JP2004153919A - Power supply device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply device containing a large-capacity capacitor that can freely be accommodated to either an AC load or a DC load, and thereby largely improved in the degree of freedom in use. <P>SOLUTION: A diode 11, an electric double-layer capacitor 12, a DC/DC converter 13 and a DC/AC converter 14 are accommodated in one and the same case 1. Terminal voltages of the electric double-layer capacitor 12 are drawn from direct output terminals 27, 28. Input terminals 21, 22, DC output terminals 23, 24 of the DC/DC converter 13, AC output terminals 25, 26 of the DC/AC converter 14, and the direct output terminals 27, 28 are arranged on a front panel of the case 1 in formes of plugs so as to be connected to the outside. As a result, the power supply device can be accommodated to either the DC load or the AC load, thus largely being improved in the degree of freedom in use. Furthermore, the connecting work of an external load becomes easy and convenience is improved in use. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、大容量のコンデンサ、例えば電気二重層コンデンサを内蔵した電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大容量の電気二重層コンデンサは、電力貯蔵や非常用電源等の各種用途に用いることができる。電気二重層コンデンサを、定格電圧１２〜１００Ｖ程度の電源として用いる場合、電気二重層コンデンサの１個のセル電圧が３Ｖ程度であるため、複数個のセルを直列接続して所定の出力となるよう構成する。また、入力回路に充電器やコントローラを設ける。さらに、電気二重層コンデンサは、放電と共に端子電圧が低下するため、出力電圧が負荷の動作電圧よりも低下しないよう電圧変換が必要である。このため、出力回路にＤＣ／ＤＣコンバータまたはＤＣ／ＡＣインバータを設け、その出力を負荷に供給するよう構成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電源装置として電気二重層コンデンサを用いる場合において、停電用の非常電源のように、その負荷が交流負荷である場合には、出力回路にＤＣ／ＡＣインバータを設ける必要があるし、またその負荷が直流である場合には、出力回路にＤＣ／ＤＣコンバータを設ける必要がある。例えば、従来の回路に使用されている鉛バッテリーや二次電池を、電気二重層コンデンサに置き換えることが考えられるが、電気二重層コンデンサは、定電圧源である鉛バッテリーや二次電池と性状が異なるため、これらをただ単に置き換えることは難しく、この場合には、上記のように出力回路にＤＣ／ＤＣコンバータを設ける必要がある。このように電源装置として電気二重層コンデンサを用いる場合においては、負荷に応じて出力回路の各部品を選択して取り付ける必要があるので、その取り扱いが繁雑になるという問題がある。
【０００４】
この発明は上記した従来の問題を解決するためになされたもので、その目的は、交流、直流いずれの負荷に対しても自在に対応でき、そのため使用上の自由度を大幅に向上することが可能な大容量コンデンサ内蔵の電源装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで請求項１の電源装置は、外部から直流電圧が供給される入力端子２１、２２を有し、この入力端子２１、２２間に、逆流防止手段１１と大容量コンデンサ１２との直列接続構成を接続して成り、さらに上記大容量コンデンサ１２の出力電圧を直流／直流変換して直流電圧を出力する第１変換器１３と、上記大容量コンデンサ１２の出力電圧を直流／交流変換して交流電圧を出力する第２変換器１４とを具備し、上記逆流防止手段１１、大容量コンデンサ１２、策１変換器１３、及び第２変換器１４を同じケース１内に収納したことを特徴としている。
【０００６】
上記請求項１の電源装置では、逆流防止手段１１、大容量コンデンサ１２、第１変換器１３、及び第２変換器１４を同じケース１内に収納しているので、直流負荷に対しても、また交流負荷に対しても対処可能となる。
【０００７】
また、請求項２の電源装置は、上記ケース１の外面に、上記入力端子２１、２２、上記第１変換器１３の出力端子２３、２４、及び上記第２変換器１４の出力端子２５、２６を外部接続可能に配置していることを特徴としている。
【０００８】
上記請求項２の電源装置では、外部の負荷に対する接続作業が容易となり、使用上の利便性が向上する。
【０００９】
さらに、請求項３の電源装置では、上記大容量コンデンサ１２の端子電圧をそのまま出力する出力端子２７、２８を設けたことを特徴としている。
【００１０】
上記請求項３の電源装置では、出力端子２７、２８から大容量コンデンサ１２の端子電圧を取り出すことができる。従って、放電による端子電圧の低下が負荷の使用電圧範囲なら端子２７、２８の電圧を直接負荷に供給することができるようになり、使用上の自由度が向上する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の電源装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、図１は、この発明による電源装置の実施形態を説明する図であって、この場合、大容量コンデンサとして、電気二重層コンデンサを使用した実施形態を示している。
【００１２】
