(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のキャパシタバンクの直並列接続を切り換え制御するように構成した直並列切り換え型キャパシタ蓄電装置において、
一方のキャパシタバンクと他方のキャパシタバンクとの間に直列に接続され充放電電流をオン／オフする直列接続スイッチ、前記他方のキャパシタバンクと直列接続スイッチとの直列回路と並列に接続され一方のキャパシタバンクの充放電電流をオン／オフする第１の並列接続スイッチ、前記一方のキャパシタバンクと直列接続スイッチとの直列回路と並列に接続され他方のキャパシタバンクの充放電電流をオン／オフする第２の並列接続スイッチからなり前記複数のキャパシタバンクの直並列接続を切り換える複数のスイッチと、
キャパシタバンクの電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により検出した電圧を判定し前記複数のスイッチの制御を行う制御手段と
を備え、前記制御手段は、前記直列接続スイッチをオフにしてキャパシタバンクを直列接続から並列接続に切り換えて充電を行うとき、前記並列接続に切り換える各キャパシタバンクの電圧を前記電圧検出手段により検出して比較し、所定値以上の電圧差がある場合に、前記電圧の低い方のキャパシタバンクの並列接続スイッチのみをオンにし、前記電圧差が所定値より小さくなったことを条件に他方の並列接続スイッチをオンにすることを特徴とする直並列切り換え型キャパシタ蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のキャパシタバンクの接続を切り換えスイッチで切り換え制御し、全放電状態からの充電では直列に接続して充電を開始し、出力端子電圧が満充電電圧に達すると並列に接続して各キャパシタバンクが満充電電圧に達するまで充電する直並列切り換え型キャパシタ蓄電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多数の大容量キャパシタを直列及び並列に接続したキャパシタ・バンクを使用する蓄電装置において、キャパシタ・バンクを直列に接続した状態で充電を開始し、充電電圧が上昇したことによりキャパシタ・バンクを並列接続に切り換えようとするとき、各バンクの電圧の差があるとバンク間に横流（cross current)と呼ばれる大電流が流れ、故障や損失の原因となる。
【０００３】
図４はキャパシタ・バンクの直並列切り換え回路の構成例を示す図であり、Ｃ１、Ｃ２はキャパシタ・バンク、Ｓ１、Ｓ２ａ、Ｓ２ｂは切り換えスイッチを示す。図４に示すキャパシタ・バンクの直並列切り換え回路（例えば米国特許第５，７３４，２０５号、特開平８−１６８１８２号公報参照）では、満充電からまず、切り換えスイッチＳ１をオフ、切り換えスイッチＳ２ａ、Ｓ２ｂをオンにすることにより、キャパシタ・バンクＣ１、Ｃ２を並列に接続した状態で放電を開始する。そして放電に伴い出力端子間電圧が低下し、放電開始時の１／２になったところで、切り換えスイッチＳ１をオン、切り換えスイッチＳ２ａ、Ｓ２ｂをオフにする。この切り換え操作によりキャパシタ・バンクＣ１、Ｃ２が直列接続になるので、出力端子間電圧は、再び放電開始時の電圧まで上昇する。したがって、この後さらに続けて出力端子間電圧が放電開始時の１／２に低下するまで放電することができる。