JP2001209444A - 電源装置 - Google Patents
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
- Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電圧が大きく変動する電気二重層コンデンサ
の充放電の残り時間を正確に表示することが可能な、電
気二重層コンデンサを用いた電源装置を提供する。 【解決手段】 電気二重層コンデンサを用いた充放電可
能な電源装置において、第１の時間ｔ１と第２の時間ｔ
２の時の電圧Ｅ１とＥ２との測定手段と、コンデンサの
充放電特性、Ｅ＝Ｅ０（１−ｅ−（ｔ／ＲＣ））、また
は、Ｅ＝Ｅ０ｅ− （ｔ／ＲＣ）、なる関係を利用して、
時定数ＲＣを算定する手段と、該算定された時定数ＲＣ
を利用して、前記コンデンサの充放電特性から前記コン
デンサの残り充放電時間を算定する手段と、該算定され
た残り充放電時間を表示する表示装置と、を備えた電源
装置である。更に、電気二重層コンデンサの検出した電
圧の値により並列から直列に接続を変更し、動作時間を
延長することを可能とする手段を備えることが好まし
い。
の充放電の残り時間を正確に表示することが可能な、電
気二重層コンデンサを用いた電源装置を提供する。 【解決手段】 電気二重層コンデンサを用いた充放電可
能な電源装置において、第１の時間ｔ１と第２の時間ｔ
２の時の電圧Ｅ１とＥ２との測定手段と、コンデンサの
充放電特性、Ｅ＝Ｅ０（１−ｅ−（ｔ／ＲＣ））、また
は、Ｅ＝Ｅ０ｅ− （ｔ／ＲＣ）、なる関係を利用して、
時定数ＲＣを算定する手段と、該算定された時定数ＲＣ
を利用して、前記コンデンサの充放電特性から前記コン
デンサの残り充放電時間を算定する手段と、該算定され
た残り充放電時間を表示する表示装置と、を備えた電源
装置である。更に、電気二重層コンデンサの検出した電
圧の値により並列から直列に接続を変更し、動作時間を
延長することを可能とする手段を備えることが好まし
い。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、大容量の電気二重
層コンデンサを利用した電源装置に係り、特にコンデン
サの充放電特性を利用して充放電の残り時間の表示と動
作時間を延長することができる電源装置に関する。
層コンデンサを利用した電源装置に係り、特にコンデン
サの充放電特性を利用して充放電の残り時間の表示と動
作時間を延長することができる電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気二重層コンデンサは、静電容量が極
めて大きなコンデンサであり、既に５０〜５００Ｆ程度
のものが実用化されつつあり注目を集めている。そし
て、このコンデンサは急速な充放電が可能であり、ま
た、繰り返し放電回数も例えば１０００回以上が可能で
あるため、単なるコンデンサとしてよりも、バッテリに
代替する電源装置として利用することも可能である。バ
ッテリに代替する電源装置としての電気二重層コンデン
サは、例えば鉛蓄電池と比較して小型軽量であり、また
鉛等の重金属を使用しないため、環境への適合性も良好
である。
めて大きなコンデンサであり、既に５０〜５００Ｆ程度
のものが実用化されつつあり注目を集めている。そし
て、このコンデンサは急速な充放電が可能であり、ま
た、繰り返し放電回数も例えば１０００回以上が可能で
あるため、単なるコンデンサとしてよりも、バッテリに
代替する電源装置として利用することも可能である。バ
ッテリに代替する電源装置としての電気二重層コンデン
サは、例えば鉛蓄電池と比較して小型軽量であり、また
鉛等の重金属を使用しないため、環境への適合性も良好
