JP2003111286A - 並列モニタつきバンク切り換えキャパシタ蓄電装置 - Google Patents
並列モニタつきバンク切り換えキャパシタ蓄電装置Info
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- H02J7/0016—Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits
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- Stand-By Power Supply Arrangements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 並列モニタを有するキャパシタの初期化によ
る電力損失の低減を図り、バンク切り換え機能を有する
蓄電装置のエネルギー効率の向上を図る。 【解決手段】 複数のキャパシタＣと複数の各キャパシ
タに並列に接続されそれぞれを初期化の設定電圧に制限
する初期化機能を有する並列モニタと複数のキャパシタ
の接続を直並列に切り換えるスイッチ手段と複数のキャ
パシタの電圧に応じて並列モニタによる初期化及びスイ
ッチ手段によるバンク切り換えを制御する制御手段３と
を備えた並列モニタつきバンク切り換えキャパシタ蓄電
装置において、制御手段３は、スイッチ手段によるバン
ク切り換えを行う電圧の近傍で並列モニタによる初期化
を行うようにすることにより、初期化が低い電圧で行わ
れ、電力損失を少なくし、バンク切り換えによる効率の
低下を改善する。
る電力損失の低減を図り、バンク切り換え機能を有する
蓄電装置のエネルギー効率の向上を図る。 【解決手段】 複数のキャパシタＣと複数の各キャパシ
タに並列に接続されそれぞれを初期化の設定電圧に制限
する初期化機能を有する並列モニタと複数のキャパシタ
の接続を直並列に切り換えるスイッチ手段と複数のキャ
パシタの電圧に応じて並列モニタによる初期化及びスイ
ッチ手段によるバンク切り換えを制御する制御手段３と
を備えた並列モニタつきバンク切り換えキャパシタ蓄電
装置において、制御手段３は、スイッチ手段によるバン
ク切り換えを行う電圧の近傍で並列モニタによる初期化
を行うようにすることにより、初期化が低い電圧で行わ
れ、電力損失を少なくし、バンク切り換えによる効率の
低下を改善する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数のキャパシタ
と前記複数の各キャパシタに並列に接続されそれぞれを
初期化の設定電圧に制限する初期化機能を有する並列モ
ニタと前記複数のキャパシタの接続を直並列に切り換え
るスイッチ手段と前記複数のキャパシタの電圧に応じて
前記並列モニタによる初期化及び前記スイッチ手段によ
るバンク切り換えを制御する制御手段とを備えた並列モ
ニタつきバンク切り換えキャパシタ蓄電装置に関する。
と前記複数の各キャパシタに並列に接続されそれぞれを
初期化の設定電圧に制限する初期化機能を有する並列モ
ニタと前記複数のキャパシタの接続を直並列に切り換え
るスイッチ手段と前記複数のキャパシタの電圧に応じて
前記並列モニタによる初期化及び前記スイッチ手段によ
るバンク切り換えを制御する制御手段とを備えた並列モ
ニタつきバンク切り換えキャパシタ蓄電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】キャパシタと電子回路を組み合わせた蓄
電装置、いわゆるＥＣＳにおいて、初期化機能を有する
並列モニタを備え、さらにキャパシタのバンク切り換え
機能を備えた蓄電装置は、国家プロジェクトで実証調査
（新エネルギー・産業技術総合開発機構：負荷平準化新
手法実証調査最終報告書、２０００年３月）が行われ、
その高性能が高く評価され既に実用に供されている。
電装置、いわゆるＥＣＳにおいて、初期化機能を有する
並列モニタを備え、さらにキャパシタのバンク切り換え
機能を備えた蓄電装置は、国家プロジェクトで実証調査
（新エネルギー・産業技術総合開発機構：負荷平準化新
手法実証調査最終報告書、２０００年３月）が行われ、
その高性能が高く評価され既に実用に供されている。
【０００３】初期化機能を有する並列モニタを備えた蓄
電装置については、例えば特開２０００−１５２５０８
号公報、特開２０００−２１７２５０号公報、特開２０
０１−１８６６８１号公報等に、また、キャパシタのバ
ンク切り換え機能を備えた蓄電装置についても、例えば
特開２０００−１５２４９５号公報、特開２０００−２
０９７７５号公報、特開２０００−２５３５７２号公報
等にそれぞれ本出願人等が提案をしている。
電装置については、例えば特開２０００−１５２５０８
号公報、特開２０００−２１７２５０号公報、特開２０
０１−１８６６８１号公報等に、また、キャパシタのバ
ンク切り換え機能を備えた蓄電装置についても、例えば
特開２０００−１５２４９５号公報、特開２０００−２
０９７７５号公報、特開２０００−２５３５７２号公報
等にそれぞれ本出願人等が提案をしている。
【０００４】次に、初期化機能を有する並列モニタを備
えた蓄電装置の構成例を示す。図５は並列モニタとして
初期化用と満充電検出用に別々のコンパレータを有する
キャパシタ蓄電部の１構成例を示す図であり、１１は充
電器、１２、１３はコンパレータ、１４、１５はオアゲ
ート、Ｃはキャパシタ、Ｄはダイオード、Ｒｓは抵抗、
Ｔｒはトランジスタ、Ｓ１は初期化スイッチ、Ｖful 、
Ｖini は設定電圧を示す。
えた蓄電装置の構成例を示す。図５は並列モニタとして
