JP2007336610A

JP2007336610A - 蓄電素子充放電システム

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Publication number: JP2007336610A
Application number: JP2006161868A
Authority: JP
Inventors: Michio Okamura; 廸夫岡村; Hitoshi Nakamura; 仁中村; Taiji Nakagawa; 泰治中川
Original assignee: Power System Co Ltd
Current assignee: Power System Co Ltd
Priority date: 2006-06-12
Filing date: 2006-06-12
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2026-06-12
Also published as: JP3907065B1

Abstract

【課題】蓄電素子の劣化促進、寿命低下を防ぐことができる蓄電素子充放電システムを提供する。
【解決手段】本発明の蓄電素子充放電システムは電源回路１によって蓄電素子３に蓄電を行い蓄電素子３に蓄電された電力を主負荷４に供給するものであって、電源回路１及び蓄電素子３の充電路、放電路を制御する制御回路２と、蓄電素子３の電圧を検出する電圧検出回路５と、を有しおり、この制御回路２は電圧検出回路５によって蓄電素子３が満充電であることが検出されると蓄電素子３に対して所定時間緩和充電を行うよう電源回路１を制御し、所定時間緩和充電が行われた後、蓄電素子３を実質的に自己放電状態とするように制御し、電圧検出回路５により蓄電素子３が所定の電圧以下であることが検出されると蓄電素子３に対して充電の再開を行うように電源回路１を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に無停電電源に用いられる電気二重層キャパシタ等の蓄電素子や、２つの極のいずれかの一方の極に電気二重層キャパシタを有する蓄電素子の充電を行う蓄電素子充放電システムに関する。

従来の無停電電源には二次電池が用いられている。かかる無停電電源では、電池の寿命がなくなっていると、いざ停電のとき無停電電源として機能しなくなるので、電池の機能状態を時々測定するなどのチェックが必要である。信頼性を高めるため、例えば正常に
作動するかを試す自己点検機能や、電池の残量、稼働可能時間を予測する機能などに多くの工夫改良がなされている。因みに、寿命判定手段としては、下記の特許文献１乃至特許文献５などにおいて多くの提案がなされている。

しかし、無停電電源として信頼性を高めるための各種手法は、それらの根本が従来の二次電池の特性に依存するため、残量の測定にしてもそれを正確に行うことが困難で、動作の信頼性に関しても、ある時点で正常な電池に対してデンドライトの発生などによる突発的な故障は予想しにくく、システムの信頼性の向上が困難であるという問題を抱えている。また、バックアップ可能時間の予測については、二次電池の場合、残量予測を端子電圧から行おうとすると、端子電圧の残量による変化の大きさが温度や運転状態の影響を大きく受けて残量の情報がその他の成分に埋もれてしまうため、一般には困難なことが知られている。

そこで、本件出願人らは、例えば複数の電気二重層キャパシタのセルを直列に接続し、各キャパシタセルを並列モニタで監視しつつ充放電を行う電子回路と組み合わせて無停電電源を構成することを提案している。（特許文献６）ここで、並列モニタは、複数の電気二重層キャパシタが直列に接続されたキャパシタバンクの各電気二重層キャパシタの端子間に接続され、キャパシタバンクの充電電圧が並列モニタの設定値を越えると充電電流をバイパスする装置である。このような電気二重層キャパシタのセルを用いた無停電電源によれば、残容量と所定時間の平均消費電力に基づきバックアップ可能時間を予測してバックアップ可能時間を表示することができ、無停電電源の信頼性を向上させることができる。
特開平６−２１７４７３号公報特開平７−８５８９１号公報特開平７−２９８５０３号公報特開平６−８８１５５号公報特開平８−３０８１２５号公報特開２００１−１９７６８６号公報

