JP2007250826A - キャパシタ蓄電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】温度センサ等によらず、内部抵抗成値の増大によって、キャパシタが低温状態にあることを検知し、これに通電、自己発熱させるキャパシタ蓄電装置を提供する。
【解決手段】本発明のキャパシタ蓄電装置は、通常使用時においては、キャパシタC1、C2に充電し、またキャパシタC1、C2から放電を行うようにしたものである。キャパシタ蓄電装置は、キャパシタC1、C2の内部抵抗値を検出する内部抵抗検出手段2と、キャパシタC1、C2間での充放電を制御するキャパシタ間充放電制御手段1とを有しおり、内部抵抗検出手段2が所定値以上の抵抗値を検出したときは、キャパシタ間充放電制御手段1が、キャパシタC1、C2間での充放電を行うことにより、キャパシタC1、C2を自己発熱させる。
【選択図】図4
【解決手段】本発明のキャパシタ蓄電装置は、通常使用時においては、キャパシタC1、C2に充電し、またキャパシタC1、C2から放電を行うようにしたものである。キャパシタ蓄電装置は、キャパシタC1、C2の内部抵抗値を検出する内部抵抗検出手段2と、キャパシタC1、C2間での充放電を制御するキャパシタ間充放電制御手段1とを有しおり、内部抵抗検出手段2が所定値以上の抵抗値を検出したときは、キャパシタ間充放電制御手段1が、キャパシタC1、C2間での充放電を行うことにより、キャパシタC1、C2を自己発熱させる。
【選択図】図4
Description
本発明は、低温のために内部抵抗が増大したキャパシタを通電によって自己発熱させるキャパシタ蓄電装置に関する。
複数の電気二重層キャパシタを直並列接続して構成する高電圧大容量のキャパシタ蓄電装置は、メモリバックアップ用や電気自動車のパワーアシスト用や電力貯蔵用等種々の用途が検討されており、近年注目されている。電気二重層キャパシタの蓄電の原理は、二次電池のような化学反応を利用せず、単に電解液中のイオンが充電に伴って電極面へ移動することによって、電極と電解液との界面においてイオンの分極によりできる電気二重層を利用して蓄電容量を発生させる仕組みとなっている。従って、電気二重層キャパシタ、低温度になるにつれて電解液の粘性が高まり、イオンの易動度(mobility)が低下するため、電気二重層キャパシタの内部抵抗が増加し、利用可能な蓄電容量が低下するという傾向が見られる。
このような低温時における電気二重層キャパシタの利用効率改善策に係る技術としては、例えば、特許文献1(特開2002−142373号公報)に、低温度になると静電容量が低下し内部抵抗が増大するキャパシタの低温特性を補償したキャパシタ蓄電装置であって、温度特性の低下する低温度の範囲を検出する温度検出手段と、前記キャパシタの充放電を制御し、前記温度検出手段により検出した温度の高低に対応して動作電圧を上下させて温度特性を補償する充放電制御手段とを備え、低温度で動作電圧を上げて用いるようにしたことを特徴とする低温特性を補償したキャパシタ蓄電装置が開示されている。
電気二重層キャパシタを利用したキャパシタ蓄電装置に係るものではなく、二次電池の低温時動作に対処するものとして、特許文献2(特許2003−274565号公報)には、互いに並列に接続した二次電池およびキャパシタを有する蓄電部と、この蓄電部を充電する発電手段と、蓄電部から電力を放電させる放電手段と、発電手段および放電手段による蓄電部での充放電を制御する充放電制御部を備え、二次電池の充放電の繰り返しで発生する内部発熱によって二次電池を加熱する場合において、二次電池に流れる電流値を増加させて二次電池の昇温速度を早める技術が開示されている。
特開2002−142373号公報
特許2003−274565号公報
