JP2007244129A - Power supply - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気二重層コンデンサ等の蓄電デバイスを用いた電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device using an electric storage device such as an electric double layer capacitor.
電気二重層コンデンサに代表される蓄電デバイスは、リチウムイオン二次電池に代表される二次電池と比較して、寿命が長く、また、大電流で充放電が可能であることから、電力回生用デバイス或いは急速充電デバイスとして注目されている。また、その特性を利用し、二次電池と機能を補完し合いながら1つの負荷機器を駆動する、といった利用法も有望視されている。しかしながら、大電流を扱うが故に内部抵抗が出力特性に大きく影響し、例えば、低温時における取り扱いが問題となる。 Power storage devices represented by electric double layer capacitors have a longer life than secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries, and can be charged and discharged with a large current. It is attracting attention as a device or a quick charging device. In addition, there is a promising use method in which one load device is driven while complementing the functions of the secondary battery by utilizing the characteristics. However, since a large current is handled, the internal resistance greatly affects the output characteristics. For example, handling at a low temperature becomes a problem.
尚、電気二重層コンデンサに代表される蓄電デバイスに関連する技術として、下記のような従来技術が存在する。 In addition, the following conventional technologies exist as technologies related to power storage devices typified by electric double layer capacitors.
電気二重層コンデンサ内蔵電源装置において、使用下限電圧を設定しておき、電気二重層コンデンサの端子間電圧が使用下限電圧以下になると、電気二重層コンデンサの放電を停止させる(例えば、下記特許文献1参照)。
In the electric double layer capacitor built-in power supply device, the use lower limit voltage is set, and when the voltage between the terminals of the electric double layer capacitor falls below the use lower limit voltage, the discharge of the electric double layer capacitor is stopped (for example,
コンデンサの内部抵抗が低温時に大きくなることを考慮し、低温時に電力源としてのコンデンサの最低蓄電電圧(使用下限電圧)を比較的高くする(例えば、下記特許文献2参照)。 Considering that the internal resistance of the capacitor increases at a low temperature, the minimum stored voltage (use lower limit voltage) of the capacitor as a power source is set relatively high at a low temperature (for example, see Patent Document 2 below).
二次電池の端子間電圧と充放電電流とに基づいて内部抵抗を計算し、その計算結果に基づいて二次電池の劣化の程度を判定する(例えば、下記特許文献3参照)。
The internal resistance is calculated based on the inter-terminal voltage of the secondary battery and the charge / discharge current, and the degree of deterioration of the secondary battery is determined based on the calculation result (for example, see
上述したように、電気二重層コンデンサに代表される蓄電デバイスを電力源として用いる場合、例えば、低温時における取り扱いが問題となる。仮に、上記特許文献1のように、使用下限電圧を温度に関係なく固定しておくと、低温時には使用下限電圧に早く達してしまい、電力を有効に取り出すことができない。また、上記特許文献2のように、低温時に使用下限電圧を高く設定した場合も、蓄電電力の有効利用が図れない。
As described above, when an electricity storage device represented by an electric double layer capacitor is used as a power source, for example, handling at a low temperature becomes a problem. If the use lower limit voltage is fixed regardless of the temperature as in
低温時を例として蓄電電力の有効利用に関する問題を述べたが、これ以外の状況においても、蓄電デバイスの特性に合わせて蓄電デバイスの出力制御を適切に行うことは、蓄電電力の有効利用の観点から非常に重要である。 Although problems related to the effective use of stored electricity have been described as an example at low temperatures, proper control of the output of the storage device in accordance with the characteristics of the storage device is also considered in terms of effective use of stored power even in other situations. Very important from.
また、劣化した蓄電デバイスを用いていては負荷を適切に駆動することはできないため、蓄電デバイスの劣化を簡便な手法にて判断する技術も切望されている。尚、特許文献3の手法では、複雑な演算が必要なるため、回路が複雑化してしまう。
In addition, since a load cannot be driven appropriately if a deteriorated power storage device is used, a technique for determining deterioration of the power storage device by a simple method is also desired. Note that the technique disclosed in
そこで本発明は、蓄電デバイスの蓄電電力の有効利用を図ることができる電源装置を提供することを目的とする。また、本発明は、蓄電デバイスの劣化を容易に判断することができる電源装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a power supply apparatus that can effectively use the stored power of the power storage device. Another object of the present invention is to provide a power supply device that can easily determine deterioration of an electricity storage device.
上記目的を達成するために本発明に係る電源装置は、蓄電電力に応じて出力電圧が変化する蓄電デバイスを備え、外部の電力源を併用しつつ負荷機器に電力供給を行う電源装置において、前記蓄電デバイスの出力電流の電流値を所定の上限値以下に制限する電流制限回路と、前記上限値を変更するための制御回路と、を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a power supply device according to the present invention includes a power storage device that changes an output voltage according to stored power, and supplies power to a load device while using an external power source. A current limiting circuit that limits a current value of an output current of the power storage device to a predetermined upper limit value or less and a control circuit for changing the upper limit value are provided.
そして例えば、前記制御回路は、前記蓄電デバイスの温度に応じて前記上限値を変更する。 For example, the control circuit changes the upper limit value according to the temperature of the power storage device.
