JP2004194437A - Capacitor power supply device and charging/discharging method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主コンデンサに電圧調整用の補助コンデンサを直列接続した電源供給源において、充放電状態に応じて、主コンデンサと補助コンデンサの接続を切り換えるようにしたコンデンサ電源装置およびその充電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気二重層コンデンサは、充電に時間がかかる２次電池と比較して、急速充電が可能である。しかも、電気二重層コンデンサには、大量にエネルギーが貯蔵できるという２次電池にはない利点を有している。そこで、電気自動車の電源装置や大規模な電源装置に利用され、また携帯電話機の電源装置としても利用されている。
しかし、コンデンサに電力を蓄え、それを利用しようとすると、コンデンサの端子電圧はＱ＝ＣＶ２／２の関係に基づいて大きく変動する。このように、満充電状態からエネルギーを取り出すに従って、電圧が大きく低下するコンデンサを用いた電源装置では、蓄えたエネルギーを有効に活用するための方策が必須である。
【０００３】
そのため、例えば特開２０００−１５２４９５号公報では、図８に示すように、出力電圧の設定範囲で充放電される出力用キャパシタ・バンクＣ１〜Ｃ３と、出力電圧の許容変動幅で充放電される調整用キャパシタ・バンクＣ４、Ｃ５と、出力用キャパシタ・バンクＣ１〜Ｃ３に調整用キャパシタ・バンクＣ４、Ｃ５を直列に接続または該接続の切り離しを行うスイッチング手段Ｓ１〜Ｓ３と、出力電圧に応じてスイッチング手段Ｓ１〜Ｓ３を制御する制御回路Ａ１と、充電状態に応じ切り換えて定電流充電または緩和充電を行う充電回路８０とを備え、調整用キャパシタ・バンクＣ４、Ｃ５を直列に接続または該接続の切り離しを行うことにより、出力電圧を設定範囲の許容変動幅で調整した変動幅の小さい電源を得る直列切り換え式キャパシタ電源装置が提案されている。
【０００４】
上記キャパシタ電源装置の全放電からの充電は、先ずスイッチＳ３のみをオンすることで全キャパシタ・バンクＣ１〜Ｃ５を直列に接続した状態から充電を開始する。制御回路Ａ１が第１の設定レベルＥ１まで上昇したことを検出すると、スイッチＳ３をオフしてスイッチＳ２のみをオンすることにより、キャパシタ・バンクＣ１〜Ｃ４の直列接続とする。第２の設定レベルＥ２に達したとき、スイッチＳ２をオフして、スイッチＳ１のみをオンすることにより、キャパシタ・バンクＣ１〜Ｃ３の直列接続とする。定格電圧まで充電すると、満充電になる。
放電では、逆に、スイッチＳ１のみをオンし、第２の設定レベルＥ２より低下したとき、スイッチＳ２のみをオンすることにより、キャパシタ・バンクＣ４を直列に加え、さらに第１の設定レベルＥ１より低下したとき、スイッチＳ３のみをオンすることにより、キャパシタ・バンクＣ４，Ｃ５を直列に加えて、出力電圧の低下を補う。これにより、少ない数のスイッチでキャパシタの接続を制御して、装置コストの低減と信頼性の向上を図ることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１５２４９５号公報
【非特許文献１】
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報（特許文献１）の技術では、調整用キャパシタについては、出力用キャパシタと同じでもよいし、静電容量を小さくする、または大きくしてもよく、上記公報の段落〔００３１〕の後半には「全部同一のキャパシタを用いて製造を容易にするか、静電容量を使用する部位によって調整して蓄電量の有効利用を図るかなど、目的に応じた設計を選択することが可能である。」との記載があるだけで、調整用キャパシタの静電容量を、どの程度にしたらよいかという明確な記述はされていない。
【０００７】
調整用キャパシタを出力用キャパシタと同じ容量にした場合は、上記公報の段落〔００２９〕でも述べているように、調整用キャパシタの充電は満充電まで届かず、１００％有効利用されていない。また、調整用キャパシタの静電容量を出力用キャパシタの静電容量より大きくした場合と小さくした場合の得失についても明確に論じていない。
【０００８】
（目的）
本発明の目的は、上記のような従来技術の課題を解決し、主コンデンサと電圧調整用コンデンサに耐圧の同じものを使用した場合に、電圧調整用コンデンサの静電容量を小さくでき、コンデンサブロック全体の体積を最小にでき、コストダウンを図ることが可能なコンデンサ電源装置およびその充電方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のコンデンサ電源装置の放電方法は、１）主コンデンサと電圧調整用の補助コンデンサを直列に接続し、スイッチ手段により出力端子に出力する出力電圧を前記主コンデンサもしくは前記主コンデンサと前記補助コンデンサの直列接続から得られるようにし、前記スイッチ手段によって得られた前記主コンデンサもしくは前記主コンデンサと前記補助コンデンサの直列接続の電圧を電圧検出手段により検出し、スイッチ制御手段により前記電圧検出手段からの出力信号に応じて前記スイッチ手段を制御するコンデンサ電源装置の放電方法において、前記補助コンデンサの静電容量を、該補助コンデンサを満充電したときの蓄積電荷が、前記主コンデンサの電圧が所定の電圧まで低下したときの残電荷量とほぼ等しくなるように設定し、前記スイッチ制御手段は、当初、出力端子に接続された負荷に主コンデンサから電力を供給し、前記電圧検出手段の入力電圧が前記所定の電圧まで低下したとき、前記スイッチ手段を制御して、前記主コンデンサと補助コンデンサの直列接続を前記出力端子に接続して、出力電圧の低下を補うようにしたことを特徴としている。
【００１０】
また、本発明のコンデンサ電源装置の充電方法は、２）主コンデンサと電圧調整用補助コンデンサを直列に接続し、前記主コンデンサと前記補助コンデンサを充電する電源を接続し、スイッチ手段を介して前記主コンデンサまたは前記主コンデンサと前記補助コンデンサの直列回路に充電制御回路により充電を行い、前記スイッチ手段によって得られた前記主コンデンサもしくは前記主コンデンサと補助コンデンサの直列接続の充電中の電圧を電圧検出手段により検出し、前記電圧検出手段からの出力信号に応じて、前記スイッチ手段を制御するスイッチ制御手段は、充電開始時に、前記スイッチ手段を制御して、前記充電回路から前記主コンデンサと前記補助コンデンサの直列接続に充電を行い、充電電圧が第１の電圧に達した時点で、前記スイッチ手段を切り換え、前記主コンデンサだけを充電し、充電電圧が第２の電圧に達した時点で充電を完了するようにしたことを特徴としている。
【００１１】
また、本発明のコンデンサ電源装置の充放電方法は、３）上記１）に記載のコンデンサ電源装置の放電方法と、上記２）に記載の充電方法とを有するコンデンサ電源装置の充放電方法において、前記主コンデンサと前記補助コンデンサの直列接続を、充電側と放電側に切り換える切り換えスイッチ手段により、放電中は、上記１）に記載の放電を行い、前記主コンデンサと前記補助コンデンサの直列接続の電圧が負荷に対する許容電圧以下に低下した場合は、前記切り換えスイッチ手段を充電側に切り換え、充電中は、上記２）に記載の充電を行い、前記主コンデンサの電圧が前記第２の電圧に達した時点で前記切り換えスイッチ手段を放電側に切り換えるようにしたことを特徴としている。
【００１２】
また、４）同一静電容量のコンデンサを複数個直列接続して主コンデンサブロックとし、電圧調整用の補助コンデンサを複数個直列接続して補助コンデンサブロックとし、前記主コンデンサブロックと前記補助コンデンサブロックを直列接続し、スイッチ手段により、出力端子に出力する出力電圧を前記主コンデンサブロックもしくは前記補助コンデンサブロックを構成する各補助コンデンサの接続ポイントから得られるようにし、電圧検出手段により前記出力電圧を検出し、前記電圧検出手段からの出力に応じて、スイッチ制御手段により前記スイッチ手段を制御するするコンデンサ電源装置の充放電方法において、前記スイッチ制御手段は、当初、出力端子に接続された負荷に主コンデンサブロックから電力を供給し、前記電圧検出手段の入力電圧が所定の電圧まで低下したとき、前記スイッチ手段を制御して、出力端子に接続する前記補助コンデンサバンクの直列段数を前記出力コンデンサブロック側から１段づつ追加し、前記出力電圧が許容変動範囲に収まるようにし、前記電圧検出手段の入力電圧が所定の電圧まで低下したときに追加される補助コンデンサの容量を、該補助コンデンを満充電したときの蓄積電荷が、前記電圧検出手段の入力電圧が所定の電圧まで低下したときに前記主コンデンサブロックを構成している主コンデンサ１個に残っている電荷と、ほぼ等しくなるように設定することを特徴としている。
【００１３】
また、５）上記４）に記載のコンデンサ電源装置の充放電方法において、前記出力電圧の許容範囲は、前記補助コンデンサブロックを構成する補助コンデンサ１個分の満充電電圧であることを特徴としている。
【００１４】
また、６）上記４）に記載のコンデンサ電源装置の充放電方法において、前記主コンデンサブロックと前記補助コンデンサブロックの直列に接続し、前記主コンデンサブロックと前記補助コンデンサブロックを充電する電源を接続し、スイッチ手段を介して前記主コンデンサブロックまたは前記主コンデンサブロックと前記補助コンデンサブロックの直列回路に充電制御回路の制御により充電を行い、電圧検出手段により充電電圧を検出し、前記電圧検出手段からの出力に応じて、スイッチ制御手段により前記スイッチ手段を制御し、前記スイッチ制御手段は、充電開始時に、前記スイッチ手段を制御して、前記充電回路から前記主コンデンサブロックと前記補助コンデンサブロックの直列回路に充電を行い、充電電圧が第３の電圧に達した時点で、前記スイッチ手段を切り換え、前記補助コンデンサブロックの直列段数を前記主コンデンサブロックの遠い方から一段づつ減らし、最後は主コンデンサだけを充電し、充電電圧が第４の電圧に達した時点で充電を完了するようにしたことを特徴としている。
【００１５】
また、７）上記６）に記載のコンデンサ電源装置の充電方法において、前記第３の電圧と前記第４の電圧が同じであることを特徴としている。
【００１６】
また、８）上記４）または５）に記載のコンデンサ電源装置の充放電方法と、上記６）または７）に記載の充電方法を備えたコンデンサ電源装置の充放電方法において、前記主コンデンサブロックと前記補助コンデンサブロックの直列接続を、切り換えスイッチ手段により充電側と放電側に切り換え、放電中は、上記４）に記載の放電を行い、前記主コンデンサブロックと前記補助コンデンサブロックの直列接続の電圧が負荷に対する許容電圧以下に低下した場合は、前記切り換えスイッチを充電側に切り換え、充電中は、上記６）に記載の充電を行い、前記主コンデンサブロックの電圧が前記第４の電圧に達した時点で、前記切り換えスイッチを放電側に切り換えるようにしたことを特徴としている。
【００１７】
また、９）上記１）または４）に記載のコンデンサ電源で構成された第１の電源供給手段と、該第１の電源供給手段が充電中に、負荷に電力を供給するための充電を必要とする第２の電源供給手段と、前記第１および第２の電源供給手段に充電電流を供給する充電制御回路と、該充電制御回路から充電電流を前記第１または第２の電源供給手段のどちらに供給するかを選択する充電切り換えスイッチ手段と、前記第１または第２の電源供給手段のどちらから負荷に電力を供給するかを選択する出力切り換えスイッチ手段を有し、前記第１の電源供給手段が所定の電圧以下に低下したとき、該第１の電源供給手段から出力される出力信号に応じて、前記充電制御回路を作動状態にすると同時に、前記充電切り換えスイッチ手段を該第１の電源供給手段側に、且つ前記出力切り換えスイッチ手段を前記第２の電力供給手段側に切り換え、前記第１の電源供給手段の充電が完了した時点で、該第１の電源供給手段から出力される出力信号に応じて、前記充電切り換えスイッチ手段を該第２の電源供給手段側に、且つ前記出力切り換えスイッチ手段を前記第１の電力供給手段側に切り換え、前記第２の電源供給手段の充電が完了した時点で、前記充電制御回路の作動を停止するようにしたことを特徴としている。
【００１８】
また、１０）上記９）に記載のコンデンサ電源装置の充放電方法において、前記第２の電源供給手段は、コンデンサであることを特徴としている。
【００１９】
また、１１）上記９）に記載のコンデンサ電源装置の充放電方法において、前記第２の電源供給手段は、２次電池であることを特徴としている。
【００２０】
また、１２）上記９）に記載のコンデンサ電源装置の充放電方法において、前記第２の電源供給手段は、上記１）または４）に記載のコンデンサ電源装置であることを特徴としている。
【００２１】
また、１３）上記２）、６）または９）に記載のコンデンサ電源装置の充電または充放電方法において、前記充電制御回路は、電流出力型のＤＣ−ＤＣコンバータで構成されていることを特徴としている。
【００２２】
また、１４）上記１）から３）のいずれかに記載のコンデンサ電源装置の充電、放電または充放電方法において、前記コンデンサは全て電気二重層コンデンサであることを特徴としている。
【００２３】