ところで、電気二重層キャパシタに係る特許文献1記載の技術、二次電池に係る特許文献2記載の技術のいずれの技術においても「低温時」という蓄電装置の動作点について検知する必要があるため温度センサ等の温度検出手段を設けた構成となっている。すなわち、特許文献1記載の技術では、電気二重層キャパシタの動作環境温度を検出するための温度センサが必要となり、この温度センサが検知した温度が低い場合に、動作電圧を上げるようにするものである。また、特許文献2記載の技術では、昇温制御を開始するか否かの判断が電池の特性に合わせたものになっており、具体的には、二次電池の温度、電流値および端子電圧から、二次電池の放出可能出力が負荷に必要な出力以上か否かが判断され、否の場合に昇温処理が実行されるというように、昇温処理を開始するまでのプロセスは非常に複雑なものとなっている。このように従来の技術では、温度検出手段は必須の構成要件であり、このために温度センサなど部品点数が増えてしまい、キャパシタ蓄電装置システムのコストが増大してという問題があった。
本発明は、上記課題を解決するものであって、低温時には電気二重層キャパシタを構成する分極性電極内部の細孔において(より詳しくは低温度になるにつれて細孔における電解液の粘度が高まり、イオンの易動度が低下するため)内部抵抗成分が増加する、という現象を逆に利用し、温度センサ等の温度検出手段を不要とするキャパシタ蓄電装置である。
そのために、請求項1に係る発明は、キャパシタからなる蓄電部を有し、該キャパシタに充電し、また該キャパシタから放電を行うようにしたキャパシタ蓄電装置において、該キャパシタの内部抵抗値を検出する内部抵抗検出手段と、少なくとも該キャパシタとは別のキャパシタを有するキャパシタ間充放電制御手段とを有し、該内部抵抗検出手段が所定値以上の抵抗値を検出したときは、該キャパシタ間充放電制御手段は、該キャパシタと該別のキャパシタとの間で充放電を行うことを特徴とする。
また、請求項2に係る発明は、複数のキャパシタからなる蓄電部を有し、これらの該複数のキャパシタに充電し、また該複数のキャパシタから放電を行うようにしたキャパシタ蓄電装置において、該複数のキャパシタの内部抵抗値を検出する内部抵抗検出手段と、該複数のキャパシタの間で充放電を行うキャパシタ間充放電制御手段とを有し、該内部抵抗検出手段が所定値以上の抵抗値を検出したときは、該キャパシタ間充放電制御手段は、該複数のキャパシタの間で充放電を行うことを特徴とする。
また、請求項3に係る発明は、請求項1又は請求項2に記載のキャパシタ蓄電装置において、該内部抵抗検出手段はIRドロップによりキャパシタの内部抵抗値を検出することを特徴とする。
また、請求項4に係る発明は、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のキャパシタ蓄電装置において、該キャパシタ間充放電制御手段は昇降圧コンバータからなることを特徴とする。
また、請求項5に係る発明は、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のキャパシタ蓄電装置において、該キャパシタ間充放電制御手段はスイッチングレギュレータからなることを特徴とする。
本発明のキャパシタ蓄電装置によれば、内部抵抗検出手段でキャパシタの内部抵抗値の増大を検出して、キャパシタ間充放電制御手段によってキャパシタ間で充放電を繰り返すものであり、キャパシタ間の充放電によって流れる電流で内部抵抗を発熱させてキャパシタの温度を上昇させる。そして、キャパシタの内部からの温度上昇によってキャパシタの内部抵抗を自己ヒーリング的に低減させるものである。従って、従来のように、温度センサなど部品を要することなく、キャパシタの内部抵抗を検出するだけなので、キャパシタ蓄電装置システムのコストを抑制することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図1は本発明の実施形態に係るキャパシタ蓄電装置の原理を示す図であり、図2は本発明の実施形態に係るキャパシタ蓄電装置の一例を示す図である。