具体的には例えば、前記制御回路は、前記蓄電デバイスの温度が所定の第1温度であるとき前記上限値を所定の第1上限値に設定し、前記蓄電デバイスの温度が前記第1温度よりも低い所定の第2温度であるとき前記上限値を前記第1上限値よりも小さい所定の第2上限値に設定する。 Specifically, for example, the control circuit sets the upper limit value to a predetermined first upper limit value when the temperature of the power storage device is a predetermined first temperature, and the temperature of the power storage device is higher than the first temperature. The upper limit value is set to a predetermined second upper limit value smaller than the first upper limit value when the predetermined second temperature is lower than the first upper limit value.
また例えば、前記制御回路は、前記蓄電デバイスの前記出力電圧に応じて前記上限値を変更する。 For example, the control circuit changes the upper limit value according to the output voltage of the power storage device.
また例えば、前記制御回路は、前記蓄電デバイスの前記出力電圧と前記蓄電デバイスの前記出力電流とに応じて前記上限値を変更する。 For example, the control circuit changes the upper limit value according to the output voltage of the power storage device and the output current of the power storage device.
また例えば、前記電流制限回路は、前記蓄電デバイスの前記出力電圧を、電圧値の異なる、指示された設定電圧に変換して出力する電圧変換回路を備え、前記制御回路は、前記設定電圧に応じて前記上限値を変更する。 Further, for example, the current limiting circuit includes a voltage conversion circuit that converts the output voltage of the power storage device into an instructed set voltage having a different voltage value and outputs the converted voltage, and the control circuit responds to the set voltage. To change the upper limit value.
そして例えば、前記制御回路は、前記設定電圧に応じて前記上限値を定めた上で、前記蓄電デバイスの前記出力電圧に応じて更に前記上限値を変更する。 For example, the control circuit determines the upper limit value according to the set voltage, and further changes the upper limit value according to the output voltage of the power storage device.
蓄電デバイスの特性を考慮し、蓄電デバイスの温度、蓄電デバイスの出力電圧または上記設定電圧などに応じて、上記上限値を変更することにより、蓄電デバイスの蓄電電力を有効に取り出すことが可能となる。この結果、電源装置及び負荷機器の使用可能時間の延長を期待することができる。 Considering the characteristics of the storage device, the stored power of the storage device can be effectively extracted by changing the upper limit value according to the temperature of the storage device, the output voltage of the storage device, or the set voltage. . As a result, it is possible to expect an extension of the usable time of the power supply device and the load device.
また例えば、前記制御回路が前記上限値を変更したにも拘らず、前記蓄電デバイスの前記出力電圧が所定電圧以下となったとき、前記制御回路は、前記蓄電デバイスが劣化状態にあると判断する。 In addition, for example, when the output voltage of the power storage device becomes a predetermined voltage or less despite the control circuit changing the upper limit value, the control circuit determines that the power storage device is in a deteriorated state. .
これにより、蓄電デバイスの出力電圧を参照することによって、容易に蓄電デバイスの劣化判定が可能となる。 Thereby, it is possible to easily determine the deterioration of the electricity storage device by referring to the output voltage of the electricity storage device.
また例えば、前記蓄電デバイスの内部抵抗の抵抗値は、前記蓄電デバイスの劣化に伴って増大し、前記内部抵抗の抵抗値が所定の劣化閾値より小さい場合において、前記蓄電デバイスの前記出力電流の電流値が設定された前記上限値と等しくなったとしても、前記蓄電デバイスの前記出力電圧が前記所定電圧よりも高くなるように、前記上限値は設定されている。 Further, for example, the resistance value of the internal resistance of the power storage device increases as the power storage device deteriorates, and when the resistance value of the internal resistance is smaller than a predetermined deterioration threshold, the current of the output current of the power storage device Even if the value becomes equal to the set upper limit value, the upper limit value is set so that the output voltage of the electricity storage device is higher than the predetermined voltage.
本発明によれば、蓄電デバイスの蓄電電力を有効に取り出すことが可能となる。また、本発明によれば、蓄電デバイスの劣化を容易に判断することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to take out the electrical storage electric power of an electrical storage device effectively. Further, according to the present invention, it is possible to easily determine the deterioration of the electricity storage device.
