JP2005312249A - 可変電圧型蓄電装置およびハイブリッド型電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
複数の蓄電回路群が直列接続されて構成され、前記複数の蓄電回路群の少なくとも２つが静電容量または擬似容量を有する充放電可能な回路から構成されてなる蓄電ユニットの両端子電圧を、前記充放電可能な回路の充電および放電により調整する。また、蓄電ユニットから負荷に供給する電流と、電源電池から負荷に供給される電流の比を意図的に変更する。
【解決手段】
２つの蓄電回路Ｋ１，Ｋ２が直列接続されて構成され、蓄電回路Ｋ１，Ｋ２が静電容量Ｃ１，Ｃ２からなる充放電可能な回路から構成されている蓄電ユニットと、蓄電回路Ｋ１，Ｋ２の間で、各回路に蓄積されたエネルギーの交換を行う直流電力変換回路ＤＣ／ＤＣ（１），ＤＣ／ＤＣ（２）と、直流電力変換回路を制御する制御装置ＣＮＴとを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複数の蓄電回路群が直列接続されて構成され、前記複数の蓄電回路群の少なくとも２つが静電容量または擬似容量を有する充放電可能な回路から構成された蓄電ユニットを含んでなる可変電圧型蓄電装置およびハイブリッド型電源装置に関し、前記充放電可能な回路の充電および放電を最適化することで、前記蓄電ユニットの両端子電圧の調整を行うことができる前記可変電圧型蓄電装置および当該装置と電池電源とからなるハイブリッド型電源装置に関する。

従来、電動車両、電動工具、無停電電源装置（ビル等の緊急時バックアップ電源を含む）、家電製品、電動玩具等の中には、大容量キャパシタにより蓄電装置を構成し、この蓄電装置を直流電源とするもの、あるいはこの蓄電装置と電池電源とを接続してハイブリッド型電源装置として構成したものがある。

上記電動車両、電動工具等は、電圧依存性が高く、所定電圧以上の電圧供給が必要である。このため、複数のキャパシタにより蓄電装置を構成し、各キャパシタが十分充電されており端子電圧が高いときは当該キャパシタを並列接続し、キャパシタの充電が十分でなく、端子電圧が低いときは当該キャパシタを直列接続して、蓄電装置の端子電圧の低下を防ぐことができる。

図１は、蓄電装置８を２つのキャパシタ８１１，８１２により構成し、これらキャパシタ８１１，８１２を、スイッチ８２１，８２２，８２３により直列接続または並列接続に切り換えることで端子電圧変更する回路を示している。すなわち、図１の電源装置８では、２つのキャパシタ８１１，８１２はスイッチ８２２を介して直列接続されている。また、キャパシタ８１１のスイッチ８２２が接続されていない側の端子と、キャパシタ８１２のスイッチ８２２が接続された側の端子とがスイッチ８２１を介して接続されている。さらに、キャパシタ８１２のスイッチ８２２が接続されていない側の端子と、キャパシタ８１１のスイッチ８２２が接続された側の端子とがスイッチ８２３を介して接続されている。図１の電源装置８では、スイッチ８２１，８２３をオン、スイッチ８２２をオフとすることで、キャパシタ８１１，８１２を並列接続することができ、スイッチ８２１，８２３をオフ、スイッチ８２２をオンとすることで、キャパシタ８１１，８１２を直列接続することができる。