電源装置のケース１の入力端子２１、２２には、外部の直流電源３の出力が接続される。直流電源３としては、例えば太陽電池や風力発電機を使用することができるが、交流電力を整流して直流出力を得るものであってもよい。この入力端子２１、２２には、ダイオード１１と、大容量の電気二重層コンデンサ１２とを直列接続した構成が接続されている。ダイオード１１は、電気二重層コンデンサ１２から直流電源３側に電流が流れるのを阻止する逆流防止手段として機能するものである。電気二重層コンデンサ１２は、複数のコンデンサが直列又は並列に接続された構成であり、直列接続では、各コンデンサの充電電圧を同じにする電圧均等化回路（図示せず）が設けられる。電気二重層コンデンサ１２の一方の端子は、ダイオード１１のマイナス端子、及びスイッチ１５の一方端に接続され、他方の端子は、第１変換器としてのＤＣ／ＤＣ変換器（コンバータ）１３、第２変換器としてのＤＣ／ＡＣ変換器（インバータ）１４、直接出力端子２８にそれぞれ接続されている。スイッチ１５の他方端は、ＤＣ／ＤＣ変換器１３、ＤＣ／ＡＣ変換器１４、スイッチ１６の一方端に接続されている。スイッチ１６の他方端は、直接出力端子２７に接続されている。ＤＣ／ＤＣ変換器１３は、直流出力端子２３、２４を有し、またＤＣ／ＡＣ変換器１４の交流出力端子２５、２６を有している。ダイオード１１、電気二重層コンデンサ１２、ＤＣ／ＤＣ変換器１３、ＤＣ／ＡＣ変換器１４は、同一のケース１内に収納されている。
【００１３】
図２は、電源装置の外観図である。ケース１の前面パネルには、各端子やスイッチが設けられている。上記入力端子２１、２２、ＤＣ／ＤＣ変換器１３の直流出力端子２３、２４、ＤＣ／ＡＣ変換器１４の交流出力端子２５、２６、及び直接出力端子２７、２８は、外部接続可能にコンセントの態様で前面パネル上に配置している。また、電圧計やエネルギー残量計等をケース１内に収納しその表示部４０を前面パネルに設けている。
【００１４】
このように構成された電源装置において、スイッチ１５をオフにしておき、直流電源３の両端を入力端子２１、２２に接続すると電気二重層コンデンサ１２が充電される。スイッチ１５をオンにすると、電気二重層コンデンサ１２の端子電圧がＤＣ／ＤＣ変換器１３、ＤＣ／ＡＣ変換器１４に供給される。電気二重層コンデンサ１２は、放電とともに出力電圧が低下するが、ＤＣ／ＤＣ変換器１３は一定の直流電圧を出力し、またＤＣ／ＡＣ変換器１４は一定の交流電圧を出力する。直流出力端子２３、２４は、直流負荷に直接接続され、交流出力端子２５、２６は、交流負荷に直接接続される。また、スイッチ１６をオンにすれば、直接出力端子２７、２８から電気二重層コンデンサ１２の端子電圧をそのまま取り出すことができる。放電による端子電圧の低下が負荷の使用電圧範囲なら、直接出力端子２７、２８の電圧を直接負荷に供給することができる。また、負荷がＤＣ／ＤＣ変換器またはＤＣ／ＡＣ変換器を内蔵しているような場合にも、直接出力端子２７、２８の電圧を負荷に直接供給することができる。
【００１５】
上記電源装置においては、直流出力端子２３、２４、交流出力端子２５、２６、直接出力端子２７、２８のうち少なくとも一対の出力端子に負荷を接続して使用することができ、２対又は３対の出力端子それぞれに異なる負荷を接続して同時に使用することもできる。ＤＣ／ＤＣ変換器１３とＤＣ／ＡＣ変換器１４との両出力を使用する場合、例えば電気二重層コンデンサ１２の充電電圧１６Ｖ、容量５５０Ｆで、直流負荷（定格１２ＶＤＣ、１０ＷのＬＥＤ照明）と交流負荷（定格１００ＶＡＣ、１０Ｗのモータ）とを同時に使用できる。
【００１６】
この電源装置の使用例として、直流電源３が太陽電池であり負荷が照明の場合、昼間、太陽電池で電気二重層コンデンサ１２を充電しておき、夜間に直流出力、又は交流出力で照明を点灯することができる。また、本装置は、非常用電源としても用いることができる。さらに、上記電源装置は、負荷に直接接続することができ、鉛バッテリーや二次電池との置き換えが容易にできる。
【００１７】
上記電源装置では、ダイオード１１、電気二重層コンデンサ１２、ＤＣ／ＤＣ変換器１３、及びＤＣ／ＡＣ変換器１４を同じケース１内に収納しているので、直流負荷に対しても、また交流負荷に対しても対処可能となり、使用上の自由度を大幅に向上することが可能となる。また、直接出力端子２７、２８から電気二重層コンデンサ１２の端子電圧を取り出すことができるので、使用上の自由度がさらに向上する。しかも、入力端子２１、２２、ＤＣ／ＤＣ変換器１３の直流出力端子２３、２４、ＤＣ／ＡＣ変換器１４の交流出力端子２５、２６、及び直接出力端子２７、２８は、外部接続可能にコンセントの態様でケース１の前面パネル上に配置しているので、外部の負荷に対する接続作業が容易となり、使用上の利便性が向上する。
【００１８】
以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明をしたが、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、上記においては、大容量コンデンサの例として、電気二重層コンデンサ１２を例示しているが、これと同様な機能を有するものであれば、他の種類のコンデンサを使用することも可能である。
【００１９】
【発明の効果】
上記請求項１の電源装置によれば、直流負荷に対しても、また交流負荷に対しても自在に対処可能となるので、使用上の自由度を大幅に向上することが可能となる。
【００２０】
上記請求項２の電源装置によれば、外部の負荷に対する接続作業が容易となり、使用上の利便性が向上する。
【００２１】
上記請求項３の電源装置によれば、出力端子から大容量コンデンサの端子電圧をそのまま取り出すことができるので、使用上の自由度がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の電源装置の一実施形態を示す回路図である。
【図２】上記実施形態の電源装置の外観を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ ケース
１１ ダイオード（逆流防止手段）
１２ 電気二重層コンデンサ（大容量コンデンサ）
１３ ＤＣ／ＤＣ変換器（第１変換器）
１３ ＤＣ／ＡＣ変換器（第２変換器）
２３ 直流出力端子
２４ 直流出力端子
２５ 交流出力端子
２６ 交流出力端子
２７ 直接出力端子
２８ 直接出力端子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power supply device incorporating a large-capacity capacitor, for example, an electric double layer capacitor.
[0002]
[Prior art]
