JP2003244837A - 電気二重層キャパシタの充電装置 - Google Patents

電気二重層キャパシタの充電装置

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JP2003244837A
JP2003244837A JP2002044214A JP2002044214A JP2003244837A JP 2003244837 A JP2003244837 A JP 2003244837A JP 2002044214 A JP2002044214 A JP 2002044214A JP 2002044214 A JP2002044214 A JP 2002044214A JP 2003244837 A JP2003244837 A JP 2003244837A
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double layer
charging
layer capacitor
abnormality
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JP2002044214A
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Makoto Suzuki
鈴木  誠
Shigemi Hayakawa
成美 早川
Yoshiharu Habu
義晴 土生
Setsuo Sekimoto
節雄 関本
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Nisshinbo Holdings Inc
Ueda Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
Ueda Japan Radio Co Ltd
Nisshinbo Industries Inc
Nisshin Spinning Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の電気二重層キャパシタの充電中に、異
常が発生した電気二重層キャパシタを容易に検出する。 【解決手段】 電気二重層キャパシタ10−mの充電を
開始してから時間t1経過した所定タイミングでの充電
電圧値Vmのメモリ54への記憶を、同一周回において
電気二重層キャパシタ10−1〜10−nを順次切り換
えながら充電動作と同時に行う。マイクロプロセッサ5
2では、メモリ54に記憶された充電電圧値V1〜Vn
の中から2つの電圧値を読み出し、その差の絶対値が閾
値δV1以下であるか否かを判定し、充電電圧値の差の
絶対値が閾値δV1より大きくなる電気二重層キャパシ
タの組み合わせから異常が発生している電気二重層キャ
パシタを検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、繰り返し使用可能
な蓄電装置として用いられる電気二重層キャパシタの充
電装置、特に充電中に電気二重層キャパシタの異常を検
出する装置に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】電気二
重層キャパシタは、繰り返し使用される蓄電装置として
用いられている。電気二重層キャパシタは、大電流によ
る急速充放電が可能で、長寿命という特徴を有している
反面、1個あたりの定格電圧が低いため、通常は複数の
キャパシタを直列に接続して使用することが多い。そし
て、電気二重層キャパシタは、定格電圧いっぱいまで充
電することにより効率よく使用できるが、定格電圧を超
えて充電してしまうと急速に劣化してしまう特徴を有し
ている。
【0003】電気二重層キャパシタに異常が発生した場
合の例としては、内部放電が多くなりキャパシタに電気
エネルギーがなかなか蓄積されない、あるいは容量が減
少し短時間で定格電圧に達するが放電時は電圧降下の時
間変化が大きいといった現象が考えられる。複数の電気
二重層キャパシタのうちの1つだけに異常が発生した場
合は、充電時に他の電気二重層キャパシタを誤って過充
電してしまい、他の電気二重層キャパシタにも異常が発
生し、異常が蔓延して蓄電装置全体を劣化させてしまう
可能性がある。したがって、複数の電気二重層キャパシ
タの中から異常の発生した電気二重層キャパシタだけを
いち早く検出したいが、蓄電装置として用いている電気