図1のキャパシタ蓄電装置は、キャパシタCAに蓄電し、キャパシタCAから放電することによって通常使用するものである。図1は、本発明の原理を説明するためにキャパシタ蓄電装置の一部を抜粋したものである。なお、本実施形態では、キャパシタCAに用いるキャパシタの一例として電気二重層キャパシタを用いている。図1において、1はキャパシタ間充放電制御手段であり、2は内部抵抗検出手段である。内部抵抗検出手段2はキャパシタCAに並列に接続されて、キャパシタCAの内部抵抗を検出するものであり、キャパシタ間充放電制御手段1は、キャパシタCAに並列に接続され、キャパシタCAに蓄積された電荷をキャパシタ間充放電制御手段1内に設けられた蓄電手段に貯えたり、当該蓄電手段に貯えられた電荷を逆にキャパシタCA側に蓄積させたりする制御を行うものであり、キャパシタ、インダクタ、スイッチング素子、ダイオード等から構成され得るものである。以上のような構成の本発明に係るキャパシタ蓄電装置の動作の概要について説明すると、まず内部抵抗検出手段2がキャパシタCAの内部抵抗値を検出してみて、この値が所定値を上回っていると判断されると、キャパシタ間充放電制御手段1は、キャパシタCAに蓄積された電荷をキャパシタ間充放電制御手段1内に設けられた蓄電手段に貯えたり、当該蓄電手段に貯えられた電荷を逆にキャパシタCA側に蓄積させたりする充放電制御を開始する。キャパシタCAの内部抵抗値が所定値を上回っているということは、キャパシタCAが低温環境下にある、と判断できるために、このような動作がなされる。そして、キャパシタ間充放電制御手段1にて上述のような充放電制御を行い、キャパシタCAの内部抵抗に電流を流すことよってキャパシタCAの内部抵抗を発熱させる。このようにしてキャパシタCAの内部から自己発熱させることによってキャパシタCAを自己ヒーリング的にキャパシタCAの内部抵抗を低減させることできる。このように本発明によれば、温度センサ等の温度検出手段を用いることなく、キャパシタの内部抵抗値に基づいて、キャパシタ間充放電制御手段を起動させ、キャパシタ間の充放電電流でキャパシタの内部抵抗を発熱させ、もってキャパシタの温度を上げて内部抵抗を低減させるようにしているため、従来の技術のように温度センサ等の部品を要することなく、キャパシタ蓄電装置を安価に構成することができる。
図2は、図1のキャパシタ間充放電制御手段1の回路構成の一例が示されており、CA、CBはキャパシタ、Lはインダクタ、SW1、SW2はスイッチング素子、T1、T2は端子を示す。図2中の点線3で囲まれる部分が、図1において示したキャパシタ間充放電制御手段1に相当する部分である。図3は、図2に示すキャパシタ蓄電装置の一回路例の等価回路を示す図である。図3において、点線で囲まれた部分は、キャパシタCA、CBのそれぞれの容量CA、CBに加えて内部抵抗RA、RBまでが示されている。なお、インダクタLの内部抵抗については略記した。以下、図3に基づいて説明する。
図3において、キャパシタCA、CBは、例えば電気二重層コンデンサを用いたものである。キャパシタCBは、キャパシタ間充放電制御手段1の一部であり、このキャパシタCBにキャパシタCAから充電し、逆にキャパシタCBからキャパシタCAに充電することを交互に繰り返して、前述のようなキャパシタの内部抵抗を発熱させるための電流を流すものである。キャパシタCAの両端の端子T1、T2は不図示の充放電制御回路に接続され、通常使用時においては、キャパシタCAに充電し、キャパシタCAから放電するように使用するものである。キャパシタCAに対して、並列にスイッチング素子SW1、SW2の直列回路が接続される。そして、スイッチング素子SW1、SW2の直列接続中点と、スイッチング素子SW2との間にインダクタL、キャパシタCBを接続する。スイッチング素子は、一方のスイッチング素子SW1(SW2)によりスイッチング制御を行うとき他方のスイッチング素子SW2(SW1)は同期整流器として動作することによって、一方のキャパシタの電荷、充電電流を他方のキャパシタへ移送する昇降圧コンバータを構成するものである。
