(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコンデンサを互いに直列に接続し、この直列接続体に定電流源を接続して上記コンデンサを充電するコンデンサ蓄電装置において、
上記コンデンサ毎に設けられその端子間電圧を検出しこの検出電圧が所定の第１の規定電圧に達すると検出信号を出力する第１の電圧検出手段、上記コンデンサ毎の端子間に接続された、調整コンデンサとスイッチ手段との直列接続体、および上記コンデンサ毎に設けられその端子間電圧を検出しこの検出電圧が所定の第２の規定電圧に達すると検出信号を出力する第２の電圧検出手段を備え、
充電動作時、上記第１の電圧検出手段から検出信号が出力されると当該第１の電圧検出手段が接続されたスイッチ手段を閉路することにより、上記互いに直列に接続された複数のコンデンサの最大充電電荷量の均一化を可能とするとともに、上記第２の電圧検出手段から検出信号が出力されると当該第２の電圧検出手段が接続されたコンデンサが容量劣化していると判定するようにしたことを特徴とするコンデンサ蓄電装置。
【請求項２】
上記第１および第２の規定電圧を同一値とし、上記第２の電圧検出手段の検出信号の出力応答を上記第１の電圧検出手段の検出信号の出力応答より遅くしたことを特徴とする請求項１記載のコンデンサ蓄電装置。
【請求項３】
上記コンデンサの端子間電圧を分圧器を介して検出するものとし、上記第１および第２の電圧検出手段は上記分圧器を共用するようにしたことを特徴とする請求項２記載のコンデンサ蓄電装置。
【請求項４】
上記第２の電圧検出手段からの検出信号により容量劣化と判定したコンデンサを他のコンデンサと識別可能に表示するコンデンサ劣化表示手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のコンデンサ蓄電装置。
【請求項５】
全ての上記第１の電圧検出手段から検出信号が出力されたとき上記定電流源と上記互いに直列に接続された複数のコンデンサとを切り離す充電回路開放手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のコンデンサ蓄電装置。
【請求項６】
上記第２の電圧検出手段からの検出信号により上記定電流源と上記互いに直列に接続された複数のコンデンサとを切り離す充電回路開放手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のコンデンサ蓄電装置。
【請求項７】
上記コンデンサの直列接続体の電圧を検出し、この検出電圧が所定の上限値を越えると上記定電流源と上記互いに直列に接続された複数のコンデンサとを切り離す充電回路開放手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のコンデンサ蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数のコンデンサを直列に接続して構成されるコンデンサ蓄電装置に係り、特にその充電方式、更にそのコンデンサの劣化検出方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近は、充放電特性に優れた大容量コンデンサとして電気二重層コンデンサが注目されている。しかるに、この電気二重層コンデンサは単器の電圧は低く、実用的な電圧定格のコンデンサ蓄電装置として使用するには複数個直列に接続して構成する必要がある。
図１４は、簡単に、２個のコンデンサを直列に接続してなるコンデンサ蓄電装置を示す回路構成図である。図において、スイッチＳ１を閉じると、定電流源からコンデンサＣ１とＣ２との直列接続体に一定の電流が流れて両コンデンサＣ１、Ｃ２が充電される。充電が終了すると、スイッチＳ１を開き、スイッチＳ２を閉じるとコンデンサＣ１、Ｃ２から負荷である放電抵抗に電流が放電される。
【０００３】
図１５はこの場合のコンデンサＣ１、Ｃ２の充放電特性を示す。時間ｔ１にて定電流でコンデンサＣ１およびＣ２が充電されると、各コンデンサＣ１およびＣ２の電圧は、パターンＰ１およびＰ２に従って上昇し、時間ｔ２にて電圧Ｅ１およびＥ２になる。時間ｔ２にて電圧Ｅ１とＥ２とが異なるのはコンデンサＣ１とＣ２との静電容量に差があるためである。時間ｔ２から放電すると時間ｔ３にて両コンデンサＣ１、Ｃ２の電圧は元の零に戻る。
【０００４】
直列に接続したコンデンサを定電流で充電していくと、相対的に静電容量が小さいコンデンサ、図１５の例では、コンデンサＣ１がその定格電圧Ｅ１に先に到達し、時間ｔ２で充電を終了させることになるが、この時の全体の充電電圧はＥ１＋Ｅ２となり、両コンデンサが共に定格電圧Ｅ１まで充電された場合の電圧２・Ｅ１よりＥ１−Ｅ２（＝２・Ｅ１−（Ｅ１＋Ｅ２））だけ低くなり蓄電装置としての利用率が低くなる。
