JP2003244859A - Method of charging electric double-layer capacitor - Google Patents

Method of charging electric double-layer capacitor

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JP2003244859A
JP2003244859A JP2002041211A JP2002041211A JP2003244859A JP 2003244859 A JP2003244859 A JP 2003244859A JP 2002041211 A JP2002041211 A JP 2002041211A JP 2002041211 A JP2002041211 A JP 2002041211A JP 2003244859 A JP2003244859 A JP 2003244859A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently control the charge of a plurality of electric double-layer capacitors connected in series. <P>SOLUTION: This system is constituted by connecting a capacitor module, where a charge balance circuit is connected in parallel with the electric double- layer capacitors connected in series, with a charger, and the charge balance circuit is constituted by connecting a terminal voltage detector, a comparator, a power NPN transistor, an upper limit voltage setter, a shunt regulator, and a resistor to each another, and the capacity of each capacitor can be utilized to its maximum and the energy consumed by the capacity dispersion among individuals is minimized, by detecting each terminal voltage and controlling the charge current so that all charge voltages agree with one another at charge. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の電気二重層
キャパシタ(以下、キャパシタと略記。)を直列に接続
したキャパシタモジュールの充電装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charging device for a capacitor module in which a plurality of electric double layer capacitors (hereinafter abbreviated as capacitors) are connected in series.

【0002】[0002]

【従来の技術】電気二重層キャパシタは、従来のアルミ
電解コンデンサ等と比べて飛躍的に高い容量を持ち、急
速充電・大電流放電が可能でサイクル寿命が長いことか
ら、鉛蓄電池の代替装置として用いられる他、電気自動
車や燃料電池自動車の補助電源としても使用が検討され
ている。さらに、複数のキャパシタを直並列に接続し
て、大容量のキャパシタモジュールを構成することで、
太陽光発電などの電力貯蔵装置としても期待されてい
る。
2. Description of the Related Art Electric double layer capacitors have dramatically higher capacities than conventional aluminum electrolytic capacitors, etc., are capable of rapid charging and large current discharge, and have a long cycle life. Besides being used, it is also being considered for use as an auxiliary power source for electric vehicles and fuel cell vehicles. Furthermore, by connecting multiple capacitors in series and parallel to form a large-capacity capacitor module,
It is also expected as a power storage device for solar power generation.

【0003】これらの電気二重層キャパシタの定格電圧
は、電解液の分解電圧に依存し、約2.3〜2.5Vと
低いため、蓄電装置として使用する場合は、一部を除い
て複数のキャパシタを直列接続して定格電圧を高くし、
モジュールとして使用されるのが一般的である(さら
に、大容量化が必要な場合は、これら複数のモジュール
を並列接続して使用される)。しかしながら、これら直
列に接続されたモジュールを充放電する場合、各キャパ
シタの静電容量や漏れ電流ばらつきによって、端子電圧
にばらつきを生じ、キャパシタ電圧が定格電圧を超えて
しまうことによって、特性劣化するキャパシタが生じて
しまう。
The rated voltage of these electric double layer capacitors depends on the decomposition voltage of the electrolytic solution and is as low as about 2.3 to 2.5 V. Therefore, when used as a power storage device, a plurality of them are excluded except for a part thereof. Increase the rated voltage by connecting capacitors in series,
It is generally used as a module (further, when a large capacity is required, these modules are used in parallel connection). However, when charging and discharging these modules connected in series, variations in the terminal voltage occur due to variations in the capacitance and leakage current of each capacitor, and when the capacitor voltage exceeds the rated voltage, the capacitors whose characteristics deteriorate Will occur.

【0004】各キャパシタの静電容量や漏れ電流ばらつ
きを考慮した上で、複数のキャパシタを直列接続したモ
ジュールを充放電させる場合には、キャパシタ電圧が定
格電圧を超えないように定格電圧より低い充電電圧に設
定して使用しなければならない。しかし、電気二重層キ
ャパシタに蓄積できるエネルギーは、W=CV/2の
関係に基づくため、定格電圧よりも端子電圧を低くする
と、電圧の二乗で充電エネルギーが低くなってしまう。
たとえば、定格電圧2.5Vに対して2.0Vを満充電
とする場合は、充電可能なエネルギーの64%しか充電
ができない。
When charging and discharging a module in which a plurality of capacitors are connected in series in consideration of the capacitance of each capacitor and the variation of leakage current, charging below the rated voltage is performed so that the capacitor voltage does not exceed the rated voltage. Must be set to voltage before use. However, the energy that can be stored in the electric double layer capacitor, because it is based on the relationship of W = CV 2/2, the lower terminal voltage than the rated voltage, the charging energy with the square of the voltage becomes lower.
For example, when 2.0V is fully charged with respect to the rated voltage of 2.5V, only 64% of the chargeable energy can be charged.

【0005】この問題を解決するために、特開平6−2
61452号公報には、直列に接続された電気二重層キ
ャパシタの各キャパシタ端子電圧を検出し、端子電圧が
所定値になったことを判別してキャパシタの充電を制限
する並列モニタ回路が開示されている。図13は、上記
公報に記載されているキャパシタ2個を直列接続した場
合の充電制御回路の一例である。キャパシタC1、C2
には、各々並列にシャントレギュレータIC1、IC1
1、トランジスタQ1、Q11、抵抗R1〜4、R11
〜14からなる並列モニタ回路が接続され、充電電源I
1から充電が行われる。キャパシタC1、C2のいずれ
かが満充電に達した時、並列モニタ回路により電流がバ
イパスされて、キャパシタ端子電圧が所定値を超えない
ように制限される。しかしながら、この方法では、直列
に接続された個々のキャパシタに大きな静電容量ばらつ
き、あるいは初期充電状態のばらつきがあると、最初の
キャパシタが定格電圧に達して並列モニタが作動してか
ら、その他全てのキャパシタが定格電圧に充電されるま
でに比較的長時間を要する。しかも並列モニタで消費さ
れる電力は、端子電圧×バイパス電流で表される大きな
発熱量であるため、それに見合った回路素子や放熱機構
を備える必要が生じるという問題があった。
In order to solve this problem, Japanese Patent Laid-Open No. 6-2
Japanese Patent No. 61452 discloses a parallel monitor circuit that detects each capacitor terminal voltage of an electric double layer capacitor connected in series, determines that the terminal voltage has reached a predetermined value, and limits charging of the capacitor. There is. FIG. 13 is an example of a charge control circuit when two capacitors described in the above publication are connected in series. Capacitors C1 and C2
Shunt regulators IC1 and IC1 are connected in parallel.
1, transistors Q1, Q11, resistors R1-4, R11
A parallel monitor circuit composed of 14 to 14 is connected to charge power source I.
Charging starts from 1. When either of the capacitors C1 and C2 reaches full charge, the parallel monitor circuit bypasses the current and limits the capacitor terminal voltage so that it does not exceed a predetermined value. However, in this method, if there are large variations in capacitance or variations in the initial state of charge of the individual capacitors connected in series, after the first capacitor reaches the rated voltage and the parallel monitor operates, all other It takes a relatively long time for the capacitor of No. 2 to be charged to the rated voltage. Moreover, since the electric power consumed by the parallel monitor is a large amount of heat generation represented by the terminal voltage × bypass current, there is a problem in that it is necessary to provide a circuit element and a heat dissipation mechanism corresponding to it.

【0006】昨今、電気自動車や燃料電池自動車の補助
電源の用途においては、複数のキャパシタを直列接続し
たモジュールに求められる充電電流を100A程度に大
電流化する必要が生じている。しかし、モジュールのう
ち、先に定格電圧に達したキャパシタの並列モニタが充
電電流をバイパスした場合、バイパス電流は充電電流そ
のものとなる。充電電流100Aの場合、並列モニタ1
個あたりで消費される電力は、キャパシタの定格電圧を
2.5Vとすると、2.5V×100A=250Wとい
う極端に大きなものとなってしまう。従って、これら充
電電流を100%バイパスできる電力容量と電流定格を
もった電子部品とこれを一定温度以内に保つ放熱機構が
必要となり、並列モニタの大容量化は避けられなかっ
た。
Recently, in the use of an auxiliary power source for electric vehicles and fuel cell vehicles, it is necessary to increase the charging current required for a module in which a plurality of capacitors are connected in series to about 100 A. However, when the parallel monitor of the capacitor that has reached the rated voltage first in the module bypasses the charging current, the bypass current becomes the charging current itself. In case of charging current 100A, parallel monitor 1
If the rated voltage of the capacitor is 2.5V, the power consumed per unit becomes extremely large, 2.5V × 100A = 250W. Therefore, an electronic component having a power capacity and a current rating capable of bypassing these charging currents by 100% and a heat dissipation mechanism for keeping the same within a certain temperature are required, and an increase in capacity of the parallel monitor cannot be avoided.

【0007】また、特開平10−174283号公報に
は、複数のキャパシタを直列接続したモジュールの端子
電圧、および個々のキャパシタ端子電圧を監視して所定
の電圧で充電電流を減少させる充電方法が開示されてい
る。この方法を用いた場合には、並列モニタ回路動作時
に充電電流を減じて消費電力を減らすことで、並列モニ
タで消費される電力は低減できるものの、満充電以前に
充電電流を減少させてしまうので、充電時間が長くかか
るという問題があった。
Further, Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-174283 discloses a charging method in which a terminal voltage of a module in which a plurality of capacitors are connected in series and individual capacitor terminal voltages are monitored and the charging current is reduced at a predetermined voltage. Has been done. When this method is used, the power consumed by the parallel monitor can be reduced by reducing the power consumption by reducing the charge current during the parallel monitor circuit operation, but the charge current is reduced before full charge. There was a problem that the charging time was long.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記のような問題があ
ったため、直列に接続された複数のキャパシタを充放電
する際に、各キャパシタに並列に接続した充電電流バイ
パス用モニタで消費される電力を最小にし、トランジス
タ等の回路素子と放熱機構を小型化した充電装置と、よ
り充電時間の短い充電方法が要求されていた。
Due to the above problems, when charging and discharging a plurality of capacitors connected in series, the power consumed by the charging current bypass monitor connected in parallel to each capacitor. There has been a demand for a charging device in which circuit elements such as transistors and a heat dissipation mechanism are miniaturized, and a charging method with a shorter charging time.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するものであって、直列に接続された複数のキャパ
シタを充放電する際に、各キャパシタの特性ばらつきを
考慮した上で満充電で端子電圧が一致するようなキャパ
シタ許容電圧範囲を設定し、この範囲を超えないように
各キャパシタの充電電流を制御することで、各キャパシ
タに並列に接続した充電電流バイパス用トランジスタで
消費される電力を最小にし、トランジスタ等の回路素子
と放熱機構を小型化した充電装置と、より充電時間の短
い充電方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and when charging and discharging a plurality of capacitors connected in series, the characteristics of each capacitor must be taken into consideration. By setting the capacitor allowable voltage range so that the terminal voltages match during charging, and controlling the charging current of each capacitor so that it does not exceed this range, it is consumed by the charging current bypass transistor connected in parallel with each capacitor. It is an object of the present invention to provide a charging device in which circuit power such as a transistor is minimized and a heat dissipation mechanism is miniaturized, and a charging method with a shorter charging time.