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付してある。図1は、本発明の実施の形態に係る電源装置1の概略ブロック図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. In the respective drawings to be referred to, the same portions are denoted by the same reference numerals. FIG. 1 is a schematic block diagram of a
電源装置1は、蓄電デバイス2と、電流制限回路3と、温度検出器4と、電圧検出器5と、制御回路6と、を有して構成される。
The
蓄電デバイス2は、電気二重層コンデンサ(電気二重層キャパシタ)Cから構成される。電気二重層コンデンサCは、単一の電気二重層コンデンサから構成される。尚、複数の電気二重層コンデンサを並列接続することによって、電気二重層コンデンサCを構成してもかまわない。この場合、後述の制御を最適なものとするために、複数の電気二重層コンデンサの特性(内部抵抗値や内部抵抗値の温度依存性など)を同じにしておくことが望ましい。複数の電気二重層コンデンサ間における特性のばらつきが無視できない場合は、単一の電気二重層コンデンサにて電気二重層コンデンサCを構成することが望ましい。電気二重層コンデンサC(以下、単に「コンデンサC」という)の正極は電流制限回路3に接続されている。コンデンサCの負極は、基準電位(例えば0V)に固定されたグランドラインGNDに接続されている。
The electricity storage device 2 is composed of an electric double layer capacitor (electric double layer capacitor) C. The electric double layer capacitor C is composed of a single electric double layer capacitor. The electric double layer capacitor C may be configured by connecting a plurality of electric double layer capacitors in parallel. In this case, in order to optimize the control described later, it is desirable that the characteristics (such as the internal resistance value and the temperature dependence of the internal resistance value) of the plurality of electric double layer capacitors be the same. When variation in characteristics among a plurality of electric double layer capacitors cannot be ignored, it is desirable to form the electric double layer capacitor C with a single electric double layer capacitor. The positive electrode of an electric double layer capacitor C (hereinafter simply referred to as “capacitor C”) is connected to the current limiting
今、蓄電デバイス2の出力電圧、すなわちコンデンサCの両端子間電圧をVcで表し、蓄電デバイス2の出力電流、すなわちコンデンサCの放電電流をIcで表す。 Now, the output voltage of the electricity storage device 2, that is, the voltage between both terminals of the capacitor C is represented by Vc, and the output current of the electricity storage device 2, that is, the discharge current of the capacitor C is represented by Ic.
蓄電デバイス2から出力される電力は、電流制限回路3を介して、電源装置1の負荷機器としての携帯機器7に供給される。その際、電流制限回路3は、蓄電デバイス2の出力電流Icの電流値に制限を加える。つまり、電流制限回路3は、蓄電デバイス2からの出力電流Icの電流値を所定の上限値以下に制限する機能を有する。この上限値を、以下、上限値ILと表記する。
The power output from the power storage device 2 is supplied to the
電流制限回路3は、蓄電デバイス2の出力電圧Vcを入力電圧とする、リニアレギュレータ或いはスイッチングレギュレータである。但し、電流制限回路3から出力される電圧は、必ずしも一定電圧である必要はない。電流制限回路3から出力される電圧をVoで表記する。電圧Voは、電源装置1の出力電圧となっている。蓄電デバイス2から電流制限回路3に流入する電流Icの電流値と、電流制限回路3から携帯機器7へ流出する電流値は、異なりうる。
The current limiting
グランドラインGNDを基準として、電流制限回路3の出力電圧Voは、携帯機器7に設けられた電圧入力端子9を介して携帯機器7に供給される。負荷機器としての携帯機器7は、例えば、携帯電話機や携帯情報端末である。携帯機器7には、電力源としてのバッテリ8が内蔵されており、携帯機器7は、バッテリ8から供給される電力と電源装置1から供給される電力(電圧はVo)とを併用して駆動する。バッテリ8は、リチウムイオン二次電池等の二次電池または一次電池である。バッテリ8が二次電池である場合、電源装置1の出力する電圧Voを用いてバッテリ8を充電することも可能である。
With reference to the ground line GND, the output voltage Vo of the current limiting
電流制限回路3には、蓄電デバイス2の出力電流Icの電流値を検出する電流検出器(図1において不図示)が内蔵されている。その電流検出器の検出結果、すなわち検出された出力電流Icの電流値を特定する情報は制御回路6に伝達される。
The current limiting
温度検出器4は、蓄電デバイス2の温度を検出する。この検出した温度をTcで表す。温度検出器4の検出結果、すなわち検出された温度Tcを特定する情報は制御回路6に伝達される。温度検出器4は、例えば、コンデンサCの表面に熱結合するように配置されたサーミスタ(不図示)にて構成される。
The temperature detector 4 detects the temperature of the electricity storage device 2. This detected temperature is represented by Tc. The detection result of the temperature detector 4, that is, information specifying the detected temperature Tc is transmitted to the
電圧検出器5は、蓄電デバイス2の出力電圧Vcの電圧値を検出する。電圧検出器5の検出結果、すなわち検出された出力電圧Vcの電圧値を特定する情報は制御回路6に伝達される。
The
出力電流Ic、温度Tc及び出力電圧Vcは、例えば所定のサンプリング周期にて逐次検出される。制御回路6は、検出された各値に基づいて上限値ILを設定し、出力電流Icの電流値が上限値ILを超えないように電流制限回路3を制御する。
The output current Ic, the temperature Tc, and the output voltage Vc are sequentially detected, for example, at a predetermined sampling period. The
尚、電源装置1とバッテリ8とを並列使用して携帯機器7は駆動するため、出力電流Icに上限値ILを設けても、更には後述するように該上限値ILを変更しても、携帯機器7の動作に支障はない。
Since the
以下に、制御回路6による上限値ILの設定手法(変更手法)として、第1、第2及び第3設定手法を例示する。制御回路6は、第1〜第3設定手法の内、任意の設定手法を採用可能である。また、それらを組み合わせた設定手法をも採用可能である。
Hereinafter, a method of setting the upper limit value I L by the control circuit 6 (modified method) illustrates the first, second and third setting method. The
また、コンデンサCの放電終止電圧(使用下限電圧)をVc_min、で表す。後に図8を用いて例示するように、コンデンサCの出力電圧Vcにて昇圧チョッパ回路等の電圧変換回路を駆動する。電圧Vcが低下すると、昇圧比率の増大や電流Icの増大を伴いながら昇圧チョッパ回路等の回路効率が低下する。これを回避するために予め設定されているのが、放電終止電圧Vc_minである。電圧Vcが放電終止電圧Vc_min以下になると、電源装置1(例えば制御回路6)は、コンデンサCによる放電を停止させる。 The discharge end voltage (use lower limit voltage) of the capacitor C is represented by Vc_min. As exemplified later with reference to FIG. 8, a voltage conversion circuit such as a boost chopper circuit is driven by the output voltage Vc of the capacitor C. When the voltage Vc decreases, the circuit efficiency of the boost chopper circuit and the like decreases while increasing the boost ratio and increasing the current Ic. In order to avoid this, the discharge end voltage Vc_min is set in advance. When the voltage Vc becomes equal to or lower than the discharge end voltage Vc_min, the power supply device 1 (for example, the control circuit 6) stops the discharge by the capacitor C.
