JP2001268816A

JP2001268816A - 充電装置

Info

Publication number: JP2001268816A
Application number: JP2000081254A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Someya; 薫染谷
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2001-09-28

Abstract

(57)【要約】【課題】電気二重層コンデンサの各々に並列的に接続
される電圧モニタ回路の個数を削減するとともに、装置
規模の小型化および電力エネルギーのロスの低減を図り
つつ、安定した急速充電動作が可能な充電装置を提供す
る。【解決手段】充電装置は、充電電流を供給するととも
に、コンデンサ型蓄電池２０を構成する複数のコンデン
サＣ１〜Ｃ４の接続状態を所定のタイミングで切り換え
制御する充電制御回路１０と、充電電流に対応する電気
エネルギーをコンデンサＣ１〜Ｃ４に蓄積するコンデン
サ型蓄電池２０と、各コンデンサＣ１〜Ｃ４の充電電圧
を監視する電圧モニタ回路３０と、を有し、コンデンサ
型蓄電池２０には、所定のタイミングでコンデンサＣ１
〜Ｃ４相互を直列接続するＦＥＴスイッチと、ＦＥＴス
イッチに略一定のゲート電圧を印加するフォトスイッチ
とを含んで構成されるスイッチ回路ＳＷ１１〜ＳＷ１３
が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、充電装置に関し、
特に、複数の電気二重層コンデンサを電力素子として備
えたコンデンサブロックに、電気エネルギーを蓄積する
充電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鉛蓄電池やアルカリ蓄電池等の二
次電池の充電においては、定電流充電、あるいは、定電
圧充電、定電圧パルス充電等の方法が用いられている。
これらの充電方法により二次電池を充電した場合、充電
による端子電圧の変化が微少であるため、充電の終了状
態（終了時期）の検出に際し、微少な電圧変動を検出し
たり、電池の温度変化を検出する等の手法を採用する必
要があった。そのため、充電状態を正確に検出して効率
的に充電動作を行うためには、装置構成や制御が複雑と
なり、装置の大型化や製造コストの増大を招くという問
題を有していた。

【０００３】一方、近年、電気自動車等の駆動用電源と
して、電気二重層コンデンサ等のコンデンサ型蓄電池を
備えた充電回路（装置）を適用することが研究されてい
る。たとえば、特開平１１−１２２８１１号公報には、
図９に示すように、複数の電気二重層コンデンサＣ１０
１〜Ｃ１０４を備えたコンデンサ型蓄電池（または、コ
ンデンサバンクあるいはコンデンサブロック）２００に
対して、電源回路１００から所定の充電電流ＩＢを供給
することにより、電気二重層コンデンサＣ１０１〜Ｃ１
０４の各々に電流値に応じた電荷を蓄積する技術が記載
されている。ここで、複数の電気二重層コンデンサＣ１
０１〜Ｃ１０４を直列に接続して充電動作を行うことに
より、充電電流の電流値を低減しつつ、高容量のコンデ
ンサバンクを有する充電装置を構成できることが記載さ
れている。

【０００４】ところで、一般に、電気二重層コンデンサ
を含むコンデンサの両端電圧（充電電圧）Ｖは、Ｑを電
荷量、Ｃをコンデンサ容量とすると、次式のように表さ
れる。Ｖ＝Ｑ／Ｃ ……（１１）また、電荷量Ｑは、ＩＡをコンデンサに流れる電流（充
電電流）、ｔを充電時間とすると、次式のように表され
る。Ｑ＝ＩＡ・ｔ ……（１２）

【０００５】このように、コンデンサに蓄積される電荷
量Ｑは、充電時間ｔの経過に比例して上昇するので、コ
ンデンサの充電電圧Ｖも、充電時間ｔとともに上昇し、
充電電圧Ｖがコンデンサの耐圧を越えると、コンデンサ
の破壊や充電装置の故障や不良を生じる問題を有してい
る。そこで、従来においては、図９に示すように、充電
電圧が電気二重層コンデンサの耐圧以上にならないよう
に、各電気二重層コンデンサＣ１０１〜Ｃ１０４毎に、
充電電圧値を検出、監視し、充電電圧値が耐圧保証電圧
（基準電圧）を越えたとき、電気二重層コンデンサＣ１
０１〜Ｃ１０４への充電動作を停止（詳しくは、充電電
流をバイパス）する電圧モニタ回路３０１〜３０４が設
けられていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術においては、次に示すような問題点を有して
いた。（１）複数の電気二重層コンデンサを直列接続する構成
においては、充電電圧の検出、監視に際し、各電気二重
層コンデンサ毎に電圧モニタ回路を並列的に接続（並列
モニタ）する必要があるため、コンデンサの数が増加す
るに伴って、電圧モニタ回路が同数必要となり、充電装
置の規模が極端に大型化し、製品コストが増大してしま
うという問題を有していた。（２）また、充電電圧の検出、監視に際し、電圧モニタ
回路により充電電流をバイパスする場合、電圧モニタ回
路の消費電力の増大、および、接続数（すなわち、二重
層コンデンサの数）に応じた熱量Ｗの発生を招くため、
充電装置の小型化を一層困難なものにしていた。

【０００７】なお、充電電流のバイパスにより発生する
熱量Ｗは、ＩＢを充電電流、ＶＬを耐圧保証電圧、ｎを
電圧モニタ回路（電気二重層コンデンサ）の数とする
と、次式により表され、電圧モニタ回路の数ｎに比例し
て熱量Ｗが増大する。Ｗ＝ＩＢ・ＶＬ・ｎ ……（１３）（３）さらに、電気二重層コンデンサを適用した充電装
置において、今後の実用化のためには、急速充電性能や
充電安定性能等の動作特性の向上が求められている。

【０００８】そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、電
気二重層コンデンサの各々に並列的に接続される電圧モ
ニタ回路の個数を削減するとともに、装置規模の小型化
および電力エネルギーのロスの低減を図りつつ、安定し
た急速充電動作が可能な充電装置を提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の充電装置
は、商用電源の交流電圧成分に応じた充電電流を供給す
る充電電流供給手段と、複数のコンデンサ、または、複
数のコンデンサを積層した複数のコンデンサスタックを
備え、前記充電電流供給手段から供給される前記充電電
流に対応する電気エネルギーを蓄積するコンデンサ型蓄
電池と、前記コンデンサ型蓄電池を構成する前記複数の
コンデンサ相互、または、前記複数のコンデンサスタッ
ク相互の接続状態を所定のタイミングで直列状態に切り
換え設定し、前記複数のコンデンサ、または、前記複数
のコンデンサスタックに前記充電電流を供給する制御信
号を生成する充電制御手段と、前記複数のコンデンサ相
互、または、前記複数のコンデンサスタック相互を直列
接続状態に切り換え設定する第１のスイッチ手段と、前
記複数のコンデンサ、または、前記複数のコンデンサス
タックの充電状態に関わらず、前記制御信号に基づい
て、前記所定のタイミングで前記第１のスイッチ手段を
略一定の導通状態に制御する第２のスイッチ手段と、を
具備していることを特徴としている。

