JP2007312517A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電力を無駄にすることなく、確実にキャパシタセルの電圧均等化を行えるようにする。
【解決手段】 １つのバッテリセルｂと１つのキャパシタセルｃとを並列に接続してなる結合体Ｅをｎ個（ｎは２以上の整数）備える。そして、こらら結合体Ｅを、各バッテリセルｂ１〜ｂｎが直列で、且つ各キャパシタセルｃ１〜ｃｎが直列となるよう接続する。こうすることにより、キャパシタセルｃの電圧がこれと対となるバッテリセルｂの電圧によって安定化され、各キャパシタセルｃ１〜ｃｎの電圧が均等化される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、バッテリとキャパシタとを組み合わせた電源装置に関する。

従来より、電気自動車などにおいて、バッテリの補助としてキャパシタ（電気二重層キャパシタ）が用いられており、例えば特許文献１に記載のように、バッテリとキャパシタとを並列に接続した電源装置が考えられている。
このキャパシタとしては、複数のキャパシタセルを直列接続しモジュール化したものが用いられる場合があるが、この場合、充放電を繰り返すうちに各キャパシタセルの電圧にばらつきが生じるという問題がある。そこで、例えば特許文献２や特許文献３に記載のように、キャパシタセルに均等化回路を並列に接続することが行われている。尚、特許文献３に記載の技術では、キャパシタとは別の車載電源を利用してキャパシタセルの電圧均等化を行うようにしている。又、特許文献４に記載のように、完全放電と極性の反転を組み合わせて行うことで電圧のばらつきを抑制する技術もある。

特開平６−２９２３０５号公報 特開２００２−１７１６８２号公報 特開２００２−２８１６９０号公報 特開２００２−１４２３６９号公報

上記のように均等化回路を用いる場合、キャパシタセルの数が増えるとそれだけ均等化回路が必要となるため、回路構成が複雑化し、又、均等化回路において消費される電力も増加するという欠点がある。これに対し、特許文献４に記載の技術のようにすれば比較的簡単な構成で済むが、度々キャパシタを完全放電させることになるため、その際に電力が無駄にならないように何らかの対策をする必要がある。

本発明は、電力を無駄にすることなく、確実にキャパシタセルの電圧均等化を行えるようにすることを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る電源装置は、複数のバッテリセルを直列に接続してなるバッテリと、複数のキャパシタセルを直列に接続してなるキャパシタとを備えており、上記バッテリと上記キャパシタとを並列に接続すると共に、上記バッテリセルと上記キャパシタセルとを、直列接続されている順に並列に接続してなることを特徴とする構成としている。

又、本発明に係る電源装置は、１つのバッテリセルと１つのキャパシタセルとを並列に接続してなる結合体を複数備え、該結合体を、各バッテリセルが直列で、且つ各キャパシタセルが直列となるよう接続してなることを特徴とする構成としている。

本発明によれば、バッテリセルの比較的安定した端子電圧を利用しているだけなので電力を無駄することなくキャパシタセルの電圧均等化を行うことができ、これによりキャパシタセルの電圧が上昇し過ぎることによる劣化や破壊を未然に防ぐことができる。又、簡単な構成であるので、電源装置を複雑化させることはなく、容易に実施することができる。もちろん、バッテリ及びキャパシタそれぞれの特長を活かして電力を供給したり充電したりすることができるので、電源装置としての高い利用性が実現される。

以下、本発明の実施例を、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、この実施例に係る電源装置Ａは、鉛蓄電池からなるバッテリＢと、電気二重層キャパシタからなるキャパシタＣとを備えており、バッテリＢとキャパシタＣとが並列に接続されている。この電源装置Ａにはモータやインバータなどからなる負荷Ｘが接続され、例えば力行制御時には負荷Ｘへ電力を供給し、回生制御時には負荷Ｘから電力を回収する。