また、図２に示すように蓄電装置９を、キャパシタ９１とハーフブリッジコンバータ９２とにより構成することもできる。ハーフブリッジコンバータ９２は、直列接続された２つのスイッチ９２１，９２２と、これらスイッチに並列接続された２つのダイオード９２３，９２４と、スイッチ９２１，９２２の接続点に一端が接続されたインダクタ９２５とからなり、インダクタ９２５の他端にはキャパシタ９１の一方の端子が接続され、キャパシタ９１の他方の端子は一方のスイッチ（図２ではＦＥＴスイッチ９２２）のインダクタ９２５が接続されていない側の端子に接続されている。なお、図２では、スイッチ９２１に並列接続されたダイオード９２３はインダクタ９２５が接続された側がアノードＡとなり、スイッチ９２２に並列接続されたダイオード９２４はインダクタ９２５が接続された側がカソードＫとなる向きとされている。ここで、ダイオード９２３，９２４はＦＥＴスイッチ９２１，９２２の寄生ダイオードまたは意図的に設けられた還流ダイオードである。図２の蓄電装置９では、キャパシタ９１を充電するときは、スイッチ９２２をオフとしたまま、スイッチ９２１をオン・オフする。これにより、スイッチ９２１をオンしたときは、蓄電装置９の端子ａ１，ａ２に表われている電圧によりキャパシタ９１が充電され、スイッチ９２１をオフしたときは、インダクタ９２５に蓄積されたエネルギーによりダイオード９２４、インダクタ９２５、キャパシタ９１の経路で電流が流れる。キャパシタ９１を放電するときは、スイッチ９２１をオフとした状態で、スイッチ９２２をオンする。これにより、インダクタ９２５にエネルギーが蓄積される。つぎに、スイッチ９２２をオフすると、インダクタ９２５に蓄積されたエネルギーにより、キャパシタ９１、インダクタ９２５、ダイオード９２３の経路で電流が流れる。

ところが、図１のキャパシタ８１１，８１２を直列接続・並列接続となるようにスイッチ８２１，８２２，８２３を切り換える蓄電装置８では、電圧を段階的にしか（図１では２段階にしか）切り換えることができない。

また、図２のハーフブリッジコンバータ９２を用いた蓄電装置９では、エネルギーが端子ａ１，ａ２からキャパシタ９１に蓄積されるときに変換ロスが生じ、蓄積されたエネルギーがキャパシタ９１から端子ａ１，ａ２から外部に出力される際に変換ロスが生じる。すなわち、２回分の変換ロスが生じる。また、端子ａ１，ａ２からキャパシタ９１に供給されるエネルギーは、すべてハーフブリッジコンバータ９２を通過するので、当該コンバータとして大型のものが必要となる。

本発明の目的は、複数の蓄電回路群が直列接続されて構成され、前記複数の蓄電回路群の少なくとも２つが静電容量または擬似容量を有する充放電可能な回路から構成されてなる蓄電ユニットの両端子電圧を、前記充放電可能な回路の充電および放電により調整する可変電圧型蓄電装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、前記蓄電ユニットから負荷に供給する電流と、電源電池から負荷に供給される電流の比を意図的に変更することができるハイブリッド型電源装置を提供することにある。

本発明の可変電圧型蓄電装置は、複数の蓄電回路群が直列接続されて構成され、前記複数の蓄電回路群を構成する蓄電回路の少なくとも２つが静電容量または擬似容量を有する充放電可能な回路から構成されてなる蓄電ユニットと、前記充放電可能な回路から選ばれた２つの回路との間で、各回路に蓄積されたエネルギーの交換を行う少なくとも１つの直流電力変換回路と、前記直流電力変換回路を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。
本発明の可変電圧型蓄電装置は、電動車両、電動工具、無停電電源装置（ＵＰＳ）、家電製品、電動玩具等のみならず、燃料電池システム、太陽電池システムに応用することができる。
ここで、「静電容量または擬似容量を有する充放電可能な回路」は、典型的には誘電体の静電容量を利用して蓄積するキャパシタ、酸化還元反応を伴う擬似容量を利用して蓄電する電気化学キャパシタ、またはキャパシタとして機能する電極を正負電極の何れかに採用した電池（リチウム電池等）を含む回路（以下、「蓄電回路」と言う）である。この回路には、キャパシタとしての機能を持たない二次電池を含むことができる。本明細書において、適宜、上記の素子を「蓄電要素」と言う。