[第1設定手法]
第1設定手法について説明する。まず、コンデンサCの特性について説明する。
[First setting method]
The first setting method will be described. First, the characteristics of the capacitor C will be described.
図2に示す如く、コンデンサCには、容量成分に直列に接続された内部抵抗Rcが含まれている、と等価的に考えることができる。この内部抵抗Rcの抵抗値は、図3に示す如く、低温時に大きくなる特性がある。内部抵抗Rcの抵抗値が大きい値となっているにもかかわらず、高温時と変わらぬコンデンサCの放電を許容すると、電圧Vcが放電終止電圧Vc_minに達するまでの時間が短くなってしまう。つまり、電源装置1及び携帯機器7の使用可能時間が短くなってしまう。
As shown in FIG. 2, it can be considered that the capacitor C includes an internal resistance Rc connected in series with the capacitance component. As shown in FIG. 3, the resistance value of the internal resistance Rc has a characteristic of increasing at a low temperature. Even if the resistance value of the internal resistance Rc is a large value, if the discharge of the capacitor C which is the same as that at the time of high temperature is allowed, the time until the voltage Vc reaches the discharge end voltage Vc_min is shortened. That is, the usable time of the
図4は、コンデンサCを一定電流で放電させた場合における電圧Vcの時間変化を表した図である。実線61は内部抵抗Rcの抵抗値がゼロである場合におけるそれを、実線62は内部抵抗Rcの抵抗値が比較的小さい場合におけるそれを、実線63は内部抵抗Rcの抵抗値が比較的大きい場合におけるそれを、表している。内部抵抗Rcの抵抗値が比較的小さい場合と比較的大きい場合とを比較した場合、後者の方が使用可能時間が短くなる(図4において、短くなる時間を符号64で表す)。
FIG. 4 is a diagram showing the time change of the voltage Vc when the capacitor C is discharged at a constant current. A
上記の事情を考慮し、第1設定手法においては、コンデンサCの温度Tcに応じて上限値ILを変更する。具体的には、温度Tcが低くなるにつれて、上限値ILを小さくする。 In consideration of the above circumstances, in the first setting method, the upper limit value IL is changed according to the temperature Tc of the capacitor C. Specifically, the upper limit value I L is decreased as the temperature Tc decreases.
例えば、室温(例えば25℃)をT1で表し、それよりも低い温度(例えば0℃)をT2で表す(T1>T2を満たす)。そして、Tc=T2の時における上限値ILがTc=T1の時における上限値ILよりも小さくなるように、制御回路6は温度Tcに応じて上限値ILを変更する。
For example, room temperature (for example, 25 ° C.) is represented by T 1 , and a lower temperature (for example, 0 ° C.) is represented by T 2 (T 1 > T 2 is satisfied). Then, the upper limit value I L at the time of Tc = T 2 is to be smaller than the upper limit value I L at the time of Tc = T 1, the
この際、例えば、上限値ILを変更すべき閾値温度を複数定めておき、温度Tcと各閾値温度との比較結果に応じて上限値ILを段階的に切り替えるようにする。また例えば、設定されるべき上限値ILを温度Tcの関数として表しておき、その関数に従い、検出された温度Tcに応じて上限値ILを連続的に変更するようにしてもよい。尚、その関数を設定する際、内部抵抗Rcの抵抗値と温度Tcとの関係を表す関数を考慮するとよい。 In this case, for example, it is determined in advance a plurality of threshold temperature to change the upper limit value I L, so as to switch the upper limit value I L stepwise according to a result of comparison between the temperature Tc and the threshold temperature. Further, for example, the upper limit value I L to be set may be expressed as a function of the temperature Tc, and the upper limit value I L may be continuously changed according to the detected temperature Tc according to the function. In setting the function, a function representing the relationship between the resistance value of the internal resistance Rc and the temperature Tc may be considered.
図5に、低温時における電圧Vcの時間変化を表す。実線65は、第1設定手法を用いることなく上限値ILを不変とした場合におけるそれを、実線66は、第1設定手法を用いて上限値ILを小さくした場合におけるそれを、表している。図5からも分かるように、第1設定手法を用いることにより、符号67で表される時間相当分、電源装置1及び携帯機器7の使用可能時間を延長することが可能となる。
FIG. 5 shows the change over time of the voltage Vc at a low temperature. The
[第2設定手法]
次に、第2設定手法について説明する。
[Second setting method]
Next, the second setting method will be described.
