JP2004180470A - 電気二重層コンデンサの充電回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型且つ高効率な電気二重層コンデンサの充電回路を提供する。
【解決手段】充電電源BAT1と電気二重層コンデンサC1との間に二個の抵抗R1, R2を並列接続し、一方の抵抗R2にFET Q1を直列接続する。FET Q1 のゲートをFET Q2のドレインに接続し、電気二重層コンデンサの端子間電圧を抵抗R3, R4によって分圧した電圧をFET Q2のゲートへ印加する。充電開始時には抵抗R1を通じて電気二重層コンデンサへ電流が流れ、電気二重層コンデンサの電位がある程度上昇して充電電流が低下するとFET Q1, Q2がオンし、二個の抵抗R1, R2が並列動作する。これにより、充電電流が再度上昇して充電時間が短縮され、電力消費も低減される。
【選択図】 図1
【解決手段】充電電源BAT1と電気二重層コンデンサC1との間に二個の抵抗R1, R2を並列接続し、一方の抵抗R2にFET Q1を直列接続する。FET Q1 のゲートをFET Q2のドレインに接続し、電気二重層コンデンサの端子間電圧を抵抗R3, R4によって分圧した電圧をFET Q2のゲートへ印加する。充電開始時には抵抗R1を通じて電気二重層コンデンサへ電流が流れ、電気二重層コンデンサの電位がある程度上昇して充電電流が低下するとFET Q1, Q2がオンし、二個の抵抗R1, R2が並列動作する。これにより、充電電流が再度上昇して充電時間が短縮され、電力消費も低減される。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気二重層コンデンサの充電回路に関するものであり、特に、小型化と高効率化を図った電気二重層コンデンサの充電回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図6は、最も簡単な二次電池充電回路を示し、充電電源BAT1と二次電池C1との間に電流制限用の抵抗R1を直列に挿入したものである。リチウム二次電池やニッケルカドミウム二次電池は、満充電電圧と放電終止電圧との差が小さいので充電中の充電電流の変化も比較的小さく、図6の回路でも問題は生じないが、電気二重層コンデンサは0Vまで放電するので電圧の変動幅が大きく、電気二重層コンデンサを充電する場合は、図7に示すように電気二重層コンデンサの電位が上昇するにつれて充電電流が減少する。したがって、充電に時間がかかるとともに充電電源の電力損失が大きく、電気二重層コンデンサ充電時の電力効率は約50パーセント程度にとどまる。よって、電気二重層コンデンサには定電流充電が適しており、定電流回路により充電電流の低下を抑制すれば電力損失が減少し、充電にかかる時間も短縮されて効率が向上する(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
図8は定電流充電回路の一例を示し、充電電源BAT1と電気二重層コンデンサC1などの被充電体の電位差に応じて動作するトランジスタQ2によって電流制御トランジスタQ1のベース電圧を制御し、電流制御トランジスタQ1によって図9に示すように充電電源から被充電体へ供給される電流を一定にしている。また、他の回路例としては電流制御トランジスタをパルス幅変調回路により制御して、さらに充電電流を高精度に制御するようにした充電回路も提案されている(特許文献2参照)。
【0004】
【特許文献1】特開平07−087668号公報
【0005】
【特許文献2】特開2002−101567号公報(図1)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
例えば手持ち電動工具などに駆動電源として電気二重層コンデンサを搭載すればより小型軽量化できるが、抵抗のみによる充電回路では充電時間がかかり充電効率が悪いので実用性が低い。一方、定電流充電回路は充電時間が短く充電効率もよいが、充電中は常に電流制御トランジスタトランジスタがオンしているので、トランジスタの熱を発散させるためのヒートシンクや冷却ファンなどが必要になって回路規模が大型化し、重量も増加して電気二重層コンデンサによる小型軽量化という利点が減殺されてしまう。
【0007】
そこで、電気二重層コンデンサの充電に適した高効率且つ小規模の充電回路を提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は上記課題を解決することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記目的を達成するために提案するものであり、充電電源と電気二重層コンデンサとの間に二個の抵抗を並列接続し、一方の抵抗にスイッチ素子を直列接続し、電気二重層コンデンサの端子間電圧に応じて前記スイッチ素子をオンオフさせる制御回路を設け、電気二重層コンデンサの端子間電圧の上昇に伴い前記スイッチ素子がオンするように構成した電気二重層コンデンサの充電回路を提供するものである。