蓄電回路は、1つの蓄電要素により構成されていてもよいし、複数の蓄電要素が直列または並列接続されて構成されていてもよい。本発明の可変電圧型蓄電装置では、蓄電ユニットは、複数の蓄電回路の直列接続により構成することができる。

本発明の可変電圧型蓄電装置は、前記直流電力変換回路によりエネルギーの交換が行われる充放電可能な回路を、静電容量または擬似容量が相互に異なるように構成できる。

本発明の可変電圧型蓄電装置では、前記制御装置は、前記蓄電ユニットの総蓄電量を変えずに、前記蓄電ユニットの端子間電圧を変えるように２つの蓄電回路に蓄積されたエネルギーの交換を行うように構成できる。また、前記制御装置は、前記蓄電ユニットの端子間電圧を変えずに、前記蓄電ユニットの総蓄電量を変えるように、前記２つの蓄電回路に蓄積されたエネルギーの交換を行うように構成することもできる。

本発明の可変電圧型蓄電装置では、前記直流電力変換回路を、前記２つの蓄電回路との間で、一方の回路を放電して他方の回路を充電する機能、および前記他方の回路を放電して前記一方の回路を充電する機能を備えた双方向の前記直流電力変換回路とすることができる。

本発明の可変電圧型蓄電装置では、前記直流電力変換回路を、ＤＣ／ＤＣコンバータとすることができる。

また、本発明の可変電圧型蓄電装置では、前記直流電力変換回路をチョッパ回路とすることができる。この場合、前記チョッパ回路は、前記２つの蓄電回路の接続点に接続されたインダクタと、前記２つの蓄電回路のうち、一方の蓄電回路の前記インダクタが接続されていない側の端子と、前記インダクタの他方の端子との間に接続されたスイッチ、および、前記２つの蓄電回路のうち、他方の蓄電回路の前記インダクタが接続されていない側の端子と前記インダクタの他方の端子との間に接続したダイオードとを備えて構成できる。

本発明の可変電圧型蓄電装置では、前記蓄電回路を、電気二重層キャパシタまたは電気化学キャパシタを含むように構成することができる。
本発明のハイブリッド型電源装置は、上記した可変電圧型蓄電装置と、当該装置に備えられた前記蓄電ユニットの両端子間に接続された電池電源を備えることができる。

蓄電ユニットの接続を切り換えることなく、かつ蓄電ユニットに蓄積されたエネルギー量によらず、所定電圧、所定電流を連続可変出力として端子に提供することができる。
また、全電力の一部だけが直流電力変換回路を通過するので、直流電力変換回路は小型でよく電力変換に伴うロスも小さくできる。
さらに、蓄電ユニットから負荷に供給する電流と、電源電池から負荷に供給される電流の比を意図的に変更することができる。

本発明の可変電圧型蓄電装置の基本構成を図３に示す。図３では、充電装置ＣＤから蓄電ユニットＵを構成する蓄電回路Ｋ１，Ｋ２の直列回路にエネルギーが供給されるように構成されている。蓄電回路Ｋ１，Ｋ２は、図３ではキャパシタＣ１，Ｃ２とから構成されるが、Ｋ１，Ｋ２を複数のキャパシタの直列接続あるいは並列接続により構成することができる。図３ではキャパシタＣ１を小さいシンボルで示し、キャパシタＣ２を大きいシンボルで示すことで、Ｃ１の容量がＣ２の容量よりも小さいことを示してある。蓄電ユニットＵには負荷Ｒ０が接続されている。可変電圧型蓄電装置は、蓄電回路Ｋ１の両端子が入力端子に接続され蓄電回路Ｋ２の両端子が出力端子に接続された直流電力変換回路（図３ではＤＣ／ＤＣ（１））と、蓄電回路Ｋ２の両端子が入力端子に接続され蓄電回路Ｋ１の両端子が出力端子に接続された直流電力変換回路（図３ではＤＣ／ＤＣ（２））とを備えている。制御装置ＣＮＴは、キャパシタＣ１とＣ２との間でエネルギーの相互交換が行われ、蓄電ユニットＵの両端子電圧が一定となるようにＤＣ／ＤＣ（１），ＤＣ／ＤＣ（２）を制御する。これにより負荷Ｒ０には、一定電圧の電力を供給することができる。