Large-capacity electric double-layer capacitors can be used for various purposes such as power storage and emergency power supplies. When the electric double layer capacitor is used as a power supply having a rated voltage of about 12 to 100 V, since a single cell voltage of the electric double layer capacitor is about 3 V, a plurality of cells are connected in series to obtain a predetermined output. Constitute. In addition, a charger and a controller are provided in the input circuit. Furthermore, since the terminal voltage of an electric double layer capacitor decreases with discharge, voltage conversion is required so that the output voltage does not drop below the operating voltage of the load. Therefore, a DC / DC converter or a DC / AC inverter is provided in the output circuit, and the output is supplied to a load.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when an electric double layer capacitor is used as a power supply device and the load is an AC load, such as an emergency power supply for power failure, it is necessary to provide a DC / AC inverter in the output circuit. When the load is DC, it is necessary to provide a DC / DC converter in the output circuit. For example, it is conceivable to replace lead batteries and secondary batteries used in conventional circuits with electric double-layer capacitors.However, electric double-layer capacitors have the same characteristics as lead batteries and secondary batteries that are constant voltage sources. Because of the differences, it is difficult to simply replace them. In this case, it is necessary to provide a DC / DC converter in the output circuit as described above. As described above, when an electric double layer capacitor is used as the power supply device, it is necessary to select and attach each component of the output circuit according to the load, and thus there is a problem that the handling becomes complicated.
[0004]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and its object is to be able to freely cope with both AC and DC loads, and therefore to greatly improve the degree of freedom in use. An object of the present invention is to provide a power supply device having a built-in large-capacity capacitor.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the power supply device of claim 1 has input terminals 21 and 22 to which a DC voltage is externally supplied, and a series connection configuration of the backflow prevention means 11 and the large-capacity capacitor 12 between the input terminals 21 and 22. A first converter 13 for converting the output voltage of the large-capacity capacitor 12 to DC / DC and outputting a DC voltage; and a DC / AC conversion of the output voltage of the large-capacity capacitor 12 for DC / AC. And a second converter 14 that outputs the above-mentioned output. The backflow prevention means 11, the large-capacity capacitor 12, the first converter 13, and the second converter 14 are housed in the same case 1.