その結果、初期電圧の１００％〜５０％の電圧範囲で、各キャパシタバンクの全蓄電量の電圧の１／４、蓄電電量量で１５／１６＝９４％を利用することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記キャパシタ・バンクの直並列切り換え回路では、全放電状態から充電を行う場合、切り換えスイッチＳ１だけをオンにして充電を開始し、キャパシタ・バンクＣ１、Ｃ２の合計電圧が所定の満充電電圧に達したところで、切り換えスイッチＳ１をオフにすると同時に、切り換えスイッチＳ２ａ、Ｓ２ｂをオンにして、さらに充電を続ける。しかしその際に、キャパシタ・バンクＣ１、Ｃ２の充電電圧が等しくないと、電圧の高い方から低い方に充電電流（横流）が流れるという問題が生じる。キャパシタによる蓄電装置では、高効率を得るため不要な抵抗成分をできるだけ除いて製造するので、キャパシタ・バンクＣ１、Ｃ２の電圧差が大きいと、上記横流の値が装置を破損する恐れが生じる。
【０００５】
かかる破損を防ぐには、切り換えスイッチＳ２ａ、Ｓ２ｂ、あるいは途中の配線のいずれかに電流を制限する機能を組み込むことが必要になる。その１つとして、切り換えスイッチＳ２ａ、Ｓ２ｂにアナログ動作が可能なパワースイッチ、例えばＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどが用いられる。この場合には、スイッチに電流制限機能を持たせ、設定値以上の大きな電流では、抵抗が高くなって横流が流れないような制御を行うことができる。また、短時間の過渡的な電流であれば、チヨークコイルを挿入して横流を阻止することも可能である。
【０００６】
しかし、近年の技術進歩により、キャパシタの静電容量が巨大となり、蓄電量も増しつつあるため、スイッチに電流制限を行わせようとすると、その際のエネルギー損失が無視できなくなり、また、チヨークコイルで電流を阻止しようとすると、巨大な鉄と銅の固まりを据え付けるようなものとなってしまう。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するものであって、簡単な構成で横流を流れないようにし、損失の軽減を図り、安全な動作を維持できるようにするものである。
【０００８】
そのために本発明は、複数のキャパシタバンクの直並列接続を切り換え制御するように構成した直並列切り換え型キャパシタ蓄電装置において、一方のキャパシタバンクと他方のキャパシタバンクとの間に直列に接続され充放電電流をオン／オフする直列接続スイッチ、前記他方のキャパシタバンクと直列接続スイッチとの直列回路と並列に接続され一方のキャパシタバンクの充放電電流をオン／オフする第１の並列接続スイッチ、前記一方のキャパシタバンクと直列接続スイッチとの直列回路と並列に接続され他方のキャパシタバンクの充放電電流をオン／オフする第２の並列接続スイッチからなり前記複数のキャパシタバンクの直並列接続を切り換える複数のスイッチと、キャパシタバンクの電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段により検出した電圧を判定し前記複数のスイッチの制御を行う制御手段とを備え、前記制御手段は、前記直列接続スイッチをオフにしてキャパシタバンクを直列接続から並列接続に切り換えて充電を行うとき、前記並列接続に切り換える各キャパシタバンクの電圧を前記電圧検出手段により検出して比較し、所定値以上の電圧差がある場合に、前記電圧の低い方のキャパシタバンクの並列接続スイッチのみをオンにし、前記電圧差が所定値より小さくなったことを条件に他方の並列接続スイッチをオンにすることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る直並列切り換え型キャパシタ蓄電装置の実施の形態を示す図であり、１は電圧検出回路、２は制御回路、４はＰＷＭインバータ、Ｃ１、Ｃ２はキャパシタバンク、Ｓｓ、Ｓ１ｐ、Ｓ２ｐは切り換えスイッチを示す。
