コンデンサの少なくとも２段に対して、１段の電気二重層コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出回路と、前記電圧検出回路によって制御され前記端子間電圧を放電させることができる放電回路とをそれぞれ設け、前記複数の電気二重層コンデンサを充電する充電電流を停止する電流制御回路を設け、前記充電電流によって前記複数の電気二重層コンデンサを充電する際に、前記端子間電圧を電圧上昇し、その端子間電圧の１つが第１の電圧Ｖ1に到達した後に、前記電圧検出回路によって第１の電圧Ｖ1に到達した当該端子間電圧を検出し、前記電圧検出回路によって前記電流制御回路を動作させて前記充電電流を停止し、前記端子間電圧の調整時に、第２の電圧Ｖ2（第１の電圧Ｖ1＞第２の電圧Ｖ2）よりも高い前記端子間電圧を前記放電回路によって降下し、第２の電圧Ｖ2以下の前記端子間電圧を保持することを特徴とする電気二重層コンデンサ装置の電圧制御方法を提供する。
【００１９】
態様７は、複数の電気二重層コンデンサが直列接続された電気二重層コンデンサ装置において、前記電気二重層コンデンサの少なくとも２段に対し、１段の電気二重層コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出回路と、前記電圧検出回路によって制御され前記端子間電圧を放電させることができる放電回路とがそれぞれ設けられ、前記電圧検出回路によって検出された前記端子間電圧が第１の電圧Ｖ1に到達したときに前記複数の電気二重層コンデンサに対する充電が停止されるように電流制御回路が設けられ、第２の電圧Ｖ2（第１の電圧Ｖ1＞第２の電圧Ｖ2）よりも高い前記端子間電圧を第２の電圧Ｖ2に向かって降下するように放電させかつ第２の電圧Ｖ2以下の前記端子間電圧を放電させない放電回路が設けられていることを特徴とする電気二重層コンデンサ装置を提供する。
【００２０】
態様８は、複数の電気二重層コンデンサが直列接続された電気二重層コンデンサ装置の電圧制御方法において、前記電気二重層コンデンサの少なくとも２段に対し、１段の電気二重層コンデンサの端子間電圧を検出する電圧判断手段と、前記電圧判断手段によって制御され前記端子間電圧を放電させることができる放電制御手段が設けられ、前記電圧検出手段で前記端子間電圧を検出し、前記端子間電圧の１つが第１の電圧Ｖ1以上になったときに前記複数の電気二重層コンデンサに対する充電を停止し、第２の電圧Ｖ2（第１の電圧Ｖ1＞第２の電圧Ｖ2）よりも高い前記端子間電圧を放電し、第２の電圧Ｖ2以下の前記端子間電圧を放電しないことを特徴とする電気二重層コンデンサ装置の電圧制御方法を提供する。
【００２１】
態様９は、複数の電気二重層コンデンサが直列接続された電気二重層コンデンサ装置の電圧制御回路において、前記電気二重層コンデンサの少なくとも２段に対し、１段の電気二重層コンデンサの端子間電圧を検出する電圧判断手段と、前記電圧判断手段によって制御され前記端子間電圧を放電させることができる放電制御手段とがそれぞれ設けられており、前記端子間電圧の１つが前記電圧判断手段により第１の電圧Ｖ1に到達したと判断されたときに前記複数の電気二重層コンデンサに対する充電を停止する充電停止信号を出力する表示等手段が設けられ、第２の電圧Ｖ2（第１の電圧Ｖ1＞第２の電圧Ｖ2）よりも高い前記端子間電圧が第２の電圧Ｖ2に向かって降下するように放電させかつ第２の電圧Ｖ2以下の前記端子間電圧を放電させない前記放電制御手段が設けられていることを特徴とする電気二重層コンデンサ装置の電圧制御回路を提供する。
態様１０は、充電時に、前記放電回路が動作して放電電流が流れるように構成されてなる態様１、２、３、４、５または７に記載の電気二重層コンデンサ装置を提供する。
態様１１は、充電電流によって電気二重層コンデンサを充電する際に、放電回路が起動されないように構成されてなる態様１、２、３、４、５または７に記載の電気二重層コンデンサ装置を提供する。
態様１２は、複数の電気二重層コンデンサのすべての段に、前記電圧検出回路と前記放電回路とがそれぞれ設けられてなる態様１、２、３、４、５、７、１０または１１に記載の電気二重層コンデンサ装置を提供する。
態様１３は、態様１、２、３、４、５、７、１０、１１または１２に記載の電気二重層コンデンサ装置がモータ駆動補助電源に用いられてなる乗り物を提供する。
態様１４は、充電時に前記放電制御手段が動作して放電電流が流れるようにする態様８または９に記載の電気二重層コンデンサ装置の電圧制御方法を提供する。