図４（Ａ），（Ｂ）は図３の基本構成の変更例を示している。図４（Ａ）では、蓄電ユニットＵは２つの蓄電回路Ｋ１，Ｋ２から構成され、Ｋ１は並列接続されたキャパシタＣ１１，Ｃ１２から成り、Ｋ２は直列接続されたキャパシタＣ２１，Ｃ２２とからなる。図４（Ａ）ではキャパシタＣ２１には負荷Ｒ２１が、キャパシタＣ２２には負荷Ｒ２２が接続されている。可変電圧型蓄電装置は、蓄電回路Ｋ１の両端子が入力端子に接続され蓄電回路Ｋ２の両端子が出力端子に接続された直流電力変換回路（図４（Ａ）ではＤＣ／ＤＣ（１））と、蓄電回路Ｋ２の両端子が入力端子に接続され蓄電回路Ｋ１の両端子が出力端子に接続された直流電力変換回路（図４（Ａ）ではＤＣ／ＤＣ（２））とを備えている。図４（Ａ）では制御装置は、図示省略してあるが、蓄電回路Ｋ１とＫ２との間でエネルギーの相互交換が行われ、蓄電回路Ｋ２の両端子電圧が一定となるようにＤＣ／ＤＣ（１），ＤＣ／ＤＣ（２）を制御している。これにより、負荷Ｒ２１，２２には一定電圧の電力を供給することができる。なお、図４（Ａ）では、蓄電ユニットＵの両端子には負荷は接続されていないが、図３に示したような負荷（Ｒ０）を接続することもできるし、蓄電回路Ｋ２の両端子に負荷を接続することもできる。

図４（Ｂ）では、蓄電ユニットＵは３つの蓄電回路Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３から構成され、蓄電回路Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３はキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３からなる。図４（Ｂ）では、蓄電ユニットＵの両端に負荷Ｒ０が接続されている。可変電圧型蓄電装置は、蓄電回路Ｋ１の両端子が入力端子に接続され、蓄電回路Ｋ２の両端子が出力端子に接続された直流電力変換回路（図４（Ｂ）ではＤＣ／ＤＣ（１））と、蓄電回路Ｋ２の両端子が入力端子に接続され蓄電回路Ｋ３の両端子が出力端子に接続された直流電力変換回路（図４（Ｂ）ではＤＣ／ＤＣ（２））と、蓄電回路Ｋ３の両端子が入力端子に接続され蓄電回路Ｋ１の両端子が出力端子に接続された直流電力変換回路（図４（Ｂ）ではＤＣ／ＤＣ（３））とを備えている。図４（Ｂ）では制御装置は、図示省略してあるが、蓄電回路Ｋ１とＫ２との間、Ｋ２とＫ３との間、Ｋ３とＫ１との間でエネルギーの相互交換が行われ、蓄電ユニットＵの両端子電圧が一定となるようにＤＣ／ＤＣ（１），ＤＣ／ＤＣ（２），ＤＣ／ＤＣ（３）を制御している。これにより、負荷Ｒ０には一定電圧の電力を供給することができる。なお、図４（Ｂ）では、蓄電回路Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３の各両端子には負荷は接続されていないが、適宜負荷を接続することができる。この場合、蓄電ユニットＵには負荷Ｒ０を接続しないようにもできる。

図５は、直流電力変換回路としてＤＣ／ＤＣコンバータを用いた本発明の可変電圧型蓄電装置の第１実施形態を示す説明図である。図５において、可変電圧型蓄電装置１は、２つのキャパシタ（蓄電要素）１１１，１１２の直列接続回路と、２つのＤＣ／ＤＣコンバータ１２１，１２２と、３つの電圧検出回路１３１，１３２，１３３と、制御装置１４を備えている。