【００１０】
図１において、キャパシタバンクＣ１、Ｃ２は、充電電源からの充電、負荷への放電を行う蓄電手段として例えば電気二重層キャパシタのセルを１個乃至複数個接続したバンクであり、切り換えスイッチＳｓ、Ｓ１ｐ、Ｓ２ｐは、キャパシタバンクＣ１、Ｃ２の接続を直並列切り換えるものである。電圧検出回路１は、キャパシタバンクＣ１、Ｃ２を直並列接続した出力端子間電圧を検出すると共に、各キャパシタバンクＣ１、Ｃ２の充電電圧を検出するものであり、例えば▲１▼と▲２▼との間で切り換えスイッチＳ１ｐに加わる電圧（スイッチ開放電圧）Ｖs1p 、▲１▼と▲３▼との間でキャパシタバンクＣ２の電圧（充電レベル）Ｖc2、▲２▼と▲４▼との間でキャパシタバンクＣ１の電圧Ｖc1、▲３▼と▲４▼との間で切り換えスイッチＳ２ｐに加わる電圧Ｖs2p 、▲１▼と▲４▼との間で出力端子間電圧Ｖｏを検出する。制御回路２は、電圧検出回路１により検出した出力端子間電圧Ｖｏと満充電電圧との比較、キャパシタバンクＣ１、Ｃ２の各充電電圧Ｖc1、Ｖc2の比較判定を行い、切り換えスイッチＳｓ、Ｓ１ｐ、Ｓ２ｐのオン／オフ制御を行うものであり、その際に充電／放電モードと電圧比較判定回路２の判定結果に基づきキャパシタバンクＣ１、Ｃ２の間の充電レベルＶc1、Ｖc2の不均一により横流が流れないようにオン／オフのタイミングを制御する。
【００１１】
次に、上記直並列切り換え型キャパシタ蓄電装置により行う直並列切り換え制御について具体的に説明する。全放電状態から充電する場合には、図１（Ｂ）に示すようにまず制御回路２により切り換えスイッチＳｓだけをオンにしキャパシタバンクＣ１、Ｃ２を直列に接続した状態で充電を開始する。電圧検出回路１により出力端子間電圧Ｖｏを検出し、その出力端子間電圧Ｖｏを基準値である満充電電圧Ｖｆと比較判定して、出力端子間電圧Ｖｏが所定の満充電電圧Ｖｆに達したところで、制御回路２によりキャパシタバンクＣ１、Ｃ２の接続を直列から並列に切り換えるために切り換えスイッチＳｓだけをオフにする。このとき制御回路２では、電圧比較判定回路２によりキャパシタバンクＣ１、Ｃ２の各充電電圧Ｖc1、Ｖc2の比較判定を行い、これらの電圧差がゼロ付近であれば、図１（Ｄ）に示すように切り換えスイッチＳ１ｐ、Ｓ２ｐをオンにしてキャパシタバンクＣ１、Ｃ２を並列に接続した状態で充電を続けるようにする。
【００１２】
しかし、キャパシタバンクＣ１、Ｃ２を図１（Ｂ）に示す直列に接続した状態から図１（Ｄ）に示す並列に接続した状態に切り換える時、キャパシタバンクＣ１、Ｃ２の各充電電圧Ｖc1、Ｖc2の比較判定で所定値以上の電圧差がある（ゼロ付近でない）場合には、図１（Ｃ）に示すように先に充電レベルの低い方のキャパシタバンクＣ１（又はＣ２）の切り換えスイッチＳ１ｐ（又はＳ２ｐ）だけをオンにして充電を続ける。
【００１３】
この状態では、充電レベルが低い方のキャパシタバンクＣ１だけが充電されるので、キャパシタバンクＣ１、Ｃ２間の電圧の差が減少し、そのまま充電を続ければ電圧の差がゼロになった後に逆転する。この電圧の差がゼロ付近になった状態を検出して、残った他方の切り換えスイッチＳ２ｐ（又はＳ１ｐ）をオンにし、図１（Ｄ）に示すようにキャパシタバンクＣ１、Ｃ２を並列に接続した状態で充電を続けるようにする。
【００１４】
図２は多段接続切り換え制御キャパシタ電源装置による本発明の他の実施の形態を説明するための図であり、ＣＡ１〜ＣＡ３、ＣＢ１〜ＣＢ３はキャパシタ、ＳＳ、ＳＡ１〜ＳＡ３、ＳＢ１〜ＳＢ３はスイッチを示す。上記実施の形態では、単純に１バンクの直並列切り換えについて説明したが、複数のバンクを順次直並列切り換え接続する場合にも同様に適用できる。その実施の形態を示したのが図２である。