態様１５は、前記端子間電圧が第１の電圧Ｖ１以上になった際に、前記放電制御手段が起動されて放電電流が流れるようにする態様８または９に記載の電気二重層コンデンサ装置の電圧制御方法を提供する。
態様１６は、複数の電気二重層コンデンサのすべての段の前記端子間電圧を検出し、すべての段の前記端子間電圧を放電させることができるように前記電圧判断手段と前記放電制御手段が構成されてなる態様８、９、１４または１５に記載の電気二重層コンデンサ装置の電圧制御方法を提供する。
【００２２】
上記の各態様において、用途に応じて放電回路の放電抵抗値を決定することが好ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の構成例１について図１を参照して説明する。図１に示すように電圧検出回路５０は、各段の電気二重層コンデンサ１、１ａ、１ｂ（以下セルと呼ぶ）の正極端子３０２と負極端子３０４の間に対応して接続されている。そして、各セルの端子間電圧が、あらかじめ設定した電圧（上記の第２の電圧Ｖ2）を超えているか否かを判定する。放電回路６０は、電圧検出回路５０が第２の電圧Ｖ2を超えていると判定したとき、前記セルから電圧調整のために放電電流を流す。電気二重層コンデンサ装置３００中に、各セルの特性に合わせて電圧検出回路５０と放電回路６０を設ける。図１の例では全段に配置している。
【００２４】
一方、端子間電圧が第１の電圧Ｖ1以上であると電圧検出回路５０が判定したときは、電流電源３０６と電気二重層コンデンサ装置３００の間に配置した電流制御回路３０８で充電電流を遮断する。充電後、第２の電圧Ｖ2を超えて充電されている各セルのみから、端子間電圧が放電回路６０によって徐々に電圧降下される。以下の具体例の説明においては、第１の電圧Ｖ1としてＶu、第２の電圧Ｖ2としてＶeを用いる。また、ＶeとＶuを定数として説明を行なうが、時間の経過や使用状態に応じて自動可変または設定変更することもできる。図６に電圧変化の状態の一例を示す。端子間電圧が第２の電圧Ｖeに到達したときに、各セルの電圧調整の放電が停止され、端子間電圧が第２の電圧Ｖeにほぼ一致する。
【００２５】
しかし、充電完了時に必ずしもすべてのセルの端子間電圧が均等化電圧となる第２の電圧Ｖeを超えて充電されていることを要しない。端子間電圧が均等化電圧を超えているセルは、均等化電圧に向けて放電される。一方、端子間電圧が均等化電圧以下であるセルは放電されない（図２のＴ0−Ｔ8期間の端子間電圧Ｖbの波形を参照）。しかし、この両者の電圧差は時間の経過とともに縮小できる。均等化電圧まで放電させる電圧調整の動作を繰り返し行えば、すべてのセルの端子間電圧が均等化電圧にほぼ一致することになる（図２を参照）。
【００２６】
期間ｔcにおいて充電が行なわれ、端子間電圧ＶaとＶbが上昇する。時刻Ｔ2において、端子間電圧Ｖaが第１の電圧Ｖuに到達し、充電が停止される。そして、期間ｔdにおいて、端子間電圧Ｖaは電圧調整のために放電されて電圧降下する。第２の電圧Ｖeに到達していない端子間電圧Ｖbはそのまま維持される。時刻Ｔ3において電気二重層コンデンサ装置から電力放出が行なわれ、端子間電圧は降下する。時刻Ｔ5で電力放出が停止する。
【００２７】
時刻Ｔ5から電気二重層コンデンサ装置が待機状態に入り、時刻Ｔ6から充電がふたたび開始される。同様に時刻Ｔ8で他のセル（図示を省略している）の端子間電圧が第１の電圧Ｖuに到達して充電が停止される。したがって、時刻Ｔ2で第１の電圧Ｖuに到達していたセルが、別の動作タイミング、つまり、図２の時刻Ｔ8では第１の電圧Ｖu未満で充電が停止することがある。
【００２８】
充電停止後、端子間電圧はそのセルの内部直列等価抵抗と充電電流との積で決まる電圧分だけ端子間電圧が降下する。充電電流が流れなくなり、セルに蓄積された電荷量によってのみ端子間電圧が決まるからである。内部直列等価抵抗は一般的にミリオームの桁であって、電圧降下の状態は微小レベルであり、図２においてはその波形変化の図示を省略している。
【００２９】
本発明は、充電・電力放出をダイナミックに繰り返して実行しながら、自動的に端子間電圧の均等化が行なわれるように構成した。また、充電電流をそのままバイパスする従来例１とは構成が異なり、電力損失を低減できる。また、外部から手動操作をすることなく、各セルの特性に応じて電圧調整用の放電電流を制御する。したがって、電気二重層コンデンサの利点である大電流入出力の特性を損なうことなく、均等化のための発熱を小さくできる。