もし、コンデンサＣ２の充電が同じ電圧Ｅ１まで同時に充電できれば、図１６に示すように、その利用率が高くなる。
【０００５】
図１７は、抵抗Ｒを分圧抵抗として使用することにより、静電容量偏差のあるコンデンサＣ１とＣ２とを同時に定格電圧まで充電することが可能な従来のコンデンサ蓄電装置を示す回路構成図である。図において、スイッチＳ１を閉じて定電流源から電流値Ｉでコンデンサ蓄電装置を充電すると、コンデンサＣ１、Ｃ２の電圧をＶ１、Ｖ２とした場合、分圧抵抗Ｒに流れる電流Ｉ１、Ｉ２には次の関係式が成り立つ。
Ｖ１−Ｖ２＝ΔＶ
Ｉ２＝Ｖ２／Ｒ
Ｉ１＝Ｖ１／Ｒ＝（Ｖ２＋ΔＶ）／Ｒ＝Ｖ２／Ｒ＋ΔＶ／Ｒ
＝Ｉ２＋ΔＶ／Ｒ
【０００６】
ここで、Ｖ１−Ｖ２＝ΔＶ＞０とすると、コンデンサＣ１に接続された分圧抵抗Ｒへの分流Ｉ１がコンデンサＣ２に接続された分圧抵抗Ｒへの分流Ｉ２よりΔＶ／Ｒ分増大する。定電流源からは一定の電流が供給されるので、結果として、コンデンサＣ１への充電電流がコンデンサＣ２のそれより減少し、分圧抵抗Ｒは両コンデンサＣ１、Ｃ２の電圧を均一化する働きをする訳である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のコンデンサ蓄電装置は以上のように構成されており、何ら対策を施さなければ、直列に接続されるコンデンサの静電容量の偏差のために蓄電装置としての利用率が低くなる。また、分圧抵抗を用いて各コンデンサの充電電圧を均一化する方式のものでは、その分圧抵抗に常時電流を分流するので、電力損失が大きくなるという問題点があった。
また、充放電を繰り返している内に、１個のコンデンサが劣化してその容量抜けが生じても、コンデンサは複数個直列に接続されているため、劣化したコンデンサを判別することが困難であった。
【０００８】
この発明は以上のような問題点を解消するためになされたもので、充電時の電力損失が小さく、装置を構成する各コンデンサを定格電圧まで有効に充電することができるとともに、劣化したコンデンサを確実に検出することができるコンデンサ蓄電装置を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るコンデンサ蓄電装置は、複数のコンデンサを互いに直列に接続し、この直列接続体に定電流源を接続して上記コンデンサを充電するコンデンサ蓄電装置において、
上記コンデンサ毎に設けられその端子間電圧を検出しこの検出電圧が所定の第１の規定電圧に達すると検出信号を出力する第１の電圧検出手段、上記コンデンサ毎の端子間に接続された、調整コンデンサとスイッチ手段との直列接続体、および上記コンデンサ毎に設けられその端子間電圧を検出しこの検出電圧が所定の第２の規定電圧に達すると検出信号を出力する第２の電圧検出手段を備え、
充電動作時、上記第１の電圧検出手段から検出信号が出力されると当該第１の電圧検出手段が接続されたスイッチ手段を閉路することにより、上記互いに直列に接続された複数のコンデンサの最大充電電荷量の均一化を可能とするとともに、上記第２の電圧検出手段から検出信号が出力されると当該第２の電圧検出手段が接続されたコンデンサが容量劣化していると判定するようにしたものである。
【００１０】
また、この発明に係るコンデンサ蓄電装置は、その第１および第２の規定電圧を同一値とし、第２の電圧検出手段の検出信号の出力応答を第１の電圧検出手段の検出信号の出力応答より遅くしたものである。
【００１１】
また、この発明に係るコンデンサ蓄電装置は、そのコンデンサの端子間電圧を分圧器を介して検出するものとし、第１および第２の電圧検出手段は上記分圧器を共用するようにしたものである。
【００１２】
また、この発明に係るコンデンサ蓄電装置は、その第２の電圧検出手段からの検出信号により容量劣化と判定したコンデンサを他のコンデンサと識別可能に表示するコンデンサ劣化表示手段を備えたものである。
【００１３】
また、この発明に係るコンデンサ蓄電装置は、その全ての第１の電圧検出手段から検出信号が出力されたとき定電流源と互いに直列に接続された複数のコンデンサとを切り離す充電回路開放手段を備えたものである。
【００１４】
また、この発明に係るコンデンサ蓄電装置は、その第２の電圧検出手段からの検出信号により定電流源と互いに直列に接続された複数のコンデンサとを切り離す充電回路開放手段を備えたものである。
【００１５】