【００１５】
図２において、キャパシタＣＡ１〜ＣＡ３とＣＢ１〜ＣＢ３は、電気エネルギー貯蔵用として、例えば電気二重層コンデンサのようなキャパシタ（単セル）であり、それぞれ同数ずつ直列に接続した２組のキャパシタ群Ａ、Ｂを構成するものである。なお、それぞれのキャパシタＣＡ１〜ＣＡ３、ＣＢ１〜ＣＢ３は、複数個を直列あるいはそれをさらに並列に接続したバンクであってもよい。スイッチＳＳは、２組のキャパシタ群Ａ、Ｂを直列に接続する直列接続スイッチであり、スイッチＳＡ１〜ＳＡ３は、一方のキャパシタ群ＡとスイッチＳＳとの直列接続点▲１▼を他方のキャパシタ群Ｂの直列接続他端▲３▼及びそれぞれのキャパシタＣＢ１〜ＣＢ３の直列接続点に接続する一方のスイッチ群、スイッチＳＢ１〜ＳＢ３は、他方のキャパシタ群ＢとスイッチＳＳとの直列接続点▲２▼を一方のキャパシタ群Ａの直列接続他端▲４▼及びそれぞれのキャパシタの直列接続点に接続する他方のスイッチ群である。そして、図２（Ａ）に示すようにスイッチＳＳのみをオンにすることにより、図２（Ｄ）に示すようにキャパシタＣＡ１〜ＣＡ３、ＣＢ１〜ＣＢ３を直列に接続し、図２（Ｂ）に示すようにスイッチＳＳをオフにして一方のスイッチ群のスイッチＳＡ３及びこれに対応する他方のスイッチ群のスイッチＳＢ３をオンにすることにより、図２（Ｅ）に示すように一方のキャパシタ群Ａの中央側接続キャパシタＣＡ３と他方のキャパシタ群Ｂの中央側接続キャパシタＣＢ３とを並列に接続する。同様に、図（Ｃ）に示すように一方のスイッチ群のスイッチＳＡ２及びこれに対応する他方のスイッチ群のスイッチＳＢ２をオンにし、他のスイッチは全てオフにすることにより、図２（Ｆ）に示すように一方のキャパシタ群Ａの中央側接続キャパシタＣＡ３、ＣＡ２の直列回路と他方のキャパシタ群Ｂの中央側接続キャパシタＣＢ３、ＣＢ２の直列回路とを並列に接続する。さらに、一方のスイッチ群のスイッチＳＡ１及びこれに対応する他方のスイッチ群のスイッチＳＢ１をオンにし、他のスイッチは全てオフにすることにより、図２（Ｇ）に示すように一方のキャパシタ群ＡのキャパシタＣＡ１〜ＣＡ３の直列回路と他方のキャパシタ群ＢのキャパシタＣＢ１〜ＣＢ３の直列回路とを並列に接続する。
【００１６】
上記のように一方のスイッチ群のいずれか１つのスイッチＳＡ１〜ＳＡ３及びこれと反対側の他方のスイッチ群のスイッチＳＢ１〜ＳＢ３又はスイッチＳＳのいずれかを選択的に接続して、図２（Ｄ）〜（Ｇ）のように複数のキャパシタＣＡ１〜ＣＡ３、ＣＢ１〜ＣＢ３の接続を切り換え制御するので、電圧を調整し充放電に伴う電圧の変動を押さえることができる。例えば図２（Ｄ）に示すようにキャパシタＣＡ１〜ＣＡ３、ＣＢ１〜ＣＢ３を全て直列に接続して充電を開始するが、充電側の端子電圧が所定値まで上昇すると、図２（Ｅ）に示す接続に切り換えることにより、キャパシタＣＡ３、ＣＢ３の電圧分低下させる。さらに充電により再び充電側の端子電圧が所定値まで上昇すると、図２（Ｆ）、（Ｇ）に示す接続に順次切り換えることにより、充電側の端子電圧を所定値より上昇しないように押さえることができる。これら直列接続から並列接続に切り換え制御する場合に、本発明では、並列接続するキャパシタのうち、電圧（充電レベル）の低い方のキャパシタを先に接続して、充電を行い充電レベルが高い方に等しくなるのを待って、残ったもう一方のキャパシタを並列に接続する。
【００１７】