【００１０】請求項２記載の充電装置は、請求項１記載
の充電装置において、前記第１のスイッチ手段は、直列
接続される前記複数のコンデンサ、または、前記複数の
コンデンサスタックのうち、次段に位置する前記コンデ
ンサ、または、前記コンデンサスタックの充電電圧と所
定の基準電圧とに基づいて、前記略一定の導通状態に制
御されることを特徴としている。請求項３記載の充電装
置は、請求項１記載の充電装置において、前記第１のス
イッチ手段は、電界効果型トランジスタにより構成され
るスイッチング素子であり、前記第２のスイッチ手段
は、少なくとも、前記所定の基準電圧に基づいて充電さ
れる容量素子と、前記制御信号によって導通状態が制御
され、次段に位置する前記コンデンサ、または、前記コ
ンデンサスタックの充電電圧と前記容量素子の充電電圧
の差分に相当する電圧の前記第１のスイッチ手段のゲー
ト端子への供給を制御するフォトカプラ構造を有するス
イッチング素子と、を含んで構成されていることを特徴
としている。

【００１１】請求項４記載の充電装置は、請求項１乃至
３のいずれかに記載の充電装置において、前記第２のス
イッチ手段は、前記複数のコンデンサ相互、または、前
記複数のコンデンサスタック相互が非直列接続状態に設
定されているとき、前記第１のスイッチ手段のゲート端
子に蓄積された電荷を、次段に位置する前記コンデン
サ、または、前記コンデンサスタックに放電する抵抗素
子を備えたことを特徴としている。請求項５記載の充電
装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の充電装置に
おいて、前記充電装置は、前記コンデンサ型蓄電池を構
成する前記複数のコンデンサ相互、または、前記複数の
コンデンサスタック相互を並列接続状態に切り換え設定
する第３のスイッチ手段と、前記並列接続時に、前記コ
ンデンサ、または、前記コンデンサスタックの充電電圧
を検出、監視する電圧監視手段と、を備えたことを特徴
としている。

【００１２】請求項６記載の充電装置は、請求項５記載
の充電装置において、前記充電制御手段は、前記第１乃
至第３のスイッチ手段を制御して、前記複数のコンデン
サ相互、または、前記複数のコンデンサスタック相互を
直列接続状態に切り換えたとき、前記複数のコンデン
サ、または、前記複数のコンデンサスタックに、前記充
電電流に対応する電気エネルギーを蓄積する充電動作を
行い、前記複数のコンデンサ相互、または、前記複数の
コンデンサスタック相互を並列接続状態に切り換え制御
したとき、前記電圧監視手段により、前記複数のコンデ
ンサ、または、前記複数のコンデンサスタックの各々の
充電電圧を検出する電圧監視動作を行うことを特徴とし
ている。請求項７記載の充電装置は、請求項６記載の充
電装置において、前記充電制御手段は、前記充電動作お
よび前記電圧監視動作を所定のタイミングで順次繰り返
し実行することを特徴としている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る充電装置に
ついて、実施の形態を示して詳しく説明する。＜第１の実施形態＞本発明に係る充電装置の第１の実施
形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発
明に係る充電装置の第１の実施形態を示すブロック図で
ある。図１に示すように、本実施形態に係る充電装置
は、大別して、充電制御回路１０と、コンデンサ型蓄電
池２０と、電圧モニタ回路３０と、を有して構成され、
充電制御回路１０には、たとえば、図示を省略した商用
電源から交流電圧Ｖinが供給され、切換スイッチＳＷ１
を介してコンデンサ型蓄電池２０および電圧モニタ回路
３０が並列に接続され、さらに、コンデンサ型蓄電池２
０には、切換スイッチＳＷ２を介して負荷４０が接続さ
れている。

【００１４】ここで、充電制御回路１０は、本発明に係
る充電電流供給手段および充電制御手段を構成する。ま
た、電圧モニタ回路３０は、本発明に係る電圧監視手段
を構成する。充電制御回路１０は、商用電源から供給さ
れる交流電圧Ｖin（たとえば、ＡＣ１００Ｖ）に応じた
所定の充電電流Ｉｃを生成して、後述するコンデンサ型
蓄電池２０が接続された高電位側電源線ＨＬおよび低電
位側電源線ＬＬ間に直流電圧を印加し、コンデンサ型蓄
電池２０に充電電流Ｉｃを供給するとともに、交流電圧
Ｖinの所定の電圧成分、たとえば、負電圧極性の期間を
検出して制御信号Ｓｃを出力する。

【００１５】切換スイッチＳＷ１は、後述するコンデン
サ型蓄電池２０が接続された高電位側電源線ＨＬに設け
られ、たとえば、後述する電圧モニタ回路３０からの電
圧検出信号Ｓｄに基づいて導通状態が制御され、充電制
御回路１０からコンデンサ型蓄電池２０への充電電流Ｉ
ｃの供給、遮断状態が設定される。コンデンサ型蓄電池
２０は、複数の電気二重層コンデンサ（以下、単にコン
デンサという）Ｃ１〜Ｃ４と、これらのコンデンサＣ１
〜Ｃ４の接続状態を直列または並列に切り換え制御する
スイッチ回路ＳＷ１１〜ＳＷ１３、および、切換スイッ
チＳＷ２１〜ＳＷ２３、ＳＷ３１〜ＳＷ３３とを有し、
コンデンサバンクを構成している。

【００１６】コンデンサ型蓄電池２０は、具体的には、
図１に示すように、上記高電位側電源線ＨＬおよび低電
位側電源線ＬＬとの間に、コンデンサＣ１と、スイッチ
回路ＳＷ１１と、コンデンサＣ２と、スイッチ回路ＳＷ
１２と、コンデンサＣ３と、スイッチ回路ＳＷ１３と、
コンデンサＣ４が、順次接点Ｎ１１、Ｎ１２、Ｎ２１、
Ｎ２２、Ｎ３１、Ｎ３２を介して直列に接続されてい
る。そして、高電位側電源線ＨＬおよび接点Ｎ１２間、
高電位側電源線ＨＬおよび接点Ｎ２２間、高電位側電源
線および接点Ｎ３２間には、各々切換スイッチＳＷ２１
〜２３が設けられ、低電位側電源線ＬＬおよび接点Ｎ１
１間、低電位側電源線ＬＬおよび接点Ｎ２１間、低電位
側電源線ＬＬおよび接点Ｎ３１間には、各々切換スイッ
チＳＷ３１〜３３が設けられている。

【００１７】スイッチ回路ＳＷ１１〜ＳＷ１３は、充電
制御回路１０からの制御信号Ｓｃに基づいて、同一のタ
イミングで同一のＯＮ／ＯＦＦ動作を行うように制御さ
れる。また、切換スイッチＳＷ２１〜２３およびＳＷ３
１〜３３は、上記スイッチ回路ＳＷ１１〜ＳＷ１３と
は、逆のタイミングで同一のＯＮ／ＯＦＦ動作を行うよ
うに制御される。なお、スイッチ回路ＳＷ１１〜ＳＷ１
３の具体的な回路構成およびその作用については、後述
する。ここで、切換スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２３および
ＳＷ３１〜ＳＷ３３は、本発明に係る第３のスイッチ手
段を構成している。