周知の如く、コンデンサCの端子電圧(出力電圧Vc)はコンデンサCの蓄電電力(蓄えている電力)に応じて変化し、端子電圧は蓄電電力が少ないほど低くなる。一方、内部抵抗Rcの影響により、放電電流が大きくなるほど、端子電圧の低下は大きい。従って、特に蓄電電力が少ないときに大電流放電すると、放電終止電圧Vc_minに達するまでの時間が短くなり、電源装置1及び携帯機器7の使用可能時間が短くなってしまう。
As is well known, the terminal voltage (output voltage Vc) of the capacitor C changes in accordance with the stored power (stored power) of the capacitor C, and the terminal voltage decreases as the stored power decreases. On the other hand, due to the influence of the internal resistance Rc, the terminal voltage decreases more as the discharge current increases. Therefore, when a large current is discharged particularly when the stored power is low, the time until the discharge end voltage Vc_min is reached is shortened, and the usable time of the
上記の事情を考慮し、第2設定手法においては、コンデンサCの端子電圧(即ち蓄電デバイス2の出力電圧Vc)に応じて上限値ILを変更する。具体的には、電圧Vcが低くなるにつれて、上限値ILを小さくする。 Considering the above circumstances, in the second setting method, the upper limit value IL is changed according to the terminal voltage of the capacitor C (that is, the output voltage Vc of the power storage device 2). Specifically, the upper limit value I L is decreased as the voltage Vc decreases.
この際、例えば、上限値ILを変更すべき閾値電圧を複数定めておき、電圧Vcと各閾値電圧との比較結果に応じて上限値ILを段階的に切り替えるようにする。また例えば、設定されるべき上限値ILを電圧Vcの関数として表しておき、その関数に従い、検出された電圧Vcに応じて上限値ILを連続的に変更するようにしてもよい。 At this time, for example, a plurality of threshold voltages for which the upper limit value I L is to be changed are determined, and the upper limit value I L is switched stepwise according to the comparison result between the voltage Vc and each threshold voltage. Further, for example, the upper limit value I L to be set may be represented as a function of the voltage Vc, and the upper limit value I L may be continuously changed according to the detected voltage Vc according to the function.
図6は、Ic=ILの条件下でコンデンサCを放電させた場合における、電圧Vcの時間変化を表した図である。実線69は、第2設定手法を用いることなく上限値ILを不変とした場合におけるそれを、実線70は、電圧Vcに応じて上限値ILを変更していった場合におけるそれを、表している。図6からも分かるように、第2設定手法を用いることにより、符号71で表される時間相当分、電源装置1及び携帯機器7の使用可能時間を延長することが可能となる。
6, in a case where to discharge the capacitor C under the conditions of Ic = I L, a diagram showing the time variation of the voltage Vc. A
また、コンデンサCの蓄電電力が同じであっても、電圧Vcは、内部抵抗Rcの影響により電流Icに応じて変化しうる。このため、電圧Vcに応じて上限値ILを設定する際、更に電流Icの検出結果を考慮するようにしてもよい。つまり、電圧Vcと電流Icとに応じて上限値ILを決定するようにしてもよい。これにより、より適切に上限値ILを変更することが可能となり、電源装置1及び携帯機器7の使用可能時間を更に延長することが可能となる。
Further, even if the stored power of the capacitor C is the same, the voltage Vc can change according to the current Ic due to the influence of the internal resistance Rc. Therefore, when setting the upper limit value I L in accordance with the voltage Vc, may further consider the detection result of the current Ic. That may be determined the upper limit value I L in accordance with the voltage Vc and current Ic. Thus, more appropriately it is possible to change the upper limit value I L, it is possible to further extend the usable time of the
例えば、まず、電圧Vcに応じて上限値ILの基準値を定める一方で、同じタイミングにおける電流Icの検出値(電流値)を参照して、電流Icの検出値に応じた補正値を定める。そして、上記基準値に上記補正値を加算して得られる値を、最終的に上限値ILとして採用する。上記補正値は、例えば、電流Icの検出値が増加するに従って増加する正の値である。 For example, first, while determining the reference value of the upper limit value I L in accordance with the voltage Vc, with reference to the detected value of the current Ic in the same timing (current value), determining the correction value corresponding to the detected value of the current Ic . Then, a value obtained by adding the correction value to the reference value, and finally adopted as the upper limit value I L. The correction value is, for example, a positive value that increases as the detected value of the current Ic increases.
また更に、温度Tcを考慮して、最終的な上限値ILを決定するようにしてもよい。 Furthermore, the final upper limit value I L may be determined in consideration of the temperature Tc.