二重層キャパシタの数が増えるほどその中から異常が発
生した電気二重層キャパシタだけを見つけ出すことは非
常に難しく、多大な時間を要するという課題があった。
【0004】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、直列に接続された複数の電気二重層キャパシタの
充電中に、異常が発生した電気二重層キャパシタを容易
に検出することのできる電気二重層キャパシタの充電装
置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明に係る電気二重層キャパシタの充電装
置は、直列に接続された複数の電気二重層キャパシタを
充電する装置であって、電気二重層キャパシタの各々へ
供給する電気エネルギーが略均等になるように充電を行
う充電手段と、電気二重層キャパシタの各々の充電電圧
を検出する電圧検出手段と、前記充電手段により略均等
の電気エネルギーが供給された複数の電気二重層キャパ
シタの充電電圧値を比較することで、複数の電気二重層
キャパシタの中から異常が発生した電気二重層キャパシ
タを検出する異常検出手段と、を備えることを特徴とす
る。
【0006】このように、充電手段により略均等の電気
エネルギーが供給された複数の電気二重層キャパシタの
充電電圧値を比較した場合に、異常が発生した電気二重
層キャパシタについては他の正常な電気二重層キャパシ
タと充電電圧値が大きく異なってくる。したがって、こ
の充電電圧値を比較することで、複数の電気二重層キャ
パシタの充電中に異常が発生した電気二重層キャパシタ
を容易に検出することができる。
【0007】また、本発明に係る電気二重層キャパシタ
の充電装置は、直列に接続された複数の電気二重層キャ
パシタを充電する装置であって、電気二重層キャパシタ
の各々へ供給する電気エネルギーが略均等になるように
充電を行う充電手段と、電気二重層キャパシタの各々の
充電電圧を検出する電圧検出手段と、前記充電手段によ
り略均等の電気エネルギーが供給される前後における複
数の電気二重層キャパシタの充電電圧の変化量を比較す
ることで、複数の電気二重層キャパシタの中から異常が
発生した電気二重層キャパシタを検出する異常検出手段
と、を備えることを特徴とする。
【0008】このように、充電手段により略均等の電気
エネルギーが供給される前後における複数の電気二重層
キャパシタの充電電圧の変化量を比較した場合に、異常
が発生した電気二重層キャパシタについては他の正常な
電気二重層キャパシタと充電電圧の変化量が大きく異な
ってくる。したがって、この充電電圧の変化量を比較す
ることで、複数の電気二重層キャパシタの充電中に異常
が発生した電気二重層キャパシタを容易に検出すること
ができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態(以下
実施形態という)を、図面に従って説明する。
【0010】(1)第1実施形態 図1は、本発明の第1実施形態に係る電気二重層キャパ
シタの充電装置の構成を示すブロック図である。直列に
接続された複数の電気二重層キャパシタ10−1〜10
−n(nは自然数)のうちの1つの電気二重層キャパシ
タ10−m(mは1〜nのいずれか)の正側電極端子2
8−m及び負側電極端子30−mの両方に、スイッチ素
子12−m、14−mがそれぞれ接続され、正側電極端
子28−mにはスイッチ素子12−mの一端子が接続さ
れ、負側電極端子30−mにはスイッチ素子14−mの
一端子が接続されている。スイッチ素子12−m、14
−mとしては、例えばFET、バイポーラ型トランジス
タまたはリレーが用いられる。スイッチ素子12−1〜
12−nの他端子の各々は、途中で一線路に結合されて
充電用電源としてのDC−DCコンバータ26の正側端
子32と接続され、かつ電圧検出手段16に入力され
る。スイッチ素子14−1〜14−nの他端子の各々
は、途中で一線路に結合されてDC−DCコンバータ2
6の負側端子34と接続され、かつ電圧検出手段16に
入力される。DC−DCコンバータ26にはDC電圧が
入力される。スイッチ素子12−1〜12−n、14−
1〜14−nの導通/非導通はスイッチ制御回路24に
よって制御される。スイッチ素子14−1〜14−nの
他端子の各々とDC−DCコンバータ26の負側端子3
4の間の一線路に結合された線路には、電流検出用抵抗
20が設けられ、その両端子が電流制御回路22に入力
