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。