キャパシタ１１１とキャパシタ１１２の静電容量Ｃ１，Ｃ２（蓄電容量）は、異なっており、図５では、Ｃ１＞Ｃ２としてある。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２１は、入力端子がキャパシタ１１１の端子間に接続され、出力端子がキャパシタ１１２の端子間に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２２は、入力端子がキャパシタ１１２の端子間に接続され、出力端子がキャパシタ１１１の端子間に接続されている。電圧検出回路１３１，１３２は、キャパシタ１１１，１１２の端子間電圧Ｖ１，Ｖ２をそれぞれ検出し、電圧検出回路１３３は入出力端子ａ１，ａ２間の電圧Ｖ３を検出する。ここで、Ｖ１＋Ｖ２＝Ｖ３なので、電圧検出回路１３１，１３２，１３３の何れか１つを省略して計算するようにしてもよい。制御装置１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２１，１２２を、所定の制御方式（ＰＷＭ，ＰＦＭ等）により制御することができる。

図５では、可変電圧型蓄電装置１の入出力端子ａ１，ａ２に、ほぼ一定の電圧（Ｖ３＝Ｖ０）が表われるように、制御装置１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２１，１２２を制御して、キャパシタ１１１，１１２の端子間電圧Ｖ１，Ｖ２を調整するものとする。

入出力端子ａ１，ａ２に外部から電流が流れ込み続け、Ｖ１＋Ｖ２＞Ｖ０となったとする。キャパシタの電荷は、静電容量と端子間電圧の積であるので、制御装置１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２２を制御して、キャパシタ１１２の電荷（換言すると、キャパシタ１１２の静電エネルギー）をキャパシタ１１１に移動させさる。これにより、キャパシタ１１２の端子電圧Ｖ２は低下し、キャパシタ１１１の端子電圧Ｖ１は上昇するが、Ｃ１＞Ｃ２であるので、端子電圧Ｖ２の低下の度合いは、端子電圧Ｖ１の上昇の度合いよりも大きく、Ｖ１＋Ｖ２＝Ｖ０とすることができる。

逆に、入出力端子ａ１，ａ２から外部から電流が流れ出し続け、Ｖ１＋Ｖ２＜Ｖ０となったとする。この場合には、制御装置１４は、キャパシタ１１１の電荷をキャパシタ１１２に移動させさるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１２１を制御し、Ｖ１＋Ｖ２＝Ｖ０とすることができる。

なお、図５では、キャパシタ１１１に蓄えられる電荷と、キャパシタ１１２に蓄えられる電荷との相互のやり取りを電圧検出回路１３１，１３２の検出結果（各キャパシタ１１１，１１２の端子間電圧の変化）に基づき行なったが、各キャパシタ１１１，１１２を流れる電流を検出しこの電流の積分値により前記電荷の相互のやり取りを行なうようにしてもよい。

図５の可変電圧型蓄電装置１では、入出力端子ａ１，ａ２に表われる電圧が一定値（Ｖ０）となる場合を説明したが、当該電圧を適宜変動させる場合においても、キャパシタ１１１，１１２に蓄えられる電荷を調整することにより、入出力端子ａ１，ａ２を所望の値に設定することができる。

図６は、直流電力変換回路としてチョッパ回路を用いた本発明の可変電圧型蓄電装置の第２実施形態を示す説明図である。図６において、可変電圧型蓄電装置２は、２つのキャパシタ２１１，２１２の直列接続回路と、２つのスイッチ２２１，２２２と、２つのダイオード２３１，２３２と、インダクタ２４と、３つの電圧検出回路２５１，２５２，２５３と、制御装置２６を備えている。