初期化用と満充電検出用に別々のコンパレータを有する
キャパシタ蓄電部の１構成例を示す図であり、１１は充
電器、１２、１３はコンパレータ、１４、１５はオアゲ
ート、Ｃはキャパシタ、Ｄはダイオード、Ｒｓは抵抗、
Ｔｒはトランジスタ、Ｓ１は初期化スイッチ、Ｖful 、
Ｖini は設定電圧を示す。
【０００５】図５において、キャパシタＣは、電気エネ
ルギー貯蔵用としての、例えば電気二重層コンデンサで
ある。初期化用のコンパレータ１２は、第１の設定電圧
Ｖini で充電電流をバイパスするようにキャパシタＣに
並列接続したトランジスタＴｒを動作させ、満充電検出
用のコンパレータ１３は、第１の設定電圧Ｖini より高
い満充電到達を判定する第２の設定電圧Ｖful を検出す
る電圧検出手段として用いる。トランジスタＴｒと抵抗
Ｒｓは、キャパシタＣの初期化を行う際に、キャパシタ
Ｃの端子電圧が設定電圧Ｖini 以上になると充電電流の
バイパス回路を構成し、そのバイパス電流を制限する、
つまり充電電流の一部をバイパスし、その電流を抵抗Ｒ
ｓにより設定する。初期化スイッチＳ１は、キャパシタ
Ｃの初期化動作のオン／オフを行い、初期化モードが選
択されたとき初期化実行信号Ｓによりオンにする。
ルギー貯蔵用としての、例えば電気二重層コンデンサで
ある。初期化用のコンパレータ１２は、第１の設定電圧
Ｖini で充電電流をバイパスするようにキャパシタＣに
並列接続したトランジスタＴｒを動作させ、満充電検出
用のコンパレータ１３は、第１の設定電圧Ｖini より高
い満充電到達を判定する第２の設定電圧Ｖful を検出す
る電圧検出手段として用いる。トランジスタＴｒと抵抗
Ｒｓは、キャパシタＣの初期化を行う際に、キャパシタ
Ｃの端子電圧が設定電圧Ｖini 以上になると充電電流の
バイパス回路を構成し、そのバイパス電流を制限する、
つまり充電電流の一部をバイパスし、その電流を抵抗Ｒ
ｓにより設定する。初期化スイッチＳ１は、キャパシタ
Ｃの初期化動作のオン／オフを行い、初期化モードが選
択されたとき初期化実行信号Ｓによりオンにする。
【０００６】充電器１１は、直列接続された複数のキャ
パシタＣに対する充電を行うものであり、いずれかのキ
ャパシタＣから満充電電圧が検出されたことを条件に充
電を停止する。例えば満充電検出用のコンパレータ１３
の出力Ｆをオア論理処理して取り出すことにより、複数
のキャパシタのうちのいずれかが満充電に達したことを
判定して充電を終了する。また、充電器１１は、初期化
充電を行う場合、初期化実行信号Ｓにより初期化スイッ
チＳ１をオンにして充電を開始し、各キャパシタの初期
化用のコンパレータ１２の出力Ｉをオア論理処理して取
り出すことにより、複数のキャパシタのうちのいずれか
で充電電流のバイパス動作が開始したことを判定する。
オアゲート１４は、コンパレータ１２のバイパス動作信
号Ｉをオア論理処理するものであり、オアゲート１５
は、コンパレータ１３の満充電検出信号Ｆのオア論理処
理を行って充電器１１に定電流充電の停止信号とするも
のである。
パシタＣに対する充電を行うものであり、いずれかのキ
ャパシタＣから満充電電圧が検出されたことを条件に充
電を停止する。例えば満充電検出用のコンパレータ１３
の出力Ｆをオア論理処理して取り出すことにより、複数
のキャパシタのうちのいずれかが満充電に達したことを
判定して充電を終了する。また、充電器１１は、初期化
充電を行う場合、初期化実行信号Ｓにより初期化スイッ
チＳ１をオンにして充電を開始し、各キャパシタの初期
化用のコンパレータ１２の出力Ｉをオア論理処理して取
り出すことにより、複数のキャパシタのうちのいずれか
で充電電流のバイパス動作が開始したことを判定する。
オアゲート１４は、コンパレータ１２のバイパス動作信
号Ｉをオア論理処理するものであり、オアゲート１５
は、コンパレータ１３の満充電検出信号Ｆのオア論理処
理を行って充電器１１に定電流充電の停止信号とするも
のである。
【０００７】したがって、設定電圧Ｖful がキャパシタ
の満充電電圧に、設定電圧Ｖini が設定電圧Ｖful より
低い初期化電圧にそれぞれ設定される。そして、初期化
スイッチＳ１がオンのときの充電では、早く設定電圧Ｖ
ini まで充電されたキャパシタより順次トランジスタＴ
ｒと抵抗Ｒｓからなるバイパス回路により充電電流の一
部がバイパスされて充電速度を落とし、いずれかのキャ
パシタが満充電になると、充電器１１により定電流によ
る充電を停止し、必要に応じて緩和充電を行う。
の満充電電圧に、設定電圧Ｖini が設定電圧Ｖful より
低い初期化電圧にそれぞれ設定される。そして、初期化
スイッチＳ１がオンのときの充電では、早く設定電圧Ｖ
ini まで充電されたキャパシタより順次トランジスタＴ
ｒと抵抗Ｒｓからなるバイパス回路により充電電流の一
部がバイパスされて充電速度を落とし、いずれかのキャ
パシタが満充電になると、充電器１１により定電流によ
る充電を停止し、必要に応じて緩和充電を行う。
【０００８】次に、キャパシタのバンク切り換え機能を
備えた蓄電装置の構成例を示す。図６はバンク切り換え
制御キャパシタ蓄電装置の１構成例を示す図であり、Ｃ
Ａ１〜ＣＡ３、ＣＢ１〜ＣＢ３はキャパシタ、ＳＳ、Ｓ
Ａ１〜ＳＡ３、ＳＢ１〜ＳＢ３はスイッチを示す。
備えた蓄電装置の構成例を示す。図６はバンク切り換え
制御キャパシタ蓄電装置の１構成例を示す図であり、Ｃ
Ａ１〜ＣＡ３、ＣＢ１〜ＣＢ３はキャパシタ、ＳＳ、Ｓ
Ａ１〜ＳＡ３、ＳＢ１〜ＳＢ３はスイッチを示す。
【０００９】図６において、キャパシタＣＡ１〜ＣＡ３
