JP2007250826A

JP2007250826A - キャパシタ蓄電装置

Info

Publication number: JP2007250826A
Application number: JP2006072286A
Authority: JP
Inventors: Michio Okamura; 廸夫岡村; Takao Rokuto; 孝雄六藤; Atsushi Shimizu; 敦清水
Original assignee: Power System Co Ltd
Current assignee: Power System Co Ltd
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2026-03-16
Also published as: US20070216425A1; JP3874366B1

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

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Ｃ_Aに蓄電し、キャパシタＣ_A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Ｃ_A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Ｃ_Aに並列に接続されて、キャパシタＣ_A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Ｃ_Aに並列に接続され、キャパシタＣ_A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Ｃ_A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Ｃ_A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Ｃ_A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Ｃ_A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Ｃ_A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Ｃ_A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Ｃ_Aの内部抵抗に電流を流すことよってキャパシタＣ_Aの内部抵抗を発熱させる。このようにしてキャパシタＣ_Aの内部から自己発熱させることによってキャパシタＣ_Aを自己ヒーリング的にキャパシタＣ_A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、Ｃ_A、Ｃ_B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Ｃ_A、Ｃ_Bのそれぞれの容量Ｃ_A、Ｃ_Bに加えて内部抵抗Ｒ_A、Ｒ_B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Ｃ_A、Ｃ_B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Ｃ_B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Ｃ_BにキャパシタＣ_Aから充電し、逆にキャパシタＣ_BからキャパシタＣ_A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Ｃ_A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Ｃ_Aに充電し、キャパシタＣ_Aから放電するように使用するものである。キャパシタＣ_A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Ｃ_B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Ｃ_Aの内部抵抗Ｒ_Aが検出され、そして、この内部抵抗値Ｒ_A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Ｃ_AからキャパシタＣ_Bへ、又は、キャパシタＣ_BからキャパシタＣ_A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Ｃ_A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Ｃ_Bの充電に振り向けられる。そして、そのようにキャパシタＣ_AからキャパシタＣ_Bへの充電が一定期間行われた後には、次に、キャパシタＣ_BからキャパシタＣ_A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Ｃ_A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Ｃ_AからキャパシタＣ_Bへ、又は、キャパシタＣ_BからキャパシタＣ_Aへ電流を流し、この電流で内部抵抗Ｒ_Aを発熱させて、キャパシタＣ_Aの温度を上昇させ、もって内部抵抗Ｒ_Aの低減を図る。

昇降圧コンバータの動作は、キャパシタＣ_AからキャパシタＣ_B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Ｃ_A→抵抗Ｒ_A→スイッチング素子ＳＷ１→インダクタＬ→抵抗Ｒ_B→キャパシタＣ_B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Ｒ_B→キャパシタＣ_B→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Ｃ_A→抵抗Ｒ_A→スイッチング素子ＳＷ１→インダクタＬ→抵抗Ｒ_B→キャパシタＣ_Bの電流を流し、キャパシタＣ_B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Ｃ_A、Ｃ_B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。

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る。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。本発明の実施形態に係るキャパシタ蓄電装置一回路例の等価回路を示す図である。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る。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で説明する図である。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。本発明の他の実施形態に係る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。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。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。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。

符号の説明

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

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。