される。そして、電圧検出手段16の検出値も電流制御
回路22に入力される。電流制御回路22は、電流検出
用抵抗20による電流検出値及び電圧検出手段16の検
出値に基づいて、DC−DCコンバータ26内に設けら
れた図示しないスイッチングレギュレータのパルス幅ま
たは振幅を制御することで、DC−DCコンバータ26
から電気二重層キャパシタ10−mへ流す電流を制御す
る。また、電流制御回路22は、電流検出用抵抗20に
よる電流検出値が所定値Imaxより大きくならないよ
うに、DC−DCコンバータ26から電気二重層キャパ
シタ10−mへ流す電流を制限する。ここで、DC−D
Cコンバータ26、電流検出用抵抗20、電流制御回路
22、スイッチ素子12−1〜12−n、14−1〜1
4−n及びスイッチ制御回路24により、電気二重層キ
ャパシタ10−1〜10−nの各々へ供給する電気エネ
ルギーが略均等になるように後述する方法で充電を行う
充電手段が構成される。なお、図示はしていないが、正
側電極端子28−1〜負側電極端子30−n間には、さ
らに負荷が接続される。
【0011】本実施形態においては、異常が発生した電
気二重層キャパシタを後述する方法により検出する異常
検出手段50が設けられている。異常検出手段50は、
電気二重層キャパシタ10−mの充電電圧値を記憶する
メモリ54、メモリ54に記憶された充電電圧値を読み
出して数値計算を実行するマイクロプロセッサ52を備
えている。なお、電気二重層キャパシタ10−mの充電
電圧値は電圧検出手段16内でA/D変換されてから異
常検出手段50に入力される。
【0012】次に、本実施形態における充電動作につい
て説明する。本実施形態では充電を行う電気二重層キャ
パシタ10−mをスイッチ素子12−m、14−mによ
って順次切り換えながら充電を行う。ただし、検出した
充電電圧が定格電圧以下の近傍値に達した場合は、以下
に示す充電動作を中止する。
【0013】まず充電を行う1つの電気二重層キャパシ
タ10−1と接続されたスイッチ素子12−1、14−
1の制御端子のみにスイッチ制御回路24から電圧が供
給され、そのスイッチ素子12−1、14−1のみが導
通される。その状態でDC−DCコンバータ26から電
気二重層キャパシタ10−1へ電流が流れて充電が行わ
れる。このとき、電気二重層キャパシタ10−1の充電
電圧を電圧検出手段16によって検出する。ここで、D
C−DCコンバータ26の設定出力電圧は電圧検出手段
16による電気二重層キャパシタ10−1の充電電圧検
出値より高く設定しておく。電流制御回路22は、DC
−DCコンバータ26から電気二重層キャパシタ10−
1へ流す電流を一定値Iになるように制御する。
【0014】充電を開始してからあらかじめ設定されて
いる所定時間t0を経過した時点で、電気二重層キャパ
シタ10−1の充電を中断し、次に充電を行う別の電気
二重層キャパシタ10−2について同様の充電動作及び
充電電圧の検出を繰り返す。すなわち、導通していたス
イッチ素子12−1、14−1を非導通にすると同時
に、電気二重層キャパシタ10−2と接続されたスイッ
チ素子12−2、14−2のみを導通して電流値I、時
間t0の充電を行う。同時に電圧検出手段16による充
電電圧の検出も行う。なお、所定時間t0の一例を挙げ
ると0.1秒程度の時間であるが、所定時間t0はこの
時間に限定されるものではない。
【0015】上記のようにして、充電を行う1つの電気
二重層キャパシタ10−mについて、電流値I、時間t
0の充電及び電圧検出手段16による充電電圧の検出を
電気二重層キャパシタ10−mを順次切り換えながら行
っていく。このように電気二重層キャパシタ10−1〜
10−nの各々について電流値I、時間t0の充電を行
うことで、DC−DCコンバータ26から電気二重層キ
ャパシタ10−1〜10−nの各々へ供給する電気エネ
ルギーが略均等になるように充電を行っている。上記の
充電及び電圧検出の動作は、すべての電気二重層キャパ
シタ10−mについて行った後でも電気二重層キャパシ
タ10−mの充電電圧が定格電圧以下の近傍値に達する
まで再度周回させて繰り返して行う。ここで、電気二重
層キャパシタ10−1〜10−nは実際には容量にばら
つきがあるため、実際の充電電圧値は必ずしも均等では
なく、わずかではあるがばらつきを持つ。電気二重層キ
ャパシタ10−mの充電電圧が定格電圧以下の近傍値に
達した後は、電流制御回路22内の図示しないスイッチ
