CN114223106A - 电能存储装置、控制装置及电能存储系统 - Google Patents

Abstract

一种电能存储装置(1)，包括：电能存储单元(7)，其包括存储电力的多个电能存储设备(C1、C2)；串并联切换单元(6)，其被配置为将多个电能存储设备的连接切换为串联连接或并联连接；以及串并联切换控制单元(5)，其被配置为控制串并联切换单元，其中串并联切换控制单元用滞后控制切换的定时。

Description

电能存储装置、控制装置及电能存储系统

技术领域

本发明涉及电能存储装置、控制装置及电能存储系统。

背景技术

随着IoT(物联网)技术的进步，人们已经努力制造具有能量收集技术的无电池边缘设备。例如，能量收集技术已应用于通过压电元件、电能产生橡胶、磨擦生电、驻极体(electret)的静电感应等产生的电来供能的LED(发光二极管)等等。

然而，通过压电元件、磨擦生电或静电感应产生的电力的电压高，并因此，这种电力的电流低。因此，这种电力适用于瞬时点亮串联连接的LED，但不能满足为与IoT边缘设备一起使用的CPU(中央处理单元)、传感器或无线发送器进行供能的电压和电流要求。相应地，期望开发用于高效利用甚至高电压及低电流电力的技术。

一般而言，当产生的电力非常少时，将产生的电力存储在电容器中，并且通过DC到DC(直流到直流)变换器将存储的电力变换为用于驱动边缘设备的电压。然而，基于压电元件和静电感应的电能产生设备具有高输出阻抗，并因此，当将由这样的电能产生设备所产生的电力直接存储在低阻抗的电容器中时，电力在电能存储操作期间以低电压状态被存储，这可能会降低电能存储效率。

PTL 1等公开了一种电能供应电路，其通过使用由输出低电流的具有高输出阻抗的电能产生设备所产生的非常少的电力来产生电路的操作电力。

发明内容

技术问题

然而，对于PTL 1的电能供应电路而言，提高的范围与电力的电能存储效率或电能供应效率相关联。

本公开的目的是提高电力的电能存储效率和电能供应效率。

问题的解决方案

根据本公开的一个方面，一种电能存储装置包括：

电能存储单元，其包括存储电力的多个电能存储设备；

串并联切换单元，其被配置为将多个电能存储设备的连接切换为串联连接或并联连接；以及

串并联切换控制单元，其被配置为控制由串并联切换单元执行的切换，

其中，串并联切换控制单元用滞后控制切换的定时。

发明的有益效果

根据本公开，可以提高电力的电能存储效率和电能供应效率。

附图说明

图1是示出根据第一实施例的电能存储系统的配置的示例的框图。

图2是示出根据比较性示例的电能存储系统的配置的框图。

图3是示出在电能存储系统中提供的电能产生设备的操作的示例的图。

图4A是示出当连接到电能产生设备的电容器存储由电能产生设备产生的电力时、包括电容器的等效电路的电路图。

图4B是示出根据用于将电力存储到电容器的条件的电能存储效率的示例的曲线图。

图5A是示出当电能产生设备向连接到电能产生设备的负载电阻供应电力时、负载电阻的等效电路的电路图。

图5B是示出根据用于将电力存储到负载电阻的条件的电能存储效率的示例的曲线图。

图6是示出串联连接的两个电容器的示例的电路图。

图7是示出并联连接的两个电容器的示例的电路图。

图8是示出串并联切换控制单元的第一配置示例的电路图。

图9是示出串并联切换控制单元的第二配置示例的电路图。

图10是示出根据第一实施例的电能存储装置的电路配置的示例的电路图。

图11A是示出当根据第一实施例的电能存储装置存储电力时、电能存储装置的电流流动的示例的电路图。

图11B是示出当根据第一实施例的电能存储装置供应电力时、电能存储装置的电流流动的示例的电路图。

图12是示出根据第一实施例的电能存储系统的电路配置的示例的电路图。

图13是示出被制造成IC的包括控制电路以及通信模块的电能存储系统的配置的示例的电路图。

图14是示出根据第一实施例的电能存储装置的操作的示例的定时图。

图15A是示出当根据比较性示例的具有固定电容的电容器存储电力或供应电力时、相对于电容器的电流转变的电路图。

图15B是示出当根据比较性示例的具有固定电容的电容器存储电力和供应电力时、电容器的充电电流和电压的转变的曲线图。

图16A是示出当根据第一实施例的电容器从用于存储电力的串联连接切换到用于供应电力的并联连接时、相对于电容器的电流转变的电路图。

图16B是示出当根据第一实施例的电容器存储电力和供应电力时、电容器的充电电流和电压的转变的曲线图。

图17是示出其中四个电容器串联连接的电路的配置示例的电路图。

图18是示出其中电容器以多级连接的电路的配置示例的电路图。

图19是示出根据第二实施例的电能存储系统的配置的示例的框图。

图20是示出根据第二实施例的电能存储装置的电路配置的示例的电路图。

图21A是示出当根据第二实施例的电能存储装置存储电力时、电能存储装置的电流的流动的电路图。

图21B是示出当根据第二实施例的电能存储装置供应电力时、电能存储装置的电流的流动的电路图。

图22是示出根据第二实施例的电能存储装置的操作的示例的定时图。

图23是示出根据第二实施例的第一修改实施例的电能存储装置的电路配置的示例的电路图。

图24是示出根据第二实施例的第二修改实施例的电能存储系统的配置示例的框图。

图25是示出根据第二修改实施例的电能存储装置的操作的示例的定时图。

图26是示出根据第二实施例的第三修改实施例的电能存储系统的配置的示例的框图。

图27A是示出电能存储系统的配置的示例的框图。

图27B是示出具有负载驱动电能存储装置的电能存储系统的配置示例的框图。

图28是示出根据第三实施例的电能存储系统的配置的示例的框图。

图29是示出根据第三实施例的电能存储装置的电路配置的示例的电路图。

图30是示出图29的电能存储装置的操作的示例的定时图。

图31是示出根据第三实施例的第一修改实施例的电能存储系统的配置的示例的框图。

图32是示出根据第三实施例的第二修改实施例的电能存储装置的电路配置的示例的电路图。

图33是示出根据第三实施例的第三修改实施例的电能存储装置的电路配置的示例的电路图。

图34是示出图33的电能存储装置的操作的示例的定时图。

图35是示出提供有稳定电路的电能存储装置的电路配置的示例的电路图。

图36是示出具有更多电容器的电能存储装置的电路配置的示例的电路图。

图37是示出根据第三实施例的第五修改实施例的电能存储系统的配置的示例的框图。

图38是示出根据第三实施例的第六修改实施例的电能存储系统的配置的示例的框图。

图39是示出根据第四实施例的电能存储系统的配置的示例的框图。

图40是示出根据第四实施例的电能存储装置的电路配置的示例的电路图。

图41是示出容量、电压和电流根据二次电池的充电时间的改变的示例的曲线图。

图42是示出响应于对电能产生设备的单个外部激励而出现的电压和电流的示例的曲线图。

图43是示出二次电池的电压输出特性的示例的图。

图44是示出根据第四实施例的第一修改实施例的电能存储系统的配置的示例的框图。

图45是示出根据第一修改实施例的电能存储装置的电路配置的示例的电路图。

图46是示出根据第四实施例的第二修改实施例的电能存储系统的配置的示例的框图。

图47是示出根据第二修改实施例的电能存储装置和负载电路的电路配置的示例的电路图。

图48是示出能够通过微调来调整电阻值的电路配置的示例的电路图。

具体实施方式

以下，参照附图对用于实施本发明的实施例进行描述。在附图中，相同的组成元件可以由相同的附图标记表示，并且可以省略对其的重复描述。

在以下实施例中，假设“电力”与“电能”同义。此外，假设“使用电力”、“提电能供应力”、“电能供应”和“放电”彼此同义。

在以下实施例中，“切换串并联连接”是指将任意给定的电路从串联连接切换到并联连接，或者将电路从并联连接切换到串联连接。

<根据第一实施例的电能存储系统100的配置示例>

PTL 1中描述的电能供应电路假设电能产生设备是输出非常小的电力并且具有15MΩ的高输出阻抗以及具有92.5Vp-p和3.1μA的最大输出的驻极体设备。

然而，如果将PTL 1中描述的电能供应电路应用于具有400V和1μA的最大输出的电能产生橡胶，则电能产生橡胶输出了比驻极体设备更高的电压，并因此，由电能产生橡胶的内部电阻所消耗的电力增大，降低了效率。

鉴于上述情况，根据第一实施例的电能存储系统100被配置为即使利用由用于高电压及低电流电能产生的这种电能产生设备提供的电力，也能够提高能量存储效率和使用效率。

首先，参照图1说明电能存储系统100。图1是示出根据第一实施例的电能存储系统(即，能量存储系统)100的配置的示例的框图。如图1所示，电能存储系统100包括电能存储装置1、电能产生设备2、负载电路3和整流电路4。

在它们之中，电能存储装置1包括串并联切换控制单元5、串并联切换单元6和电能存储单元7。电能存储单元7包括电容器C1、C2，它们是多个电能存储设备的示例。在串并联切换控制单元5的控制下，串并联切换单元6可以将电容器C1、C2的连接切换为串联连接和并联连接中的任意一种。

电能产生设备2是利用电能产生橡胶、压电元件或静电感应来产生电能并且产生高电压及低电流电力的设备。稍后参照图3详细说明电能产生设备2的电能产生。

负载电路3例如是包括LED(发光二极管)、具有CPU(中央处理单元)功能的IC(集成电路)、传感器、无线传输IC等的负载。负载电路3例如是IoT设备。

在电能存储系统100中，整流电路4对由电能产生设备2产生的电力进行整流，并且在电能存储单元7中串联连接的电容器C1、C2存储经整流的电力。通过串并联切换单元6切换为并联连接的电容器C1、C2向负载电路3提供存储的电力。

具体而言，整流电路(整流单元的示例)4对由电能产生设备2产生的交流电的电力进行整流。在串并联切换控制单元5的控制下，串并联切换单元6使电能存储单元7中的电容器C1和C2串联连接，并且电容器C1、C2存储从整流电路4接收的电力(存储的电力的电压)。

此后，当存储的电力的电压达到预定或给定的电压值(即，第一电压值)时，串并联切换单元6在串并联切换控制单元5的控制下操作以将电容器C1、C2切换到并联连接。并联连接的电容器C1、C2向负载电路3供应电力。

此后，在从电容器C1、C2供应的电压达到预定或给定的电压(即，第二电压值)或更低的情况下，串并联切换单元6在串并联切换控制单元5的控制下操作以将电容器C1、C2切换为串联连接。随着电容器C1、C2串联连接，电容器C1、C2恢复存储由电能产生设备2产生的电力。

<根据比较性示例的电能存储系统100X的配置示例>

以下，作为比较性示例，对存储由环境电能产生设备产生的电力并向负载电路供应产生的电能的系统进行说明。图2是示出根据比较性示例的电能存储系统100X的配置的框图。为方便起见，在图2中，具有与如图1所示的电能存储系统100的各个功能相对应的功能的构成元件用相同的附图标记表示。

电能存储系统100X是普遍可用的能量收集系统。在电能存储系统100X中，由环境电能产生设备产生的电力经由整流电路4存储在电能存储装置1X中，并且将存储的电力供应给负载电路3。

如图2所示，电能存储装置1X包括作为电能产生侧电能存储单元的第一电能存储单元101X、电力变换电路102X和作为电能供应侧电能存储单元的第二电能存储单元103X。

第一电能存储单元101X中存储的电压由诸如DC到DC变换器之类的电力变换电路102X变换为负载电路3的操作电压，并且随后被存储在第二电能存储单元103X中。此后，存储在第二电能存储单元103X中的电力被供应给负载电路3。

以上说明的电能存储装置1X可能具有以下问题：

(A)由电力变换电路102X消耗的电流引起的损失；

(B)由变换效率引起的损失；和

(C)诸如电感器之类的组件的增加。

具体而言，在电能存储系统100X中，需要取决于第一电能存储单元101X中存储的电压与第二电能存储单元103X中存储的电压的关系来对电压进行抬升或下降。例如，当第二电能存储单元103X中存储的电力的电压高于第一电能存储单元101X中存储的电力的电压时，电力以低电压被存储，并且相应地，在向负载电路3提供电力之前需要抬升变换。在此情况下，由于以下解释的原因，需要基于以下表达式(1)来增加电能存储装置1X的第一电能存储单元101X的电容。

数学1

在上式中，W表示电容器中存储的能量，C表示电容器的电容，以及V表示存储的电力的电压。

存储的能量与存储的电力的电压的平方成正比。因此，当电能存储装置1X的第一电能存储单元101X的电容器存储的电力的电压低时，电容器需要具有相对较大的电容以存储期望量的能量。此外，由于第一电能存储单元101X中存储的电力的电压与第二电能存储单元103X中存储的电力的电压之间存在差异，电力被浪费在电力变换电路102X的电压变换中(即，上述的问题(A)和(B))，并且电力变换电路102X的尺寸增加(即，上述的问题(C))。结果，电能存储系统100X的电能存储效率变低。

当第一电能存储单元101X中存储的电力的电压高于第二电能存储单元103X中存储的电力的电压时，例如，当第一电能存储单元101X存储由电能产生设备2中的压电元件、电能产生橡胶或静电感应产生的高电压及低电流电力时，需要下降变换。在此情况下，根据上述表达式(1)，可以在高电压下将电能存储在第一电能存储单元101X中。因此，电能存储装置1X的第一电能存储单元101X能够用具有相对较小电容的电容器在高电压下存储期望量的能量。然而，由于第一电能存储单元101X中存储的电力的电压与第二电能存储单元103X中存储的电力的电压之间存在差异，电力被浪费在电力变换电路102X的电压变换中(即，上述的问题(A)和(B))，并且电力变换电路102X的尺寸增加(即，上述的问题(C))。结果，电能存储系统100X的电能存储效率变低。

因此，在电能存储系统100X中，由电力变换电路102X消耗的电流引起的损失增加(即，上述的问题(A))，并且由变换效率引起的损失增加(即，上述的问题(B))。另外，电能存储装置1X的尺寸可能因为组件的增加而增大(即，上述的问题(C))。

相比之下，根据第一实施例的电能存储系统100不仅在存储电力时、还在供应电力时使用包括多个电容器的同一电能存储单元7，从而使得可以减轻电压变换期间的电力损失。

<电能产生设备的示例>

随后，说明电能存储系统100中提供的电能产生设备2的操作。图3是示出电能产生设备2的操作的示例的图。

电能产生设备2由电能产生橡胶等构成，并且通过响应于施加到电能产生设备2的分离力、摩擦力、振动力或变形力而产生电荷来产生电能。替代地，电能产生设备2可以响应于压力来产生电能。

电能产生设备2产生具有10到1000V(例如，40V)的电压、50nA到100μA(例如，6μA)的电流的电能。

如图3所示，由电能产生橡胶或压电元件构成的电能产生设备2输出具有预定或给定的电荷的电流。因此，电能产生设备2可以近似为电流源21和内部电阻22。内部电阻22的电阻值为1到100MΩ(兆欧)(例如，10MΩ)。

以下，参照图4A、图4B和图5说明与电能产生设备2连接的电容器和负载电阻。

图4A是示出当连接到电能产生设备2的电容器存储由电能产生设备2产生的电力时、包括电容器的等效电路的电路图。图4B是示出根据用于将电力存储到电容器的条件的电能存储效率的示例的曲线图。

在图4B中，实线表示根据电容器的电容相对于最大存储能量被定义为100％的、由电能产生设备2产生并存储在电容器中的能量的比率(％)的改变。

在电容器的电容被设置为由图4B中的白色箭头所指示的电容的情况下，在电容器与包括恒流源和内部电阻的电能产生设备2(输出侧)之间实现阻抗匹配，并因此，可以以最高的效率存储电能。

图5A是示出当电能产生设备2向连接到电能产生设备2的负载电阻(即，负载电路3)供应电力时、负载电阻的等效电路的电路图。图5B是示出根据用于将电力存储到负载电阻的条件的电能存储效率的示例的曲线图。

在图5B中，实线表示根据负载电阻的电阻值相对于最大供应电力被定义为100％的、由电能产生设备2产生并存储在电容器中的电力的比率(％)的改变。

当负载电阻的电阻值被设置为图5B中的白色箭头所示的电阻值时，电能产生设备2的负载电阻和内部电阻彼此相同。具体而言，当内部电阻等于负载电阻的电阻值时，实现与负载电路3(输出侧)的阻抗匹配，从而使得能够以最高的效率存储电能。

<电容器的连接的示例>

随后，参照图6和图7说明电能存储单元7中的电容器C1、C2的连接的示例。图6是示出串联连接的电容器C1、C2的示例的电路图。图7是示出并联连接的电容器C1、C2的示例的电路图。

如图6所示，串并联切换单元6包括三个开关Sw1、Sw2、Sw3。电能存储单元7包括两个电容器C1、C2。电容器是电能存储设备的示例。电容器的示例包括双电层电容器、锂离子电容器等。替代地，电能存储单元7可以由诸如锂离子电池、铅酸电池等的各种电能存储设备构成。

如图6所示，当串并联切换单元6的开关Sw2处于导通(ON)状态(即，连接状态)，而开关Sw1和Sw3处于关断(OFF)状态(即，断开状态)时，电能存储单元7的电容器C1、C2串联连接。

如图7所示，当串并联切换单元6的开关Sw1、Sw3处于导通状态并且开关Sw2处于关断状态时，电能存储单元7的电容器C1、C2处于并联状态。

<串并联切换控制单元5的配置示例>

随后，参照图8和图9说明串并联切换控制单元5的配置。图8是示出串并联切换控制单元5的第一配置示例的电路图。如图8所示，串并联切换控制单元5包括串并联选择器开关控制单元50、两个电阻R1、R2和两个开关Sw4、Sw5。