である。
【０００３】一方で太陽電池は、シリコン等の半導体の
ｐｎ接合により光線を電気エネルギーに変換する変換素
子である。この太陽電池もガラス等の基材上にアモルフ
ァスシリコンを蒸着等により形成し、その表面に透明電
極膜を形成することにより製造でき、クリーンな電力源
として普及しつつある。
ｐｎ接合により光線を電気エネルギーに変換する変換素
子である。この太陽電池もガラス等の基材上にアモルフ
ァスシリコンを蒸着等により形成し、その表面に透明電
極膜を形成することにより製造でき、クリーンな電力源
として普及しつつある。
【０００４】従って、太陽電池や発電機や商用電源など
と上記電気二重層コンデンサとを組み合わせることによ
り、小型軽量で且つクリーンなバッテリに代替する電源
設備を構成することが可能となる。特に電池駆動の電気
自動車等においては、大容量の蓄電池を設備する必要が
あるが、このような用途に好適である。
と上記電気二重層コンデンサとを組み合わせることによ
り、小型軽量で且つクリーンなバッテリに代替する電源
設備を構成することが可能となる。特に電池駆動の電気
自動車等においては、大容量の蓄電池を設備する必要が
あるが、このような用途に好適である。
【０００５】しかしながら、バッテリ等の蓄電装置にお
いては、放電時の残り使用可能時間等を点検可能とする
ことが不可欠であり、通常、電圧計を備え、電圧を監視
することにより充放電状況を確認することができる。と
ころが、電気二重層コンデンサを利用した電源装置は、
蓄電がコンデンサで行われている故に、コンデンサの放
電が進行すると端子電圧が急速に低下し、充放電の残り
時間を確認することが困難であった。
いては、放電時の残り使用可能時間等を点検可能とする
ことが不可欠であり、通常、電圧計を備え、電圧を監視
することにより充放電状況を確認することができる。と
ころが、電気二重層コンデンサを利用した電源装置は、
蓄電がコンデンサで行われている故に、コンデンサの放
電が進行すると端子電圧が急速に低下し、充放電の残り
時間を確認することが困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した事情
に鑑みて為されたもので、電圧が大きく変動する電気二
重層コンデンサの充放電の残り時間を正確に表示するこ
とと延長して動作させることが可能で、又残り時間を更
に延長して動作させることが可能な、電気二重層コンデ
ンサを用いた電源装置を提供することを目的とする。
に鑑みて為されたもので、電圧が大きく変動する電気二
重層コンデンサの充放電の残り時間を正確に表示するこ
とと延長して動作させることが可能で、又残り時間を更
に延長して動作させることが可能な、電気二重層コンデ
ンサを用いた電源装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、電気二重層コンデンサを用いた充放電可能な電源装
置において、第１の時間ｔ１と第２の時間ｔ２の時の電
圧Ｅ１とＥ２との測定手段と、コンデンサの充放電特
性、Ｅ＝Ｅｏ（１−ｅ−（ｔ／ＲＣ））、または、Ｅ＝
Ｅｏｅ−（ｔ／ＲＣ）、なる関係を利用して、時定数Ｒ
Ｃを算定する手段と、該算定された時定数ＲＣを利用し
て、前記コンデンサの充放電特性から前記コンデンサの
残り充放電時間を算定する手段と、該算定された残り充
放電時間を表示する表示装置とを備えたことを特徴とす
る電源装置である。
は、電気二重層コンデンサを用いた充放電可能な電源装
置において、第１の時間ｔ１と第２の時間ｔ２の時の電
圧Ｅ１とＥ２との測定手段と、コンデンサの充放電特
性、Ｅ＝Ｅｏ（１−ｅ−（ｔ／ＲＣ））、または、Ｅ＝
Ｅｏｅ−（ｔ／ＲＣ）、なる関係を利用して、時定数Ｒ