次に、図3の回路の動作につき説明する。以上の構成において、内部抵抗検出手段2によってキャパシタCAの内部抵抗RAが検出され、そして、この内部抵抗値RAが所定値を上回っていると判断されると、スイッチング素子SW1とSW2を制御して、キャパシタCAからキャパシタCBへ、又は、キャパシタCBからキャパシタCAへ、の電荷の移動を行う(電流を流す)ようにする。キャパシタCAの電荷は、スイッチング素子SW1、インダクタLと、同期整流器として働くスイッチング素子SW2から構成される昇降圧コンバータにより、他方のキャパシタCBの充電に振り向けられる。そして、そのようにキャパシタCAからキャパシタCBへの充電が一定期間行われた後には、次に、キャパシタCBからキャパシタCAへの充電を行うようにする。すなわち、キャパシタC2の電荷は、スイッチング素子SW2、インダクタLと、同期整流器として働くスイッチング素子SW1から構成される昇降圧コンバータにより、他方のキャパシタCAの充電にされる。このような動作を繰り返すことにより、このように昇降圧コンバータを制御することによって、キャパシタCAからキャパシタCBへ、又は、キャパシタCBからキャパシタCAへ電流を流し、この電流で内部抵抗RAを発熱させて、キャパシタCAの温度を上昇させ、もって内部抵抗RAの低減を図る。
昇降圧コンバータの動作は、キャパシタCAからキャパシタCBへの充電を例にとると、まず、スイッチング素子SW1を閉、スイッチング素子SW2を開とすることにより、キャパシタCA→抵抗RA→スイッチング素子SW1→インダクタL→抵抗RB→キャパシタCBの電流を流す。次に、スイッチング素子SW1を開、スイッチング素子SW2を閉とする。すると、インダクタLに流れていた電流はそのまま流れようとするので、インダクタL→抵抗RB→キャパシタCB→スイッチング素子SW2の電流が流れる。そして再び、スイッチング素子SW1を閉、スイッチング素子SW2を開とすることにより、キャパシタCA→抵抗RA→スイッチング素子SW1→インダクタL→抵抗RB→キャパシタCBの電流を流し、キャパシタCBに充電する。
本発明のキャパシタ蓄電装置は、このようにして内部抵抗値の増大を検出して、キャパシタ間で充放電を繰り返すものであり、キャパシタ間で充放電によって流れる電流で内部抵抗を発熱させてキャパシタの温度を上昇させる。キャパシタCA、CB間の電荷の移動は、スイッチング素子で電流をスイッチング制御することにより行うので、エネルギー消費は極僅かですみ高効率で行うことができる。
図4は本発明の他の実施形態に係るキャパシタ蓄電装置の原理を示す図であり、図6は本発明の他の実施形態に係るキャパシタ蓄電装置の一例を示す図である。図4のキャパシタ蓄電装置は、直列に接続されたキャパシタC1及びC2に蓄電し、キャパシタC1及びC2から放電することによって通常使用するものである。図4は、本発明の他の実施形態の原理を説明するためにキャパシタ蓄電装置の一部を抜粋したものである。なお、本実施形態では、キャパシタC1及びC2に用いるキャパシタの一例として電気二重層キャパシタを用いている。図4において、1はキャパシタ間充放電制御手段であり、2は内部抵抗検出手段である。内部抵抗検出手段2は直列接続されたキャパシタC1及びC2に対して並列に接続され、キャパシタC1及びC2の内部抵抗を検出するものである。キャパシタ間充放電制御手段1は、直列接続されたキャパシタC1及びC2の両端、キャパシタC1−C2間の3点に接続されており、キャパシタC1に蓄積された電荷をキャパシタC2に移動したり、キャパシタC2に貯えられた電荷を逆にキャパシタC1に移動したりする制御を行うものであり、キャパシタ、インダクタ、スイッチング素子、ダイオード等から構成され得るものである。