【００１８】電圧モニタ回路３０は、高電位側電源線Ｈ
Ｌおよび低電位側電源線ＬＬに接続され、コンデンサＣ
１〜Ｃ４に蓄積された電荷量を、モニタ電圧（コンデン
サ電圧）値として検出するとともに、あらかじめ定めら
れた基準電圧（耐圧保証電圧）値と比較し、モニタ電圧
値が、基準電圧値に達したか否かを判定する。モニタ電
圧値が、基準電圧値に達した場合には、コンデンサ型蓄
電池２０への充電電流Ｉｃの供給を遮断する電圧検出信
号Ｓｄを出力する。ここで、電圧検出信号Ｓｄは、図１
に示すように、スイッチＳＷ１の導通状態を直接遮断制
御するものであってもよいし、充電制御回路１０を介し
て、高電位側電源線ＨＬへの充電電流Ｉｃの供給を遮断
するものであってもよい。

【００１９】負荷４０は、高電位側電源線ＨＬと低電位
側電源線ＬＬとの間に、スイッチＳＷ２を介して接続さ
れ、高電位側電源線ＨＬの切換スイッチＳＷ１を遮断状
態に切り換え制御して充電動作を終了した後、切換スイ
ッチＳＷ２を導通状態に切り換え制御することにより放
電動作が開始され、コンデンサ型蓄電池２０から所定の
放電電圧が印加されて駆動制御される。

【００２０】次に、本実施形態に適用されるスイッチ回
路の具体的な構成について、図面を参照して説明する。
図２は、本実施形態に適用されるスイッチ回路を含むコ
ンデンサ型蓄電池の要部構成を示す回路図であり、図３
は、本実施形態に適用されるスイッチ回路の有効性を説
明するための他の回路構成を示す回路図である。ここで
は、コンデンサ型蓄電池としてｎ番目からｎ＋２番目の
コンデンサのみを示し、各々のコンデンサ間に設けられ
たスイッチ回路について説明する。

【００２１】図２に示すように、本実施形態に適用され
るスイッチ回路は、大別して、電界効果型トランジスタ
により構成され、コンデンサ群Ｃ_ｎ〜Ｃ_ｎ+2を相互に直
列接続状態に設定するＦＥＴスイッチ群Ｔｒ_ｎ、Ｔｒ
_n+1と、充電制御回路１０からの制御信号Ｓｃに基づい
て、上記ＦＥＴスイッチ群Ｔｒ_ｎ、Ｔｒ_n+1の導通／遮
断状態を切り換え制御するフォトスイッチ群ＰＳ_ｎ、Ｐ
Ｓ_n+1と、フォトスイッチ群ＰＳ_ｎ、ＰＳ_n+1を介して、
ＦＥＴスイッチ群Ｔｒ_ｎ、Ｔｒ_n+1の各々のゲート端子
に所定のゲート電圧を供給する制御コンデンサＣｇ_ｎ、
Ｃｇ_n+1およびダイオードＤ_ｎ、Ｄ_n+1と、ＦＥＴスイッ
チ群Ｔｒ_ｎ、Ｔｒ_n+1のゲート端子とソース端子間に接
続された抵抗Ｒ_ｎ、Ｒ_n+1と、を有して構成されてい
る。

【００２２】ここで、フォトスイッチ群ＰＳ_ｎ、ＰＳ
_n+1は、制御信号Ｓｃに基づいて、所定の波長の光を発
光するフォトダイオードＰＤと、フォトダイオードＰＤ
からの光を受光して電気的に導通するフォトトランジス
タＰＴから構成される、いわゆるフォトカプラ（光結合
トランジスタともいう）構造を有している。このような
構成を有するフォトスイッチ群ＰＳ_ｎ、ＰＳ_n+1によれ
ば、入力側（制御信号Ｓｃ）と出力側（スイッチ動作）
が電気的に分離されるとともに、制御信号Ｓｃの信号レ
ベルに的確に対応した導通制御が実現される。

【００２３】また、制御コンデンサＣｇ_ｎ、Ｃｇ_n+1の
一端側は、各々次段のコンデンサＣ _ｎ+1、Ｃ_ｎ+2の他端
側（低電位電源線ＬＬ側）に接続されるとともに、制御
コンデンサＣｇ_ｎ、Ｃｇ_n+1の他端側には、所定の基準
電圧Ｖcgが、ダイオードＤ_ｎ、Ｄ_n+1を介して、常時印
加されている。そして、この制御コンデンサＣｇ_ｎ、Ｃ
ｇ_n+1の他端側は、上記フォトスイッチ群ＰＳ_ｎ、ＰＳ
_n+1を介して、ＦＥＴスイッチ群Ｔｒ_ｎ、Ｔｒ_n+1の各々
のゲート端子に接続され、フォトスイッチ群ＰＳ_ｎ、Ｐ
Ｓ_n+1の動作状態に応じて、制御コンデンサＣｇ_ｎ、Ｃ
ｇ_n+1の充電電圧が、ＦＥＴスイッチ群Ｔｒ_ｎ、Ｔｒ_n+1
のゲート端子に印加される。ここで、ＦＥＴスイッチ群
Ｔｒ_ｎ、Ｔｒ_n+1は、本発明に係る第１のスイッチ手段
を構成し、フォトスイッチ群ＰＳ_ｎ、ＰＳ_n+1は、本発
明に係る第２のスイッチ手段を構成する。また、制御コ
ンデンサＣｇ_ｎ、Ｃｇ_n+1は、本発明に係る容量素子を
構成し、抵抗Ｒ_ｎ、Ｒ_n+1は、本発明に係る抵抗素子を
構成する。

【００２４】このような構成を有するスイッチ回路にお
いて、ｎ番目のＦＥＴスイッチＴｒ _ｎのゲート端子に印
加されるゲート電圧は、次段に接続されるコンデンサＣ
_n+1の両端電圧（充電電圧）と、コンデンサ型蓄電池の
外部の定電圧電源（図示を省略）から常時供給される基
準電圧Ｖcgにより充電された制御コンデンサＣｇ_ｎの両
端電圧（充電電圧）とに基づいて生成される。すなわ
ち、ＦＥＴスイッチＴｒ _ｎのゲート端子に印加される電
圧Ｖｇは、次式のように表される。Ｖｇ＝Ｖcg（Ｃｇ_ｎの両端電圧）−Ｖc_n+1（Ｃ_n+1の両端電圧） …（１）ここで、ゲート印加電圧Ｖｇを、ＦＥＴスイッチＴｒ_ｎ
が十分、かつ、確実に導通する電圧であって、ＦＥＴス
イッチＴｒ_ｎの動作特性において許容される範囲内で高
く設定することにより、ＦＥＴスイッチＴｒ_ｎをより高
速に切り換え制御することができるとともに、コンデン
サＣ_n、Ｃ_n+1に供給される電流値（充電電流値）を増大
させて、急速充電特性を向上させることができる。