また、この発明に係るコンデンサ蓄電装置は、そのコンデンサの直列接続体の電圧を検出し、この検出電圧が所定の上限値を越えると定電流源と互いに直列に接続された複数のコンデンサとを切り離す充電回路開放手段を備えたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるコンデンサ蓄電装置を示す回路構成図である。図において、１は定電流源で、ここでは充電電流を一定値に制限する手段を備えた電圧源も含む概念とする。２は負荷である放電抵抗、３、４はスイッチ（Ｓ１、Ｓ２）、５および６は互いに直列にして定電流源１に接続されたコンデンサ（公称容量はいずれもＣａ）、７および８はそれぞれコンデンサ５および６の端子間に接続された電圧検出器で、接続されたコンデンサの電圧が所定の規定電圧（定格電圧）を越えると後述するスイッチ手段にオン信号を、また、定格電圧以下になるとオフ信号を出力する。
【００１７】
９および１０は、それぞれスイッチ手段としての電子スイッチ１１および１２と直列になって各コンデンサ５および６の端子間に接続された調整コンデンサ（公称容量はいずれもＣｂ）で、電子スイッチ１１、１２は例えば、ＧＴＯやＩＧＢＴ等の自己消弧型スイッチング素子を使用することができる。１３および１４は、それぞれ電子スイッチ１１および１２に逆並列に接続されたダイオードである。
【００１８】
次に図２を参照して充放電の動作について説明する。図２（ａ）はコンデンサ５、６の電圧特性パターン、同図（ｂ）は調整コンデンサ９、１０の電圧特性パターンを示す。
時間ｔ１でスイッチ３（Ｓ１）を閉じて定電流源１からコンデンサ５、６の直列接続体に一定の充電電流が供給されると、両コンデンサ５、６の電圧Ｖ１、Ｖ２は図２（ａ）に示すように上昇し、ここでは実際の静電容量がコンデンサ６よりコンデンサ５の方が小さいため、時間ｔ２で電圧Ｖ１が先にコンデンサの定格電圧Ｅ１に到達する。
【００１９】
時間ｔ２からコンデンサ５の電圧Ｖ１が定格電圧Ｅ１を越えようとすると、電圧検出器７がこれを検出してオン信号を送出し電子スイッチ１１がオンする。これにより定電流源１からの充電電流が調整コンデンサ９に分流して調整コンデンサ９の電圧Ｖ１が上昇する（図２（ｂ））。ここで、コンデンサ５の電圧Ｖ１が定格電圧以下になると電圧検出器７はオフ信号を送出し電子スイッチ１１が再びオフする。以上を繰り返すことにより、コンデンサ５の電圧Ｖ１は定格電圧一定に保たれ、調整コンデンサ９の電圧Ｖ１は上昇を続ける。
【００２０】
時間ｔ３でコンデンサ６の電圧Ｖ２が同じく定格電圧Ｅ１に到達すると、スイッチ３（Ｓ１）は開放されて充電を終了する。調整コンデンサ９の電圧Ｖ１は電圧Ｅ５まで充電されている。
時間ｔ３でスイッチ４（Ｓ２）が閉じて放電抵抗２が接続されるとコンデンサ蓄電装置は放電を開始し、コンデンサ５、６の電圧Ｖ１、Ｖ２は降下する。コンデンサ５の電圧Ｖ１が調整コンデンサ９の電圧Ｖ１＝Ｅ５まで降下すると（時間ｔ４）、コンデンサ５と調整コンデンサ９との電圧が同一となり、ダイオード１３が導通して両コンデンサ５、９が並列になって放電する。従って、時間ｔ４後の電圧の降下パターンの傾きは、それまでのコンデンサ５の電圧降下パターンの傾きより緩やかになる。この状態で放電を続けると、時間ｔ８でコンデンサ５、６および調整コンデンサ９のすべての電荷が放電され電圧が零となる。これを図２の一点鎖線部が示している。
【００２１】
元に戻り、時間ｔ５でスイッチ４を開、スイッチ３を閉として充電を再開すると、コンデンサ５、６の電圧Ｖ１、Ｖ２は上昇して時間ｔ６でコンデンサ５の電圧Ｖ１は定格電圧Ｅ１に到達する。調整コンデンサ９は、時間ｔ５でダイオード１３が開放されるので、以後、その時の充電電圧Ｅ６を保っている。
時間ｔ６でコンデンサ５の電圧Ｖ１が定格電圧Ｅ１を越えようとすると、再び電圧検出器７がオン信号を送出し、以後、時間ｔ２後と同様、電子スイッチ１１がオン、オフを繰り返して調整コンデンサ９への分流がなされてコンデンサ５の電圧Ｖ１が定格電圧Ｅ１に保たれ、調整コンデンサ９の電圧Ｖ１は上昇する。時間ｔ７で両コンデンサ５、６の電圧Ｖ１、Ｖ２が共に定格電圧Ｅ１になり、充電動作は終了する。
【００２２】
即ち、この発明によれば、直列に接続されたコンデンサにおいて、相互に静電容量が異なっても、この差分以上の静電容量を有する補正用の調整コンデンサを並列に電子スイッチを介して接続することにより、各コンデンサの充電を定格電圧まで行い、コンデンサと調整コンデンサとでなる各コンデンサ群の最大充電電荷量の均一化が可能となる。また、放電時には、調整コンデンサの充電電荷まで有効に利用できる。従来のように、分圧抵抗を使用しないので、上記均一化のために電力損失が発生することがない。
【００２３】