また、１５）主コンデンサと電圧調整用の補助コンデンサを直列に接続し、スイッチ手段により出力端子に出力する出力電圧を前記主コンデンサもしくは前記主コンデンサと前記補助コンデンサの直列接続から得られるようにし、前記スイッチ手段によって得られた前記主コンデンサもしくは前記主コンデンサと前記補助コンデンサの直列接続の電圧を電圧検出手段により検出し、スイッチ制御手段により前記電圧検出手段からの出力信号に応じて前記スイッチ手段を制御する放電系回路と、前記主コンデンサと前記補助コンデンサを充電する電源を接続し、スイッチ手段を介して前記主コンデンサまたは前記主コンデンサと前記補助コンデンサの直列回路に充電制御回路により充電を行い、前記スイッチ手段によって得られた前記主コンデンサもしくは前記主コンデンサと補助コンデンサの直列接続の充電中の電圧を電圧検出手段により検出し、前記電圧検出手段からの出力信号に応じて、スイッチ制御手段により前記スイッチ手段を制御する充電系回路とを用い、前記放電系回路の放電方法に合わせて、前記充電系回路の充電方法を決定することを特徴としている。
【００２４】
また、１６）上記４）に記載のコンデンサ電源装置の充放電方法において、前記複数個接続された補助コンデンサの静電容量を順次に小さくして、常に出力端子に接続されている全てのコンデンサの残電荷量を同じにし、放電中に主コンデンサの電荷がマイナスにならないようにして、コンデンサ電源の供給可能な最低電圧を０Ｖ近くまで下げることを特徴としている。
【００２５】
また、本発明のコンデンサ電源装置は、１７）主コンデンサと電圧調整用の補助コンデンサを直列接続した回路と、出力端子に出力する出力電圧を前記主コンデンサもしくは前記主コンデンサと前記補助コンデンサの直列接続から得られるようにしたスイッチ手段と、前記スイッチ手段によって得られた前記主コンデンサもしくは前記主コンデンサと前記補助コンデンサの直列接続の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段からの出力信号に応じて、出力端子に接続された負荷に主コンデンサから電力を供給し、前記電圧検出手段の入力電圧が前記所定の電圧まで低下したとき、前記スイッチ手段を制御して、前記主コンデンサと補助コンデンサの直列接続を前記出力端子に接続するスイッチ制御手段とを有し、前記スイッチ手段で切換え接続する際には、前記補助コンデンサの電荷量と主コンデンサ１個の残電荷量とを常に等しくなるように、前記補助コンデンサの静電容量が設定されていることを特徴としている。
【００２６】
また、１８）主コンデンサと電圧調整用補助コンデンサを直列接続した回路と、前記主コンデンサと前記補助コンデンサを充電する電源と、スイッチ手段を介して前記主コンデンサまたは前記主コンデンサと前記補助コンデンサの直列回路に充電を行う充電制御回路と、前記スイッチ手段によって得られた前記主コンデンサもしくは前記主コンデンサと補助コンデンサの直列接続の充電中の電圧を検出する電圧検出手段と、充電開始時に、前記スイッチ手段を制御して、前記充電回路から前記主コンデンサと前記補助コンデンサの直列接続に充電を行い、充電電圧が第１の電圧に達した時点で、前記スイッチ手段を切り換え、前記主コンデンサだけを充電し、充電電圧が第２の電圧に達した時点で充電を完了するように制御するスイッチ制御手段を有することを特徴としている。
また、１９）上記１８）に記載のコンデンサ電源装置において、前記スイッチ制御手段は、満充電になったコンデンサを逐次切り離すことにより、各コンデンサの過充電を防止することを特徴としている。
また、本発明の同時充放電型のコンデンサ電源装置は、２０）上記１）または４）に記載のコンデンサ電源で構成された第１の電源供給手段と、該第１の電源供給手段が充電中に、負荷に電力を供給するための充電を必要とする第２の電源供給手段と、前記第１および第２の電源供給手段に充電電流を供給する充電制御回路と、該充電制御回路から充電電流を前記第１または第２の電源供給手段のどちらに供給するかを選択する充電切り換えスイッチ手段と、前記第１または第２の電源供給手段のどちらから負荷に電力を供給するかを選択する出力切り換えスイッチ手段とを有することを特徴としている。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態（請求項１に対応）を示す放電回路の構成図と特性曲線図である。
放電回路は、図１（ａ）に示すように、主コンデンサＣ１と出力電圧調整用の補助コンデンサＣ２と、これらのコンデンサに出力端子を切換え接続するスイッチＳＷ１、ＳＷ２と、これらのスイッチを制御するスイッチ制御手段２０と、出力端子の電圧を検出する電圧検出手段１０と、放電を制御する出力制御回路３０と、負荷４０とから構成されている。
主コンデンサＣ１、補助コンデンサＣ２は、大容量が得られる電気二重層コンデンサであり、耐圧は共に１.２Ｖとし、どちらも満充電されているものとする。また、出力端子の最低許容電圧を０.８Ｖとする。
【００２８】
図１（ａ）の回路における放電時の出力電圧と主コンデンサＣ１および補助コンデンサＣ２の電圧変化を、図１(ｂ)に示す。
放電開始時には、スイッチＳＷ１がオン、スイッチＳＷ２はオフに設定され、出力端子には主コンデンサＣ１の電圧である１.２Ｖが出力される。
放電が進んで、出力端子の電圧が最低許容電圧(０.８Ｖ)まで低下すると、電圧検出手段１０から出力信号がスイッチ制御手段２０に送られ、スイッチＳＷ１がオフ、スイッチＳＷ２はオンに切り換えられ、主コンデンサＣ１に補助コンデンサＣ２が直列に接続された電圧が出力端子に供給される。その結果、主コンデンサＣ１と補助コンデンサＣ２の電圧が加算され、出力端子電圧は２Ｖに上昇する。さらに放電が進むと、図１(ｂ)の実線で示すように徐々に出力端子電圧は低下する。破線は、主コンデンサＣ１と補助コンデンサＣ２が独立して放電した場合の電圧低下状況を示す曲線である。
【００２９】
なお、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の切り換えにより、図１（ｂ）のように、出力端子電圧が０．８Ｖから１．２Ｖに大きく変化するが、これは主コンデンサＣ１と補助コンデンサＣ２がそれぞれ１個ずつしかないので、変化が大きいのであり、実際には、複数個ずつ設けられるので、小電圧の変化で済むようになっている。
補助コンデンサＣ２の容量は、主コンデンサＣ１の電圧が０.８Ｖに低下したときに、主コンデンサＣ１に残っている電荷と同じ量の電荷が蓄えられる容量に設定されている。例えば、主コンデンサＣ１の容量を１０００Ｆとすると、主コンデンサＣ１の電圧が０.８Ｖのときに残っている電荷は１０００Ｆ×０.８Ｖ＝８００ｑであるから、補助コンデンサＣ２の容量は８００ｑ／１.２Ｖ＝６６７Ｆに設定される。
【００３０】
主コンデンサＣ１と補助コンデンサＣ２共１０００Ｆを使用した場合の放電時の出力端子電圧と主コンデンサＣ１と補助コンデンサＣ２の電圧変化を、図１(ｃ)に示す。すなわち、図１（ｂ）は本発明のように、補助コンデンサの静電容量を、補助コンデンサを満充電したときの蓄積電荷が、主コンデンサの電圧が所定の電圧まで低下したときの残電荷量とほぼ等しくなるように設定した場合の特性図であり、図１（ｃ）は比較のために従来の方法、つまり、主コンデンサも補助コンデンサも同じ静電容量に設定した場合の特性図である。これから明らかなように、本発明では、コンデンサの電荷を全て使用しているのに対して、従来技術では、一方が使い切った時点で他方は未だ残っていることがわかる。すなわち、コンデンサの電荷を全て使い切れないという点で、無駄が多いことになる。
また、従来技術では、補助コンデンサＣ２を使い切った時点では、主コンデンサＣ１は負方向に充電される、つまり補助コンデンサＣ２から逆充電されることになり、コンデンサに損傷を与える。
【００３１】
図１(ｂ)と(ｃ)から、エネルギー効率を比較すると、次のようになる。
（１）放電前に主コンデンサＣ１と補助コンデンサＣ２に蓄えられているエネルギー量を計算する。
主コンデンサＣ１と補助コンデンサＣ２共１０００Ｆの場合（従来技術）では、
(１０００×１.２×１.２)／２＋(１０００×１.２×１.２)／２＝１４４０・・・・・・・・・(式１)
主コンデンサが１０００Ｆで補助コンデンサが６６７Ｆの場合（本発明）では、
(１０００×１.２×１.２)／２＋(６６７×１.２×１.２)／２＝１２００・・・・・・・・・・・(式２)
（２）次に、主コンデンサＣ１と補助コンデンサＣ２の加算電圧が０.８Ｖに低下した時点で、両方のコンデンサに残っているエネルギー量を計算する。なお、この時点の両コンデンサの電圧は図１(ｂ)と(ｃ)に示している（破線参照）。
【００３２】
主コンデンサＣ１と補助コンデンサＣ２共１０００Ｆの場合（従来技術）では、
(１０００×０.２×０.２)／２＋(１０００×０.６×０.６)／２＝２００・・・・・・・・・・・(式３)
主コンデンサＣ１が１０００Ｆで補助コンデンサＣ２が６６７Ｆの場合（本発明）は、
(１０００×０.３２×０.３２)／２＋(６６７×０.４８×０.４８)／２＝１２９・・・・・(式４)
【００３３】
（３）放電後の残エネルギーの割合は、
主コンデンサＣ１と補助コンデンサＣ２共１０００Ｆの場合（従来技術）では、
２００／１４００＊１００＝１４％ ・・・・・・・・・・・(式５)
主コンデンサＣ１が１０００Ｆで補助コンデンサＣ２が６６７Ｆの場合（本発明）では、
１２９／１２００＊１００＝１１％ ・・・・・・・・・・・(式６)
(式５)と(式６)から判るように、補助コンデンサＣ２の容量を６６７Ｆにした場合には、１０００Ｆの場合に比べ３％効率がアップしていることが判る。すなわち、補助コンデンサＣ１の容量を主コンデンサの残電荷量と同じ電荷量を蓄えることができる容量まで減らすことで、エネルギー使用効率を高くすることができることを示している。さらに、補助コンデンサＣ２の容量が小さくなることによって、補助コンデンサＣ２を小型にできる分だけ省スペース化とコストダウンが可能となる。
【００３４】
図１に示した出力制御回路３０は、本発明には直接関わりないが、主コンデンサＣ１と補助コンデンサＣ２の電圧を加算したときに、負荷の最大許容電圧範囲を超えてしまう場合には、該出力制御回路３０によって負荷に与える電圧を制御すればよい。なお、出力制御回路３０としては、電源変換効率の高いスイッチングレギュレータなどを用いることが好ましい。
【００３５】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態（請求項２に対応）を示す充電回路の構成図と特性曲線図である。
本実施形態の充電回路は、図２（ａ）に示すように、図１の放電回路に充電制御回路５０を加えたものである。図２(ｂ)に充電中の充電電圧、主コンデンサＣ１および補助コンデンサＣ２の電圧の変化を示す。
充電開始時にはスイッチＳＷ２がオン、スイッチＳＷ１がオフに設定され、主コンデンサＣ１と補助コンデンサＣ２を直列に接続した状態で充電を行う。
充電が進んで、充電電圧が２Ｖに達すると補助コンデンサＣ２の電圧は定格電圧の１.２Ｖになる。ここで、電圧検出手段１０から出力信号がスイッチ制御手段２０に送られ、スイッチＳＷ２がオフ、スイッチＳＷ１はオンに切り換えられ、主コンデンサＣ１だけを充電する。主コンデンサＣ１の電圧が１.２Ｖに達すると、電圧検出手段１０から充電制御回路５０に充電停止信号が送られ、充電が完了する。
充電制御回路５０は、電力変換効率が高い電流出力型のスイッチングレギュレータを使用することで、充電時の電力ロスを少なくするようにしている。
【００３６】
（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態（請求項３に対応）を示す充放電回路の構成図である。
すなわち、図３は、図１の放電回路と図２の充電回路を組み合わせた充放電回路であり、切り換えスイッチＳＷ３で充電と放電を切り換えるようにしている。切り換えスイッチＳＷ３の共通接点ＣはコンデンサＣ１，Ｃ２の出力に接続され、接点Ａは充電回路に、接点Ｂは出力端子に接続されている。また、切り換えスイッチＳＷ３の制御は、スイッチ制御手段２０で行われる。
充電時は、切り換えスイッチＳＷ３がＡ側に接続されている。充電中の動作は、図２で説明した通りである。ただし、充電が完了すると充電を停止する替わりに切り換えスイッチＳＷ３を放電側Ｂに切り換えて放電を開始する。
放電中の動作は図１で説明した通りであるが、出力端子電圧が最低許容電圧(０．８Ｖ)を維持できなくなると、切り換えスイッチＳＷ３を充電側Ａに切り換えて充電を開始する。
【００３７】
（第４の実施形態）
図４は、本発明の第４の実施形態（請求項４に対応）を示す放電回路の構成図および特性曲線図である。
すなわち、図４（ａ）は、主コンデンサＣ１〜Ｃ６と補助コンデンサＣ７〜Ｃ１２を複数個用いた場合の放電回路の構成実施例である。
放電回路は、主コンデンサ６個(Ｃ１〜Ｃ６)を直列に接続した主コンデンサブロックと、出力電圧調整用の補助コンデンサ６個(Ｃ７〜Ｃ１２)を直列に接続した補助コンデンサブロックと、スイッチ(ＳＷ１〜ＳＷ７)と、電圧検出手段１０と、スイッチ制御手段２０とで構成されている。
スイッチ(ＳＷ１〜ＳＷ７)の一端は、補助コンデンサブロックを構成している補助コンデンサ(Ｃ７〜Ｃ１２)の各端子に接続され、他端は共通接続され出力端子および電圧検出手段１０の入力に接続されている。
【００３８】
主コンデンサブロックを構成している各コンデンサは全て同じもので、実施例では、容量１０００Ｆ耐圧１.２Ｖとする。補助コンデンサブロックを構成している各コンデンサの容量は後述するように全て異なり、主コンデンサブロックから離れるほど容量は少なくなる。なお、耐圧は全て１.２Ｖとする。
放電時の出力電圧の電圧変化を、図４(ｂ)に示す。放電開始時には、スイッチＳＷ１がオン、スイッチＳＷ２〜ＳＷ７はオフに設定され、出力端子には主コンデンサブロック(Ｃ１〜Ｃ６)の満充電電圧である７.２Ｖが出力される。
【００３９】