【0009】
また、充電電源と電気二重層コンデンサとの間に三個以上の抵抗を並列接続し、一つの抵抗以外の抵抗にそれぞれスイッチ素子を直列接続し、電気二重層コンデンサの端子間電圧に応じて複数のスイッチ素子を個別にオンオフさせる制御回路を設けるとともに複数のスイッチ素子のオンオフ閾値を相違させ、電気二重層コンデンサの端子間電圧の上昇に伴い、前記複数のスイッチ素子が順次オンするように構成した電気二重層コンデンサの充電回路を提供するものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を図に従って詳述する。図1は電気二重層コンデンサの充電回路を示し、充電用電池BAT1と電気二重層コンデンサC1との間に二個の抵抗R1, R2を並列接続し、一方の抵抗R2へP形のFET Q1を直列接続し、FET Q1のゲート電圧をN形のFET Q2によって制御する。FET Q2のゲートには電気二重層コンデンサC1の端子間電圧を抵抗R3, R4によって分圧した電圧が印加され、FET Q2のオンオフ閾値は電気二重層コンデンサC1の満充電電圧以下の或る値に設定されていて、電気二重層コンデンサC1の端子間電圧が設定値に達すると、FET Q2がオンしてFET Q2がFET Q1をオンさせる。
【0011】
充電開始時には、電気二重層コンデンサC1の端子間電圧が低いのでFET Q2はオフしており、FET Q1は抵抗R5を介したゲート電圧によりオフしている。電気二重層コンデンサC1の充電がある程度進行して端子間電圧を抵抗R3, R4によって分圧した電圧がFET Q2の動作設定値に達すると、FET Q2がオンしてドレインからソースへ電流が流れ、これによりFET Q1のゲート電圧が低下してFET Q1がオンし、FET Q1及び抵抗R2の回路がオンする。これにより、二個の抵抗R1, R2へ電流が流れ、合成抵抗値の低下により充電電流が上昇する。
【0012】
図2は充電電流のグラフであり、充電開始時から充電電流が低下していくが、二個のFET Q1, Q2がオンした時点t1で充電電流が再び上昇し、充電電流の低下を補償して充電する。このように、充電中に充電回路の抵抗値を下げることにより充電電流を増大させて充電時間を短縮し、電力効率の向上を図っている。
【0013】
上記の充電回路は抵抗値を二段階に切換えているが、さらに多段化すればより充電電流の変動を少なくすることができる。図3は抵抗値を三段階に切換える回路例を示し、図1の回路のFET Q1及び抵抗R2の回路と並列にP形のFET Q3と抵抗R6の回路を設け、FET Q3を N形のFET Q4にて制御する構成としている。FET Q4は、FET Q2と同様に電気二重層コンデンサC1の端子間電圧を抵抗R7と抵抗R8とによって分圧した電圧に応じてオンオフ作動し、FET Q4がオンしたときに充電用電池BAT1からゲート入力抵抗R9(図4においてはR8)を介してFET Q3のゲートに印加されている電圧が低下してFET Q3がオンし、FET Q3及び抵抗R6の回路がオンする。そして、抵抗R3, R4の分圧比と抵抗R7, R8の分圧比を相違させることにより、FET Q2と FET Q4のオンオフ閾値を相違させて抵抗値を三段階に切換えるようにしている。
【0014】
図4は図3の充電回路の変形例であり、FET Q1を制御するFET Q2を抵抗R3+R7と抵抗R4とによって分圧した電圧によって動作させ、FET Q3を制御するFET Q4を抵抗R7と抵抗R3+R4とによって分圧した電圧によって動作させることにより、図3の充電回路と同様に抵抗値を三段階に切換えるようにしたものである。
【0015】
図5は図3または図4の充電回路による充電電流のグラフであり、充電を開始して電気二重層コンデンサC1の端子間電圧がある程度上昇して充電電流が低下したときに、先ずFET Q2がオンしてFET Q1及び抵抗R2の回路がオンし、抵抗R1, R2が並列動作することにより充電電流が上昇する(t1)。その後にさらに電気二重層コンデンサC1の端子間電圧が上昇すると、FET Q4がオンしてFET Q3及び抵抗R6の回路がオンし(t2)、抵抗R1, R2, R6が並列動作することにより充電電流が再び上昇して充電を継続する。
【0016】
尚、この発明は上記の実施形態に限定するものではなく、この発明の技術的範囲内において種々の改変が可能であり、この発明がそれらの改変されたものに及ぶことは当然である。
【0017】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電気二重層コンデンサの充電回路は、電気二重層コンデンサの電位に応じて充電回路の電流制限用抵抗の抵抗値を切換えることによって充電電流の低下を抑制するので、充電時間が短縮されるとともに充電電力の効率が向上する。また、抵抗によって充電電流を制御する構成であるのでトランジスタを用いた定電流充電回路よりも小型軽量化し、スペースに余裕がない小型電気機具などへ搭載することが可能となる。また、電流制限用抵抗を三個或いはそれ以上並列に設けて段階的に切換えるように構成することにより、充電電流の変動をさらに低減でき、より一層充電効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態を示し、充電回路の回路図。