を非導通にして電流制御回路22による一定値Iの充電
を中止し、DC−DCコンバータ26の設定出力電圧を
定格電圧に固定して定電圧充電に切り換える。さらに、
電気二重層キャパシタ10−mの充電電圧が定格電圧に
達した場合は、スイッチ素子12−m、14−mを非導
通にしてこれ以上は充電を行わない。
【0016】本実施形態では、上記の充電動作中に電気
二重層キャパシタ10−mに異常が発生しているか否か
を異常検出手段50によって判定を行う。この異常検出
手段50による異常判定は、必ずしも常時行う必要はな
く、充電動作中に数回行えば異常が発生した電気二重層
キャパシタを検出することができる。
【0017】異常検出手段50による異常判定を行う場
合は、まずスイッチ素子12−1、14−1を導通して
電気二重層キャパシタ10−1の充電を再開してから時
間t1経過した所定タイミングにおける充電電圧値V1
を異常検出手段50内に設けられたメモリ54に記憶す
る。次に、スイッチ素子12−1、14−1を非導通に
すると同時にスイッチ素子12−2、14−2を導通し
て電気二重層キャパシタ10−2の充電を再開してから
時間t1経過した所定タイミングにおける充電電圧値V
2をメモリ54に記憶する。このように、電気二重層キ
ャパシタ10−mの充電を再開してから時間t1経過し
た所定タイミングでの充電電圧値Vmのメモリ54への
記憶を、同一周回において電気二重層キャパシタ10−
1〜10−nを順次切り換えながら充電動作と同時に行
っていく。このようにして略均等の電気エネルギーが供
給された状態での電気二重層キャパシタ10−1〜10
−nの各々の充電電圧値V1〜Vnがメモリ54に記憶
される。なお、時間t1については所定時間t0以下の
範囲で任意に設定してよい。
【0018】マイクロプロセッサ52では、メモリ54
に記憶された電気二重層キャパシタ10−1〜10−n
の各々の充電電圧値V1〜Vnを読み出して異常判定を
行う。メモリ54に記憶された充電電圧値V1〜Vnの
中から2つの電圧値を読み出し、その差の絶対値が閾値
δV1以下であるか否かを判定する。この判定は、例え
ば電気二重層キャパシタ10−1〜10−nに関するす
べての組み合わせについて行う。ただし、電気二重層キ
ャパシタ10−1〜10−nに関するすべての組み合わ
せについて判定を行わなくても異常が発生した電気二重
層キャパシタを検出することができる。ここで、閾値δ
V1については電気二重層キャパシタ10−1〜10−
nの正常状態における容量のばらつきの幅を考慮し、こ
の容量のばらつき幅に起因した充電電圧値のばらつき幅
よりも十分に大きい値に設定される。このように閾値δ
V1を設定することで、異常が発生した電気二重層キャ
パシタを検出することができる。
【0019】充電電圧値の差の絶対値を判定したすべて
の組み合わせについて、閾値δV1以下である場合は、
すべての電気二重層キャパシタ10−1〜10−nは正
常であると判定する。一方、充電電圧値の差の絶対値が
閾値δV1より大きい組み合わせが存在する場合は、異
常が発生している電気二重層キャパシタが存在している
と判定する。ここで、電気二重層キャパシタの各々に略
均等の電気エネルギーを供給したとしても、異常が発生
している電気二重層キャパシタについては他の正常な電
気二重層キャパシタと充電電圧値が異なり、正常な電気
二重層キャパシタの充電電圧値と異常が発生している電
気二重層キャパシタの充電電圧値との差の絶対値は閾値
δV1より大きくなる。したがって、充電電圧値の差の
絶対値が閾値δV1より大きくなる電気二重層キャパシ
タの組み合わせから異常が発生している電気二重層キャ
パシタを検出することができる。例えば、充電電圧値の
差の絶対値が閾値δVより大きくなる電気二重層キャパ
シタの組み合わせが「10−1と10−k」〜「10−
nと10−k」(kは2〜n−1のいずれか)の場合
は、電気二重層キャパシタ10−kに異常が発生してい
ると判定する。そして、異常が発生している電気二重層
キャパシタを検出したときは図示しない表示回路を用い
て異常検出の表示を行う。表示方法の例としては、電気
二重層キャパシタ10−1〜10−nの接続順に並べら
れたLEDを発光させてもよいし、異常が発生している
電気二重層キャパシタの番号を表示してもよい。
【0020】本実施形態においては、まず略均等の電気
エネルギーが供給された状態での電気二重層キャパシタ
10−1〜10−nの各々の充電電圧値V1〜Vnをメ