以上のような構成の本発明に係るキャパシタ蓄電装置の動作の概要について説明すると、まず内部抵抗検出手段2がキャパシタC1及びC2の内部抵抗値を検出してみて、この値が所定値を上回っていると判断されると、キャパシタ間充放電制御手段1は、キャパシタC1(またはキャパシタC2)に蓄積された電荷をキャパシタC2(またはキャパシタC1)に移動したり、キャパシタC2(またはキャパシタC1)に貯えられた電荷を逆にキャパシタC1(またはキャパシタC2)に移動したりする充放電制御を開始する。キャパシタC1及びC2の内部抵抗値が所定値を上回っているということは、キャパシタC1及びC2が低温環境下にある、と判断できるために、このような動作がなされる。そして、キャパシタ間充放電制御手段1にて上述のような充放電制御を行い、キャパシタC1及びC2の内部抵抗に電流を流すことよってキャパシタC1及びC2の内部抵抗を発熱させる。このようにしてキャパシタC1及びC2の内部から自己発熱させることによってキャパシタC1及びC2を自己ヒーリング的にキャパシタC1及びC2の内部抵抗を低減させることできる。このように本発明によれば、温度センサ等の温度検出手段を用いることなく、キャパシタの内部抵抗値に基づいて、キャパシタ間充放電制御手段を起動させ、キャパシタ間の充放電電流でキャパシタの内部抵抗を発熱させ、もってキャパシタの温度を上げて内部抵抗を低減させるようにしているため、従来の技術のように温度センサ等の部品を要することなく、キャパシタ蓄電装置を安価に構成することができる。
なお、図4においては、キャパシタがC1及びC2の2つで構成されたキャパシタ蓄電装置の例で示したが、本発明はそれより多くのキャパシタで構成されたキャパシタ蓄電装置にも適用し得るものである。図5は、本発明の他の実施形態に係るキャパシタ蓄電装置の原理を、3つのキャパシタからなるキャパシタ蓄電装置に適用したものを説明するための図である。図5においては、キャパシタC1、C2、C3の直列接続に、キャパシタ間充放電制御手段1と内部抵抗検出手段2が図示するように接続されている。例えば、キャパシタ間充放電制御手段1は、キャパシタC1に蓄積された電荷をキャパシタC2及び/又はキャパシタC3に移動したり、キャパシタC2に貯えられた電荷を逆にキャパシタC1及び/又はキャパシタC3に移動したり、キャパシタC3に貯えられた電荷を逆にキャパシタC1及び/又はキャパシタC2に移動したりする充放電制御を行うように設定される。要は、3つ以上のキャパシタで構成されるキャパシタ蓄電装置の場合でも、キャパシタ蓄電装置を構成する各キャパシタの間で、電荷の移動をさせることによって電流を流し、当該電流でキャパシタの内部抵抗の発熱を促すようにするところが本発明の原理となっている。
図6は、図4のキャパシタ間充放電制御手段1の回路構成の一例が示されており、C1、C2はキャパシタ、Lはインダクタ、SW1、SW2はスイッチング素子、T1、T2は端子を示す。図6中の点線4で囲まれる部分が、図4において示したキャパシタ間充放電制御手段1に相当する部分である。図7は、図6に示すキャパシタ蓄電装置の一回路例の等価回路を示す図である。図7において、点線で囲まれた部分は、キャパシタC1、C2のそれぞれの容量C1、C2に加えて内部抵抗R1、R2までが示されている。なお、インダクタLの内部抵抗については略記した。以下、図7に基づいて説明する。