放電が進んで、出力端子電圧が最低許容電圧(例えば５.５Ｖ)まで低下すると、電圧検出手段１０から出力信号がスイッチ制御手段２０に送られ、スイッチＳＷ１がオフ、スイッチＳＷ２がオンに切り換えられ、補助コンデンサブロックのＣ７とＣ８の接続点が出力端子に接続される。その結果、主コンデンサブロックと補助コンデンサＣ７の電圧が加算され、出力端子電圧は６.７Ｖに上昇する。さらに放電が進み、再び、出力端子電圧が最低許容電圧(５．５Ｖ)まで低下すると、電圧検出手段１０から出力信号がスイッチ制御手段２０に送られ、スイッチＳＷ２がオフ、スイッチＳＷ３がオンに切り換えられ、補助コンデンサブロックのＣ８とＣ９の接続点が出力端子に接続される。その結果、主コンデンサブロックと補助コンデンサＣ７とＣ８の電圧が加算され、出力端子電圧は再び６.７Ｖに上昇する。以上の動作を、スイッチＳＷ７がオンするまで繰り返し行う。その場合、繰り返す周期は、順次短縮されていく。
【００４０】
補助コンデンサブロックの各補助コンデンサの容量は、以下のようにして決定される。補助コンデンサＣ７の容量は、該コンデンサが定格電圧まで充電された時に蓄えることができる電荷が、主コンデンサブロックの電圧が５.５Ｖまで低下したときに主コンデンサ１個に残っている電荷と同じになる容量に設定する。
例えば、主コンデンサブロックの電圧が５.５Ｖまで低下したときに、主コンデンサ１個に残っている電荷は１０００Ｆ×５.５Ｖ／６個＝９１７ｑであるから、補助コンデンサＣ７の静電容量は９１７ｑ／１.２Ｖ＝７６４Ｆとなる。
【００４１】
次に、補助コンデンサＣ８の容量を決定する。補助コンデンサＣ８の容量は、該コンデンサが定格電圧まで充電された時に蓄えることができる電荷が、主コンデンサブロックと補助コンデンサＣ７の直列接続時の出力電圧が最低許容電圧(５．５Ｖ)まで低下したときに、主コンデンサ１個に残っている電荷と同じになる容量に設定する。具体的には、このとき主コンデンサ１個に残っている電荷は７５２ｑであるから、補助コンデンサＣ８の静電容量は７５２ｑ／１.２Ｖ＝６２７Ｆとなる。
【００４２】
上記のように、補助コンデンサＣ９からＣ１２についても、主コンデンサブロックとそれに接続されている補助コンデンサ群の合計の電圧が最低許容電圧(５．５Ｖ)まで低下した時点の主コンデンサ１個に残っている電荷と同じ電荷量が蓄えられる容量に設定すればよい。
結果のみ記載すると、各補助コンデンサの容量は次のようになる。補助コンデンサＣ９は５１４Ｆ、Ｃ１０は４２２Ｆ、Ｃ１１は３４７Ｆ、Ｃ１２は２８５Ｆとなる。
【００４３】
もちろん、これらの静電容量の値は出力端子における最低許容電圧を何ボルトに設定するかによって変わってくるので、コンデンサ電源装置の使用条件に合わせて補助コンデンサＣ７〜Ｃ１２の容量を決定すればよい。
実施例では、補助コンデンサＣ７〜Ｃ１２の数を主コンデンサＣ１〜Ｃ６と同じにしてあるが、特に同じにする必要はなく、適宜増減してもかまわない。しかし、コンデンサに充電した電荷を有効に活用するには、補助コンデンサの数を主コンデンサの数と同数か、それ以上にすることが望ましい。
【００４４】
本発明では、補助コンデンサの数をいくら増やしても、補助コンデンサの静電容量を次第に小さくするので、後述するように、常に、出力端子に接続されている全てのコンデンサの残電荷量は同じなので、図１(ｃ)で示すように、主コンデンサの電荷がマイナスになってしまうことがないことも大きな特徴である。すなわち、コンデンサ電源の供給可能な最低電圧を０Ｖ近くまで下げることができるので、許容最低電圧の低い用途であれば、さらに電源利用効率を上げることが可能である。
【００４５】
補助コンデンサＣ７からＣ１２を接続するときは、接続する補助コンデンサの電荷量と主コンデンサ１個の残電荷量と同じであるから、主コンデンサ１個の残電荷量と各補助コンデンサの残電荷量は常に等しくなっている。上記では、「主コンデンサ１個に残っている電荷と同じになるように設定する」と述べたが、「既に主コンデンサブロックに接続されている補助コンデンサの残電荷量」と同じと言い換えても差し支えない。
【００４６】
出力制御回路３０については図１で述べた内容と同じで、コンデンサの切り換えに伴い、出力電圧が負荷の最大許容電圧を超えないようにするものである。
なお、実施例では、出力端子電圧の最低許容電圧を５.５Ｖとしたが、この電圧を６Ｖにすると、出力電圧は常に７.２Ｖから６Ｖとコンデンサ１個分の定格電圧範囲内に収めることができるようになり、このような条件では、出力制御回路３０が不要になる可能性がある。
【００４７】
（第５の実施形態）
図５は、本発明の第５の実施形態（請求項６に対応）を示す充電回路の構成図と特性曲線図である。
図５（ａ）は、図４で用いたコンデンサ電源装置の充電回路の実施例を示している。充電回路は、図４の放電回路に充電制御回路５０を加えたものである。図５(ｂ)に、充電中の充電電圧の変化を示す。
充電開始時にはスイッチＳＷ７がオン、スイッチＳＷ６〜ＳＷ１がオフに設定され、主コンデンサブロックと補助コンデンサブロックを直列に接続した状態で充電を行う。
【００４８】
充電が進んで、充電電圧が７.２Ｖに達すると、補助コンデンサＣ１２の電圧は定格電圧の１.２Ｖに達する。ここで、電圧検出手段１０から出力信号がスイッチ制御手段２０に送られ、スイッチＳＷ７がオフ、スイッチＳＷ６はオンに切り換えられ、補助コンデンサＣ１２を除いた補助コンデンサブロックと主コンデンサブロックが充電される。
さらに充電が進んで、再び充電電圧が７.２Ｖに達すると、補助コンデンサＣ１１の電圧は定格電圧の１.２Ｖに達する。ここで、再び電圧検出手段１０から出力信号がスイッチ制御手段２０に送られ、スイッチＳＷ６がオフ、スイッチＳＷ５はオンに切り換えられ、補助コンデンサＣ１２とＣ１１を除いた補助コンデンサブロックと主コンデンサブロックが充電される。以上の動作を繰り返し、主コンデンサブロックだけの電圧が７.２Ｖに達すると、電圧検出手段１０から充電制御回路５０に充電停止信号が送られ、充電が完了する。
なお、充電のシーケンスの決定は、放電の順序により変わってくる。すなわち、先ず、放電方法を決定してから、充電方法を決定することになる。本発明では、このように放電系回路の放電方法に合わせて、充電系回路の充電方法を決定することも特徴としている。
【００４９】
（第６の実施形態）
図６は、本発明の第６の実施形態（請求項８に対応）を示す充放電回路の構成図である。
図６は、図４の放電回路と図５の充電回路を組み合わせた充放電電回路であり、切り換えスイッチＳＷ８で充電と放電を切り換えるようにしている。切り換えスイッチＳＷ８の共通接点(Ｃ)はコンデンサブロックの出力に接続され、接点(Ａ)は充電回路に、接点(Ｂ)は出力端子に接続されている。また、切り換えスイッチＳＷ８の制御は、スイッチ制御手段２０で行われる。
充電時は、切り換えスイッチＳＷ８が充電側(Ａ)に接続されている。充電中の動作は、図５で説明した通りである。ただし、充電が完了すると充電を停止する替わりに、切り換えスイッチＳＷ８を放電側(Ｂ)に切り換えて放電を開始する。放電中の動作は図４で説明した通りであるが、出力端子電圧が最低許容電圧(例えば５．５Ｖ)を維持できなくなると、切り換えスイッチＳＷ８を充電側(Ａ)に切り換えて充電を開始する。
【００５０】
（第７の実施形態）
図７は、本発明の第７の実施形態（請求項９に対応）を示す充放電回路の構成図である。
既述したコンデンサ電源装置では、コンデンサを充電中は負荷への給電は停止してしまう。本実施例では、この点を改良している。すなわち、放電しながら充電を行うことができるものである。
電源供給手段（１）６０は、図１および図４で説明したコンデンサ電源である。電源供給手段（２）７０は、電源供給手段６０が充電中の間だけ負荷に電力を供給するために補助電源である。コンデンサの充電は２次電池と異なり、きわめて急速充電が可能なため、電源供給手段７０の容量は比較的小さくてもよいので、コンデンサや小型の２次電池が使用できる。もちろん、本発明のコンデンサ電源装置を使用することも可能である。
【００５１】
充電制御回路５０の出力は、充電切り換えスイッチＳＷ１の共通端子に接続されている。スイッチＳＷ１の端子(Ａ１)には電源供給手段６０の出力が、端子(Ｂ１)には電源供給手段７０の出力が接続されている。
出力端子は出力切り換えスイッチＳＷ２の共通端子に接続されている。スイッチＳＷ２の端子(Ａ２)にはスイッチＳＷ１の端子(Ａ１)および、電源供給手段６０の出力が、端子(Ｂ２)にはスイッチＳＷ１の端子(Ｂ２)および電源供給手段７０の出力が接続されている。
【００５２】
図７に記載されているスイッチの状態から説明すると、充電切り換えスイッチＳＷ１は電源供給手段７０側に、出力切り換えスイッチＳＷ２は電源供給手段６０側に接続されているので、負荷には電源供給手段６０から電力が供給されている。電源供給手段６０の電圧が低下し、出力端子の最低許容電圧を維持できなくなると、電源供給手段６０からスイッチ切り換え信号と充電開始信号が出力され、充電切り換えスイッチＳＷ１と出力切り換えスイッチＳＷ２を同時に切り換え、充電制御回路５０を作動させる。
【００５３】
電源供給手段７０は、電源供給手段６０が負荷に電力を供給している間に充電制御回路５０から充電され、満充電状態になると充電停止信号を出力し、充電制御回路５０の動作を停止する。
電源供給手段６０からの出力信号で両スイッチＳＷ１，ＳＷ２が切り換えられ、電源供給手段６０の充電が開始される。この間は、電源供給手段７０より負荷に電力が供給される。
電源供給手段６０の充電が完了すると電源供給手段６０からスイッチ切り換え信号が出力され、充電切り換えスイッチＳＷ１と出力切り換えスイッチＳＷ２を同時に切り換え、電源供給手段６０を放電側に、電源供給手段７０を充電側に切り換える。
以上の動作を繰り返すことで、負荷に連続的に電力を供給することができる。例えば、携帯電話機の電源装置として、図７の回路を使用すれば、通話中にも充電することができるので、通話中に電源オフで通話が中断されることがない。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、補助コンデンサの静電容量を、該コンデンサが満充電されたときの充電電荷が、該コンデンサを既に負荷に接続されているコンデンサの残電荷と同じになるようにしたため、補助コンデンサの静電容量を小さくでき、コンデンサ電源の小型化とコストダウンを図ることができる。さらに、過放電になった場合にも、特定のコンデンサを逆電圧に充電することがないため、低電圧まで電力供給が可能である。
充電に際しても、満充電になったコンデンサを逐次切り離すようにしたため、過充電の心配がなく、過充電を防ぐバイパス回路も不要で、充電時の電力効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す放電回路の構成図および特性曲線図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す放電回路の構成図および特性曲線図である。
【図３】本発明の第３の実施形態を示す充放電回路の構成図である。
【図４】本発明の第４の実施形態を示す放電回路の構成図および特性曲線図である。
【図５】本発明の第５の実施形態を示す充電回路の構成図および特性曲線図である。
【図６】本発明の第６の実施形態を示す充放電回路の構成図である。
【図７】本発明の第７の実施形態を示す充放電回路の構成図である。
【図８】従来の充放電回路の構成例図である。
【符号の説明】
１０…電圧検出手段、２０…スイッチ制御手段、３０…出力制御回路、
４０…負荷、５０…充電制御回路、６０…電源供給手段（１）、
７０…電源供給手段（２）、８０…充電回路、Ｃ１…主コンデンサ、
Ｃ２…補助コンデンサ、ＳＷ１〜ＳＷ７…切り換えスイッチ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a capacitor power supply device in which a connection between a main capacitor and an auxiliary capacitor is switched according to a charge / discharge state in a power supply source in which a main capacitor is connected in series with an auxiliary capacitor for voltage adjustment, and a charging method thereof.
[0002]
[Prior art]
The electric double layer capacitor is capable of quick charging as compared to a secondary battery that takes a long time to charge. In addition, the electric double layer capacitor has an advantage over secondary batteries that it can store a large amount of energy. Therefore, it is used as a power supply device of an electric vehicle or a large-scale power supply device, and is also used as a power supply device of a mobile phone.
However, when power is stored in the capacitor and the capacitor is used, the terminal voltage of the capacitor is Q = CV 2 / 2 greatly varies based on the relationship of / 2. As described above, in a power supply device using a capacitor whose voltage greatly decreases as energy is extracted from a fully charged state, a measure for effectively utilizing the stored energy is essential.