モリ54に記憶する。そして、充電電圧値V1〜Vnの
中から2つの電圧値を読み出し、その差の絶対値が閾値
δV1以下であるか否かを判定することで、複数の電気
二重層キャパシタ10−1〜10−nの中から異常が発
生した電気二重層キャパシタを容易に検出することがで
きる。そして異常が発生した電気二重層キャパシタの交
換を行うことで、他の電気二重層キャパシタにも異常が
発生し、異常が蔓延して蓄電装置全体が劣化するのを確
実に防止することができる。
【0021】本実施形態においては、充電電圧値の差を
判定することで電気二重層キャパシタの異常を検出する
場合について説明したが、電気二重層キャパシタの異常
判定方法は、充電電圧値の差を判定する方法に限るもの
ではなく、例えば充電電圧値の比が所定範囲内にあるか
否かを判定することで電気二重層キャパシタの異常を検
出してもよい。そして、本実施形態における電気二重層
キャパシタへの充電方法は定電流充電に限るものではな
く、略均等の電気エネルギーが供給された電気二重層キ
ャパシタの充電電圧を検出して比較できればいかなる充
電方法であってもよい。
【0022】(2)第2実施形態 本実施形態における電気二重層キャパシタの充電装置の
構成を示すブロック図及び充電動作については第1実施
形態と同様であるので説明を省略する。
【0023】本実施形態において異常検出手段50によ
る異常判定を行う場合は、まずスイッチ素子12−1、
14−1を導通して電気二重層キャパシタ10−1の充
電を再開してから時間t1経過した所定タイミングにお
ける充電電圧値V11を異常検出手段50内に設けられ
たメモリ54に記憶する。次に、スイッチ素子12−
1、14−1を非導通にすると同時にスイッチ素子12
−2、14−2を導通して電気二重層キャパシタ10−
2の充電を再開してから時間t1経過した所定タイミン
グにおける充電電圧値V21をメモリ54に記憶する。
このように、電気二重層キャパシタ10−mの充電を再
開してから時間t1経過した所定タイミングでの充電電
圧値Vm1のメモリ54への記憶を、同一周回において
電気二重層キャパシタ10−1〜10−nを順次切り換
えながら充電動作と同時に行っていく。
【0024】さらに充電電圧値Vm1を記憶した周回と
別の周回において、電気二重層キャパシタ10−mの充
電を再開してから時間t2経過した所定タイミングでの
充電電圧値Vm2のメモリ54への記憶を、電気二重層
キャパシタ10−1〜10−nを順次切り換えながら充
電動作と同時に行っていく。ここで、Vm1の記憶タイ
ミングからVm2の記憶タイミングまでにおける電気二
重層キャパシタ10−mへ供給される電気エネルギーに
ついては、電気二重層キャパシタ10−1〜10−nで
略均等となっている。なお、時間t2についてはt2=
t1であってもよいし、t2≠t1であってもよい。
【0025】本実施形態においては、(Vi2−Vi
1)と(Vj2−Vj1)との差の絶対値が閾値δV2
以下であるか否かを判定する(i、jは1〜nのいずれ
かで、i≠j)。この判定は、例えば電気二重層キャパ
シタ10−1〜10−nに関するすべての組み合わせに
ついて行う。ただし、電気二重層キャパシタ10−1〜
10−nに関するすべての組み合わせについて判定を行
わなくても異常が発生した電気二重層キャパシタを検出
することができる。ここで、閾値δV2については電気
二重層キャパシタ10−1〜10−nの正常状態におけ
る容量のばらつきの幅を考慮し、この容量のばらつき幅
に起因した充電電圧の変化量のばらつき幅よりも十分に
大きい値に設定される。なお、判定結果に基づく異常検
出方法については第1実施形態と同様であるので説明を
省略する。
【0026】本実施形態においても、複数の電気二重層
キャパシタ10−1〜10−nの中から異常が発生した
電気二重層キャパシタを容易に検出することができる。
さらに本実施形態においては、(Vi2−Vi1)と
(Vj2−Vj1)との差の絶対値が閾値δV2以下で
あるか否かを判定しているので、充電終了後に長時間内
部放電が行われ、電気二重層キャパシタ10−1〜10
−nの充電開始時における電圧値にばらつきが生じてい
る場合においても、この電圧値のばらつきに起因する誤
判定を防止でき、より精度よく異常が発生した電気二重
層キャパシタを検出することができる。
【0027】本実施形態においては、電気二重層キャパ
シタ10−mの充電を再開してから時間t1及びt2
(t0≧t2>t1)経過した所定タイミングでの充電