【0010】すなわち、直列接続した電気二重層キャパ
シタと並列に充電バランス回路を接続してなるキャパシ
タモジュールと、充電装置とを接続して構成される電気
二重層キャパシタ充電装置において、電気二重層キャパ
シタの平均電圧と各キャパシタの充電設定電圧と各キャ
パシタの静電容量ばらつき、または静電容量ばらつきと
漏れ電流ばらつきの許容差から、充電進行時の各平均電
圧におけるキャパシタ電圧許容範囲を設定する基準設定
手段と、各キャパシタ電圧値を上記キャパシタ電圧許容
範囲と比較してこれを超える場合にキャパシタに並列接
続した充電バランス回路を導通させて充電電流を制限す
る充電制御手段とを用いることを特徴とする電気二重層
キャパシタの充電方法である。
That is, in an electric double layer capacitor charging device constituted by connecting a charging device and a capacitor module in which a charge balance circuit is connected in parallel to an electric double layer capacitor connected in series, Reference setting means for setting the capacitor voltage allowable range at each average voltage during charging progress from the average voltage, the charge setting voltage of each capacitor and the variation of the capacitance of each capacitor, or the tolerance of the variation of capacitance and the variation of leakage current. And charging control means for comparing each capacitor voltage value with the capacitor voltage allowable range and conducting a charging balance circuit connected in parallel to the capacitor to limit the charging current when exceeding the capacitor voltage value. This is a method of charging a double layer capacitor.

【0011】さらに、上記電気二重層キャパシタの合成
容量と、各キャパシタに容量ばらつきがないと仮定した
際の合成容量との差を求め、その差分により抵抗調整を
行い、上記キャパシタの平均電圧を補正することを特徴
とする電気二重層キャパシタの充電方法である。
Further, the difference between the combined capacitance of the electric double layer capacitors and the combined capacitance when assuming that there is no capacitance variation among the capacitors is obtained, and the resistance is adjusted by the difference to correct the average voltage of the capacitors. It is a method of charging an electric double layer capacitor.

【0012】また、上記の電気二重層キャパシタの平均
容量と、各キャパシタに容量ばらつきがないと仮定した
際の平均容量との差を求め、上記キャパシタの平均電圧
を補正することを特徴とする電気二重層キャパシタの充
電方法である。
Further, the difference between the average capacitance of the electric double layer capacitor and the average capacitance on the assumption that there is no capacitance variation among the capacitors is obtained, and the average voltage of the capacitor is corrected. This is a method of charging a double layer capacitor.

【0013】そして、上記充電バランス回路が最小電圧
検出器と最大電圧検出器とを有し、各々、全キャパシタ
の最小電圧と最大電圧を検出して、演算器によりその平
均値を求め、これをキャパシタの平均電圧とすることを
特徴とする電気二重層キャパシタの充電方法である。
The charge balance circuit has a minimum voltage detector and a maximum voltage detector, detects the minimum voltage and the maximum voltage of all capacitors, obtains an average value by an arithmetic unit, and calculates the average value. A method of charging an electric double layer capacitor, which is characterized in that the average voltage of the capacitor is used.

【0014】さらに、直列接続した電気二重層キャパシ
タと並列に充電バランス回路を接続したキャパシタモジ
ュールと、充電装置とを接続して構成される電気二重層
キャパシタ充電装置において、全キャパシタの最小電圧
を検出してこれを下限基準値とし、該下限基準値に静電
容量ばらつきおよび漏れ電流ばらつきの許容差によって
設定される電圧ばらつきを加算する上限電圧設定器によ
りキャパシタ電圧許容範囲を設定する基準設定手段と、
各キャパシタ電圧値と上記キャパシタ電圧許容範囲とを
比較器により比較し、キャパシタ電圧値が高い場合に、
キャパシタと並列接続した充電バランス回路を導通させ
て充電電流を制限する充電制御手段とを有することを特
徴とする電気二重層キャパシタの充電方法である。
Further, in an electric double layer capacitor charging device constructed by connecting a charging module and a capacitor module in which a charging balance circuit is connected in parallel with an electric double layer capacitor connected in series, the minimum voltage of all capacitors is detected. Then, this is set as a lower limit reference value, and reference setting means for setting the capacitor voltage allowable range by an upper limit voltage setting device that adds voltage variation set by the tolerance of capacitance variation and leakage current variation to the lower limit reference value. ,
Comparing each capacitor voltage value and the capacitor voltage allowable range by a comparator, and when the capacitor voltage value is high,
A charging control means for conducting a charging balance circuit connected in parallel with the capacitor to limit a charging current, is a method of charging an electric double layer capacitor.

【0015】また、上記電気二重層キャパシタ充電装置
において、充電進行時にキャパシタ平均電圧がキャパシ
タ充電設定電圧に近づくにつれて、キャパシタ電圧許容
範囲が0に収束することを特徴とする電気二重層キャパ
シタの充電方法である。
Further, in the above electric double layer capacitor charging device, the allowable range of the capacitor voltage converges to 0 as the capacitor average voltage approaches the capacitor charging set voltage during charging, and the charging method of the electric double layer capacitor. Is.

【0016】そして、上記電気二重層キャパシタ充電装
置において、キャパシタモジュールの充電設定電圧より
低い電圧値に充電変化点を設け、キャパシタモジュール
電圧が充電変化点を超えた時点で定電流充電から定電圧
充電に移行する充電制御方式を取ることを特徴とする電
気二重層キャパシタ充電方法である。
In the above electric double layer capacitor charging device, a charging change point is provided at a voltage value lower than the charging set voltage of the capacitor module, and when the capacitor module voltage exceeds the charging change point, constant current charging to constant voltage charging is performed. It is an electric double layer capacitor charging method characterized by adopting a charging control method of shifting to.

【0017】さらに、上記電気二重層キャパシタ充電装
置において、充電進行時におけるキャパシタ電圧許容範
囲を設定する基準設定手段と、各キャパシタ電圧値を上
記キャパシタ電圧許容範囲と比較してこれを超える場合
に充電電流を制限する充電制御手段をマイクロプロセッ
サによるソフトウエア制御で行うことを特徴とする電気
二重層キャパシタ充電方法である。
Further, in the electric double layer capacitor charging device, reference setting means for setting a capacitor voltage allowable range during charging progress, and each capacitor voltage value is compared with the capacitor voltage allowable range and charging is performed when the value exceeds the allowable range. The electric double layer capacitor charging method is characterized in that the charging control means for limiting the current is performed by software control by a microprocessor.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】電気二重層キャパシタの充電装置
を、図1のように、直列接続した電気二重層キャパシタ
と並列に充電バランス回路を接続したキャパシタモジュ
ールと、電流検出器と、充電制御回路とを充電装置に接
続して構成する。上記充電バランス回路は図2、図7の
ように、端子電圧検出器と比較器とパワーNPNトラン
ジスタと上限電圧設定器とシャントレギュレータと抵抗
とを接続して構成される。ここで、図8、図9のよう
に、上記充電バランス回路の端子電圧検出器と上限電圧
設定器との間に最大電圧検出器および/または最小電圧
検出器と、演算器および/または乗算器とで構成される
回路を接続してもよい。そして、上記充電制御回路は図
10のように、端子電圧検出器と充電電流検出器と充電
電流制御器と満充電検出器とを接続して構成される。上
記電気二重層キャパシタ充電装置により、電気二重層キ
ャパシタの平均電圧と各キャパシタの充電設定電圧と各
キャパシタの静電容量ばらつき、または漏れ電流ばらつ
きの許容差から、充電進行時の各平均電圧におけるキャ
パシタ電圧許容範囲を設定する基準設定手段と、各キャ
パシタ電圧値を上記キャパシタ電圧許容範囲と比較して
これを超える場合にキャパシタに並列接続した電流バラ
ンス回路を導通させて充電電流を制限する充電制御手段
とを用いて電気二重層キャパシタを充電する。また、上
記電気二重層キャパシタの合成容量と、各キャパシタセ
ルに容量ばらつきがないと仮定した際の合成容量との差
を求め、その差分により上記キャパシタの平均電圧を補
正する。さらに、上記の電気二重層キャパシタの平均容
量と、各キャパシタに容量ばらつきがないと仮定した際
の平均容量との差を求め、上記コンデンサの平均電圧を
補正する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION As shown in FIG. 1, an electric double layer capacitor charging device includes a capacitor module in which a charge balance circuit is connected in parallel with an electric double layer capacitor connected in series, a current detector, and a charge control circuit. And are connected to a charging device. As shown in FIGS. 2 and 7, the charge balance circuit is configured by connecting a terminal voltage detector, a comparator, a power NPN transistor, an upper limit voltage setting device, a shunt regulator and a resistor. Here, as shown in FIGS. 8 and 9, a maximum voltage detector and / or a minimum voltage detector, a calculator and / or a multiplier are provided between the terminal voltage detector and the upper limit voltage setter of the charge balance circuit. You may connect the circuit comprised by. The charge control circuit is configured by connecting a terminal voltage detector, a charge current detector, a charge current controller and a full charge detector as shown in FIG. With the electric double layer capacitor charging device described above, the capacitor at each average voltage at the time of charging progress is calculated from the average voltage of the electric double layer capacitor, the charge setting voltage of each capacitor, the variation in the capacitance of each capacitor, or the tolerance of the variation in leakage current. Reference setting means for setting a voltage allowable range, and charge control means for comparing each capacitor voltage value with the capacitor voltage allowable range and conducting a current balance circuit connected in parallel to the capacitor to limit the charging current when exceeding the capacitor voltage value. And are used to charge the electric double layer capacitor. Further, the difference between the combined capacity of the electric double layer capacitor and the combined capacity assuming that there is no capacity variation among the capacitor cells is obtained, and the average voltage of the capacitor is corrected by the difference. Further, the difference between the average capacity of the electric double layer capacitor and the average capacity assuming that there is no capacity variation among the capacitors is calculated, and the average voltage of the capacitor is corrected.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明による実施例について、図面を
参照して説明する。本発明による電気二重層キャパシタ
充電装置の一実施例を図1に示す。図1において、キャ
パシタモジュール3は、直列に接続された複数のキャパ
シタ1とそれに並列接続された充電バランス回路2とか
らなる。充電装置6は、商用電源とインバータによる電
圧変換手段を組み合わせたもの、あるいは太陽電池等の
直流電源を用いてキャパシタモジュール3に電力を供給
し、充電制御回路4でキャパシタモジュール3の端子電
圧と充電電流を検出して充電制御を行う。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. An embodiment of the electric double layer capacitor charging device according to the present invention is shown in FIG. In FIG. 1, the capacitor module 3 includes a plurality of capacitors 1 connected in series and a charge balance circuit 2 connected in parallel with the capacitors 1. The charging device 6 supplies electric power to the capacitor module 3 using a combination of a commercial power supply and a voltage converting means by an inverter, or a direct current power supply such as a solar cell, and the charging control circuit 4 charges the terminal voltage of the capacitor module 3 with the terminal voltage. The current is detected and charging is controlled.