次に、調整コンデンサとして必要となる静電容量について説明する。各コンデンサの公称容量をＣａ、この公称容量に対する容量バラツキを±ｐａ％とすると、調整コンデンサとしては、コンデンサの最大容量と最小容量との差に相当する容量、即ち、
Ｃａ・（＋ｐａ−（−ｐａ））／１００＝２・Ｃａ・ｐａ／１００…（１）
が必要となる。ところで、調整コンデンサも複数個存在する場合、その公称容量に対してバラツキが存在する。
【００２４】
従って、調整コンデンサの必要な公称容量をＣｂ、この公称容量に対する容量バラツキを±ｐｂ％とすると、調整コンデンサの最小容量、即ち、Ｃｂ・（１００−ｐｂ）／１００でも、上記（１）式の容量値以上である必要があるため、
Ｃｂ・（１００−ｐｂ）／１００≧２・Ｃａ・ｐａ／１００  …（２）
となり、結局、調整コンデンサの必要公称容量Ｃｂは（３）式で得られる。
Ｃｂ≧２・Ｃａ・ｐａ／（１００−ｐｂ）                  …（３）
【００２５】
なお、電気二重層コンデンサ等の通常の容量バラツキは１５％程度であるが、直列に接続される各段のコンデンサを、それぞれ複数のコンデンサ単体を並列接続したもので構成することにより、各段のコンデンサの容量バラツキとしては、確率的に上記数値より小さくなり、調整コンデンサの必要容量を低減することができる。
【００２６】
従来の分圧抵抗を用いる方式の場合、既述した電力損失の発生という問題に加え、その抵抗単器の発熱量をあまり大きくできない、即ち、抵抗の単器容量をあまり大きくできない。従って、１直列段当り、複数のコンデンサを並列に接続する場合でも、分圧抵抗は各コンデンサ個々に接続する必要があり、全体として構造が複雑となり、部品点数の増大から信頼性も低下せざるを得ない。
一方、調整コンデンサを用いた本願発明の場合は、抵抗発熱を伴うものではないので、調整コンデンサやスイッチ手段の単器容量の増大には特に制約はない。従って、前述の通り、１直列段当り複数のコンデンサを並列に接続する場合、その並列接続した合成容量のコンデンサに対して１組の調整コンデンサおよびスイッチ手段を設ける構成を採用することができ、全体としての構造が簡単になるとともにコストも低減するという利点がある。
【００２７】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２におけるコンデンサ蓄電装置を示す回路構成図である。なお、この図３では、定電流源１、放電抵抗２およびスイッチ３、４は図示を省略している。また、直列接続されるコンデンサ５等の１段分のみを図示している。
図において、１５および１６は電圧検出器およびこの電圧検出器１５からの出力により駆動されるリレーで、リレー１６の接点は調整コンデンサ９と直列にしてコンデンサ５の端子間に接続されている。
【００２８】
次に、充放電の動作を図４を参照して説明する。時間ｔ１で充電が開始されると、コンデンサ５、６の電圧はパターンＰ１、Ｐ２に従って上昇し、時間ｔ２でコンデンサ５の電圧が定格電圧Ｅ１に到達する。電圧検出器１５はこれを検出してリレー１６を駆動し、その接点を閉路して、充電電流を調整コンデンサ９に分流させる。この時、回路に電流を制限する抵抗器や減流器がないと、コンデンサ５に蓄積した電荷はコンデンサ５と調整コンデンサ９とに分配されて蓄電されるので、コンデンサ５の電圧は瞬時に電圧Ｅ３まで降下する。調整コンデンサ９の静電容量Ｃｂとコンデンサ５の静電容量Ｃａとは上述した関係に設定されているので、時間ｔ２におけるこの降下した電圧Ｅ３は、同時間におけるコンデンサ６の電圧Ｅ２より低い値となる。
【００２９】
電圧検出器１５は、一旦定格電圧Ｅ１を検出してリレー１６の接点を閉動作させると、この閉路直後の電圧Ｅ３よりも更に低い所定の下限電圧Ｅ４以下にならないとリレー１６の接点を開放する信号を出力しないよう、ヒステリシスを設けてハンチングしない動作特性を持たせている。
従って、時間ｔ２後は、コンデンサ５と調整コンデンサ９とが並列に接続され充電動作が進行する。そして、時間ｔ３でコンデンサ６の電圧が定格電圧Ｅ１に到達して充電を終了する。
【００３０】
ところで、図４の充放電特性において、もしも、時間ｔ２で調整コンデンサ９が投入されてコンデンサ５の電圧が降下したレベルＥ３が、同時間のコンデンサ６のレベルＥ２より高くなったとすると、これは、コンデンサが劣化してその容量が不足していることを意味している。従って、上述した電圧関係を判定することにより、長期にわたる使用による個々のコンデンサの容量抜けを検出することができる。
【００３１】
もっとも、個々のコンデンサのレベルＥ３とＥ２との関係を判定することは必要な回路構成が複雑になり必ずしも実用的でない。
図５は、比較的簡便な構成でコンデンサの容量抜けを検出することが可能な方式を説明するものである。