ところで、無停電電源においては、電気二重層キャパシタはフロート充電などのように満充電付近の充電電圧に長く保つように用いられるが、電気二重層キャパシタのこのような利用方法は、充放電サイクルを反復するサイクルユースによる利用方法と比べると、キャパシタの劣化が促進される傾向が存在する。図８は、フロート充電を行った場合とフロート充電を行わなかった場合、すなわち自己放電にまかせた場合の、充放電サイクル数と電気二重層キャパシタの容量との関係を示す図である。図８に示されるように、フロート充電を行った場合に比べて、フロート充電を行わなかった場合には、充放電サイクルの回数によってキャパシタの容量の低下の度合いが少なく、キャパシタの劣化の進行が遅れることがわかる。ところが、従来の無停電電源においては、電気二重層キャパシタはフロート充電のように満充電付近の充電電圧に保たれるように設計されていたので、キャパシタの寿命低下がおきやすい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、請求項１に係る発明は、電源回路によって蓄電素子に蓄電を行い該蓄電素子に蓄電された電力を主負荷に供給する蓄電素子充放電システムにおいて、該電源回路及び該蓄電素子の充電路、放電路を制御する制御回路と、該蓄電素子の電圧を検出する電圧検出回路と、を有し、該制御回路は、該電圧検出回路によって該蓄電素子が満充電であることが検出されると該蓄電素子に対して所定時間緩和充電を行うよう該電源回路を制御し、所定時間緩和充電が行われた後、該蓄電素子を実質的に自己放電状態とするように制御し、該電圧検出回路により該蓄電素子が所定の電圧以下であることが検出されると該蓄電素子に対して充電の再開を行うように該電源回路を制御することを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、電源回路によって蓄電素子に蓄電を行い該蓄電素子に蓄電された電力を主負荷に供給する蓄電素子充放電システムにおいて、該電源回路及び該蓄電素子の充電路、放電路を制御する制御回路と、該蓄電素子の電圧を検出する電圧検出回路と、を有し、該制御回路は、該電圧検出回路によって該蓄電素子が満充電であることが検出されると該蓄電素子に対して所定時間緩和充電を行うよう該電源回路を制御し、所定時間緩和充電が行われた後、該蓄電素子を実質的に自己放電状態とするように制御し、該蓄電素子の自己放電状態が設定時間維持された後、該蓄電素子に対して充電の再開を行うように該電源回路を制御することを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の蓄電素子充放電システムにおいて、蓄電素子充放電システムを維持するために必要となる最低限の副負荷を有し、該制御回路は、該蓄電素子の自己放電状態を維持しつつ該副負荷に給電するよう該電源回路を制御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蓄電素子充放電システムにおいて、該蓄電素子は電気二重層キャパシタであ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蓄電素子充放電システムにおいて、該蓄電素子は両極のうちいずれか一方の極に電気二重層キャパシタが用いられたものであることを特徴とする。

本発明によれば、蓄電素子３を自己放電状態とするモードが備えられているので、蓄電素子を満充電付近の充電電圧に保つようにされた従来の蓄電素子充放電システムに比べて、蓄電素子の劣化促進、寿命低下を防ぐことができる。

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は本発明の実施の形態に係る蓄電素子充放電システムの回路構成を示す図である。図１において、１は電源回路、２は制御回路、３は蓄電素子、４は主負荷、５は並列モニタ、ＳＷ１は充電スイッチ、ＳＷ２は放電スイッチ、Ｓｖ１、Ｓｖ２は検出信号をそれぞれ示している。

図１に示す本実施形態に係る蓄電素子充放電システムは、充電スイッチＳＷ１をオンとして電源回路１を通して蓄電素子３を充電し蓄電し、かわってＳＷ１をオフ、ＳＷ２をオンとすることによって、蓄電素子３に蓄電された電力を主負荷４に供給するものであり、例えば無停電電源などへのアプリケーションが想定されるものである。蓄電素子３を構成するのは、例えば、電気二重層キャパシタであるが、これは一つの電気二重層キャパシタであっても、複数の電気二重層キャパシタであってもよい。図１では蓄電素子３として電気二重層キャパシタ一つからなるものを図示しているが、蓄電素子３として複数の電気二重層キャパシタからなるものを用いる場合には、それぞれに並列モニタが並列接続された複数の電気二重層キャパシタを直列接続した構成が採用される。なお、蓄電素子３としては、上記のような電気二重層キャパシタ以外にも、片極が電池で、片極が電気二重層キャパシタからなるハイブリッドキャパシタなどの、両極のうちいずれか一方の極に電気二重層キャパシタが用いられるものも含まれるものとする。

蓄電素子３を構成する電気二重層キャパシタには、充電電圧が所定の基準電圧まで到達すると、例えば充電電流をバイパスしたり、検出信号を発生したりする所謂並列モニタ５が並列接続される。そして、充電時において、蓄電素子３が複数の電気二重層キャパシタからなるような場合には、充電電圧が不均等に充電されていっても、所定の基準電圧まで充電された電気二重層キャパシタの並列モニタ５から順次バイパス動作することにより、充電電流をバイパスして充電電圧を所定の基準電圧に制限する。したがって、最終的には蓄電素子３を構成する複数の電気二重層キャパシタのそれぞれを満充電電圧に均等に充電することができる。