【００３０】
電圧検出回路と放電回路はトランジスタや個別部品などを用いたアナログ回路で構成できる。この場合、安価に回路を構成でき安定した動作を容易に達成できる。また、集積回路でも回路を構成できる。電圧検出結果は電圧検出回路５０の動作電流、またはその電流を電圧変換した信号出力でもよい。
【００３１】
放電回路６０に用いるスイッチング素子は、例えばトランジスタや半導体素子等である。このスイッチング素子は信号出力に基づきオン、オフする。すなわち、端子間電圧が均等化電圧を超えているときには、スイッチング素子をオンさせ、抵抗を通してセルから電圧調整のための放電電流を流す。
【００３２】
一方、セルの端子間電圧が均等化電圧になったときには、スイッチング素子をオフさせる。オフ状態の電圧検出回路５０側にはほとんど電流が流れないので、セルの端子間電圧は目標とする均等化電圧に維持される。
【００３３】
本発明においては、充電電流とは関係なく、端子間電圧を調整しようとするセルからの放電のみを考慮すればよい。このため、放電回路に設けられた放電電流を流す放電抵抗の値は、従来に比して大きく設定できる。抵抗値を大きく設定できるので放電電流を小さくでき、発熱を抑制できる。ただし、均等化電圧に至るまでの時間が長くなるので、この時間と許容できる発熱量の間で最適な抵抗値を決める。この抵抗は可変抵抗としてもよい。図２中の端子間電圧Ｖaの破線部分が放電を実行する期間である。
【００３４】
電圧検出回路５０は、セルの端子間電圧が上記の第１の電圧Ｖuを超えているか否かを判断し、判断結果を信号出力する。表示手段を設けて端子間電圧が第１の電圧Ｖuを超えた際に、その信号出力を表示することもできる。これにより、各セル毎に配置された表示手段によって、人間が各セルの状態を直視できる。さらに、電気二重層コンデンサ装置の両側端子における端子間電圧が、充電装置側で独自に設定された電圧を超えた場合に、充電電流の供給を自動停止させるように構成することが好ましい。
【００３５】
なお、本発明に用いる電源は電流電源であり、時間とともに供給する電流値が可変できるものであってもよい。好ましくは定電流電源とする。その値は数Ａから数１００Ａが使用でき、電気二重層コンデンサの種別や用途に応じて設定する。
【００３６】
本発明では、上記信号出力を充電装置側に対し送出し、充電電流を停止させる。このとき、少なくとも１段のセルの端子間電圧が第１の電圧Ｖuを超えれば、充電電流の供給を停止させればよい。従来例において、このような停止を行なうと各セルの端子間電圧にばらつきを生ずる。
【００３７】
本発明においては、ある状態において各セルの端子間電圧がばらつきを有していても、動作を行ないつつ、時間の経過とともに各セルの端子間電圧を均等化電圧にほぼ一致させるように作用する。また、端子間電圧が大きくばらついている場合でも、均等化電圧に一致させる電圧調整の動作を繰り返して行なうことで、いずれは、ある時点において、すべてのセルが均等化電圧にほぼ一致するように作用する。
【００３８】
また、本発明の態様として、電気二重層コンデンサ、電圧検出回路、放電回路、および表示回路のいずれか少なくとも一つは、収納箱に収納できる。電気二重層コンデンサの特性から急速充放電が可能で、移動、設置等が容易である。放熱等の考慮は不要なため、構造的にも一層集約した形で構成できる。
【００３９】
また、本発明では、上記の複数の電気二重層コンデンサが直列接続された電気二重層コンデンサ装置において、電気二重層コンデンサの２段以上に対して放電回路と電圧検出回路を設けているが、電気二重層コンデンサの１段のみに対して放電回路と電圧検出回路を設けた場合にも適用できる。例えば容量が大きい電気二重層コンデンサ（セルＡ）と容量が小さい電気二重層コンデンサ（セルＢ）を直列に接続した装置とし、セルＢのみに対して放電回路と電圧検出回路を設ける。充電によりセルＢの端子間電圧がＶuに到達したときに充電を停止させ、Ｖeまで放電させる。充電によりセルＡの端子間電圧がＶe以下となっている場合は
セルＡとセルＢの端子間電圧を均等化させることができる。
【００４０】