【００２５】上記ゲート印加電圧Ｖｇの具体的な設定値
としては、たとえば、１０Ｖ程度になるように設定す
る。ここで、後述するように、コンデンサ型蓄電池２０
の充電動作の進行に伴って、コンデンサＣ_n+1の両端電
圧は徐々に上昇して行くが、一般に、電気二重層コンデ
ンサの両端電圧の最大値（すなわち、耐圧）は、数Ｖ程
度であるので、定電圧電源により供給される基準電圧Ｖ
cgを１５Ｖ程度に設定することにより、ＦＥＴスイッチ
Ｔｒ_ｎに供給される上記ゲート印加電圧Ｖｇを略一定に
保持して良好に設定制御することができる。

【００２６】なお、ＦＥＴスイッチＴｒ_ｎの導通時にゲ
ート電極に蓄積された電荷は、フォトスイッチＰＳ_ｎが
遮断状態となり、コンデンサ群Ｃ_ｎ〜Ｃ_ｎ+2が並列接続
に切り替わったとき、コンデンサＣ_n+1の両端電圧が低
下することにより、ＦＥＴスイッチＴｒ_ｎのゲート端子
とソース端子間に接続された抵抗Ｒｎを介して迅速に放
電される。このとき、電荷が放電される対象は、並列接
続により両端電圧が低下したコンデンサＣ_n+1であるの
で、充電時に要した電力エネルギーのロスが抑制または
阻止される。

【００２７】ところで、図２に示したスイッチ回路の構
成において、フォトスイッチ群ＰＳ _ｎ、ＰＳ_n+1とＦＥ
Ｔスイッチ群Ｔｒ_ｎ、Ｔｒ_n+1からなる分離したスイッ
チ構造を適用した理由は、上述した急速充電動作におい
ては、コンデンサ群Ｃ_ｎ〜Ｃ_ｎ ₊₂に供給される充電電流
が増大するため、耐圧の高いＦＥＴスイッチ群Ｔｒ_ｎ、
Ｔｒ_n+1により大電流の流下に対応するものである。

【００２８】また、ＦＥＴスイッチＴｒ_ｎのゲート印加
電圧Ｖｇとして、制御コンデンサＣｇ_ｎおよびダイオー
ドＤ_ｎからなる回路構成を適用した理由は、コンデンサ
群Ｃ _ｎ〜Ｃ_ｎ+2に充電される電圧や接続数等に応じて、
ＦＥＴスイッチ群Ｔｒ_ｎ、Ｔｒ_n+1の両端に印加される
電圧が大きく変化する（たとえば、コンデンサの充電終
了電圧を１００Ｖとした場合、印加電圧は０〜１００Ｖ
まで変化する）ため、ＦＥＴスイッチ群Ｔｒ_ｎ、Ｔｒ
_n+1を、充電電圧に応じたフローティング状態で動作さ
せる必要があるからである。但し、この場合、図３に示
すように、固定電源による定電圧ＶＧを、フォトスイッ
チＰＳを介してＦＥＴスイッチＴｒのゲート端子に印加
する回路構成を適用することが考えられるが、ゲート印
加電圧（たとえば、十数Ｖ程度）を、各ＦＥＴスイッチ
の両端電圧の変化に対応させて供給する必要があるた
め、好ましくない。

【００２９】そこで、本実施形態においては、基準電圧
ＶcgによりダイオードＤ_ｎを介して供給される一定の電
荷を制御コンデンサＣｇ_ｎに充電し、コンデンサＣ_n+1
の両端電圧との差分に相当する電圧をゲート印加電圧Ｖ
ｇとして生成することにより、コンデンサの両端電圧
（充電電圧）に追従したゲート印加電圧を印加するもの
である。これにより、ＦＥＴスイッチの切り換え動作の
安定性を向上させることができる。また、単一の定電圧
電源から基準電圧Ｖcgを供給し、制御コンデンサＣｇ_ｎ
によりＦＥＴスイッチＴｒ_ｎのゲート電圧を生成、供給
する構成を有しているので、回路構成を小型化すること
もできる。

【００３０】次に、上述した構成を有する充電装置にお
ける動作状態について、図面を参照して説明する。図４
は、本実施形態に係る充電装置における充電動作状態を
示す回路図であり、図５は、本実施形態に係る充電装置
における電圧モニタ（電圧監視）動作状態を示す回路図
である。なお、ここでは、必要に応じて上述したスイッ
チ回路（図２参照）の構成を参照しながら説明する。

【００３１】（充電動作）充電動作においては、図４に
示すように、所定のタイミングで高電位側電源線ＨＬに
設けられた切換スイッチＳＷ１を導通状態に切り換え制
御して、充電制御回路１０とコンデンサ型蓄電池２０と
を電気的に接続するとともに、充電制御回路１０から出
力される制御信号Ｓｃに基づいて、コンデンサ型蓄電池
２０に設けられたスイッチ回路ＳＷ１１〜ＳＷ１３を導
通状態に、また、切換スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２３およ
びＳＷ３１〜ＳＷ３３を遮断状態に切り換え制御する。

【００３２】すなわち、図２に示したスイッチ回路ＳＷ
１１〜ＳＷ１３において、制御信号Ｓｃに基づいてフォ
トスイッチ群ＰＳ_ｎ、ＰＳ_n+1が導通動作することによ
り、制御コンデンサＣｇ_ｎ、Ｃｇ_n+1に蓄積された電荷
に対応するゲート印加電圧ＶｇがＦＥＴスイッチ群Ｔｒ
_ｎ、Ｔｒ_n+1のゲート端子に印加され、ＦＥＴスイッチ
群Ｔｒ_ｎ、Ｔｒ_n+1は導通状態になる。したがって、こ
のような切換スイッチＳＷ１、ＳＷ２１〜ＳＷ２３、Ｓ
Ｗ３１〜ＳＷ３３およびスイッチ回路ＳＷ１１〜ＳＷ１
３の切り換え制御により、コンデンサ型蓄電池２０を構
成するコンデンサＣ１〜Ｃ４が、高電位側電源線ＨＬお
よび低電位側電源線ＬＬ間に直列に接続された状態とな
り、充電制御回路１０から供給される充電電流Ｉｃによ
りコンデンサ型蓄電池２０の充電動作が行われる。

【００３３】ここで、上述したように、ＦＥＴスイッチ
群Ｔｒ_ｎ、Ｔｒ_n+1のゲート端子に印加される電圧Ｖｇ
は、コンデンサＣ１〜Ｃ４の両端電圧（充電電圧）の変
化に関わらず、基準電圧Ｖcgに基づいて制御コンデンサ
Ｃｇ_ｎ、Ｃｇ_n+1に蓄積された電荷に応じて略一定に保
持されるので、ＦＥＴスイッチＴｒ_ｎの動作特性におい
て許容される範囲内で高く設定することにより、ＦＥＴ
スイッチＴｒ_ｎをより高速かつ安定して切り換え制御す
ることができる。