図7において、キャパシタC1、C2は、例えば電気二重層コンデンサを用いたものであり、直列接続してその両端の端子T1、T2は不図示の充放電制御回路に接続され、通常使用時においては、キャパシタC1及びC2に充電し、キャパシタC1及びC2から放電するように使用するものである。キャパシタC1及びC2の直列回路に対して、並列にスイッチング素子SW1、SW2の直列回路が接続される。そして、キャパシタC1、C2の直列接続中点とスイッチング素子SW1、SW2の直列接続中点との間にインダクタLを接続し、一方のスイッチング素子SW1(SW2)によりスイッチング制御を行うとき他方のスイッチング素子SW2(SW1)は同期整流器として動作することによって、一方のキャパシタの電荷、充電電流を他方のキャパシタへ移送する昇降圧コンバータを構成するものである。
更に次に、図7の回路の動作につき詳細に説明する。以上の構成において、内部抵抗検出手段2によってキャパシタC1及びC2の内部抵抗R1及びR2の和が検出され、そして、これらの内部抵抗値が所定値を上回っていると判断されると、スイッチング素子SW1とSW2を制御して、キャパシタC1からキャパシタC2へ、又は、キャパシタC2からキャパシタC1へ、の電荷の移動を行う(電流を流す)ようにする。即ち、昇降圧コンバータの動作は、キャパシタC1からキャパシタC2への充電を例にとると、まず、スイッチング素子SW1を閉、スイッチング素子SW2を開とすることにより、キャパシタC1→抵抗R1→スイッチング素子SW1→インダクタLの電流を流す。次に、スイッチング素子SW1を開、スイッチング素子SW2を閉とする。すると、インダクタLに流れていた電流はそのまま流れようとするので、インダクタL→抵抗R2→キャパシタC2→スイッチング素子SW2の電流が流れて、キャパシタC2に充電がなされる。このように昇降圧コンバータを制御することによって、キャパシタC1からキャパシタC2へ、又は、キャパシタC2からキャパシタC1へ電流を流し、この電流で内部抵抗R1及びR2を発熱させて、キャパシタC1及びキャパシタC2の温度を上昇させ、もって内部抵抗R1及びR2の低減を図る。
本発明のキャパシタ蓄電装置は、このようにして内部抵抗値の増大を検出して、キャパシタ間で充放電を繰り返すものであり、キャパシタ間の充放電によって流れる電流で内部抵抗を発熱させてキャパシタの温度を上昇させる。キャパシタC1、C2間の電荷の移動は、スイッチング素子で電流をスイッチング制御することにより行うので、エネルギー消費は極僅かですみ高効率で行うことができる。また、キャパシタC1、C2間で充放電制御を行うので、電力の損失は理論的には内部抵抗における分だけに限定されるので、電力損失は最低となる。
次に、本発明をキャパシタ蓄電装置のシステムに組み込んだ場合につき、図9及び図10を参照しつつ説明する。図8は、本発明の実施形態に係るキャパシタ蓄電装置のシステム全体を示す図である。また、図9は、本発明の実施形態に係るキャパシタ蓄電装置のシステムを制御するためのフローを示す図である。図9のキャパシタ蓄電装置のシステムにおいて、C1、C2、C3は(電気二重層)キャパシタ、5、5’、5’’は並列モニタ、10は充放電制御部、11は充電回路、12は放電回路、13はIRドロップ検出部、14は昇降圧コンバータである。
本発明のキャパシタ蓄電装置のシステムにおいては、充放電制御部10が電源等を含む充電回路11を制御することにより直列接続されたキャパシタC1、C2、C3に蓄電し、また、充放電制御部10が負荷等を含む放電回路12を制御することによりキャパシタC1、C2、C3から電力を放電させることによって通常使用するものである。なお、キャパシタC1、C2、C3に用いるキャパシタの一例として電気二重層キャパシタを用いているが、他の種類のキャパシタ、或いは二次電池を用いることもできる。図8に記載のキャパシタ蓄電装置のシステムにおいては、これまで「内部抵抗検出手段」として説明してきたものの一例として、IRドロップ検出部13を用いている。IRドロップは、キャパシタの放電開始直後の電圧がステップ的に下降する現象であり、このIRドロップからキャパシタの内部抵抗を算出することができる。IRドロップ検出部13は、このようなIRドロップを利用して、キャパシタC1、C2、C3の内部抵抗を検出する。