[0003]
For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-152495, as shown in FIG. 8, output capacitor banks C1 to C3 charged and discharged in a set range of the output voltage, and charged and discharged in an allowable variation range of the output voltage. Adjusting capacitor banks C4, C5, switching means S1 to S3 for connecting or disconnecting the adjusting capacitor banks C4, C5 in series to or from the output capacitor banks C1 to C3, and according to the output voltage. It comprises a control circuit A1 for controlling the switching means S1 to S3, and a
[0004]
In the charging from the full discharge of the capacitor power supply device, charging is started from a state in which all the capacitor banks C1 to C5 are connected in series by first turning on only the switch S3. When detecting that the control circuit A1 has risen to the first set level E1, the switch S3 is turned off and only the switch S2 is turned on, so that the capacitor banks C1 to C4 are connected in series. When the second set level E2 is reached, the switch S2 is turned off and only the switch S1 is turned on, so that the capacitor banks C1 to C3 are connected in series. When the battery is charged up to the rated voltage, it is fully charged.
Conversely, in discharging, only the switch S1 is turned on, and when the voltage drops below the second set level E2, only the switch S2 is turned on, so that the capacitor bank C4 is added in series, and furthermore, the first set level E1 is turned on. When the voltage drops, only the switch S3 is turned on, thereby adding the capacitor banks C4 and C5 in series to compensate for the decrease in the output voltage. As a result, the connection of the capacitor can be controlled with a small number of switches, so that the device cost can be reduced and the reliability can be improved.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-152495
[Non-patent document 1]
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the technique disclosed in the above publication (Patent Document 1), the adjustment capacitor may be the same as the output capacitor, or the capacitance may be made smaller or larger. In the latter half, it is possible to select a design according to the purpose, such as whether to use the same capacitor to facilitate manufacturing, or to adjust the capacitance using parts to make effective use of the storage amount However, there is no clear description as to how much the capacitance of the adjustment capacitor should be made.
[0007]
When the adjusting capacitor has the same capacity as the output capacitor, as described in the paragraph [0029] of the above-mentioned publication, the charging of the adjusting capacitor does not reach the full charge, and 100% is not effectively used. Further, the advantages and disadvantages when the capacitance of the adjustment capacitor is made larger and smaller than the capacitance of the output capacitor are not clearly discussed.
[0008]
(Purpose)
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and when the same capacitor is used as the main capacitor and the voltage adjusting capacitor, the capacitance of the voltage adjusting capacitor can be reduced. An object of the present invention is to provide a capacitor power supply device capable of minimizing the entire volume and reducing cost, and a charging method thereof.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The discharging method of the capacitor power supply device of the present invention is as follows. 1) A main capacitor and an auxiliary capacitor for voltage adjustment are connected in series, and an output voltage output to an output terminal by a switch means is output to the main capacitor or the main capacitor and the auxiliary capacitor. And the voltage of the main capacitor or the serial connection of the main capacitor and the auxiliary capacitor obtained by the switch means is detected by a voltage detection means, and the voltage from the voltage detection means is detected by a switch control means. In the discharging method of the capacitor power supply device for controlling the switching means according to an output signal, the capacitance of the auxiliary capacitor, the accumulated charge when the auxiliary capacitor is fully charged, the voltage of the main capacitor is a predetermined voltage Set to be approximately equal to the residual charge when the The switch control means initially supplies power from a main capacitor to a load connected to an output terminal, and when the input voltage of the voltage detection means decreases to the predetermined voltage, controls the switch means, It is characterized in that a series connection of a main capacitor and an auxiliary capacitor is connected to the output terminal to compensate for a decrease in output voltage.
[0010]
Also, the charging method of the capacitor power supply device of the present invention includes: 2) connecting a main capacitor and an auxiliary capacitor for voltage adjustment in series, connecting a power supply for charging the main capacitor and the auxiliary capacitor, and A charge control circuit charges the main capacitor or a series circuit of the main capacitor and the auxiliary capacitor by a charge control circuit, and detects a voltage during charging of the main capacitor or the series connection of the main capacitor and the auxiliary capacitor obtained by the switch means. Switch control means for controlling the switch means in response to an output signal from the voltage detection means and controlling the switch means at the start of charging, so that the main circuit and the auxiliary capacitor are controlled by the charging circuit. The capacitor is connected in series and charged when the charging voltage reaches the first voltage. Switching the switch means to charge only said main capacitor, it is characterized in that the charging voltage was set to complete the charging when it reaches the second voltage.