即ち、コンデンサ５と並列に調整コンデンサ９を接続したときの電圧Ｅ３が他の単独のコンデンサ６の電圧Ｅ２より高いということは、コンデンサ５と調整コンデンサ９との静電容量の和が単独のコンデンサ６の静電容量より小さくなっていることを意味しているので、充放電を繰り返している内に、定格電圧Ｅ１に達し調整コンデンサを接続しても、直列に接続されている他のコンデンサの電圧が定格電圧Ｅ１に達する前に、定格電圧Ｅ１よりわずか高く設定された上限電圧Ｅｍを越える（図５では時間ｔ４）ことになり、この現象を検出して容量抜け（容量劣化）と判定すればよい。従って、電圧検出器１５内にコンデンサの電圧が上限電圧Ｅｍを越えたことを検出する手段を追加するのみで、コンデンサの容量劣化を簡便確実に判定することができ、この出力により警報の表示等の処理をすればよい。
この方式によるコンデンサの容量劣化の検出は、他の実施の形態にそのまま応用できることは言うまでもない。
【００３２】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３におけるコンデンサ蓄電装置を示す回路構成図である。ここでは、電圧検出器１７は、コンデンサ５の電圧が定格電圧Ｅ１を越えるとサイリスタ素子１８（Ｔｈ）をオンさせる。これによって、コンデンサ５と並列に調整コンデンサ９が接続され、図４で示したと同様に、その電圧はＥ３まで低下する（時間ｔ２）。その後、緩やかに上昇し、時間ｔ３で、他のコンデンサ６が定格電圧Ｅ１に到達し、ここで、スイッチ３を開、スイッチ４を閉路して放電モードに入ると、調整コンデンサ９の電荷はコンデンサ５と共に放電するがこの時、ダイオード１３が導通し、これに従ってサイリスタ素子１８は自動的にオフする。再度充電動作に入ると、サイリスタ素子１８は、電圧検出器１７が定格電圧Ｅ１を検出してその出力によりオンするまではオフ状態を保ち調整コンデンサ９は接続されない。従って、リレー式の実施の形態２では必要であった電圧検出器の電圧Ｅ４のヒステリシス特性は不要となる。
【００３３】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４におけるコンデンサ蓄電装置を示す回路構成図である。ここでは電圧検出器１９は、コンデンサ５の電圧が定格電圧Ｅ１を越えると、トランジスタ２０のベースに駆動信号を出力し、トランジスタ２０をオンしてコンデンサ５と並列に調整コンデンサ９を接続する。その後は、トランジスタ２０のコレクタ・エミッタ間の直流をアナログ的に制御してコンデンサ５の電圧を定格電圧Ｅ１一定に保つ。即ち、オンオフのスイッチング動作を伴うことなく、アナログの連続制御により、図２で説明したと同様の特性が得られる。
【００３４】
実施の形態５．
図８はこの発明の実施の形態５におけるコンデンサ蓄電装置を示す回路構成図である。図において、２１は定電流源、２２は負荷、２３、２４はそれぞれ定電流源２１および負荷２２の入切を行うスイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２）、２５は互いに直列にして定電流源２１に接続されたコンデンサ（公称容量Ｃａ）で、ここでは、３個のコンデンサ２５が直列に接続された場合を例示している。２６はコンデンサ２５毎に設けられその端子間電圧を検出して動作する第１の電圧検出手段としての第１の電圧検出回路で、その詳細は後述する。２７は調整コンデンサ（公称容量Ｃｂ）、２８はサイリスタ素子、２９はダイオードである。
【００３５】
３０はコンデンサ２５毎に設けられその端子間電圧を検出して動作する第２の電圧検出手段としての第２の電圧検出回路で、その詳細は後述する。３１は第２の電圧検出回路３０の動作出力であるリレー、３２はリレー３１の接点で動作する動作表示灯である。
３３および３４は、コンデンサ２５の直列接続体の電圧を検出し、この検出電圧が所定の上限値を越えると定電流源２１とコンデンサ２５群とを切り離す充電回路開放手段としての過電圧検出器およびリレーである。
【００３６】
図９は図８の第１の電圧検出回路２６の詳細構成を示す回路図である。図において、ＩＣ１はシステムリセットＩＣで、抵抗Ｒ１とＲ２とからなる分圧器により分圧されたコンデンサ２５の電圧を入力し、この入力電圧が所定の第１の規定電圧（先の実施の形態で説明した定格電圧Ｅ１に相当する電圧）に達すると、その出力が“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルに変化する。この出力のレベル変化により、出力側のトランジスタＴＲがオフし、ＬＥＤ（発光ダイオード）がオンしてサイリスタ素子２８に点弧信号を送出する。サイリスタ素子２８がオンして調整コンデンサ２７がコンデンサ２５と並列に接続投入される動作は先の実施の形態３（図６）の場合と同様であるので説明は省略する。