【００３４】このように、複数（ｍ個）のコンデンサＣ
１〜Ｃｍを直列接続状態に切り換えて充電動作を行うこ
とにより、コンデンサ型蓄電池２０を単一のコンデンサ
により構成して充電する場合に比べて、コンデンサ型蓄
電池２０としての容量値を１／ｍ²（図１では、ｍ＝４
であるので、１／１６）に低減することができるので、
コンデンサによる分割割合に応じて、充電電流Ｉを１／
ｍ（＝１／４）倍に低減、または、充電電流Ｉを一定と
した場合には、充電時間ｔを１／ｍ（＝１／４）に短縮
することができる。

【００３５】（電圧モニタ動作）一方、電圧モニタ動作
においては、図５に示すように、所定のタイミンで切換
スイッチＳＷ１を遮断状態に切り換え制御して、充電制
御回路１０とコンデンサ型蓄電池２０とを電気的に切り
離すとともに、充電制御回路１０から出力される制御信
号Ｓｃに基づいて、コンデンサ型蓄電池２０に設けられ
たスイッチ回路ＳＷ１１〜ＳＷ１３を遮断状態に、ま
た、切換スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２３およびＳＷ３１〜
ＳＷ３３を導通状態に切り換え制御する。

【００３６】このとき、図２に示したスイッチ回路ＳＷ
１１〜ＳＷ１３において、制御信号Ｓｃに基づいてフォ
トスイッチ群ＰＳ_ｎ、ＰＳ_n+1が遮断動作することによ
り、ＦＥＴスイッチ群Ｔｒ_ｎ、Ｔｒ_n+1の各ゲート電極
に蓄積された電荷が抵抗Ｒ_ｎ、Ｒ_n+1を介して放電さ
れ、フォトスイッチ群ＰＳ_ｎ、ＰＳ_n+1の遮断タイミン
グに対して少し遅れてＦＥＴスイッチ群Ｔｒ_ｎ、Ｔｒ
_n+1が遮断状態になる。次いで、若干の時間経過後に、
切換スイッチＳＷ３_ｎ、ＳＷ３_n+1（ＳＷ３１〜ＳＷ３
３）を導通状態に切り換え制御することにより、制御コ
ンデンサＣｇ_ｎ、Ｃｇ _n+1の一端側が低電位側電源線Ｌ
Ｌに接続されて低電位（接地電位）が印加されるととも
に、他端側には定電圧電源からダイオードＤ_ｎ、Ｄ_n+1
を介して電流が供給され、基準電圧Ｖcgと同等の電圧が
制御コンデンサＣｇ_ｎ、Ｃｇ_n+1に充電される。

【００３７】このように、コンデンサ型蓄電池２０を構
成するコンデンサＣ１〜Ｃ４が、充電制御回路１０から
切り離されるとともに、各コンデンサＣ１〜Ｃ４が、高
電位側電源線ＨＬおよび低電位側電源線ＬＬ間に相互に
並列に接続されて電圧モニタ回路３０に接続されること
により、コンデンサ型蓄電池２０に充電されたコンデン
サ電圧の電圧モニタ動作が行われる。したがって、本実
施形態に係る充電装置によれば、電圧モニタ動作におい
て、分割されたコンデンサＣ１〜Ｃ４を並列接続するこ
とにより、各コンデンサＣ１〜Ｃ４における両端電圧が
相互に均一化されるので、単一の電圧モニタ回路３０に
より、コンデンサ電圧をバラツキなく検出することがで
きる。また、分割されたコンデンサＣ１〜Ｃ４を並列接
続することにより、コンデンサ型蓄電池２０の容量を増
大して負荷駆動能力を向上させることができる。

【００３８】上述したように、コンデンサＣ１〜Ｃ４を
直列状態または並列状態に切り換え制御して、充電動作
および電圧モニタ動作が行われるが、上記各動作を所定
のタイミングで繰り返し実行することにより、安定した
急速充電動作特性を実現することができる。以下に、具
体的な動作タイミングについて説明する。図６は、本実
施形態に係る充電装置における充電動作／電圧モニタ動
作切り換え制御とコンデンサの充電電圧との関係を示す
タイミングチャートである。

【００３９】図６に示すように、切換スイッチＳＷ１、
スイッチ回路ＳＷ１１〜ＳＷ１３、切換スイッチＳＷ２
１〜ＳＷ２３、ＳＷ３１〜ＳＷ３３を切り換え制御する
ことにより、高電位側電源線ＨＬと低電位側電源線ＬＬ
との間にコンデンサＣ１〜Ｃ４を直列接続してコンデン
サＣ１〜Ｃ４を充電する充電動作と、コンデンサＣ１〜
Ｃ４を並列接続して各コンデンサＣ１〜Ｃ４の充電電圧
を電圧モニタ回路３０により監視、検出するする電圧モ
ニタ動作と、を繰り返し実行する。

【００４０】ここで、電圧モニタ回路３０は、検出され
た充電電圧Ｖｍと、コンデンサＣ１〜Ｃ４の耐圧に基づ
いて予め設定されたしきい値電圧（耐圧保証電圧）Ｖｓ
とを比較し、検出電圧Ｖｍがしきい値電圧Ｖｓ以上でな
い場合には、電圧モニタ動作終了後に継続して充電動作
が実行されることを許容する。一方、検出電圧Ｖｍがし
きい値電圧Ｖｓ以上となった場合には、電圧モニタ回路
３０から電圧検出信号Ｓｄが出力され、切換スイッチＳ
Ｗ１を強制的に遮断状態にして、充電制御回路１０から
の充電電流の供給を遮断し、充電動作を終了する。ここ
で、充電動作を終了する方法としては、電圧検出信号Ｓ
ｄにより切換スイッチＳＷ１を遮断状態にする手法の
他、充電制御回路１０における充電電流Ｉｃの生成、供
給自体を停止させる手法であってもよい。

【００４１】このようなコンデンサ相互の接続状態の切
り換え制御により、充電動作と電圧モニタ動作が繰り返
し実行され、また、図２に示したスイッチ回路ＳＷ１１
〜ＳＷ１３を適用することにより、スイッチの切り換え
動作を高速で行うことができるとともに、コンデンサに
大電流を供給することができるので、コンデンサ型蓄電
池への安定した急速充電動作を実現することができる。
なお、本実施形態においては、充電動作と電圧モニタ動
作との切り換えタイミングの基準や手法について、特定
の手法に限定するものではないが、たとえば、充電制御
回路１０により設定される任意のタイミングで切り換え
制御を実行するものであってもよいし、あるいは、充電
制御回路１０に供給される商用交流電源の交流電圧成分
のうち、一方の電圧極性（たとえば、正電圧極性）を示
す期間に、コンデンサＣ１〜Ｃ４を直列接続して充電動
作を実行し、他方の電圧極性（たとえば、負電圧極性）
を示す期間に、コンデンサＣ１〜Ｃ４を並列接続して電
圧モニタ動作を実行するようにするものであってもよ
い。