また、図２（Ｇ）に示す接続状態から負荷に給電を行うため放電を開始する場合には、出力電圧が所定値まで低下すると、図２（Ｆ）に示す接続に切り換えることにより出力電圧の低下を補い、さらに出力電圧が所定値まで低下すると、図２（Ｅ）、（Ｄ）に示す接続に切り換えることにより、出力電圧を所定値より低下しないように押さえることができる。しかも、充放電の際の全電流を負担するのは、キャパシタＣＡ１〜ＣＡ３、ＣＢ１〜ＣＢ３を全て直列に接続するスイッチＳＳのみであり、その他のスイッチＳＡ１〜ＳＡ３、ＳＢ１〜ＳＢ３は、全電流の１／２の電流容量ですむ。さらに、いずれの段階でもキャパシタに直列に接続されるスイッチは１個だけとなるので、スイッチに半導体を用いたときに問題となるスイッチのオン電圧による損失も最小限にできる。
【００１８】
図３は多段接続切り換え制御キャパシタ電源装置のさらに他の実施の形態を示す図であり、ＣＭ、ＣＡ１〜ＣＡｎ、ＣＢ１〜ＣＢｎはキャパシタ、ＳＡ、ＳＢはスイッチ、ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳＡ１〜ＳＳＡ３、ＳＳＢ１〜ＳＳＢ３は制御整流素子、ＳＤ１、ＳＤ２、ＳＤＡ１〜ＳＤＡ３、ＳＤＢ１〜ＳＤＢ３は整流素子、Ａ１は制御回路、１は充電回路、２は出力制御回路、３は負荷を示す。
【００１９】
図３（Ａ）において、キャパシタＣＭは、負荷の定格電圧の範囲で充放電される出力用の主キャパシタバンクであり、キャパシタＣＡ１〜ＣＡｎ、ＣＢ１〜ＣＢｎは、負荷電圧の許容変動幅の範囲で電圧調整用に充放電される調整用キャパシタとして、キャパシタＣＭに直列に接続され、直並列接続の切り換えにより電圧の調整を行うものである。スイッチＳＡ、ＳＢは、キャパシタＣＭに直列に接続したキャパシタＣＡ１〜ＣＡｎ、ＣＢ１〜ＣＢｎを２組のキャパシタ群に分けて直並列接続の切り換えを行うものであり、直列接続から並列接続に切り換える場合に、電圧差があるとき、上記と同様の制御を行う。
【００２０】
制御回路Ａ１は、キャパシタＣＭにおける充放電状態（端子電圧）を検出し、その充放電状態に応じてスイッチＳＡ、ＳＢを制御してキャパシタＣＡ１〜ＣＡｎ、ＣＢ１〜ＣＢｎの直並列接続の切り換えを行う制御手段である。スイッチＳＡ、ＳＢは、この制御回路Ａ１によりキャパシタＣＡ１〜ＣＡｎ、ＣＢ１〜ＣＢｎが全て直列接続となる実線のポジションから一方のキャパシタ群ＡのキャパシタＣＡ１〜ＣＡｎの直列回路と他方のキャパシタ群ＢのキャパシタＣＢ１〜ＣＢｎの直列回路とが並列接続となる点線のポジションまで段階的に切り換え制御される。
【００２１】
充電回路１１は、電源よりキャパシタＣＭ、ＣＡ１〜ＣＡｎ、ＣＢ１〜ＣＢｎに定電流充電するものであり、キャパシタＣＭに直列に接続されたキャパシタＣＡ１〜ＣＡｎ、ＣＢ１〜ＣＢｎの直並列接続の切り換えが段階的に制御され、最終的に一方のキャパシタ群ＡのキャパシタＣＡ１〜ＣＡｎの直列回路と他方のキャパシタ群ＢのキャパシタＣＢ１〜ＣＢｎの直列回路とが並列に接続され定格電圧まで充電されて充電を終了する。出力制御回路１２は、例えば既に知られた電流ホンプのようにキャパシタＣＭ、ＣＡ１〜ＣＡｎ、ＣＢ１〜ＣＢｎから負荷１３に供給する電流を制御、調節したり、負荷１３から逆に電流源（充電回路）としてキャパシタＣＭ、ＣＡ１〜ＣＡｎ、ＣＢ１〜ＣＢｎを充電する、つまり負荷１３が発電機となる回生制動の場合の切り換えを行ったりするものである。したがって、出力制御回路１２としては、電子スイッチや、降圧チョッパ、昇圧チョッパ、その他のＤＣ／ＤＣコンバータが用いられるが、キャパシタＣＡ１〜ＣＡｎ、ＣＢ１〜ＣＢｎの接続切り換えの制御により、負荷１３から見て調整の必要のない範囲に電圧が安定化される場合には省くこともでき、特に必要不可欠な構成要素というものではない。勿論、キャパシタＣＡ１〜ＣＡｎ、ＣＢ１〜ＣＢｎの接続切り換えの制御により、電圧変動範囲が小さくなれば、これとコンバータを組み合わせることにより、コンバータを高効率に設計でき、電圧安定性の高い電源を実現することもできる。
