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発明の名称 電気2重層コンデンサ電圧バランス制御回路
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−153388
公開日 平成6年(1994)5月31日
出願番号 特願平4−315817
出願日 平成4年(1992)10月30日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】本庄 富雄 (外1名)
発明者 土 屋 善 信 / 坂 井 勝
要約 目的
電気2重層コンデンサセルを複数個積層した場合に、各セルの耐電圧に応じてバランスよく充電するための、電気2重層コンデンサ電圧バランス制御回路を提供すること。

構成
電気2重層コンデンサの積層されたコンデンサユニット3−1〜3−Nを、バッテリの積層されたバッテリユニットであって該コンデンサユニットの耐電圧以下の耐電圧を有するバッテリユニット1−1〜1−Nと、ダイオードと抵抗との直列接続体を該ダイオードの順方向がコンデンサユニットからバッテリユニットへ向かう方向に用いて、順次並列に接続する。各コンデンサユニットは、並列接続されたバッテリユニットと等しい電圧に充電されるので、耐電圧に応じてバランスがとれた状態に充電される。また、前記抵抗には、充電時において必ずしも電流が流れることはないし、放電時にも放電電流が流れることもないので、充放電時の充電効率が良好となるし、発熱損失も極めて少なくななる。
特許請求の範囲
【請求項1】 コンデンサユニットが積層されて構成された電気2重層コンデンサのコンデンサユニット同士の接続点と、前記コンデンサユニットの耐電圧以下の耐電圧を有するバッテリユニットが積層されて構成されたバッテリのバッテリユニット同士の接続点との間を、ダイオードと抵抗との直列接続体を該ダイオードの順方向がコンデンサユニットからバッテリユニットへ向かう方向になるよう用いて接続することにより構成したことを特徴とする電気2重層コンデンサ電圧バランス制御回路。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電気2重層コンデンサセルを複数個積層した場合に、各セルの耐電圧に応じてバランスよく充電するための、電気2重層コンデンサ電圧バランス制御回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電気2重層コンデンサは、小型のわりに非常に大きな容量を有しているので、充電した状態のものは電源として利用することが出来る。ところが、電気2重層コンデンサセルの耐電圧は、使用している電解液の電気分解電圧により決まる比較的低い電圧(約1V)である。そのため、それより高い電圧を要求する負荷の電源として使用しようとする場合には、複数個のセルを積層して用いることが行われている。
【0003】しかしながら、セルによって内部抵抗の大きさとか容量の大きさにバラツキがあるため、それらを積層したコンデンサを充電する際、各セルで充電電圧がアンバランスとなる。そこで、各セルの能力を充分に発揮させるためには、充電電圧のバランスをとることが必要となってくる。
【0004】図4に、従来の電気2重層コンデンサ電圧バランス制御回路を示す。図4において、1はバッテリ、2は充電スイッチ、3─1〜3─Nはコンデンサユニット、4─1〜4─Nは抵抗である。コンデンサユニット3─1〜3─Nは、それぞれ単独のセルであってもよいし、幾つかのセルから成るものであってもよい。抵抗4─1〜4─Nは、コンデンサユニット3─1〜3─Nに対応させて、並列接続した抵抗である。抵抗4─1〜4─Nの分圧比は、コンデンサユニット3─1〜3─Nの耐電圧比となるように設定する。
【0005】充電スイッチ2をオンすると、バッテリ1よりコンデンサユニット3─1〜3─Nおよび抵抗4─1〜4─Nに電流が流れ、コンデンサユニット3─1〜3─Nは、抵抗4─1〜4─Nの分圧比に充電される。充電された後充電スイッチ2はオフされ、必要となった時に他の負荷に放電される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記した従来の技術には、次のような問題点があった。第1の問題点は、充電スイッチ2をオフした後、コンデンサユニットに並列に接続された抵抗を通じて、徐々に放電してしまう(例、コンデンサユニット3─1の電荷は、抵抗4─1を通じて放電する)という点である。第2の問題点は、充電,放電の際に、抵抗4─1〜4─Nにも電流が流れるので、充放電効率が悪いうえ、発熱損失が生じるという点である。本発明は、以上のような問題点を解決することを課題とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため、本発明の電気2重層コンデンサ電圧バランス制御回路では、コンデンサユニットが積層されて構成された電気2重層コンデンサのコンデンサユニット同士の接続点と、前記コンデンサユニットの耐電圧以下の耐電圧を有するバッテリユニットが積層されて構成されたバッテリのバッテリユニット同士の接続点との間を、ダイオードと抵抗との直列接続体を該ダイオードの順方向がコンデンサユニットからバッテリユニットへ向かう方向になるよう用いて接続することにより構成することとした。
【0008】
【作 用】前記のような構成にすると、電気2重層コンデンサの積層されたコンデンサユニットは、同じく積層されたバッテリユニットであって該コンデンサユニットの耐電圧以下の耐電圧を有するバッテリユニットと、ダイオードと抵抗との直列接続体を該ダイオードの順方向がコンデンサユニットからバッテリユニットへ向かう方向に用いて、順次並列に接続されるので、各コンデンサユニットは、並列接続されたバッテリユニットと等しい電圧に充電される。そのため、耐電圧に応じてバランスがとれた状態に充電することが可能となる。
【0009】また、前記抵抗には、充電時において必ずしも電流が流れることはないし、放電時にも放電電流が流れることもない。従って、充放電時の充電効率が良好となるし、発熱損失も極めて少ない。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の電気2重層コンデンサ電圧バランス制御回路である。符号は図4のものに対応し、1─1〜1─Nはバッテリユニット、5─1〜5─Nは抵抗、6─1〜6─Nはダイオードである。