[第3設定手法]
次に、第3設定手法について説明する。第1または第2設定手法を採用する場合、電流制限回路3は、定電圧回路等の電圧変換回路として機能する必要はないが、第3設定手法は、電流制限回路3が定電圧回路として機能することを前提として、採用される。電流制限回路3を定電圧回路として機能させるために、公知または周知の様々な回路構成を電流制限回路3に適用することができる。電源装置1に定電圧回路を組み込むことによって、電源装置1の汎用性が高まる。
[Third setting method]
Next, the third setting method will be described. When the first or second setting method is adopted, the current limiting
第3設定手法を採用する際、電流制限回路3は、電圧Vcを電圧値の異なる電圧Voに変換して出力する。この際、電圧Voの電圧値は、図示されない電圧設定回路によって、所定の範囲内の任意の電圧値に設定される。電圧設定回路にて設定された電圧(以下、設定電圧Vsという)の電圧値を特定する情報は、制御回路6に伝達される。電圧Voの電圧値を検出するための電圧検出器(不図示)から送られてくる電圧Voの検出値(電圧値)を参照しつつ、制御回路6は、電圧Voが設定電圧Vsに等しくなるように、定電圧回路として機能する電流制御回路3を制御する。
When the third setting method is adopted, the current limiting
ところで、定電圧回路を昇圧回路として構成する場合、設定電圧Vs(=Vo)を高くすると昇圧比率が高くなって昇圧回路の回路効率が低下する傾向がある。このため、同じ電力をコンデンサCから出力させる場合でも、設定電圧Vsを高くすると、コンデンサCからの出力電流Icが大きくなってしまう。従って、設定電圧Vsに関係なく上限値ILを不変としておくと、設定電圧Vsが高い場合に、放電終止電圧Vc_minに達するまでの時間が短くなり、電源装置1及び携帯機器7の使用可能時間が短くなってしまう。
By the way, when the constant voltage circuit is configured as a booster circuit, when the set voltage Vs (= Vo) is increased, the boost ratio is increased and the circuit efficiency of the booster circuit tends to be lowered. For this reason, even when the same power is output from the capacitor C, if the set voltage Vs is increased, the output current Ic from the capacitor C increases. Therefore, if the upper limit value I L is not changed regardless of the set voltage Vs, the time until the discharge end voltage Vc_min is reached when the set voltage Vs is high, and the usable time of the
上記の事情を考慮し、第3設定手法においては、上記の設定電圧Vsに応じて上限値ILを変更する。具体的には、設定電圧Vsが高くなるにつれて、上限値ILを小さくする。これにより、電源装置1及び携帯機器7の使用可能時間を延長することが可能となる。
Considering the above circumstances, in the third setting method, the upper limit value IL is changed according to the set voltage Vs. Specifically, the upper limit value I L is decreased as the set voltage Vs increases. As a result, the usable time of the
この際、例えば、上限値ILを変更すべき閾値電圧を複数定めておき、設定電圧Vsと各閾値電圧との比較結果に応じて上限値ILを段階的に切り替えるようにする。また例えば、設定されるべき上限値ILを設定電圧Vsの関数として表しておき、その関数に従い、設定電圧Vsに応じて上限値ILを連続的に変更するようにしてもよい。 At this time, for example, a plurality of threshold voltages for which the upper limit value I L is to be changed are determined, and the upper limit value I L is switched stepwise according to the comparison result between the set voltage Vs and each threshold voltage. Further, for example, the upper limit value I L to be set may be expressed as a function of the set voltage Vs, and the upper limit value I L may be continuously changed according to the set voltage Vs according to the function.
また、設定電圧Vsに応じて上限値ILを設定(変更)した上で、更に、蓄電デバイス2の出力電圧Vcに応じて該上限値ILを変更するようにしてもよい。 Further, upon setting the upper limit value I L (changed) in accordance with the set voltage Vs, further it may be changed to the upper limit value I L in accordance with the output voltage Vc of the electric storage device 2.
例えば、設定電圧Vsに応じて上限値ILを或る第1上限値IL1に設定したとする。そして、第1上限値IL1の制限の下で電源装置1を動作させている際に、制御回路6は、出力電圧Vcの検出値(電圧値)を参照し、出力電圧Vcの検出値に応じて、上限値ILを第1上限値IL1から他の値へと更に変更する。但し、この際、上限値ILが第1上限値IL1を上回らないようにする。具体的には、第1上限値IL1を基準として、電圧Vcが低くなるにつれて、上限値ILを小さくする。
For example, the set upper limit value I L to a certain first upper limit value I L1 in accordance with the set voltage Vs. When the
尚、蓄電デバイス2の出力電流Icまたは温度Tcを更に考慮して、最終的な上限値ILを設定するようにしてもよい。 Incidentally, in consideration of the output current Ic or the temperature Tc of the electric storage device 2 further final limit I L may be set.
[劣化判断]
図7に、或る条件下でコンデンサCを放電した場合における、コンデンサCの累計放電時間(充放電回数)と内部抵抗Rcの抵抗値との関係を表す。コンデンサCは、その特性上、使用するにつれて徐々に内部抵抗Rcの抵抗値の増加を伴って劣化していく。そして、内部抵抗Rcの抵抗値は遂には所定の劣化閾値RTHに達し、更に放電を継続すると、その抵抗値は更に増大していく。
[Deterioration judgment]
FIG. 7 shows the relationship between the cumulative discharge time (number of charge / discharge) of the capacitor C and the resistance value of the internal resistance Rc when the capacitor C is discharged under certain conditions. Due to its characteristics, the capacitor C gradually deteriorates as the resistance value of the internal resistance Rc increases with use. Then, the resistance value of the internal resistance Rc finally reaches a predetermined deterioration threshold value R TH , and when the discharge is further continued, the resistance value further increases.
