JP2005341661A

JP2005341661A - 充放電装置

Info

Publication number: JP2005341661A
Application number: JP2004153932A
Authority: JP
Inventors: Kiyotsugu Tsuji; 清嗣辻; Soji Terakawa; 壮二寺川
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-05-24
Filing date: 2004-05-24
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】太陽電池等の光電変換器を電源とする場合のように、電力入力部から供給される電気エネルギーの大きさが変動する場合でも、効率よく蓄電できる充放電装置を提供すること。
【解決手段】この充放電装置は、電力入力部と、該電力入力部からの供給電圧を検知する電圧検知部と、前記電力入力部から取り入れた電気エネルギーを蓄える複数個の電気化学二重層コンデンサーと、該電気化学二重層コンデンサーの接続方式を電圧検知部からの出力信号により切り換えるコンデンサー接続切換手段と、前記電気化学二重層コンデンサーの電気エネルギーが上記電力入力部へ逆流するのを防止する整流器と、前記電気化学二重層コンデンサーに蓄えられた電気エネルギーを出力する負荷出力部と、負荷の電源電圧の大きさにより前記電気化学二重層コンデンサーの接続方式を切り換える出力切換部とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源電圧が変動したり、使用する電気器具の電源電圧が変化しても、効率よく充放電を行うことのできる充放電装置に関するものである。

電機器具の電源として使用する充放電装置としては、例えば特許文献１に開示されているように、出力端子間に電気二重層コンデンサーを用いた蓄電器で蓄電し、当該蓄電器の端子電圧信号に基づいて端子電圧を一定で負荷へ供給するものが知られている。

しかしながら、光電変換器を電圧供給源とするもののように、供給される電圧が変動する場合に、電気二重層コンデンサーの蓄電容量が切り換わる機能ははなかった。また、負荷への電圧を一定で供給することはできたが、負荷の電源電圧の大きさに応じて電気二重層コンデンサーの蓄電容量を切り換える機能も備わっていなかった。このため、上記従来の充放電装置は、電源電圧が変動する場合や、使用する電機器具の必要電源電圧に応じた蓄電部を提供できないので、充放電を効率よく行えず、しかも長時間使用できないという問題点があった。

これを改良するものとして、特許文献２に示す装置が提案されている。この装置は、電力入力部から供給される電気エネルギーを蓄える複数個の電気二重層コンデンサーを備えたもので、前記電力入力部の供給電圧の検知信号や負荷の電源電圧の大きさに応じて前記電気二重層コンデンサーの接続形式を切り換えるようになっているものである。なお、電気化学二重層コンデンサー自体については、例えば特許文献３に記載されている。

特開平７−２４１０３２号公報特開２００４−１２０８３１号公報特開平８−８１４７号公報

上記特許文献２に記載の充放電装置は、電力入力部からの供給電圧が光電変換器の電圧のように変化しても、電圧変化を常に検知して、電気二重層コンデンサーの接続形式を切り換えるので、光電変換器の受光量が少なくても電気二重層コンデンサーに最大限に蓄電することができ、受光量が多くても電気を無駄にせずに蓄電することができるという利点がある。また、負荷の電源電圧の大きさに応じて電気二重層コンデンサーから充電電気エネルギーを適量ずつ取り出すことができるので、効率よく長時間使用することができるという利点もある。

一方、上記特許文献２に記載の装置は、蓄電手段として電気二重層コンデンサーを使用している。電気二重層コンデンサーは、種々の利点をもっているが、例えば携帯電話機の充電装置等に使用する蓄電手段としては、さらに小さい寸法で容量が大きく、短時間で充電できるものが望ましい。この点、従来の電気二重層コンデンサーは、十分満足できるものとは言えなかった。そこで、本発明は、上記従来公知の電気二重層コンデンサーを用いる充放電装置を改良し、より高エネルギー密度の得られる充放電装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するため、本発明は次のような構成を採用した。すなわち、請求項１に記載の充放電装置は、電力入力部と、該電力入力部からの供給電圧を検知する電圧検知部と、前記電力入力部から取り入れた電気エネルギーを蓄える複数個の電気化学二重層コンデンサーと、該電気化学二重層コンデンサーの接続方式を電圧検知部からの出力信号により切り換えるコンデンサー接続切換手段と、前記電気化学二重層コンデンサーの電気エネルギーが上記電力入力部へ逆流するのを防止する整流器と、前記電気化学二重層コンデンサーに蓄えられた電気エネルギーを出力する負荷出力部と、負荷の電源電圧の大きさにより前記電気化学二重層コンデンサーの接続方式を切り換える出力切換部とを具備することを特徴としている。