【0020】図2は、キャパシタ2個を直列接続したキ
ャパシタモジュールの一例を示すもので、直列接続され
たキャパシタC1、C2とそれに並列接続された充電バ
ランス回路2からなる。上限電圧設定器7に入力される
電圧のうち、A点電圧は、例えば抵抗R1=11kΩ、
抵抗R2=9kΩと設定することで、キャパシタ平均電
圧=キャパシタモジュール電圧/2より0.45×(キ
ャパシタモジュール電圧)=0.9×(キャパシタ平均
電圧Vave)を得ることができる。B点電圧は、例えば
制御用のIC1にシャントレギュレータμPC1944
(NEC製)を使用してD点電圧を1.25Vに制御
し、R5=10kΩ、R6=2.5kΩとしてR5、R
6の抵抗分圧で0.25Vを得ることができる。A、B
点電圧は、上限電圧設定器7で加算し上限電圧0.9×
Vave+0.25として出力され、比較器9にて各キャ
パシタ端子電圧と比較して、キャパシタ端子電圧が上限
曲線電圧よりも高いキャパシタにおいてはパワーNPN
トランジスタ10を導通状態にして充電電流を制限し、
キャパシタ端子電圧が上限電圧を超えない場合には、充
電電流を制限することなく充電を進める。なお、キャパ
シタC2の端子電圧は上限電圧設定器7と電圧基準が同
じであるため、キャパシタ端子電圧検出器は必要ない。
FIG. 2 shows an example of a capacitor module in which two capacitors are connected in series, which is composed of capacitors C1 and C2 connected in series and a charge balance circuit 2 connected in parallel with them. Of the voltages input to the upper limit voltage setting device 7, the voltage at the point A is, for example, resistance R1 = 11 kΩ,
By setting the resistance R2 = 9 kΩ, 0.45 × (capacitor module voltage) = 0.9 × (capacitor average voltage Vave) can be obtained from capacitor average voltage = capacitor module voltage / 2. The voltage at the point B can be obtained by, for example, the shunt regulator μPC1944 in the control IC1.
(Manufactured by NEC) is used to control the voltage at point D to 1.25 V, and R5 = 10 kΩ and R6 = 2.5 kΩ are set to R5, R
It is possible to obtain 0.25 V with a resistance partial voltage of 6. A, B
The point voltage is added by the upper limit voltage setting unit 7 and the upper limit voltage is 0.9 ×
It is output as Vave + 0.25, and compared with each capacitor terminal voltage in the comparator 9, the power NPN in the capacitor in which the capacitor terminal voltage is higher than the upper limit curve voltage.
The transistor 10 is turned on to limit the charging current,
If the capacitor terminal voltage does not exceed the upper limit voltage, charging proceeds without limiting the charging current. Note that the terminal voltage of the capacitor C2 has the same voltage reference as that of the upper limit voltage setting unit 7, so that the capacitor terminal voltage detector is not necessary.

【0021】図3は、図2のキャパシタモジュールにお
いて各キャパシタの充電設定電圧を2.5Vとしたとき
の充放電サイクル時におけるキャパシタC1、C2の端
子電圧を示したものである。今、静電容量ばらつきによ
る許容差を±10%とし、キャパシタC1がC2より2
0%容量が小さい場合を考える。キャパシタC1、C2
がともに満充電の2.5Vから放電が開始されたとき、
C1端子電圧は、C2よりも20%早いスピードで端子
電圧が低下する。放電がある一定時間進んだ後に充電に
切り変わった場合、C1端子電圧は、C2よりも20%
早いスピードで端子電圧が上昇するため、最終的に放電
深度と充電スピードが相殺して再び満充電で一致する。
このように、満充電から放電が開始され、再び充電され
る場合には、キャパシタC1、C2における放電深度と
充電スピードの効果が相殺されるため、充電バランス回
路2による充電電流の制限は必要ない。ここで、充電進
行時における各キャパシタの端子電圧ばらつきが、放電
深度と充電スピードの関係で満充電時に相殺される範囲
をセル電圧許容範囲とする。
FIG. 3 shows the terminal voltages of the capacitors C1 and C2 during the charge / discharge cycle when the charge setting voltage of each capacitor in the capacitor module of FIG. 2 is 2.5V. Now, the tolerance due to the variation in capacitance is set to ± 10%, and the capacitor C1 is
Consider the case where the 0% capacity is small. Capacitors C1 and C2
, Both start to discharge from full charge of 2.5V,
The C1 terminal voltage drops 20% faster than C2. When the discharge progresses for a certain period of time and then switches to charging, the C1 terminal voltage is 20% lower than C2.
Since the terminal voltage rises at a fast speed, the depth of discharge and the charging speed eventually cancel each other out, and the charge fully matches again.
As described above, when the discharging is started from the full charge and the charging is performed again, the effects of the depth of discharge and the charging speed in the capacitors C1 and C2 are canceled out, so that the charging balance circuit 2 does not need to limit the charging current. . Here, the cell voltage allowable range is a range in which variations in the terminal voltage of each capacitor during the progress of charging are canceled by the relationship between the depth of discharge and the charging speed when fully charged.

【0022】充電進行時におけるキャパシタ電圧許容範
囲は、キャパシタの平均電圧と充電設定電圧と静電容量
ばらつき許容差から設定する。キャパシタC1、C2の
端子電圧を満充電で一致させるには、平均電圧Vaveに
おいて、充電設定電圧Vtarと平均電圧Vaveとの電圧差
(Vtar−Vave)に対して静電容量ばらつきΔCによ
る充電スピード差を考慮して、(Vtar−Vave)×ΔC
の範囲内にキャパシタC1、C2の端子電圧が入るよ
うに制御をする必要がある。キャパシタC1、C2を充
電設定電圧Vtarで一致させるために平均電圧Vaveにお
いて許されるキャパシタ電圧許容範囲ΔVcは次の
(1)式で計算される。
The allowable capacitor voltage range during charging progress is set based on the average voltage of the capacitors, the charge setting voltage, and the capacitance variation tolerance. In order to match the terminal voltages of the capacitors C1 and C2 with full charge, the charging speed due to the capacitance variation ΔC 0 with respect to the voltage difference (Vtar−Vave) between the charging setting voltage Vtar and the average voltage Vave at the average voltage Vave. Considering the difference, (Vtar-Vave) × ΔC
It is necessary to control so that the terminal voltages of the capacitors C1 and C2 fall within the range of 0 . The capacitor voltage allowable range ΔVc allowed at the average voltage Vave for matching the capacitors C1 and C2 at the charging setting voltage Vtar is calculated by the following equation (1).

【0023】 ΔVc=Vave+(Vtar−Vave)×ΔC (1)ΔVc = Vave + (Vtar−Vave) × ΔC 0 (1)

【0024】図2において、充電設定電圧Vtar=2.
5V、静電容量ばらつきΔCを±10%としてこれ
を、(1)式に代入すると、
In FIG. 2, charge set voltage Vtar = 2.
5V, capacitance variation ΔC 0 is ± 10%, and this is substituted into the equation (1),

【0025】 ΔVc=Vave+(2.5−Vave)×(±0.1) (2)[0025] ΔVc = Vave + (2.5−Vave) × (± 0.1) (2)

【0026】これをキャパシタセル電圧許容範囲の上限
電圧Vhとして表すと次式となる。
When this is expressed as the upper limit voltage Vh of the capacitor cell voltage allowable range, the following equation is obtained.

【0027】 Vh=0.9×Vave+0.25 (3)[0027] Vh = 0.9 × Vave + 0.25 (3)

【0028】また、下限電圧Vlとして表すと次式とな
る。
When expressed as the lower limit voltage Vl, the following equation is obtained.

【0029】 Vl=1.1×Vave−0.25 (4)[0029] Vl = 1.1 × Vave-0.25 (4)

【0030】仮に下限電圧Vlを下回るキャパシタ端子
電圧があった場合、充電電流を増加させることは不可能
であるから、充電バランス回路2で充電電流を制限する
ことなく充電を続ける。逆に上限電圧Vhを上回るキャ
パシタ端子電圧があった場合、充電バランス回路2で該
当キャパシタの充電電流を制限して、電圧許容範囲内に
入る充電電流で充電を進めることとなる。このように、
放電深度差と充電スピード差の相殺効果が得られるの
は、2回目以降の充放電に相当する場合である。
If there is a capacitor terminal voltage lower than the lower limit voltage Vl, it is impossible to increase the charging current. Therefore, the charging balance circuit 2 continues charging without limiting the charging current. On the contrary, when there is a capacitor terminal voltage exceeding the upper limit voltage Vh, the charging balance circuit 2 limits the charging current of the corresponding capacitor, and the charging proceeds with the charging current falling within the voltage allowable range. in this way,
The effect of offsetting the difference in depth of discharge and the difference in charge speed is obtained in the case corresponding to the second and subsequent charging / discharging.