串并联选择器开关控制单元50充当电压监视电路(电压监视单元的示例)，其用于监视作为切换串联或并联连接的参考的输入电压Vin，并输出控制信号S1。具体而言，串并联选择器开关控制单元50根据对端子11的输入电压Vin的检测结果来产生控制信号S1，并利用产生的控制信号S1来控制开关Sw4和开关Sw5。

在串并联切换控制单元5中，电阻R1和开关Sw4构成用高阻抗驱动的逆变器51，而电阻R2和开关Sw5构成用高阻抗驱动的逆变器52。例如，开关Sw4、Sw5可以是诸如FET(场效应晶体管)的N-ch(N沟道)晶体管。

串并联切换控制单元5产生用于控制串并联切换单元6的控制信号

并通过端子53输出控制信号

此外，串并联切换控制单元5产生用于控制串并联切换单元6的控制信号

并通过端子54输出控制信号

在串并联切换控制单元5中，串并联选择器开关控制单元50和逆变器51充当滞后产生电路H。滞后产生电路H在切换阈值中具有滞后(差异)，以便快速检测输入电压Vin的改变，并防止信号一旦从低电平切换到高电平(替代地，从高电平切换到低电平)之后再次不稳定地切换。在第一实施例中，当输入电压Vin上升到预定或给定的第一电压值时，滞后产生电路H将控制信号

从高电平切换到低电平。当输入电压Vin从第一电压值下降到预定或给定的第二电压值时，滞后产生电路H将控制信号

从低电平切换到高电平。具体而言，这在下文中参照图14来说明。

在第一实施例中，逆变器51具有高阻抗的电阻R1，而逆变器52具有高阻抗的电阻R2，从而使得即使是用压电元件或静电感应来产生高电压及低电流电力的、具有高阻抗输出的电能产生设备2也可以驱动电能存储装置1的电路。例如，电阻R1、R2中的每一个的电阻值为1MΩ至500MΩ。

随后，图9是示出串并联切换控制单元5A的第二配置示例的电路图。如图9所示的串并联切换控制单元5A包括串并联选择器开关控制单元50、两个恒流源IC1、IC2和两个开关Sw4、Sw5。

在串并联切换控制单元5A中，恒流源IC1和开关Sw4构成用高阻抗驱动的逆变器51A，而恒流源IC2和开关Sw5构成用高阻抗驱动的逆变器52A。例如，开关Sw4、Sw5可以是N-ch(N沟道)晶体管等。

开关Sw4和Sw5由串并联选择器开关控制单元50产生的控制信号S1控制。基于控制信号S1，串并联切换控制单元5A产生用于控制串并联切换单元6的控制信号

并通过端子53输出产生的控制信号

此外，串并联切换控制单元5A产生用于控制串并联切换单元6的控制信号

并通过端子54输出产生的控制信号

在串并联切换控制单元5A中，串并联选择器开关控制单元50和逆变器51A充当滞后产生电路H。串并联切换控制单元5A的滞后产生电路H类似于参照图8说明的滞后产生电路H，在此省略关于其的详细说明。

在第一实施例中，逆变器51A具有高阻抗的恒流源IC1，而逆变器52A具有高阻抗的恒流源IC2，从而使得即使是用压电元件或静电感应来产生高电压及低电流电力的、具有高阻抗输出的电能产生设备2也可以驱动电能存储装置1的电路。例如，恒流源IC1、IC2中的每一个产生的电流的电流值为10nA至100μA。

<电能存储装置1的电路配置的示例>

随后，以下说明电能存储装置1(参见图10)的电路配置。图10是示出根据第一实施例的电能存储装置1的电路配置的示例的电路图。

如图10所示，电能存储装置1包括串并联切换控制单元5B、串并联切换单元6、电能存储单元7以及输出切换单元8(输出单元的示例)。需要注意的是，电能存储装置1可以是集成了多个IC的功能的单个电能存储IC。

串并联切换控制单元5B包括串并联选择器开关控制单元50B、两个耗尽型晶体管Tr1、Tr3和两个N-ch晶体管Tr2、Tr4。

在第一实施例中，串并联选择器开关控制单元50B包括N-ch晶体管Tr5和三个电阻R3、R4、R5。三个电阻R3、R4、R5是具有高电阻值(高阻抗)的高阻抗电阻器。N-ch晶体管Tr5是滞后产生开关，其可以接收代表负载电路3的状态的信号。

串并联选择器开关控制单元50B监视用于将串联连接切换为并联连接的输入电压Vin，并输出控制信号S1。

串并联切换控制单元5B具有两个逆变器51B、52B，它们由串并联选择器开关控制单元50B产生的控制信号(S1)控制。

逆变器51B包括耗尽型晶体管Tr1和N-ch晶体管Tr2。来自逆变器51B的控制信号

通过端子53取得。

串并联选择器开关控制单元50B和逆变器51B构成滞后产生电路H。逆变器52B包括耗尽型晶体管Tr3和N-ch晶体管Tr4。通过端子54取得来自逆变器52B的控制信号

替代地，逆变器51B、52B中的每一个可以被配置为包括N-ch晶体管和电阻。

应当注意，耗尽型晶体管Tr1、Tr3分别充当图9的恒流源IC1、IC2。N-ch晶体管Tr2、Tr4分别充当图9的开关Sw4、Sw5。

在向电容器C1、C2存储电力的同时，串并联切换控制单元5B输出高电平的控制信号

和低电平的控制信号

以串联连接多个电容器C1、C2。然后，当输入电压Vin达到预定或给定的第一电压值时，串并联切换控制单元5B输出低电平的控制信号

和高电平的控制信号

以便并联连接电容器C1、C2。

此后，当负载电路消耗电力，并且相应地，电压Vin降落到小于预定或给定的第二电压值时，串并联切换控制单元5B输出高电平的控制信号

和低电平的控制信号

以串联电容器C1、C2。

串并联切换单元6包括P-ch(P沟道)晶体管Tr6、N-ch晶体管Tr7和模拟开关Tr8、Tr9。

在串并联切换单元6中，P-ch晶体管Tr6对应于图6、图7的开关Sw1，并且N-ch晶体管Tr7对应于图6、图7的开关Sw3。开关Sw2由包括两个晶体管Tr8、Tr9的模拟开关构成。

当串并联切换单元6和输出切换单元8由作为模拟开关的晶体管构成时，不会发生电压损失(电位差)。相比之下，如果开关由二极管构成，则会发生电压损失。由于串并联切换单元6和输出切换单元8由作为模拟开关的晶体管构成，因此可以在没有任何电位差的情况下操作开关。

在串并联切换单元6中，P-ch晶体管Tr6和N-ch晶体管Tr7可以用二极管代替。具体而言，为了用二极管代替P-ch晶体管Tr6，二极管的阴极连接到Vin线，并且二极管的阳极连接到模拟开关的端子。为了用二极管代替N-ch晶体管Tr7，二极管的阴极连接到模拟开关的端子，并且二极管的阳极连接到GND线。

此外，在串并联切换单元6中，二极管可以与P-ch晶体管Tr6和N-ch晶体管Tr7并联连接。具体而言，在与P-ch晶体管Tr6并联时，二极管的阴极连接到Vin线，并且二极管的阳极连接到模拟开关的端子。在与N-ch晶体管Tr7并联时，二极管的阴极连接到模拟开关的端子，并且二极管的阳极连接到GND线。

虽然如上所述未在图1中示出，但电能存储装置1可以具有如图10所示的输出切换单元8，该输出切换单元8用于仅在电容器C1、C2并联连接时才向负载电路3供应电力。输出切换单元8由包括P-ch晶体管Tr10和N-ch晶体管Tr11的模拟开关构成。

在电能存储装置1中，也可以仅由P-ch晶体管Tr10构成仅在电容器C1、C2并联连接时才向负载电路3供应电力的输出切换单元8。

在电能存储装置1中，具有高电阻的电阻器和恒流晶体管具有高电阻，并因此，串并联切换控制单元5B具有高电阻值(高阻抗)。因此，电能存储装置1可由低于电能产生设备所产生的高电压及低电流电力(例如400V、6μA)的电流(例如60nA)来驱动。

在图10的配置中，构成串并联切换控制单元5B、串并联切换单元6和输出切换单元8的设备的阻抗总和可以设置为等于或大于电能产生设备2的内部阻抗。因此，能够降低驱动电能存储装置1的串并联切换操作所消耗的电力，并且能够提高电能存储效率。

构成串并联切换单元6和输出切换单元8的器件是MOS(金属氧化物半导体)晶体管，并因此，串并联切换单元6和输出切换单元8由串并联切换控制单元5B在接通或关闭切换单元时仅消耗用于驱动MOS晶体管的栅极的电力。因此，可以提高电能存储效率。

此外，用于存储电力的电能存储装置1的阻抗高于用于供应电力的电能存储装置1的阻抗。因此，电能存储装置1能够存储高电压及低电流电力，从而使得能够提高电能存储效率。例如，由电能存储装置1供应的电力的电压为3V，并因此，电能存储装置1能够驱动诸如消耗数毫安电流的CPU之类的电子设备。

在图10中，由耗尽型晶体管和N-ch晶体管构成的逆变器51B、52B具有两级配置，但是当期望更高的增益时，可以以类似的方式增加逆变器的级数。在此情况下，优选地，根据串并联切换单元6的切换定时对从逆变器51B输出的控制信号

的改变的定时和从逆变器52B输出的控制信号

的改变的定时进行调整。

以下，参照图11说明图10的电能存储装置1中的电流流动。图11A是示出当根据第一实施例的电能存储装置1存储电力(即，电容器C1、C2串联连接)时、电能存储装置1中的电流流动的示例的电路图。图11B是示出当根据第一实施例的电能存储装置1供应电力(即，电容器C1、C2并联连接)时、电能存储装置1的电流流动的示例的电路图。

构成开关Sw1的P-ch晶体管Tr6的栅极接收控制信号

并且相应地，当控制信号

达到低电平时，即当电能存储装置1供应电力时，P-ch晶体管Tr6接通。

构成开关Sw3的N-ch晶体管Tr7的栅极接收控制信号

并且相应地，当控制信号

达到高电平时，即当电能存储装置1供应电力时，N-ch晶体管Tr7接通。

构成开关Sw2的P-ch晶体管Tr8的栅极接收控制信号

并且构成开关Sw2的N-ch晶体管Tr9的栅极接收控制信号

相应地，当控制信号

达到低电平并且控制信号

达到高电平时，即当电能存储装置1存储电力时，开关Sw2接通。

在输出切换单元8的开关Sw4中，P-ch晶体管Tr10的栅极接收控制信号

并且N-ch晶体管Tr11的栅极接收控制信号

相应地，当控制信号

达到低电平并且控制信号

达到高电平时，即当电能存储装置1向负载电路3供应电力时，开关Sw4接通。

电流流过串并联切换单元6中包括的开关Sw1、Sw2、Sw3并且流过输出切换单元8的开关Sw4，以便仅当连接在串联连接和并联连接之间切换时改变这些开关的状态。因此，可以减少用以在电力存储和电力供应之间进行切换所消耗的电流。

<电能存储系统100的电路配置的示例>

随后，参照图12说明电能存储系统100的电路配置。图12是示出根据第一实施例的电能存储系统100的电路配置的示例的电路图。

整流电路4由包括四个二极管D1、D2、D3、D4的二极管桥构成。整流电路4执行全波整流，以对从电能产生设备2输出的交流电力进行整流。

当将经整流的电力存储在电能存储装置1中串联连接的电容器C1、C2并且电容器C1、C2达到第一电压值时，电容器C1、C2切换为并联连接，如图11B所示，并且存储在电容器C1、C2中的电力被供应给负载电路3。

<将电能存储系统制造成IC的示例>

随后，参照图13说明将电能存储系统100制造成IC的示例。图13是示出被制造成IC的包括控制电路以及通信模块31的电能存储系统100C的配置的示例的电路图。

如图13所示，电能存储系统100C的负载电路3包括通信模块31和传感器32。此外，电能存储装置1C包括串并联切换IC 9，其中集成有串并联切换控制单元5、串并联切换单元6和输出切换单元8。

串并联切换IC 9具有与用微型计算机实现的通信模块31协作来控制串并联切换的定时的功能。电能存储系统100C将串并联切换IC 9的输出电压Vout供应给通信模块31和传感器32。

当电容器C1、C2并联连接时，串并联切换IC 9向在通信模块31中提供的微型计算机输出指示并联状态的信号S_ST，以通知通信模块31电能存储系统100C准备好供应电能。

在通信模块31的系统操作完成后的预定或给定的定时处，通信模块31向串并联切换IC 9输出信号S_END，通知其不再需要向微型计算机供应电力，以指示串并联切换IC 9转变为存储电力。已经接收到指令的电能存储装置1C将电容器C1、C2切换为串联连接状态以开始充电。在此情况下，信号S_END是用于通过控制图11的串并联切换控制单元5的N-ch晶体管Tr5的栅极来将电容器C1、C2的连接从并联连接改变为串联连接以控制电压的信号。

通过电能存储系统100C的配置，电能存储装置1C能够通过与负载侧CPU协作来提高电能存储效率。

此外，电能存储系统100C可以将通信模块31中提供的微型计算机通过对来自传感器32的信号执行信号处理而产生的结果、经由诸如无线电之类的通信手段作为IoT边缘终端使用。

<电能存储装置1的操作>

随后，参照图14说明电能存储装置1的操作。图14是示出电能存储装置1的串并联切换操作的示例的定时图。

电能产生设备2所产生的电力由整流电路4整流并输入到电能存储装置1。

在时间T0，电容器C1、C2处于不存储电力的状态。

在时间T1，经整流的电力开始输入到电能存储装置1。由于串并联切换控制单元5B具有高阻抗配置，从具有高阻抗的电能产生设备2输出的电力启动串并联切换控制单元5B并使其产生控制信号

和

当开始存储电能时，控制信号

达到高电平，而控制信号

达到低电平。相应地，串并联切换单元6被启动以关闭开关Sw1、Sw3并接通开关Sw2。结果，电能存储单元7的电容器C1、C2串联连接。

当在电容器C1、C2串联连接的同时输入电压Vin(即，来自电能产生设备2的电力)达到10V(即，第一电压值)时，串并联选择器开关控制单元50B进行操作以在时间T2将控制信号

切换到低电平并且将控制信号

切换到高电平。作为响应，串并联切换单元6被启动以关闭开关Sw2并接通开关Sw1、Sw3。结果，电能存储单元7中的电容器C1、C2并联连接。当电容器C1、C2从串联连接切换到并联连接时，电压从(Vin＝V_C1+V_C2)改变为(Vin＝V_C1＝V_C2)。相应地，存储的电力的电压(即，输入电压Vin)降低一半(10V至5V)。在此情况下，V_C1是存储在电容器C1中的电力的电压，而V_C2是存储在电容器C2中的电力的电压。

在时间T3，当负载电路3被启动时，电力(即，输出电压Vout)被供应给负载电路3，并且相应地，输入电压Vin降低。

在此情况下，从时间T2到T4，假设没有从电能产生设备2接收到电力。

当输入电压Vin降低至2V(第二电压值)时，在时间T4控制信号

达到高电平，而控制信号

达到低电平。因此，开关Sw1、Sw3关闭，而开关Sw2接通。结果，电能存储单元7的电容器C1、C2串联连接，并且来自电能产生设备2的电力被存储在电能存储单元7中。

此后，当输入电压Vin上升至10V时，电容器C1、C2切换为并联连接。

上述操作是连续执行的。

在此情况下，图14示出了将输入电压Vin达到10V的定时假设为时间T2并且将输入电压Vin达到2V的定时假设为时间T4的示例。分别对应于时间T2和T4的第一电压值和第二电压值不限于此。通过改变串并联选择器开关控制单元50B的电阻R3、R4、R5的电阻值，可以将第一电压值和第二电压值设置为任意给定的各种电压。

电能存储装置1可以在并联状态下继续从电能产生设备2接收电力。在此情况下，从时间T3到T4的输入电压Vin可能会缓慢降低，并且在某些情况下可能会增大。

随后，参照图14的右手侧说明电能存储系统100C(参见图13)的操作的示例。电能存储系统100C也以类似的方式从时间T0到T5执行操作。

在时间T6，串并联切换IC 9向通信模块31中提供的微型计算机输出指示并联状态的信号S_ST，以通知通信模块31电能存储系统100C准备好供应电能。在图14中，从时间T3至T4和时间T6至T7的时段对应于电能存储装置1与通信模块31同步而向通信模块31供应电力的负载电路操作时段(即电能供应时段和系统操作时段)。

在时间T7，通信模块31的系统操作完成。此后，当通信模块31在时间T8开始向串并联切换IC 9输出信号S_END时，电容器C1、C2切换为串联连接以开始充电。

在电能存储装置1与通信模块31同步操作的情况下，电能存储装置1在电能供应时段期间响应于电压降落到2V或信号S_END的输出(以较早者为准)而停止供应电力。在图14的示例中，在电压下降到2V之前输出信号SEND。因此，在该时间点，即输出信号S_END的时间点，电能存储装置1停止供应电力，并切换电容器C1、C2串联连接以转变到电能存储操作。

<存储的电力的示例>

在下文中，说明存储在电容器中的电力。

电容器中能够存储的能量W(J)的量由以上表达式(1)表示。

当n个电容器串联连接时，电容器Csn由以下表达式(2)表示。

数学2

Csn＝C/n...(2)

当n个电容器并联连接时，电容器Cpn由以下表达式(3)表示。

数学3

Cpn＝n×C...(3)