[0006]
In the power supply device of the first aspect, the backflow prevention means 11, the large-capacity capacitor 12, the first converter 13, and the second converter 14 are housed in the same case 1. Also, it becomes possible to cope with the AC load.
[0007]
In the power supply device according to the second aspect, the input terminals 21 and 22, the output terminals 23 and 24 of the first converter 13, and the output terminals 25 and 26 of the second converter 14 are provided on the outer surface of the case 1. Are arranged so that they can be connected to the outside.
[0008]
According to the power supply device of the second aspect, the connection work to the external load is facilitated, and the convenience in use is improved.
[0009]
Further, the power supply device according to claim 3 is characterized in that output terminals 27 and 28 for directly outputting the terminal voltage of the large-capacity capacitor 12 are provided.
[0010]
According to the power supply device of the third aspect, the terminal voltage of the large-capacity capacitor 12 can be extracted from the output terminals 27 and 28. Therefore, if the decrease of the terminal voltage due to the discharge is within the operating voltage range of the load, the voltage of the terminals 27 and 28 can be directly supplied to the load, and the degree of freedom in use is improved.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, specific embodiments of the power supply device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of a power supply device according to the present invention. In this case, an embodiment using an electric double layer capacitor as a large capacity capacitor is shown.
[0012]
Outputs of an external DC power supply 3 are connected to input terminals 21 and 22 of the power supply case 1. As the DC power supply 3, for example, a solar cell or a wind power generator can be used, but a DC power supply may be obtained by rectifying AC power. The input terminals 21 and 22 are connected to a configuration in which a diode 11 and a large-capacity electric double layer capacitor 12 are connected in series. The diode 11 functions as backflow prevention means for preventing a current from flowing from the electric double layer capacitor 12 to the DC power supply 3 side. The electric double layer capacitor 12 has a configuration in which a plurality of capacitors are connected in series or in parallel. In the series connection, a voltage equalizing circuit (not shown) for equalizing the charging voltage of each capacitor is provided. One terminal of the electric double layer capacitor 12 is connected to the negative terminal of the diode 11 and one end of the switch 15, and the other terminal is connected to a DC / DC converter (converter) 13 as a first converter, A DC / AC converter (inverter) 14 as a converter and a direct output terminal 28 are connected to each other. The other end of the switch 15 is connected to one end of the DC / DC converter 13, the DC / AC converter 14, and the switch 16. The other end of the switch 16 is directly connected to the output terminal 27. The DC / DC converter 13 has DC output terminals 23 and 24, and has AC output terminals 25 and 26 of the DC / AC converter 14. The diode 11, the electric double layer capacitor 12, the DC / DC converter 13, and the DC / AC converter 14 are housed in the same case 1.
[0013]
FIG. 2 is an external view of the power supply device. Each terminal and switch are provided on a front panel of the case 1. The input terminals 21, 22, the DC output terminals 23, 24 of the DC / DC converter 13, the AC output terminals 25, 26 of the DC / AC converter 14, and the direct output terminals 27, 28 are connected to an outlet so that they can be externally connected. It is arranged on the front panel in a manner. Further, a voltmeter, an energy remaining meter, and the like are housed in the case 1 and the display unit 40 is provided on the front panel.
[0014]
In the power supply device configured as described above, when the switch 15 is turned off and both ends of the DC power supply 3 are connected to the input terminals 21 and 22, the electric double layer capacitor 12 is charged. When the switch 15 is turned on, the terminal voltage of the electric double layer capacitor 12 is supplied to the DC / DC converter 13 and the DC / AC converter 14. Although the output voltage of the electric double layer capacitor 12 decreases with the discharge, the DC / DC converter 13 outputs a constant DC voltage, and the DC / AC converter 14 outputs a constant AC voltage. The DC output terminals 23 and 24 are directly connected to a DC load, and the AC output terminals 25 and 26 are directly connected to an AC load. If the switch 16 is turned on, the terminal voltage of the electric double layer capacitor 12 can be directly taken out from the output terminals 27 and 28. If the decrease in terminal voltage due to discharge is within the operating voltage range of the load, the voltage of the output terminals 27 and 28 can be directly supplied to the load. Further, even when the load includes a DC / DC converter or a DC / AC converter, the voltage of the direct output terminals 27 and 28 can be directly supplied to the load.