電源装置1では、内部抵抗Rcの抵抗値が劣化閾値RTHよりも小さい場合、コンデンサCは正常状態にあると判断し、内部抵抗Rcの抵抗値が劣化閾値RTHよりも大きい場合、コンデンサCは劣化状態にあると判断する。
In the
そして、制御回路6は、コンデンサCが正常状態にあるとの仮定した上で、上述した手法を用いて上限値ILを設定する。「実際にコンデンサCが正常状態にある場合(即ち、Rc<RTHの場合)は、電流Icの電流値が設定した上限値ILと等しくなったとしても、電圧Vcが放電終止電圧Vc_minよりも高く維持される」ように、制御回路6は上限値ILを設定する。このため、コンデンサCが正常状態にある場合、上述してきた上限値ILの変更制御により、電圧Vcが放電終止電圧Vc_min以下になることはない。
Then, the
これを利用して、制御回路6は、電圧Vcに基づいてコンデンサCが劣化状態にあるか否かを判断することが可能である。つまり、上述してきたような上限値ILの変更を行っているにも拘らず、電圧Vcが放電終止電圧Vc_min以下になった場合、制御回路6は、コンデンサCが劣化状態に陥っていると判断することができる。
Using this, the
そして、コンデンサCが劣化状態に陥っていると判断した場合、制御回路6は、コンデンサCの放電を停止させると共に、コンデンサCが劣化状態にあることを特定するための劣化信号を出力する。該劣化信号は、例えば電源装置1または携帯機器7に設けられたLED(Light Emitting Diode)、液晶ディスプレイ等の表示部、スピーカ等を含む音声出力部などに伝達される。そして、ユーザに対して、コンデンサCが劣化していることに関する報知或いはコンデンサCを交換すべき旨の報知が、例えば視覚的または聴覚的に、行われる。
When it is determined that the capacitor C is in a deteriorated state, the
[電流制限回路]
図8に、電流制限回路3の一例としての昇圧チョッパ回路の回路図を示す。図8の昇圧チョッパ回路は、電流検出器15と、インダクタ16と、FET(Field Effect Transistor)等から成るスイッチ17と、ダイオード18と、コンデンサ19と、を有して構成される。
[Current limit circuit]
FIG. 8 shows a circuit diagram of a boost chopper circuit as an example of the current limiting
電流制限回路3の入力側には一対の入力端子11及び12が備えられ、電流制限回路3の出力側には一対の出力端子13及び14が備えられている。負電圧側の入力端子12と負電圧側の出力端子14は、共に基準電位(例えば0V)に固定されたグランドラインGNDに接続されている。正電圧側の入力端子11は、蓄電デバイス2の正電圧出力端子(即ち、コンデンサCの正極)に接続され、正電圧側の出力端子13は、携帯機器7の電圧入力端子9に接続される。入力端子11には電圧Vcが印可され、入力端子11を介して蓄電デバイス2の出力電流Icが流れる。
A pair of
入力端子11は、電流検出器15を介してインダクタ16の一端に接続されている。インダクタ16の他端は、ダイオード18のアノードとスイッチ17の一方の端子17a(例えばFETのドレイン)に接続されている。スイッチ17の他方の端子17b(例えばFETのソース)はグランドラインGNDに接続されている。制御回路6は、スイッチ17の制御端子(例えばFETのゲート)に制御信号を与えることによってスイッチ17の両端子17a、17b間を導通または非導通させる。以下、スイッチ17に関し、両端子17a、17b間が導通している状態を「オン」と表現し、両端子17a、17b間が非導通となっている状態を「オフ」と表現する。
The
ダイオード18のカソードは、コンデンサ19の一端と出力端子13に接続されている。コンデンサ19の他端はグランドラインGNDに接続されている。グランドラインGNDを基準として、出力端子13に表れる電圧は上記の電圧Voである。
The cathode of the
電流検出器15は、例えば入力端子11とインダクタ16とを接続する線路に直列に介在するシャント抵抗からなり、その線路に流れる電流、すなわち蓄電デバイス2の出力電流Icの電流値を検出する。電流検出器15の検出結果、すなわち検出された出力電流Icの電流値を特定する情報は制御回路6に伝達される。また、出力端子13に表れる電圧Voの電圧値は、図示されない電圧検出器によって検出され、検出された電圧Voの電圧値を特定する情報も制御回路6に伝達される。
The
制御回路6は、上述してきた手法を用いて上限値ILを設定し、出力電流Icが上限値ILを超えないようにスイッチ17をオン/オフ制御する。
The
上記の上限値ILの制限の下、制御回路6は、例えば、スイッチ17を所定の周波数にてオン/オフし、電圧Voの電圧値を参照しながらスイッチ17をオンとするデューティ比を制御することによって、電圧Voを一定電圧(例えば、上記の設定電圧Vs)に保つ。
Under the limitation of the upper limit value I L , the
尚、スイッチ17のオンからオフへの切り替え、またはオフからオンの切り替えに伴って、入力端子11に表れる電圧や電流及び出力端子13に表れる電圧には、リプル(リプル電圧またはリプル電流)が表れるが、Vc、Ic及びVoについて議論するときは、そのようなリプルを無視して考える。つまり、Vc、Ic及びVoは、そのようなリプルの周波数成分を除去した値(リプル成分を無視した平均的な値)である。
Note that ripple (ripple voltage or ripple current) appears in the voltage and current appearing at the
<<変形等>>
上記のようにコンデンサCの特性に合わせて、コンデンサCの放電電流(Ic)の上限値ILを変更することにより、内部抵抗による電圧降下の影響を低減してコンデンサCの蓄電電力を有効に取り出すことが可能となる。この結果、電源装置1及び携帯機器7の使用可能時間の延長を図ることができる。
<< Deformation, etc. >>
According to the characteristics of the capacitor C as described above, by changing the upper limit value I L of the discharge current of the capacitor C (Ic), effectively the stored power of the capacitor C by reducing the influence of the voltage drop due to the internal resistance It can be taken out. As a result, the usable time of the
尚、上限値ILを設定するに際して電圧Vcの検出値を参照しない手法を用いる場合は、図1の電圧検出器5は省略可能である。同様に、上限値ILを設定するに際して温度Tcの検出値を参照しない手法を用いる場合は、図1の温度検出器4は省略可能である。
In the case of using a method that does not refer to the detection value of the voltage Vc when setting the upper limit value I L, the
また、図1に示すコンデンサCを充電するための充電装置は、図1の電源装置1に内蔵される、或いは、電源装置1の外部に設けられる。
Further, a charging device for charging the capacitor C shown in FIG. 1 is built in the
蓄電デバイス2として電気二重層コンデンサCを例示したが、蓄電電力に応じて出力電圧が変化する任意の蓄電デバイスを、本発明に係る蓄電デバイスとして用いることが可能である。例えば、本発明に係る蓄電デバイスは、電気二重層コンデンサ以外に分類されるコンデンサまたは二次電池であってもよいし、コンデンサである或いは電池であると明確に分類することのできない蓄電デバイスであってもよい。 Although the electric double layer capacitor C has been exemplified as the power storage device 2, any power storage device whose output voltage changes according to the stored power can be used as the power storage device according to the present invention. For example, the electricity storage device according to the present invention may be a capacitor or a secondary battery classified other than an electric double layer capacitor, or may be an electricity storage device that cannot be clearly classified as a capacitor or a battery. May be.