串联连接的n个电容器能够存储的能量Ws的量由以下表达式(4)表示。

数学4

并联连接的n个电容器能够存储的能量Wp的量由以下表达式(5)表示。

数学5

例如，具体而言，在n＝2、C＝1(μF(微法拉))，V＝5(V(伏))的情况下，可以通过以下表达式(6)计算两个串联连接的电容器中能够存储的能量Ws的量。

数学6

可以通过以下表达式(7)计算两个并联连接的电容器中能够存储的能量Wp的量。

数学7

以此方式，能量Ws的量与能量Wp的量相同。这意味着无论n个具有相同电容的电容器是串联连接还是并联连接来存储电能，均可以在电容器中存储相同量的能量。为了将电力存储到串联连接的n个电容器，电力将以高电压n×V(V)被存储。

在诸如IoT的系统中，期望所存储的电力驱动CPU并向连接传感器等的电子设备供应电力。这些设备将用1到3个锂离子电池例如在约3到10V的电压和约数微安到数毫安的电流下被驱动。

在此情况下，电力以高阻抗状态被存储，其中n个具有相同电容的电容器串联连接，并且这些电容器从串联连接切换到并联连接，从而使得在将电力存储在电容器的同时，可以用低电压以低阻抗状态驱动IoT系统等。

在电路中提供的电阻的电阻值表示为R的情况下，阻抗Z由以下表达式(8)定义。

数学8

当n个电容器串联连接时，电路的阻抗Zsn由以下表达式(9)表示，其中根据表达式(2)替换电容器Csn。

数学9

当n个电容器并联连接时，电路的阻抗Zpn可以由表达式(10)表示，其中根据表达式(3)替换电容器Cpn。

数学10

在此情况下，当电路中提供的电阻的电阻值R减小时，串联连接的阻抗Zns(表达式(9))高，而并联连接的阻抗Zns(表达式(10))低。

以这种方式，电容器的串并联连接被切换。相应地，可以根据表达式(4)和表达式(9)以高阻抗用高电压n×V(V)存储电力。此外，可以根据表达式(5)和表达式(10)以低电压V(V)有效地向负载电路供应电能。

在利用压电元件或电能产生橡胶进行电能产生时，会产生数十伏到数百伏的高电压。另外，在这种电能产生中，所产生的电力具有以nA和μA为单位的低电流，并且这种电能产生可以看作是具有高输出阻抗的恒流电源。因此，期望提供一种电路，其用于将用压电元件和静电感应在高电压下存储在电容器中的电力高效率地变换为电能供应的电力，以用于在约3到10V的电压和数微安到数毫安的电流下操作的负载。

在此情况下，作为比较性示例，图15A和图15B示出了当相对于具有固定电容的电容器来存储电能时以及供应电能时的电流转变。图16A和图16B示出了当相对于其电容在串联连接和并联连接之间切换的电容器来存储电能时以及供应电能时的电流转变，正如第一实施例一样。

具体而言，图15A是示出当根据比较性示例的具有固定电容的电容器存储电力或供应电力时、相对于电容器的电流转变的电路图。图15B是示出当根据比较性示例的具有固定电容的电容器存储电力和供应电力时、电容器的充电电流和电压的转变的曲线图。

图15A和图15B示出了使用具有0.25μF电容的单个电容器以0.25μF电容进行操作以用于充电和电能供应两者的操作的示例。

通常，用于为CPU、传感器或无线发送器供能的电压为约2至5伏。如图15B所示，在比较性示例中，电容器中存储的电容小，并且相应地，电压值在供应电力时急剧降落，并且电压值在20毫秒内处于2至4.5伏的范围内。因此，电力只能使用20毫秒。

相比之下，图16A是示出当根据第一实施例的电容器从用于存储电力的串联连接切换到用于供应电力的并联连接时、相对于电容器的电流转变的电路图。图16B是示出当根据第一实施例的电容器存储电力和供应电力时、电容器的充电电流和电压的转变的曲线图。

图16示出了使用各自具有0.5μF电容的两个电容器在串联连接中以0.25μF电容进行操作以用于充电、并且在并联连接中以1.0μF电容进行操作以用于供应电力的操作的示例。

如图16B所示，在第一实施例中，电容器从串联连接切换到并联连接以用于供应电力，从而使得通过该切换电压值降低一半，但此后电压值由于来自具有大电容的电容器的电能供应而缓慢下降。因此，电压值在84毫秒内处于2至4.5伏的范围内。与图15B相比，电容器在充电期间的电容相同，但由于从串联连接切换到并联连接，电能供应期间可使用电力的时间的长度增加了四倍或以上。

如图16A和图16B所示，在根据第一实施例的电能存储系统中，电容器被切换为串联连接和并联连接，从而使得在电力存储期间，电能存储系统可以通过使阻抗与高阻抗匹配来以高电压存储电能。相比之下，在电力供应期间，根据第一实施例的电能存储系统可以通过使阻抗与低阻抗匹配来供应IoT系统等所需的电压的电能。

<在电能存储装置中提供许多电容器的示例>

已经说明了电能存储装置1中包括两个电容器的配置，但是多个电容器的数量不限于两个。图17是示出其中四个电容器串联连接的电路的配置示例的电路图。图17示出了包括四个电容器的电能存储单元70和用于切换四个电容器的连接的四串并联切换IC 90的内部块。

串并联选择器切换单元60对应于图10的串并联切换单元6并且包括开关组61、62、63。当电容器C1、C2、C3、C4并联连接时，开关组61、63接通，而当电容器C1、C2、C3、C4串联连接时，开关组61、63关闭。当电容器C1、C2、C3、C4串联连接时，开关组62接通，而当电容器C1、C2、C3、C4并联连接时，开关组62关闭。开关80对应于图10的输出切换单元8。

串并联切换控制单元5B’对应于图10所示的用于切换两个电容器的串并联切换控制单元5B，但是如图18所示当多个电容器以多级串联地级联连接时，串并联切换控制单元5B’包括用于切换主侧和从侧的主从切换电路55。

随后，图18是示出其中电容器以多级连接的电路的配置示例的电路图。在图18中，多级电容器连接电路90E包括四串并联切换主IC 91和四串并联切换从IC 92、93、94、95。

通过使图17的主从切换电路55在主IC 91中，四个IC 92、93、94、95被配置为级联连接为从IC，并且四个IC 92、93、94、95中的每一个的输出电压Vout输出被配置为连接至四串并联切换主IC 91以便实现多级连接。

当以这种方式进行多级连接时，通过根据主/从方案控制四个IC 92、93、94、95来控制多级连接。因此，可以以更多的级数来连接电容器，并且可以实现更高的效率。

以上述方式，根据第一实施例的电能存储装置即使在产生高电压及低电流电能时也能够检测切换电压，并且电能存储装置可以在高电压及低电流电能下操作从而以高效率切换串联连接和并联连接。

在上述第一实施例中，串并联切换控制单元5包括滞后产生电路H来为控制信号

提供滞后，但只要串并联切换控制单元5能够提供滞后，也可以在除了串并联切换控制单元5以外的单元中提供滞后产生电路。

<第二实施例>

随后，说明根据第二实施例的电能存储系统100a。

在根据以上说明的第一实施例的电能存储系统100中，切换到并联连接以供应电力的电容器C1、C2维持并联连接，直到所存储的电力的电压达到第二电压值或更小。因此，当在电能存储系统100已完成向负载电路供应电力之后存储电能时，电能存储系统100直到存储的电力的电压变为第二电压值或更小时才能将电容器C1、C2切换为串联连接，并因此，可能无法达到高的电能存储效率。

例如，在电能存储装置1(参见图1)中，当在并联连接的电容器C1、C2向负载电路3供应电力的同时负载电路3停止工作并且相应地输出电流变为0A(安培)时，电容器C1、C2维持并联连接，直到存储的电力的电压达到第二电压值或更低。当电能存储装置1从电能产生设备2接收电力时，电容器C1、C2以并联连接状态存储电能，并因此无法实现高的电能存储效率。

相比之下，在第二实施例中，基于具有多个电能存储设备的电能存储单元的输出电流，将多个电能存储设备的连接从并联连接切换为串联连接。例如，当在多个电能存储设备并联连接的同时输出电流达到第一电流值或更小时，多个电能存储设备的连接从并联连接切换为串联连接。因此，多个串联连接的电能存储设备可以存储电能而不用等待所存储的电力的电压达到第二电压值或更小，从而使得能够提高电能存储效率。

<电能存储系统100a的配置示例>

以下，参照图19说明电能存储系统100a的配置。图19是示出根据第二实施例的电能存储系统100a的配置的示例的框图。

如图19所示，电能存储系统100a包括电能存储装置1a。电能存储装置1a包括输出电流串联恢复控制装置15，该输出电流串联恢复控制装置15包括输出电流检测单元13和串联恢复控制单元14。

就像以上说明的电能存储系统100一样，在电能存储系统100a中，整流电路4对电能产生设备2所产生的电力进行整流，并且在电能存储单元7中串联连接的电容器C1、C2存储经整流的电力。此后，当存储的电力的电压达到第一电压值时，串并联切换单元6在串并联切换控制单元5的控制下操作以将电容器C1、C2切换为并联连接。并联连接的电容器C1、C2向负载电路3供应电力。

此外，输出电流检测单元13检测从电能存储装置1a输出到负载电路3的电流，并将检测结果输出到串联恢复控制单元14。当输出电流检测单元13检测到的输出电流达到预定或给定的电流值(即，第一电流值)或更小时，串联恢复控制单元14使串并联切换控制单元5将电容器C1、C2的连接从并联连接切换到串联连接。串并联切换单元6在串并联切换控制单元5的控制下操作以将电容器C1、C2的连接从并联连接切换为串联连接。串联连接的电容器C1、C2存储由电能产生设备2产生的电力。

<电能存储装置1a的配置示例>

随后，参照图20说明电能存储装置1a的电路配置的示例。图20是示出根据第二实施例的电能存储装置1a的电路配置的示例的电路图。

如图20所示，电能存储装置1a包括串并联切换控制单元5B、串并联切换单元6、电能存储单元7、输出切换单元8、输出电流检测单元13、以及串联恢复控制单元14。需要注意的是，电能存储装置1a可以被配置为集成了串并联切换控制单元5B、串并联切换单元6、电能存储单元7、输出切换单元8、输出电流检测单元13和串联恢复控制单元14的单个电能存储IC。

输出电流检测单元13包括：P-ch晶体管Tr12，其包括作为在输出电流Iout被输出的同时接通的开关Sw5的P-ch晶体管Tr12；检测输出电流Iout的P-ch晶体管Tr13；构成电流比较器的P-ch晶体管Tr14；和耗尽型晶体管Tr15。在此情况下，P-ch晶体管Tr13是“监视晶体管”的示例。此外，输出电流检测单元13可以具有电阻器而不是耗尽型晶体管Tr15。

在此情况下，流过耗尽型晶体管Tr15的电流为恒流Itr15，并且P-ch晶体管Tr14和耗尽型晶体管Tr15作为电流比较器进行操作，并因此，当P-ch晶体管Tr14的电流Itr14大于恒流Itr15时，输出信号

达到高电平。相比之下，当电流Itr14小于恒流Itr15时，输出信号

达到低电平。根据P-ch晶体管Tr14和耗尽型晶体管Tr15之间的晶体管尺寸比率，可以设置第一电流值。

此外，电能存储装置1a的输出电流取决于作为开关Sw4的P-ch晶体管Tr10的尺寸，并因此，可以通过调整P-ch晶体管Tr10和P-ch晶体管Tr13的尺寸比率来设置第一电流值。然而，由于P-ch晶体管Tr13和P-ch晶体管Tr14由电流镜电路构成，所以可以调整P-ch晶体管Tr13和P-ch晶体管Tr14的尺寸比率。

串联恢复控制单元14包括：N沟道晶体管Tr17，其是在输出电流Iout被输出的同时接通的开关Sw6；构成产生串联恢复信号

的逆变器的耗尽型晶体管Tr16；N沟道晶体管Tr18；电容器C3；以及控制串并联切换控制单元5B的N-ch晶体管Tr19。串联恢复控制单元14可以具有电阻器而不是耗尽型晶体管Tr16。

在此情况下，当输出电流Iout大于第一电流值时，输出信号

处于高电平，并且串联恢复信号

处于低电平，但是当输出电流Iout变为小于第一电流值时，串联恢复信号

达到高电平，并且相应地，N-ch晶体管Tr19接通。相应地，用于串联连接电容器C1、C2的、高电平的控制信号

和低电平的控制信号

被输出到串并联切换控制单元5B。

此外，串并联切换单元6包括P-ch晶体管Tr6、N-ch晶体管Tr7以及模拟开关Tr8和Tr9。

在此情况下，图21A到图21B示出图20的电能存储装置1A中的电流的流动。图21A是示出当根据第二实施例的电能存储装置1A存储电力时、电能存储装置1A的电流的流动的电路图。图21B是示出当根据第二实施例的电能存储装置1A供应电力时、电能存储装置1A的电流的流动的电路图

构成开关Sw1的P-ch晶体管Tr6的栅极接收控制信号

相应地，当控制信号

处于低电平时，即当电能存储装置1A供应电力时，P-ch晶体管Tr6接通。

构成开关Sw2的N-ch晶体管Tr7的栅极接收控制信号

相应地，控制信号

处于高电平时，即当电能存储装置1A供应电力时，N-ch晶体管Tr7接通。

构成开关Sw3的P-ch晶体管Tr8的栅极接收控制信号

并且N-ch晶体管Tr9的栅极接收控制信号

相应地，当控制信号

处于低电平且控制信号

处于高电平时，即当电能存储装置1A存储电力时，开关Sw3接通。

在输出切换单元8的开关Sw4中，P-ch晶体管Tr10的栅极接收控制信号

而N-ch晶体管Tr11的栅极接收控制信号

因此，当控制信号

处于低电平且控制信号

处于高电平时，即当电能存储装置1A向负载电路3供应电力时，开关Sw4接通。

构成开关Sw5的P-ch晶体管Tr12的栅极接收控制信号

当控制信号

处于低电平时，即当电能存储装置1A向负载电路3供应电力时，开关Sw5接通。

构成开关Sw6的N沟道晶体管Tr17的栅极接收控制信号

当控制信号

处于高电平时，即当电能存储装置1A向负载电路3供应电力时，开关Sw6接通。

电流流过串并联切换单元6所包含的开关Sw1、Sw2、Sw3、输出切换单元8的开关Sw4、输出电流检测单元13的开关Sw5、串联恢复控制单元的开关Sw6，从而仅当连接在串联连接和并联连接之间切换时才切换开关的状态。因此，可以减少在电力存储和电力供应之间进行切换所消耗的电流。

<根据第二实施例的电能存储装置1a的操作的示例>

接着，参照图22说明电能存储装置1a的操作。图22是示出根据第二实施例的电能存储装置1a的操作的示例的定时图。

整流电路4对电能产生设备2产生的电力进行整流，并且经整流的电力被供应给电能存储装置1a。

在时间T0，电容器C1、C2不处于用于存储电力的状态。

在时间T1，经整流的电力开始输入到电能存储装置1a。因为串并联切换控制单元5B具有高阻抗配置，所以从具有高阻抗的电能产生设备2输出的电力启动串并联切换控制单元5B并使其产生控制信号

和

当开始存储电能时，控制信号

达到高电平，而控制信号

达到低电平。相应地，串并联切换单元6被启动以关闭开关Sw1、Sw3并接通开关Sw2。结果，电能存储单元7的电容器C1、C2串联连接。另外，来自输出电流检测单元13的输出信号

达到低电平，而串联恢复控制单元14的串联恢复信号

达到低电平。

当在电容器C1、C2处于串联状态的同时输入电压Vin(即来自电能产生设备2的电力)达到10V(变为等于或大于第一电压值)时，串并联选择器开关控制单元50B进行操作以在时间T2将控制信号

切换为低电平并且将控制信号

切换为高电平。作为响应，串并联切换单元6进行操作以关闭开关Sw2并接通开关Sw1、Sw3。结果，电容器C1、C2并联连接。当电容器C1、C2从串联连接切换到并联连接时，电压从(Vin＝V_C1+V_C2)改变为(Vin＝V_C1＝V_C2)。相应地，存储的电力的电压(即，输入电压Vin)减少一半(10V至5V)。

在时间T3，当负载电路3被启动时，电力(即，输出电压Vout)被供应给负载电路3，并且相应地，输入电压Vin降低。另外，来自输出电流检测单元13的输出信号

达到高电平，而串联恢复控制单元14的串联恢复信号

达到低电平。此外，输入电压Vin降低。

在此情况下，从时间T2到T4，假设没有从电能产生设备2接收到电力。

当输入电压Vin降低至2V(第二电压值)时，在时间T4，控制信号

达到高电平，而控制信号

达到低电平。相应地，开关Sw1、Sw3关闭，而开关Sw2接通。结果，电能存储单元7的电容器C1、C2串联连接，并且来自电能产生设备2的电力存储在电能存储单元7中。此外，到负载电路3的输出电流Iout停止。相应地，输出信号

达到低电平，而串联恢复信号

达到低电平。

当在电容器C1、C2串联连接的同时输入电压Vin(即来自电能产生设备2的电力)达到10V时，串并联选择器开关控制单元50B进行操作以在时间T5将控制信号

切换为低电平并将控制信号

切换为高电平。相应地，串并联切换单元6进行操作以关闭开关Sw2并接通开关Sw1、Sw3，从而使得电容器C1、C2并联连接。当电能存储单元7的电容器C1、C2从串联连接切换为并联连接时，电压从(Vin＝V_C1+V_C2)改变为(Vin＝V_C1＝V_C2)。相应地，存储的电力的电压(即，输入电压Vin)减少一半(10V至5V)。

此后，在时间T6，当负载电路3被启动时，电力(即输出电压Vout)被供应给负载电路3，输出电流检测单元13的输出信号

达到高电平，并且串联恢复控制单元14的串联恢复信号

变为低电平。此外，输入电压Vin降低。

此后，在时间T7，当负载电路3的电流改变时，输入电压Vin根据输出电流Iout的幅度而降低。

在此情况下，从时间T5到T11，假设没有从电能产生设备2接收到电力。

此后，在时间T8，当负载电路3停止操作并且输出电流Iout达到0A时，或者当负载电路3的电流达到0.5mA或更小(即，达到第一电流值或更小)时，输出电流检测单元13检测流过P-ch晶体管Tr13的电流，并且输出电流检测单元13的输出信号