【００４２】＜第２の実施形態＞次に、本発明に係る充
電装置の第２の実施形態について、図面を参照して説明
する。図７は、本発明に係る充電装置の第２の実施形態
を示す要部構成図である。ここで、上述した実施形態と
同等の構成については、同一の符号を付して、その説明
を省略する。本実施形態に係る充電装置に適用されるス
イッチ回路は、上述した第１の実施形態（図２参照）に
おいて、ＦＥＴスイッチ群Ｔｒ_ｎ、Ｔｒ_n+1の各ゲート
電極に蓄積された電荷を放電するための抵抗Ｒ_ｎ、Ｒ
_n+1に替えて、バイポーラトランジスタを適用した構成
を有している。

【００４３】具体的には、図７に示すように、本実施形
態に適用されるバイポーラトランジスタbip−Ｔｒ
_ｎは、エミッタ端子がコンデンサ群Ｃ_ｎ、Ｃ_ｎ+1を相互
に直列接続状態に設定するＦＥＴスイッチＴｒ_ｎのゲー
ト端子に接続され、コレクタ端子がソース端子に接続さ
れ、ベース端子が抵抗ｒ_ｎを介して定電圧電源（基準電
圧Ｖcg）に接続された構成されている。ここで、バイポ
ーラトランジスタbip−Ｔｒ_ｎは、本発明に係る抵抗素
子を構成する。

【００４４】このような構成を有する充電装置におい
て、充電動作の終了後、コンデンサ群Ｃ_ｎ、Ｃ_ｎ+1を相
互に並列接続状態に切り換えると、コンデンサＣ_ｎの端
子電圧が低下することによって、バイポーラトランジス
タbip−Ｔｒ_ｎが導通状態となって、ＦＥＴスイッチＴ
ｒ_ｎのゲート電極に蓄積された電荷が放電される。この
とき、バイポーラトランジスタbip−Ｔｒ_ｎの導通抵抗
は、上述した第１の実施形態における抵抗Ｒ_ｎの値より
も低く設定することができるので、より迅速に放電動作
を実行することができ、ＦＥＴスイッチＴｒ_ｎを高速に
切り換え動作させることができる。なお、ここで、再下
段（最も低電位電源線側）のコンデンサＣ _ｍにおいて
は、直列接続状態および並列接続状態において両端電圧
が変化することはないので、上記放電用のバイポーラト
ランジスタを設ける必要はない。

【００４５】＜第３の実施形態＞次に、本発明に係る充
電装置の第３の実施形態について、図面を参照して説明
する。図８は、本発明に係る充電装置の第３の実施形態
を示すブロック図である。ここで、上述した実施形態と
同等の構成については、同一の符号を付して、その説明
を省略する。上述した第１および第２の実施形態におい
ては、コンデンサ型蓄電池２０を構成する個別のコンデ
ンサＣ１〜Ｃ４を直列接続状態または並列接続状態に切
り換え制御する構成について説明したが、本発明は、こ
れに限定されるものではない。したがって、たとえば、
複数のコンデンサを積層したスタックコンデンサを同様
の主旨に基づいて、直列接続状態または並列接続状態に
切り換え制御するものにも適用することができる。

【００４６】具体的には、図８に示すように、本実施形
態に係るコンデンサ型蓄電池２０は、複数の電気二重層
コンデンサを積層したコンデンサスタックを複数備え、
上記高電位側電源線ＨＬおよび低電位側電源線ＬＬ間
に、複数のコンデンサＣ１１〜Ｃ３１、Ｃ１２〜Ｃ３
２、Ｃ１３〜Ｃ３３、・・・、Ｃ１ｎ〜Ｃ３ｎを、各々
直列に接続（積層）したコンデンサスタックＣＳ１、Ｃ
Ｓ２、ＣＳ３、・・・、ＣＳｎと、各コンデンサスタッ
クＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、・・・、ＣＳｎを構成する
コンデンサＣ１１〜Ｃ３１、Ｃ１２〜Ｃ３２、Ｃ１３〜
Ｃ３３、・・・、Ｃ１ｎ〜Ｃ３ｎの各層毎の並列接続を
制御する切換スイッチ群ＳＷＡ１１〜ＳＷＡ１ｍ、ＳＷ
Ａ２１〜ＳＷＡ２ｍ、ＳＷＡ３１〜ＳＷＡ３ｍと、各コ
ンデンサスタックＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、・・・、Ｃ
Ｓｎ相互の直列接続を制御するスイッチ回路ＳＷＢ１〜
ＳＷＢｍと、各コンデンサスタックＣＳ１、ＣＳ２、Ｃ
Ｓ３、・・・、ＣＳｎと低電位側電源線ＬＬとの接続を
制御する切換スイッチ群ＳＷＡ４１〜ＳＷＡ４ｍと、を
有している。

【００４７】ここで、スイッチ回路ＳＷＢ１〜ＳＷＢｍ
は、上述した実施形態（図２参照）と同等の構成を有
し、図示を省略した充電制御回路から制御信号Ｓｃに基
づいて、各コンデンサスタックＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ
３、・・・、ＣＳｎ相互を直列接続状態に切り換え制御
する。なお、高電位側電源線ＨＬには、充電制御回路１
０からコンデンサ型蓄電池２０への充電電流Ｉｃの供給
を制御するスイッチＳＷ１、および、図示を省略した
が、コンデンサ型蓄電池２０と負荷４０との接続を制御
するスイッチＳＷ２が設けられている。

【００４８】このような構成を有するコンデンサ型蓄電
池２０において、充電動作においては、所定のタイミン
グで高電位側電源線ＨＬに設けられたスイッチＳＷ１を
を導通状態に切り換え制御して、充電制御回路１０とコ
ンデンサ型蓄電池２０とを電気的に接続するとともに、
充電制御回路１０から出力される制御信号Ｓｃに基づい
て、コンデンサ型蓄電池２０に設けられたスイッチ回路
ＳＷＢ１〜ＳＷＢｍを導通状態に、また、切換スイッチ
ＳＷＡ１１〜ＳＷＡ１ｍ、ＳＷＡ２１〜ＳＷＡ２ｍ、Ｓ
ＷＡ３１〜ＳＷＡ３ｍおよびＳＷＡ４１〜ＳＷＡ４ｍを
遮断状態に切り換え制御する。

【００４９】このような切換スイッチＳＷＡ１１〜ＳＷ
Ａ１ｍ、ＳＷＡ２１〜ＳＷＡ２ｍ、ＳＷＡ３１〜ＳＷＡ
３ｍ、ＳＷＡ４１〜ＳＷＡ４ｍ、および、スイッチ回路
ＳＷＢ１〜ＳＷＢｍの切り換え制御により、コンデンサ
型蓄電池２０は、高電位側電源線ＨＬと低電位側電源線
ＬＬとの間に、各コンデンサＣ１１、Ｃ２１、Ｃ３１、
Ｃ１２、Ｃ２２、・・・、Ｃ２ｎ、Ｃ３ｎが直列接続さ
れた状態となり、充電制御回路１０から高電位側電源線
ＨＬに供給される充電電流Ｉｃによりコンデンサ型蓄電
池２０の充電動作が行われる。