[0011]
Further, the method for charging and discharging a capacitor power supply device according to the present invention includes: 3) a method for charging and discharging a capacitor power supply device including the method for discharging a capacitor power supply device described in 1) above and the method for charging described in 2) above. During discharge, the discharge described in 1) above is performed by a switching switch for switching the series connection of the main capacitor and the auxiliary capacitor between a charge side and a discharge side, and the voltage of the series connection of the main capacitor and the auxiliary capacitor is discharged. Is lower than the allowable voltage for the load, the changeover switch is switched to the charging side. During charging, the charging described in 2) above is performed, and the voltage of the main capacitor reaches the second voltage. The present invention is characterized in that the changeover switch means is switched to the discharge side at a point in time.
[0012]
4) A plurality of capacitors having the same capacitance are connected in series to form a main capacitor block, and a plurality of auxiliary capacitors for voltage adjustment are connected in series to form an auxiliary capacitor block. The main capacitor block and the auxiliary capacitor block are connected to each other. It is connected in series, the output voltage to be output to the output terminal is obtained from the connection point of each auxiliary capacitor constituting the main capacitor block or the auxiliary capacitor block by the switch means, and the output voltage is detected by the voltage detection means. A charging / discharging method for a capacitor power supply device, wherein the switch control means controls the switch means in accordance with an output from the voltage detection means, wherein the switch control means initially includes a main capacitor connected to a load connected to an output terminal. Power is supplied from the block, and the voltage detecting means When the input voltage drops to a predetermined voltage, the switch means is controlled to add the number of series stages of the auxiliary capacitor bank connected to the output terminal one by one from the output capacitor block side, and the output voltage is allowed to fluctuate. Within the range, the capacity of the auxiliary capacitor added when the input voltage of the voltage detecting means drops to a predetermined voltage, and the accumulated electric charge when the auxiliary capacitor is fully charged are determined by the input of the voltage detecting means. When the voltage drops to a predetermined voltage, the charge is set so as to be substantially equal to the charge remaining in one main capacitor constituting the main capacitor block.
[0013]
5) The method for charging and discharging a capacitor power supply device according to 4) above, wherein the allowable range of the output voltage is a full charge voltage of one auxiliary capacitor constituting the auxiliary capacitor block. .
[0014]
6) In the charging / discharging method for the capacitor power supply device according to 4), the main capacitor block and the auxiliary capacitor block are connected in series, and a power supply for charging the main capacitor block and the auxiliary capacitor block is connected. Charging the main capacitor block or a series circuit of the main capacitor block and the auxiliary capacitor block via a switch unit under the control of a charge control circuit, detecting a charging voltage by a voltage detecting unit, In response to the output, the switch control means controls the switch means, and the switch control means controls the switch means at the start of charging, so that a series circuit of the main capacitor block and the auxiliary capacitor block from the charging circuit. And the charging voltage reaches the third voltage At this point, the switch means is switched, and the number of series stages of the auxiliary capacitor block is reduced one by one from the far side of the main capacitor block. At the end, only the main capacitor is charged, and when the charging voltage reaches the fourth voltage. It is characterized in that charging is completed.
[0015]
7) The method for charging a capacitor power supply device according to 6) above, wherein the third voltage and the fourth voltage are the same.
[0016]
8) In the charging / discharging method for the capacitor power supply device described in 4) or 5) above and the charging / discharging method for a capacitor power supply device including the charging method described in 6) or 7) above, The series connection of the auxiliary capacitor block is switched to a charging side and a discharging side by a changeover switch means. During discharging, the discharging described in 4) above is performed, and the voltage of the series connection of the main capacitor block and the auxiliary capacitor block is reduced. If the voltage falls below the allowable voltage for the load, the changeover switch is switched to the charging side. During charging, the charging described in 6) above is performed, and the voltage of the main capacitor block reaches the fourth voltage. In this case, the changeover switch is switched to the discharge side.
[0017]
Also, 9) a first power supply means composed of the capacitor power supply described in 1) or 4) above, and charging for supplying power to a load is required while the first power supply means is charging. A second power supply means, a charge control circuit for supplying a charge current to the first and second power supply means, and a charge current supplied from the charge control circuit to the first or second power supply means. A charge changeover switch for selecting which of the first and second power supply means, and an output changeover switch for selecting which of the first and second power supply means supplies power to the load; When the supply means drops below a predetermined voltage, the charge control circuit is activated in accordance with an output signal output from the first power supply means, and the charge changeover switch means is simultaneously operated by the first power supply means. Power supply An output signal output from the first power supply means when the charging of the first power supply means is completed by switching the output changeover switch means to the second power supply means side; In response to the above, the charge switching switch is switched to the second power supply and the output switch is switched to the first power supply, and the charging of the second power supply is completed. At a point in time, the operation of the charge control circuit is stopped.
[0018]
10) In the charging / discharging method for a capacitor power supply device according to 9) above, the second power supply unit is a capacitor.
[0019]
11) In the charging / discharging method for a capacitor power supply device according to 9) above, the second power supply unit is a secondary battery.
[0020]
12) In the charging / discharging method for a capacitor power supply device according to 9) above, the second power supply unit is the capacitor power supply device according to 1) or 4) above.
[0021]
13) In the charging or charging / discharging method for the capacitor power supply device according to 2), 6) or 9) above, the charge control circuit is constituted by a current output type DC-DC converter. I have.
[0022]
(14) In the method for charging, discharging or charging / discharging the capacitor power supply device according to any one of (1) to (3), all of the capacitors are electric double-layer capacitors.
[0023]
15) connecting a main capacitor and an auxiliary capacitor for voltage adjustment in series, so that an output voltage to be output to an output terminal by a switch means can be obtained from the series connection of the main capacitor or the main capacitor and the auxiliary capacitor; The voltage of the main capacitor or the series connection of the main capacitor and the auxiliary capacitor obtained by the switch means is detected by voltage detection means, and the switch means is controlled by switch control means in accordance with an output signal from the voltage detection means. A discharge system circuit to be controlled, a power supply for charging the main capacitor and the auxiliary capacitor are connected, and charging is performed by a charge control circuit to a series circuit of the main capacitor or the main capacitor and the auxiliary capacitor via switch means, The main condenser obtained by the switch means; And a charging system circuit for detecting a voltage during charging of the series connection of the main capacitor and the auxiliary capacitor by voltage detecting means, and controlling the switch means by switch control means in accordance with an output signal from the voltage detecting means. And determining the charging method of the charging system circuit in accordance with the discharging method of the discharging system circuit.
[0024]
16) In the charging / discharging method for a capacitor power supply device according to 4), the capacitance of the plurality of connected auxiliary capacitors may be sequentially reduced so that all the capacitors connected to the output terminal are always connected. It is characterized in that the remaining voltage is the same, the charge of the main capacitor does not become negative during discharging, and the minimum voltage that can be supplied by the capacitor power supply is reduced to near 0V.
[0025]
Also, the capacitor power supply device of the present invention may be configured as follows: 17) a circuit in which a main capacitor and an auxiliary capacitor for voltage adjustment are connected in series, and an output voltage output to an output terminal is connected in series with the main capacitor or the main capacitor and the auxiliary capacitor. Switch means, a voltage detection means for detecting a voltage of the main capacitor or a series connection of the main capacitor and the auxiliary capacitor obtained by the switch means, and an output signal from the voltage detection means. In response, a power is supplied from a main capacitor to a load connected to an output terminal, and when the input voltage of the voltage detecting means decreases to the predetermined voltage, the switch means is controlled to control the main capacitor and the auxiliary capacitor. Switch control means for connecting a series connection of When switching connection, a charge amount and main capacitor one remaining charge amount of the auxiliary capacitor to always equal, the capacitance of the auxiliary capacitor is characterized in that it is set.
[0026]
18) a circuit in which a main capacitor and an auxiliary capacitor for voltage adjustment are connected in series, a power supply for charging the main capacitor and the auxiliary capacitor, and a series connection of the main capacitor or the main capacitor and the auxiliary capacitor via switch means. A charge control circuit for charging a circuit; a voltage detecting means for detecting a voltage during charging of the main capacitor obtained by the switch means or a serial connection of the main capacitor and the auxiliary capacitor; and a switch means for starting charging. To charge the series connection of the main capacitor and the auxiliary capacitor from the charging circuit, and when the charging voltage reaches the first voltage, switch the switch means to charge only the main capacitor. Switch control for controlling charging to be completed when the charging voltage reaches the second voltage It is characterized by having steps.
19) In the capacitor power supply device described in 18) above, the switch control means prevents overcharge of each capacitor by sequentially disconnecting the fully charged capacitors.
In addition, a simultaneous charge / discharge type capacitor power supply device of the present invention includes: 20) a first power supply means constituted by the capacitor power supply described in 1) or 4) above, and wherein the first power supply means is charging. A second power supply unit that requires charging for supplying power to the load, a charge control circuit that supplies a charging current to the first and second power supply units, and a charge control circuit that performs charging from the charge control circuit. A charge changeover switch for selecting which of the first and second power supply means the current is supplied to, and a selection of which of the first and second power supply means to supply power to the load. Output switching means.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram and a characteristic curve diagram of a discharge circuit according to a first embodiment (corresponding to claim 1) of the present invention.
As shown in FIG. 1A, the discharge circuit controls a main capacitor C1, an auxiliary capacitor C2 for adjusting an output voltage, switches SW1 and SW2 for switching and connecting output terminals to these capacitors, and controls these switches. It comprises a switch control means 20, a voltage detection means 10 for detecting a voltage of an output terminal, an
The main capacitor C1 and the auxiliary capacitor C2 are electric double-layer capacitors capable of obtaining a large capacity, have a withstand voltage of 1.2 V, and are both fully charged. The minimum allowable voltage of the output terminal is set to 0.8V.
[0028]
FIG. 1B shows the output voltage and the voltage changes of the main capacitor C1 and the auxiliary capacitor C2 at the time of discharging in the circuit of FIG.
At the start of discharging, the switch SW1 is turned on and the switch SW2 is turned off, and 1.2 V which is the voltage of the main capacitor C1 is output to the output terminal.
When the discharge proceeds and the voltage at the output terminal drops to the minimum allowable voltage (0.8 V), an output signal is sent from the voltage detection means 10 to the switch control means 20, and the switch SW1 is turned off and the switch SW2 is turned on. A voltage in which the auxiliary capacitor C2 is connected in series to the main capacitor C1 is supplied to the output terminal. As a result, the voltages of the main capacitor C1 and the auxiliary capacitor C2 are added, and the output terminal voltage rises to 2V. As the discharge further proceeds, the output terminal voltage gradually decreases as shown by the solid line in FIG. A broken line is a curve showing a voltage drop situation when the main capacitor C1 and the auxiliary capacitor C2 are independently discharged.
[0029]
By switching the switches SW1 and SW2, as shown in FIG. 1B, the output terminal voltage greatly changes from 0.8 V to 1.2 V. This is because one main capacitor C1 and one auxiliary capacitor C2 are provided. Therefore, the change is large. Actually, since a plurality of the switches are provided, only a small change in the voltage is required.
The capacity of the auxiliary capacitor C2 is set so that when the voltage of the main capacitor C1 drops to 0.8 V, the same amount of charge as the charge remaining in the main capacitor C1 is stored. For example, assuming that the capacity of the main capacitor C1 is 1000F, when the voltage of the main capacitor C1 is 0.8V, the remaining charge is 1000F × 0.8V = 800q. Therefore, the capacity of the auxiliary capacitor C2 is 800q / 1. 2V = 667F is set.