スイッチ２２１，２２２と、ダイオード２３１，２３２と、インダクタ２４とが直流電力変換回路を構成している。インダクタ２４は、一方の端子がキャパシタ２１１，２１２の接続点に接続されている。

スイッチ２２１は、ＦＥＴであり、キャパシタ２１１のインダクタ２４が接続されていない側の端子と、インダクタ２４の他方の端子との間に接続され、スイッチ２２１はキャパシタ２１２のインダクタ２４が接続されていない側の端子と、インダクタ２４の他方の端子との間に接続されている。

ダイオード２３１，２３２は、スイッチ２２１，２２２に並列接続されている。ダイオード２３１，２３２は、ＦＥＴの寄生ダイオードまたは意図的に設けられた還流ダイオードであり、ダイオード２３１はアノードがインダクタ２４側を向き、ダイオード２３２はカソードがインダクタ２４側を向いている。
キャパシタ２１１とキャパシタ２１２の静電容量Ｃ１，Ｃ２は、異なっており、図６では、Ｃ１＞Ｃ２としてある。

電圧検出回路２５１，２５２は、キャパシタ２１１，２１２の端子間電圧Ｖ１，Ｖ２をそれぞれ検出し、電圧検出回路２５３は入出力端子ａ１，ａ２間の電圧を検出する。制御装置２６は、スイッチ２２１，２２２の制御端子（Ｇ）に、所定の制御方式（ＰＷＭ，ＰＦＭ等）による信号を出力することができる。

図６では、可変電圧型蓄電装置２の入出力端子ａ１，ａ２に、ほぼ一定の電圧Ｖ３＝Ｖ０が表われるように、制御装置２６は、スイッチ２２１，２２２を制御してキャパシタ２１１，２１２の端子間電圧Ｖ１，Ｖ２を調整するものとする。

入出力端子ａ１，ａ２に外部から電流が流れ込み続け、Ｖ１＋Ｖ２＞Ｖ０となったとする。制御装置２６は、スイッチ２２１，２２２を制御して、キャパシタ２１２の電荷（換言すると、キャパシタ２１２の静電エネルギー）をキャパシタ２１１に移動（転流）させさる。すなわち、図７（Ａ）に示すようにスイッチ２２１をオフ、スイッチ２２２をオンとして、キャパシタ２１２のエネルギーをインダクタ２４に蓄え、次に図７（Ｂ）に示すようにスイッチ２２２をオフし、ダイオード２３１を介して、インダクタ２４に蓄えたエネルギーをキャパシタ２１１に移動させる。

これにより、キャパシタ２１２の端子電圧Ｖ２は低下し、キャパシタ２１１の端子電圧Ｖ１は上昇するが、Ｃ１＞Ｃ２であるので、端子電圧Ｖ２の低下の度合いは、端子電圧Ｖ１の上昇の度合いよりも大きく、Ｖ１＋Ｖ２＝Ｖ０とすることができる。

逆に、入出力端子ａ１，ａ２から外部から電流が流れ出し続け、Ｖ１＋Ｖ２＜Ｖ０となったとする。制御装置２６は、スイッチ２２１，２２２を制御して、キャパシタ２１１の電荷をキャパシタ２１２に転流させさる。すなわち、図８（Ａ）に示すようにスイッチ２２１をオン、スイッチ２２２をオフとして、キャパシタ２１１のエネルギーをインダクタ２４に蓄え、次に図８（Ｂ）に示すようにスイッチ２２１をオフし、インダクタ２４に蓄えたエネルギーをキャパシタ２１２に移動させる。

これにより、制御装置２６は、キャパシタ２１１の電荷をキャパシタ２１２に移動させさるようにスイッチ２２１を制御し、Ｖ１＋Ｖ２＝Ｖ０とすることができる。
図６の直流電力変換回路２では、入出力端子ａ１，ａ２に表われる電圧が一定の値となる場合を説明したが、当該電圧を適宜変動させる場合においても、キャパシタ２１１，２１２に蓄えられる電荷を調整することにより、入出力端子ａ１，ａ２を所望の値に設定することができる。