[0015]
In the power supply device, a load can be connected to at least one of the DC output terminals 23 and 24, the AC output terminals 25 and 26, and the direct output terminals 27 and 28, and two or three pairs can be used. It is also possible to connect different loads to the respective output terminals and use them simultaneously. When both outputs of the DC / DC converter 13 and the DC / AC converter 14 are used, for example, the charging voltage of the electric double layer capacitor 12 is 16 V, the capacity is 550 F, and the DC load (rated 12 VDC, 10 W LED lighting) and AC Load (rated 100VAC, 10W motor) can be used simultaneously.
[0016]
As an example of use of this power supply device, when the DC power supply 3 is a solar cell and the load is an illumination, the electric double layer capacitor 12 is charged by the solar cell in the daytime, and the illumination is turned on by the DC output or the AC output at night. can do. The present device can also be used as an emergency power supply. Further, the power supply device can be directly connected to a load, and can be easily replaced with a lead battery or a secondary battery.
[0017]
In the power supply device, the diode 11, the electric double layer capacitor 12, the DC / DC converter 13, and the DC / AC converter 14 are housed in the same case 1, so that the DC load and the AC load Can be dealt with, and the degree of freedom in use can be greatly improved. Further, since the terminal voltage of the electric double layer capacitor 12 can be directly taken out from the output terminals 27 and 28, the degree of freedom in use is further improved. Moreover, the input terminals 21 and 22, the DC output terminals 23 and 24 of the DC / DC converter 13, the AC output terminals 25 and 26 of the DC / AC converter 14, and the direct output terminals 27 and 28 are connected to an externally connectable outlet. Is arranged on the front panel of the case 1 in this manner, connection work to an external load becomes easy, and convenience in use is improved.
[0018]
Although the specific embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be implemented with various modifications within the scope of the present invention. For example, in the above description, the electric double layer capacitor 12 is illustrated as an example of a large-capacity capacitor, but other types of capacitors may be used as long as they have the same function. .
[0019]
【The invention's effect】
According to the power supply device of the first aspect, it is possible to freely cope with a DC load and an AC load, so that the degree of freedom in use can be greatly improved.
[0020]
According to the power supply device of the second aspect, connection work to an external load becomes easy, and convenience in use is improved.
[0021]
According to the power supply device of the third aspect, since the terminal voltage of the large-capacity capacitor can be directly taken out from the output terminal, the degree of freedom in use is further improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of a power supply device of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing an appearance of the power supply device of the embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Case 11 Diode (backflow prevention means)
12. Electric Double Layer Capacitor (Large Capacity Capacitor)
13 DC / DC converter (first converter)
13 DC / AC converter (second converter)
23 DC output terminal 24 DC output terminal 25 AC output terminal 26 AC output terminal 27 Direct output terminal 28 Direct output terminal

Claims (3)

外部から直流電圧が供給される入力端子（２１）（２２）を有し、この入力端子（２１）（２２）間に、逆流防止手段（１１）と大容量コンデンサ（１２）との直列接続構成を接続して成り、さらに上記大容量コンデンサ（１２）の出力電圧を直流／直流変換して直流電圧を出力する第１変換器（１３）と、上記大容量コンデンサ（１２）の出力電圧を直流／交流変換して交流電圧を出力する第２変換器（１４）とを具備し、上記逆流防止手段（１１）、大容量コンデンサ（１２）、第１変換器（１３）、及び第２変換器（１４）を同じケース（１）内に収納したことを特徴とする電源装置。It has input terminals (21) and (22) to which a DC voltage is supplied from the outside, and a back-flow prevention means (11) and a large-capacity capacitor (12) are connected in series between the input terminals (21) and (22). And a first converter (13) for converting the output voltage of the large-capacity capacitor (12) to DC / DC and outputting a DC voltage; And a second converter (14) that outputs an AC voltage after AC conversion, wherein the backflow prevention means (11), a large-capacity capacitor (12), a first converter (13), and a second converter are provided. (14) A power supply device, wherein the power supply device is housed in the same case (1). 上記ケース（１）の外面に、上記入力端子（２１）（２２）、上記第１変換器（１３）の出力端子（２３）（２４）、及び上記第２変換器（１４）の出力端子（２５）（２６）を外部接続可能に配置していることを特徴とする請求項１の電源装置。On the outer surface of the case (1), the input terminals (21) and (22), the output terminals (23) and (24) of the first converter (13), and the output terminals of the second converter (14) ( 25. The power supply device according to claim 1, wherein (26) and (26) are arranged so as to be externally connectable. 上記大容量コンデンサ（１２）の端子電圧をそのまま出力する出力端子（２７）（２８）を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２の電源装置。The power supply device according to claim 1 or 2, further comprising output terminals (27) and (28) for directly outputting a terminal voltage of the large-capacity capacitor (12).
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