本発明において、電圧検出回路と放電回路は図１に示すように各セル毎に対応して設けることが好ましい。しかし、図３に示すように、少なくとも１組の電圧検出回路５０と放電回路６０を設けても本発明の効果を得ることができる。図３では、特性がほぼ揃った２つのセルに対して、電圧検出回路５０と放電回路６０の１組が設けられている。なお、図３に示すように、電気二重層コンデンサの等価回路は内部直列等価抵抗と理想的なコンデンサの直列回路で表現される。厳密には、この直列回路のコンデンサに対して並列抵抗が存在する。しかし、この並列抵抗は大きな抵抗値を有しているので、本発明においては無視できる。
【００４１】
また、図４に示すように、２つのセルのみに対して電圧検出回路５０と放電回路６０を設けてもよい。各セルに対して、一対一に設けるのではなく、装置全体のなかで間引きして設けることができる。これは、電気二重層コンデンサ装置として、ダイナミックな運転を行ないながら、各セルの端子間電圧を全体として均等化されるようにできるからである。つまり、一定の時間内、例えば、数時間から１日の間において、各セルの端子間電圧の差が縮小される方向に電圧調整できる。このとき電圧検出回路５０と放電回路６０を設けるセルとしては、相対的に容量が小さいセルを選択することが必要である。
【００４２】
図５は構成例１の回路例である。直列接続された電気二重層コンデンサ１ａ、１ｂ、１を有する電気二重層コンデンサ装置３００である。１段の電気二重層コンデンサ１ａの正極端子３Ａと負極端子３Ｂに並列に回路が接続されている（他の段の図示は省略している）。三端子シャントレギュレータ２７、抵抗２５、抵抗２１および抵抗２３は定格電圧判断機能を有する。
【００４３】
三端子レギュレータ２７のカソード側の端子２７ｂが正極端子３Ａに、バイアス電位を入力する端子２７ｃが抵抗２１と抵抗２３との接続端子に接続される。抵抗２１の他端は正極端子３Ａに、抵抗２３の他端は負極端子３Ｂに接続される。三端子レギュレータ２７のアノード側の端子２７ａがＮＰＮトランジスタ２９のベースと抵抗２５の一端に接続される。
【００４４】
抵抗２５の他端は負極端子３Ｂに接続される。フォトカップラ３１のアノード側端子が正極端子３Ａに、カソード側端子がＮＰＮトランジスタのコレクタに、ＮＰＮトランジスタ２９のエミッタが負極端子３Ｂに、接続される。ＮＰＮトランジスタ２９およびフォトカップラ３１は、所定の電圧検出後の表示機能と信号出力機能を有する。
【００４５】
三端子シャントレギュレータ３７、抵抗３５、抵抗４１および抵抗４３は、均等化電圧検出機能を有する。抵抗４１と抵抗４３の抵抗比で均等化電圧を決定する。端子３７ｂは正極端子３Ａに接続される。均等化電圧を検出するには、基準電位や回路パラメータを変更し、上記の定格電圧検出回路とほぼ同様の構成を設ければよい。
【００４６】
放電電流をスイッチングするために用いるＮＰＮトランジスタ３９、抵抗４５は、放電回路を構成し、１段のセルの正極端子３Ａと負極端子３Ｂとの間を導通せしめる。三端子シャントレギュレータ３７の端子３７ａがＮＰＮトランジスタ３９のベースに接続される。抵抗４５が放電抵抗である。
【００４７】
以上に述べたすべての回路および電気二重層コンデンサは、図示しない一つの収納箱に収められ、電気二重層コンデンサ装置を構成する。そして、接続端子３０２と３０４は、電気二重層コンデンサ装置の充電および電力放出のため露出されている。外部に設けられた充電用の電流電源３０６と接続して使用される。次に、この回路での動作を説明する。
【００４８】
図５において、抵抗２１および抵抗２３の抵抗比により三端子シャントレギュレータ２７の動作電圧を、電気二重層コンデンサ１の上限電圧である定格電圧に設定する（第１の電圧Ｖu＝定格電圧）。充電により、いずれかの端子間電圧が定格電圧を超えたとき、三端子シャントレギュレータ２７が降伏して導通し、抵抗２５に電流が流れる。そして、ＮＰＮトランジスタ２９により信号増幅された後、フォトカップラ３１から定格電圧検出信号が電源側に設けられた電流制御回路３０８へと送られる。そして、充電電流の供給を停止する。
【００４９】
一方、抵抗４１および抵抗４３の抵抗比により三端子シャントレギュレータ３７の動作点が設定される。端子間電圧をあらかじめ設定した第２の電圧Ｖeと比較する。この第２の電圧Ｖeは定格電圧より低い値に設定される。このため、充電停止後、充電されてほぼ定格電圧に達した端子間電圧は、三端子レギュレータ３７と抵抗３５を通じて電流が流れる。そして、ＮＰＮトランジスタ３９はオンし、電気二重層コンデンサ１ａからの放電電流が抵抗４５に流される。
【００５０】