在时间T9达到低电平。

此后，在时间T10，串联恢复控制单元14的串联恢复信号

达到高电平。

此后，在时间T11，串并联选择器开关控制单元50B进行操作以将控制信号

切换到高电平并且将控制信号

切换到低电平。作为响应，串并联切换单元6进行操作以接通开关Sw2并关闭开关Sw1、Sw3。然后，电容器C1、C2串联连接以存储来自电能产生设备2的电力。

之后，在时间T12，输出电流检测单元13的输出信号

达到低电平，而串联恢复控制单元14的串联恢复信号

达到低电平。

在此方式中，在电能存储装置1a中，由串联连接的电容器C1、C2存储由电能产生设备2产生的电力，并且当所存储的电力的电压达到第一电压值时，电容器C1、C2可以切换为并联连接。当输出电流检测单元13检测到的输出电流达到第一电流值或更小时，电能存储装置1a可以将电容器C1、C2的连接从并联连接切换为串联连接。

<电能存储系统100a的动作和效果>

如上所述，在第二实施例中，基于具有电容器C1、C2的电能存储单元7的输出电流，来将电容器C1、C2的连接从并联连接切换为串联连接。例如，当在电容器C1、C2并联连接以从电能存储装置1a供应电能的同时输出电流达到第一电流值或更小时，电容器C1、C2的连接从并联连接切换到串联连接。因此，串联连接的电容器C1、C2可以存储由电能产生设备2所产生的电力而不用等待所存储的电力的电压达到第二电压值或更小，从而使得可以更有效地存储电能。

实施例尤其适用于存储和供应由诸如电能产生橡胶之类的低频电能产生设备产生的电力，但实施例不限于此。实施例还可以应用于存储和供应由诸如能量收集之类的高频电能产生设备产生的电力。

在上述实施例中，假设输出电流检测单元13的第一电流值为0.5mA，但实施例不限于此，并且输出电流检测单元13的第一电流值可以根据需要进行改变。

图20示出了具有两个电容器C1、C2的电能存储装置1a，但是电容器的数量不限于此，并且可以进一步增加。此后，作为第二实施例的第一修改实施例，说明具有四个电容器的电能存储装置1b。

<第一修改实施例>

图23是示出根据第二实施例的第一修改实施例的电能存储装置1b的电路配置的示例的电路图。

图23示出包括四个电容器的电能存储单元70和切换四个电容器的连接的四串并联切换IC 90b的内部块。

串并联选择器切换单元60对应于图20的串并联切换单元6并且包括开关组61、62、63。当电容器C1、C2、C3、C4并联连接时，开关组61、62、63中的每一个接通，而当电容器C1、C2、C3、C4串联连接时，开关组61、62、63中的每一个关闭。当电容器C1、C2、C3、C4串联连接时，开关组62接通，而当电容器C1、C2、C3、C4并联连接时，开关组62关闭。开关80对应于图20的输出切换单元8。

串并联切换控制单元5B’类似于图20所示的用于切换两个电容器的串并联切换控制单元5。输出电流检测单元13和串联恢复控制单元14类似于图22。如图18所示当多个电容器以多级串联地级联连接时，串并联切换控制单元5B’包括用于切换主侧和从侧的主从切换电路55。

通过提供主从切换电路55，多个IC被配置为级联连接为从IC，并且多个IC中的每一个的输出电压Vout输出被配置为连接到四串并联切换主IC，从而使得可以实现多级连接。

当以此方式进行多级连接时，通过根据主/从方案控制多个IC来控制多级连接。相应地，可以以更多的级数来连接电容器，并且可以实现更高的效率。

<第二修改实施例>

随后，对根据第二修改实施例的电能存储系统100e进行说明。

能够存储和供应电力的负载驱动电能存储装置和电能存储装置1可以连接在根据以上说明的第二实施例的电能存储系统100中。在此情况下，当电能存储装置1中存储的电力被存储到负载驱动电能存储装置时，电能存储装置1维持多个电容器并联连接，直到负载驱动电能存储装置中存储的电力的电压达到第二电压值或更小。因此，电能存储装置1直到存储在负载驱动电能存储装置中的电力的电压达到第二电压值或更小时才能将多个电容器切换为串联连接，可能无法达到高的电能存储效率。

在电能存储系统100中，当多个电容器串联连接时，无法向负载电路供应电力，并且可能无法达到高的电能存储效率。

相比之下，在第二修改实施例中，基于包括多个电能存储设备的电能存储单元的输出电流，将多个电能存储设备的连接从并联连接切换为串联连接，正如第二实施例一样。例如，当在多个电能存储设备并联连接的同时输出电流达到第一电流值或更小时，多个电能存储装设备的连接从并联连接切换为串联连接。即使当负载驱动电能存储装置与电能存储装置1连接时，多个串联的电能存储设备也可以存储电能而不用等待负载驱动电能存储装置中存储的电力的电压达到第二电压值或更小，并且可以提高电能存储效率。另外，可以在多个电容串联连接的同时向负载电路供应电能，可以提高电能供应效率。

<电能存储系统100e的配置示例>

参照图24说明电能存储系统100e的配置。图24是示出根据第二实施例的第二修改实施例的电能存储系统100e的配置示例的框图。如图24所示，电能存储系统100e包括电能存储装置1a和负载驱动电能存储装置10。电能存储装置1a的配置与在第一实施例中说明的配置相似。

在电能存储系统100e中，整流电路4对电能产生设备2产生的电力进行整流，并且在电能存储单元7中串联连接的电容器C1、C2存储电力。此后，在电容器C1、C2并联连接(即处于导通状态)的同时，电能存储装置1a并联地向负载驱动电能存储装置10和负载电路3两者供应电力。

电能存储装置1a不仅向负载电路3而且还向负载驱动电能存储装置10供应电能存储单元7中存储的电力。

负载驱动电能存储装置10包括双电层电容器、锂离子电容器等。替代地，负载驱动电能存储装置10可由诸如锂离子电池、铅酸电池等之类的各种电能存储设备构成。负载驱动电能存储装置10是能够存储电力和供应电力的装置。负载驱动电能存储装置10向负载电路3供应用于对负载电路3供能的电力。

控制负载驱动电能存储装置10对负载电路3的电能供应的方法没有特别限制。例如，可以基于从外部装置给定的控制信号来执行控制。替代地，例如，负载驱动电能存储装置10可以提供有定时器，并且可以执行控制以基于由定时器测量的时间以预定或给定的时间间隔来向负载电路3供应电力。

以如上所述的方式，串联连接的电容器C1、C2中存储的电力的电压达到第一电压值，串并联切换单元6被启动以并联连接电容器C1、C2。然后，将存储在电容器C1、C2中的电力供应并存储到负载驱动电能存储装置10中，从而使得满足Vin＝V_C1＝V_C2＝V_och，并且此外，存储在电容器C1、C2中的电力被供应到负载电路3。在此情况下，V_och表示存储在负载驱动电能存储装置10中的电力的电压。

然而，在设置了负载电路3的启动电压的情况下，当存储的电力的电压V_och小于负载电路3的启动电压时，仅将电力供应给负载驱动电能存储装置10，而当存储的电力的电压V_och等于或大于负载电路3的启动电压时，将电力供应给负载驱动电能存储装置10和负载电路3两者。

之后，当电能存储单元7所存储的电力的电压达到第二电压值或更小时，串并联切换单元6在串并联切换控制单元5的控制下进行操作，以将电容器C1、C2切换为串联连接。串联连接的电容器C1、C2存储由电能产生设备2产生的电力。

输出电流检测单元13检测从电能存储装置1a输出到负载电路3和负载驱动电能存储装置10的电流，并将检测结果输出到串联恢复控制单元14。当输出电流检测单元13检测到的输出电流达到第一电流值或更小时，串联恢复控制单元14使串并联切换控制单元5将电容器C1、C2的连接从并联连接切换为串联连接。串并联切换单元6在串并联切换控制单元5的控制下进行操作，以将电容器C1、C2的连接从并联连接切换为串联连接。串联连接的电容器C1、C2存储由电能产生设备2产生的电力。

电能存储装置1a向负载电路3和负载驱动电能存储装置10供应电力，并且在电能存储单元7中存储的电力的电压达到第一电压或更小的情况以及输出电流达到第一电流值或更小的情况中的任一情况下，电容器C1、C2切换为串联连接以存储由电能产生设备2所产生的电力。因此，电容器C1、C2可有效充电。

即使当电能存储系统100e由于其正在存储电力而无法向负载电路3供应电力时，也能够将存储在负载驱动电能存储装置10中的电力供应给负载电路3。因此，负载电路3能够连续地操作。

<根据第二修改实施例的电能存储装置1a的操作>

随后，参照图25说明根据第二修改实施例的电能存储装置1a的操作。图25是示出根据第二修改实施例的电能存储装置1a的操作的示例的定时图。直到时间T1的操作与参照图22说明的操作类似，并且省略关于其的说明。

当在电容器C1、C2串联连接的同时输入电压Vin(即，来自电能产生设备2的电力)达到10V(即，第一电压)时，串并联选择器开关控制单元50进行操作以在时间T2将控制信号

切换为低电平并且将控制信号

切换为高电平。作为响应，串并联切换单元6被启动以关闭开关Sw2并打开开关Sw1、Sw3。结果，电能存储单元7的电容器C1、C2并联连接。当电能存储单元7的电容器C1、C2从串联连接切换为并联连接时，电压从(Vin＝V_C1+V_C2)改变为(Vin＝V_C1＝V_C2)。相应地，所存储的电力的电压(即，输入电压Vin)减少一半(10V至5V)，并且同时，存储在电能存储单元7的电容器C1、C2中的电力被供应给负载电路3和负载驱动电能存储装置10，并且相应地，负载驱动电能存储装置10的电位增加。

在时间T2处，电能存储装置1a的输出电流Iout开始流动，并且在时间T3处，输出电流检测单元13的输出信号

达到高电平，而串联恢复控制单元14的串联恢复信号

达到低电平。此外，输入电压Vin降低。

在此情况下，从时间T2到T4，假设没有从电能产生设备2接收到电力。此外，没有将电能供应给负载电路3。

当输入电压Vin下降并在时间T4处达到2V时，控制信号

达到高电平，而控制信号

达到低电平。相应地，开关Sw1、Sw3关闭，而开关Sw2接通。结果，电能存储单元7的电容器C1、C2串联连接以存储来自电能产生设备2的电力。

另外，在时间T4处，到负载电路3和负载驱动电能存储装置10的输出电流Iout停止，并且在时间T5处，输出信号

达到低电平，而串联恢复信号

达到低电平。

当输入电压Vin(即，来自电能产生设备2的电力)达到10V时，串并联选择器开关控制单元50B进行操作以在时间T6将控制信号

切换为低电平并且将控制信号

切换为高电平。作为响应，串并联切换单元6进行操作以关闭开关Sw2并打开开关Sw1、Sw3。结果，电能存储单元7的电容器C1、C2并联连接。当电能存储单元7的电容器C1、C2从串联连接切换为并联连接时，电压从(Vin＝V_C1+V_C2)改变为(Vin＝V_C1＝V_C2)。相应地，所存储的电力的电压(即，输入电压Vin)减少一半(10V至5V)，并且同时，存储在电能存储单元7的电容器C1、C2中的电力被供应给负载电路3和负载驱动电能存储装置10，并且相应地，负载驱动电能存储装置10的电位增加。

根据负载驱动电能存储装置10的电压V_och的电位的增加，在时间T8处输入电压Vin增加到2V或更大。之后，电能存储装置1a的输出电流Iout降低至5mA或更小。在时间T9处，输出电流检测单元13的输出信号

达到低电平，并且在时间T10处，串联恢复控制单元14的串联恢复信号

达到高电平。

此后，在时间T11处，控制信号

达到高电平，而控制信号

达到低电平。相应地，开关Sw1、Sw3关闭，而开关Sw2接通。结果，电容器C1、C2串联连接以存储来自电能产生设备2的电力。

此后，在时间T12处，串联恢复控制单元14的串联恢复信号

达到高电平。

在此情况下，从时间T6到T11，假设没有从电能产生设备2接收到电力。另外，假设供应给负载电路3的电能小于5mA。

上述操作是连续执行的。

以上述方式，即使当负载驱动电能存储装置与电能存储装置1a连接时，电能存储装置1a也可以将电力存储在多个串联连接的电能存储设备中，而不用等待存储在负载驱动电能存储装置中的电力的电压达到第二电压值或更小。此外，多个串联连接的电容器可以向负载电路供应电力。

<电能存储系统100e的动作和效果>

如上所述，在第二修改实施例中，即使当负载驱动电能存储装置与电能存储装置1a连接时，多个串联连接的电能存储设备也可以存储电力而不用等待存储在负载驱动电能存储装置中的电力的电压达到第二电压值或更小。此外，多个串联连接的电容器可以向负载电路供应电力，并且可以提高电能供应效率。

在上述示例中，输出电流检测单元13的第一电流检测值被设置为5mA，但是可以改变为任何值。根据负载电路3消耗的电流、电能存储单元7的电容器C1、C2的电容值，第一电压值、第二电压值以及负载驱动电能存储装置10中存储的电力的电压可以被调整为设置在负载电路3的操作电压范围内。相应地，负载电路3可以连续操作而不取决于电能产生设备2的电能产生定时。

<第三修改实施例>

在以上说明的示例中，作为用于通过负载驱动电能存储装置10向负载电路3供应电力的电能供应控制，已经说明了基于来自外部装置的控制信号的方法和利用定时器的基于时间测量的方法，但是可以用常断(normally-off)电路来执行电能供应控制。

图26是示出根据第二实施例的第三修改实施例的电能存储系统100f的配置的示例的框图，该电能存储系统100f包括这样的常断电路。如图26所示，电能存储系统100f包括负载电路3f和常断电路36。负载电路3f包括存储器33、MPU(微处理单元)34和无线通信设备35。负载电路3f的示例包括IoT设备等。

存储器33存储各种信息，诸如各种程序和数据、由IoT设备获取的测量数据、图像等。存储器33由诸如易失性或非易失性半导体存储器之类的存储设备构成。需要说明的是，存储器33包括ROM(只读存储器)和/或RAM(随机存取存储器)。

MPU 34由处理器等构成，并且控制每个单元的操作和负载电路3的整体操作。

无线通信设备35连接到另一个设备或设备及功能以作为用于发送和接收信息的接口。无线通信设备35可以包括USB连接器等。

常断电路36是在通常情况下切断从电能存储装置1a和负载驱动电能存储装置10向负载电路3f的电能供应，并在负载电路3f需要电能的任意给定的定时处使电能存储装置1a和负载驱动电能存储装置10向负载电路3f供应电力的电路。常断电路36被配置为包括MOSFET等。

利用电能存储系统100f的配置，在通常情况下切断电力的供应，并且在负载电路3f需要电能的任意给定的定时处供应电力，从而使得能够降低电力消耗。根据第三修改实施例的电能存储系统100f特别适用于在正常情况下经常切断电能供应并且仅以预定或给定的周期或在预定或给定的情况下才执行数据采集和数据传输的IoT设备等。

实施例还包括控制装置。例如，控制装置是用于控制电能存储装置的控制装置，该电能存储装置包括：电能存储单元，其包括存储电力的多个电能存储设备；串并联切换单元，其被配置为将多个电能存储设备的连接切换为串联连接或并联连接；以及串并联切换控制单元，其被配置为控制由串并联切换单元执行的切换，该控制装置包括串联恢复控制单元，其被配置为使得电能存储装置基于电能存储装置的输出电流而将多个电能存储设备的连接从并联连接切换到串联连接。根据这样的控制装置，可以获得与上述电能存储装置的效果类似的效果。

<第三实施例>

相对于PTL 1的电能供应电路，提高的范围与电力的电能存储效率或电能供应效率以及安全性的提高相关联。

本实施例的目的在于提高电力的电能存储效率和电能供应效率以及安全性的提高。另外，将用于将多个电能存储设备的连接从串联连接切换为并联连接的阈值电压值称为串联至并联切换阈值电压值，并且将用于将多个电能存储设备的连接从并联连接切换为串联连接的阈值电压值称为并联至串联切换阈值电压值。

在以下的实施例中，将从电能存储装置向其供应电力(即使是瞬时地)的目标称为“电力供应目标”。

<电能存储系统100a和100b的配置示例>

图27A是示出电能存储系统100a的配置的示例的框图。图27B是示出具有负载驱动电能存储装置10的电能存储系统100b的配置示例的框图。图27A和图27B所示的电能存储系统100a和100b分别以与根据上述的第二实施例的电能存储系统100a类似的方式被配置。相应地，用与根据第二实施例的电能存储系统100a的附图标记相同的附图标记来表示对应的构成元件，并在此省略与图27A和图27B分别所示的电能存储系统100a和100b有关的详细说明。此后仅说明图27A和图27B分别所示的电能存储系统100a和100b的区别。如图27A和图27B分别所示的电力供应目标3、3’对应于根据第二实施例的负载电路3。

如图27B所示，电能存储系统100b包括电能存储装置1和电力供应目标3a。此外，电力供应目标3a包括负载驱动电能存储装置10和电力供应目标电路3’。

在电能存储系统100b中，整流电路4对电能产生设备2所产生的电力进行整流，并且在电能存储单元7中串联连接的电容器C1、C2存储电力。此后，当存储的电力的电压达到第一电压值时，电容器C1、C2的连接被切换为并联连接。在并联连接状态下，电能存储单元7以并联向负载驱动电能存储装置10和电力供应目标电路3’两者供应电力。