Ｃを算定する手段と、該算定された時定数ＲＣを利用し
て、前記コンデンサの充放電特性から前記コンデンサの
残り充放電時間を算定する手段と、該算定された残り充
放電時間を表示する表示装置とを備えたことを特徴とす
る電源装置である。
【０００８】これにより、静電容量の大きな電気二重層
コンデンサの充放電特性、および充電または放電の残り
時間を算定して表示できるので、充電時の電源の内部抵
抗又は放電時の負荷抵抗が不明であっても、電気二重層
コンデンサの残り充放電時間を正確に知ることが可能と
なる。即ち、放電時の負荷機器の負荷抵抗または充電時
の充電電源である例えば太陽電池の内部抵抗が一般に存
在するが、正確に時定数ＲＣを推定することができ、従
って上記対数関数により正確に充電または放電の残り時
間を検出することができる。従って、充電の際には電源
側の内部抵抗の大小に係わらず、また放電時には負荷抵
抗の大小に係わらず常に正確な残り時間が表示されるの
で、電気二重層コンデンサを用いた充放電装置を実用的
に利用することが可能となる。
コンデンサの充放電特性、および充電または放電の残り
時間を算定して表示できるので、充電時の電源の内部抵
抗又は放電時の負荷抵抗が不明であっても、電気二重層
コンデンサの残り充放電時間を正確に知ることが可能と
なる。即ち、放電時の負荷機器の負荷抵抗または充電時
の充電電源である例えば太陽電池の内部抵抗が一般に存
在するが、正確に時定数ＲＣを推定することができ、従
って上記対数関数により正確に充電または放電の残り時
間を検出することができる。従って、充電の際には電源
側の内部抵抗の大小に係わらず、また放電時には負荷抵
抗の大小に係わらず常に正確な残り時間が表示されるの
で、電気二重層コンデンサを用いた充放電装置を実用的
に利用することが可能となる。
【０００９】また、前記電気二重層コンデンサの充電に
は、太陽電池を用いることが好ましい。これにより、電
気二重層コンデンサと太陽電池を用い、クリーンで且つ
十分な電力容量を有する電源装置を構成することができ
る。
は、太陽電池を用いることが好ましい。これにより、電
気二重層コンデンサと太陽電池を用い、クリーンで且つ
十分な電力容量を有する電源装置を構成することができ
る。
【００１０】また、前記電気二重層コンデンサを複数個
備え、該複数個のコンデンサを直列および並列に切換接
続する切換回路と、前記電圧Ｅ１とＥ２との測定結果か
ら切換時期を判定する手段とを更に備えることが好まし
い。これにより、電気二重層コンデンサの放電が進行し
負荷側の所要最低電圧を下回る場合に、並列接続してい
た電気二重層コンデンサを直列に接続することで、電気
二重層コンデンサの有する端子電圧を上昇させ、放電可
能残り時間を延長して使用することができる。このよう
な場合にも時定数が変化するので、接続切替え後の充放
電の残り時間を継続して算定することが可能となる。
備え、該複数個のコンデンサを直列および並列に切換接
続する切換回路と、前記電圧Ｅ１とＥ２との測定結果か
ら切換時期を判定する手段とを更に備えることが好まし
い。これにより、電気二重層コンデンサの放電が進行し
負荷側の所要最低電圧を下回る場合に、並列接続してい
た電気二重層コンデンサを直列に接続することで、電気
二重層コンデンサの有する端子電圧を上昇させ、放電可
能残り時間を延長して使用することができる。このよう
な場合にも時定数が変化するので、接続切替え後の充放
電の残り時間を継続して算定することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面を参照しながら説明する。
て添付図面を参照しながら説明する。
【００１２】図１は、本発明の実施の形態の電気二重層