充放電制御部10は、並列モニタ5、5’、5’’及びIRドロップ検出部13からの信号を受け、昇降圧コンバータ14を制御する。つまり、充放電制御部10及び昇降圧コンバータ14によって、これまで「キャパシタ間充放電制御手段」として説明してきたものを構成する。充放電制御部10は昇降圧コンバータ14を制御することによって、キャパシタC1に蓄積された電荷をキャパシタC2及びキャパシタC3に移動したり、キャパシタC2及びキャパシタC3に貯えられた電荷をキャパシタC1に移動したりする充放電制御を行う。このように各キャパシタC1、C2、C3の間で、電荷の移動をさせることによって電流を流し、当該電流でキャパシタC1、C2、C3の内部抵抗の発熱を促し、各キャパシタC1、C2、C3の昇温を図る。
次に、以上のように構成されたキャパシタ蓄電装置のシステムを制御するためのフローにつき説明する。図9において、キャパシタ間の充放電制御は、ステップS10で開始され、不図示の負荷に対する放電制御があるかどうか(負荷の起動があるかどうか)をステップS11において監視する。放電制御がない(負荷の起動がない)場合には、S11でループする。ステップS11において、放電制御がある(負荷の起動がある)と判定されると、ステップS12においてIRドロップ検出部13によってキャパシタC1、C2、C3の内部抵抗が検出される。
次に、ステップS13に進み、IRドロップ検出部13によって検出されたキャパシタC1、C2、C3の内部抵抗値が所定の第1基準値より大きいか、どうかが判定される。ここで、キャパシタのC1、C2、C3の総内部抵抗値が所定の第1基準値より大きくはない、と判定されるとステップS22へと進み処理を終える。ステップS13で、キャパシタC1、C2、C3の総内部抵抗値が所定の第1基準値より大きいと判定されると、キャパシタC1、C2、C3の温度が低下していることが考えられるので、ステップS14に進み、充放電制御部10及び昇降圧コンバータ14で構成されるキャパシタ間充放電制御手段によって、キャパシタC1、C2、C3間での充放電を行う。キャパシタC1、C2、C3間の充放電制御の仕方については前述したとおりである。次に、ステップS15において、IRドロップ検出部13によって再びキャパシタC1、C2、C3の総内部抵抗値を検出する。
次に、ステップS16において、検出されたキャパシタC1、C2、C3の総内部抵抗値が第2基準値より小さいかどうかを判定する。なお、ここでは第2基準値としているが、システムの設計によってこの値は第1基準値と同じにしても良い。ステップS16において、検出されたキャパシタC1、C2、C3の総内部抵抗値が第2基準値より小さいと判定されると、ステップS17に進む。キャパシタC1、C2、C3の総内部抵抗値が第2基準値より小さくなったということは、ステップS14におけるキャパシタ間充放電でキャパシタ温度が上昇したものと判断できる(ステップS17)ので、ステップS18でキャパシタ間充放電を停止し、S22で処理を終了する。
ステップS16において、検出されたキャパシタC1、C2、C3の総内部抵抗値が第2基準値より小さくないと判定されると、ステップS19へと進む。ステップS19においては、キャパシタ間での充放電の回数が所定の回数以上であるかないかが判定される。もし、ここでキャパシタ間での充放電の回数が所定の回数より少ないような場合には、キャパシタの内部抵抗が低減するまでにキャパシタ温度が上昇しておらず、キャパシタ間での充放電がまだ足りないと考えられるので、再びステップS14へと戻り、キャパシタ間での充放電がなされる。ステップS19において、キャパシタ間での充放電の回数が所定の回数以上である判定されると、キャパシタの内部抵抗が低減しないには、キャパシタに劣化等の異常がある場合と判断できる(ステップS20)ので、充放電を停止し(ステップS21)、処理を終了する(ステップS22)。このように処理する理由は、ステップS19において、キャパシタ間での充放電の回数が所定の回数以上である場合には、キャパシタ温度が上昇されると見込まれる程度の、所定回数充放電を行ったにも関わらず、キャパシタの内部抵抗が低下しないのは、キャパシタに劣化等の異常があるもの考えられるからである。