電源回路１は、例えば不図示のＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）回路などを有しており、蓄電素子３の充電電流量Ｉｃをコントロールすることができるようになっている。制御回路２は、並列モニタ５によって検出された蓄電素子３の電圧に応じてＰＷＭ回路のパルス幅を制御する信号を電源回路１に対して発したり、ＳＷ１、ＳＷ２のオンオフを制御したりすることによって蓄電素子３の充放電を制御する構成となっている。ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）制御は、パルス幅を変化させて所望の充放電制御（例えば、定電流制御ＣＣ、停電力制御ＣＰ、定電圧制御ＣＶの切り換え）を実現し、安定した電源を確保することできるものである。

並列モニタ５は、蓄電素子３を監視する電気回路である。このような電気回路は、蓄電素子３に対して並列に介挿されることから並列モニタと呼ばれており、並列モニタ５は、所定の基準電圧で充電電流をバイパスすることにより、充電電圧を所定値（耐電圧の範囲内）に制限したり、あるいは蓄電素子３の両端部の電圧が所定の電圧に達したときなどに、Ｓｖ１、Ｓｖ２は検出信号を発生したりする。

蓄電素子３として複数の電気二重層キャパシタのものを用いるときには、例えば、それぞれに並列モニタが並列接続された複数の電気二重層キャパシタを直列接続したものが用いられるが、この場合には、並列モニタ５は、各電気二重層キャパシタの充電電圧のバラツキを低減するものとして機能する。すなわち、充電電圧の上昇とともに各電気二重層キャパシタの並列モニタが順次バイパス動作していく構成となる。

次に、並列モニタ５の具体的な回路について説明する。図２は、蓄電素子３に並列に接続される並列モニタの回路構成を示す図である。図２において、点線で囲まれている部分が並列モニタ５の回路構成であり、図示するように並列モニタは蓄電素子３の端子間に接続される。並列モニタ５において、ＣＭＰ１、ＣＭＰ２はコンパレータ、Ｒは電流制限用の抵抗、Ｔｒはトランジスタであり、Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２は基準電圧を示している。

並列モニタ５は、図２に示すようにコンパレータＣＭＰ１、ＣＭＰ２によって蓄電素子３の電圧を基準電圧Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２と比較して監視し、蓄電素子３の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１（ここでは、このＶｒｅｆ１を蓄電素子３の満充電電圧に相当するものとする）による設定値を越えるとトランジスタＴｒをオンにして充電電流をバイパスすると同時に、制御回路２に対して、蓄電素子３が基準電圧Ｖｒｅｆ１に到達したことを報知する検出信号Ｓｖ１を発生する。上記のようなバイパス動作によって蓄電素子３の充電電圧は、基準電圧による設定値に保たれ、過電圧が印加されないようになっている。また、蓄電素子３の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ２による設定値となると、制御回路２に対して蓄電素子３が基準電圧Ｖｒｅｆ２に到達したことを報知する検出信号Ｓｖ２を発生する。この基準電圧Ｖｒｅｆ２を、満充電電圧以外の重要で閾値的な電圧に相当する電圧として設定しておくことによって、制御回路２に対してそのような電圧に蓄電素子３が達したことを報知することができる。

以上のように構成された本発明の実施の形態に係る蓄電素子充放電システムの動作につき説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子充放電システムの制御回路２の充電処理に係る動作フローを示す図である。本発明の実施の形態に係る蓄電素子充放電システムは、無停電電源等での使用が想定されており、制御回路２の基本動作としては、充電スイッチＳＷ１をオンとして電源回路１を通して蓄電素子３を充電し蓄電し、主負荷４への電力が必要となるときに、ＳＷ２をオンとすることによって、蓄電素子３に蓄電された電力を主負荷４に供給する。図３に示す動作フローは、蓄電素子３を充電するときのみのフローであって、上記のような蓄電素子３に蓄電された電力を主負荷４に供給する際のことについては想定されていない。