この放電の結果、正極端子３Ａと負極端子３Ｂ間の端子間電圧が第２の電圧Ｖe以下になったとき、三端子シャントレギュレータ３７に電流が流れなくなる。したがって、ＮＰＮトランジスタ３９はオフする。そして、電気二重層コンデンサ１ａはあらかじめ設定した目標電圧である第２の電圧Ｖeにほぼ到達する。これが均等化電圧となって、電気二重層コンデンサ装置の待機状態においては保持される。
【００５１】
電気二重層コンデンサ１ａの放電時のみならず、充電時にも端子間電圧が均等化電圧を超えれば、ＮＰＮトランジスタ３９はオンする。しかし、抵抗４５は充電電流を直接バイパスさせる目的を有しないため、抵抗値を大きく設定できる。このため、消費電力も少なく、充電中に上記の放電回路が動作しても全く支障はない。
【００５２】
図５の回路では、放電回路の動作点を第２の電圧Ｖeに設定したが、端子間電圧が第１の電圧Ｖu以上になった際に、この放電回路が起動されて放電電流が流れるように、２段階の動作条件を設定できる。この場合、各セルの端子間電圧からの電圧調整用の放電電流のみが放電回路に流れて、充電電流のバイパスを防止できるので好ましい。電圧検出回路５０に基準電位を２つ備えて、第１の電圧Ｖuと第２の電圧Ｖeを比較検出する（図３、図４を参照）。
【００５３】
この構成例１では精度を確保するため三端子シャントレギュレータを用いたが、これのかわりに同等以上の基準電圧精度を有する半導体素子を使用できる。高精度のツェナーダイオートを用いることもできる。
【００５４】
次に、本発明の構成例２について説明する。図７にその回路ブロック図を示す。放電回路６０、電圧検出回路５０、ＲＯＭ７２、ＲＡＭ７３、ＣＰＵ７４、双方向性のバス７１、アウトプットポート７６、インプットポート７５を有する演算制御部７０、電流検出回路８０、遮断回路９０が設けられた電気二重コンデンサ装置３００である。外部に電流電源３０６が備えられている。構成例２の動作は以下のとおりである。図８にその動作波形の一例を示す。
【００５５】
電流検出回路８０で電気二重層コンデンサ装置３００を流れる電流の大きさと方向を検出する。そのデータはインプットポート７５に送られる。演算制御部７０で、充電・電力放出動作の際における電荷量の全体の変化を算出する。電圧検出回路５０は各セルの端子間電圧を検出し、インプットポート７５に送る。ＲＯＭ７２に処理プログラムが収容され、または、ＲＡＭ７３に所定のデータが入力されている。
【００５６】
図８の期間ｔLにおいて、電力放出が行なわれてセルの端子間電圧が降下している。時刻Ｔ21からＴ22までは待機状態にあり、端子間電圧は一定している。演算制御部７０は各セルの静電容量を算出する。演算制御部７０は、すべてのセルが充電によってほぼ同時に第１の電圧Ｖuに到達するような、それぞれのセルに最適な端子間電圧を算出する。
【００５７】
その最適な端子間電圧に近くなるように、各セルの放電回路６０による放電量を制御し、各セル毎に端子間電圧を降下せしめて電圧調整を行なう（図８の期間ｔD）。図８に示すΔＶaとΔＶbが算出された差分の電圧値である。放電によって電圧調整が不可能なセルはその端子間電圧を維持される。そして、充電によって各セルの端子間電圧は第１の電圧Ｖuに向けて電圧上昇される（図８の期間ｔC）。
【００５８】
構成例２では、電圧調整されたセルの端子間電圧がほぼ同時に第１の電圧Ｖuに到達する。しかし、いずれかのセルの端子間電圧が第１の電圧Ｖuに到達した場合には充電電流が遮断回路９０によって遮断されるようにする。この動作を繰り返すことにより、すべてのセルがほぼ同時に第１の電圧Ｖuに到達するようになる。これに、一定の時間経過を要することもある。構成例２では、第２の電圧Ｖeを構成例１の場合よりも低い値に設定して、電圧調整の幅を大きくすることが好ましい。セルの端子間電圧が低い領域で、電圧調整を行なうことで、均等化に伴う消費電力をより小さくできる。図９に構成例２のフローチャートを示す。
【００５９】
基本的な動作手順は次のとおりである。まず、各セルの端子間電圧を検出する。電気二重層コンデンサ装置の電力放出（セル全段からの電流放出）または充電電流による各セルの蓄積電荷量の変化分ΔＱを、電流検出回路で検出した電流値を積算することで算出する。次に、電力放出後または充電後における各セルの端子間電圧の変化量ΔＶを検出する。各セル毎の静電容量Ｃiを次式で計算する。Ｃi＝ΔＱ／ΔＶ（ステップＳ１）。次に、各セルが第１の電圧Ｖuに到達するのに必要となる電荷量Ｑiを算出する。Ｑi＝Ｃi×（Ｖu−Ｖi）（ステップＳ２）。ここで、Ｖiはその時点におけるセルの端子間電圧である。
【００６０】