また、電源装置1の典型的な負荷として携帯機器7を例示したが、電源装置1の負荷の携帯性は問わない。
Moreover, although the
1 電源装置
2 蓄電デバイス
3 電流制限回路
4 温度検出器
5 電圧検出器
6 制御回路
7 携帯機器
8 バッテリ
9 電圧入力端子
15 電流検出器
C 電気二重層コンデンサ
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記蓄電デバイスの出力電流の電流値を所定の上限値以下に制限する電流制限回路と、
前記上限値を変更するための制御回路と、を備えた
ことを特徴とする電源装置。 In a power supply device that includes a power storage device whose output voltage changes according to stored power, and supplies power to a load device while using an external power source in combination,
A current limiting circuit for limiting the current value of the output current of the electricity storage device to a predetermined upper limit value or less;
And a control circuit for changing the upper limit value.
ことを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 The power supply apparatus according to claim 1, wherein the control circuit changes the upper limit value according to a temperature of the power storage device.
ことを特徴とする請求項2に記載の電源装置。 The control circuit sets the upper limit value to a predetermined first upper limit value when the temperature of the power storage device is a predetermined first temperature, and a predetermined second temperature in which the temperature of the power storage device is lower than the first temperature. 3. The power supply device according to claim 2, wherein when the temperature is a temperature, the upper limit value is set to a predetermined second upper limit value that is smaller than the first upper limit value.
ことを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 The power supply apparatus according to claim 1, wherein the control circuit changes the upper limit value according to the output voltage of the power storage device.
ことを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 The power supply apparatus according to claim 1, wherein the control circuit changes the upper limit value according to the output voltage of the power storage device and the output current of the power storage device.
前記制御回路は、前記設定電圧に応じて前記上限値を変更する
ことを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 The current limiting circuit includes a voltage conversion circuit that converts the output voltage of the power storage device into a specified set voltage having a different voltage value and outputs the converted voltage.
The power supply apparatus according to claim 1, wherein the control circuit changes the upper limit value according to the set voltage.
ことを特徴とする請求項6に記載の電源装置。 The power supply apparatus according to claim 6, wherein the control circuit further changes the upper limit value according to the output voltage of the power storage device after setting the upper limit value according to the set voltage. .
ことを特徴とする請求項1〜請求項7の何れかに記載の電源装置。 The control circuit determines that the power storage device is in a deteriorated state when the output voltage of the power storage device becomes a predetermined voltage or less despite the control circuit changing the upper limit value. The power supply device according to any one of claims 1 to 7.
前記内部抵抗の抵抗値が所定の劣化閾値より小さい場合において、前記蓄電デバイスの前記出力電流の電流値が設定された前記上限値と等しくなったとしても、前記蓄電デバイスの前記出力電圧が前記所定電圧よりも高くなるように、前記上限値は設定されている
ことを特徴とする請求項8に記載の電源装置。 The resistance value of the internal resistance of the electricity storage device increases with the deterioration of the electricity storage device,
When the resistance value of the internal resistance is smaller than a predetermined deterioration threshold, even if the current value of the output current of the power storage device becomes equal to the set upper limit value, the output voltage of the power storage device is the predetermined value. The power supply device according to claim 8, wherein the upper limit value is set so as to be higher than a voltage.
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