【図2】図1の充電回路による充電電流グラフ。
【図3】他の実施形態を示し、充電回路の回路図。
【図4】他の実施形態を示し、充電回路の回路図。
【図5】図3、図4の充電回路による充電電流のグラフ。
【図6】従来例を示し、充電回路の回路図。
【図7】図6の充電回路による充電電流のグラフ。
【図8】従来例を示し、定電流充電回路の回路図。
【図9】図8の定電流充電回路による充電電流のグラフ。
【符号の説明】
C1 電気二重層コンデンサ
BAT1 充電電源
Q1. Q2. Q3. Q4 FET
R1. R2. R3. R4. R5. R6. R7. R8. R9 抵抗
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気二重層コンデンサの充電回路に関するものであり、特に、小型化と高効率化を図った電気二重層コンデンサの充電回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図6は、最も簡単な二次電池充電回路を示し、充電電源BAT1と二次電池C1との間に電流制限用の抵抗R1を直列に挿入したものである。リチウム二次電池やニッケルカドミウム二次電池は、満充電電圧と放電終止電圧との差が小さいので充電中の充電電流の変化も比較的小さく、図6の回路でも問題は生じないが、電気二重層コンデンサは0Vまで放電するので電圧の変動幅が大きく、電気二重層コンデンサを充電する場合は、図7に示すように電気二重層コンデンサの電位が上昇するにつれて充電電流が減少する。したがって、充電に時間がかかるとともに充電電源の電力損失が大きく、電気二重層コンデンサ充電時の電力効率は約50パーセント程度にとどまる。よって、電気二重層コンデンサには定電流充電が適しており、定電流回路により充電電流の低下を抑制すれば電力損失が減少し、充電にかかる時間も短縮されて効率が向上する(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
図8は定電流充電回路の一例を示し、充電電源BAT1と電気二重層コンデンサC1などの被充電体の電位差に応じて動作するトランジスタQ2によって電流制御トランジスタQ1のベース電圧を制御し、電流制御トランジスタQ1によって図9に示すように充電電源から被充電体へ供給される電流を一定にしている。また、他の回路例としては電流制御トランジスタをパルス幅変調回路により制御して、さらに充電電流を高精度に制御するようにした充電回路も提案されている(特許文献2参照)。
【0004】
【特許文献1】特開平07−087668号公報
【0005】
【特許文献2】特開2002−101567号公報(図1)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
例えば手持ち電動工具などに駆動電源として電気二重層コンデンサを搭載すればより小型軽量化できるが、抵抗のみによる充電回路では充電時間がかかり充電効率が悪いので実用性が低い。一方、定電流充電回路は充電時間が短く充電効率もよいが、充電中は常に電流制御トランジスタトランジスタがオンしているので、トランジスタの熱を発散させるためのヒートシンクや冷却ファンなどが必要になって回路規模が大型化し、重量も増加して電気二重層コンデンサによる小型軽量化という利点が減殺されてしまう。
【0007】
そこで、電気二重層コンデンサの充電に適した高効率且つ小規模の充電回路を提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は上記課題を解決することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記目的を達成するために提案するものであり、充電電源と電気二重層コンデンサとの間に二個の抵抗を並列接続し、一方の抵抗にスイッチ素子を直列接続し、電気二重層コンデンサの端子間電圧に応じて前記スイッチ素子をオンオフさせる制御回路を設け、電気二重層コンデンサの端子間電圧の上昇に伴い前記スイッチ素子がオンするように構成した電気二重層コンデンサの充電回路を提供するものである。
【0009】