コンデンサを用いた電源装置を示す。この実施の形態例
においては、充電電源装置として太陽電池１１が用いら
れ、これにより電気二重層コンデンサ１２が充電され
る。充電電源装置１１と電気二重層コンデンサ１２との
間にはスイッチ１４が接続され、これが閉じると電力供
給源である太陽電池１１側から電気二重層コンデンサ１
２に電流が供給され、これにより電気二重層コンデンサ
１２が充電される。ここで、電源装置１１はｐｎ接合一
段当たり通常０．６〜０．７Ｖ程度の電圧が出力される
が、これを複数段直列に接続し、負荷装置の駆動に十分
な程度の電圧出力が得られるようにしておくことが好ま
しい。
コンデンサを用いた電源装置を示す。この実施の形態例
においては、充電電源装置として太陽電池１１が用いら
れ、これにより電気二重層コンデンサ１２が充電され
る。充電電源装置１１と電気二重層コンデンサ１２との
間にはスイッチ１４が接続され、これが閉じると電力供
給源である太陽電池１１側から電気二重層コンデンサ１
２に電流が供給され、これにより電気二重層コンデンサ
１２が充電される。ここで、電源装置１１はｐｎ接合一
段当たり通常０．６〜０．７Ｖ程度の電圧が出力される
が、これを複数段直列に接続し、負荷装置の駆動に十分
な程度の電圧出力が得られるようにしておくことが好ま
しい。
【００１３】そして、電気二重層コンデンサ１２は、そ
の電源としての使用時には、例えば自動車のモータや電
子機器等の負荷装置１３に接続される。負荷装置１３と
電気二重層コンデンサ１２との間には同様にスイッチ１
５が配設され、このスイッチが閉じられることにより電
気二重層コンデンサ１２側から電流が負荷装置１３に供
給され、負荷装置１３が動作する。電気二重層コンデン
サ１２は、単一のコンデンサを用いても、また複数のコ
ンデンサを並列接続して用いてもよい。更に、後述する
ように複数個の電気二重層コンデンサを並列接続および
直列接続に切り替え可能とすることが好ましい。
の電源としての使用時には、例えば自動車のモータや電
子機器等の負荷装置１３に接続される。負荷装置１３と
電気二重層コンデンサ１２との間には同様にスイッチ１
５が配設され、このスイッチが閉じられることにより電
気二重層コンデンサ１２側から電流が負荷装置１３に供
給され、負荷装置１３が動作する。電気二重層コンデン
サ１２は、単一のコンデンサを用いても、また複数のコ
ンデンサを並列接続して用いてもよい。更に、後述する
ように複数個の電気二重層コンデンサを並列接続および
直列接続に切り替え可能とすることが好ましい。
【００１４】電気二重層コンデンサ１２の両端には電圧
検出回路１６が接続され、電気二重層コンデンサ１２の
両端に表れる電圧を検出する。そして、検出された電圧
は演算装置１７により演算処理が施され、充放電の残り
時間が演算される。その演算結果が表示装置１８により
表示される。尚、表示装置１８はアナログ式の表示計で
もよく、また残り充放電時間を例えば分単位で表示する
デジタル式の表示装置でもよい。また、電圧検出回路１
６、演算装置１７および表示装置１８の電源は、この電
気二重層コンデンサ１２の端子から供給してもよく、ま
た別途の電源回路を用いてもよい。
検出回路１６が接続され、電気二重層コンデンサ１２の
両端に表れる電圧を検出する。そして、検出された電圧
は演算装置１７により演算処理が施され、充放電の残り
時間が演算される。その演算結果が表示装置１８により
表示される。尚、表示装置１８はアナログ式の表示計で
もよく、また残り充放電時間を例えば分単位で表示する
デジタル式の表示装置でもよい。また、電圧検出回路１
６、演算装置１７および表示装置１８の電源は、この電
気二重層コンデンサ１２の端子から供給してもよく、ま