バッテリＢはｎ個（ｎは２以上の整数）のバッテリセルを直列に接続して構成され、キャパシタＣは同じくｎ個のキャパシタセルを直列に接続して構成されている。ここで、１個のバッテリセルは１個のキャパシタセルよりも大容量であり、又、バッテリセルは−側から接続されている順にｂ１、ｂ２、・・・ｂｎとし、キャパシタセルは−側から接続されている順にｃ１、ｃ２、・・・ｃｎとしている。

更に、図１に示すように、バッテリセルｂ１〜ｂｎの＋−両端子と、キャパシタセルｃ１〜ｃｎの＋−両端子とを並列に接続する接続線ｄが設けられている。接続線ｄは所定抵抗値の抵抗を備えたものであり、この接続線ｄによって、バッテリセルｂ１の＋端子とキャパシタセルｃ１の＋端子、バッテリセルｂ１の−端子とキャパシタセルｃ１の−端子というように、バッテリＢ又はキャパシタＣにおいて接続された順が同じであるセル同士が接続されている。尚、例えばバッテリセルｂ１の−端子とキャパシタセルｃ１の−端子、及びバッテリセルｂ２の＋端子とキャパシタセルｃ２の＋端子のように、接続順で隣り合うセルの−端子同士と＋端子同士とは同じ接続線ｄで結ばれている。

従って、図２に示すように、この電源装置Ａはｎ個の結合体Ｅからなると見なすことができる。これら結合体Ｅは何れも、１個のバッテリセルと１個のキャパシタセルとを接続線ｄによって並列に接続したものであり、バッテリセルがｎ個直列となり、且つキャパシタセルがｎ個直列となるよう接続してある。

ここで、バッテリセルは鉛蓄電池であるため、起電力（公称）が２．０［Ｖ］である。充電時の端子電圧は内部抵抗の影響で２．０［Ｖ］を超え、充電時間の経過と共に上昇するが、２．５〜２．８［Ｖ］程度の電圧で飽和する傾向にあり、又、放電時の端子電圧は放電時間の経過と共に低下し、放電率によらず放電終止電圧は２．０［Ｖ］を下回る（５時間放電率の場合の放電終止電圧は１．７［Ｖ］）。つまり、通常の使用状況では、バッテリセルの端子電圧は充電終期において最も高くなるので、キャパシタセルとしては、最大使用電圧が充電終期におけるバッテリセルの端子電圧以上であるもの（余裕を見て、ある程度上回るものが望ましい）を用いる。

このような実施例によれば、並列関係にあるバッテリセルの端子電圧でキャパシタセルの電圧が安定化されることになるので、各キャパシタセルの電圧を均等化し、最大使用電圧を超えることなく各キャパシタセルを使用することができる。又、電源装置Ａを複雑化させることなく容易に実施することができる上、対をなすバッテリセルとキャパシタセルとを接続線ｄによって接続するという簡単な構成であるので電力を無駄にすることがなく、殊更、最大使用電圧の高いキャパシタセルを利用する必要もない。もちろん、バッテリＢ、キャパシタＣそれぞれの特長を活かして、負荷Ｘに対し電力を供給したり、充電したりすることができる。

尚、上記の実施例ではバッテリＢを鉛蓄電池としているが、他の化学反応を利用した二次電池であってもよい。

本発明の実施例の回路構成図である。 本発明の実施例の説明図である。

符号の説明

Ａ 電源装置
Ｂ バッテリ
ｂ１〜ｂｎ バッテリセル
Ｃ キャパシタ
ｃ１〜ｃｎ キャパシタセル
ｄ 接続線
Ｅ 結合体
Ｘ 負荷

Claims (2)

1. 複数のバッテリセルを直列に接続してなるバッテリと、複数のキャパシタセルを直列に接続してなるキャパシタとを備えており、上記バッテリと上記キャパシタとを並列に接続すると共に、上記バッテリセルと上記キャパシタセルとを、直列接続されている順に並列に接続してなることを特徴とする電源装置。
2. １つのバッテリセルと１つのキャパシタセルとを並列に接続してなる結合体を複数備え、該結合体を、各バッテリセルが直列で、且つ各キャパシタセルが直列となるよう接続してなることを特徴とする電源装置。

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