とＣＢ１〜ＣＢ３は、それぞれ同数ずつ直列接続した２
組のキャパシタ群Ａ、Ｂを構成する。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
ってもよいし、並列モニタが必要に応じて適宜接続され
る。スイッチＳＳは、２組のキャパシタ群Ａ、Ｂを直列
接続する直列接続スイッチ手段であり、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
直列接続点を他方のキャパシタ群Ｂの直列接続他端
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手段群、スイッチＳＢ１〜Ｓ
Ｂ３は、他方のキャパシタ群ＢとスイッチＳＳとの直列
接続点を一方のキャパシタ群Ａの直列接続他端及び
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
イッチ手段群である。
とＣＢ１〜ＣＢ３は、それぞれ同数ずつ直列接続した２
組のキャパシタ群Ａ、Ｂを構成する。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
ってもよいし、並列モニタが必要に応じて適宜接続され
る。スイッチＳＳは、２組のキャパシタ群Ａ、Ｂを直列
接続する直列接続スイッチ手段であり、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
直列接続点を他方のキャパシタ群Ｂの直列接続他端
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手段群、スイッチＳＢ１〜Ｓ
Ｂ３は、他方のキャパシタ群ＢとスイッチＳＳとの直列
接続点を一方のキャパシタ群Ａの直列接続他端及び
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
イッチ手段群である。
【００１０】そして、図６（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６（Ｄ）に示すよ
うにキャパシタＣＡ１〜ＣＡ３、ＣＢ１〜ＣＢ３を直列
接続とし、図６（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手段群のスイッチＳＡ３及びこれ
に対応する他方のスイッチ手段群のスイッチＳＢ３をオ
ンにすることにより、図６（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とを並列接
続とする。
ＳＳのみをオンにすることにより、図６（Ｄ）に示すよ
うにキャパシタＣＡ１〜ＣＡ３、ＣＢ１〜ＣＢ３を直列
接続とし、図６（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手段群のスイッチＳＡ３及びこれ
に対応する他方のスイッチ手段群のスイッチＳＢ３をオ
ンにすることにより、図６（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とを並列接
続とする。
【００１１】同様に、図６（Ｃ）に示すように一方のス
イッチ手段群のスイッチＳＡ２及びこれに対応する他方
のスイッチ手段群のスイッチ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６（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Ｃ
Ａ３、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接
続とする。
イッチ手段群のスイッチＳＡ２及びこれに対応する他方
のスイッチ手段群のスイッチ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６（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Ｃ
Ａ３、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接
続とする。
【００１２】さらに、一方のスイッチ手段群のスイッチ
ＳＡ１及びこれに対応する他方のスイッチ手段群のスイ
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６（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
を並列接続とする。
ＳＡ１及びこれに対応する他方のスイッチ手段群のスイ
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６（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
を並列接続とする。
【００１３】上記のように一方のスイッチ手段群のいず
れか１つのスイッチＳＡ１〜ＳＡ３及びこれと反対側の
他方のスイッチ手段群のスイッチＳＢ１〜ＳＢ３又はス
イッチＳＳのいずれかを選択的に接続して、図６（Ｄ）
〜（Ｇ）のように複数のキャパシタＣＡ１〜ＣＡ３、Ｃ
Ｂ１〜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６（Ｄ）に示すようにキャパシタＣＡ１〜ＣＡ
３、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６
（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６