上記コンデンサー接続切換手段は、電力入力部からの供給電圧が当該電気化学二重層コンデンサーの使用電圧より低い場合は、複数個の電気化学二重層コンデンサーを並列に接続するように切り換わり、供給電圧が当該電気化学二重コンデンサーの使用電圧よりも高い場合は、複数個の電気化学二重層コンデンサーを直列に接続するように切り換わるものである。

本発明に係る充放電装置は、蓄電手段として、従来の電気二重層コンデンサーではなく、電解質を含む電気化学二重層コンデンサーであるから、同じ寸法の従来の電気二重層コンデンサーに比べて蓄電容量が大きく、従来の電気二重層コンデンサーの２倍程度の体積エネルギー密度を達成することができる。

そして、この充放電装置は、電力入力部からの供給電圧に応じて、該供給電圧が当該電気化学二重層コンデンサーの使用電圧より低い場合は、複数個の電気化学二重層コンデンサーを並列に接続するように切り換わり、供給電圧が当該電気化学二重コンデンサーの使用電圧よりも高い場合は、複数個の電気化学二重層コンデンサーを直列に接続するように切り換わるので、供給電圧が低い場合も高い場合も効果的に蓄電することができる。このため、太陽電池のような光電変換器を電源とする場合に、受光量が多い場合も少ない場合も負荷に一定の電圧を供給することが可能となる。また、負荷である電気機器の電源電圧の大きさによっても電気化学二重層コンデンサーの接続形式が切り換えられるので、当該負荷に適した電気エネルギーを効率よく供給することができる。

以下本発明の実施形態について、具体的に説明する。図１は、本発明に係る充放電装置の回路図を例示するものであり、図２は、電気化学二重層コンデンサーの接続切換手段をあらわす配線説明図である。図３乃至図５は、電気化学二重層コンデンサーをそれぞれ直列、直列と並列、並列に接続した配線図である。図６は太陽電池等に使用される光電変換器、図７は乾蓄電池、図８は直流電源の回路図である。電気化学二重層コンデンサーは、電極、電源に対する電気コンタクト、セパレータ、電解質等を含むもので、従来の電気二重層コンデンサーよりも体積当りの容量が大きい。このため、エネルギー貯蔵の観点では、従来の電気二重層コンデンサーよりも安価である。一方、高速充電や高速放電における繰り返し寿命は、１００，０００サイクル程度であり、この点で従来の電気二重層コンデンサーよりも劣っているが、例えば携帯電話機の充電用に使用するには十分な寿命である。また、使用温度範囲が広く、実用性に富んでいる。

図１において、電力入力部１には、図６の光電変換器、図７の乾蓄電池、図８の直流電源等が選択的に接続され、これらから電気エネルギーが供給される。電力入力部１には一次側配線１１が接続されていて、この配線を通って電圧整形部１６へと電流が流れ、ノイズや瞬間の電圧変動を安定した電圧にして誤作動を防止するようになっている。図中の２はダイオード等からなる整流器で、電圧整形部１６から電力入力部１へ電流が逆流することを防止する。

上記電圧整形部１６を通った電流は、電気化学二重層コンデンサー４へ送られる。電気化学二重層コンデンサー４は、一次側配線上のコンデンサー接点１０（１０ａ，１０ｂ）間に接続されているが、一方のコンデンサー接点１０ａからコンデンサー接続切換制御線９が分岐し、コンデンサー接続切換手段５へと接続されている。このコンデンサー接続切換制御線９上には電圧検知部３とＡ／Ｄ変換器１７が接続されており、電圧整形部１６を通った電流の一部がコンデンサー接続点１０ａから分岐して電圧検知部３へと導かれる。この電圧検知部３へ流れる電流は、コンデンサー接続切換手段５へ流れる電流に比べて十分に小さいので、供給される電気エネルギーの殆どは電気化学二重層コンデンサー４へ流れる。

また、上記コンデンサー接続切換手段５には、複数個の電気化学二重層コンデンサー４が接続される。図６の光電変換器のように、電圧が変動する供給電源を使用する場合は、電気化学二重層コンデンサー４への充電は、その最大使用電圧内に押さえて行われる必要がある。このため、複数個の電気化学二重層コンデンサー４は、コンデンサー接続切換手段５によって、図３の直列接続、図５の並列接続、図４（ａ），（ｂ）に示すように、直列と並列の混合接続のいずれかのパターン（接続形式）で切り換えられるようになっている。