また、充電電源と電気二重層コンデンサとの間に三個以上の抵抗を並列接続し、一つの抵抗以外の抵抗にそれぞれスイッチ素子を直列接続し、電気二重層コンデンサの端子間電圧に応じて複数のスイッチ素子を個別にオンオフさせる制御回路を設けるとともに複数のスイッチ素子のオンオフ閾値を相違させ、電気二重層コンデンサの端子間電圧の上昇に伴い、前記複数のスイッチ素子が順次オンするように構成した電気二重層コンデンサの充電回路を提供するものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を図に従って詳述する。図1は電気二重層コンデンサの充電回路を示し、充電用電池BAT1と電気二重層コンデンサC1との間に二個の抵抗R1, R2を並列接続し、一方の抵抗R2へP形のFET Q1を直列接続し、FET Q1のゲート電圧をN形のFET Q2によって制御する。FET Q2のゲートには電気二重層コンデンサC1の端子間電圧を抵抗R3, R4によって分圧した電圧が印加され、FET Q2のオンオフ閾値は電気二重層コンデンサC1の満充電電圧以下の或る値に設定されていて、電気二重層コンデンサC1の端子間電圧が設定値に達すると、FET Q2がオンしてFET Q2がFET Q1をオンさせる。
【0011】
充電開始時には、電気二重層コンデンサC1の端子間電圧が低いのでFET Q2はオフしており、FET Q1は抵抗R5を介したゲート電圧によりオフしている。電気二重層コンデンサC1の充電がある程度進行して端子間電圧を抵抗R3, R4によって分圧した電圧がFET Q2の動作設定値に達すると、FET Q2がオンしてドレインからソースへ電流が流れ、これによりFET Q1のゲート電圧が低下してFET Q1がオンし、FET Q1及び抵抗R2の回路がオンする。これにより、二個の抵抗R1, R2へ電流が流れ、合成抵抗値の低下により充電電流が上昇する。
【0012】
図2は充電電流のグラフであり、充電開始時から充電電流が低下していくが、二個のFET Q1, Q2がオンした時点t1で充電電流が再び上昇し、充電電流の低下を補償して充電する。このように、充電中に充電回路の抵抗値を下げることにより充電電流を増大させて充電時間を短縮し、電力効率の向上を図っている。
【0013】
上記の充電回路は抵抗値を二段階に切換えているが、さらに多段化すればより充電電流の変動を少なくすることができる。図3は抵抗値を三段階に切換える回路例を示し、図1の回路のFET Q1及び抵抗R2の回路と並列にP形のFET Q3と抵抗R6の回路を設け、FET Q3を N形のFET Q4にて制御する構成としている。FET Q4は、FET Q2と同様に電気二重層コンデンサC1の端子間電圧を抵抗R7と抵抗R8とによって分圧した電圧に応じてオンオフ作動し、FET Q4がオンしたときに充電用電池BAT1からゲート入力抵抗R9(図4においてはR8)を介してFET Q3のゲートに印加されている電圧が低下してFET Q3がオンし、FET Q3及び抵抗R6の回路がオンする。そして、抵抗R3, R4の分圧比と抵抗R7, R8の分圧比を相違させることにより、FET Q2と FET Q4のオンオフ閾値を相違させて抵抗値を三段階に切換えるようにしている。
【0014】
図4は図3の充電回路の変形例であり、FET Q1を制御するFET Q2を抵抗R3+R7と抵抗R4とによって分圧した電圧によって動作させ、FET Q3を制御するFET Q4を抵抗R7と抵抗R3+R4とによって分圧した電圧によって動作させることにより、図3の充電回路と同様に抵抗値を三段階に切換えるようにしたものである。
【0015】
図5は図3または図4の充電回路による充電電流のグラフであり、充電を開始して電気二重層コンデンサC1の端子間電圧がある程度上昇して充電電流が低下したときに、先ずFET Q2がオンしてFET Q1及び抵抗R2の回路がオンし、抵抗R1, R2が並列動作することにより充電電流が上昇する(t1)。その後にさらに電気二重層コンデンサC1の端子間電圧が上昇すると、FET Q4がオンしてFET Q3及び抵抗R6の回路がオンし(t2)、抵抗R1, R2, R6が並列動作することにより充電電流が再び上昇して充電を継続する。
【0016】
尚、この発明は上記の実施形態に限定するものではなく、この発明の技術的範囲内において種々の改変が可能であり、この発明がそれらの改変されたものに及ぶことは当然である。
【0017】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電気二重層コンデンサの充電回路は、電気二重層コンデンサの電位に応じて充電回路の電流制限用抵抗の抵抗値を切換えることによって充電電流の低下を抑制するので、充電時間が短縮されるとともに充電電力の効率が向上する。また、抵抗によって充電電流を制御する構成であるのでトランジスタを用いた定電流充電回路よりも小型軽量化し、スペースに余裕がない小型電気機具などへ搭載することが可能となる。また、電流制限用抵抗を三個或いはそれ以上並列に設けて段階的に切換えるように構成することにより、充電電流の変動をさらに低減でき、より一層充電効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態を示し、充電回路の回路図。
【図2】図1の充電回路による充電電流グラフ。
【図3】他の実施形態を示し、充電回路の回路図。
【図4】他の実施形態を示し、充電回路の回路図。
【図5】図3、図4の充電回路による充電電流のグラフ。
【図6】従来例を示し、充電回路の回路図。