次に、各セルのＱi値を比較して、Ｑiの最大値Ｑmaxを見出す（Ｓ３）。各セルについて、各セルのＱiとＱmaxとの差、ΔＱiを算出する（ステップ４）。そして、各セルについての差分電圧を、ΔＶi＝ΔＱi／Ｃiで算出する（ステップ５）。そして、求められた差分の電圧、ΔＶiだけ放電回路で電圧降下せしめる（ステップ６）。次に、電気二重層コンデンサ装置に対して充電電流を供給開始する（ステップ７）。電流源として、定電流性の電源を用いる。
【００６１】
このとき、充電電流によって供給される電荷量を計測する。その電荷量があらかじめ算出したＱmaxに到達するかどうかを判断する（ステップ８）。Ｑmaxに到達すれば充電電流の供給を停止する（ステップ９）。そして、各セルの端子間電圧が第１の電圧Ｖuにほぼ揃った状態を得ることができる。構成例２では、均等化電圧を上限電圧の近傍に設定できるので、電力の利用効率がさらに向上する。また、セルのダイナミック運転に対応したセル毎の条件設定ができる。
【００６２】
次に本発明の構成例３を説明する。図１０に回路ブロック図を示す。充電バイパス回路１００以外の主要な回路は構成例２と同様である。構成例３では、演算制御部７０のＲＡＭ７２に各セルの静電容量があらかじめ記憶されている。電圧検出回路５０で各セルの端子間電圧を検出する。
【００６３】
演算制御部７０は、すべてのセルが充電によってほぼ同時に第１の電圧Ｖuに到達するような最適な端子間電圧を各セル毎に算出し、その目標となる端子間電圧に近づくように、各セルの端子間電圧を放電によって電圧降下させる。演算制御部７０はいずれかのセルの端子間電圧が第１の電圧Ｖuを超えた場合に充電電流を停止するか、充電電流バイパス回路１００に充電電流を流す。図１１に構成例３のフローチャートを示す。
【００６４】
基本的な動作手順は次のとおりである。まず、各セルの静電容量値Ｃiを計測しておき演算制御回路７０のＲＡＭ７３に収容しておく（ステップ２０）。次に、電力放出後または充電後の現在の端子間電圧を検出する。次にＲＡＭ７３に記憶されている各セルの静電容量値Ｃiから、各セルが目標とする第１の電圧Ｖuに到達するのに必要とする電荷量Ｑiを算出する。Ｑi＝Ｃi×（Ｖu−Ｖi）（ステップＳ２）。ここで、Ｖiはその時点におけるセルの端子間電圧である。
【００６５】
次に、各セルのＱi値を比較して、Ｑiの最大値Ｑmaxを見出す（Ｓ３）。各セルについて、各セルのＱiとＱmaxとの差ΔＱiを算出する（ステップ４）。そして、各セルについての差分電圧ΔＶiを、ΔＶi＝ΔＱi／Ｃiで算出する（ステップ５）。そして、求められた差分の電圧ΔＶiだけ放電回路で電圧降下せしめる（ステップ６）。次に、必要な充電時間Ｔcを算出する（ステップ２１）。
【００６６】
そして、電気二重層コンデンサ装置に充電電流を供給開始する（ステップ２１）。電流源として定電流性の電源を用いる。このとき、充電時間を計測する。その電荷量があらかじめ算出したＴcに到達するかどうかを判断する（ステップ２３）。充電時間がＴcに到達すれば充電電流を停止する（ステップ２４）。この際、いずれかのセルの端子間電圧がＶuに到達するかどうかを別途判断することもできる。そして、各セルの端子間電圧が第１の電圧Ｖuにほぼ揃った状態を達成できる。構成例３では、均等化電圧を上限電圧の近傍に設定できるので、電力の利用効率がさらに向上する。
【００６７】
上記各構成例において、各セルに対応して電圧制御を行なう回路を設けることが好ましい。つまり、全段に設ければ、より高い精度で電圧調整できる。または、より短い時間内で均等化を達成できる確率が高まる。特にセルの特性のばらつきが大きい場合でも高い精度で電圧調整できる。
【００６８】
次に、直列に接続するセルの段数Ｎは、充電電圧の最高値を考慮して設定する。電解液が有機溶媒系のセルの耐電圧は約３Ｖ、水系のもので約１Ｖである。静電容量の値は、５０〜１００Ｆ／ｃｍ3程度である。用途に応じて、数Ｆ〜数万Ｆの容量値を準備できる。例えば、充電電圧がＤＣで７５０〜５０００Ｖの場合には、耐電圧と段数との関係から、３０２５≧Ｎ≧１８８に設定することが好ましい。段数が多すぎると構造が複雑になるからである。
【００６９】
また、１００〜６００Ｖの交流電源を整流して電気二重層コンデンサ装置を充電して使用する場合に対応するには高電圧・高出力が必要となるので、耐電圧と段数の関係から、５１２≧Ｎ≧３６に設定することが好ましい。また、一般の低電圧の制御用電源に用いるには、３０≧Ｎ≧３に設定することが好ましい。また、調整電圧範囲として、９００ｍＶ≧第１の電圧Ｖ1−第２の電圧Ｖ2≧５０ｍＶに設定することが好ましい。均等化の動作を行なう機会を適度に設定することと、放電による電力損失を考慮したものである。