【００５０】一方、電圧モニタ動作においては、所定の
タイミンで切換スイッチＳＷ１を遮断状態に切り換え制
御して、充電制御回路１０とコンデンサ型蓄電池２０と
を電気的に切り離すとともに、充電制御回路１０から出
力される制御信号Ｓｃに基づいて、コンデンサ型蓄電池
２０に設けられたスイッチ回路ＳＷＢ１〜ＳＷＢｍを遮
断状態に、また、切換スイッチＳＷＡ１１〜ＳＷＡ１
ｍ、ＳＷＡ２１〜ＳＷＡ２ｍ、ＳＷＡ３１〜ＳＷＡ３ｍ
およびＳＷＡ４１〜ＳＷＡ４ｍを導通状態に切り換え制
御する。

【００５１】これにより、コンデンサ型蓄電池２０は、
高電位側電源線ＨＬと接点Ｎ２１〜Ｎ２ｎを接続する信
号線Ｌ１との間に、同一階層のコンデンサＣ１１〜Ｃ１
ｎが並列接続され、信号線Ｌ１と接点Ｎ３１〜Ｎ３ｎを
接続する信号線Ｌ２との間に、同一階層のコンデンサＣ
２１〜Ｃ２ｎが並列接続され、さらに、信号線Ｌ２と接
点Ｎ４１〜Ｎ４ｎを接続する信号線Ｌ３との間に、同一
階層のコンデンサＣ３１〜Ｃ３ｎが並列接続された状態
となる。並列接続されたコンデンサ群Ｃ１１〜Ｃ１ｎ、
Ｃ２１〜Ｃ２ｎ、Ｃ３１〜Ｃ３ｎは、各々個別のモニタ
回路３１、３２、３３に接続され、各コンデンサ群Ｃ１
１〜Ｃ１ｎ、Ｃ２１〜Ｃ２ｎ、Ｃ３１〜Ｃ３ｎに充電さ
れた電圧が均一化されて充電電圧として検出されること
により電圧モニタ動作が行われる。

【００５２】そして、上述した実施形態（図６参照）に
示したように、上記充電動作および電圧モニタ動作を繰
り返し実行することにより、安定した急速充電動作特性
を実現することができる。したがって、このようなコン
デンサスタックを用いたコンデンサ型蓄電池２０によれ
ば、上述した実施形態における作用効果に加えて、スタ
ック構造を有する電気二重層コンデンサの接続状態を簡
易に切り換え制御して、充電時の容量を極めて小さくす
ることができるので、充電装置の小型化を図りつつ、充
電時間を短縮して充電特性の一層の向上を図ることがで
きる。

【００５３】なお、上述した各実施形態においては、コ
ンデンサ型蓄電池２０を構成する個別の複数のコンデン
サ相互、または、複数のコンデンサを積層した複数のコ
ンデンサスタック相互を直列接続または並列接続状態に
切り換え制御する構成について説明したが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、要するに、コンデンサ相
互またはコンデンサ群相互の接続状態を切り換えて、充
電動作を周期的に繰り返し実行するものであれば、良好
に適用することができる。

【００５４】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、第２のス
イッチ手段により、複数のコンデンサ、または、複数の
コンデンサスタックの充電状態に関わらず、第１のスイ
ッチ手段を略一定の導通状態に制御して、複数のコンデ
ンサ相互、または、複数のコンデンサスタック相互を直
列接続状態に切り換え設定するように構成されているの
で、充電動作によりコンデンサ、または、コンデンサス
タックの充電電圧に変化が生じた場合であっても、第１
のスイッチ手段を高速に切り換え制御することができ
る。

【００５５】また、複数のコンデンサ相互、または、複
数のコンデンサスタック相互を直列接続状態に設定する
スイッチ回路を、第１および第２のスイッチ手段により
構成することにより、コンデンサ型蓄電池の急速充電動
作において、複数のコンデンサ、または、複数のコンデ
ンサスタックに供給される充電電流が増大した場合であ
っても、第１のスイッチ手段に耐圧の高い電界効果型ト
ランジスタ（ＦＥＴ）等のスイッチング素子を適用する
ことができ、大電流の流下に対応することができる。

【００５６】さらに、コンデンサ型蓄電池を、複数の電
気二重層コンデンサを積層したコンデンサスタックによ
り構成し、複数のコンデンサスタック相互を直列接続状
態に切り換え設定して充電動作を行うことにより、コン
デンサ型蓄電池の容量値を大幅に小さくすることができ
るので、装置構成の小型化を図りつつ、充電時間を短縮
して急速充電特性の一層の向上を図ることができる。

【００５７】請求項２または３記載の発明によれば、第
２のスイッチ手段を、所定の基準電圧に基づいて充電さ
れる容量素子と、次段に位置するコンデンサ、または、
コンデンサスタックの充電電圧と容量素子の充電電圧の
差分に相当する電圧を、第１のスイッチ手段のゲート端
子に印加するスイッチング素子とを含んで構成すること
により、コンデンサ、または、コンデンサスタックの充
電電圧に追従したゲート電圧を第１のスイッチ手段に印
加することができるので、コンデンサ、または、コンデ
ンサスタックの充電状態に関わらず、第１のスイッチ手
段を略一定の導通状態に制御することができ、第１のス
イッチ手段の切り換え動作の安定性を向上させることが
できる。

【００５８】また、単一の基準電圧により容量素子を充
電して第１のスイッチ手段のゲート電圧を生成、供給す
る構成を有しているので、回路構成を小型、簡略化する
こともできる。さらに、第１のスイッチ手段として、Ｆ
ＥＴにより構成されるスイッチング素子が用いられてい
るので、大電流の流下に対する耐圧を高めることがで
き、コンデンサ型蓄電池の急速充電動作を良好に行うこ
とができる。

【００５９】請求項４記載の発明によれば、コンデンサ
相互、または、複数のコンデンサスタック相互が直列接
続状態（充電動作時）以外の状態においては、第１のス
イッチ手段のゲート電極に蓄積された電荷が所定の抵抗
素子を介して、両端電圧が低下した次段のコンデンサに
放電されるので、放電動作を迅速に行うことができると
ともに、充電動作時に要した電力エネルギーのロスを大
幅に抑制することができる。

【００６０】請求項５記載の発明によれば、電圧監視手
段によりコンデンサ、または、コンデンサスタックの充
電電圧を検出、監視することができるので、コンデンサ
型蓄電池を構成するコンデンサの耐圧の劣化や故障の発
生を抑制することができる。このとき、電圧監視動作に
おいて、充電動作時に直列接続されていたコンデンサ相
互を並列接続することにより、各コンデンサにおける両
端電圧が相互に均一化されるので、複数のコンデンサに
おける充電状態のバラツキを抑制することができるとと
もに、単一の電圧監視手段により、複数のコンデンサの
充電電圧をバラツキなく良好に検出することができる。
したがって、各コンデンサ毎、または、各コンデンサス
タック毎に電圧監視手段を必要とせず、装置規模の大幅
な小型化を図ることができる。