【0031】図4は、図2のキャパシタモジュールにお
ける初回充電時のキャパシタC1、C2端子電圧を示し
たものである。初回充電は、キャパシタC1、C2が共
に0ボルトから始まる。キャパシタC1の端子電圧が
1.25Vになるまでは、先に設定した電圧許容範囲内
にキャパシタC1、C2の端子電圧が入るため、充電バ
ランス回路2による充電電流の制限は行われない。しか
し、キャパシタC1が1.25Vを超えると許容範囲を
超えるため、キャパシタC1のみ充電バランス回路2に
より充電電流を制限し、充電スピードを落として充電す
る。キャパシタC1の充電電流は、キャパシタC2と充
電スピードを一致させるための充電電流制限分(20
%)とキャパシタC1が1.25Vに充電されるまでに
開いたキャパシタC1、C2の電圧差分(0.25V)
の埋め合わせ分(13%)の合計33%の充電電流を制
限して充電する。従って、キャパシタC1が1.25V
を超えてからは、キャパシタC1のみ充電電流を33%
制限して充電を続け、キャパシタC2は充電電流を制限
することなく充電することで、2.5Vの充電設定電圧
でキャパシタC1、C2の端子電圧を一致させることが
できる。このように、初回充電時や長期放置による自然
放電のために放電深度と充電スピードに相殺関係が得ら
れない場合は、充電進行時にキャパシタC1、C2の端
子電圧がキャパシタ電圧許容範囲を超えてしまうため、
充電バランス回路2により充電電流を制限して充電を進
めることとなる。
FIG. 4 shows terminal voltages of the capacitors C1 and C2 at the time of initial charging in the capacitor module of FIG. The initial charging starts from 0 V for both capacitors C1 and C2. Until the terminal voltage of the capacitor C1 reaches 1.25 V, the terminal voltage of the capacitors C1 and C2 falls within the previously set voltage allowable range, so that the charging balance circuit 2 does not limit the charging current. However, when the capacitance of the capacitor C1 exceeds 1.25 V, the allowable range is exceeded. Therefore, only the capacitor C1 limits the charging current by the charging balance circuit 2 and reduces the charging speed to perform charging. The charging current of the capacitor C1 is equal to the charging current limit (20) for matching the charging speed with the capacitor C2.
%) And the voltage difference between the capacitors C1 and C2 opened until the capacitor C1 is charged to 1.25 V (0.25 V)
The charging current of 33% in total of the compensation amount (13%) is limited to charge. Therefore, the capacitor C1 is 1.25V
After exceeding, the charging current of only capacitor C1 is 33%.
By limiting the charging and continuing the charging, and charging the capacitor C2 without limiting the charging current, the terminal voltages of the capacitors C1 and C2 can be matched at the charging setting voltage of 2.5V. As described above, when a canceling relationship cannot be obtained between the depth of discharge and the charging speed due to spontaneous discharge at the time of initial charging or after being left for a long time, the terminal voltages of the capacitors C1 and C2 exceed the capacitor voltage allowable range during the progress of charging. For,
The charging balance circuit 2 limits the charging current and advances charging.

【0032】特開平6−261452号公報による、キ
ャパシタ電圧が充電設定電圧に達した時点で充電電流が
制限される充電方法と、本発明によるキャパシタ電圧が
キャパシタ電圧許容範囲を超えた時点で充電電流が制限
される充電方法とを初回充電時で比較してみる。静電容
量ばらつきによる許容差を±10%とし、キャパシタC
1がC2より20%容量が小さいと仮定した場合を考え
る。図13の充電制限回路では、キャパシタC1が2.
5Vに達した際、キャパシタC2は2.0Vでしかない
ため、キャパシタC1はすべての充電電流を並列モニタ
側にバイパスして、キャパシタC2が2.5Vに達する
までひたすら待つこととなる。この時、キャパシタC1
が充電設定電圧に達し、その後全ての充電電流をバイパ
スし続ける時間は、全充電時間の20%にも達する。一
方、図2の充電制御回路では、キャパシタC1が1.2
5Vから2.5Vに達するまでの時間(全充電時間の6
0%)において、充電電流の33%をパワーNPNトラ
ンジスタ10でバイパスすることによってキャパシタC
1、C2の端子電圧を満充電で一致させることができ
る。従って、図2の充電制御回路では、トランジスタ1
0に電流容量の小さいものを選定することができ、かつ
充電バランス回路2の消費電力(バイパス電流×キャパ
シタ端子電圧)を低減できるため放熱装置の小型化が可
能となる。
According to Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-261452, a charging method in which the charging current is limited when the capacitor voltage reaches the charging set voltage, and a charging current when the capacitor voltage exceeds the allowable capacitor voltage range according to the present invention Will be compared with the charging method that is limited at the time of the first charge. Capacitance C
Consider the case where 1 is 20% smaller in capacity than C2. In the charge limiting circuit of FIG. 13, the capacitor C1 is 2.
When 5V is reached, the capacitor C2 is only 2.0V, so the capacitor C1 bypasses all the charging current to the parallel monitor side, and waits until the capacitor C2 reaches 2.5V. At this time, the capacitor C1
Reaches the charge set voltage and then continues to bypass all charge currents as much as 20% of the total charge time. On the other hand, in the charge control circuit of FIG.
Time from 5V to 2.5V (6 of total charging time)
0%), 33% of the charging current is bypassed by the power NPN transistor 10 so that the capacitor C
The terminal voltages of 1 and C2 can be made to coincide with each other when fully charged. Therefore, in the charge control circuit of FIG.
Since a small current capacity can be selected as 0 and the power consumption of the charge balance circuit 2 (bypass current × capacitor terminal voltage) can be reduced, the heat dissipation device can be downsized.

【0033】図3、図4の充放電サイクル例で用いたキ
ャパシタ電圧許容範囲(1)式は、各キャパシタの静電
容量ばらつき許容差のみを考慮したものである。一般に
キャパシタの漏れ電流ばらつきは静電容量ばらつきと比
較して小さくなるが、各キャパシタの漏れ電流ばらつき
許容差ΔLを(1)式に併せて考慮した場合、キャパシ
タ全体の許容差ばらつきを(ΔC+ΔL)として(1)
式のΔCと置き換えると、キャパシタ電圧許容範囲は
(5)式となる。
The capacitor voltage allowable range (1) used in the charging / discharging cycle examples of FIGS. 3 and 4 considers only the capacitance variation tolerance of each capacitor. Generally, the variation of the leakage current of the capacitor is smaller than that of the variation of the electrostatic capacity. However, when the tolerance ΔL of the variation of the leakage current of each capacitor is also considered in the formula (1), the variation of the tolerance of the entire capacitor is (ΔC + ΔL). As (1)
When replaced with ΔC 0 in the equation, the capacitor voltage allowable range is given by equation (5).

【0034】 ΔVc’=Vave+(Vtar−Vave)×(ΔC’+ΔL) (5)[0034] ΔVc ′ = Vave + (Vtar−Vave) × (ΔC ′ + ΔL) (5)

【0035】このように、静電容量ばらつきと漏れ電流
ばらつきを併せて考慮する場合は、それぞれの許容差ば
らつきを足し合わせて(5)式に代入すればよく、
(3)式、(4)式に相当するキャパシタ電圧許容範囲
の上・下限電圧を簡単に導き出すことができる。
As described above, when the capacitance variation and the leakage current variation are also considered together, the respective tolerance variations may be added together and substituted into the equation (5),
The upper and lower limit voltages of the capacitor voltage allowable range corresponding to the expressions (3) and (4) can be easily derived.

【0036】続いて、キャパシタ5個を直列接続した場
合のキャパシタモジュールについて考える。事例を単純
化するために、以下の説明は、静電容量ばらつきのみが
生じたものとして考える。静電容量ばらつきと漏れ電流
ばらつきを併せて考慮する場合は、(5)式と同様に、
それぞれのばらつきを足し合わせて、キャパシタ電圧許
容範囲を設定すればよい。キャパシタ5個の静電容量ば
らつきが互いに打ち消し合い、キャパシタの合成容量ば
らつきが0となる場合には、平均電圧が各キャパシタの
充放電曲線の中間に位置するため、図2のキャパシタ2
個を直列にしたキャパシタモジュールと同様のキャパシ
タ電圧許容範囲を設定できる。しかし、静電容量がプラ
ス側、あるいはマイナス側にかたよって、キャパシタ平
均容量がばらついた場合には、図2に示した上限電圧に
よる充電電流の制御が効果的に行えない場合が出てく
る。今、静電容量のかたよりが大きい例として、5個の
キャパシタのうち、+10%のキャパシタが1個、−1
0%のキャパシタが4個ある場合を考えてみる。図5は
−10%のキャパシタC1(4個)と+10%のキャパ
シタC2(1個)による初回充電時のキャパシタ端子電
圧を表す。平均電圧がキャパシタC1側にかたよるた
め、(3)式で示すキャパシタ電圧許容範囲の上限電圧
もC1側にかたよってしまう。キャパシタC1電圧がV
1のとき、キャパシタC2電圧は0.8×V1で求めら
れる。このとき、キャパシタ平均電圧Vaveは、(6)
式で求められる。
Next, consider a capacitor module in which five capacitors are connected in series. In order to simplify the case, it is assumed that only the capacitance variation occurs in the following description. When considering both the capacitance variation and the leakage current variation, as in equation (5),
The allowable range of the capacitor voltage may be set by adding the respective variations. When the variations in the capacitance of the five capacitors cancel each other out and the variation in the combined capacitance of the capacitors is 0, the average voltage is located in the middle of the charge / discharge curve of each capacitor, and thus the capacitor 2 of FIG.
It is possible to set a capacitor voltage allowable range similar to that of a capacitor module in which pieces are connected in series. However, when the average capacitance of the capacitors varies depending on whether the electrostatic capacitance is on the plus side or the minus side, the charging current control by the upper limit voltage shown in FIG. 2 may not be effectively performed. Now, as an example in which the capacitance value is large, one of + 10% of the five capacitors is -1,
Consider the case where there are four 0% capacitors. FIG. 5 shows the capacitor terminal voltage at the time of initial charging by the capacitor C1 (4 pieces) of −10% and the capacitor C2 (1 piece) of + 10%. Since the average voltage is biased to the capacitor C1 side, the upper limit voltage of the capacitor voltage allowable range expressed by the equation (3) is also biased to the C1 side. The voltage of the capacitor C1 is V
When it is 1, the voltage of the capacitor C2 is 0.8 × V1. At this time, the capacitor average voltage Vave is (6)
It is calculated by the formula.