（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。
れか１つのスイッチＳＡ１〜ＳＡ３及びこれと反対側の
他方のスイッチ手段群のスイッチＳＢ１〜ＳＢ３又はス
イッチＳＳのいずれかを選択的に接続して、図６（Ｄ）
〜（Ｇ）のように複数のキャパシタＣＡ１〜ＣＡ３、Ｃ
Ｂ１〜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６（Ｄ）に示すようにキャパシタＣＡ１〜ＣＡ
３、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６
（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６
（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。
【００１４】また、図６（Ｇ）に示す接続から放電を開
始し負荷に給電を行う場合には、出力電圧が所定値まで
低下すると、図６（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６（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。
始し負荷に給電を行う場合には、出力電圧が所定値まで
低下すると、図６（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６（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。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これまでに用
いられている方式では、上記のようなキャパシタの初期
化機能を有する並列モニタと、キャパシタの直並列を切
り換える機能とを、単純に組み合わせただけのものであ
る。そのため、双方の機能が矛盾した動作を行う場合が
生じ、キャパシタ蓄電装置のエネルギー効率が低下する
場合が起こりうる事実が確認された。
いられている方式では、上記のようなキャパシタの初期
化機能を有する並列モニタと、キャパシタの直並列を切
り換える機能とを、単純に組み合わせただけのものであ
る。そのため、双方の機能が矛盾した動作を行う場合が
生じ、キャパシタ蓄電装置のエネルギー効率が低下する
場合が起こりうる事実が確認された。
【００１６】確認された効率の低下は、１〜２％程度の
僅かな値であるが、バンク切り換えを用いたキャパシタ
装置のシステム全体としての充放電効率は、実績値で９
４％と高いため、１〜２％でもさらに高効率を目指すこ
とは、キャパシタ蓄電装置の用途の拡大に大きく貢献す
る。
僅かな値であるが、バンク切り換えを用いたキャパシタ
装置のシステム全体としての充放電効率は、実績値で９
４％と高いため、１〜２％でもさらに高効率を目指すこ
とは、キャパシタ蓄電装置の用途の拡大に大きく貢献す
る。
【００１７】
【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、並列モニタを有するキャパシタの
初期化による電力損失の低減を図り、バンク切り換え機
能を有する蓄電装置のエネルギー効率の向上を図るもの
である。
決するものであって、並列モニタを有するキャパシタの
初期化による電力損失の低減を図り、バンク切り換え機
能を有する蓄電装置のエネルギー効率の向上を図るもの
である。
【００１８】そのために本発明は、複数のキャパシタと
前記複数の各キャパシタに並列に接続されそれぞれを初
期化の設定電圧に制限する初期化機能を有する並列モニ
タと前記複数のキャパシタの接続を直並列に切り換える
スイッチ手段と前記複数のキャパシタの電圧に応じて前
記並列モニタによる初期化及び前記スイッチ手段による
バンク切り換えを制御する制御手段とを備えた並列モニ
タつきバンク切り換えキャパシタ蓄電装置において、前
記制御手段は、前記スイッチ手段によるバンク切り換え
を行う電圧の近傍で前記並列モニタによる初期化を行う
ようにしたことを特徴とするものである。
前記複数の各キャパシタに並列に接続されそれぞれを初
期化の設定電圧に制限する初期化機能を有する並列モニ
タと前記複数のキャパシタの接続を直並列に切り換える
スイッチ手段と前記複数のキャパシタの電圧に応じて前
記並列モニタによる初期化及び前記スイッチ手段による
バンク切り換えを制御する制御手段とを備えた並列モニ
タつきバンク切り換えキャパシタ蓄電装置において、前
記制御手段は、前記スイッチ手段によるバンク切り換え
を行う電圧の近傍で前記並列モニタによる初期化を行う
ようにしたことを特徴とするものである。
【００１９】前記制御手段は、前記スイッチ手段による
バンク切り換えを行う直前の電圧で前記並列モニタによ
る初期化を行い、前記スイッチ手段によるバンク切り換
えを行うキャパシタに対してのみ、あるいは前記複数の
キャパシタがすべて直列接続された状態で前記並列モニ
タによる初期化を行うようにしたことを特徴とし、前記
制御手段は、前記スイッチ手段によるバンク切り換えを
行った直後の電圧で前記並列モニタによる初期化を行
い、前記スイッチ手段によるバンク切り換えを行ってい
ないキャパシタに対してのみ前記並列モニタによる初期
化を行うようにしたことを特徴とするものである。
バンク切り換えを行う直前の電圧で前記並列モニタによ
る初期化を行い、前記スイッチ手段によるバンク切り換
えを行うキャパシタに対してのみ、あるいは前記複数の
キャパシタがすべて直列接続された状態で前記並列モニ