[0030]
FIG. 1C shows the output terminal voltage and the voltage change of the main capacitor C1 and the auxiliary capacitor C2 at the time of discharge when both the main capacitor C1 and the auxiliary capacitor C2 use 1000F. That is, FIG. 1 (b) shows the capacitance of the auxiliary capacitor as in the present invention, the accumulated charge when the auxiliary capacitor is fully charged, and the residual charge when the voltage of the main capacitor is reduced to a predetermined voltage. FIG. 1 (c) is a characteristic diagram for the conventional method for comparison, that is, a characteristic diagram when the main capacitor and the auxiliary capacitor are set to the same capacitance. . As is apparent from the above, in the present invention, all the electric charges of the capacitor are used, whereas in the prior art, when one is used up, the other still remains. In other words, there is a lot of waste in that all the charges of the capacitor cannot be used up.
In addition, in the related art, when the auxiliary capacitor C2 is used up, the main capacitor C1 is charged in the negative direction, that is, reversely charged from the auxiliary capacitor C2, thereby damaging the capacitor.
[0031]
From FIG. 1B and FIG. 1C, a comparison of energy efficiency is as follows.
(1) Calculate the amount of energy stored in the main capacitor C1 and the auxiliary capacitor C2 before discharging.
In the case where both the main capacitor C1 and the auxiliary capacitor C2 are 1000F (prior art),
(1000 × 1.2 × 1.2) / 2 + (1000 × 1.2 × 1.2) / 2 = 1440 (Equation 1)
When the main capacitor is 1000F and the auxiliary capacitor is 667F (the present invention),
(1000 × 1.2 × 1.2) / 2 + (667 × 1.2 × 1.2) / 2 = 1200 (Formula 2)
(2) Next, when the added voltage of the main capacitor C1 and the auxiliary capacitor C2 drops to 0.8 V, the amount of energy remaining in both capacitors is calculated. The voltages of both capacitors at this point are shown in FIGS. 1B and 1C (see broken lines).
[0032]
In the case where both the main capacitor C1 and the auxiliary capacitor C2 are 1000F (prior art),
(1000 × 0.2 × 0.2) / 2 + (1000 × 0.6 × 0.6) / 2 = 200 (Equation 3)
When the main capacitor C1 is 1000F and the auxiliary capacitor C2 is 667F (the present invention),
(1000 × 0.32 × 0.32) / 2 + (667 × 0.48 × 0.48) / 2 = 129 (Equation 4)
[0033]
(3) The ratio of residual energy after discharge is
In the case where both the main capacitor C1 and the auxiliary capacitor C2 are 1000F (prior art),
200/1400 * 100 = 14% (Equation 5)
When the main capacitor C1 is 1000F and the auxiliary capacitor C2 is 667F (the present invention),
129/1200 * 100 = 11% (Equation 6)
As can be seen from (Equation 5) and (Equation 6), when the capacity of the auxiliary capacitor C2 is 667F, the efficiency is improved by 3% as compared with the case of 1000F. That is, it is shown that the energy use efficiency can be increased by reducing the capacity of the auxiliary capacitor C1 to a capacity capable of storing the same charge as the remaining charge of the main capacitor. Further, since the capacity of the auxiliary capacitor C2 is reduced, the space and the cost can be reduced as much as the size of the auxiliary capacitor C2 can be reduced.
[0034]
The
[0035]
(Second embodiment)
FIG. 2 is a configuration diagram and a characteristic curve diagram of a charging circuit according to a second embodiment (corresponding to claim 2) of the present invention.
As shown in FIG. 2A, the charging circuit of the present embodiment is obtained by adding a charging
At the start of charging, the switch SW2 is turned on and the switch SW1 is turned off, and charging is performed with the main capacitor C1 and the auxiliary capacitor C2 connected in series.
When the charging proceeds and the charging voltage reaches 2V, the voltage of the auxiliary capacitor C2 becomes the rated voltage of 1.2V. Here, an output signal is sent from the voltage detection means 10 to the switch control means 20, and the switch SW2 is turned off, the switch SW1 is turned on, and only the main capacitor C1 is charged. When the voltage of the main capacitor C1 reaches 1.2 V, a charging stop signal is sent from the voltage detecting means 10 to the charging
The
[0036]
(Third embodiment)
FIG. 3 is a configuration diagram of a charge / discharge circuit according to a third embodiment (corresponding to claim 3) of the present invention.
That is, FIG. 3 shows a charging / discharging circuit in which the discharging circuit of FIG. 1 and the charging circuit of FIG. 2 are combined, and the switching switch SW3 switches between charging and discharging. The common contact C of the changeover switch SW3 is connected to the outputs of the capacitors C1 and C2, the contact A is connected to the charging circuit, and the contact B is connected to the output terminal. The control of the changeover switch SW3 is performed by the switch control means 20.
During charging, the changeover switch SW3 is connected to the A side. The operation during charging is as described with reference to FIG. However, when the charging is completed, instead of stopping the charging, the switch SW3 is switched to the discharging side B to start discharging.
The operation during discharging is as described with reference to FIG. 1. If the output terminal voltage cannot maintain the minimum allowable voltage (0.8 V), the changeover switch SW3 is switched to the charging side A to start charging.
[0037]
(Fourth embodiment)
FIG. 4 is a configuration diagram and a characteristic curve diagram of a discharge circuit according to a fourth embodiment (corresponding to claim 4) of the present invention.
That is, FIG. 4A is a configuration example of a discharge circuit when a plurality of main capacitors C1 to C6 and auxiliary capacitors C7 to C12 are used.
The discharge circuit includes a main capacitor block in which six main capacitors (C1 to C6) are connected in series, an auxiliary capacitor block in which six auxiliary capacitors (C7 to C12) for adjusting output voltage are connected in series, and a switch (SW1). To SW7),
One end of each of the switches (SW1 to SW7) is connected to each terminal of an auxiliary capacitor (C7 to C12) constituting an auxiliary capacitor block, and the other end is commonly connected to an output terminal and an input of the voltage detection means 10. ing.
[0038]
The capacitors constituting the main capacitor block are all the same, and have a capacity of 1000 F and a withstand voltage of 1.2 V in the embodiment. As will be described later, the capacities of the capacitors constituting the auxiliary capacitor block are all different, and the capacitance decreases as the distance from the main capacitor block increases. The breakdown voltage is all 1.2V.
FIG. 4B shows a voltage change of the output voltage at the time of discharging. At the start of discharging, the switch SW1 is turned on, the switches SW2 to SW7 are turned off, and 7.2 V which is the full charge voltage of the main capacitor block (C1 to C6) is output to the output terminal.
[0039]
When the discharge proceeds and the output terminal voltage decreases to the minimum allowable voltage (for example, 5.5 V), an output signal is sent from the voltage detection means 10 to the switch control means 20, and the switch SW1 is turned off and the switch SW2 is turned on. The connection point between C7 and C8 of the auxiliary capacitor block is connected to the output terminal. As a result, the voltages of the main capacitor block and the auxiliary capacitor C7 are added, and the output terminal voltage rises to 6.7V. When the discharge further proceeds and the output terminal voltage drops again to the minimum allowable voltage (5.5 V), an output signal is sent from the voltage detection means 10 to the switch control means 20, and the switch SW2 is turned off and the switch SW3 is turned on. The connection point between C8 and C9 of the auxiliary capacitor block is connected to the output terminal. As a result, the voltages of the main capacitor block and the auxiliary capacitors C7 and C8 are added, and the output terminal voltage rises to 6.7V again. The above operation is repeated until the switch SW7 is turned on. In that case, the repetition period is sequentially shortened.
[0040]
The capacity of each auxiliary capacitor of the auxiliary capacitor block is determined as follows. The capacity of the auxiliary capacitor C7 is such that the charge that can be stored when the capacitor is charged to the rated voltage is the same as the charge remaining in one main capacitor when the voltage of the main capacitor block drops to 5.5V. Set the capacity to
For example, when the voltage of the main capacitor block is reduced to 5.5 V, the electric charge remaining in one main capacitor is 1000F × 5.5 V / 6 = 917q, so the capacitance of the auxiliary capacitor C7 is 917q. /1.2V=764F.
[0041]
Next, the capacity of the auxiliary capacitor C8 is determined. As for the capacity of the auxiliary capacitor C8, the electric charge that can be stored when the capacitor is charged to the rated voltage is reduced to the minimum allowable voltage (5.5V) when the main capacitor block and the auxiliary capacitor C7 are connected in series. Sometimes, the capacitance is set to be the same as the charge remaining in one main capacitor. Specifically, at this time, since the electric charge remaining in one main capacitor is 752q, the capacitance of the auxiliary capacitor C8 is 752q / 1.2V = 627F.
[0042]
As described above, the auxiliary capacitors C9 to C12 also remain as one main capacitor when the total voltage of the main capacitor block and the auxiliary capacitor group connected to the main capacitor block is reduced to the minimum allowable voltage (5.5 V). What is necessary is just to set it to the capacity which can store the same electric charge amount as the electric charge.
If only the result is described, the capacity of each auxiliary capacitor is as follows. The auxiliary capacitor C9 has 514F, C10 has 422F, C11 has 347F, and C12 has 285F.
[0043]
Of course, the values of these capacitances vary depending on how many volts the minimum allowable voltage at the output terminal is set. Therefore, the capacities of the auxiliary capacitors C7 to C12 may be determined according to the use conditions of the capacitor power supply. .
In the embodiment, the number of the auxiliary capacitors C7 to C12 is the same as the number of the main capacitors C1 to C6. However, it is not particularly necessary to make the same, and the number may be appropriately increased or decreased. However, in order to effectively use the charge charged in the capacitor, it is desirable that the number of auxiliary capacitors be equal to or greater than the number of main capacitors.
[0044]
In the present invention, no matter how much the number of auxiliary capacitors is increased, the capacitance of the auxiliary capacitors is gradually reduced, so that as will be described later, the remaining charge amount of all the capacitors connected to the output terminal is always the same. As shown in FIG. 1 (c), a significant feature is that the charge of the main capacitor does not become negative. That is, the minimum voltage that can be supplied by the capacitor power supply can be reduced to near 0 V, so that the power supply use efficiency can be further increased in applications where the minimum allowable voltage is low.
[0045]
When the auxiliary capacitors C7 to C12 are connected, the amount of charge of the connected auxiliary capacitor and the amount of residual charge of one main capacitor are the same, so the amount of residual charge of one main capacitor and the amount of residual charge of each auxiliary capacitor are: Always equal. In the above description, "the charge is set so as to be the same as the charge remaining in one main capacitor". However, it can be rephrased as "the remaining charge amount of the auxiliary capacitor already connected to the main capacitor block". No problem.
[0046]
The
In the embodiment, the minimum allowable voltage of the output terminal voltage is set to 5.5 V. However, if this voltage is set to 6 V, the output voltage is always kept within the rated voltage range of 7.2 V to 6 V and one capacitor. Under such conditions, the
[0047]
(Fifth embodiment)
FIG. 5 is a configuration diagram and a characteristic curve diagram of a charging circuit according to a fifth embodiment (corresponding to claim 6) of the present invention.
FIG. 5A shows an embodiment of the charging circuit of the capacitor power supply device used in FIG. The charging circuit is obtained by adding a charging
At the start of charging, the switch SW7 is turned on and the switches SW6 to SW1 are turned off, and charging is performed with the main capacitor block and the auxiliary capacitor block connected in series.
[0048]
When charging proceeds and the charging voltage reaches 7.2V, the voltage of the auxiliary capacitor C12 reaches the rated voltage of 1.2V. Here, an output signal is sent from the voltage detection means 10 to the switch control means 20, the switch SW7 is turned off and the switch SW6 is turned on, and the auxiliary capacitor block and the main capacitor block excluding the auxiliary capacitor C12 are charged.