负载驱动电能存储装置10包括双电层电容器、锂离子电容器等。替代地，负载驱动电能存储装置10可由诸如锂离子电池、铅酸电池等之类的各种电能存储设备构成。负载驱动电能存储装置10是能够存储电力和供应电力的装置。负载驱动电能存储装置10向电力供应目标电路3’供应用于对电力供应目标电路3’供能的电力。

控制负载驱动电能存储装置10对电力供应目标电路3’的电能供应的方法没有特别限制。例如，可以基于从外部装置给定的控制信号来执行控制。替代地，例如，负载驱动电能存储装置10可以提供有定时器，并且可以执行控制以基于由定时器测量的时间以预定或给定的时间间隔来向电力供应目标电路3’供应电力。

接着，说明根据第三实施例的电能存储系统200。

在此情况下，在上述的电能存储系统100a(参见图27A)中，切换为并联连接的电容器C1、C2在存储的电力的电压达到第二电压值或更小时返回到串联连接。然后，串联连接的电容器C1、C2开始被充电。之后，当存储的电力的电压达到第一电压值时，电容器C1、C2被切换为并联连接，并且并联连接的电容器C1、C2将电力供应给电力供应目标3。

用于向电力供应目标3供应电力的电能供应性能对应于电容器C1、C2所存储的电力，并因此在电能存储系统100a中，预先设置第一电压值和第二电压值，从而使得串并联切换的定时由存储到电能存储单元7的电力的量和电力供应目标3所消耗的电力的量来确定。

然而，当电力供应目标3的电力消耗较小时，电容器C1、C2直到所存储的电力的电压达到第二电压值或更小才能切换到串联连接，并且并联连接的存储电力的电容器C1、C1、C2继续存储电力。因此，电能存储单元7继续存储电力而不返回到串联连接，并且存储的电力的电压可以增加。由于存储电力的电压增加，电力供应目标3的操作可能变得不稳定，并且电力供应目标3可能降级。

因此，在根据第三实施例的电能存储系统200中，并联至串联切换阈值电压值在供应给电力供应目标3的电压或电能存储单元7中存储的电力的电压达到预定或给定的阈值电压值或更大时改变。例如，通过将设置为并联至串联切换阈值电压值的第二电压值改变为低于第二电压值的第四电压值，来延迟电能产生设备2在串联连接中充电的定时。

然后，当供应到电力供应目标3的电压达到阈值电压值或更小时，电能存储系统200返回到将第一电压值用作串联至并联切换阈值电压值以及将第二电压值用作并联至串联切换阈值电压值的串并联切换控制。第一电压值、第二电压值、第四电压值和阈值电压值中的每一个是根据电力供应目标3的电力消耗的规范等而预先确定的。

以上述方式，根据电力供应目标3的操作电压范围和工作电压范围，可以对存储在电能存储单元7中的电力的电压和供应给电力供应目标3的电压进行控制，以确保电力供应目标3的安全操作并防止其降级。

此后，详细说明电能存储系统200的配置和操作。

<电能存储系统200的配置示例>

参照图28说明电能存储系统200的配置。图28是示出根据第三实施例的电能存储系统200的配置的示例的框图。

如图19所示，电能存储系统200包括电能产生设备2、整流电路4、电能存储装置201和电力供应目标3。

整流电路4对电能产生设备2产生的电力进行整流，并且经整流的电力被输入到电能存储装置201。电能存储装置201将从整流电路4接收的电力存储到在电能存储单元7中串联连接的电容器C1、C2。当电能存储单元7中存储的电力的电压达到第一电压值时，串并联切换控制单元5启动串并联切换单元6将电容器C1、C2切换为并联连接。此后，并联连接的电容器C1、C2向电力供应目标3供应电力。

另外，电能存储装置201包括电力供应目标电压检测单元13A和串联恢复控制单元14，并且能够执行用于将电容器C1、C2的连接从并联连接切换为串联连接的控制。

电力供应目标电压检测单元13A检测电力供应目标3的电压，并将检测值输出到串联恢复控制单元14。当电力供应目标电压检测单元13A检测到的检测值达到阈值电压值或更大时，串联恢复控制单元14将并联至串联切换阈值电压值从第二电压值改变为第四电压值。

当并联的电容器C1、C2的电压达到第四电压值或更小时，串并联切换控制单元5启动串并联切换单元6以将电容器C1、C2的连接从并联连接切换到串联连接。串联连接的电容器C1、C2存储由电能产生设备2产生的电力。

<电能存储装置201的配置示例>

随后，参照图29说明包括在电能存储系统200中的电能存储装置201的配置。图29是示出根据第三实施例的电能存储装置201的电路配置的示例的电路图。

如图29所示，电能存储装置201包括串并联切换控制单元5B、串并联切换单元6、电能存储单元7、输出切换单元8、电力供应目标电压检测单元13A以及串联恢复控制单元14。需要注意的是，电能存储装置201可以被配置为集成了串并联切换控制单元5B、串并联切换单元6、电能存储单元7、输出切换单元8、电力供应目标电压检测单元13A和串联恢复控制单元14的单个电能存储IC。

电力供应目标电压检测单元13A包括构成用于检测供应给电力供应目标3的电压Vsup(以下称为供应电压Vsup)的电流比较器的耗尽型晶体管Tr13和N-ch晶体管Tr14。

在此情况下，流过耗尽型晶体管Tr13的电流是恒定电流Itr13。N-ch晶体管Tr14和耗尽型晶体管Tr13作为电流比较器进行操作，并因此，当N-ch晶体管Tr14的电流Itr14大于恒定电流Itr13时，输出信号

达到低电平。相比之下，当电流Itr14小于恒定电流Itr13时，输出信号

达到高电平。根据N-ch晶体管Tr14和耗尽型晶体管Tr13之间的晶体管尺寸比率，可以设置阈值电压值。

在串联恢复控制单元14中，当供应电压Vsup等于或大于阈值电压值时，N-ch晶体管Tr15关闭。N-ch晶体管Tr15连接在串并联选择器开关控制单元50B中的电阻器R5的GND侧端子和GND端子之间。当N-ch晶体管Tr15关闭时，电压被施加到电阻器R6的两端上，该电阻器R6连接在串并联选择器开关控制单元50B中的电阻器R5的GND侧端子和GND端子之间。

当在电容器C1、C2并联连接的同时N-ch晶体管Tr5关闭时，施加到N-ch晶体管Tr2的栅极的电压是通过将输入电压Vin乘以R4+R5+R6比上R3+R4+R5+R6的电阻比率而获得的分压。相应地，并联至串联切换阈值电压值从第二电压值减小到小于第二电压值的第四电压值。

然后，当输入电压Vin达到第四电压值或更小时，用于串联连接电容器C1、C2的高电平的控制信号

和低电平的控制信号

被输出到串并联切换控制单元5B。

串并联切换单元6包括P-ch晶体管Tr6、N-ch晶体管Tr7以及模拟开关Tr8和Tr9。

在输出切换单元8的开关Sw4中，P-ch晶体管Tr10的栅极接收控制信号

而N-ch晶体管Tr11的栅极接收控制信号

因此，当控制信号

达到低电平并且控制信号

达到高电平时(即，当向电力供应目标3供应电力时)，开关Sw4接通。

当供应电压Vsup小于阈值电压值时，N-ch晶体管Tr14关闭，并且输出信号

达到高电平。相应地，N-ch晶体管Tr15接通，从而使得施加到N-ch晶体管Tr2的栅极的电压变为通过将输入电压Vin乘以R4+R5比上R3+R4+R5的电阻比率而获得的分压，并且并联至串联切换阈值电压值从第四电压值改变为第二电压值。

以上述方式，当供应电压Vsup增大超过阈值电压值时，将并联至串联切换阈值电压值改变为较小的值，以便减少串联状态下的充电。通过监视供应电压Vsup来控制存储到电能存储单元7的电力的量和电力供应目标3所消耗的电力的量，从而使得供应电压Vsup落入电力供应目标3的操作电压范围和/或基于安全性和降级的工作电压范围内。

<电能存储装置201的操作的示例>

接着，参照图30说明电能存储装置201(参见图29)的操作。图30是示出图29的电能存储装置201的操作的示例的定时图。

整流电路4对电能产生设备2产生的电力进行整流，并且经整流的电力被输入到电能存储装置201。

在时间T0，电容器C1、C2不处于用于存储电力的状态。

在时间T1，经整流的电力开始输入到电能存储装置201。因为串并联切换控制单元5B具有高阻抗配置，所以从具有高阻抗的电能产生设备2输出的电力启动串并联切换控制单元5B并使其产生控制信号

和

当开始存储电能时，控制信号

达到高电平，而控制信号

达到低电平。相应地，串并联切换单元6被启动以关闭开关Sw1、Sw3并接通开关Sw2。结果，电能存储单元7的电容器C1、C2串联连接。另外，来自电力供应目标电压检测单元13A的输出信号

达到高电平，并且相应地，串联恢复控制单元14的N-ch晶体管Tr15接通。

当在电容器C1、C2串联连接的同时输入电压Vin(即，来自电能产生设备2的电力)达到10V(即，第一电压值)时，串并联选择器开关控制单元50B进行操作以在时间T2将控制信号

切换到低电平并且将控制信号

切换到高电平。

作为响应，串并联切换单元6被启动以关闭开关Sw2并接通开关Sw1、Sw3。结果，电能存储单元7中的电容器C1、C2并联连接。当电容器C1、C2从串联连接切换到并联连接时，电压从(Vin＝V_C1+V_C2)改变为(Vin＝V_C1＝V_C2)。相应地，存储的电力的电压(即，输入电压Vin)降低一半(10V至5V)，并且同时，存储在电能存储单元7的电容器C1、C2中的电力被供应给电力供应目标3，并且相应地，电力供应目标3的电压增大。

之后，在时间T2，电能存储装置201开始向电力供应目标3供应电力。然后，在时间T3，当输入电压Vin达到3.5V(第二电压值的示例)或更小时，输出信号

达到高电平。串联恢复控制单元14中的N-ch晶体管Tr15保持接通。相应地，控制信号

处于高电平，而控制信号

处于低电平。当开关Sw1、Sw3关闭并且开关Sw2接通时，电容器C1、C2串联连接，并且电容器C1、C2存储由电能产生设备2产生的电力。

当在电容器C1、C2串联连接的同时输入电压Vin(即，来自电能产生设备2的电力)达到10V(即，第一电压值)时，串并联选择器开关控制单元50B进行操作以在时间T4将控制信号

切换到低电平并且将控制信号

切换到高电平。作为响应，串并联切换单元6进行操作以关闭开关Sw2并接通开关Sw1、Sw3。结果，电容器C1、C2并联连接。

当电容器C1、C2从串联连接切换到并联连接时，电压从(Vin＝V_C1+V_C2)改变为(Vin＝V_C1＝V_C2)。相应地，存储的电力的电压(即，输入电压Vin)降低一半(10V至5V)，并且同时，存储在电能存储单元7的电容器C1、C2中的电力被供应给电力供应目标3，并且相应地，电力供应目标3的电压增大。

当电力供应目标3的电压增大并且在时间T9处供应电压Vsup到达2.8V(阈值电压值的示例)时，电力供应目标电压检测单元13A的输出信号

达到低电平，而串联恢复控制单元14的N-ch晶体管Tr5关闭。施加到N-ch晶体管Tr2的栅极的电压变为通过将输入电压Vin乘以R4+R5+R6比上R3+R4+R5+R6的电阻比率而获得的分压，而并联至串联切换阈值电压值从3.5V变为3.0V(第四电压值的示例)。

之后，在时间T11，由于供应电压Vsup为2.8V或更大，因此当输入电压Vin变为3.0V或更小时，输出信号

达到高电平。串联恢复控制单元14的N-ch晶体管Tr15保持接通。相应地，控制信号

达到高电平，而控制信号

达到低电平。结果，开关Sw1、Sw3关闭，而开关Sw2接通。因此，电容器C1、C2串联连接，并且电容器C1、C2存储由电能产生设备2产生的电力。

以上述方式，电能存储系统200能够根据由电力供应目标电压检测单元13A检测出的检测值来控制供应电压Vsup。

<电能存储系统200的动作和效果>

如上所述，在第三实施例中，当供应电压Vsup增大超过阈值电压值时，将并联至串联切换阈值电压值改变为较小的值，以减少串联状态下的充电。通过根据供应电压Vsup来控制从电能产生设备2接收的电力，电能存储系统200可以在电力供应目标3的操作电压范围和/或基于安全性和降级的工作电压范围内进行操作。另外，即使在供应电压Vsup降低时，也能够控制从电能产生设备2接收的电力，并因此，通过有效地利用电能产生设备2产生的电力，电力供应目标3可以安全地操作，并且可以防止电力供应目标3的降级。

第三实施例尤其适用于存储和供应由诸如电能产生橡胶之类的低频电能产生设备产生的电力，但第三实施例不限于此。第三实施例还可以应用于存储和供应由诸如能量收集之类的高频电能产生设备产生的电力。

可以以各种方式改变根据第三实施例的电能存储系统200和电能存储装置201。此后，主要说明来自电能存储系统200或电能存储装置201的各个修改实施例的区别点。

<第一修改实施例>

首先，参照图3说明根据第三实施例的第一修改实施例的电能存储系统200a。图31是示出根据第三实施例的第一修改实施例的电能存储系统200a的配置的示例的框图。如图31所示，电能存储系统200a具有包括负载驱动电能存储装置10的电力供应目标3a。

在电能存储系统200a中，整流电路4对电能产生设备2产生的电力进行整流，并且在电能存储单元7中串联连接的电容器C1、C2存储经整流的电力。之后，当存储电力的电压达到第一电压值时，电容器C1、C2切换为并联连接。相应地，并联连接的电容器C1、C2向电力供应目标3a所包括的负载驱动电能存储装置10和电力供应目标电路3’两者并联地供应电力。

负载驱动电能存储装置10包括双电层电容器、锂离子电容器等。替代地，负载驱动电能存储装置10可由诸如锂离子电池、铅酸电池等之类的各种电能存储设备构成。负载驱动电能存储装置10是能够存储电力和供应电力的装置。负载驱动电能存储装置10向电力供应目标电路3’供应用于对电力供应目标电路3’供能的电力。

控制负载驱动电能存储装置10对电力供应目标电路3’的电能供应的方法没有特别限制。例如，可以基于从外部装置给定的控制信号来执行控制。替代地，例如，负载驱动电能存储装置10可以提供有定时器，并且可以执行控制以基于由定时器测量的时间以预定或给定的时间间隔来向电力供应目标电路3’供应电力。

如上所述，当串联连接的电容器C1、C2中存储的电力的电压达到第一电压值时，串并联切换单元6被启动以并联连接电容器C1、C2。然后，将存储在电容器C1、C2中的电力供应并存储到负载驱动电能存储装置10中，从而使得满足Vin＝V_C1＝V_C2＝V_och，并且此外，存储在电容器C1、C2中的电力被供应到电力供应目标电路3’。在此情况下，V_och表示存储在负载驱动电能存储装置10中的电力的电压。

然而，在设置了电力供应目标电路3’的启动电压的情况下，当存储的电力的电压V_och小于电力供应目标电路3’的启动电压时，仅将电力供应给负载驱动电能存储装置10，而当存储的电力的电压V_och等于或大于电力供应目标电路3’的启动电压时，将电力供应给负载驱动电能存储装置10和电力供应目标电路3’两者。

之后，当电能存储单元7所存储的电力的电压达到第二电压值或更小时，串并联切换单元6在串并联切换控制单元5的控制下进行操作，以将电容器C1、C2切换为串联连接。串联连接的电容器C1、C2存储由电能产生设备2产生的电力。

电能存储装置201向电力供应目标电路3’和负载驱动电能存储装置10供应电力，并且当电能存储单元7中存储的电力的电压达到第二电压或更小时，电容器C1、C2切换为串联连接以存储由电能产生设备2所产生的电力。因此，电容器C1、C2可有效充电。

即使当电能存储系统200a由于其正在存储电力而无法向电力供应目标电路3’供应电力时，也能够将存储在负载驱动电能存储装置10中的电力供应给电力供应目标电路3’。因此，电力供应目标电路3’能够连续地操作。

此外，通过检测供应给电力供应目标3a的供应电压Vsup，能够将供应电压Vsup控制在电力供应目标3a的操作电压范围和/或基于安全性和降级的工作电压范围内。

<第二修改实施例>

图32是示出根据第三实施例的第二修改实施例的电能存储装置201b的电路配置的示例的电路图。如图32所示，电能存储装置201b包括电力供应目标电压检测单元13Ab。

电力供应目标电压检测单元13Ab包括稳定电路，该稳定电路用于防止电能存储装置201b的操作由于在检测供应电压Vsup时在电力供应目标3中出现的噪声和/或在电能产生设备2中出现的噪声而变得不稳定。利用电力供应目标电压检测单元13Ab，能够使电能存储装置201b的操作稳定。除了上述以外的配置和操作与电能存储装置201相类似，并因此省略关于其的重复说明。

<第三修改实施例>

<配置示例>

图33是示出根据第三实施例的第三修改实施例的电能存储装置201c的电路配置的示例的电路图。如图33所示，电能存储装置201c包括电力供应目标电压检测单元13Ac和串并联切换控制单元5Bc。

电力供应目标电压检测单元13Ac包括构成用于检测供应电压Vsup的电流比较器的耗尽型晶体管Tr13和N-ch晶体管Tr14。在此情况下，流过耗尽型晶体管Tr13的电流是恒定电流Itr13。N-ch晶体管Tr14和耗尽型晶体管Tr13作为电流比较器进行操作，并因此，当N-ch晶体管Tr14的电流Itr14大于恒定电流Itr13时，输出信号