【0011】本発明では、コンデンサユニットを、その耐電圧以下の耐電圧を有するバッテリユニットと、ダイオードと抵抗との直列接続体を用いて並列に接続する。例えば、コンデンサユニット3─Nは、その耐電圧以下の耐電圧を有するバッテリユニット1─Nと、ダイオード6─Nと抵抗5─Nとの直列接続体を用いて並列に接続する。この時、ダイオード6─Nの向きは、コンデンサユニットからバッテリユニットへ順方向となる向きとする。他のコンデンサユニットについても、同様に接続する。
【0012】このような構成において充電スイッチ2をオンすると、矢印の如く充電電流が流れ、コンデンサユニット3─1〜3─Nは徐々に充電される。そして、もしコンデンサユニットの充電電圧が、並列接続されているバッテリユニットの電圧よりも大になると、ダイオードと抵抗との直列接続体を通じて放電し、コンデンサユニットの電圧と等しい値となる。例えば、コンデンサユニット3─2の充電電圧は、バッテリユニット1─2の電圧と等しくなる。
【0013】充電速度が遅いコンデンサユニットでも充分に充電されたと思われる時間だけ充電を継続した後に、スイッチ2をオフすれば、コンデンサユニット3─1〜3─Nは、バランスよく充電される。なお、充電する際、抵抗5─1〜5─Nに電流が流れるのは、コンデンサユニットの充電電圧が、対応するバッテリユニットの電圧よりも大となった時だけである。コンデンサユニットの充電がバッテリユニットの電圧より大となることは、コンデンサユニット3─1〜3─Nの全てについて起こるわけでもないし、充電時間の全てにおいて流れているわけでもない。また、コンデンサユニット3─1〜3─Nを他の負荷に放電する時は、放電するにつれて対応するバッテリユニットの電圧より低下して行くから、ダイオードと抵抗との直列接続体には電流は流れない。従って、充放電効率を、従来ほどに悪くすることはない。
【0014】なお、バッテリユニット1─1〜1─Nの最高電位端子と、コンデンサユニット3─1〜3─Nの積層上端端子とを結ぶ直列接続体(ダイオード6─1と抵抗5─1)であって、充電スイッチ2と並列に接続されているものは、省略してもよい。充電スイッチ2のオンによって、上方の端子の電位は等電位にされるからである。
【0015】図2は、本発明の第1の応用例を示す図である。符号は図1のものに対応し、7はオルタネータ、8はスタータ、9,10はダイオード、11は負荷である。この例では、コンデンサユニット3─1,3─2は、スタータ8起動用の電源として用いられている。コンデンサユニット3─2は、その耐電圧以下の耐電圧を有するバッテリユニット1─2に、ダイオード6─2と抵抗5─2との直列接続体を介して並列に接続されている。また、コンデンサユニット3─2と直列に接続されているコンデンサユニット3─1は、バッテリユニット1─2と直列に接続されている(積層されている)ところの、コンデンサユニット3─1の耐電圧以下の耐電圧を有するバッテリユニット1─1と、ダイオード6─1と抵抗5─1との直列接続体を介して並列に接続されている。負荷11は、バッテリユニット1─1,1─2に並列に接続されている。
【0016】車両が走行していてオルタネータ7が発電している間は、オルタネータ7からダイオード9を通じて負荷11に給電されると共に、バッテリユニット1─1,1─2に充電される。また、ダイオード10を通じて、コンデンサユニット3─1,3─2に充電される。もし、コンデンサユニット3─2の充電電圧が、バッテリユニット1─2の電圧より大になると、ダイオード6─2と抵抗5─2の直列接続体を通じて放電する。コンデンサユニット3─1についても同様である。それにより、コンデンサユニット3─1,3─2の電圧は、バッテリユニットの電圧に充電され、バランスが取られる。充電された後、図示しないスタータスイッチをオンすると、コンデンサユニット3─1,3─2よりスタータ8へ放電電流が流れ、スタータ8は起動する。
【0017】図3は、本発明の第2の応用例を示す図である。符号は図2のものに対応し、12は定電圧回路である。第1の応用例と同じく、積層されたコンデンサユニット3─1,3─2は、スタータ8を起動するための電源として用いられている。そして、コンデンサユニット3─2は、その耐電圧以下の耐電圧を有するバッテリユニット1─2と、ダイオード6と抵抗5との直列接続体を介して並列に接続されている。負荷11は、バッテリユニット1─1,1─2に並列に接続されている。コンデンサユニット3─1,3─2への充電は、オルタネータ7から直接ではなく、定電圧回路12を介して行われる。
【0018】充電が進み、コンデンサユニット3─2の電圧がバッテリユニット1─2の電圧より大となると、ダイオード6と抵抗5との直列接続体を通じて放電し、バッテリユニット1─2の電圧と等しくされる。従って、最終的には、コンデンサユニット3─1は、定電圧回路12の出力電圧よりコンデンサユニット3─2の電圧を差し引いた電圧に充電される。その結果、コンデンサユニット3─1,3─2の充電電圧は、バランスが取られたものとなる。
【0019】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の電気2重層コンデンサ電圧バランス制御回路によれば、電気2重層コンデンサの積層されたコンデンサユニットは、同じく積層されたバッテリユニットであって該コンデンサユニットの耐電圧以下の耐電圧を有するバッテリユニットと、ダイオードと抵抗との直列接続体を該ダイオードの順方向がコンデンサユニットからバッテリユニットへ向かう方向に用いて、順次並列に接続される。そのため、各コンデンサユニットは、並列接続したバッテリユニットと略等しい電圧に充電され、耐電圧に応じてバランスがとれた状態に充電される。
【0020】また、前記抵抗には、充電時において必ずしも電流が流れることはないし、放電時にも放電電流が流れることもないので、充放電時の充電効率が良好となるし、発熱損失も極めて少ない。




 

 


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