以上、２つのキャパシタ２１１，２１２により、端子ａ１，ａ２に接続された負荷に電力を供給する例を述べたが、図９に示すように３つのキャパシタ２１１，２１２，２１３により、端子ａ１，ａ２に接続される図示しない負荷に電力を供給することもできる。図９では、キャパシタ２１１と２１２との間の電力の授受は図８に示した回路と同じものを用いて制御するとともに、キャパシタ２１２，２１３についても図８に示した回路と同じものを用いて制御している。図９の回路では、急速に端子ａ１，ａ２の電圧を変化させる場合に、きめ細かい制御を行うことができる。

図１０は本発明のハイブリッド型電源装置の実施形態を示す説明図である。図１０において、ハイブリッド型電源装置３は、図５または図６に示した可変電圧型蓄電装置（ただし、制御装置は除く。図１０では符号３１で示す）と、当該装置３１の入出力端子ａ１，ａ２端子に接続された電池電源３２と、制御装置３３とからなる。入出力端子ａ１，ａ２端子には負荷４が接続されている。図１０では負荷４は回生機能を持っているものとする。なお、図１０では、電池電源３２は、内部抵抗３２１と起電圧３２２とで示してあり、自身を流れる電流により電圧変動する。

可変電圧型蓄電装置３１は、直列接続したキャパシタ３１１１，３１１２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１２１，３１２２と、電圧検出回路３１３１，３１３２，３１３３とからなる。
ＤＣ／ＤＣコンバータ３１２１は、キャパシタ３１１１の端子電圧を入力としてキャパシタ３１１２の端子に変換電圧を出力し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１２２は、キャパシタ３１１２の端子電圧を入力としてキャパシタ３１１１の端子に変換電圧を出力する。電圧検出回路３１３１，３１３２は、キャパシタ３１１１，３１１２の端子間電圧Ｖ１，Ｖ２を検出し、電圧検出回路３１３３は入出力端子（ａ１，ａ２）間の電圧Ｖ３を検出することができる。なお、図１０には示していないが、ハイブリッド型電源装置３には、各所を流れる電流（キャパシタ３１１１，３１１２を流れる電流、電池電源３２を流れる電流等）を検出するための電流検出回路を適宜設けることができる。

制御装置３３は、負荷４に供給する電力、または負荷から回生される電力に応じて端子ａ１，ａ２間電圧Ｖ３が所望値となるように、キャパシタ３１１１とキャパシタ３１１２に蓄積されたエネルギーを交換する制御を行うことができる。負荷４に電力を供給しているときには、Ｖ３を下げるほど、電池電源３２の放電電力を大きくでき、負荷４から電力が回生されているときには、Ｖ３を上げるほど電池電源３２の充電電力を大きくできる。

複数のキャパシタの直並列の切替えにより端子電圧を変更する従来の蓄電装置を示す説明図である。 ハーフブリッジコンバータを用いた従来の蓄電装置を示す説明図である。 本発明の直流電力変換回路の基本構成を示すブロック図である。 図３の基本構成の変更例を示すブロック図であり、（Ａ）は蓄電ユニットは２つの蓄電回路から構成された例を示す図、（Ｂ）では蓄電ユニットは３つの蓄電回路から構成された例を示す図である。 直流電力変換回路としてＤＣ／ＤＣコンバータを用いた本発明の可変電圧型蓄電装置の第１実施形態を示す説明図である。 直流電力変換回路としてチョッパを用いた本発明の可変電圧型蓄電装置の第２実施形態を示す説明図である。 （Ａ），（Ｂ）は図６の可変電圧型蓄電装置において端子間電圧Ｖ３を下げるときの動作状態を示す図である。 （Ａ），（Ｂ）は図６の可変電圧型蓄電装置において端子間電圧Ｖ３を上げるるときの動作状態を示す図である。 本発明の可変電圧型蓄電装置において、負荷の電圧を急激に変化させたい場合の一例を示す図である。 本発明のハイブリッド型電源装置の実施形態を示す説明図である。