达到低电平。相比之下，当电流Itr14小于恒定电流Itr13时，输出信号

达到高电平。根据N-ch晶体管Tr14和耗尽型晶体管Tr13之间的晶体管尺寸比率，可以设置阈值电压值。

在串联恢复控制单元14c中，当供应电压Vsup等于或大于阈值电压值时，P-ch晶体管Tr15接通。P-ch晶体管Tr15连接在串并联选择器开关控制单元50Bc的电阻器R3的Vin侧端子与Vin端子之间。然后，在电容器C1、C2并联连接的情况下，N-ch晶体管Tr5关闭。相应地，施加到N-ch晶体管Tr2的栅极的电压变为通过将输入电压Vin乘以R4+R5比上R3+R4+R5的电阻比率而获得的分压，并且并联至串联切换阈值电压值降低并且从第二电压值改变为小于第二电压值的第四电压值。

然后，当输入电压Vin变为第四电压值或更小时，用于串联连接电容器C1、C2的高电平的控制信号

和低电平的控制信号

被输出到串并联切换控制单元5B。

另外，即使在电容器C1、C2串联连接的同时对电容器C1、C2进行充电而供应电压Vsup为阈值电压值或更大时，施加到N-ch晶体管Tr2的栅极的电压变为通过将输入电压Vin乘以R4+R5比上R3+R4+R5的电阻比率而获得的分压，并且串联至并联切换阈值电压值降低并且从第一电压值改变为小于第一电压值的第五电压值。

当供应电压Vsup小于阈值电压值时，N-ch晶体管Tr14关闭，输出信号

达到高电平，并且P-ch晶体管Tr15关闭。施加到N-ch晶体管Tr2的栅极的电压变为通过将输入电压Vin乘以R4+R5比上R3+R6+R4+R5的电阻比率而获得的分压。从并联连接到串联连接的恢复电压从第四电压值改变到第二电压值。从串联连接到并联连接的恢复电压从第五电压值改变到第一电压值。

<操作的示例>

接着，参照图34说明电能存储装置201c(参见图33)的操作。

图34是示出图33的电能存储装置201c的操作的示例的定时图。图34示出在将电能存储装置201c应用于电能存储系统200a的情况下的操作的示例，其中负载驱动电能存储装置10被包括在电力供应目标3a中。

整流电路4对电能产生设备2产生的电力进行整流，并且经整流的电力被输入到电能存储装置201c。

在时间T0处，电容器C1、C2处于不存储电力的状态。

在时间T1，经整流的电力开始输入到电能存储装置201c。因为串并联切换控制单元5B具有高阻抗配置，所以从具有高阻抗的电能产生设备2输出的电力启动串并联切换控制单元5B并使其产生控制信号

和

当开始存储电能时，控制信号

达到高电平，而控制信号

达到低电平。相应地，串并联切换单元6被启动以关闭开关Sw1、Sw3并接通开关Sw2。结果，电能存储单元7的电容器C1、C2串联连接。另外，来自电力供应目标电压检测单元13A的输出信号

达到高电平，并且相应地，串联恢复控制单元14的N-ch晶体管Tr15接通。

当在电容器C1、C2串联连接的同时输入电压Vin(即，来自电能产生设备2的电力)达到10V(即，第一电压)时，串并联选择器开关控制单元50B进行操作以在时间T2将控制信号

切换到低电平并且将控制信号

切换到高电平。

作为响应，串并联切换单元6被启动以关闭开关Sw2并接通开关Sw1、Sw3。结果，电能存储单元7中的电容器C1、C2并联连接。当电容器C1、C2从串联连接切换到并联连接时，电压从(Vin＝V_C1+V_C2)改变为(Vin＝V_C1＝V_C2)。相应地，存储的电力的电压(即，输入电压Vin)降低一半(10V至5V)，并且同时，存储在电能存储单元7的电容器C1、C2中的电力被供应给电力供应目标3，并且相应地，电力供应目标3的电压增大。

之后，在时间T2，电能存储装置201c开始向电力供应目标3a供应电力。然后，在时间T3，当输入电压Vin达到3.5V(第二电压值的示例)或更小时，输出信号

达到高电平。串联恢复控制单元14中的N-ch晶体管Tr15保持关闭。相应地，控制信号

处于高电平，而控制信号

处于低电平。当开关Sw1、Sw3关闭并且开关Sw2接通时，电容器C1、C2串联连接，并且电容器C1、C2存储由电能产生设备2产生的电力。

从时间T2到T3，假设没有从电能产生设备2接收到电力。

当在电容器C1、C2串联连接的同时输入电压Vin(即，来自电能产生设备2的电力)达到10V(即，第一电压值)时，串并联选择器开关控制单元50Bc进行操作以在时间T4将控制信号

切换到低电平并且将控制信号

切换到高电平。作为响应，串并联切换单元6进行操作以关闭开关Sw2并接通开关Sw1、Sw3。结果，电容器C1、C2并联连接。

当电容器C1、C2从串联连接切换到并联连接时，电压从(Vin＝V_C1+V_C2)改变为(Vin＝V_C1＝V_C2)。相应地，存储的电力的电压(即，输入电压Vin)减少一半(10V至5V)，并且同时，存储在电能存储单元7的电容器C1、C2中的电力被供应给电力供应目标3a，并且因此，电力供应目标3a的电压增大。

当电力供应目标3a的电压增大并且在时间T9处供应电压Vsup到达2.8V(阈值电压值的示例)时，电力供应目标电压检测单元13A的输出信号

达到低电平，串联恢复控制单元14的N-ch晶体管Tr5接通。施加到N-ch晶体管Tr2的栅极的电压变为通过将输入电压Vin乘以R4+R5比上R3+R4+R5的电阻比率而获得的分压，而并联至串联切换阈值电压值从3.5V变为3.0V(第四电压值的示例)。因为通过将输入电压Vin乘以R4+R5比上R3+R4+R5的电阻比率而获得的分压保持不变，所以串联至并联切换阈值电压值从第一电压值切换到低于10V(第一电压值的示例)的8V(第五电压值的示例)。

之后，在时间T11，由于供应电压Vsup为阈值电压值或更大，因此当输入电压Vin为3.0V或更小时，输出信号

达到低电平。串联恢复控制单元14的N-ch晶体管Tr15保持接通。相应地，控制信号

达到高电平，而控制信号

达到低电平。结果，开关Sw1、Sw3关闭，而开关Sw2接通。因此，电容器C1、C2串联连接，并且电容器C1、C2存储由电能产生设备2产生的电力。

当在电容器C1、C2串联连接的同时输入电压Vin达到8V时，串并联选择器开关控制单元50Bc进行操作以在时间T12将控制信号

切换为低电平并且将控制信号

切换为高电平。作为响应，串并联切换单元6进行操作以关闭开关Sw2并接通开关Sw1、Sw3。结果，电容器C1、C2并联连接。

电能存储单元7的电容器C1、C2从串联连接切换为并联连接时，电压从(Vin＝V_C1+V_C2)改变为(Vin＝V_C1＝V_C2)。相应地，所存储的电力的电压(即，输入电压Vin)减少一半(8V至4V)，并且同时，存储在电能存储单元7的电容器C1、C2中的电力被供应给电力供应目标3a，并且相应地，电力供应目标3a的电压增大。

此时，串联至并联切换阈值电压值与第五电压值相同。因此，并联连接期间的电压(Vin＝V_C1＝V_C2)低，而向负载驱动电能存储装置10供应电力的电能供应性能降低。

从时间T9到时间T15，只要供应电压Vsup大于阈值电压值，电容器C1、C2的连接在输入电压Vin达到第四电压值时从并联连接切换到串联连接，并且电容器C1、C2的连接在输入电压Vin达到第五电压值或更大时从串联连接切换为并联连接。

当供应电压Vsup在时间T15达到阈值电压值或更小时，电容器C1、C2的连接在输入电压Vin在时间T16达到第二电压值时从并联连接切换到串联连接。

随后，在时间T17，当输入电压Vin达到第四电压值时，电容器C1、C2的连接从串联连接切换到并联连接。

以上述方式，当包括负载驱动电能存储装置10的电力供应目标3a被连接时，电能存储装置201c可以根据电力供应目标电压检测单元13Ac所检测到的检测值来控制供应电压Vsup。

在以上说明的示例中，已经对将电能存储装置201c应用于电能存储系统200a的情况下的操作进行了说明，其中负载驱动电能存储装置10被包括在电力供应目标3a中。但是，即使在电力供应目标3a不包含负载驱动电能存储装置10的情况下，电能存储装置201c也能够以类似的方式进行操作。具体而言，当在电能存储装置201c处于并联连接状态以增加电能存储单元7中存储的电力的电压的情况下从电能产生设备2连续供应电力，并且来自电能存储装置201c的供应电压Vsup达到2.8V或更大时，可以对供应电压Vsup进行控制。

对于电能存储装置201c，可以提供稳定电路以防止电能存储装置的操作由于在检测供应电压Vsup时在电力供应目标3a中出现的噪声和/或在电能产生设备2中出现的噪声而变得不稳定。

图35是示出提供有稳定电路的电能存储装置201d的电路配置的示例的电路图。如图35所示，电能存储装置201d包括电力供应目标电压检测单元13Ad。

电力供应目标电压检测单元13Ad包括稳定电路，该稳定电路用于防止电能存储装置201d的操作由于在检测供应电压Vsup时在电力供应目标3a中出现的噪声和/或在电能产生设备2中出现的噪声而变得不稳定。利用电力供应目标电压检测单元13Ad，能够使电能存储装置201d的操作稳定。除了上述以外的配置和操作与电能存储装置201相类似，并因此省略关于其的重复说明。

<第四修改实施例>

在上述示例中，已经说明了包括两个电容器C1、C2的电能存储装置，但是电容器的数量不限于此。可以进一步增加电容器的数量。图36是示出具有更多电容器的电能存储装置201e的电路配置的示例的电路图。具体而言，图36示出包括四个电容器的电能存储单元70和用于切换四个电容器的连接的四串并联切换IC 90A的内部块。

串并联选择器切换单元60对应于图29的串并联切换单元6并且包括开关组61、62、62、63。当电容器C1、C2、C3、C4并联连接时，开关组61、62、63中的每一个接通，而当电容器C1、C2、C3、C4串联连接时，开关组61、62、63中的每一个关闭。当电容器C1、C2、C3、C4串联连接时，开关组62接通，而当电容器C1、C2、C3、C4并联连接时，开关组62关闭。开关80对应于图29的输出切换单元8。

串并联切换控制单元5D类似于图29所示的用于切换两个电容器的串并联切换控制单元5B。如图18所示当多个电容器以多级串联地级联连接时，串并联切换控制单元5D包括用于切换主侧和从侧的主从切换电路55。

通过提供主从切换电路55，多个IC被配置为级联连接为从IC，并且多个IC中的每一个的输出电压Vout输出被配置为连接到四串并联切换主IC以便实现多级连接。

在上述方式中，当以此方式进行多级连接时，通过根据主/从方案控制多个IC来控制多级连接。相应地，可以以更多的级数来连接电容器，并且可以实现更高的效率。

<第五修改实施例>

随后，说明根据第五修改实施例的电能存储系统200f。

<电能存储系统200f的配置示例>

参照图37说明电能存储系统200f的配置。图37是示出根据第三实施例的第五修改实施例的电能存储系统200f的配置的示例的框图。如图37所示，电能存储系统200f包括电力供应目标3f。电力供应目标3f包括第二电能存储单元10f。

整流电路4对电能产生设备2产生的电力进行整流，并且电能存储系统200f、电能存储单元7中的串联连接的电容器C1、C2存储经整流的电力。之后，当存储电力的电压达到第一电压值时，电容器C1、C2切换为并联连接。相应地，并联连接的电容器C1、C2向第二电能存储单元10f和电力供应目标电路3’两者并联地供应电力。

包括双电层电容器、锂离子电容器等。替代地，第二电能存储单元10f第二电能存储单元10f可由诸如锂离子电池、铅酸电池等之类的各种电能存储设备构成。第二电能存储单元10f是能够存储电力和供应电力的装置。第二电能存储单元10f向电力供应目标电路3’供应用于对电力供应目标电路3’供能的电力。

控制第二电能存储单元10f对电力供应目标电路3’的电能供应的方法没有特别限制。例如，可以基于从外部装置给定的控制信号来执行控制。替代地，例如，第二电能存储单元10f可以提供有定时器，并且可以执行控制以基于由定时器测量的时间以预定或给定的时间间隔来向电力供应目标电路3’供应电力。

如上所述，当串联连接的电容器C1、C2中存储的电力的电压达到第一电压值时，串并联切换单元6被启动以并联连接电容器C1、C2。然后，将存储在电容器C1、C2中的电力供应并存储到第二电能存储单元10f中，从而使得满足Vin＝V_C1＝V_C2＝V_och，并且此外，存储在电容器C1、C2中的电力被供应到电力供应目标电路3’。在此情况下，V_och表示存储在第二电能存储单元10f中的电力的电压。

然而，在设置了电力供应目标电路3’的启动电压的情况下，当存储的电力的电压V_och小于电力供应目标电路3’的启动电压时，仅将电力供应给第二电能存储单元10f，而当存储的电力的电压V_och等于或大于电力供应目标电路3’的启动电压时，将电力供应给第二电能存储单元10f和电力供应目标电路3’两者。

之后，当电能存储单元7所存储的电力的电压达到第二电压值或更小时，串并联切换单元6在串并联切换控制单元5的控制下进行操作，以将电容器C1、C2切换为串联连接。串联连接的电容器C1、C2存储由电能产生设备2产生的电力。

电力供应目标电压检测单元13A检测从电能存储单元7供应的电力供应目标3’的电压，将检测值输出到串联恢复控制单元14。当由电力供应目标电压检测单元13A检测的检测值达到阈值电压值或更大时，串联恢复控制单元14利用串并联切换控制5将并联至串联切换阈值电压值从第二电压值改变为第四电压值。之后，当并联的电容器C1、C2的电压达到第四电压值或更小时，串并联切换控制单元5启动串并联切换单元6以将电容器C1、C2的连接从并联连接切换为串联连接。串联连接的电容器C1、C2存储由电能产生设备2产生的电力。

即使当电能存储系统200f由于其正在存储电力而无法向电力供应目标电路3’供应电力时，也能够将存储在第二电能存储单元10f中的电力供应给电力供应目标电路3’。因此，电力供应目标电路3’能够连续地操作。

<电能存储系统200f的动作和效果>

如上所述，在第五修改实施例中，即使在第二电能存储单元10f与电力供应目标电路3’连接时，电能存储系统200f也能够通过检测到电力供应目标3f的供应电压，而在第二电能存储单元10f的操作电压范围和/或基于安全性和降级的工作电压范围内进行操作。

此外，可以在串联连接多个电容器的同时向电力供应目标3f供应电力，从而使得可以提高电能供应效率。

在第五修改实施例中，已经示出了电能存储装置201包括两个电容器C1、C2的示例。然而，电容器的数量不限于此。可以进一步增加电容器的数量。当电容器的数量增加时，电力供应目标3可以连续操作而不取决于电能产生设备2产生电能的定时。

<第六修改实施例>

接着，参照图38说明根据第六修改实施例的电能存储系统200g。

图38是示出根据第三实施例的第六修改实施例的电能存储系统的配置的示例的框图。如图38所示，电能存储系统200g包括电力供应目标3g和常断电路36。电力供应目标3g包括存储器33、MPU(微处理单元)34和无线通信设备35。电力供应目标3g的示例包括IoT设备等。

存储器33存储各种信息，诸如各种程序和数据、由IoT设备获取的测量数据、图像等。存储器33由诸如易失性或非易失性半导体存储器之类的存储设备构成。需要说明的是，存储器33包括ROM(只读存储器)和/或RAM(随机存取存储器)。

MPU 34由处理器等构成，并且控制每个单元的操作和电力供应目标3g的整体操作。

无线通信设备35连接到另一个设备或设备及功能以作为用于发送和接收信息的接口。无线通信设备35可以包括USB连接器等。

常断电路36是在通常情况下切断从电能存储装置1g和负载驱动电能存储装置10向电力供应目标3g的电能供应，并在电力供应目标3g需要电能的任意给定的定时处使电能存储装置1g和负载驱动电能存储装置10向电力供应目标3g供应电力的电路。常断电路36被配置为包括MOSFET等。

利用电能存储系统200g的配置，在通常情况下切断电力的供应，并且在电力供应目标3g需要电能的任意给定的定时处供应电力，从而使得能够降低电力消耗。根据第三修改实施例的电能存储系统200g特别适用于在正常情况下经常切断电能供应并且仅以预定或给定的周期或在预定或给定的情况下才执行数据采集和数据传输的IoT设备等。

在上述实施例中，作为示例，第一电压值设置为10V，第二电压值设置为3.5V，阈值电压值设置为2.8V，第四电压值设置为3.0V，并且第五电压值设置为8V。然而，实施例不限于此，并且可以适当地改变这些值。

例如，诸如锂离子二次电池之类的电池可以通过监视充电电压来保护过充电和过放电，或者可以通过根据充电电压管理电荷状态(SoC)来减轻降级。在此情况下，可以根据电能产生设备2所产生的电力的量和电力供应目标3所消耗的电力的量来预先计算并设置第一至第五电压值，并且可以通过检测供应电压Vsup来管理SoC。

实施例还包括控制装置。例如，控制装置是用于控制电能存储装置的控制装置，该电能存储装置包括：电能存储单元，其包括存储电力的多个电能存储设备；串并联切换单元，其被配置为将多个电能存储设备的连接切换为串联连接或并联连接；以及串并联切换控制单元，其被配置为控制由串并联切换单元执行的切换，该控制装置包括串联恢复控制单元，其被配置为当多个电能存储设备并联连接时，使电能存储装置基于从电能存储单元向电力供应目标供应的供应电压而将多个电能存储设备的连接从并联连接切换到串联连接。根据这样的控制装置，可以获得与上述电能存储装置的效果类似的效果。

<第四实施例>

根据第四实施例的电能存储装置是与负载电路连接的电能存储装置，并且包括：电能存储单元，其包括存储电荷的多个电能存储设备；串并联切换单元，其被配置为将多个电能存储设备的连接切换为串联连接或并联连接；以及串并联切换控制单元，其被配置为控制由串并联切换单元执行的切换。