タによる初期化を行うようにしたことを特徴とし、前記
制御手段は、前記スイッチ手段によるバンク切り換えを
行った直後の電圧で前記並列モニタによる初期化を行
い、前記スイッチ手段によるバンク切り換えを行ってい
ないキャパシタに対してのみ前記並列モニタによる初期
化を行うようにしたことを特徴とするものである。
【００２０】
【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は本発明に係る並列モニタ
つきバンク切り換えキャパシタ蓄電装置の実施の形態を
示す図であり、１は蓄電部、２は充電回路、３は充放電
制御部、４は初期化の設定電圧、５は切換・満充電の設
定電圧、Ｃはキャパシタを示す。
を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る並列モニタ
つきバンク切り換えキャパシタ蓄電装置の実施の形態を
示す図であり、１は蓄電部、２は充電回路、３は充放電
制御部、４は初期化の設定電圧、５は切換・満充電の設
定電圧、Ｃはキャパシタを示す。
【００２１】図１において、蓄電部１は、図５及び図６
に示すような並列モニタつきの複数のキャパシタＣ、そ
れらの接続の直並列切り換えを行うスイッチを含み、初
期化機能を有する並列モニタ及びキャパシタＣのバンク
切り換え機能を備えたものである。充電回路２は、充電
電流を制御して定電流充電、緩和充電などの充電モード
で蓄電部１のキャパシタＣを充電する回路である。充放
電制御部３は、蓄電部１の電圧監視、初期化制御、バン
ク切り換え制御を行い、充電回路３の制御を行うもので
ある。
に示すような並列モニタつきの複数のキャパシタＣ、そ
れらの接続の直並列切り換えを行うスイッチを含み、初
期化機能を有する並列モニタ及びキャパシタＣのバンク
切り換え機能を備えたものである。充電回路２は、充電
電流を制御して定電流充電、緩和充電などの充電モード
で蓄電部１のキャパシタＣを充電する回路である。充放
電制御部３は、蓄電部１の電圧監視、初期化制御、バン
ク切り換え制御を行い、充電回路３の制御を行うもので
ある。
【００２２】充放電制御部３による蓄電部１の電圧監視
では、各キャパシタＣの電圧あるいは代表キャパシタＣ
の電圧の検出、充電状態の監視を行う。例えば図５に示
す回路では、初期化のバイパス動作信号Ｉ、満充電のバ
イパス動作信号Ｆの監視を行う。充放電制御部３による
蓄電部１の初期化制御では、初期化を行う場合に初期化
回路を動作状態にする。例えば図５に示す回路では、初
期化実行信号ＳによりスイッチＳ１をオンにする。充放
電制御部３による蓄電部１のバンク切り換え制御では、
蓄電部１の電圧監視を行って切り換え電圧を判定して、
切り換えスイッチを制御しキャパシタのバンク切り換え
を行う。例えば図６に示す回路では、スイッチＳＳ、Ｓ
Ａ１〜ＳＡ３、ＳＢ１〜ＳＢ３のオン／オフを制御す
る。そして、充放電制御部３による充電回路３の制御で
は、蓄電部１の充電状態の監視を行って満充電を判定し
て、充電の停止あるいは緩和充電へ移行させる。例えば
図５に示す回路では、満充電のバイパス動作信号Ｆを検
出して満充電を判定する。
では、各キャパシタＣの電圧あるいは代表キャパシタＣ
の電圧の検出、充電状態の監視を行う。例えば図５に示
す回路では、初期化のバイパス動作信号Ｉ、満充電のバ
イパス動作信号Ｆの監視を行う。充放電制御部３による
蓄電部１の初期化制御では、初期化を行う場合に初期化
回路を動作状態にする。例えば図５に示す回路では、初
期化実行信号ＳによりスイッチＳ１をオンにする。充放
電制御部３による蓄電部１のバンク切り換え制御では、
蓄電部１の電圧監視を行って切り換え電圧を判定して、
切り換えスイッチを制御しキャパシタのバンク切り換え
を行う。例えば図６に示す回路では、スイッチＳＳ、Ｓ
Ａ１〜ＳＡ３、ＳＢ１〜ＳＢ３のオン／オフを制御す
る。そして、充放電制御部３による充電回路３の制御で
は、蓄電部１の充電状態の監視を行って満充電を判定し
て、充電の停止あるいは緩和充電へ移行させる。例えば
図５に示す回路では、満充電のバイパス動作信号Ｆを検
出して満充電を判定する。
【００２３】初期化の設定電圧４は、蓄電部１の各キャ
パシタの初期化の設定電圧Ｖini を保持する例えばメモ
リである。初期化の設定電圧Ｖini は、後述する初期化
の実行モードに応じて、例えば各キャパシタがすべて直
列接続状態で初期化を実行する場合、一部並列接続にバ
ンク切り換えを行った後の状態で初期化を実行する場合
に応じて、各キャパシタ毎に初期化の設定電圧Ｖini が
設定される。切換・満充電の設定電圧５は、蓄電部１の
キャパシタのバンク切り換えを行う電圧及び充電を停止
したり緩和充電に移行させる満充電の設定電圧Ｖful を
保持する例えばメモリである。バンク切り換えを行う電
圧は、蓄電部１の全電圧であり、あるときには基準とな
るあるキャパシタの端子電圧である。例えば図６に示す
回路では、蓄電部１の全電圧が所定の電圧に達する毎に
（Ｄ）から（Ｅ）の接続へ、（Ｅ）から（Ｆ）の接続
へ、（Ｆ）から（Ｇ）の接続へバンク切り換えを行い、
そして、満充電で充電を停止する。このときの判定をキ
ャパシタＣＡ１の端子電圧により代表判定して行っても
よい。
パシタの初期化の設定電圧Ｖini を保持する例えばメモ
リである。初期化の設定電圧Ｖini は、後述する初期化
の実行モードに応じて、例えば各キャパシタがすべて直
列接続状態で初期化を実行する場合、一部並列接続にバ
ンク切り換えを行った後の状態で初期化を実行する場合
に応じて、各キャパシタ毎に初期化の設定電圧Ｖini が