図３に示す動作フローについて説明すると、ステップＳ０で充電処理が開始されると、ステップＳ１にて、充電スイッチＳＷ１をオンとして電源回路１を通して蓄電素子３の通常の充電を行う（通常充電モード）。次に、ステップＳ２へ進み、並列モニタ５からの検出信号（Ｓｖ１）を参照しながら、蓄電素子３の電圧ＶがＶ１（満充電電圧）に到達しているかどうかを判定する。この判定の結果がＮｏであれば、再びステップＳ１へと戻る。そして、蓄電素子３の電圧ＶがＶ１（満充電電圧）に到達するまでループする。ステップＳ２において、蓄電素子３の電圧ＶがＶ１（満充電電圧）に到達したと判定されると、次にステップＳ３に進み、制御回路２は、緩和充電モードとなるように電源回路１を制御する。この緩和充電モードは、蓄電素子３を満充電付近の充電電圧に保つようになす充電モードである。次に、ステップＳ４へ進み、予め設定された所定の時間Ｔ２が経過しているかどうかを判定する。ここで、判定結果がＮｏであれば、再びステップＳ３へと戻り、そして、所定の時間Ｔ２が経過するまでループする。ステップＳ４において、所定の時間Ｔ２が経過したと判定されると、次にステップＳ５へと進み、制御回路２は、自己放電モードとなるように電源回路１を制御する。この自己放電モードとは、蓄電素子３の両端子間を開放とする（すなわち、ＳＷ１はオフ状態とする）ことによって、蓄電素子３を自己放電させるモードである。なお、この自己放電モードにおいても、並列モニタ５が蓄電素子３の両端子間に接続されているが、並列モニタ５はほぼ無限大のインピーダンスを有するとみなすことのできるので、自己放電モードでは、蓄電素子３は実質的に自己放電状態であるとみなすことができる。ステップＳ６では、並列モニタ５からの検出信号（Ｓｖ２）を参照しながら、蓄電素子３の電圧ＶがＶ２（充電再開電圧）に到達しているかどうかを判定する。この判定の結果がＮｏであれば、再びステップＳ５へと戻り、蓄電素子３は自己放電モードとされる。そして、蓄電素子３の電圧ＶがＶ２（充電再開電圧）に到達するまでループする。蓄電素子３が無停電電源として利用される上で、蓄電素子３の充電電圧が必要となる最低限の電圧を下回らないようにする必要がある。そこで、本実施形態においては、この充電再開電圧Ｖ２をもって、このような電圧として、蓄電素子３の電圧がＶ２に到達した場合には、蓄電素子３を再充電するものである。ステップＳ６において、蓄電素子３の電圧ＶがＶ２（充電再開電圧）に到達したと判定されると、次にステップＳ１に戻り、再び制御回路２は、通常充電モードとなるように電源回路１を制御する。

次に、以上のような動作フローに基づいて制御回路２が電源回路１を制御した場合の蓄電素子３の充電プロフィールにつき説明する。図４は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子充放電システムにおける蓄電素子３の充電の経時変化の様子を示す図である。蓄電素子３の電圧が０の状態から、充電処理が開始されるとまず通常充電モードが行われる（図４における（Ｉ）の区間）。そして、並列モニタ５からの検出信号（Ｓｖ１）によって、蓄電素子３の電圧ＶがＶ１（満充電電圧）に到達していると判定されると、Ｔ２時間にわたって緩和充電モードとなる（図４における（ＩＩ）の区間）。次に、Ｔ２時間が経過すると、次に蓄電素子３は自己放電のモードとなる（図４における（ＩＩＩ）の区間）。並列モニタ５によって蓄電素子３の電圧ＶがＶ２（充電再開電圧）に到達したことが検出されると、再び通常充電モードとなり（図４における（ＩＶ）の区間）、蓄電素子３が満充電電圧Ｖ１に達すると、Ｔ２（＝Ｔ５）時間にわたって緩和充電モードとなる（図４における（Ｖ）の区間）。そして、再び、蓄電素子３を自己放電のモードとする（図４における（ＶＩ）の区間）。以上のように蓄電素子３の充電状態を常に保っておき、主負荷４に電力を供給する必要が生じた場合には、制御回路２はＳＷ２をオンとして蓄電素子３から電力を供給する。本発明の実施の形態に係る蓄電素子充放電システムにおいては、このように蓄電素子３を自己放電するモードが備えられているので、蓄電素子３を満充電付近の充電電圧に保つようにされた従来の蓄電素子充放電システムに比べて、蓄電素子３の劣化促進、寿命低下を防ぐことができる。