た別途の電源回路を用いてもよい。
【００１５】コンデンサの充電特性は、図２に示すよう
に表される。即ち、充電電源電圧Ｅｏ、内部抵抗Ｒ、コ
ンデンサＣを直列に接続した場合、コンデンサＣの両端
の充電電圧Ｅは次の（１）式で表される。 Ｅ＝Ｅｏ（１−ｅ−（ｔ／ＲＣ）） （１） 即ち、コンデンサ両端の電圧Ｅがゼロから一定の直流充
電電源電圧Ｅｏで充電すると、コンデンサの両端の電圧
Ｅは対数関数に従って上昇し、緩やかに一定値Ｅｏに漸
近する。ここで、コンデンサ容量Ｃと内部抵抗Ｒの積Ｃ
Ｒは時間の次元を有し、これを時定数τ（＝ＣＲ）と称
し、ｔ＝τの時、 Ｅ＝Ｅｏ（１−ｅ−１） となる。即ち、この時定数τは対数関数曲線の立ち上が
りまたは立ち下がりの緩やかさを示す指標である。例え
ば、Ｃ＝１００（Ｆ）、Ｒ＝１０（Ω）の場合、τ＝１
００（Ｆ）×１０（Ω）＝１０００秒であり、ｔ＝τ
（１０００秒）の場合、Ｅ＝０．６３２Ｅｏとなり、５
τ（５０００秒）でほぼ充電電源電圧Ｅｏに近づく。
に表される。即ち、充電電源電圧Ｅｏ、内部抵抗Ｒ、コ
ンデンサＣを直列に接続した場合、コンデンサＣの両端
の充電電圧Ｅは次の（１）式で表される。 Ｅ＝Ｅｏ（１−ｅ−（ｔ／ＲＣ）） （１） 即ち、コンデンサ両端の電圧Ｅがゼロから一定の直流充
電電源電圧Ｅｏで充電すると、コンデンサの両端の電圧
Ｅは対数関数に従って上昇し、緩やかに一定値Ｅｏに漸
近する。ここで、コンデンサ容量Ｃと内部抵抗Ｒの積Ｃ
Ｒは時間の次元を有し、これを時定数τ（＝ＣＲ）と称
し、ｔ＝τの時、 Ｅ＝Ｅｏ（１−ｅ−１） となる。即ち、この時定数τは対数関数曲線の立ち上が
りまたは立ち下がりの緩やかさを示す指標である。例え
ば、Ｃ＝１００（Ｆ）、Ｒ＝１０（Ω）の場合、τ＝１
００（Ｆ）×１０（Ω）＝１０００秒であり、ｔ＝τ
（１０００秒）の場合、Ｅ＝０．６３２Ｅｏとなり、５
τ（５０００秒）でほぼ充電電源電圧Ｅｏに近づく。
【００１６】このようにコンデンサの充電特性は図２に
示すような対数曲線に従って電圧が上昇していくので、
時刻ｔ１における電圧Ｅ１と時刻ｔ２における電圧Ｅ２
とを検出することで、これにより時定数τ＝ＣＲを演算
し、これから例えば充電完了時（例えば５τ＝０．９９
３Ｅｏまでの残り時間を算定することができる。
示すような対数曲線に従って電圧が上昇していくので、
時刻ｔ１における電圧Ｅ１と時刻ｔ２における電圧Ｅ２
とを検出することで、これにより時定数τ＝ＣＲを演算
し、これから例えば充電完了時（例えば５τ＝０．９９
３Ｅｏまでの残り時間を算定することができる。
【００１７】図３は、放電時の特性曲線を示す。即ち、
放電時の特性は、次の（２）式で表され、 Ｅ＝Ｅｏｅ−（ｔ／ＲＣ） （２） ここで、抵抗Ｒは負荷装置１３の負荷抵抗であり、容量
Ｃは電気二重層コンデンサ１２の静電容量である。この
場合も、コンデンサ１２の両端の電圧Ｅは、初期電圧を
Ｅｏとすると、時間ｔの経過と共に対数関数に従って下
降し、緩やかに一定値ゼロに漸近する。時定数である時
刻τ（＝ＣＲ）で電圧は０．３６８Ｅｏまで低下し、更
に時刻５τでほぼゼロである０．００７Ｅｏまで低下す
る。
放電時の特性は、次の（２）式で表され、 Ｅ＝Ｅｏｅ−（ｔ／ＲＣ） （２） ここで、抵抗Ｒは負荷装置１３の負荷抵抗であり、容量
Ｃは電気二重層コンデンサ１２の静電容量である。この
場合も、コンデンサ１２の両端の電圧Ｅは、初期電圧を
Ｅｏとすると、時間ｔの経過と共に対数関数に従って下
降し、緩やかに一定値ゼロに漸近する。時定数である時
刻τ（＝ＣＲ）で電圧は０．３６８Ｅｏまで低下し、更
に時刻５τでほぼゼロである０．００７Ｅｏまで低下す
る。
【００１８】これにより上述と同様に、電圧検出回路１