設定される。切換・満充電の設定電圧５は、蓄電部１の
キャパシタのバンク切り換えを行う電圧及び充電を停止
したり緩和充電に移行させる満充電の設定電圧Ｖful を
保持する例えばメモリである。バンク切り換えを行う電
圧は、蓄電部１の全電圧であり、あるときには基準とな
るあるキャパシタの端子電圧である。例えば図６に示す
回路では、蓄電部１の全電圧が所定の電圧に達する毎に
（Ｄ）から（Ｅ）の接続へ、（Ｅ）から（Ｆ）の接続
へ、（Ｆ）から（Ｇ）の接続へバンク切り換えを行い、
そして、満充電で充電を停止する。このときの判定をキ
ャパシタＣＡ１の端子電圧により代表判定して行っても
よい。
【００２４】図２は初期化実行を含む充電モード時の処
理の概要を説明するための図、図３はシフト型２段バン
ク切り換えの例を示す図、図４はキャパシタのバンク切
り換えに伴う蓄電部１の全電圧、バンク電圧の変化及び
初期化の設定電圧Ｖini の設定例を示す図である。
理の概要を説明するための図、図３はシフト型２段バン
ク切り換えの例を示す図、図４はキャパシタのバンク切
り換えに伴う蓄電部１の全電圧、バンク電圧の変化及び
初期化の設定電圧Ｖini の設定例を示す図である。
【００２５】初期化実行を含む充電モード時の処理は、
図２に示すようにまず、電圧が初期化実行範囲の電圧に
達したか否かを判定し（ステップＳ１１）、初期化実行
範囲の電圧に達すると、初期化対象のキャパシタに対す
る初期化実行信号Ｓを一定時間オンにする（ステップＳ
１２）。さらに、電圧がバンク切り換えの電圧に達した
か否かを判定し（ステップＳ１３）、バンク切り換えの
電圧に達すると（ステップＳ１４）、バンク切り換えの
対象となるキャパシタに対応する切り換えスイッチを選
択切り換えする（ステップＳ１５）。
図２に示すようにまず、電圧が初期化実行範囲の電圧に
達したか否かを判定し（ステップＳ１１）、初期化実行
範囲の電圧に達すると、初期化対象のキャパシタに対す
る初期化実行信号Ｓを一定時間オンにする（ステップＳ
１２）。さらに、電圧がバンク切り換えの電圧に達した
か否かを判定し（ステップＳ１３）、バンク切り換えの
電圧に達すると（ステップＳ１４）、バンク切り換えの
対象となるキャパシタに対応する切り換えスイッチを選
択切り換えする（ステップＳ１５）。
【００２６】バンク切り換えにはその方式と段数によっ
て幾つもの種類があるが、４つのキャパシタからなるシ
フト型２段切り換えの例を示したのが図３、そのバンク
切り換えに伴う蓄電部１の全電圧、バンク電圧の変化及
び初期化の設定電圧Ｖini の設定例を示したのが図４で
あり、図４のＡ点で図３（ｄ）から（ｃ）にバンク切り
換えが行われ、図４のＢ点で図３（ｃ）から（ｂ）にバ
ンク切り換えが行われる。図４のＡ点では、キャパシタ
Ｃ２とＣ３がそれまでの直列から並列になるので、その
時点で、この２つのキャパシタＣ２とＣ３の充電電圧に
差があれば、高い方は放電し低い方が充電され、比較的
大電流が流れて短時間に強制的に同じ電圧になる。
て幾つもの種類があるが、４つのキャパシタからなるシ
フト型２段切り換えの例を示したのが図３、そのバンク
切り換えに伴う蓄電部１の全電圧、バンク電圧の変化及
び初期化の設定電圧Ｖini の設定例を示したのが図４で
あり、図４のＡ点で図３（ｄ）から（ｃ）にバンク切り
換えが行われ、図４のＢ点で図３（ｃ）から（ｂ）にバ
ンク切り換えが行われる。図４のＡ点では、キャパシタ
Ｃ２とＣ３がそれまでの直列から並列になるので、その
時点で、この２つのキャパシタＣ２とＣ３の充電電圧に
差があれば、高い方は放電し低い方が充電され、比較的
大電流が流れて短時間に強制的に同じ電圧になる。
【００２７】キャパシタ・バンクが１つのキャパシタで
構成されているのであれば、これは並列モニタの初期化
と方法は違うが本質的に同じことをしている。この回路
において、並列モニタの初期化の設定電圧Ｖini をバン
ク切り換えに影響されない満充電の設定電圧Ｖful に近
い図４のＣ点を選んだとすると、キャパシタは、条件の
異なる初期化、均等化を１充電サイクルの間に２回経験
することになる。実際の動作では、初期化は比較的緩慢
に時間をかけて行われ、バンク切り換えは瞬時に近い時
間で完了するので、後者の電圧配分が優先されるが、並
列モニタによる初期化が完璧に行われればそれだけ、電
力の消費が増え、蓄電装置としての充放電効率が低下す
る結果を招く。
構成されているのであれば、これは並列モニタの初期化
と方法は違うが本質的に同じことをしている。この回路
において、並列モニタの初期化の設定電圧Ｖini をバン
ク切り換えに影響されない満充電の設定電圧Ｖful に近
い図４のＣ点を選んだとすると、キャパシタは、条件の
異なる初期化、均等化を１充電サイクルの間に２回経験
することになる。実際の動作では、初期化は比較的緩慢
に時間をかけて行われ、バンク切り換えは瞬時に近い時
間で完了するので、後者の電圧配分が優先されるが、並
列モニタによる初期化が完璧に行われればそれだけ、電
力の消費が増え、蓄電装置としての充放電効率が低下す
る結果を招く。
【００２８】本発明は、基本的にバンク切り換えに入る
前に並列モニタによる初期化を完了するように並列モニ
タの電圧Ｖini を設定するものであり、この場合、例え
ば図３（ｄ）から（ｃ）にバンク切り換えが行われる直
前で、全てのキャパシタＣ１〜Ｃ４について初期化を行
ってもよいし、バンク切り換えの対象となるキャパシタ
Ｃ２、Ｃ３についてのみ初期化を行い（図４のＡ点）、
図３（ｃ）から（ｂ）にバンク切り換えが行われる直前
で、その対象となるキャパシタＣ１、Ｃ４についてのみ