電圧値Vm1及びVm2のメモリ54への記憶を、同一
周回において電気二重層キャパシタ10−1〜10−n
を順次切り換えながら充電動作と同時に行っていくこと
で、異常判定を行ってもよい。そして本実施形態におい
ても、例えば充電電圧の変化量の比が所定範囲内にある
か否かを判定することで電気二重層キャパシタの異常を
検出してもよい。さらに本実施形態においても、電気二
重層キャパシタへの充電方法は定電流充電に限るもので
はなく、略均等の電気エネルギーが供給される前後にお
ける電気二重層キャパシタの充電電圧の変化を検出して
比較できればいかなる充電方法であってもよい。
【0028】各実施形態においては、充電及び電圧検出
を行う電気二重層キャパシタを順次切り換えて行う充電
装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発
明の適用範囲はこの装置に限るものではなく、例えば、
各電気二重層キャパシタごとに充電用電源と電圧検出手
段が設けられている充電装置及び各電気二重層キャパシ
タごとに電圧検出手段とバイパス回路が設けられている
充電装置においても本発明は適用可能である。さらに、
各実施形態においては、充電用電源はDC−DCコンバ
ータに限るものではなく、直流電流を電気二重層キャパ
シタに流せれば何でもよい。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、略均等の電気エネルギーが供給された複数の電気二
重層キャパシタの充電電圧値を比較するので、複数の電
気二重層キャパシタの充電中に、異常が発生した電気二
重層キャパシタを容易に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の各実施形態に係る電気二重層キャパ
シタの充電装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
10−1〜10−n 電気二重層キャパシタ、12−1
〜12−n,14−1〜14−n スイッチ素子、16
電圧検出手段、20 電流検出用抵抗、22電流制御
回路、24 スイッチ制御回路、26 DC−DCコン
バータ、50異常検出手段、52 マイクロプロセッ
サ、54 メモリ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 早川 成美 長野県上田市踏入2丁目10番19号 上田日 本無線株式会社内 (72)発明者 土生 義晴 長野県上田市踏入2丁目10番19号 上田日 本無線株式会社内 (72)発明者 関本 節雄 長野県上田市踏入2丁目10番19号 上田日 本無線株式会社内 Fターム(参考) 5G003 AA01 BA03 CA11 EA02 EA08 5G053 AA16 BA04 DA01 EA01 EA03

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直列に接続された複数の電気二重層キャ
    パシタを充電する装置であって、 電気二重層キャパシタの各々へ供給する電気エネルギー
    が略均等になるように充電を行う充電手段と、 電気二重層キャパシタの各々の充電電圧を検出する電圧
    検出手段と、 前記充電手段により略均等の電気エネルギーが供給され
    た複数の電気二重層キャパシタの充電電圧値を比較する
    ことで、複数の電気二重層キャパシタの中から異常が発
    生した電気二重層キャパシタを検出する異常検出手段
    と、 を備えることを特徴とする電気二重層キャパシタの充電
    装置。
  2. 【請求項2】 直列に接続された複数の電気二重層キャ
    パシタを充電する装置であって、 電気二重層キャパシタの各々へ供給する電気エネルギー
    が略均等になるように充電を行う充電手段と、 電気二重層キャパシタの各々の充電電圧を検出する電圧
    検出手段と、 前記充電手段により略均等の電気エネルギーが供給され
    る前後における複数の電気二重層キャパシタの充電電圧
    の変化量を比較することで、複数の電気二重層キャパシ
    タの中から異常が発生した電気二重層キャパシタを検出
    する異常検出手段と、 を備えることを特徴とする電気二重層キャパシタの充電
    装置。
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