【0037】 Vave=(4×V1+0.8×V1)/5 =0.96×V1 (6)[0037] Vave = (4 × V1 + 0.8 × V1) / 5      = 0.96 x V1 (6)

【0038】(3)式に(6)式のVaveを代入して、
図5において上限曲線式を越えるキャパシタ電圧V1を
求めると、V1=1.84Vとなり、図2の場合の1.
25Vと比較して約0.6V高くなってしまう。従っ
て、キャパシタC1の端子電圧が1.84Vから2.5
Vに達するまでの間、キャパシタC1の充電電流は、キ
ャパシタC2と充電スピードを一致させるための充電電
流制限分(20%)とキャパシタC1が1.84Vに充
電されるまでに開いたキャパシタC1、C2の電圧差分
(0.37V)の埋め合わせ分(29%)の合計49%
の充電電流を制限して充電を進めることとなる。2回目
以降の充放電の際にも充電電流の制限が効果的に行えな
い状況が出てくる。図6においてキャパシタC1、C2
が満充電の2.5Vから放電された際、C2は放電曲線
aとなるはずであるが、平均電圧がキャパシタC1側に
かたよるため、C2が上限電圧を超えてしまい、キャパ
シタC2は放電の際に4%の電流を充電バランス回路側
にバイパスして、放電曲線bで放電することとなる。ま
た、2回目以降の充電の際にも、先の放電時の4%バイ
パス電流によって、キャパシタC1、C2の放電深度と
充電スピードの関係がアンバランスとなり、交点dでキ
ャパシタC1、C2の端子電圧が一致してしまうため、
交点dから充電設定電圧2.5Vまで、キャパシタC1
の充電電流を20%制限して充電を進める必要がある。
静電容量のかたよりが大きいもう一つの例として、5個
のキャパシタのうち、+10%のキャパシタが4個、−
10%のキャパシタが1個ある場合を考えてみる。図に
よる説明は省略するが、この場合は平均電圧がC2側に
かたよるため、初回充電時にキャパシタC1が上限電圧
を超える電圧は1.25Vよりも充分小さく、充電があ
まり進んでいない時期から緩やかにキャパシタC1側の
充電電流に制限をかけることができる。また、2回目以
降の充放電の際にも上限電圧を超えるキャパシタ電圧は
なく、充電電流を制限する必要がない。
Substituting Vave in equation (6) into equation (3),
When the capacitor voltage V1 that exceeds the upper limit curve formula is obtained in FIG. 5, V1 = 1.84 V, which is 1.
It is about 0.6V higher than 25V. Therefore, the terminal voltage of the capacitor C1 is from 1.84V to 2.5.
Until reaching V, the charging current of the capacitor C1 is limited by the charging current (20%) for matching the charging speed with the capacitor C2 and the capacitor C1 opened by the time the capacitor C1 is charged to 1.84V, A total of 49% of the compensation (29%) of the voltage difference (0.37V) of C2
The charging current will be limited and charging will proceed. Even in the second and subsequent charging / discharging situations, the charging current cannot be effectively limited. In FIG. 6, capacitors C1 and C2
Should be discharged from the fully charged 2.5 V, C2 should be the discharge curve a, but since the average voltage is biased toward the capacitor C1 side, C2 exceeds the upper limit voltage, and the capacitor C2 is discharged. Then, the current of 4% is bypassed to the charge balance circuit side, and the discharge is performed at the discharge curve b. Also during the second and subsequent charges, the relationship between the depth of discharge of the capacitors C1 and C2 and the charging speed becomes unbalanced due to the 4% bypass current during the previous discharge, and the terminal voltage of the capacitors C1 and C2 at the intersection point d. Will match, so
From the intersection point d to the charge setting voltage 2.5V, the capacitor C1
It is necessary to limit the charging current of 20% to proceed with charging.
As another example in which the capacitance value is large, out of 5 capacitors, + 10% is 4 capacitors, −
Consider the case where there is one 10% capacitor. Although illustration is omitted, in this case, since the average voltage is biased toward the C2 side, the voltage at which the capacitor C1 exceeds the upper limit voltage at the time of the initial charge is sufficiently smaller than 1.25V, and the voltage gradually decreases from the time when the charge does not proceed so much. It is possible to limit the charging current on the side of the capacitor C1. In addition, there is no capacitor voltage exceeding the upper limit voltage during the second and subsequent charging / discharging operations, and there is no need to limit the charging current.

【0039】キャパシタ5個を直列接続したキャパシタ
モジュールの例を図7に示す。上限電圧設定器7に入力
される電圧のうち、A点電圧は、例えば抵抗R1=41
kΩ、抵抗R2=9kΩと設定することで、キャパシタ
平均電圧Vave=キャパシタモジュール電圧/5より、
0.18×(キャパシタモジュール電圧)=0.9×
(キャパシタ平均電圧Vave)を得ることができる。B
点電圧は、例えばIC1にシャントレギュレータμPC
1944(NEC製)を使用してD点電圧を1.25V
に制御し、R5=10kΩ、R6=2.5kΩとしてR
5、6の抵抗分圧で0.25Vを得ることができる。
A、B点電圧は、上限電圧設定器7で加算されて上限曲
線電圧0.9×Vave+0.25として出力され、比較
器9にて各キャパシタ端子電圧と比較して、キャパシタ
端子電圧が上限曲線電圧よりも高いキャパシタにおいて
はパワーNPNトランジスタ10を導通状態にして充電
電流を制限し、キャパシタ端子電圧が上限電圧を超えな
い場合には、充電電流を制限することなく充電を進め
る。
FIG. 7 shows an example of a capacitor module in which five capacitors are connected in series. Of the voltages input to the upper limit voltage setting unit 7, the voltage at the point A is, for example, the resistance R1 = 41.
By setting kΩ and resistance R2 = 9 kΩ, capacitor average voltage Vave = capacitor module voltage / 5,
0.18 x (capacitor module voltage) = 0.9 x
(Capacitor average voltage Vave) can be obtained. B
The point voltage is, for example, IC1 shunt regulator μPC
Use 1944 (made by NEC) to set the D point voltage to 1.25V
R5 = 10kΩ, R6 = 2.5kΩ
It is possible to obtain 0.25V with a resistance partial pressure of 5 or 6.
The A and B point voltages are added by the upper limit voltage setting unit 7 and output as the upper limit curve voltage 0.9 × Vave + 0.25, and the capacitor terminal voltage is compared with each capacitor terminal voltage by the comparator 9, In a capacitor higher than the voltage, the power NPN transistor 10 is turned on to limit the charging current, and when the capacitor terminal voltage does not exceed the upper limit voltage, charging proceeds without limiting the charging current.

【0040】先のキャパシタ5個の直列接続に示される
ように、静電容量ばらつきによって、キャパシタの平均
電圧にかたよりが見られる場合は、図5、6における上
限電圧を補正する必要がある。例えば、キャパシタモジ
ュールの合成容量を測定し、容量ばらつきがないと仮定
した際の合成容量と比較してその差を求め、キャパシタ
平均電圧を合成容量の差分を用いて補正することが可能
である。表1は、図5におけるキャパシタ5個が直列接
続された場合について、各キャパシタの容量ばらつきを
+10%、あるいは−10%と仮定した場合の容量ばら
つきとキャパシタ平均電圧のかたより、キャパシタ合成
容量ばらつきの関係を示したものである。
As shown in the above-mentioned series connection of the five capacitors, when there is a bias in the average voltage of the capacitors due to variations in capacitance, it is necessary to correct the upper limit voltage in FIGS. For example, it is possible to measure the combined capacitance of the capacitor modules, compare it with the combined capacitance on the assumption that there is no capacitance variation, obtain the difference, and correct the capacitor average voltage using the difference in the combined capacitance. Table 1 shows that when the five capacitors in FIG. 5 are connected in series, the capacitance variation of each capacitor is assumed to be + 10% or −10%, and the capacitance variation of the capacitors is calculated based on the average capacitance of the capacitors. It shows the relationship.

【0041】[0041]

【表1】 [Table 1]

【0042】表1において、キャパシタ合成容量ばらつ
きの符号を反転したものは、キャパシタ平均電圧ばらつ
きとほぼ等しいことがわかる。従って、キャパシタモジ
ュールの合成容量を測定してキャパシタ合成容量ばらつ
きを求め、これをキャパシタ平均電圧のかたよりとして
図7のA点電圧におけるVaveを補正することで、図
5、6の充放電特性中の平均電圧曲線をキャパシタC
1、C2の充放電曲線の中間付近に置くことができる。
例えば、表1における−10%のC1(4個)と+10
%のC2(1個)を用いた場合、表1から平均電圧かた
より+6%を求め、図7のように抵抗R2に可変抵抗を
用いてR2の抵抗調整を行い、A点電圧0.9×Vave
を6%低下させる補正を行うことで、図5、6の平均電
圧曲線を0.6%の誤差で補正することができる。
In Table 1, it can be seen that the inversion of the sign of the capacitor combined capacitance variation is almost equal to the capacitor average voltage variation. Therefore, the combined capacitance of the capacitor module is measured to obtain the combined capacitance of the capacitors, and this is used as the value of the average voltage of the capacitor to correct Vave at the voltage at point A in FIG. The average voltage curve is the capacitor C
It can be placed near the middle of the charge and discharge curves of C1 and C2.
For example, -10% C1 (4 pieces) and +10 in Table 1
When C2 (1 piece) is used, + 6% is obtained from the average voltage from Table 1, and the resistance of R2 is adjusted by using a variable resistor as shown in FIG. × Vave
Is corrected by reducing 6%, the average voltage curves of FIGS. 5 and 6 can be corrected with an error of 0.6%.

【0043】さらに精度よく平均電圧の補正を行う場合
は、キャパシタ個々の静電容量を測定し平均容量を計算
して求め、容量ばらつきがない場合の平均容量と比較し
て、その差分をもとに図7におけるR2の抵抗調整を行
い、A点電圧0.9×Vaveの補正を行うことで、図
5、6の平均電圧をC1、C2の充放電曲線の中間点に
プロットすることができる。
When the average voltage is corrected more accurately, the capacitance of each capacitor is measured and the average capacitance is calculated, and the average capacitance is compared with the average capacitance when there is no capacitance variation. By adjusting the resistance of R2 in FIG. 7 and correcting the voltage at the point A of 0.9 × Vave, the average voltage of FIGS. 5 and 6 can be plotted at the midpoint of the charge / discharge curves of C1 and C2. .