【００２２】
また、切り換え回路を構成するスイッチＳＡ、ＳＢに図３（Ｂ）に示すようにサイリスタなどの半導体からなる単方向の制御整流素子ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳＡ１〜ＳＳＡ３、ＳＳＢ１〜ＳＳＢ３とダイオードからなる整流素子ＳＤ１、ＳＤ２、ＳＤＡ１〜ＳＤＡ３、ＳＤＢ１〜ＳＤＢ３との逆並列回路を用いることができる。このうち、少なくとも一方のキャパシタ群Ａの直列接続１端と他方のキャパシタ群Ｂの直列接続他端との間を接続する回路は、制御整流素子ＳＳＡ１と整流素子ＳＤＡ１、及び他方のキャパシタ群Ｂの直列接続１端と一方のキャパシタ群Ａの直列接続他端との間を接続する回路は、制御整流素子ＳＳＢ１と整流素子ＳＤＢ１により構成し、放電方向の整流素子ＳＤＡ１、ＳＤＢ１に逆方向（充電方向）の制御整流素子ＳＳＡ１、ＳＳＢ１を並列に接続する。これ以外の回路には、充電方向の制御整流素子ＳＳ２、ＳＳＡ３、ＳＳＢ３と逆方向の制御整流素子ＳＳ１、ＳＳＡ２、ＳＳＢ２とを直列に接続し、それぞれに逆方向の整流素子ＳＤ２、ＳＤＡ３、ＳＤＢ３、整流素子ＳＤ１、ＳＤＡ２、ＳＤＢ２を並列に接続する。勿論、これらの回路としては、サイリスタ（制御整流素子）を逆並列に接続した回路やトライアック（双方向制御整流素子）を接続した回路であってもよい。この場合には、電圧差があるとき、上記と同様の制御を行ってもよいが、単方向の制御整流素を選択的にオン／オフ制御することにより横流を阻止できるので、同時に並列接続に切り換える制御であってもよい。
【００２３】
上記のようにサイリスタやトライアック、ダイオードを組み合わせて切り換え回路を構成することにより、突入電流に強く、長時間でのオンロス、ゲートロスを少なくすることができる。しかも、接続の切り換え時に主極にキャパシタの電圧が逆バイアスとして加わるので、ターンオフの制御が特別に必要でなくなり、ゲート制御回路を簡素化することができる。例えば図３（Ｂ）の回路において、充電時には、制御整流素子ＳＳ２のみをオンにし他の全てをオフにした状態からスタートする。そして、充電が進むに従ってまず制御整流素子ＳＳＡ３、ＳＳＢ３をオンにすることにより、制御整流素子ＳＳ２が逆バイアスでオフになる。次に制御整流素子ＳＳＡ１、ＳＳＢ１をオンにすることにより、制御整流素子ＳＳＡ３、ＳＳＢ３が逆バイアスでオフになる。放電時には、制御整流素子を全てオフにした状態から整流素子ＳＤＡ１、ＳＤＢ１が導通して放電をスタートし、制御整流素子ＳＳＡ２、ＳＳＢ２をオンにし、次に制御整流素子ＳＳ１をオンにすることにより、キャパシタＣＡ１〜ＣＡｎ、ＣＢ１〜ＣＢｎを全て直列に接続するまで切り換え制御することができる。
【００２４】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、充電を行いながらキャパシタバンクを直列接続から並列接続に切り換える時、各キャパシタバンクの充電電圧を比較してその電圧差があれば電圧の低い方の切り換えスイッチをオンにし、電圧差がゼロ付近になるまで充電を続けるようにしたが、その際に、オンにしないで残っている切り換えスイッチに加わる電圧（図１の▲１▼ー▲２▼のＶs1p 、▲３▼ー▲４▼Ｖs2p ）を検出し、その電圧がゼロ付近になったときに切り換えスイッチをオンにするように制御してもよい。このようにすることにより、充電電圧の低い方のキャパシタバンクの切り換えスイッチをオンにした後は、キャパシタバンク間の充電電圧を比較することなく、オフのままに残っている切り換えスイッチに加わる電圧を監視して電圧がゼロ付近になったときにオンにしていくようにすればよい。このとき、オフ状態になったままの充電電圧の高い方のキャパシタバンクの切り換えスイッチに加わる電圧は、充電電圧の低い方のキャパシタバンクの充電に伴って小さくなり、そのままで充電を続ければゼロを通過して電圧の極性が反転する。したがって、この電圧がゼロ付近になった状態を検出してオンにすればよい。