初期化を行うようにしてもよい（図４のＢ点）。
前に並列モニタによる初期化を完了するように並列モニ
タの電圧Ｖini を設定するものであり、この場合、例え
ば図３（ｄ）から（ｃ）にバンク切り換えが行われる直
前で、全てのキャパシタＣ１〜Ｃ４について初期化を行
ってもよいし、バンク切り換えの対象となるキャパシタ
Ｃ２、Ｃ３についてのみ初期化を行い（図４のＡ点）、
図３（ｃ）から（ｂ）にバンク切り換えが行われる直前
で、その対象となるキャパシタＣ１、Ｃ４についてのみ
初期化を行うようにしてもよい（図４のＢ点）。
【００２９】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、バンク切り換えが行われる直前で初
期化を行うようにしたが、バンク切り換えが行われた直
後に初期化を行うようにしてもよい。初期化とバンク切
り換えの２回の初期化、均等化によるエネルギーの損失
は、図６のＣ点のようにバンク切り換えが切り換えられ
るＡ、Ｂ点から遠く離れるほど大きい、したがって、初
期化を図６のＣ点近傍で行わず、バンク切り換えが行わ
れるＡ、Ｂ点の近傍に持ってくるだけで、その損失は大
幅に改善することができる。また、初期化の設定電圧Ｖ
ini 、満充電の設定電圧Ｖful は、初期化の設定電圧
４、切換・満充電の設定電圧５で保持して充放電制御部
３より蓄電部１の各キャパシタの並列モニタの設定を行
うようにしてもよいし、並列モニタのそれぞれで固定し
たものを用いるようにしてもよい。
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、バンク切り換えが行われる直前で初
期化を行うようにしたが、バンク切り換えが行われた直
後に初期化を行うようにしてもよい。初期化とバンク切
り換えの２回の初期化、均等化によるエネルギーの損失
は、図６のＣ点のようにバンク切り換えが切り換えられ
るＡ、Ｂ点から遠く離れるほど大きい、したがって、初
期化を図６のＣ点近傍で行わず、バンク切り換えが行わ
れるＡ、Ｂ点の近傍に持ってくるだけで、その損失は大
幅に改善することができる。また、初期化の設定電圧Ｖ
ini 、満充電の設定電圧Ｖful は、初期化の設定電圧
４、切換・満充電の設定電圧５で保持して充放電制御部
３より蓄電部１の各キャパシタの並列モニタの設定を行
うようにしてもよいし、並列モニタのそれぞれで固定し
たものを用いるようにしてもよい。
【００３０】
【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、複数のキャパシタと複数の各キャパシタに並
列に接続されそれぞれを初期化の設定電圧に制限する初
期化機能を有する並列モニタと複数のキャパシタの接続
を直並列に切り換えるスイッチ手段と複数のキャパシタ
の電圧に応じて並列モニタによる初期化及びスイッチ手
段によるバンク切り換えを制御する制御手段とを備えた
並列モニタつきバンク切り換えキャパシタ蓄電装置にお
いて、制御手段は、スイッチ手段によるバンク切り換え
を行う電圧の近傍で並列モニタによる初期化を行うよう
にしたので、初期化が低い電圧で行われ、電力損失を少
なくし、バンク切り換えによる効率の低下を改善するこ
とができる。
によれば、複数のキャパシタと複数の各キャパシタに並
列に接続されそれぞれを初期化の設定電圧に制限する初
期化機能を有する並列モニタと複数のキャパシタの接続
を直並列に切り換えるスイッチ手段と複数のキャパシタ
の電圧に応じて並列モニタによる初期化及びスイッチ手
段によるバンク切り換えを制御する制御手段とを備えた
並列モニタつきバンク切り換えキャパシタ蓄電装置にお
いて、制御手段は、スイッチ手段によるバンク切り換え
を行う電圧の近傍で並列モニタによる初期化を行うよう
にしたので、初期化が低い電圧で行われ、電力損失を少
なくし、バンク切り換えによる効率の低下を改善するこ
とができる。
【００３１】制御手段は、スイッチ手段によるバンク切
り換えを行う直前の電圧で並列モニタによる初期化を行
い、スイッチ手段によるバンク切り換えを行うキャパシ
タに対してのみ、あるいは複数のキャパシタがすべて直
列接続された状態で並列モニタによる初期化を行うよう
にし、また、制御手段は、スイッチ手段によるバンク切
り換えを行った直後の電圧で並列モニタによる初期化を
行い、スイッチ手段によるバンク切り換えを行っていな
いキャパシタに対してのみ並列モニタによる初期化を行
うようにしたので、初期化による電力損失を最小限に抑
え、並列モニタを有するキャパシタの初期化による電力
損失の低減を図り、バンク切り換え機能を有する蓄電装
置のエネルギー効率の向上を図ることができる。
り換えを行う直前の電圧で並列モニタによる初期化を行
い、スイッチ手段によるバンク切り換えを行うキャパシ
タに対してのみ、あるいは複数のキャパシタがすべて直
列接続された状態で並列モニタによる初期化を行うよう
にし、また、制御手段は、スイッチ手段によるバンク切
り換えを行った直後の電圧で並列モニタによる初期化を
行い、スイッチ手段によるバンク切り換えを行っていな
いキャパシタに対してのみ並列モニタによる初期化を行
うようにしたので、初期化による電力損失を最小限に抑
え、並列モニタを有するキャパシタの初期化による電力
損失の低減を図り、バンク切り換え機能を有する蓄電装
置のエネルギー効率の向上を図ることができる。
【図１】 本発明に係る並列モニタつきバンク切り換え
キャパシタ蓄電装置の実施の形態を示す図である。
キャパシタ蓄電装置の実施の形態を示す図である。
【図２】 初期化実行を含む充電モード時の処理の概要