When the charging further proceeds and the charging voltage reaches 7.2V again, the voltage of the auxiliary capacitor C11 reaches the rated voltage of 1.2V. Here, an output signal is sent again from the voltage detection means 10 to the switch control means 20, the switch SW6 is turned off and the switch SW5 is turned on, and the auxiliary capacitor block and the main capacitor block excluding the auxiliary capacitors C12 and C11 are charged. Is done. The above operation is repeated, and when the voltage of only the main capacitor block reaches 7.2 V, a charging stop signal is sent from the voltage detecting means 10 to the charging
The determination of the charging sequence depends on the order of discharging. That is, first, a discharging method is determined, and then a charging method is determined. The present invention is also characterized in that the charging method of the charging system circuit is determined according to the discharging method of the discharging system circuit.
[0049]
(Sixth embodiment)
FIG. 6 is a configuration diagram of a charge / discharge circuit according to a sixth embodiment (corresponding to claim 8) of the present invention.
FIG. 6 shows a charging / discharging circuit in which the discharging circuit of FIG. 4 and the charging circuit of FIG. 5 are combined. The switching switch SW8 switches between charging and discharging. The common contact (C) of the changeover switch SW8 is connected to the output of the capacitor block, the contact (A) is connected to the charging circuit, and the contact (B) is connected to the output terminal. Control of the changeover switch SW8 is performed by the switch control means 20.
During charging, the changeover switch SW8 is connected to the charging side (A). The operation during charging is as described with reference to FIG. However, when charging is completed, instead of stopping charging, the changeover switch SW8 is switched to the discharging side (B) to start discharging. The operation during discharging is as described with reference to FIG. 4. If the output terminal voltage cannot maintain the minimum allowable voltage (for example, 5.5 V), the changeover switch SW8 is switched to the charging side (A) to start charging. .
[0050]
(Seventh embodiment)
FIG. 7 is a configuration diagram of a charge / discharge circuit according to a seventh embodiment (corresponding to claim 9) of the present invention.
In the capacitor power supply device described above, power supply to the load is stopped while the capacitor is being charged. In this embodiment, this point is improved. That is, charging can be performed while discharging.
The power supply means (1) 60 is the capacitor power supply described with reference to FIGS. The power supply means (2) 70 is an auxiliary power supply for supplying power to the load only while the power supply means 60 is charging. Unlike the secondary battery, the capacitor can be charged very quickly, so that the capacity of the power supply means 70 may be relatively small. Therefore, a capacitor or a small secondary battery can be used. Of course, it is also possible to use the capacitor power supply of the present invention.
[0051]
The output of the
The output terminal is connected to a common terminal of the output switch SW2. The terminal (A2) of the switch SW2 is connected to the terminal (A1) of the switch SW1 and the output of the power supply means 60, and the terminal (B2) is connected to the terminal (B2) of the switch SW1 and the output of the power supply means 70. I have.
[0052]
7, the charge changeover switch SW1 is connected to the power supply means 70 side, and the output changeover switch SW2 is connected to the power supply means 60 side. Is supplied with power. When the voltage of the power supply means 60 decreases and the minimum allowable voltage of the output terminal cannot be maintained, the switch signal and the charge start signal are output from the power supply means 60, and the charge switch SW1 and the output switch SW2 are simultaneously switched. Then, the charging
[0053]
The power supply means 70 is charged by the
Both switches SW1 and SW2 are switched by an output signal from the power supply means 60, and charging of the power supply means 60 is started. During this time, the power is supplied from the power supply means 70 to the load.
When the charging of the power supply means 60 is completed, a switch switching signal is output from the power supply means 60, and the charge changeover switch SW1 and the output changeover switch SW2 are simultaneously switched, so that the power supply means 60 is on the discharging side and the power supply means 70 is on the charging side. Switch to.
By repeating the above operation, power can be continuously supplied to the load. For example, if the circuit shown in FIG. 7 is used as a power supply device of a mobile phone, it can be charged even during a call, so that the call is not interrupted by turning off the power during the call.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the charge of the auxiliary capacitor when the capacitor is fully charged is equal to the remaining charge of the capacitor already connected to the load. As a result, the capacitance of the auxiliary capacitor can be reduced, and the size and cost of the capacitor power supply can be reduced. Further, even in the case of overdischarge, since a specific capacitor is not charged to a reverse voltage, power can be supplied to a low voltage.
Since the fully charged capacitors are sequentially disconnected during charging, there is no need to worry about overcharging, and no bypass circuit for preventing overcharging is required, so that power efficiency during charging can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram and a characteristic curve diagram of a discharge circuit according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram and a characteristic curve diagram of a discharge circuit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a charge / discharge circuit according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram and a characteristic curve diagram of a discharge circuit according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram and a characteristic curve diagram of a charging circuit according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram of a charge / discharge circuit showing a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram of a charge / discharge circuit showing a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a configuration example diagram of a conventional charge / discharge circuit.
[Explanation of symbols]
10 voltage detecting means, 20 switch control means, 30 output control circuit,
40 ... load, 50 ... charge control circuit, 60 ... power supply means (1),
70 power supply means (2), 80 charging circuit, C1 main capacitor,
C2: auxiliary capacitor, SW1 to SW7: changeover switch.
Claims (20)
前記補助コンデンサの静電容量を、該補助コンデンサを満充電したときの蓄積電荷が、前記主コンデンサの電圧が所定の電圧まで低下したときの残電荷量とほぼ等しくなるように設定し、
前記スイッチ制御手段は、当初、出力端子に接続された負荷に主コンデンサから電力を供給し、前記電圧検出手段の入力電圧が前記所定の電圧まで低下したとき、前記スイッチ手段を制御して、前記主コンデンサと補助コンデンサの直列接続を前記出力端子に接続して、出力電圧の低下を補うようにしたことを特徴とするコンデンサ電源装置の放電方法。A main capacitor and an auxiliary capacitor for voltage adjustment are connected in series, and an output voltage to be output to an output terminal is obtained from a series connection of the main capacitor or the main capacitor and the auxiliary capacitor by switch means. A capacitor power supply for detecting the obtained voltage of the main capacitor or the series connection of the main capacitor and the auxiliary capacitor by voltage detecting means, and controlling the switch means in accordance with an output signal from the voltage detecting means by switch control means. In the method of discharging a device,
The capacitance of the auxiliary capacitor is set so that the accumulated charge when the auxiliary capacitor is fully charged is substantially equal to the remaining charge amount when the voltage of the main capacitor is reduced to a predetermined voltage,
The switch control unit initially supplies power from a main capacitor to a load connected to an output terminal, and when the input voltage of the voltage detection unit decreases to the predetermined voltage, controls the switch unit. A method for discharging a capacitor power supply device, wherein a series connection of a main capacitor and an auxiliary capacitor is connected to the output terminal to compensate for a decrease in output voltage.
前記主コンデンサと前記補助コンデンサを充電する電源を接続し、
スイッチ手段を介して前記主コンデンサまたは前記主コンデンサと前記補助コンデンサの直列回路に充電制御回路により充電を行い、
前記スイッチ手段によって得られた前記主コンデンサもしくは前記主コンデンサと補助コンデンサの直列接続の充電中の電圧を電圧検出手段により検出し、
前記電圧検出手段からの出力信号に応じて、前記スイッチ手段を制御するスイッチ制御手段は、充電開始時に、前記スイッチ手段を制御して、前記充電回路から前記主コンデンサと前記補助コンデンサの直列接続に充電を行い、充電電圧が第１の電圧に達した時点で、前記スイッチ手段を切り換え、前記主コンデンサだけを充電し、充電電圧が第２の電圧に達した時点で充電を完了するようにしたことを特徴とするコンデンサ電源装置の充電方法。Connect the main capacitor and the auxiliary capacitor for voltage adjustment in series,
Connecting a power supply for charging the main capacitor and the auxiliary capacitor,
Performing charging by a charge control circuit to a series circuit of the main capacitor or the main capacitor and the auxiliary capacitor via switch means,
A voltage detecting unit detects a voltage during charging of the main capacitor or the series connection of the main capacitor and the auxiliary capacitor obtained by the switch unit,
Switch control means for controlling the switch means in response to an output signal from the voltage detection means controls the switch means at the start of charging to connect the main capacitor and the auxiliary capacitor in series from the charging circuit. The charging is performed, and when the charging voltage reaches the first voltage, the switch means is switched to charge only the main capacitor, and the charging is completed when the charging voltage reaches the second voltage. A method for charging a capacitor power supply device, comprising:
前記主コンデンサと前記補助コンデンサの直列接続を、スイッチ手段により充電側と放電側に切り換え可能とし、
放電中は、請求項１に記載の放電を行い、前記主コンデンサと前記補助コンデンサの直列接続の電圧が負荷に対する許容電圧以下に低下した場合は、前記切り換えスイッチ手段を充電側に切り換え、
充電中は、請求項２に記載の充電を行い、前記主コンデンサの電圧が前記第２の電圧に達した時点で前記切り換えスイッチ手段を放電側に切り換えるようにしたことを特徴とするコンデンサ電源装置の充放電方法。A method for discharging a capacitor power supply device according to claim 1 and a method for charging and discharging a capacitor power supply device using the charging method according to claim 2.
The series connection of the main capacitor and the auxiliary capacitor can be switched between a charging side and a discharging side by switch means,
During the discharging, the discharging according to claim 1 is performed, and when the voltage of the series connection of the main capacitor and the auxiliary capacitor drops below an allowable voltage for a load, the changeover switch is switched to a charging side;
3. The capacitor power supply device according to claim 2, wherein the charging is performed during charging, and when the voltage of the main capacitor reaches the second voltage, the changeover switch is switched to a discharging side. Charge and discharge method.
前記スイッチ制御手段は、当初、出力端子に接続された負荷に主コンデンサブロックから電力を供給し、前記電圧検出手段の入力電圧が所定の電圧まで低下したとき、前記スイッチ手段を制御して、出力端子に接続する前記補助コンデンサバンクの直列段数を前記出力コンデンサブロック側から１段づつ追加し、前記出力電圧が許容変動範囲に収まるようにし、
前記電圧検出手段の入力電圧が所定の電圧まで低下したときに追加される補助コンデンサの容量を、該補助コンデンを満充電したときの蓄積電荷が、前記電圧検出手段の入力電圧が所定の電圧まで低下したときに前記主コンデンサブロックを構成している主コンデンサ１個に残っている電荷と、ほぼ等しくなるように設定することを特徴とするコンデンサ電源装置の充放電方法。A plurality of capacitors having the same capacitance are connected in series to form a main capacitor block, a plurality of auxiliary capacitors for voltage adjustment are connected in series to form an auxiliary capacitor block, and the main capacitor block and the auxiliary capacitor block are connected in series, The switch means enables an output voltage to be output to an output terminal to be obtained from a connection point of each auxiliary capacitor constituting the main capacitor block or the auxiliary capacitor block, and the voltage detection means detects the output voltage, According to a method for charging and discharging a capacitor power supply device that controls the switch means by a switch control means in accordance with an output from the means,
The switch control unit initially supplies power from a main capacitor block to a load connected to an output terminal, and when the input voltage of the voltage detection unit decreases to a predetermined voltage, controls the switch unit to output The number of series stages of the auxiliary capacitor bank connected to the terminal is added one by one from the output capacitor block side so that the output voltage falls within an allowable fluctuation range,
The capacity of the auxiliary capacitor added when the input voltage of the voltage detecting means drops to a predetermined voltage, the accumulated charge when the auxiliary capacitor is fully charged, the input voltage of the voltage detecting means reaches a predetermined voltage. A charge / discharge method for a capacitor power supply device, wherein the charge is set so as to be substantially equal to the electric charge remaining in one main capacitor constituting the main capacitor block when the voltage drops.