具体的には、電力入力部１から電力が供給されると、電圧検知部３によって供給電圧が検知され、コンデンサー接続切換制御線９を通じてコンデンサー接続切換手段５に信号が送られる。コンデンサー接続切換手段５は、電気回路で構成されており、複数個の電気化学二重層コンデンサー４は、この電気回路に接続されていて、電圧検知部３からの信号を受信すると、接続形式が切り換わるようになっている。もし、電力入力部１からの出力電圧が電気化学二重層コンデンサー４の使用電圧よりも低いと検知された場合は、電圧検知部３からの出力信号でコンデンサー接続切換手段５のスイッチが切り換わり、電気化学二重層コンデンサー４は、図５に示すように、並列に接続される。逆に電力入力部１からの出力電圧が電気化学二重層コンデンサー４の使用電圧より高いと検知された場合は、電圧検知部３からの出力信号で電気化学二重層コンデンサー４は、図３に示すように、直列に接続される。このように、電圧検知部３からの出力信号によって、コンデンサー接続切換手段５はインバーター制御されるのである。

ここで、電力供給源が図６の光電変換器出ある場合のように、供給電源の電圧変動が大きい場合には、コンデンサー接続切換手段５は電圧検知部３からの出力信号を頻繁に受信するが、図７の乾蓄電池や図８の直流電源のように、安定した一定の電力供給が可能な場合は、コンデンサー接続切換手段５は、最初に電力入力部１から電圧を入力したときのみ切換えを行う。

上記コンデンサー接続点１０ｂには二次側配線１２が接続されている。この配線には蓄電した電気化学二重層コンデンサー４から電流が流れ、レギュレーター１８で負荷の変動・過負荷等の調整をして、負荷出力部７へ送られ、負荷出力部７に接続する負荷（電気機器）８で電気エネルギーを消費するのである。

また、図２のように、接続する負荷（電気機器）８の電源電圧の大きさによって出力切換部６に力を加えることで、それぞれの電気化学二重層コンデンサー４の両端に接続する第二コンデンサー接続切換手段５’を機構的に切り替えるのである。電気化学二重層コンデンサー４は、直列・並列・直列と並列の混合のいずれかに接続され、この負荷（電気機器）８に必要な電圧を蓄える。

この際、出力切換部６による切換えの手段と、電圧検知部３からの出力信号による切換えは全く独立しているので、コンデンサー接続切換手段５への信号の送信とその切換、出力切換部６による第二コンデンサー接続切換手段５’の切換、及び負荷（電気機器）８による蓄電圧消費は、すべて同時に行うことが可能である。

例えば、図１の充放電装置の回路図において、電力入力部１に図６の光電変換器が接続され、該光電変換器が多くの受光量を受けて発電するとともに、この電気エネルギーが図３のように直列に接続された電気化学二重層コンデンサー４に蓄電され、負荷（電気機器）８による電気エネルギーの消費が行われているとする。ここで、光電変換器の受光量が減少してきたら、電圧検知部３は、光電変換器からの電力減少を検知し、コンデンサー接続切換手段５へ信号を送信して、電気化学二重層コンデンサー４を図４（ａ），（ｂ）のような直列と並列の混合、あるいは、図５のような並列に接続を切り換えて、微弱な電圧をより多く蓄えようとするのである。

本発明の実施形態を例示する回路図である。コンデンサー接続切換手段の一例を表す配線説明図である。電気化学二重層コンデンサーが直列に接続された配線図である。電気化学二重層コンデンサーが直列と並列の混合に接続された配線図である。電気化学二重層コンデンサーが並列に接続された配線図である。電力供給源が太陽電池である回路図である。電力供給源が乾蓄電池である回路図である。電力供給源が整流された直流電源である回路図である。

符号の説明

１電力入力部
２整流器
３電圧検知部
４電気化学二重層コンデンサー
５コンデンサー接続切換手段
６出力切換部
７負荷出力部

Claims

電力入力部と、該電力入力部からの供給電圧を検知する電圧検知部と、前記電力入力部から取り入れた電気エネルギーを蓄える複数個の電気化学二重層コンデンサーと、該電気化学二重層コンデンサーの接続方式を電圧検知部からの出力信号により切り換えるコンデンサー接続切換手段と、前記電気化学二重層コンデンサーの電気エネルギーが上記電力入力部へ逆流するのを防止する整流器と、前記電気化学二重層コンデンサーに蓄えられた電気エネルギーを出力する負荷出力部と、負荷の電源電圧の大きさにより前記電気化学二重層コンデンサーの接続方式を切り換える出力切換部とを具備することを特徴とする充放電装置。
コンデンサー接続切換手段は、電力入力部からの供給電圧が電気化学二重層コンデンサーの使用電圧より低い場合は、複数個の当該電気化学二重層コンデンサーを並列に接続するように接続方式を切り換え、供給電圧が電気化学二重層コンデンサーの使用電圧よりも高い場合は、複数個の当該電気化学二重層コンデンサーを直列に接続するように接続方式を切り換えるよう構成されている請求項１に記載の充放電装置。