を説明するための図である。
を説明するための図である。
【図３】 シフト型２段バンク切り換えの例を示す図で
ある。
ある。
【図４】 キャパシタのバンク切り換えに伴う蓄電部１
の全電圧、バンク電圧の変化及び初期化の設定電圧Ｖin
i の設定例を示す図である。
の全電圧、バンク電圧の変化及び初期化の設定電圧Ｖin
i の設定例を示す図である。
【図５】 並列モニタとして初期化用と満充電検出用に
別々のコンパレータを有するキャパシタ蓄電部の１構成
例を示す図である。
別々のコンパレータを有するキャパシタ蓄電部の１構成
例を示す図である。
【図６】 バンク切り換え制御キャパシタ蓄電装置の１
構成例を示す図である。
構成例を示す図である。
１…蓄電部、２…充電回路、３…充放電制御部、４…初
期化の設定電圧、５…切換・満充電の設定電圧、Ｃ…キ
ャパシタ
期化の設定電圧、５…切換・満充電の設定電圧、Ｃ…キ
ャパシタ
フロントページの続き
(72)発明者 岡村 廸夫
神奈川県横浜市南区南太田２丁目19番６号
(72)発明者 山岸 政章
神奈川県横浜市金沢区福浦１丁目１番１号
株式会社パワーシステム内
Ｆターム(参考） 5G003 BA05 DA07 FA08
5G065 DA04 JA05 NA01
Claims (6)
- 【請求項１】 複数のキャパシタと前記複数の各キャパ
シタに並列に接続されそれぞれを初期化の設定電圧に制
限する初期化機能を有する並列モニタと前記複数のキャ
パシタの接続を直並列に切り換えるスイッチ手段と前記
複数のキャパシタの電圧に応じて前記並列モニタによる
初期化及び前記スイッチ手段によるバンク切り換えを制
御する制御手段とを備えた並列モニタつきバンク切り換
えキャパシタ蓄電装置において、前記制御手段は、前記
スイッチ手段によるバンク切り換えを行う電圧の近傍で
前記並列モニタによる初期化を行うようにしたことを特
徴とする並列モニタつきバンク切り換えキャパシタ蓄電
装置。 - 【請求項２】 前記制御手段は、前記スイッチ手段によ
るバンク切り換えを行う直前の電圧で前記並列モニタに
よる初期化を行うようにしたことを特徴とする請求項１
記載の並列モニタつきバンク切り換えキャパシタ蓄電装
置。 - 【請求項３】 前記制御手段は、前記スイッチ手段によ
るバンク切り換えを行うキャパシタに対してのみ前記並
列モニタによる初期化を行うようにしたことを特徴とす
る請求項２記載の並列モニタつきバンク切り換えキャパ
シタ蓄電装置。 - 【請求項４】 前記制御手段は、前記複数のキャパシタ
がすべて直列接続された状態で前記並列モニタによる初
期化を行うようにしたことを特徴とする請求項２記載の
並列モニタつきバンク切り換えキャパシタ蓄電装置。 - 【請求項５】 前記制御手段は、前記スイッチ手段によ
るバンク切り換えを行った直後の電圧で前記並列モニタ
による初期化を行うようにしたことを特徴とする請求項
１記載の並列モニタつきバンク切り換えキャパシタ蓄電
装置。 - 【請求項６】 前記制御手段は、前記スイッチ手段によ
るバンク切り換えを行っていないキャパシタに対しての
み前記並列モニタによる初期化を行うようにしたことを
特徴とする請求項５記載の並列モニタつきバンク切り換
えキャパシタ蓄電装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001305944A JP2003111286A (ja) | 2001-10-02 | 2001-10-02 | 並列モニタつきバンク切り換えキャパシタ蓄電装置 |
| EP02256315A EP1300933A3 (en) | 2001-10-02 | 2002-09-12 | Connection-switched capacitor storage system |
| CNB021435758A CN1333510C (zh) | 2001-10-02 | 2002-09-29 | 连接切换控制式电容器蓄电装置 |
| US10/263,474 US6885170B2 (en) | 2001-10-02 | 2002-10-02 | Connection-switched capacitor storage system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001305944A JP2003111286A (ja) | 2001-10-02 | 2001-10-02 | 並列モニタつきバンク切り換えキャパシタ蓄電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003111286A true JP2003111286A (ja) | 2003-04-11 |
Family
ID=19125657
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001305944A Pending JP2003111286A (ja) | 2001-10-02 | 2001-10-02 | 並列モニタつきバンク切り換えキャパシタ蓄電装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6885170B2 (ja) |
| EP (1) | EP1300933A3 (ja) |
| JP (1) | JP2003111286A (ja) |
| CN (1) | CN1333510C (ja) |
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