本実施形態においては、蓄電素子３の電圧ＶがＶ１（満充電電圧）に到達した後に、所定の時間にわたって制御回路２は、緩和充電モードとなるように電源回路１を制御するが、緩和充電モードとする所定の時間については、０以上の適当な時間であればよい。しかし、この時間をあまり長い時間に設定すると、従来の蓄電素子充放電システムのように蓄電素子３は満充電付近の充電電圧に長く保たれるようになるために、蓄電素子３の劣化が促進されやすくなる。逆に、この所定の時間が短すぎると、充電→自己放電→充電→自己放電・・・のサイクルが頻繁となり、これも蓄電素子３の寿命低下の引き金になる可能性は否めない。従って、緩和充電モードとする所定の時間については、適宜設定変更可能に構成し、蓄電素子３が最も劣化しにくい値を見いだすことも望ましい本発明の態様の一つとなる。

次に本発明の他の実施の形態に係る蓄電素子充放電システムにつき説明する。図５は、本発明の他の実施の形態に係る蓄電素子充放電システムの回路構成を示す図である。図５において、１は電源回路、２は制御回路、３は蓄電素子、４は主負荷、５は並列モニタ、ＳＷ１は充電スイッチ、ＳＷ２は放電スイッチ、Ｓｖ１は検出信号をそれぞれ示している。先の実施の形態においては、充電再開のタイミングは、蓄電素子３の電圧ＶがＶ２（充電再開電圧）に到達しているかどうかを判定することによって決定していたが、本実施形態においては、充電再開のタイミングを時間で計る。そのために、本実施形態は、並列モニタ５から制御回路２に対して、検出信号Ｓｖ２は出力されない構成となっている。これ以外の構成については、先の実施形態と同様である。

以上のように構成された本実施形態に係る蓄電素子充放電システムの動作につき説明する。図６は、本発明の他の実施の形態に係る蓄電素子充放電システムの制御回路２の充電処理に係る動作フローを示す図である。本実施形態に係る蓄電素子充放電システムは、先の実施形態同様、無停電電源等での使用が想定されており、制御回路２の基本動作としては、充電スイッチＳＷ１をオンとして電源回路１を通して蓄電素子３を充電し蓄電し、主負荷４への電力が必要となるときに、ＳＷ２をオンとすることによって、蓄電素子３に蓄電された電力を主負荷４に供給する。図５に示す動作フローは、蓄電素子３を充電するときのみのフローである。

本発明の他の実施の形態に係る蓄電素子充放電システムの動作フローについて、図５に基づいて説明する。まず、ステップＳ０で充電処理が開始されると、ステップＳ１にて、充電スイッチＳＷ１をオンとして電源回路１を通して蓄電素子３の通常の充電を行う（通常充電モード）。次に、ステップＳ２へ進み、並列モニタ５からの検出信号（Ｓｖ１）を参照しながら、蓄電素子３の電圧ＶがＶ１（満充電電圧）に到達しているかどうかを判定する。この判定の結果がＮｏであれば、再びステップＳ１へと戻る。そして、蓄電素子３の電圧ＶがＶ１（満充電電圧）に到達するまでループする。ステップＳ２において、蓄電素子３の電圧ＶがＶ１（満充電電圧）に到達したと判定されると、次にステップＳ３に進み、制御回路２は、緩和充電モードとなるように電源回路１を制御する。この緩和充電モードは、蓄電素子３を満充電付近の充電電圧に保つようになす充電モードである。次に、ステップＳ４へ進み、予め設定された所定の時間Ｔ２が経過しているかどうかを判定する。ここで、判定結果がＮｏであれば、再びステップＳ３へと戻り、そして、所定の時間Ｔ２が経過するまでループする。ステップＳ４において、所定の時間Ｔ２が経過したと判定されると、次にステップＳ５へと進み、制御回路２は、自己放電モードとなるように電源回路１を制御する。この自己放電モードとは、蓄電素子３の両端子間を開放とする（すなわち、ＳＷ１はオフ状態とする）ことによって、蓄電素子３を自己放電させるモードである。なお、この自己放電モードにおいても、並列モニタ５が蓄電素子３の両端子間に接続されているが、並列モニタ５はほぼ無限大のインピーダンスを有するとみなすことのできるので、自己放電モードでは、蓄電素子３は実質的に自己放電状態であるとみなすことができる。