以上のように、本発明のキャパシタ蓄電装置のシステムによれば、IRドロップ検出部13で内部抵抗値の増大を検出して、キャパシタ間で充放電を繰り返すものであり、キャパシタ間の充放電によって流れる電流で内部抵抗を発熱させてキャパシタの温度を上昇させる。キャパシタC1、C2、C3間の電荷の移動は、昇降圧コンバータ14で制御することにより行うので、エネルギー消費は極僅かですみ高効率で行うことができる。また、キャパシタC1、C2、C3間で充放電制御を行うので、電力の損失は理論的には内部抵抗における分だけに限定されるので、電力損失は最低となる。また、キャパシタ間で充放電を繰り返してみて、それでも内部抵抗が低下しないような場合には、キャパシタが劣化等の異常状態にあると判定できるので、他のキャパシタ異常診断部を設ける必要がない。
本発明のキャパシタ蓄電装置のシステムでは、図10に示すように、昇降圧コンバータ14に代えて、スイッチングレギュレータ15を用いることもできる。図10は、本発明の実施形態に係るキャパシタ蓄電装置のシステムの別の例を示す図である。図10にキャパシタ蓄電装置のシステムにおいても、昇降圧コンバータ14を用いたものと同様の効果を得ることができる。
1・・・キャパシタ間充放電制御手段、2・・・内部抵抗検出手段、3・・・キャパシタ間充放電制御手段の回路例、4・・・キャパシタ間充放電制御手段の回路例、10・・・充放電制御部、11・・・充電回路、12・・・放電回路、13・・・IRドロップ検出部、14・・・昇降圧コンバータ
Claims (5)
- キャパシタからなる蓄電部を有し、該キャパシタに充電し、また該キャパシタから放電を行うようにしたキャパシタ蓄電装置において、
該キャパシタの内部抵抗値を検出する内部抵抗検出手段と、少なくとも該キャパシタとは別のキャパシタを有するキャパシタ間充放電制御手段とを有し、該内部抵抗検出手段が所定値以上の抵抗値を検出したときは、該キャパシタ間充放電制御手段は、該キャパシタと該別のキャパシタとの間で充放電を行うことを特徴とするキャパシタ蓄電装置。 - 複数のキャパシタからなる蓄電部を有し、これらの該複数のキャパシタに充電し、また該複数のキャパシタから放電を行うようにしたキャパシタ蓄電装置において、
該複数のキャパシタの内部抵抗値を検出する内部抵抗検出手段と、該複数のキャパシタの間で充放電を行うキャパシタ間充放電制御手段とを有し、該内部抵抗検出手段が所定値以上の抵抗値を検出したときは、該キャパシタ間充放電制御手段は、該複数のキャパシタの間で充放電を行うことを特徴とするキャパシタ蓄電装置。 - 該内部抵抗検出手段はIRドロップによりキャパシタの内部抵抗値を検出することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のキャパシタ蓄電装置。
- 該キャパシタ間充放電制御手段は昇降圧コンバータからなることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のキャパシタ蓄電装置。
- 該キャパシタ間充放電制御手段はスイッチングレギュレータからなることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のキャパシタ蓄電装置。
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