６にて時刻ｔ１における電圧Ｅ１を測定し、時刻ｔ２に
おける電圧Ｅ２を測定する。そして、演算装置１７にて
時定数τ＝ＣＲを求める。時定数τ（＝ＣＲ）は、以下
の演算により求められる。 Ｅ１＝Ｅｏｅ−（ｔ１／ＣＲ） Ｅ２＝Ｅｏｅ−（ｔ２／ＣＲ） ここで、充電電源電圧Ｅｏを消去すると、 Ｅ１ｅ−（ｔ２／ＣＲ）＝Ｅ２ｅ−（ｔ１／ＣＲ） 両辺の底数ｅの対数を取ると、 ｌｏｇＥ１―（ｔ２／ＣＲ）＝ｌｏｇＥ２―（ｔ１／Ｃ
Ｒ） これにより、 ＣＲ＝（ｔ２−ｔ１）／（ｌｏｇＥ１−ｌｏｇＥ２） が得られる。
６にて時刻ｔ１における電圧Ｅ１を測定し、時刻ｔ２に
おける電圧Ｅ２を測定する。そして、演算装置１７にて
時定数τ＝ＣＲを求める。時定数τ（＝ＣＲ）は、以下
の演算により求められる。 Ｅ１＝Ｅｏｅ−（ｔ１／ＣＲ） Ｅ２＝Ｅｏｅ−（ｔ２／ＣＲ） ここで、充電電源電圧Ｅｏを消去すると、 Ｅ１ｅ−（ｔ２／ＣＲ）＝Ｅ２ｅ−（ｔ１／ＣＲ） 両辺の底数ｅの対数を取ると、 ｌｏｇＥ１―（ｔ２／ＣＲ）＝ｌｏｇＥ２―（ｔ１／Ｃ
Ｒ） これにより、 ＣＲ＝（ｔ２−ｔ１）／（ｌｏｇＥ１−ｌｏｇＥ２） が得られる。
【００１９】更に時刻ｔ２からほぼ放電終了時の時刻を
例えば３τとすると、対数関数に従った時刻３τ（この
時の電圧Ｅ＝０．０５Ｅｏ）までの放電残り時間を算定
することができる。
例えば３τとすると、対数関数に従った時刻３τ（この
時の電圧Ｅ＝０．０５Ｅｏ）までの放電残り時間を算定
することができる。
【００２０】このようにして電圧検出回路１６及び演算
装置１７で検出された残り時間を表示装置１８で表示す
ることにより、電源の内部抵抗または負荷装置の負荷抵
抗Ｒを考慮することなく、電気二重層コンデンサ１２の
残り充電時間または残り放電時間を表示することができ
る。そして、放電時の負荷抵抗、又は充電時の内部抵抗
が変化した場合にも、その変化に対応した残り時間を直
ちに表示することが出来る。尚、この実施の形態例にお
いては、放電完了時を残り電圧約５％である時刻３τを
基準としたが、負荷装置の最低動作可能電圧及び初期電
圧Ｅｏの大きさを考慮して、負荷装置の特性に応じて適
宜決定する必要がある。
装置１７で検出された残り時間を表示装置１８で表示す
ることにより、電源の内部抵抗または負荷装置の負荷抵
抗Ｒを考慮することなく、電気二重層コンデンサ１２の
残り充電時間または残り放電時間を表示することができ
る。そして、放電時の負荷抵抗、又は充電時の内部抵抗
が変化した場合にも、その変化に対応した残り時間を直
ちに表示することが出来る。尚、この実施の形態例にお
いては、放電完了時を残り電圧約５％である時刻３τを
基準としたが、負荷装置の最低動作可能電圧及び初期電
圧Ｅｏの大きさを考慮して、負荷装置の特性に応じて適
宜決定する必要がある。
【００２１】上述したように電気二重層コンデンサを用
いた電源装置では、放電特性が鉛電池などのようにほぼ
直線的に低下するのでなく、放電開始後、対数的に電圧
が急激に減少していく。このため、電圧がある程度低下
すると、コンデンサ１２内に電荷が蓄積されているにも
かかわらず負荷装置１３の所要最低動作電圧を割り込む
ことになり、負荷装置に電流の供給ができなくなる。こ
の点を改良するためには、コンデンサ１２として複数の
コンデンサＣａ，Ｃｂを備え、これらを直列および並列
に接続する切替回路を備えるようにすればよい（例え
ば、特開平１１−３３２１１２号公報参照）。
いた電源装置では、放電特性が鉛電池などのようにほぼ
直線的に低下するのでなく、放電開始後、対数的に電圧
が急激に減少していく。このため、電圧がある程度低下
すると、コンデンサ１２内に電荷が蓄積されているにも
かかわらず負荷装置１３の所要最低動作電圧を割り込む