【００３７】
ＩＣ１の検出動作電圧である第１の規定電圧は、抵抗Ｒ１、Ｒ２の比率を調整することにより行う。
ＩＣ１の出力側のＬＥＤは、その発光動作により当該直列段の調整コンデンサ２７が投入されたことを外部に知らせる表示手段となる。
また、このＬＥＤは、通常時（オフ時）、そのダイオードドロップ電圧がサイリスタ素子２８へのゲートノイズ等の侵入を防止してその該動作を防止する働きがある。
【００３８】
図１０は図８の第２の電圧検出回路３０の詳細構成を示す回路図である。図において、ＩＣ２はシステムリセットＩＣで、抵抗Ｒ１とＲ２とからなる分圧器により分圧されたコンデンサ２５の電圧を入力し、この入力電圧が所定の第２の規定電圧（ここでは、第１の規定電圧と同一の値に設定されている）に達すると、その出力が“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルに変化する。但し、このＩＣ２には、遅延用コンデンサＣｄを接続されており、入力電圧が上記第２の規定電圧に達し、その状態が所定の遅延時間（０．３〜１．０ｓｅｃ程度に設定）まで継続したとき、出力レベルが変化する構成となっている。
【００３９】
ＩＣ２の出力変化は、ホトカプラＨｃを介することにより、コンデンサ２５の回路と電気的に絶縁された形で伝送され、表示回路のサイリスタ素子３５をオンさせる。これにより、発光ダイオード３６が点灯して第２の電圧検出回路３０の動作を外部へ表示するとともに、サイリスタ素子３５の働きでその表示動作が保持される。リセットスイッチ３７を押してこの表示回路を開放することで、上記表示動作の保持を解除することができる。
【００４０】
なお、図８に示す第２の電圧検出回路３０では、その表示出力回路はリレー３１によって動作表示灯３２を点灯するものとなっているが、勿論、この方式の表示回路としてもよい。
【００４１】
次に、第２の電圧検出回路３０によりコンデンサ２５の容量劣化を検出する動作を図１１により説明する。なお、図１１は先の実施の形態２で説明した図５と実質的に同等の内容となるものである。図１１において、時間ｔ１で充電が開始されると、容量劣化を生じているコンデンサ２５はその端子間電圧が他のコンデンサより急勾配で上昇し（Ｐ１）、時間ｔ２で第１の規定電圧Ｅ１（＝第２の規定電圧）に達する。
【００４２】
これにより、第１の電圧検出回路２６は直ちに動作してその出力側のサイリスタ素子２８がオンし調整コンデンサ２７が投入されコンデンサ２５の電圧はＥ２まで急落する。第２の電圧検出回路３０は既述した遅延要素を有しているので、上記電圧の急落により出力動作を行うことなく充電動作が継続することになる。
【００４３】
当該コンデンサ２５の容量劣化のため、調整コンデンサ２７投入後もその端子間電圧は他のコンデンサの電圧より高く、時間ｔ３で第２の規定電圧（Ｅ１）に達する。調整コンデンサ２７は既に投入済であるので、当該コンデンサ２５の端子間電圧は上昇を続け、時間ｔ３から第２の電圧検出回路３０の遅延要素の時間Δｔが経過した時間ｔ４（＝ｔ３＋Δｔ）に至ると、第２の電圧検出回路３０は出力動作を行い、サイリスタ素子３５がオンして発光ダイオード３６が表示動作を行う（図１０参照）。従って、この時間ｔ４においては、コンデンサ２５の端子間電圧は、第２の規定電圧（Ｅ１）から、時間Δｔ経過による電圧上昇分ΔＥ加わったＥ１＋ΔＥ＝Ｅｍとなっている。
つまり、先に指摘した通り、図５で説明したと同等の容量劣化検出動作特性が得られる訳である。
【００４４】
なお、図８、図１０では、第２の電圧検出回路３０の検出動作により表示出力を行うものとしたが、この表示出力に加えて、例えば、図８のスイッチ２３（ＳＷ１）を開として充電回路を開放するようにしてもよい。また、充電回路の開放は、コンデンサ直列体全体の電圧が所定の上限値を越えると、これを過電圧検出器３３で検出してリレー３４を動作させその接点を開放する方式としてもよい。  更に、充電回路の開放は、すべての第１の電圧検出回路２６から検出信号が出力されたとき、即ち、すべての段の調整コンデンサ２７が投入されたときに、スイッチ２３（ＳＷ１）を開放する方式としてもよい。
また、上述した各方式を併用して充電回路を開放するようにしてもよい。
【００４５】
なお、図８〜図１０の説明では、第１の電圧検出回路２６および第２の電圧検出回路３０はそれぞれ互いに個別、独立の構成のものとしているが、両者の動作規定電圧を同一とする場合は、抵抗Ｒ１とＲ２とからなる分圧器を共用する構成とできる。これにより、調整部分の構造が簡単となり、かつ、両者の規定電圧が確実に同一となるので、両者の動作協調を第２の電圧検出回路３０の遅延要素の設定のみで行うことができるという利点がある。