在第四实施例中，具有用于存储从电能存储单元输出的电荷的二次电池，并且二次电池向负载电路输出电压以向负载电路提供电力。二次电池具有输出电压不会根据指示剩余电池等级的SoC(电荷状态)等而发生很大改变的特性。因此，通过将电能存储单元的电力借助于二次电池而供应到负载电路，能够减轻从电能存储装置到负载电路的输出电压的改变。

首先，说明包括根据第四实施例的电能存储装置1的电能存储系统100。在关于包括根据第四实施例的电能存储装置1的电能存储系统100的说明中，通过参照第一实施例的附图，利用相似的附图标记对具有与包括根据第一实施例的电能存储装置1的电能存储系统100相似的配置的构成元件进行说明。

<电能存储系统100A的配置示例>

图39是示出根据第四实施例的电能存储系统(即，能量存储系统)10的配置的示例的框图。如图39所示，电能存储系统100A包括电能存储装置1、电能产生设备2、负载电路3、整流电路4。

电能存储系统100A是用于进行以下操作的系统：使整流电路4(整流单元的示例)对电能产生设备2产生的电力进行整流，之后将经整流的电力存储在电能存储装置1中，并且向负载电路3供应存储的电力。

电能产生设备2是通过使用电能产生橡胶、压电元件或静电感应在外部激励下产生电荷的设备。电能产生设备2产生高电压及低电流电力。电能产生设备2将在后面参照图3进行详细说明。

电能存储装置1包括串并联切换控制单元5、串并联切换单元6、电能存储单元7、以及二次电池10A。在它们之中，串并联切换控制单元5是用于控制串并联切换单元6的电路。串并联切换单元6是用于将电能存储单元7中包括的电容器C1、C2的连接状态从串联连接切换到并联连接或者从并联连接切换到串联连接的电路。电容器C1、C2是多个电能存储设备的示例。

从整流电路4接收的电力被存储到在电能存储单元7中串联连接的电容器C1、C2。然后，将存储在电能存储单元7中的电力从由串并联切换单元6切换到并联连接的电容器C1、C2供应到二次电池10A。

二次电池10A例如是诸如锂离子电池、铅酸电池等之类的能够存储电力和供应电力的设备。二次电池10A存储从电能存储单元7供应的电力并且将用于驱动负载电路3的驱动电压输出到负载电路3。

负载电路3例如是诸如LED(发光二极管)、具有CPU(中央处理单元)功能的IC(集成电路)、传感器、无线传输IC、IoT设备等之类的负载。

电能存储系统100A在电容器C1、C2串联连接的状态下存储电力，并且当在存储电力的同时电力的电压达到第一电压值时，串并联切换控制单元5控制串并联切换单元6将电容器C1、C2切换为并联连接。并联连接的电容器C1、C2向二次电池10A供应电力。

之后，当在电容器C1、C2正在供应电力的同时电容器C1、C2的电压达到第二电压值或更小时，串并联切换控制单元5控制串并联切换单元6将电容器C1、C2切换到串联连接。之后，在电容器C1、C2串联连接的情况下，电容器C1、C2再次存储由电能产生设备2产生的电力。

电能存储系统100A如上所述地在电力存储和电力供应之间切换电容器C1、C2的连接状态，能够提高电能存储效率。

<电能产生设备的操作的示例>

接着，说明电能产生设备2的操作。电能产生设备2是由电能产生橡胶等构成的设备，以通过响应于对电能产生设备2施加的分离力、摩擦力、振动力、变形力、压力等而产生电荷来产生电能。电能产生设备2所产生的电力的量为10到1000V(例如40V)的电压、50nA到100μA(例如6μA)的电流等。

在此情况下，图2是用于说明电能产生设备2的操作的示例的图。电能产生设备2利用高电阻输出具有预定或给定的电荷的电流。因此，如图2所示，电能产生设备2可以由电流源21和内部电阻22表示。内部电阻22的电阻值为1至100MΩ(兆欧)(例如，10MΩ)。

以下，参照图4A、4B和图5说明与电能产生设备2连接的电容器和负载电阻。

图4A是示出当连接到电能产生设备2的电容器存储由电能产生设备2产生的电力时、包括电容器的等效电路的电路图。图4B是示出根据用于将电力存储到电容器的条件的电能存储效率的示例的曲线图。

在图4B中，实线表示根据电容器的电容相对于最大存储能量被定义为100％的、由电能产生设备2产生并存储在电容器中的能量的比率(％)的改变。

在电容器的电容被设置为由图4B中的白色箭头所指示的电容的情况下，在电容器与包括恒流源和内部电阻的电能产生设备2(输出侧)之间实现阻抗匹配，并因此，可以以最高的效率存储电能。

图5A是示出当电能产生设备2向连接到电能产生设备2的负载电阻(即，负载电路3)供应电力时、负载电阻的等效电路的电路图。图5B是示出根据用于将电力存储到负载电阻的条件的电能存储效率的示例的曲线图。

在图5B中，实线表示根据负载电阻的电阻值相对于最大供应电力被定义为100％的、由电能产生设备2产生并存储在电容器中的电力的比率(％)的改变。

当负载电阻的电阻值被设置为图5B中的白色箭头所示的电阻值时，电能产生设备2的负载电阻和内部电阻彼此相同。具体而言，当内部电阻等于负载电阻的电阻值时，实现与负载电路3(输出侧)的阻抗匹配，从而使得能够以最高的效率存储电能。

<电容器的连接的示例>

随后，参照图6和图7说明电能存储单元7中的电容器C1、C2的连接的示例。图6是示出串联连接的电容器C1、C2的示例的电路图。图7是示出并联连接的电容器C1、C2的示例的电路图。

如图6所示，串并联切换单元6包括三个开关Sw1、Sw2、Sw3。电能存储单元7包括两个电容器C1、C2。如图6所示，当串并联切换单元6的开关Sw2处于导通(ON)状态(即，连接状态)，而开关Sw1和Sw3处于关断(OFF)状态(即，断开状态)时，电能存储单元7的电容器C1、C2串联连接。

如图7所示，当串并联切换单元6的开关Sw1、Sw3处于导通状态并且开关Sw2处于关断状态时，电能存储单元7的电容器C1、C2处于并联状态。

<串并联切换控制单元5的配置示例>

随后，参照图8和图9说明串并联切换控制单元5的配置。

图8是示出串并联切换控制单元5的第一配置示例的电路图。如图8所示，串并联切换控制单元5包括串并联选择器开关控制单元50、两个电阻R1、R2和两个开关Sw4、Sw5。

串并联选择器开关控制单元50充当电压监视电路(电压监视单元的示例)，其用于监视作为切换串联或并联连接的参考的输入电压Vin，并输出控制信号S1。具体而言，串并联选择器开关控制单元50根据对端子11的输入电压Vin的检测结果来产生控制信号S1，并利用产生的控制信号S1来控制开关Sw4和开关Sw5。

串并联切换开关控制部50作为对作为切换串联或并联连接的基准的输入电压Vin进行监视并输出控制信号S1的电压监视电路(电压监视部的示例)发挥功能。具体地，串并联选择器开关控制单元50根据对端子11的输入电压Vin的检测结果产生控制信号S1，并利用产生的控制信号S1控制开关Sw4和开关Sw5。

在串并联切换控制单元5中，电阻R1和开关Sw4构成用高阻抗驱动的逆变器51，而电阻R2和开关Sw5构成用高阻抗驱动的逆变器52。例如，开关Sw4、Sw5可以是诸如FET(场效应晶体管)的N-ch(N沟道)晶体管。

串并联切换控制单元5产生用于控制串并联切换单元6的控制信号

并通过端子53输出控制信号

此外，串并联切换控制单元5产生用于控制串并联切换单元6的控制信号

并通过端子54输出控制信号

在串并联切换控制单元5中，串并联选择器开关控制单元50和逆变器51充当滞后产生电路H。滞后产生电路H在切换阈值中具有滞后(差异)，以便快速检测输入电压Vin的改变，并防止信号一旦从低电平切换到高电平(替代地，从高电平切换到低电平)之后再次不稳定地切换。

在第四实施例中，当输入电压Vin上升到预定或给定的第一电压值时，滞后产生电路H将控制信号

从高电平切换到低电平。当输入电压Vin从第一电压值下降到预定或给定的第二电压值时，滞后产生电路H将控制信号

从低电平切换到高电平。

在第四实施例中，逆变器51具有高阻抗的电阻R1，而逆变器52具有高阻抗的电阻R2，从而使得即使是用压电元件或静电感应来产生高电压及低电流电力的、具有高阻抗输出的电能产生设备2也可以驱动电能存储装置1的电路。例如，电阻R1、R2中的每一个的电阻值为1MΩ至500MΩ。

<电能存储装置1的电路配置的示例>

接着，以下说明电能存储装置1的电路配置。图40是示出根据第四实施例的电能存储装置的电路配置的示例的电路图。

如图40所示，电能存储装置1包括串并联切换控制单元5B、串并联切换单元6、电能存储单元7、以及输出切换单元8。应注意，电能存储装置1可以被配置为其中集成有多个IC的功能的单个电能存储IC。

串并联切换控制单元5B包括串并联选择器开关控制单元50B、两个耗尽型晶体管Tr1、Tr3和两个N-ch晶体管Tr2、Tr4。

在第四实施例中，串并联选择器开关控制单元50B包括N-ch晶体管Tr5和三个电阻R3、R4、R5。三个电阻R3、R4、R5是具有高电阻值(高阻抗)的高阻抗电阻器。N-ch晶体管Tr5是滞后产生开关，其可以接收代表负载电路3的状态的信号。

串并联选择器开关控制单元50B监视用于将串联连接切换为并联连接的输入电压Vin，并输出控制信号S1。

串并联切换控制单元5B具有两个逆变器51B、52B，它们由串并联选择器开关控制单元50B产生的控制信号(S1)控制。

逆变器51B包括耗尽型晶体管Tr1和N-ch晶体管Tr2。来自逆变器51B的控制信号

通过端子53取得。

串并联选择器开关控制单元50B和逆变器51B构成滞后产生电路H。逆变器52B包括耗尽型晶体管Tr3和N-ch晶体管Tr4。通过端子54取得来自逆变器52B的控制信号

替代地，逆变器51B、52B中的每一个可以被配置为包括N-ch晶体管和电阻器。

在向电容器C1、C2存储电力的同时，串并联切换控制单元5B输出高电平的控制信号

和低电平的控制信号

以串联连接多个电容器C1、C2。然后，当输入电压Vin达到预定或给定的第一电压值时，串并联切换控制单元5B输出低电平的控制信号

和高电平的控制信号

以便并联连接电容器C1、C2。

此后，当负载电路消耗电力，并且相应地，电压Vin降落到小于预定或给定的第二电压值时，串并联切换控制单元5B输出高电平的控制信号

和低电平的控制信号

以串联电容器C1、C2。

串并联切换单元6包括P-ch(P沟道)晶体管Tr6、N-ch晶体管Tr7和模拟开关Tr8、Tr9。

在串并联切换单元6中，P-ch晶体管Tr6对应于图6、图7的开关Sw1，并且N-ch晶体管Tr7对应于图6、图7的开关Sw3。开关Sw2由包括两个晶体管Tr8、Tr9的模拟开关构成。

当串并联切换单元6和输出切换单元8由作为模拟开关的晶体管构成时，不会发生电压损失(电位差)。相比之下，如果开关由二极管构成，则会发生电压损失。由于串并联切换单元6和输出切换单元8由作为模拟开关的晶体管构成，因此可以在没有任何电位差的情况下操作开关。

在串并联切换单元6中，P-ch晶体管Tr6和N-ch晶体管Tr7可以用二极管代替。具体而言，为了用二极管代替P-ch晶体管Tr6，二极管的阴极连接到Vin线，并且二极管的阳极连接到模拟开关的端子。为了用二极管代替N-ch晶体管Tr7，二极管的阴极连接到模拟开关的端子，并且二极管的阳极连接到GND线。

此外，在串并联切换单元6中，二极管可以与P-ch晶体管Tr6和N-ch晶体管Tr7并联连接。具体而言，在与P-ch晶体管Tr6并联时，二极管的阴极连接到Vin线，并且二极管的阳极连接到模拟开关的端子。在与N-ch晶体管Tr7并联时，二极管的阴极连接到模拟开关的端子，并且二极管的阳极连接到GND线。

虽然如上所述未在图39中示出，但电能存储装置1可以具有如图40所示的输出切换单元8，该输出切换单元8用于仅在电容器C1、C2并联连接时才向二次电池10A供应电力。输出切换单元8由包括P-ch晶体管Tr10和N-ch晶体管Tr11的模拟开关构成。

在电能存储装置1中，也可以仅由P-ch晶体管Tr10构成仅在电容器C1、C2并联连接时才向二次电池10A供应电力的输出切换单元8。

二次电池10A经由输出切换单元8存储从电能存储单元7供应的电力，并将存储的电力供应到负载电路3。稍后参照图41和随后的附图对二次电池10A的操作进行说明。

在电能存储装置1中，具有高电阻的电阻器和恒流晶体管具有高电阻，并因此，串并联切换控制单元5B具有高电阻值(高阻抗)。因此，电能存储装置1可由低于电能产生设备所产生的高电压及低电流电力(例如400V、6μA)的电流(例如60nA)来驱动。

在图40的配置中，构成串并联切换控制单元5B、串并联切换单元6和输出切换单元8的设备的阻抗总和可以设置为等于或大于电能产生设备2的内部阻抗。因此，能够降低驱动电能存储装置1的串并联切换操作所消耗的电力，并且能够提高电能存储效率。

串并联切换单元6和输出切换单元8是MOS(金属氧化物半导体)晶体管。因此，串并联切换单元6和输出切换单元8由串并联切换控制单元5B在接通或关闭切换单元时仅消耗用于驱动MOS晶体管的栅极的电力。因此，可以提高电能存储效率。

此外，用于存储电力的电能存储装置1的阻抗高于用于供应电力的电能存储装置1的阻抗。因此，电能存储装置1能够存储高电压及低电流电力，从而使得能够提高电能存储效率。例如，由电能存储装置1供应的电力的电压为3V，并因此，电能存储装置1能够驱动诸如消耗数毫安电流的CPU之类的电子设备。

在图40中，由耗尽型晶体管和N-ch晶体管构成的逆变器51B、52B具有两级配置，但是当期望更高的增益时，可以以类似的方式增加逆变器的级数。在此情况下，优选地，根据串并联切换单元6的切换定时对从逆变器51B输出的控制信号

的改变的定时和从逆变器52B输出的控制信号

的改变的定时进行调整。

<二次电池10A的动作>

接着，说明二次电池10A的动作。

二次电池具有输出电压不会根据SoC等而发生很大改变的特性。在第四实施例中，通过利用该特性，二次电池10A向负载电路3输出电压，从而使得减轻了从电能存储装置1供应至负载电路3的输出电压的改变。

图41是示出容量、电压和电流根据二次电池10A的充电时间的改变的示例的曲线图。在图41的曲线图中，实线91指示二次电池10A的容量，虚线92指示输出电压，而长点划线93指示充电电流。在图41的轴中，左侧轴表示电压(V)，而右侧轴表示电流(mA)和容量(mAh)。应当注意，该容量相当于存储在二次电池10A中的能量。

如实线91所指示的，二次电池10A的容量随着充电时间的增加而增加。然而，如虚线92所指示的，二次电池10A的电压即使在充电时间增加并且容量增加时也不会发生很大改变。

通过利用二次电池10A的输出电压不会发生很大改变的特性，预先对负载电路3使用电能存储装置1中存储的电力的电力使用范围进行定义。因此，能够将供应到负载电路3的二次电池10A的输出电压的改变减小到所希望的范围内。

例如，当将图41中由阴影指示的区域94中的容量范围定义为电力使用范围，则能够将向负载电路3供应的二次电池10A的输出电压的改变减小在0.5V或更小(参见图41的电压改变范围95)。

随后，图41是示出响应于施加到电能产生设备2的单个外部激励而发生的电压和电流的按时间顺序改变的示例的曲线图。

相对于响应于对电能产生设备2的单个外部激励而对电能存储装置1充电的充电电压和充电电流，电压改变范围95表示充电电压，而虚线96表示充电电流，如图41所示。

如图41所示，在向电能产生设备2给出外部激励的瞬间充电电流可能急剧增加，但充电电流不会以这种方式急剧增加。因此，通过利用电能存储装置1向负载电路3输出电压，能够减轻输出电压的急剧改变。

随后，图43是示出二次电池10A的电压输出特性的示例的图。在图43中，横轴指示二次电池10A的SoC，而纵轴指示二次电池10A的输出电压。

在图43中，电力使用范围W_range是负载电路3使用由二次电池10A向负载电路3供应的电力的范围。电压使用范围V_range是与该电力使用范围W_range对应的输出电压的范围。

如图43所示，在二次电池10A的电压输出特性中，存在根据SoC的电压改变的斜率小的平坦范围。例如，在图43的示例中，该平坦范围是SoC为10％或更大以及90％或更小的范围，即，根据SoC的电压改变的斜率小的范围。

该平坦范围(即SoC为10％或更大以及90％或更小的范围)被预先定义为负载电路3使用电力的电力使用范围W_range。相应地，电压改变范围V_range可以减小到窄范围，即3.5V或更大以及3.7V或更小。因此，可以减轻根据SoC的输出电压改变。在此情况下，“SoC为10％或更大以及90％或更小的范围”是“预定或给定的范围”的示例。

<电能存储装置1的效果>

通常，在使用电容器等的电能存储装置提供电力的情况下，电能存储装置的输出电压可以根据电能存储装置的SoC等而改变。例如，当电能存储装置1被配置为将电压从输出切换单元8直接输出到负载电路3时，电能存储装置1的输出电压可以根据SoC而改变。当用于驱动负载电路3的驱动电压根据输出电压的这种改变而改变时，负载电路3的操作可能变得不稳定。