前記スイッチ制御手段は、充電開始時に、前記スイッチ手段を制御して、前記充電回路から前記主コンデンサブロックと前記補助コンデンサブロックの直列回路に充電を行い、充電電圧が第３の電圧に達した時点で、前記スイッチ手段を切り換え、前記補助コンデンサブロックの直列段数を前記主コンデンサブロックの遠い方から一段づつ減らし、最後は主コンデンサだけを充電し、充電電圧が第４の電圧に達した時点で充電を完了するようにしたことを特徴とするコンデンサ電源装置の充電方法。5. The method of charging and discharging a capacitor power supply device according to claim 4, wherein the main capacitor block and the auxiliary capacitor block are connected in series, a power supply for charging the main capacitor block and the auxiliary capacitor block is connected, and The main capacitor block or the series circuit of the main capacitor block and the auxiliary capacitor block is charged through the control of a charge control circuit through a voltage control unit, a charging voltage is detected by a voltage detection unit, and according to an output from the voltage detection unit. Controlling the switch means by switch control means,
The switch control means controls the switch means at the start of charging to charge the series circuit of the main capacitor block and the auxiliary capacitor block from the charging circuit, and when the charging voltage reaches a third voltage. Then, the switch means is switched to reduce the number of series stages of the auxiliary capacitor block one by one from a far side of the main capacitor block, and finally charge only the main capacitor, and charge when the charging voltage reaches the fourth voltage. And charging the capacitor power supply device.
前記第３の電圧と前記第４の電圧が同じであることを特徴とするコンデンサ電源装置の充電方法。The method for charging a capacitor power supply device according to claim 6,
A method of charging a capacitor power supply device, wherein the third voltage and the fourth voltage are the same.
前記主コンデンサブロックと前記補助コンデンサブロックの直列接続を、切り換えスイッチ手段により充電側と放電側に切り換え、
放電中は、請求項４に記載の放電を行い、前記主コンデンサブロックと前記補助コンデンサブロックの直列接続の電圧が負荷に対する許容電圧以下に低下した場合は、前記切り換えスイッチを充電側に切り換え、
充電中は、請求項６に記載の充電を行い、前記主コンデンサブロックの電圧が前記第４の電圧に達した時点で、前記切り換えスイッチを放電側に切り換えるようにしたことを特徴とするコンデンサ電源装置の充放電方法。A charging / discharging method for a capacitor power supply device according to claim 4 or 5, and a charging / discharging method for a capacitor power supply device including the charging method according to claim 6 or 7.
Switching the series connection of the main capacitor block and the auxiliary capacitor block to a charging side and a discharging side by a changeover switch means,
During the discharging, the discharging according to claim 4 is performed, and when the voltage of the series connection of the main capacitor block and the auxiliary capacitor block drops below an allowable voltage for a load, the changeover switch is switched to a charging side;
7. The capacitor power supply according to claim 6, wherein the charging is performed during charging, and when the voltage of the main capacitor block reaches the fourth voltage, the changeover switch is switched to a discharging side. How to charge and discharge the device.
前記第１の電源供給手段が所定の電圧以下に低下したとき、該第１の電源供給手段から出力される出力信号に応じて、前記充電制御回路を作動状態にすると同時に、前記充電切り換えスイッチ手段を該第１の電源供給手段側に、且つ前記出力切り換えスイッチ手段を前記第２の電力供給手段側に切り換え、
前記第１の電源供給手段の充電が完了した時点で、該第１の電源供給手段から出力される出力信号に応じて、前記充電切り換えスイッチ手段を該第２の電源供給手段側に、且つ前記出力切り換えスイッチ手段を前記第１の電力供給手段側に切り換え、
前記第２の電源供給手段の充電が完了した時点で、前記充電制御回路の作動を停止するようにしたことを特徴とするコンデンサ電源装置の充放電方法。A first power supply means comprising the capacitor power supply according to claim 1 or 4, and a second power supply means which requires charging for supplying power to a load while the first power supply means is charging. A power supply means, a charge control circuit for supplying a charge current to the first and second power supply means, and a charge control circuit for supplying a charge current to the first or second power supply means And charge output switching means for selecting which one of the first or second power supply means to supply power to the load,
When the first power supply means drops below a predetermined voltage, the charge control circuit is activated according to an output signal output from the first power supply means, and at the same time, the charge switching switch means To the first power supply means side and the output changeover switch means to the second power supply means side,
At the time when the charging of the first power supply means is completed, the charge switching switch means is moved to the second power supply means side in accordance with an output signal output from the first power supply means, and Switching the output changeover switch means to the first power supply means side,
The charging / discharging method for a capacitor power supply device, wherein the operation of the charge control circuit is stopped when the charging of the second power supply means is completed.
前記充電制御回路は、電流出力型のＤＣ−ＤＣコンバータで構成されていることを特徴とするコンデンサ電源装置の充電または充放電方法。The charging or charging / discharging method for a capacitor power supply device according to claim 2, 6, or 9,
A method for charging or charging / discharging a capacitor power supply device, wherein the charge control circuit is configured by a current output type DC-DC converter.
前記コンデンサは全て電気二重層コンデンサであることを特徴とするコンデンサ電源装置の充電、放電または充放電方法。A method for charging, discharging or charging / discharging a capacitor power supply device according to any one of claims 1 to 3,
A method for charging, discharging or charging / discharging a capacitor power supply device, wherein all the capacitors are electric double layer capacitors.
前記主コンデンサと前記補助コンデンサを充電する電源を接続し、
スイッチ手段を介して前記主コンデンサまたは前記主コンデンサと前記補助コンデンサの直列回路に充電制御回路により充電を行い、
前記スイッチ手段によって得られた前記主コンデンサもしくは前記主コンデンサと補助コンデンサの直列接続の充電中の電圧を電圧検出手段により検出し、
前記電圧検出手段からの出力信号に応じて、スイッチ制御手段により前記スイッチ手段を制御する充電系回路とを用い、
前記放電系回路の放電方法に合わせて、前記充電系回路の充電方法を決定することを特徴とするコンデンサ電源装置の充放電方法。A main capacitor and an auxiliary capacitor for voltage adjustment are connected in series, and an output voltage to be output to an output terminal is obtained from a series connection of the main capacitor or the main capacitor and the auxiliary capacitor by switch means. A discharge system for detecting the obtained voltage of the main capacitor or the series connection of the main capacitor and the auxiliary capacitor by voltage detection means, and controlling the switch means in accordance with an output signal from the voltage detection means by switch control means. Circuit and
Connecting a power supply for charging the main capacitor and the auxiliary capacitor,
Performing charging by a charge control circuit to a series circuit of the main capacitor or the main capacitor and the auxiliary capacitor via switch means,
A voltage detecting unit detects a voltage during charging of the main capacitor or the series connection of the main capacitor and the auxiliary capacitor obtained by the switch unit,
Using a charging system circuit that controls the switch means by switch control means in accordance with an output signal from the voltage detection means,
A charging / discharging method for a capacitor power supply device, wherein a charging method of the charging system circuit is determined according to a discharging method of the discharging system circuit.
前記複数個接続された補助コンデンサの静電容量を順次に小さくして、常に出力端子に接続されている全てのコンデンサの残電荷量を同じにし、放電中に主コンデンサの電荷がマイナスにならないようにして、コンデンサ電源の供給可能な最低電圧を０Ｖ近くまで下げることを特徴としたコンデンサ電源装置の充放電方法。The method for charging and discharging a capacitor power supply device according to claim 4,
The capacitances of the plurality of connected auxiliary capacitors are sequentially reduced, so that the remaining charge amounts of all the capacitors connected to the output terminal are always the same so that the charge of the main capacitor does not become negative during discharging. And reducing the lowest voltage that can be supplied by the capacitor power supply to near 0 V.
出力端子に出力する出力電圧を前記主コンデンサもしくは前記主コンデンサと前記補助コンデンサの直列接続から得られるようにしたスイッチ手段と、
前記スイッチ手段によって得られた前記主コンデンサもしくは前記主コンデンサと前記補助コンデンサの直列接続の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段からの出力信号に応じて、出力端子に接続された負荷に主コンデンサから電力を供給し、前記電圧検出手段の入力電圧が前記所定の電圧まで低下したとき、前記スイッチ手段を制御して、前記主コンデンサと補助コンデンサの直列接続を前記出力端子に接続するスイッチ制御手段とを有し、
前記スイッチ手段で切換え接続する際には、前記補助コンデンサの電荷量と主コンデンサ１個の残電荷量とを常に等しくなるように、前記補助コンデンサの静電容量が設定されていることを特徴とするコンデンサ電源装置。A circuit in which a main capacitor and an auxiliary capacitor for voltage adjustment are connected in series,
Switch means for obtaining an output voltage to be output to an output terminal from the main capacitor or the series connection of the main capacitor and the auxiliary capacitor,
Voltage detecting means for detecting a voltage of the main capacitor or the main capacitor and the auxiliary capacitor connected in series obtained by the switch means,
In response to an output signal from the voltage detecting means, power is supplied from a main capacitor to a load connected to an output terminal, and when the input voltage of the voltage detecting means drops to the predetermined voltage, the switch means is controlled. And a switch control means for connecting the series connection of the main capacitor and the auxiliary capacitor to the output terminal,
When switching connection by the switch means, the capacitance of the auxiliary capacitor is set so that the charge amount of the auxiliary capacitor and the remaining charge amount of one main capacitor are always equal. Capacitor power supply.
前記主コンデンサと前記補助コンデンサを充電する電源と、
スイッチ手段を介して前記主コンデンサまたは前記主コンデンサと前記補助コンデンサの直列回路に充電を行う充電制御回路と、
前記スイッチ手段によって得られた前記主コンデンサもしくは前記主コンデンサと補助コンデンサの直列接続の充電中の電圧を検出する電圧検出手段と、
充電開始時に、前記スイッチ手段を制御して、前記充電回路から前記主コンデンサと前記補助コンデンサの直列接続に充電を行い、充電電圧が第１の電圧に達した時点で、前記スイッチ手段を切り換え、前記主コンデンサだけを充電し、充電電圧が第２の電圧に達した時点で充電を完了するように制御するスイッチ制御手段を有することを特徴とするコンデンサ電源装置。A circuit in which a main capacitor and an auxiliary capacitor for voltage adjustment are connected in series,
A power supply for charging the main capacitor and the auxiliary capacitor;
A charge control circuit for charging a series circuit of the main capacitor or the main capacitor and the auxiliary capacitor via switch means,
Voltage detection means for detecting a voltage during charging of the main capacitor obtained by the switch means or a series connection of the main capacitor and the auxiliary capacitor,
At the start of charging, controlling the switch means, the charging circuit charges the series connection of the main capacitor and the auxiliary capacitor, and switches the switch means when the charging voltage reaches the first voltage. A capacitor power supply device comprising: a switch control unit that charges only the main capacitor and completes charging when a charging voltage reaches a second voltage.
前記スイッチ制御手段は、満充電になったコンデンサを逐次切り離すことにより、各コンデンサの過充電を防止することを特徴とするコンデンサ電源装置。The capacitor power supply device according to claim 18,
The capacitor power supply device, wherein the switch control means prevents each capacitor from being overcharged by sequentially disconnecting a fully charged capacitor.
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