ステップＳ６では、不図示の制御回路２における計時回路に基づいて、予め設定されている設定時間が経過したかどうか判定する。蓄電素子３が無停電電源として利用される上で、蓄電素子３の充電電圧が必要となる最低限の電圧を下回らないようにする必要がある。この設定時間は、自己放電によって、蓄電素子３の電圧が充電を再開しなければならない程度までに降下する程度の時間が設定してある。ステップＳ６の判定の結果がＮｏであれば、再びステップＳ５へと戻り、蓄電素子３は自己放電モードとされる。そして、設定時間に到達するまでループする。ステップＳ６において、蓄電素子３の設定時間に到達したと判定されると、次にステップＳ１に戻り、再び制御回路２は、通常充電モードとなるように電源回路１を制御する。なお、ステップＳ６における設定時間については、蓄電素子３の経年劣化等に応じて、制御回路２において設定変更し得るような構成が望ましい。

本実施形態に係る蓄電素子充放電システムにおいては、上記のように蓄電素子３を自己放電するモードが備えられているので、蓄電素子３を満充電付近の充電電圧に保つようにされた従来の蓄電素子充放電システムに比べて、蓄電素子３の劣化促進、寿命低下を防ぐことができる。

なお、本実施形態においては、蓄電素子３の電圧ＶがＶ１（満充電電圧）に到達した後に、所定の時間にわたって制御回路２は、緩和充電モードとなるように電源回路１を制御するが、緩和充電モードとする「所定の時間」については、適宜設定変更可能に構成することができることは先の実施形態と同様である。

次に本発明の他の実施の形態に係る蓄電素子充放電システムにつき説明する。図７は、本発明の他の実施の形態に係る蓄電素子充放電システムの回路構成を示す図である。
図７において、１は電源回路、２は制御回路、３は蓄電素子、４は主負荷、５は並列モニタ、６は副負荷である。ＳＷ１は充電スイッチ、ＳＷ２は放電スイッチ、Ｓｖ１、Ｓｖ２は検出信号、Ｒ１、Ｒ２は電流検出用抵抗をそれぞれ示している。

副負荷６は、不図示の残量計、パイロットランプ、冷却用のファン等の、蓄電素子充放電システムを維持するために必要となる最低限の負荷であり、従来の技術ではこれらの副負荷６に対する電力供給は蓄電素子３が担っていた。ところが、本実施形態においても、これまでの実施形態でみてきたのと同じように、劣化防止のため蓄電素子３に自己放電を行わせるように構成するので、これらの副負荷６に対する電力供給のために蓄電素子３に蓄電された電力を積極的には利用しないようなシステムとする必要がある。そのために、本実施形態では、副負荷６に対しては電源回路１から供給するような工夫が成されている。ところで、副負荷６の中には、例えば蓄電素子３の残量計などのように蓄電素子３の電圧値に依存するものもあるので、副負荷６と蓄電素子３とを切り離して構成することはできない。そこで、副負荷６に対しては電源回路１から供給する上では、副負荷６と蓄電素子３とを切り離さないような構成として、かつ蓄電素子３が実質的に自己放電できるような構成とする。

電流検出用抵抗Ｒ１は、電源回路１から図７中のＮ点までの電流Ｉａを検出するものであり、電流検出用抵抗Ｒ２は、副負荷６からＮ点までの電流Ｉｂを検出するものである。本実施形態における自己放電モードにおいては、制御回路２が電流検出用抵抗Ｒ１、Ｒ２で検出されたＩａとＩｂとが等しくなるような電流を電源回路１から供給するように制御する。このようにＮ点に入る電流と、Ｎ点から出て行く電流とを同じとすることによって、蓄電素子３を実質的に自己放電状態とすることができる。

以上のように構成された本発明の他の実施の形態に係る蓄電素子充放電システムの動作につき説明する。本実施形態の蓄電素子充放電システムの制御回路２の充電処理に係る動作フローも図３に示されるものと同じとなるので、これを参照する。本実施形態に係る蓄電素子充放電システムは、無停電電源等での使用が想定されており、制御回路２の基本動作としては、充電スイッチＳＷ１をオンとして電源回路１を通して蓄電素子３を充電し蓄電し、主負荷４への電力が必要となるときに、ＳＷ２をオンとすることによって、蓄電素子３に蓄電された電力を主負荷４に供給する。図３に示す動作フローは、蓄電素子３を充電するときのみのフローであって、上記のような蓄電素子３に蓄電された電力を主負荷４に供給する際のことについては想定されていない。