【００７０】
また、セル個々の容量の相対ばらつきは±２０％以内であることが好ましい。さらに、好ましくは±１５％以内である。あまりにもばらつきが大きくなると電圧の均等化に要する時間がより増大し、電力損失につながるためである。また、セルに供給される充電電流の大きさの範囲は１０Ａ以上、特に２５Ａ以上であることが好ましい。高速充電・大電圧の用途においては、１００Ａ以上の充電電流を用いることもできる。電気二重層コンデンサの持つ優れた特性を活かすことができるからである。
【００７１】
【実施例】
以下に構成例１の実施例として例１、例２および例３を説明する。
例１におけるセルは有機溶媒系の電解液を有し、その個数は２段である。セル１の容量を１０００Ｆ、このセル１に直列に接続されたセル２の容量を１１５０Ｆとする。第１の電圧Ｖuは２．５Ｖ、充電電流は１０Ａの定電流、均等化電圧となる第２の電圧Ｖeは２．１Ｖに設定する。セル１、２の初期電圧は０Ｖ、抵抗４５は１００Ωとする。電気二重層コンデンサに対応する電圧制御回路は図５に示すものである。
【００７２】
図６において、充電電流は定電流のため、セル１、２の端子間電圧Ｖc1、Ｖc2はそれぞれ直線的に上昇する。そして、容量の小さいセル１は、先に２．５Ｖ（第１の電圧Ｖu）に時刻ｔ2で到達する。１段のセルのみが第１の電圧Ｖuに到達した場合でも、電圧検出回路内のスイッチング素子がオンし、定格電圧検出信号がフォトカップラ３１より電流制御回路３０８へ送られ、充電電流の供給は停止される（図５参照）。このとき、セル２の端子間電圧は２．１７Ｖである。
【００７３】
なお、セル１、２にそれぞれ並列に接続されているスイッチング素子は、ともに均等化電圧Ｖe（設定された２．１Ｖ）を通過時にオンしている。ｔ0≒２１０ｓｅｃ、ｔ1≒２４２ｓｅｃである。セル２はその端子間電圧が２．１Ｖになるｔ3まで放電され、セル１は同様に時刻ｔ4まで放電される。
【００７４】
そして、ｔ2後のＶC1の電圧変化は、ＶC1≒２．５ｅｘｐ（−ｔ／τ1）であり、τ1≒Ｒ・Ｃ1＝１００Ω・１０００Ｆ＝１０5ｓｅｃ、ｔはｔ2からの経過時間である。ＶC2の電圧変化は、ＶC2≒２．１７ｅｘｐ（−ｔ／τ2）であり、τ2≒Ｒ・Ｃ2＝１００Ω・１１５０Ｆ＝１．１５×１０5ｓｅｃである。
【００７５】
これより、図６のｔ3≒４０００ｓｅｃ、ｔ4≒１８０００ｓｅｃであることがわかる。また、セル１の放電電流最大値ｉ1は２５ｍＡ程度である（ｉ1≒２．５Ｖ／１００Ω＝２５ｍＡ）。セル２の放電電流最大値ｉ2は２２ｍＡ程度である（ｉ2≒２．１７Ｖ／１００Ω）。
【００７６】
例１では、放電電流が小さいため、ＮＰＮトランジスタ３９と抵抗４５からなる放電回路での発熱が少ない。最大瞬時値Ｐ＝２．５Ｖ・２５ｍＡ＝６２．５ｍＷと問題にならない。また、放電回路はｔ0〜ｔ2の間も働いているが、回路に流れる電流が小さく、充電電流と比べると十分小さいため（１０Ａ≫２５ｍＡ）、充電中の放電回路の働きは無視できる。
【００７７】
以上により、異なる容量のセルを用いても、上記の調整放電後は、各セルの端子間電圧は均等化電圧である第２の電圧Ｖeに維持される。すなわち、すべてのセルの端子間電圧が均等化電圧である第２の電圧Ｖeにほぼ一致し、揃った状態になる。
【００７８】
図６においては、充電完了時にセル１、２の双方が第２の電圧Ｖeを超えていた。しかし、必ずしもすべてのセルの端子間電圧が第２の電圧Ｖeを超えて充電されていることを要しない。すなわち、第２の電圧Ｖeを超えているセルは、放電により第２の電圧Ｖeに向けて電圧降下される。一方、第２の電圧Ｖe以下の端子間電圧を有するセルでは、放電が行なわれずにその端子間電圧を保持する。したがって、この両者の電圧差は縮まり、均等化電圧である第２の電圧Ｖeに一致させるように、上記の調整放電の作業を繰り返し行えば、いずれはすべてのセルが均等化電圧にほぼ一致することになる。
【００７９】
例２および例３では、表１に示す条件のセルを用いた。容量値が１２２５Ｆ、１２０４Ｆ、１１８５Ｆであるセルを３段直列接続した場合の電気二重層コンデンサ装置である。図５に示す回路を用いて充電電流、放出電流をともに２５Ａとした。例２の回路条件と動作を表２に、例３の回路条件と動作を表３に示す。例２において、１回目の調整放電後に２０ｍＶ以内で端子間電圧の均等化を達成できた。２回目の調整放電後では１０ｍＶ未満であった。例３では１０ｍＶ未満であった。