【００６１】請求項６記載の発明によれば、複数のコン
デンサ、または、複数のコンデンサスタックを直列接続
状態に切り換えて充電動作を行うことにより、コンデン
サ型蓄電池を単一のコンデンサにより構成して充電する
場合に比べて、コンデンサ型蓄電池としての容量値を大
幅に低減することができるので、充電電流を削減して省
電力化、または、充電時間を短縮して急速充電特性を向
上することができる。また、電圧監視動作において、充
電動作時に直列接続されていた複数のコンデンサ相互、
または、複数のコンデンサスタック相互を並列接続する
ことにより、各コンデンサにおける両端電圧が相互に均
一化されるので、単一の電圧監視手段により、コンデン
サ電圧をバラツキなく検出することができる。

【００６２】請求項７記載の発明によれば、上記第１お
よび第２のスイッチ手段からなるスイッチ回路を適用し
て、複数のコンデンサ相互、または、複数のコンデンサ
スタック相互を直列接続状態または並列接続状態に切り
換え制御して、充電動作および電圧監視動作を所定のタ
イミングで繰り返し実行することにより、複数のコンデ
ンサ相互、または、複数のコンデンサスタック相互の接
続状態の切り換え制御を高速で行うことができるととも
に、コンデンサに大電流を安定的に供給することができ
るので、コンデンサ型蓄電池への良好な急速充電動作を
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る充電装置の第１の実施形態を示す
ブロック図である。

【図２】本実施形態に適用されるスイッチ回路を含むコ
ンデンサ型蓄電池の要部構成を示す回路図である。

【図３】本実施形態に適用されるスイッチ回路の有効性
を説明するための他の回路構成を示す回路図である。

【図４】本実施形態に係る充電装置における充電動作状
態を示す回路図である。

【図５】本実施形態に係る充電装置における電圧モニタ
動作状態を示す回路図である。

【図６】本実施形態に係る充電装置における充電動作／
電圧モニタ動作切り換え制御とコンデンサの充電電圧と
の関係を示すタイミングチャートである。

【図７】本発明に係る充電装置の第２の実施形態を示す
要部構成図である。

【図８】本発明に係る充電装置の第３の実施形態を示す
ブロック図である。

【図９】従来技術における充電装置を示す概略構成図で
ある。

【符号の説明】

１０充電制御回路２０コンデンサ型蓄電池３０電圧モニタ回路４０負荷Ｃ１〜Ｃ４電気二重層コンデンサＳＷ１１〜ＳＷ１３スイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ２１〜ＳＷ２３、ＳＷ３１〜ＳＷ
３３切換スイッチＰＳ_ｎ、ＰＳ_n+1 フォトスイッチＴｒ_ｎ、Ｔｒ_n+1 ＦＥＴスイッチ

───────────────────────────────────────────────────── 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 7/10 Ｈ０２Ｊ 7/10 ＧＦターム(参考） 5G003 AA01 BA03 BA05 CA18 CC02 FA06 GA01 GC05 5G065 DA04 EA06 GA02 HA01 HA17 JA05 LA01 NA01 NA05 NA06 NA10 5H030 AA02 AS08 BB01 BB03 BB06 FF41 FF43

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】商用電源の交流電圧成分に応じた充電電
流を供給する充電電流供給手段と、複数のコンデンサ、または、複数のコンデンサを積層し
た複数のコンデンサスタックを備え、前記充電電流供給
手段から供給される前記充電電流に対応する電気エネル
ギーを蓄積するコンデンサ型蓄電池と、前記コンデンサ型蓄電池を構成する前記複数のコンデン
サ相互、または、前記複数のコンデンサスタック相互の
接続状態を所定のタイミングで直列状態に切り換え設定
し、前記複数のコンデンサ、または、前記複数のコンデ
ンサスタックに前記充電電流を供給する制御信号を生成
する充電制御手段と、前記複数のコンデンサ相互、または、前記複数のコンデ
ンサスタック相互を直列接続状態に切り換え設定する第
１のスイッチ手段と、前記複数のコンデンサ、または、前記複数のコンデンサ
スタックの充電状態に関わらず、前記制御信号に基づい
て、前記所定のタイミングで前記第１のスイッチ手段を
略一定の導通状態に制御する第２のスイッチ手段と、を
具備していることを特徴とする充電装置。
【請求項２】前記第１のスイッチ手段は、直列接続さ
れる前記複数のコンデンサ、または、前記複数のコンデ
ンサスタックのうち、次段に位置する前記コンデンサ、
または、前記コンデンサスタックの充電電圧と所定の基
準電圧とに基づいて、前記略一定の導通状態に制御され
ることを特徴とする請求項１記載の充電装置。
【請求項３】前記第１のスイッチ手段は、電界効果型
トランジスタにより構成されるスイッチング素子であ
り、前記第２のスイッチ手段は、少なくとも、前記所定の基
準電圧に基づいて充電される容量素子と、前記制御信号
によって導通状態が制御され、次段に位置する前記コン
デンサ、または、前記コンデンサスタックの充電電圧と
前記容量素子の充電電圧の差分に相当する電圧の前記第
１のスイッチ手段のゲート端子への供給を制御するフォ
トカプラ構造を有するスイッチング素子と、を含んで構
成されていることを特徴とする請求項１記載の充電装
置。
【請求項４】前記第２のスイッチ手段は、前記複数の
コンデンサ相互、または、前記複数のコンデンサスタッ
ク相互が非直列接続状態に設定されているとき、前記第
１のスイッチ手段のゲート端子に蓄積された電荷を、次
段に位置する前記コンデンサ、または、前記コンデンサ
スタックに放電する抵抗素子を備えたことを特徴とする
請求項１乃至３のいずれかに記載の充電装置。
【請求項５】前記充電装置は、前記コンデンサ型蓄電池を構成する前記複数のコンデン
サ相互、または、前記複数のコンデンサスタック相互を
並列接続状態に切り換え設定する第３のスイッチ手段
と、前記並列接続時に、前記コンデンサ、または、前記コン
デンサスタックの充電電圧を検出、監視する電圧監視手
段と、を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいず
れかに記載の充電装置。
【請求項６】前記充電制御手段は、前記第１乃至第３のスイッチ手段を制御して、前記複数
のコンデンサ相互、または、前記複数のコンデンサスタ
ック相互を直列接続状態に切り換えたとき、前記複数の
コンデンサ、または、前記複数のコンデンサスタック
に、前記充電電流に対応する電気エネルギーを蓄積する
充電動作を行い、前記複数のコンデンサ相互、または、前記複数のコンデ
ンサスタック相互を並列接続状態に切り換え制御したと
き、前記電圧監視手段により、前記複数のコンデンサ、
または、前記複数のコンデンサスタックの各々の充電電
圧を検出する電圧監視動作を行うことを特徴とする請求
項５記載の充電装置。
【請求項７】前記充電制御手段は、前記充電動作およ
び前記電圧監視動作を所定のタイミングで順次繰り返し
実行することを特徴とする請求項６記載の充電装置。