【0044】また、平均電圧の補正を必要としない方法
として、各キャパシタ電圧のうち最小端子電圧と最大端
子電圧を求めてこの平均を平均電圧Vaveとする方法に
ついて説明する。図8における各キャパシタ電圧のう
ち、端子電圧検出器8で検出した各キャパシタ電圧につ
いて、最小電圧検出器11と最大電圧検出器12で最小
・最大端子電圧を求め、演算器13で(最大電圧値+最
小電圧値)/2を演算する。続いて、乗算器14で演算
器13の出力を0.9倍することで、A点電圧(0.9
×Vave)が得られる。乗算器14で得られたA点電圧
は、上限電圧設定器7でB点電圧と足し合わされて、上
限曲線電圧0.9×Vave+0.25として出力され、
各キャパシタ端子電圧と比較するのに用いられる。以降
は、図7の例と同様であるので、説明は省略する。図8
におけるVaveは、全てのキャパシタ電圧の平均値では
なく、最大電圧値と最小電圧値の平均であるが、静電容
量ばらつきや漏れ電流ばらつきによる電圧のかたよりの
影響を受けることなく、本来必要としている各キャパシ
タの充放電曲線の中間点に平均電圧曲線をプロットする
ことができる。
As a method that does not require correction of the average voltage, a method of obtaining the minimum terminal voltage and the maximum terminal voltage of each capacitor voltage and using this average as the average voltage Vave will be described. Of the capacitor voltages in FIG. 8, for each capacitor voltage detected by the terminal voltage detector 8, the minimum voltage detector 11 and the maximum voltage detector 12 determine the minimum / maximum terminal voltage, and the calculator 13 calculates the maximum voltage value. + Minimum voltage value) / 2 is calculated. Then, the multiplier 14 multiplies the output of the calculator 13 by 0.9 to obtain the voltage at the point A (0.9
XVave) is obtained. The A point voltage obtained by the multiplier 14 is added to the B point voltage by the upper limit voltage setting unit 7 and output as the upper limit curve voltage 0.9 × Vave + 0.25,
Used to compare with each capacitor terminal voltage. Since the subsequent steps are the same as in the example of FIG. 7, description thereof will be omitted. Figure 8
Vave in is not the average value of all the capacitor voltages but the average of the maximum voltage value and the minimum voltage value, but it is originally required without being affected by the voltage bias due to the variation in capacitance or the variation in leakage current. An average voltage curve can be plotted at the midpoint of the charge / discharge curve of each capacitor.

【0045】また、平均電圧の補正を必要としない他の
方法として、各キャパシタ電圧のうち最小電圧を検出し
てこれを下限基準値とし、この値に各キャパシタの静電
容量ばらつき、漏れ電流ばらつき許容差によって設定さ
れる電圧ばらつきを加算してキャパシタ電圧許容範囲を
設定する方法について説明する。先に得られた上限・下
限電圧の(3)式、(4)式についてVaveを消去する
と、次の上限電圧を得ることができる。
As another method that does not require correction of the average voltage, the minimum voltage of the capacitor voltages is detected and this is set as the lower limit reference value, and the capacitance variation of each capacitor and the leakage current variation are set to this value. A method of setting the capacitor voltage allowable range by adding the voltage variations set by the tolerance will be described. If Vave is deleted from the equations (3) and (4) of the upper and lower limit voltages obtained above, the next upper limit voltage can be obtained.

【0046】 Vh=0.82×Vl+0.45 (式7)[0046] Vh = 0.82 × Vl + 0.45 (Formula 7)

【0047】この式のVlに最小キャパシタ端子電圧を
代入して上限電圧の値を得る。具体的に図9の回路図で
説明する。図9における各キャパシタ電圧のうち、端子
電圧検出器8で検出した各キャパシタ電圧について、最
小電圧検出器11において最小端子電圧を求め、乗算器
14で演算器13の出力を0.82倍することで、A点
電圧(0.82×Vl)が得られる。乗算器14から得
られたA点電圧は、上限電圧設定器7でB点電圧に加算
されて、上限電圧0.82×Vl+0.45として出力
され、各端子電圧と比較するのに用いられる。以降は、
図7、8の例と同様であるので、説明は省略する。この
ように、図9の回路図に示す方法では、最小電圧値をも
とに静電容量ばらつき、漏れ電流ばらつき許容差を加算
しているため、静電容量ばらつきや漏れ電流ばらつきに
よる電圧のかたよりの影響を受けることなく、キャパシ
タ電圧許容範囲を設定することができる。
The value of the upper limit voltage is obtained by substituting the minimum capacitor terminal voltage for Vl in this equation. This will be specifically described with reference to the circuit diagram of FIG. Among the capacitor voltages in FIG. 9, for each capacitor voltage detected by the terminal voltage detector 8, the minimum voltage detector 11 calculates the minimum terminal voltage, and the multiplier 14 multiplies the output of the calculator 13 by 0.82. Thus, the voltage at point A (0.82 × Vl) is obtained. The voltage at the point A obtained from the multiplier 14 is added to the voltage at the point B by the upper limit voltage setting unit 7 and output as the upper limit voltage 0.82 × Vl + 0.45, which is used for comparison with each terminal voltage. Later,
Since it is similar to the example of FIGS. 7 and 8, description thereof will be omitted. As described above, in the method shown in the circuit diagram of FIG. 9, the capacitance variation and the leakage current variation tolerance are added based on the minimum voltage value. The capacitor voltage permissible range can be set without being affected by.

【0048】なお、上記実施例の図2、図7、図8、図
9の充電バランス回路において、比較器にパワーNPN
トランジスタを接続して使用したが、これ以外にパワー
PNPトランジスタ、IGBT、FET等も使用するこ
とができる。
In the charge balance circuits of FIGS. 2, 7, 8 and 9 of the above embodiment, the power NPN is used for the comparator.
Although a transistor is used as a connection, a power PNP transistor, an IGBT, an FET, or the like can be used instead.

【0049】図2の電気二重層キャパシタ充電装置にお
いて、キャパシタモジュール全体の充電設定電圧より低
い電圧値に充電変化点を設け、キャパシタモジュール電
圧が充電変化点を超えた時点で定電流充電から定電圧充
電に移行する充電制御方式を取ることで、より効果的な
充電制御を行うことができる。図10において、電気二
重層キャパシタ充電装置は、キャパシタモジュール3と
充電制御回路4と充電装置6を接続して構成される。キ
ャパシタモジュール3は、直列に接続された複数のキャ
パシタ1とそれに並列接続された充電バランス回路2か
らなる。また、充電装置6は、図2と同様に商用電源と
インバータによる電圧変換手段を組み合わせたもの、あ
るいは太陽電池等の直流電源を用いることができる。
In the electric double layer capacitor charging device of FIG. 2, a charge change point is provided at a voltage value lower than the charge set voltage of the entire capacitor module, and when the capacitor module voltage exceeds the charge change point, the constant current charge changes to the constant voltage. By adopting the charging control method of shifting to charging, more effective charging control can be performed. In FIG. 10, the electric double layer capacitor charging device is configured by connecting the capacitor module 3, the charging control circuit 4, and the charging device 6. The capacitor module 3 includes a plurality of capacitors 1 connected in series and a charge balance circuit 2 connected in parallel with the capacitors 1. Further, as the charging device 6, as in the case of FIG. 2, a commercial power source and a combination of voltage converting means by an inverter, or a DC power source such as a solar cell can be used.

【0050】充電制御回路4は、次の要領で定電流充電
から定電圧充電への切り替えを行う。図10のキャパシ
タモジュール3が、定格2.5Vのキャパシタ5個を直
列接続して構成されていた場合、キャパシタモジュール
の充電設定電圧は12.5Vとなり、定電流充電から定
電圧充電への切り替えを行う充電変化点電圧を12V付
近に設定しておく。端子電圧検出器15は、キャパシタ
モジュール3の端子電圧を充電変化点電圧12Vと比較
してそれを超える場合に、端子電圧と12Vとの差を比
較・差動増幅器19で増幅し、トランジスタ20とフォ
トカプラ21を介して抵抗R7の両端に電圧を出力す
る。また、充電電流検出器16は、キャパシタモジュー
ル3の充電電流を抵抗R8の両端電圧として取り出し、
差動増幅器22で増幅し、トランジスタ23とフォトカ
プラ24を介して抵抗R7の両端に電圧を出力する。よ
って抵抗R7の両端には、キャパシタモジュール端子電
圧と充電変化点電圧12Vの差に比例した増幅出力、お
よび充電電流に比例した増幅出力を加算した電圧出力が
得られることとなる。また、充電電流制御器17では、
充電電流値を電圧換算して設定したVref電圧と抵抗R
7の両端電圧が常に等しくなるように、駆動トランジス
タ26をフィードバック制御して、充電装置6からキャ
パシタモジュール3への充電を行っている。
The charging control circuit 4 switches from constant current charging to constant voltage charging in the following manner. When the capacitor module 3 of FIG. 10 is configured by connecting five capacitors having a rating of 2.5V in series, the charging set voltage of the capacitor module becomes 12.5V, and switching from constant current charging to constant voltage charging is performed. The charge change point voltage to be performed is set to around 12V. The terminal voltage detector 15 compares the terminal voltage of the capacitor module 3 with the charge change point voltage of 12V, and when the voltage exceeds the charging change point voltage of 12V, the difference between the terminal voltage and 12V is compared and amplified by the differential amplifier 19, and the voltage difference between the transistor 20 and the transistor 20. A voltage is output across the resistor R7 via the photocoupler 21. In addition, the charging current detector 16 extracts the charging current of the capacitor module 3 as the voltage across the resistor R8,
It is amplified by the differential amplifier 22, and a voltage is output across the resistor R7 via the transistor 23 and the photocoupler 24. Therefore, a voltage output obtained by adding the amplified output proportional to the difference between the capacitor module terminal voltage and the charging change point voltage 12V and the amplified output proportional to the charging current is obtained across the resistor R7. Further, in the charging current controller 17,
Vref voltage and resistance R set by converting charging current value into voltage
The drive transistor 26 is feedback-controlled so that the voltage between both ends of 7 is always equal to charge the capacitor module 3 from the charging device 6.