【００８０】
例２と例３の回路上の違いは、セルに対応する放電抵抗値が５倍異なって構成された点である。また、構成例１の運転動作の状態を図１５及び表４に示す。時間の経過とともに、各セルの端子間電圧が変動するが、一定の時間内に均等化される様子を示している。
【００８１】
【表１】
0003982142.tif 000002
【００８２】
【表２】
0003982142.tif 000003
【００８３】
【表３】
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【００８４】
【表４】
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【００８５】
例３の方が均等化までの所要時間が短くなっている。これは放電抵抗を５倍小さく設定したためである。この例２と例３では、放電抵抗を流れる放電電流による発熱が例１よりも大きくなるが、従来例よりは発熱を低減できる。また、補助電源として用いられる電気二重層コンデサンサ装置全体で求められる性能、例えば、電圧の均等化までの所要時間、充電・電力放出のサイクル時間、２４時間あたりの均等化頻度などを考慮して設定すればよい。
【００８６】
本発明は、例えば、エレベーター等の夜間停止する装置に対して、有効に寄与する。昼間は、充電器からの充電と外部接続された負荷に対する放電が繰り返される。このとき、放電回路はわずかの電力消費をするのみである。一方、夜間等の機器の停止中、または充放電を行なっていない間にゆっくりと時間をかけて均等化のための電圧調整を実行する。これにより、セルの端子間電圧のばらつきを補正する。
【００８７】
また、本発明は電気自動車やハイブリッド自動車、電車などの乗り物に使用できる。図１２は電気自動車４００の模式図である。本発明の電気二重層コンデンサ装置３００、インバータ４３０および発電機４４０を搭載し、モータ４１０でタイヤ４２０を駆動する。乗り物の場合には、回生に伴う電力を電気二重層コンデンサ装置に蓄えて、自力走行時に貯蔵した電力を利用する。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、均等化のための動作を確実に行なえる。セルに対応して電圧検出回路と放電回路を設けて構成したので、セルに対し電圧調整用の放電を行ない、全体のセルについて、均等化電圧に容易に揃えることができる。また、この際の発熱は小さく抑えることができる。均等化電圧の設定範囲も、使用する際の上限電圧付近のみでなく広くとれる。
【００８９】
さらに、均等化電圧に至る放電時間は対象となる設備に応じて容易に変更できる。長期間にわたって、安定して均等化電圧を高精度で達成するように構成できるので、電力を安定して供給できるようになる。システム全体としての電力効率も高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成例１の回路ブロック図。
【図２】構成例１の動作の一例を示す波形図。
【図３】構成例１の具体例１の回路ブロック図。
【図４】構成例１の具体例２の回路ブロック図。
【図５】本発明の例１の回路図。
【図６】例１の動作の一例を示す波形図。
【図７】構成例２の回路ブロック図。
【図８】構成例２の動作の一例を示す波形図。
【図９】構成例２のフローチャート。
【図１０】構成例３の回路ブロック図。
【図１１】構成例３のフローチャート。
【図１２】本発明を用いた電気自動車の模式図。
【図１３】従来例１の回路図。
【図１４】従来例１の動作の一例を示す波形図。
【図１５】構成例１の動作の一例を示す波形図。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ：電気二重層コンデンサ
３０２：正極端子
３０４：負極端子
４５：抵抗
２７、３７：三端子シャントレギュレータ
２９、３９：ＮＰＮトランジスタ
１０Ａ、１０Ｂ：接続端子
３１：フォトカップラ
５０：電圧検出回路
６０：放電回路
３００：電気二重層コンデンサ装置
３０８：電流制御回路
３０６：電流電源
【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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