符号の説明

１，２，３１ 可変電圧型蓄電装置
３ ハイブリッド型電源装置
４ 負荷
１４，２６，３３ 制御装置
２４ インダクタ
３２ 電池電源
１１１，１１２，２１１，２１２，２１３，３１１１，３１１２ キャパシタ
１２１，１２２，３１２１，３１２２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３１，１３２，１３３，２５１，２５２，２５３，３１３１，３１３２，３１３３ 電圧検出回路
２２１，２２２，２２３，２２４ スイッチ
２３１，２３２ ダイオード
３２１ 内部抵抗
３２２ 起電圧
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２ キャパシタ
ＣＤ 充電装置
ＣＮＴ 制御装置
ＤＣ／ＤＣ（１），ＤＣ／ＤＣ（２），ＤＣ／ＤＣ（３） 直流電力変換回路
Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３ 蓄電回路
Ｒ０，Ｒ２１，２２ 負荷
Ｕ 蓄電ユニット

Claims (10)

1. 複数の蓄電回路群が直列接続されて構成され、前記複数の蓄電回路群を構成する蓄電回路の少なくとも２つが静電容量または擬似容量を有する充放電可能な回路から構成されてなる蓄電ユニットと、
   前記充放電可能な回路から選ばれた２つの回路との間で、各回路に蓄積されたエネルギーの交換を行う少なくとも１つの直流電力変換回路と、
   前記直流電力変換回路を制御する制御装置と、
   を備えたことを特徴とする可変電圧型蓄電装置。
2. 前記直流電力変換回路によりエネルギーの交換が行われる充放電可能な回路は、静電容量または擬似容量が相互に異なることを特徴とする請求項１に記載の可変電圧型蓄電装置。
3. 前記制御装置は、前記蓄電ユニットの総蓄電量を変えずに、前記蓄電ユニットの端子間電圧を変えるように前記直流電力変換回路を制御し、前記２つの回路に蓄積されたエネルギーの交換を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の可変電圧型蓄電装置。
4. 前記制御装置は、前記蓄電ユニットの端子間電圧を変えずに、前記蓄電ユニットの総蓄電量を変えるように前記直流電力変換回路を制御し、前記２つの回路に蓄積されたエネルギーの交換を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の可変電圧型蓄電装置。
5. 前記直流電力変換回路が、前記充放電可能な回路から選ばれた２つの回路との間で、一方の回路を放電して他方の回路を充電する機能、および前記他方の回路を放電して前記一方の回路を充電する機能を備えた双方向の前記直流電力変換回路であることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の可変電圧型蓄電装置。
6. 前記直流電力変換回路が、ＤＣ／ＤＣコンバータであることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の可変電圧型蓄電装置。
7. 前記直流電力変換回路がチョッパ回路であることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の可変電圧型蓄電装置。
8. 前記チョッパ回路は、
   前記充放電可能な回路から選ばれた２つの回路の接続点に接続されたインダクタと、
   前記２つの回路のうち、一方の回路の前記インダクタが接続されていない側の端子と、前記インダクタの他方の端子との間に接続されたスイッチ、および、
   前記２つの回路のうち、他方の回路の前記インダクタが接続されていない側の端子と前記インダクタの他方の端子との間に接続したダイオード、
   を備えたことを特徴とする請求項７に記載の可変電圧型蓄電装置。
9. 前記静電容量または擬似容量を有する充放電可能な回路が、電気二重層キャパシタまたは電気化学キャパシタを含んで構成されていることを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の可変電圧型蓄電装置。
10. 請求項１から９の可変電圧型蓄電装置と、当該装置に備えられた前記蓄電ユニットの両端子間に接続された電池電源を備えたことを特徴とするハイブリッド型電源装置。

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