勿論、両者を独立構成としておけば、規定電圧を互いに異なる値に設定することが可能である。
【００４６】
実施の形態６．
ここでは、各コンデンサに電気二重層コンデンサを使用した場合の、最適な構成例について説明する。
今、例えば、９個のコンデンサを３直列、３並列に接続してなるコンデンサ蓄電装置を想定した場合、以上で説明した調整コンデンサ、スイッチ手段、電圧検出回路等の接続方式として図１２（ａ）（ｂ）に示す方式が考えられる。但し、図１２では、図示の簡略化のため、これら調整コンデンサ等は１個のブロックで表示している。
図１２（ａ）は、調整コンデンサ等をコンデンサ１個毎に接続するもの、同図（ｂ）は、並列接続したコンデンサの直列段毎に接続するものである。
【００４７】
（ｂ）の方式は、（ａ）の方式に比較して、調整コンデンサ等の個数を減らすことができるだけでなく、先に、（１）〜（３）式により説明したコンデンサの容量偏差を管理、即ち、互いに並列に接続されるコンデンサ群間の合成容量の偏差がコンデンサ個々の容量偏差より小さくなるよう、各コンデンサの容量偏差を加味してその接続位置を配分することにより、調整コンデンサの必要容量を低減することができる。
【００４８】
そして、電気二重層コンデンサへの適用を検討した場合、上記（ｂ）の方式が、上述した利点とは別に、極めて好都合であることが判明した。
即ち、電気二重層コンデンサはその内部構造において、アルミ電極と活性炭シートからなる電極シートとの間の電気抵抗や、活性炭粒子間の接触抵抗等を小さい値に保つために、それらの接触面に圧力を加える必要がある。この場合、筒状形状のコンデンサはその巻回時に張力を加えて圧力を保持させることができるが、直方体形状の積層タイプのコンデンサでは外部からバネ等を介して加圧する必要がある。
【００４９】
図１３は、図１２（ｂ）の方式を採用した場合の電気二重層コンデンサの構成例を示す。即ち、図１２（ｂ）の１直列段分、例えば、コンデンサＣ１１、Ｃ２１、Ｃ３１およびこの段の調整コンデンサの計４個のコンデンサを、図１３に示すように、略コ字状のフレームに収容して１モジュールとし、このモジュール単位で図示矢印に示すように、外力を加えて各コンデンサに共通の圧力を供給する。各コンデンサ内の接続も並列接続であるので、一対のブスバーを並列に配置すればよく極めて構造が簡単で製作も容易となる。
コンデンサの容量劣化をモジュール単位で検出しているので、実際に容量劣化が検出された場合は、このモジュール単位で取替、修復等の保守を行えばよい。  また、調整コンデンサの容量をこれに接続されるコンデンサＣ１１等の容量より大きく設定しておけば、長年の使用による経年劣化により並列接続されるコンデンサのいずれかが故障して容量が減少しても、調整コンデンサを接続してその余裕分の容量を活用することでコンデンサ蓄電装置として正常に運転を継続することができる。調整コンデンサの容量を上回る容量の劣化が生じたときは、第２の電圧検出回路による劣化検出機能が作用することになる。
【００５０】
図１２（ａ）の方式の場合は、直列接続されたコンデンサ、例えば、コンデンサＣ１１、Ｃ１２、Ｃ１３を１モジュールとして構成することになるので、各コンデンサ間の接続構成が複雑になるとともに、１個のコンデンサの容量劣化が検出された場合にも、他の正常なコンデンサを含むモジュール単位で保守を行わざるを得ず、コンデンサ単体毎に複雑で詳細な劣化検出を行う意味が減殺される。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係るコンデンサ蓄電装置は、複数のコンデンサを互いに直列に接続し、この直列接続体に定電流源を接続して上記コンデンサを充電するコンデンサ蓄電装置において、
上記コンデンサ毎に設けられその端子間電圧を検出しこの検出電圧が所定の第１の規定電圧に達すると検出信号を出力する第１の電圧検出手段、上記コンデンサ毎の端子間に接続された、調整コンデンサとスイッチ手段との直列接続体、および上記コンデンサ毎に設けられその端子間電圧を検出しこの検出電圧が所定の第２の規定電圧に達すると検出信号を出力する第２の電圧検出手段を備え、
充電動作時、上記第１の電圧検出手段から検出信号が出力されると当該第１の電圧検出手段が接続されたスイッチ手段を閉路することにより、上記互いに直列に接続された複数のコンデンサの最大充電電荷量の均一化を可能とするとともに、上記第２の電圧検出手段から検出信号が出力されると当該第２の電圧検出手段が接続されたコンデンサが容量劣化していると判定するようにしたので、第１の電圧検出手段に基づく調整コンデンサの投入により、電力損失を発生する分圧抵抗を使用することなく、各段のコンデンサを規定電圧一定に充電することができ、低損失で設備利用率の高いコンデンサ蓄電装置を提供することができるとともに、第２の電圧検出手段により、各コンデンサの容量劣化を検出することができる。