当提供DC到DC(直流到直流)变换电路以将DC到DC变换电路所变换的电压施加到负载电路3以便减轻驱动电压的改变时，电能消耗由于DC到DC变换电路而增加，并且此外，电能存储装置的复杂性、尺寸和成本增加。

相比之下，在第四实施例中，电压经由二次电池10A输出到负载电路3。二次电池10A具有输出电压不会根据SoC而发生很大改变的特性，并且因此，通过利用该特性，能够减轻从电能存储装置1向负载电路3供应的输出电压的改变。在第四实施例中，电压可以施加到负载电路3而不使用DC到DC变换电路等，可以减轻由于DC到DC变换电路引起的电能消耗的增加，此外，可以减轻电能存储装置的复杂性、尺寸和成本的增加。

在第四实施例中，预先将根据SoC的电压改变的斜率小的电力使用范围W_range定义为负载电路3使用来自二次电池10A的电力的电力使用范围。当在电力使用范围W_range中使用电力时，根据SoC等的输出电压的改变减小，并且负载电路3可以稳定地操作。

例如，将负载电路3使用电力的电力使用范围W_range定义在SoC为10％或更大以及90％或更小的范围中，从而使得电压改变范围Vrange减小到窄范围，即3.5V或更大以及3.7V或更小，并且可以减轻根据SoC的输出电压改变。

另外，根据第四实施例的二次电池10A能够以输出电压稳定地向负载电路3供应电力，并且能够通过累积电荷来存储电力。因此，二次电池10A也可以用作电源。通过使用存储在二次电池10A中的电力，可以在电能存储系统100A启动之后立即将电力供应给负载电路3。

另外，二次电池10A具有小的输出阻抗，并因此，二次电池10A能够应对负载电路3的负载电流急剧改变的情况。此外，二次电池10A能够支持基于BLE(蓝牙低能量)(即，蓝牙(注册商标)的低电能消耗标准)的无线通信。

<第一修改实施例>

接着，说明根据第一修改实施例的电能存储系统100a。

图44是示出根据第四实施例的第一修改实施例的电能存储系统100a的配置的示例的框图。如图44所示，电能存储系统100a包括电能存储装置1a。电能存储装置1a包括电能存储装置1a’和二次电池10Aa。另外，电能存储装置1a’包括用于控制二次电池10Aa的充电量的充电控制单元101和用于控制二次电池10Aa的放电量的放电控制单元102。

二次电池10Aa包括输出控制电路103。放电控制单元102与输出控制电路103电连接，并且放电控制单元102能够通过控制输出控制电路103来控制来自二次电池10Aa的放电量。该输出控制电路103是“输出控制单元”的示例。

随后，图45是示出根据第一修改实施例的电能存储装置的电路配置的示例的电路图。

如图45所示，充电控制单元101具有N-ch耗尽型晶体管Tr12、N-ch增强型晶体管Tr13、N-ch晶体管Tr14、电阻R4和电阻R5，并且基于二次电池10Aa的电压VCin来控制二次电池10Aa的充电。

具体而言，充电控制单元101控制二次电池10Aa中存储的电荷量，从而使得二次电池10Aa中存储的电荷量不超过基于二次电池10Aa的电压VCin而预先定义的电荷上限值。电压VCin是“电池输入电压”的示例。

当电容器C1、C2的连接状态通过串并联切换单元6从并联连接切换到串联连接时，N-ch晶体管Tr14的输入信号

从低电平改变为高电平，并且N-ch晶体管Tr14接通。当N-ch晶体管Tr14接通时，电流流过电阻R4、R5。当电压VCin达到预定或给定的上限电压值或更大时，N-ch增强型晶体管Tr13接通，并且电流流过N-ch耗尽型晶体管Tr12和N-ch增强型晶体管Tr13。

在此情况下，上限电压值是当SoC达到电荷上限值时的电压值。例如，当电荷上限值为90％时，上限电压值变为3.7V(参见图43)。

N-ch耗尽型晶体管Tr12和N-ch增强型晶体管Tr13的尺寸被预先调整，从而使得流过N-ch耗尽型晶体管Tr12和N-ch增强型晶体管Tr13的电流的电流值变为二次电池10Aa的放电电流。相应地，可以限制二次电池10Aa的电压增大。具体而言，二次电池10Aa的电压例如可以限制在电荷上限值或更小。

电能存储装置1a’可以被配置为使得采用N-ch耗尽型晶体管Tr12和N-ch增强型晶体管Tr13的连接端子作为信号输出端子，从而使得对经过放电电阻和恒流晶体管的电流进行控制，并且可以将二次电池10Aa的电压限制在例如电荷上限值或更小。

此外，放电控制单元102包括N-ch耗尽型晶体管Tr15、N-ch增强型晶体管Tr16、电阻R6和电阻R7，并且基于二次电池10Aa的电压VCin控制二次电池10Aa的放电。

具体而言，放电控制单元102控制二次电池10Aa中存储的电荷量，从而使得二次电池10Aa中存储的电荷量不低于基于二次电池10Aa的电压VCin而预先定义的电荷下限值。

当电容器C1、C2的连接状态通过串并联切换单元6从并联连接切换到串联连接时，N-ch晶体管Tr17的输入信号

从低电平改变为高电平，并且N-ch晶体管Tr17接通。当二次电池10Aa的电压VCin变为预定或给定的下限电压值或更小时，N-ch增强型晶体管Tr16关闭，并且电压VSOCL从低电平改变为高电平。当电容器C1、C2的连接状态通过串并联切换单元6改变为并联连接时，N-ch晶体管Tr17关闭。相应地，跨电阻R6、R7的连接点的端子电压变为电压VBM。然后，N-ch增强型晶体管Tr16接通，并且电压VSOCL处于低电平。

因此，电容器C1、C2的连接状态通过串并联切换单元6改变为串联连接，并且仅当二次电池10Aa的电压VCin处于预定或给定的第二电压或更小时，电压VSOCL达到高电平。

如上所述，利用电能存储装置1a’的电压VSOCL，通过驱动二次电池10Aa的输出控制电路103，能够停止对负载电路3的电力供应，并且可以控制二次电池10Aa的电压降低。

在此情况下，下限电压值是当SoC达到电荷下限值时的电压值。例如，当电荷下限值为10％时，下限电压值变为3.5V(参见图43)。

<电能存储装置1a的动作和效果>

以上述方式，根据第一实施例的电能存储装置1可以根据二次电池10的SoC来减轻电能存储装置1的输出电压的改变。但是，输出电压的改变不能被完全消除，并且如图43所示，随着SoC接近100％，输出电压逐渐增大，并且在SoC接近100％的过充电状态下，输出电压大幅增大。另外，随着SoC接近0％，输出电压逐渐减小，并且在SoC接近0％的过放电状态下，输出电压大幅减小。当SoC超过上限值并低于下限值时，负载电路3从电能存储装置1接收驱动电压的操作可能变得不稳定。在过充电状态或过放电状态下，二次电池10可能降级。

相比之下，根据第一修改实施例的电能存储装置1a’包括充电控制单元101和放电控制单元102，并且基于电压VCin，二次电池10Aa中存储的电荷量被控制为变为等于或大于电荷下限值以及等于或小于电荷上限值。相应地，能够将二次电池10Aa的输出电压保持在等于或大于电荷下限值以及等于或小于电荷上限值的范围中。通过减少从电能存储装置1a向负载电路3供应的输出电压的改变，可以使负载电路3的操作稳定。另外，控制二次电池10Aa以避免过充电或过放电，并且可以减轻二次电池10Aa的降级。

在该第一修改实施例中也可以获得与第四实施例中说明的效果类似的效果。

<第二修改实施例>

接着，说明根据第二修改实施例的电能存储系统100b。

图46是示出根据第四实施例的第二修改实施例的电能存储系统100b的配置的示例的框图。如图14所示，电能存储系统100b包括电能存储装置1b和负载电路3b。

电能存储装置1b包括电能存储装置1b’。电能存储装置1b’包括用于控制二次电池10的充电量的充电控制单元101和用于控制二次电池10的放电量的放电控制单元102。

负载电路3b包括用于控制负载电路3b的操作的负载驱动控制电路3b’。放电控制单元102与负载驱动控制电路3b’电连接，并且放电控制单元102控制负载驱动控制电路3b’以控制来自二次电池10的放电量。负载驱动控制电路3b’是“负载驱动控制单元”的示例。

随后，图47是示出根据第二修改实施例的电能存储装置1b和负载电路3b的电路配置的示例的电路图。如图47所示，电能存储装置1b被配置为使得将从放电控制单元102输出的电压VSOCL输入到负载驱动控制电路3b’。

负载驱动控制电路3b’基于二次电池10的电压VCin停止负载电路3b。具体而言，负载驱动控制电路3b’可以停止负载电路3b，直到电压VCin落入等于或大于下限电压值的范围内。相应地，可以停止二次电池10的放电，并且可以将SoC保持在例如10％或更大，从而使得可以将二次电池10的输出电压保持在负载电路3b可以稳定地操作的电压范围内。

电能存储装置1b的电路也可以被配置为使得通过预先微调(trimming)等来调整根据第一和第二修改实施例的电阻R1至R7。在此情况下，图48是示出能够通过微调来调整电阻R1至R7的电阻值的电路配置的示例的电路图。如图48所示的电路被配置为使得能够通过Rx+Ra比上Rh的组合来调整端子Rxa与端子Rxb之间的电阻值。例如，图48中的晶体管Tr1至Tr8是可以通过激光来微调的设备。

在该第二修改实施例中，也能够获得与在第四实施例和第四实施例的第一修改实施例中说明的效果相同的效果。

<第五实施例>

接着，说明根据第五实施例的电能存储系统100a。根据第五实施例的电能存储系统100a以与根据图19至23等所示的第二实施例的电能存储系统100a类似的方式被配置。相应地，用与根据第二实施例的电能存储系统100a的附图标记相同的附图标记来表示对应的构成元件，并且在此省略对关于根据第五实施例的电能存储系统100a的详细说明。根据第五实施例的电能存储系统100a与根据第二实施例的电能存储系统100a的不同之处在于：根据第五实施例的电能存储系统100a另外包括第三实施例的如图28等所示的电力供应目标电压检测单元13A。相应地，串联恢复控制单元14不仅基于来自输出电流检测单元13的检测结果，还基于来自电力供应目标电压检测单元13A的检测结果来执行控制。串联恢复控制单元14以与上述的第二实施例和第三实施例的串联恢复控制单元14类似的方式操作。利用输出电流检测单元13和电力供应目标电压检测单元13A的组合，能够更大地提高电力的电能存储效率和电能供应效率，同时提高安全性。此外，在该第五实施例中也可以获得与在第二和第三实施例中说明的效果类似的效果。

<第六实施例>

接着，说明根据第六实施例的电能存储系统100a。根据第五实施例的电能存储系统100a以与根据图19至23等所示的第二实施例的电能存储系统100a类似的方式被配置。相应地，用与根据第二实施例的电能存储系统100a的附图标记相同的附图标记来表示对应的构成元件，并且在此省略对关于根据第六实施例的电能存储系统100a的详细说明。根据第六实施例的电能存储系统100a与根据第二实施例的电能存储系统100a的不同之处在于：根据第六实施例的电能存储系统100a另外包括第四实施例的如图39所示的二次电池10A。利用输出电流检测单元13，可以提高电力的电能存储效率和电能供应效率，并且另外，利用二次电池10A，可以减轻从电能存储装置1到负载电路3的输出电压的改变。在该第六实施例中也可以获得与在第二和第四实施例中说明的效果类似的效果。

<第七实施例>

接着，说明根据第七实施例的电能存储系统100a。根据第七实施例的电能存储系统100a以与根据图28等所示的第三实施例的电能存储系统100a类似的方式被配置。相应地，用与根据第三实施例的电能存储系统100a的附图标记相同的附图标记来表示对应的构成元件，并且在此省略对关于根据第七实施例的电能存储系统100a的详细说明。根据第七实施例的电能存储系统100a与根据第三实施例的电能存储系统100a的不同之处在于：根据第七实施例的电能存储系统100a另外包括第四实施例的如图39所示的二次电池10A。利用第三实施例的电力供应目标电压检测单元13A，可以提高电力的电能存储效率和电能供应效率，同时提高安全性，并且另外，利用二次电池10A，可以减轻从电能存储装置1到负载电路3的输出电压的改变。在该第七实施例中也可以获得与在第三和第四实施例中说明的效果类似的效果。

以上，尽管对本发明的优选实施例进行了详细说明，但本发明不限于特定的实施例，并且可以在权利要求书中描述的本发明的实施例的主旨的范围内进行各种修改和改变。此外，应理解，本领域技术人员将理解在本发明的主旨内，上述的实施例和修改实施例的全部或部分可以彼此组合。

在上述实施例中，所有的构成元件均由诸如电路之类的硬件来实现，但上述实施例中描述的功能的部分或全部也可以由软件来实现。

[附图标记列表]

1、1a 电能存储装置

2 电能产生设备

3 负载电路

31 负载驱动控制电路(负载驱动控制单元的示例)

33 存储器

34 MPU

35 无线通信设备

4 整流电路(整流单元的示例)

5、5B 串并联切换控制单元

50、50B 串并联选择器开关控制单元(电压监视单元的示例)

51、52 逆变器

55 主从切换电路

6 串并联切换单元

60 串并联选择器切换单元

61、62、63 开关组

7 电能存储单元

8 输出切换单元(输出单元的示例)

9 串并联切换IC

91 主IC

92、93、94、95 从IC

10 负载驱动电能存储装置

10A 二次电池

13 输出电流检测单元

13A 电力供应目标电压检测单元

14 串联恢复控制单元

15 输出电流串联恢复控制装置

15A 负载电压串联恢复控制装置

31 通信模块

32 传感器

100、100C、100a、100e、100f 电能存储系统

101 充电控制单元

102 放电控制单元

103 输出控制电路(输出控制单元的示例)

C1、C2、C3、C4 电容器(电能存储设备)

H 滞后产生电路

Tr1、Tr3 耗尽型晶体管

Tr2、Tr4 N-ch晶体管

Vin 输入电压

VCin 电压(电池输入电压的示例)

Vsup 供应电压

V_acc 存储的电力的电压

控制信号

输出信号

串联恢复信号

W_range 电力使用范围

V_range 电压改变范围

引用列表

专利文献

[PTL 1]日本专利申请特开No.2013-236506

[PTL 2]日本专利申请特开No.2019-161975

本申请基于并要求于2019年8月13日提交的日本优先权申请No.2019-148392、于2020年1月28日提交的日本优先权申请No.2020-011864和于2019年9月10日提交的日本优先权申请No.2019-164759的优先权的权益，它们的内容通过引用并入本文。

Claims (15)

1.一种电能存储装置，包括：

电能存储单元，包括存储电力的多个电能存储设备；

串并联切换单元，被配置为将所述多个电能存储设备的连接切换为串联连接或并联连接；以及

串并联切换控制单元，被配置为控制由所述串并联切换单元执行的切换，

其中，所述串并联切换控制单元用滞后控制切换的定时。

2.根据权利要求1所述的电能存储装置，其中，所述串并联切换控制单元包括滞后产生电路以实现所述滞后。

3.根据权利要求2所述的电能存储装置，其中，所述滞后产生电路包括电阻、逆变器和晶体管。

4.根据权利要求3所述的电能存储装置，其中所述逆变器由包括电阻和N沟道晶体管的串联电路构成。

5.根据权利要求3所述的电能存储装置，其中，所述逆变器由包括耗尽型晶体管和N沟道晶体管的串联电路构成。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的电能存储装置，其中所述串并联切换单元包括模拟开关。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的电能存储装置，还包括输出单元，被配置为将输出电压输出到负载电路，

其中，所述串并联切换单元、所述串并联切换控制单元和所述输出单元的阻抗的总和等于或大于电能产生设备的内部阻抗。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的电能存储装置，还包括串联恢复控制单元，被配置为基于来自所述电能存储单元的输出电流，控制所述串并联切换控制单元将所述多个电能存储设备的连接从并联连接切换到串联连接。

9.根据权利要求8所述的电能存储装置，其中在所述多个电能存储设备并联连接时所述输出电流变为等于或小于第一电流值的情况下，所述串联恢复控制单元使所述串并联切换控制单元将所述多个电能存储设备的连接从并联连接切换到串联连接。

10.根据权利要求1至7中的任一项所述的电能存储装置，还包括串联恢复控制单元，被配置为当所述多个电能存储设备并联连接时，基于从所述电能存储单元向电力供应目标供应的供应电压，控制所述串并联切换控制单元将所述多个电能存储设备的连接从并联连接切换到串联连接。

11.根据权利要求10所述的电能存储装置，其中，在所述多个电能存储设备并联连接时、到所述多个电能存储设备的输入电压变为等于或小于低于第一电压值的第二电压值的情况下，所述串并联切换单元将所述多个电能存储设备的连接从并联连接切换到串联连接，

其中，在所述多个电能存储设备并联连接时、所述供应电压变为等于或大于阈值电压值的情况下，所述串联恢复控制单元将所述第二电压值改变为给定的电压值。

12.根据权利要求1至7中的任一项所述的电能存储装置，还包括二次电池，被配置为用来自所述电能存储单元的电力进行充电，并且向连接到所述电能存储装置的负载电路输出电压。

13.根据权利要求12所述的电能存储装置，其中，基于所述二次电池输出到所述负载电路的电压值，将所述负载电路使用二次电池中充电的电力的范围设置为给定的范围。

14.根据权利要求13所述的电能存储装置，还包括充电控制单元，被配置为控制所述二次电池的充电。

15.一种电能存储系统，包括：

产生电力的电能产生设备；

与所述电能产生设备连接的整流单元；

根据权利要求1至14中的任一项所述的电能存储装置，所述电能存储装置连接在所述整流单元的下游；以及

负载电路。

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