ことになり、負荷装置に電流の供給ができなくなる。こ
の点を改良するためには、コンデンサ１２として複数の
コンデンサＣａ，Ｃｂを備え、これらを直列および並列
に接続する切替回路を備えるようにすればよい（例え
ば、特開平１１−３３２１１２号公報参照）。
【００２２】図４（ａ）は、複数のコンデンサＣａ，Ｃ
ｂが並列接続され、負荷装置１３に電力を供給する場合
の等価回路を示す。これに対して、図４（ｂ）は、複数
のコンデンサＣａ，Ｃｂが直列接続され、負荷装置（抵
抗Ｒ）１３に電力を供給する場合の等価回路を示す。こ
こで、一例として、Ｃａ＝Ｃｂ＝Ｃｏとすると、並列接
続時の時定数τは、τ＝２ＣｏＲとなり、直列接続時の
時定数τは、τ＝ＣｏＲ／２となる。
ｂが並列接続され、負荷装置１３に電力を供給する場合
の等価回路を示す。これに対して、図４（ｂ）は、複数
のコンデンサＣａ，Ｃｂが直列接続され、負荷装置（抵
抗Ｒ）１３に電力を供給する場合の等価回路を示す。こ
こで、一例として、Ｃａ＝Ｃｂ＝Ｃｏとすると、並列接
続時の時定数τは、τ＝２ＣｏＲとなり、直列接続時の
時定数τは、τ＝ＣｏＲ／２となる。
【００２３】図５は、この切替回路を用いたときの電源
装置の放電時の動作特性例を示す。この装置において
も、充放電装置としての全体的な回路構成は図１に示し
たものと同様である。即ち、最初は図４（ａ）に示すよ
うに電気二重層コンデンサ１２としてコンデンサＣａ，
Ｃｂを並列接続により運転し、電圧検出回路１６を用
い、電気二重層コンデンサ１２の両端の電圧を監視し、
この実施の形態例では初期電圧Ｅｏの１／２まで電圧が
低下したら、コンデンサＣａ，Ｃｂの並列接続を図４
（ｂ）に示すように直列接続に切り替える。これによ
り、電圧は初期電圧Ｅｏまで再度上昇し、その後再び対
数曲線に沿って低減する。従って、コンデンサの放電可
能時間を並列動作時の動作時間ｔＡに対して、直列動作
時の動作時間ｔＢ分を延長することができる。
装置の放電時の動作特性例を示す。この装置において
も、充放電装置としての全体的な回路構成は図１に示し
たものと同様である。即ち、最初は図４（ａ）に示すよ
うに電気二重層コンデンサ１２としてコンデンサＣａ，
Ｃｂを並列接続により運転し、電圧検出回路１６を用
い、電気二重層コンデンサ１２の両端の電圧を監視し、
この実施の形態例では初期電圧Ｅｏの１／２まで電圧が
低下したら、コンデンサＣａ，Ｃｂの並列接続を図４
（ｂ）に示すように直列接続に切り替える。これによ
り、電圧は初期電圧Ｅｏまで再度上昇し、その後再び対
数曲線に沿って低減する。従って、コンデンサの放電可
能時間を並列動作時の動作時間ｔＡに対して、直列動作
時の動作時間ｔＢ分を延長することができる。
【００２４】この時、並列動作時の時定数がτ＝２Ｃｏ
Ｒであるのに対して、直列動作時の時定数がτ＝ＣｏＲ
／２であるので、ｔＢ＝ｔＡ／４の関係にあり、その分
だけ動作時間を延長することができる。この実施の形態
例においても、第１の時刻ｔ １とその時の電圧Ｅ１及び
第２の時刻ｔ２とその時の電圧Ｅ２との関係から時定数
τ（＝２ＣｏＲ）を算定し、上述したように直列動作時
の時定数も算定可能であるので、直列動作時ｔＢを含め
た残り放電可能時間を算定して表示することができる。
Ｒであるのに対して、直列動作時の時定数がτ＝ＣｏＲ
／２であるので、ｔＢ＝ｔＡ／４の関係にあり、その分
だけ動作時間を延長することができる。この実施の形態
例においても、第１の時刻ｔ １とその時の電圧Ｅ１及び
第２の時刻ｔ２とその時の電圧Ｅ２との関係から時定数
τ（＝２ＣｏＲ）を算定し、上述したように直列動作時
の時定数も算定可能であるので、直列動作時ｔＢを含め
た残り放電可能時間を算定して表示することができる。