【0051】キャパシタモジュール3の端子電圧が12
Vよりも低い場合、抵抗R7への電圧出力は充電電流検
出器16からの出力のみとなり、端子電圧検出器15に
よる出力はない。従って、キャパシタモジュール3は、
電圧Vrefによって設定される充電電流値で定電流充電
されることとなる。一方、キャパシタモジュール3の端
子電圧が12Vを超えると、端子電圧検出器15で端子
電圧と12Vとの差を増幅したものが、抵抗R7に電圧
出力される。端子電圧検出器15と充電電流検出器16
による抵抗R7への出力はVref一定であるため、端子
電圧検出器15により出力が増加した分だけ充電電流検
出器16の出力が減少することとなる。
The terminal voltage of the capacitor module 3 is 12
When it is lower than V, the voltage output to the resistor R7 is only the output from the charging current detector 16, and there is no output from the terminal voltage detector 15. Therefore, the capacitor module 3
A constant current is charged at the charging current value set by the voltage Vref. On the other hand, when the terminal voltage of the capacitor module 3 exceeds 12V, a voltage obtained by amplifying the difference between the terminal voltage and 12V by the terminal voltage detector 15 is output to the resistor R7. Terminal voltage detector 15 and charging current detector 16
Since the output to the resistor R7 due to is constant at Vref, the output of the charging current detector 16 is reduced by the amount of increase in the output by the terminal voltage detector 15.

【0052】図10の電気二重層キャパシタ充電装置で
充電した際の充電電圧−充電電流特性を図11に示す。
12Vから充電電流が緩やかに減少し、12.5Vの充
電電流0.5Aまで低下させて充電を行うこととなる。
このときの充電電流0.5Aは、各キャパシタ内部の充
電密度を均等化する補充電流に相当する。そしてキャパ
シタモジュールの端子電圧が12.5Vを超えたことを
満充電検出器18で検出し、充電装置6による充電を停
止する。
FIG. 11 shows the charging voltage-charging current characteristics when charged by the electric double layer capacitor charging device of FIG.
The charging current gradually decreases from 12 V, and the charging current is reduced to 0.5 A of 12.5 V to perform charging.
The charging current of 0.5 A at this time corresponds to a supplementary current for equalizing the charging density inside each capacitor. Then, the full charge detector 18 detects that the terminal voltage of the capacitor module exceeds 12.5 V, and stops charging by the charging device 6.

【0053】定電流充電から定電圧充電へ移行し始める
キャパシタモジュールの充電変化点電圧12Vでは、5
つのキャパシタ全てが2.4V±10mVの誤差ばらつ
き内に入る状態にあるため、充電電流を減少させてもあ
る特定のキャパシタが満充電に達するのが遅くなるとい
うことはない。また、各キャパシタが満充電付近の2.
5Vに達したとしても、充電密度を均等化する補充電を
一定時間行う必要があり、図10に示す充電装置で充電
を行うことにより定電流充電から定電圧充電への効率よ
い切り替えを行うことができる。
At the charge change point voltage of 12 V of the capacitor module which starts to shift from constant current charging to constant voltage charging, 5
Since all of the two capacitors are in the error variation of 2.4 V ± 10 mV, even if the charging current is reduced, it does not delay the full charge of a certain capacitor. In addition, each capacitor is 2.
Even if the voltage reaches 5V, it is necessary to perform supplementary charging for equalizing the charging density for a certain period of time, and by performing charging with the charging device shown in FIG. 10, efficient switching from constant current charging to constant voltage charging is performed. You can

【0054】図2の電気二重層キャパシタ充電装置にお
いて、充電時におけるキャパシタ電圧許容範囲の設定
と、各キャパシタ電圧値をキャパシタ電圧許容範囲と比
較してこれを超える場合に充電電流を制限する充電制御
をマイクロプロセッサによるソフトウエア制御で行った
例を図12に示す。図12におけるキャパシタモジュー
ルは、キャパシタ5個を直列接続している。直列接続さ
れたキャパシタの各接続点電位をA−Dコンバータ31
で検出してCPUに伝達し、CPUで各端子電圧を演算
して求める。EEPROM30には、充電時の各平均電
圧におけるキャパシタ電圧許容範囲を設定する基準設定
手段と、各キャパシタ電圧値を上限電圧値と比較してこ
れを超える場合に充電電流を制限する信号を出力するプ
ログラムがあらかじめ書き込まれている。そして、A−
Dコンバータ31から入力された各端子電圧とEEPR
OM30に書き込まれた制御プログラムをもとに、CP
U29において上限設定電圧の演算と各キャパシタ端子
電圧との比較を行い、各端子電圧が上限設定電圧を超え
る場合は、D−Aコンバータ32を通して各キャパシタ
に並列に接続したパワーNPNトランジスタ10を導通
制御し、リアルタイムで各キャパシタの充電制御を行う
ことで、充電設定電圧ですべてのキャパシタを満充電に
一致させる。この際、EEPROM30に記述されてい
る上限設定電圧式は(0.9×Vave+0.25)とし
て、上限設定電圧Vaveを直列接続したキャパシタ電圧
から求めてもよいし、全キャパシタの最大電圧と最小電
圧を検出してその平均値を入力してもよい。また、全キ
ャパシタの最小電圧Vlで記述された(7)式の上限設
定電圧式ΔVh=(0.82×Vl+0.45)を用い
てもよい。さらに、マイクロプロセッサ28に接続され
たキャパシタの各キャパシタ容量を測定して、平均容量
ばらつきをもとに平均電圧を補正した上で、EEPRO
M30のプログラム書き込みポート33を用いて、制御
プログラムを書き込むこともできる。
In the electric double-layer capacitor charging device of FIG. 2, setting of the capacitor voltage allowable range at the time of charging and comparison of each capacitor voltage value with the capacitor voltage allowable range and charge control for limiting the charging current when exceeding the capacitor voltage allowable range FIG. 12 shows an example in which the above is performed by software control by a microprocessor. In the capacitor module in FIG. 12, five capacitors are connected in series. The potential of each connection point of the capacitors connected in series is calculated by the A / D converter 31.
Is detected and transmitted to the CPU, and the CPU calculates and calculates each terminal voltage. In the EEPROM 30, reference setting means for setting a capacitor voltage allowable range at each average voltage at the time of charging, and a program for comparing each capacitor voltage value with an upper limit voltage value and outputting a signal for limiting the charging current when exceeding the upper limit voltage value Is written in advance. And A-
Each terminal voltage and EEPR input from the D converter 31
CP based on the control program written in OM30
In U29, the upper limit set voltage is calculated and compared with each capacitor terminal voltage, and if each terminal voltage exceeds the upper limit set voltage, the power NPN transistor 10 connected in parallel to each capacitor through the DA converter 32 is controlled to conduct. Then, by controlling the charging of each capacitor in real time, all the capacitors are made fully charged at the charging set voltage. At this time, the upper limit setting voltage formula described in the EEPROM 30 may be calculated as (0.9 × Vave + 0.25) from the capacitor voltage in which the upper limit setting voltage Vave is connected in series, or the maximum voltage and the minimum voltage of all capacitors. May be detected and the average value thereof may be input. Further, the upper limit setting voltage formula ΔVh = (0.82 × Vl + 0.45) of the formula (7) described by the minimum voltage Vl of all capacitors may be used. Further, the capacitance of each capacitor connected to the microprocessor 28 is measured, the average voltage is corrected based on the average capacitance variation, and then the EEPRO is corrected.
The control program can also be written using the program write port 33 of M30.

【0055】[0055]

【発明の効果】上記したように、本発明によれば、複数
の電気二重層キャパシタを直列接続したキャパシタモジ
ュールにおいて、各々のキャパシタ端子電圧を検出して
満充電にすべてのキャパシタ電圧が一致するようなキャ
パシタ電圧許容範囲を設定して充電制御を行うことで、
キャパシタに並列接続した充電電流制御用トランジスタ
における電力消費を低減し、放熱装置の小型化が可能と
なる。また、充電進行時において、最小電圧キャパシタ
は充電電流を制限することなく充電を進め、それ以外の
キャパシタについて充電電流を制限することで、キャパ
シタモジュール全体を見たときに充電スピードを落とす
ことなく、最短時間で全てのキャパシタを満充電に達す
ることができる。また、キャパシタモジュールの充電設
定電圧より低い電圧値に充電変化点を設けて、キャパシ
タモジュール電圧が充電変化点を超えた時点で定電流充
電から定電圧充電に移行する充電制御方式を取ること
で、充電設定電圧を越えて充電が進行することを抑制
し、かつ満充電付近で補充電を行うことで、各キャパシ
タ内部の充電密度を均等化することができる。また、直
列に接続したキャパシタに接続した充電バランス回路に
おいて、キャパシタの平均電圧をもとにキャパシタ電圧
許容範囲を設定する手段と各キャパシタ電圧値をキャパ
シタ電圧許容範囲と比較して充電電流を制限する信号出
力をマイクロプロセッサによるソフトウエア制御で行う
ことで、充電バランス回路を小型化することが可能とな
る。
As described above, according to the present invention, in a capacitor module in which a plurality of electric double layer capacitors are connected in series, each capacitor terminal voltage is detected so that all the capacitor voltages match with full charge. By setting the allowable capacitor voltage range and performing charge control,
The power consumption of the charging current control transistor connected in parallel with the capacitor can be reduced, and the heat dissipation device can be downsized. Also, when charging progresses, the minimum voltage capacitor advances charging without limiting the charging current, and by limiting the charging current for other capacitors, without slowing down the charging speed when looking at the entire capacitor module, All capacitors can be fully charged in the shortest time. Further, by providing a charge change point at a voltage value lower than the charge set voltage of the capacitor module, and by adopting a charge control method that shifts from constant current charge to constant voltage charge when the capacitor module voltage exceeds the charge change point, It is possible to equalize the charge densities inside the capacitors by suppressing the progress of the charge beyond the charge set voltage and performing the supplementary charge near the full charge. Further, in a charge balance circuit connected to capacitors connected in series, means for setting a capacitor voltage allowable range based on the average voltage of the capacitors and comparing each capacitor voltage value with the capacitor voltage allowable range to limit the charging current. By performing signal output by software control by a microprocessor, the charge balance circuit can be downsized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例による電気二重層キャパシタ充
電装置である。
FIG. 1 is an electric double layer capacitor charging device according to an embodiment of the present invention.

【図2】電気二重層キャパシタ2個を直列接続した、キ
ャパシタモジュールの実施例である。
FIG. 2 is an example of a capacitor module in which two electric double layer capacitors are connected in series.

【図3】図2のキャパシタモジュールにおける電気二重
層キャパシタC1、C2の端子電圧の経時変化である。
3 is a change with time of the terminal voltage of the electric double layer capacitors C1 and C2 in the capacitor module of FIG.