【図7】図6の充電回路による充電電流のグラフ。
【図8】従来例を示し、定電流充電回路の回路図。
【図9】図8の定電流充電回路による充電電流のグラフ。
【符号の説明】
C1 電気二重層コンデンサ
BAT1 充電電源
Q1. Q2. Q3. Q4 FET
R1. R2. R3. R4. R5. R6. R7. R8. R9 抵抗
Claims (2)
- 充電電源と電気二重層コンデンサとの間に二個の抵抗を並列接続し、一方の抵抗にスイッチ素子を直列接続し、電気二重層コンデンサの端子間電圧に応じて前記スイッチ素子をオンオフさせる制御回路を設け、電気二重層コンデンサの端子間電圧の上昇に伴い前記スイッチ素子がオンするように構成した電気二重層コンデンサの充電回路。
- 充電電源と電気二重層コンデンサとの間に三個以上の抵抗を並列接続し、一つの抵抗以外の抵抗にそれぞれスイッチ素子を直列接続し、電気二重層コンデンサの端子間電圧に応じて複数のスイッチ素子を個別にオンオフさせる制御回路を設けるとともに複数のスイッチ素子のオンオフ閾値を相違させ、電気二重層コンデンサの端子間電圧の上昇に伴い、前記複数のスイッチ素子が順次オンするように構成した電気二重層コンデンサの充電回路。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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AU2003280825A AU2003280825A1 (en) | 2002-11-29 | 2003-11-17 | Electric dual-layered capacitor charging circuit |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2002346822A JP2004180470A (ja) | 2002-11-29 | 2002-11-29 | 電気二重層コンデンサの充電回路 |
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AU (1) | AU2003280825A1 (ja) |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101282355B1 (ko) * | 2011-10-19 | 2013-07-04 | 주식회사 코디에스 | 배터리 전류 제어 장치 및 방법 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2538480B2 (ja) * | 1992-04-07 | 1996-09-25 | 日通工株式会社 | 充電回路 |
US5498951A (en) * | 1993-06-30 | 1996-03-12 | Jeol Ltd. | Method and apparatus for charging electric double layer capacitor |
JPH10248177A (ja) * | 1997-03-03 | 1998-09-14 | Sanyo Electric Co Ltd | 充電回路 |
JPH1118293A (ja) * | 1997-06-25 | 1999-01-22 | Fuji Heavy Ind Ltd | バッテリ充電装置 |
JP2000040130A (ja) * | 1998-07-24 | 2000-02-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Icカード処理装置 |
-
2002
- 2002-11-29 JP JP2002346822A patent/JP2004180470A/ja active Pending
-
2003
- 2003-11-17 WO PCT/JP2003/014584 patent/WO2004051821A1/ja active Application Filing
- 2003-11-17 AU AU2003280825A patent/AU2003280825A1/en not_active Abandoned
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101282355B1 (ko) * | 2011-10-19 | 2013-07-04 | 주식회사 코디에스 | 배터리 전류 제어 장치 및 방법 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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WO2004051821A1 (ja) | 2004-06-17 |
AU2003280825A1 (en) | 2004-06-23 |
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