【００２５】尚、以上の説明は、電気二重層コンデンサ
の両端の端子電圧の計測から残り充放電時間を算定する
例について説明したが、電気二重層コンデンサに流れる
電流から残り充放電時間を算定するようにしてもよい。
の両端の端子電圧の計測から残り充放電時間を算定する
例について説明したが、電気二重層コンデンサに流れる
電流から残り充放電時間を算定するようにしてもよい。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
気二重層コンデンサを用いた電源装置において、充放電
の残り時間の表示を行うことができる。これにより、電
気二重層コンデンサを用いた電源装置の実用上の使い易
さを改善できる。
気二重層コンデンサを用いた電源装置において、充放電
の残り時間の表示を行うことができる。これにより、電
気二重層コンデンサを用いた電源装置の実用上の使い易
さを改善できる。
【図１】本発明の実施の形態の電源装置の充放電回路の
構成を示す図である。
構成を示す図である。
【図２】図１に示す電源装置の充電特性を示す図であ
る。
る。
【図３】図１に示す電源装置の放電特性を示す図であ
る。
る。
【図４】複数のコンデンサを備えた電源装置における、
（ａ）は並列接続の等価回路図であり、（ｂ）は直列接
続の等価回路図である。
（ａ）は並列接続の等価回路図であり、（ｂ）は直列接
続の等価回路図である。
【図５】図４の並列接続と直列接続の切替回路を用いた
時の放電特性を示す図である。
時の放電特性を示す図である。
１１ 充電電源装置（太陽電池） １２ 電気二重層コンデンサ １３ 負荷装置 １４、１５ スイッチ １６ 電圧検出回路 １７ 演算装置 １８ 表示装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｊ 7/00 ３０２ Ｈ０１Ｌ 31/04 Ｋ Ｆターム(参考） 2G016 CA00 CB12 CB23 CB33 CC01 CC04 CC06 CC12 CE00 5F051 JA17 5G003 AA06 BA05 CA11 CC02 DA07 EA08 FA06 FA08 GC05 5H420 CC03 DD02 EB37 FF03 FF22 FF28
Claims (3)
- 【請求項１】 電気二重層コンデンサを用いた充放電可
能な電源装置において、第１の時間ｔ１と第２の時間ｔ
２の時の電圧Ｅ１とＥ２との測定手段と、コンデンサの
充放電特性、Ｅ＝Ｅｏ（１−ｅ−（ｔ／ＲＣ））、また
は、Ｅ＝Ｅｏｅ−（ｔ／ＲＣ）、なる関係を利用して、
時定数ＲＣを算定する手段と、該算定された時定数ＲＣ
を利用して、前記コンデンサの充放電特性から前記コン
デンサの残り充放電時間を算定する手段と、該算定され
た残り充放電時間を表示する表示装置と、を備えたこと
を特徴とする電源装置。 - 【請求項２】 前記電気二重層コンデンサの充電には、
太陽電池を用いることを特徴とする請求項１に記載の電
源装置。 - 【請求項３】 前記電気二重層コンデンサを複数個備
え、該複数個のコンデンサを直列および並列に切換接続
する切換回路と、前記電圧Ｅ１とＥ２との測定結果から
切換時期を判定する手段とを更に備えたことを特徴とす
る請求項１に記載の電源装置。
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001209444A true JP2001209444A (ja) | 2001-08-03 |
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2000
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