【図4】図2のキャパシタモジュールにおける初回充電
時のキャパシタC1、C2の端子電圧である。
4 is a terminal voltage of capacitors C1 and C2 at the time of initial charging in the capacitor module of FIG.

【図5】キャパシタ5個を直列接続したキャパシタモジ
ュールにおける初回充電時のキャパシタC1、C2の端
子電圧である。
FIG. 5 shows terminal voltages of capacitors C1 and C2 at the time of initial charging in a capacitor module in which five capacitors are connected in series.

【図6】5個を直列接続したキャパシタモジュールにお
けるC1、C2の端子電圧である。
FIG. 6 shows terminal voltages of C1 and C2 in a capacitor module in which five capacitors are connected in series.

【図7】キャパシタ5個を直列接続した、キャパシタモ
ジュールの他の実施例である。
FIG. 7 is another embodiment of a capacitor module in which five capacitors are connected in series.

【図8】キャパシタ5個を直列接続した、キャパシタモ
ジュールの他の実施例である。
FIG. 8 is another embodiment of a capacitor module in which five capacitors are connected in series.

【図9】キャパシタ5個を直列接続した、キャパシタモ
ジュールの他の実施例である。
FIG. 9 is another embodiment of a capacitor module in which five capacitors are connected in series.

【図10】本発明の実施例による電気二重層キャパシタ
充電装置の充電制御回路の要部を記述したものである。
FIG. 10 illustrates a main part of a charge control circuit of an electric double layer capacitor charging device according to an exemplary embodiment of the present invention.

【図11】図10の電気二重層キャパシタ充電装置によ
るキャパシタモジュールの充電電圧−充電電流特性を記
述したものである。
11 is a diagram describing the charging voltage-charging current characteristics of a capacitor module by the electric double layer capacitor charging device of FIG.

【図12】キャパシタ5個を直列接続したキャパシタモ
ジュールの他の実施例である。
FIG. 12 is another embodiment of a capacitor module in which five capacitors are connected in series.

【図13】電気二重層キャパシタを2個直列接続した場
合の従来例である。
FIG. 13 is a conventional example in which two electric double layer capacitors are connected in series.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電気二重層キャパシタ 2 充電バランス回路 3 キャパシタモジュール 4 充電制御回路 5 電流検出器 6 充電装置 7 上限電圧設定器 8 端子電圧検出器 9 比較器 10 パワーNPNトランジスタ 11 最小電圧検出器 12 最大電圧検出器 13 演算器 14 乗算器 15 端子電圧検出器 16 充電電流検出器 17 充電電流制御器 18 満充電検出器 19 比較・差動増幅器 20 トランジスタ 21 フォトカプラ 22 差動増幅器 23 トランジスタ 24 フォトカプラ 25 差動増幅器 26 トランジスタ 27 比較器 28 マイクロプロセッサ 29 CPU 30 EEPROM 31 A−Dコンバータ 32 D−Aコンバータ 33 EEPROMの書き込み端子 1 Electric double layer capacitor 2 Charge balance circuit 3 Capacitor module 4 Charge control circuit 5 Current detector 6 charger 7 Upper limit voltage setting device 8-terminal voltage detector 9 comparator 10 power NPN transistor 11 Minimum voltage detector 12 Maximum voltage detector 13 arithmetic unit 14 Multiplier 15 terminal voltage detector 16 Charge current detector 17 Charge current controller 18 Full charge detector 19 Comparison / differential amplifier 20 transistors 21 Photo coupler 22 Differential amplifier 23 transistor 24 Photocoupler 25 differential amplifier 26 transistors 27 comparator 28 microprocessors 29 CPU 30 EEPROM 31 A-D converter 32 DA converter 33 EEPROM writing terminal

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【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成14年3月1日(2002.3.1)[Submission date] March 1, 2002 (2002.3.1)

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】発明の名称[Name of item to be amended] Title of invention

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【発明の名称】 電気二重層キャパシタ充電方法Title: Electric double layer capacitor charging method

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 直列接続した電気二重層キャパシタと並
列に充電バランス回路を接続してなるキャパシタモジュ
ールと、充電装置とを接続して構成される電気二重層キ
ャパシタ充電装置において、 電気二重層キャパシタの平均電圧と各キャパシタの充電
設定電圧と各キャパシタの静電容量ばらつき、または静
電容量ばらつきと漏れ電流ばらつきの許容差から、充電
進行時の各平均電圧におけるキャパシタ電圧許容範囲を
設定する基準設定手段と、各キャパシタ電圧値を上記キ
ャパシタ電圧許容範囲と比較してこれを超える場合にキ
ャパシタに並列接続した充電バランス回路を導通させて
充電電流を制限する充電制御手段とを用いることを特徴
とする電気二重層キャパシタの充電方法。
1. An electric double layer capacitor charging device configured by connecting a charging module and a capacitor module in which a charge balance circuit is connected in parallel to an electric double layer capacitor connected in series, wherein Reference setting means for setting the capacitor voltage allowable range at each average voltage during charging progress from the average voltage, the charge setting voltage of each capacitor and the variation of the capacitance of each capacitor, or the tolerance of the variation of capacitance and the variation of leakage current. And charging control means for comparing each capacitor voltage value with the capacitor voltage allowable range and conducting a charging balance circuit connected in parallel to the capacitor to limit the charging current when exceeding the capacitor voltage value. Double-layer capacitor charging method.
【請求項2】 上記電気二重層キャパシタの合成容量
と、各キャパシタに容量ばらつきがないと仮定した際の
合成容量との差を求め、その差分により抵抗調整を行
い、上記キャパシタの平均電圧を補正することを特徴と
する請求項1記載の電気二重層キャパシタの充電方法。
2. The difference between the combined capacitance of the electric double layer capacitors and the combined capacitance assuming that there is no capacitance variation among the capacitors is obtained, and the resistance is adjusted based on the difference to correct the average voltage of the capacitors. The method for charging an electric double layer capacitor according to claim 1, wherein
【請求項3】 上記の電気二重層キャパシタの平均容量
と、各キャパシタに容量ばらつきがないと仮定した際の
平均容量との差を求め、上記キャパシタの平均電圧を補
正することを特徴とする請求項1記載の電気二重層キャ
パシタの充電方法。
3. An average voltage of the capacitor is corrected by obtaining a difference between an average capacity of the electric double layer capacitor and an average capacity assuming that there is no capacity variation among the capacitors. Item 2. A method for charging an electric double layer capacitor according to Item 1.
【請求項4】 上記充電バランス回路が最小電圧検出器
と最大電圧検出器とを有し、各々、全キャパシタの最小
電圧と最大電圧を検出して、演算器によりその平均値を
求め、これをキャパシタの平均電圧とすることを特徴と
する請求項1記載の電気二重層キャパシタの充電方法。
4. The charge balance circuit has a minimum voltage detector and a maximum voltage detector, detects the minimum voltage and the maximum voltage of all capacitors, obtains an average value by an arithmetic unit, and calculates the average value. The method for charging an electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the average voltage of the capacitor is used.
【請求項5】 直列接続した電気二重層キャパシタと並
列に充電バランス回路を接続したキャパシタモジュール
と、充電装置とを接続して構成される電気二重層キャパ
シタ充電装置において、 全キャパシタの最小電圧を検出してこれを下限基準値と
し、該下限基準値に静電容量ばらつきおよび漏れ電流ば
らつきの許容差によって設定される電圧ばらつきを加算
する上限電圧設定器によりキャパシタ電圧許容範囲を設
定する基準設定手段と、各キャパシタ電圧値と上記キャ
パシタ電圧許容範囲とを比較器により比較し、キャパシ
タ電圧値が高い場合に、キャパシタと並列接続した充電
バランス回路を導通させて充電電流を制限する充電制御
手段とを有することを特徴とする電気二重層キャパシタ
の充電方法。
5. An electric double layer capacitor charging device configured by connecting a charging device and a capacitor module in which a charging balance circuit is connected in parallel to an electric double layer capacitor connected in series, and detecting the minimum voltage of all capacitors. Then, this is set as a lower limit reference value, and reference setting means for setting the capacitor voltage allowable range by an upper limit voltage setting device that adds voltage variation set by the tolerance of capacitance variation and leakage current variation to the lower limit reference value. Comparing each capacitor voltage value with the above-mentioned capacitor voltage allowable range by a comparator, and when the capacitor voltage value is high, it has a charging control means for conducting a charging balance circuit connected in parallel with the capacitor to limit the charging current. A method of charging an electric double layer capacitor, comprising:
【請求項6】 上記電気二重層キャパシタ充電装置にお
いて、充電進行時にキャパシタ平均電圧がキャパシタ充
電設定電圧に近づくにつれて、キャパシタ電圧許容範囲
が0に収束することを特徴とする請求項1〜5記載の電
気二重層キャパシタの充電方法。
6. The electric double layer capacitor charging device according to claim 1, wherein the capacitor voltage allowable range converges to 0 as the capacitor average voltage approaches the capacitor charging set voltage during charging. Electric double layer capacitor charging method.
【請求項7】 上記電気二重層キャパシタ充電装置にお
いて、キャパシタモジュールの充電設定電圧より低い電
圧値に充電変化点を設け、キャパシタモジュール電圧が
充電変化点を超えた時点で定電流充電から定電圧充電に
移行する充電制御方式を取ることを特徴とする請求項1
〜6記載の電気二重層キャパシタ充電方法。
7. The electric double layer capacitor charging device, wherein a charging change point is provided at a voltage value lower than a charging set voltage of the capacitor module, and when the capacitor module voltage exceeds the charging change point, constant current charging to constant voltage charging. 2. A charging control system for shifting to the above is adopted.
~ The method for charging an electric double layer capacitor as described in 6 above.
【請求項8】 上記電気二重層キャパシタ充電装置にお
いて、充電進行時におけるキャパシタ電圧許容範囲を設
定する基準設定手段と、各キャパシタ電圧値を上記キャ
パシタ電圧許容範囲と比較してこれを超える場合に充電
電流を制限する充電制御手段をマイクロプロセッサによ
るソフトウエア制御で行うことを特徴とする請求項1〜
7記載の電気二重層キャパシタ充電方法。
8. In the electric double layer capacitor charging device, reference setting means for setting a capacitor voltage allowable range during charging progress, and comparing each capacitor voltage value with the capacitor voltage allowable range and charging when exceeding the capacitor voltage allowable range. The charging control means for limiting the current is performed by software control by a microprocessor.
7. The electric double layer capacitor charging method according to 7.
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