【００２５】
また、切り換えスイッチは、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ、トランジスタのようなアナログ動作が可能な素子に限らず、サイリスタ、トライアック、ＧＴＯ、あるいは機械的リレーのようなオン／オフ制御だけが可能な素子が使用できることはいうまでもない。したがって、原理的には、スイッチに加わる電圧がゼロになる瞬間を検出してスイッチをオンにするのが本発明であるが、スイッチ素子がサイリスタなどのようにオン電流を必要とする場合、ゼロでない一定の微小電圧を残した状態を検出してスイッチ素子をオンさせるようにしてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、複数のキャパシタバンクの直並列接続を切り換え制御するように構成した直並列切り換え型キャパシタ蓄電装置において、一方のキャパシタバンクと他方のキャパシタバンクとの間に直列に接続され充放電電流をオン／オフする直列接続スイッチ、他方のキャパシタバンクと直列接続スイッチとの直列回路と並列に接続され一方のキャパシタバンクの充放電電流をオン／オフする第１の並列接続スイッチ、一方のキャパシタバンクと直列接続スイッチとの直列回路と並列に接続され他方のキャパシタバンクの充放電電流をオン／オフする第２の並列接続スイッチからなり複数のキャパシタバンクの直並列接続を切り換える複数のスイッチと、キャパシタバンクの電圧を検出する電圧検出手段と、電圧検出手段により検出した電圧を判定し複数のスイッチの制御を行う制御手段とを備え、制御手段は、直列接続スイッチをオフにしてキャパシタバンクを直列接続から並列接続に切り換えて充電を行うとき、並列接続に切り換える各キャパシタバンクの電圧を電圧検出手段により検出して比較し、所定値以上の電圧差がある場合に、電圧の低い方のキャパシタバンクの並列接続スイッチのみをオンにし、電圧差が所定値より小さくなったことを条件に他方の並列接続スイッチをオンにするので、簡単な構成で複数のキャパシタバンクを直列に接続した状態から並列に接続を切り換えるとき、それらのキャパシタバンク間に充電レベルの差があっても横流が流れるのを防ぐことができる。したがって、直並列切り換え型キャパシタ蓄電装置の損失の軽減を図り、安全な動作を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る直並列切り換え型キャパシタ蓄電装置の実施の形態を示す図である。
【図２】  多段接続切り換え制御キャパシタ電源装置による本発明の他の実施の形態を説明するための図である。
【図３】  多段接続切り換え制御キャパシタ電源装置のさらに他の実施の形態を示す図である。
【図４】  キャパシタ・バンクの直並列切り換え回路の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１…電圧検出回路、２…電圧比較判定回路、３…スイッチ制御回路、４…ＰＷＭインバータ、Ｃ１、Ｃ２…キャパシタバンク、Ｓｓ、Ｓ１ｐ、Ｓ２ｐ…切り換えスイッチ
【図１】
0004079403.tif 000002
【図２】
0004079403.tif 000003
【図３】
0004079403.tif 000004
【図４】
0004079403.tif 000005