【００５２】
また、この発明に係るコンデンサ蓄電装置は、その第１および第２の規定電圧を同一値とし、第２の電圧検出手段の検出信号の出力応答を第１の電圧検出手段の検出信号の出力応答より遅くしたので、第１、第２の電圧検出手段の出力応答に差を設けるだけの簡単な設定により、誤動作のない確実な容量劣化検出動作特性が得られる。
【００５３】
また、この発明に係るコンデンサ蓄電装置は、そのコンデンサの端子間電圧を分圧器を介して検出するものとし、第１および第２の電圧検出手段は上記分圧器を共用するようにしたので、電圧検出手段の構成が簡単となる。
【００５４】
また、この発明に係るコンデンサ蓄電装置は、その第２の電圧検出手段からの検出信号により容量劣化と判定したコンデンサを他のコンデンサと識別可能に表示するコンデンサ劣化表示手段を備えたので、複数のコンデンサの中から容量劣化が発生したコンデンサを確実に判別することができる。
【００５５】
また、この発明に係るコンデンサ蓄電装置は、その全ての第１の電圧検出手段から検出信号が出力されたとき定電流源と互いに直列に接続された複数のコンデンサとを切り離す充電回路開放手段を備えたので、全ての調整コンデンサが投入された以降に生じ得る過電圧印加が防止され、コンデンサ蓄電装置としての安全信頼性が高まる。
【００５６】
また、この発明に係るコンデンサ蓄電装置は、その第２の電圧検出手段からの検出信号により定電流源と互いに直列に接続された複数のコンデンサとを切り離す充電回路開放手段を備えたので、容量劣化が生じたコンデンサへの過電圧印加が防止され、コンデンサ蓄電装置としての安全信頼性が高まる。
【００５７】
また、この発明に係るコンデンサ蓄電装置は、そのコンデンサの直列接続体の電圧を検出し、この検出電圧が所定の上限値を越えると定電流源と互いに直列に接続された複数のコンデンサとを切り離す充電回路開放手段を備えたので、個々のコンデンサの状態と関係なく、コンデンサ蓄電装置全体としての過電圧印加が防止され、その安全信頼性が確保される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１におけるコンデンサ蓄電装置を示す回路構成図である。
【図２】  図１の充放電動作を説明する図である。
【図３】  この発明の実施の形態２におけるコンデンサ蓄電装置を示す回路構成図である。
【図４】  図３の充放電動作を説明する図である。
【図５】  コンデンサの容量劣化を検出する動作を説明する図である。
【図６】  この発明の実施の形態３におけるコンデンサ蓄電装置を示す回路構成図である。
【図７】  この発明の実施の形態４におけるコンデンサ蓄電装置を示す回路構成図である。
【図８】  この発明の実施の形態５におけるコンデンサ蓄電装置を示す回路構成図である。
【図９】  図８の第１の電圧検出回路２６の詳細を示す回路構成図である。
【図１０】  図８の第２の電圧検出回路３０の詳細を示す回路構成図である。
【図１１】  実施の形態５におけるコンデンサの容量劣化を検出する動作を説明する図である。
【図１２】  この発明の実施の形態６を説明するための回路構成図である。
【図１３】  この発明の実施の形態６におけるコンデンサ蓄電装置の１モジュールの構造を示す図である。
【図１４】  従来のコンデンサ蓄電装置を示す回路構成図である。
【図１５】  図１４の充放電動作を説明する図である。
【図１６】  同一電圧まで充電可能な場合を仮定した特性図である。
【図１７】  従来のコンデンサ蓄電装置の他の一例を示す回路構成図である。
【符号の説明】
１，２１  定電流源、５，６，２５  コンデンサ、
７，８，１５，１７，１９  電圧検出器、９，１０，２７  調整コンデンサ、
１１，１２  電子スイッチ、１３，１４，２９  ダイオード、
１６，３１，３４  リレー、１８，２８  サイリスタ素子、２０  トランジスタ、
２６  第１の電圧検出回路、３０  第２の電圧検出回路、３２  動作表示灯、
３３  過電圧検出器、３６  発光ダイオード、Ｒ１，Ｒ２  分圧抵抗。
【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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