図３に示す動作フローについて説明すると、ステップＳ０で充電処理が開始されると、ステップＳ１にて、充電スイッチＳＷ１をオンとして電源回路１を通して蓄電素子３の通常の充電を行う（通常充電モード）。このような通常充電モードにおいては、副負荷６にも適宜電力が供給される。

次に、ステップＳ２へ進み、並列モニタ５からの検出信号（Ｓｖ１）を参照しながら、蓄電素子３の電圧ＶがＶ１（満充電電圧）に到達しているかどうかを判定する。この判定の結果がＮｏであれば、再びステップＳ１へと戻る。そして、蓄電素子３の電圧ＶがＶ１（満充電電圧）に到達するまでループする。ステップＳ２において、蓄電素子３の電圧ＶがＶ１（満充電電圧）に到達したと判定されると、次にステップＳ３に進み、制御回路２は、緩和充電モードとなるように電源回路１を制御する。この緩和充電モードは、蓄電素子３を満充電付近の充電電圧に保つようになす充電モードである。この緩和充電モードにおいても副負荷６にも電力が供給される状態となっている。

次に、ステップＳ４へ進み、予め設定された所定の時間Ｔ２が経過しているかどうかを判定する。ここで、判定結果がＮｏであれば、再びステップＳ３へと戻り、そして、所定の時間Ｔ２が経過するまでループする。ステップＳ４において、所定の時間Ｔ２が経過したと判定されると、次にステップＳ５へと進み、制御回路２は、自己放電モードとなるように電源回路１を制御する。この自己放電モードとは、蓄電素子３の両端子間を開放とすることによって、蓄電素子３を自己放電させるモードである。この自己放電モードにおいては、ＳＷ１はオフとされるので、副負荷６に対しては、通常充電モード、緩和充電モードにおいて用いられたラインからの給電が不可能となる。そこで、別のラインから電流Ｉａをもって副負荷６に対する給電が行われる。副負荷６に対しては電源回路１から供給する上では、副負荷６と蓄電素子３とが切り離されず、かつ蓄電素子３が実質的に自己放電できるような構成とする。すなわち、制御回路２が電流検出用抵抗Ｒ１、Ｒ２で検出されたＩａとＩｂとが等しくなるような電流を電源回路１から供給するように制御することによって、蓄電素子３が実質的に自己放電状態となるようにする。

なお、このような自己放電モードにおいても、並列モニタ５が蓄電素子３の両端子間に接続されているが、並列モニタ５はほぼ無限大のインピーダンスを有するとみなすことができるので、自己放電モードでは、蓄電素子３は実質的に自己放電状態であるとみなすことができる。

ステップＳ６では、並列モニタ５からの検出信号（Ｓｖ２）を参照しながら、蓄電素子３の電圧ＶがＶ２（充電再開電圧）に到達しているかどうかを判定する。この判定の結果がＮｏであれば、再びステップＳ５へと戻り、蓄電素子３は自己放電モードとされる。そして、蓄電素子３の電圧ＶがＶ２（充電再開電圧）に到達するまでループする。蓄電素子３が無停電電源として利用される上で、蓄電素子３の充電電圧が必要となる最低限の電圧を下回らないようにする必要がある。そこで、本実施形態においては、この充電再開電圧Ｖ２をもって、このような電圧として、蓄電素子３の電圧がＶ２に到達した場合には、蓄電素子３を再充電するものである。ステップＳ６において、蓄電素子３の電圧ＶがＶ２（充電再開電圧）に到達したと判定されると、次にステップＳ１に戻り、再び制御回路２は、通常充電モードとなるように電源回路１を制御する。

本実施形態に係る蓄電素子充放電システムにおいても、上記のように蓄電素子３を自己放電するモードが備えられているので、蓄電素子３を満充電付近の充電電圧に保つようにされた従来の蓄電素子充放電システムに比べて、蓄電素子３の劣化促進、寿命低下を防ぐことができる。

また、本実施形態においては、充電再開のタイミングは、蓄電素子３の電圧ＶがＶ２（充電再開電圧）に到達しているかどうかを判定することによって決定していたが、充電再開のタイミングを設定時間に基づいて決定するようにしてもよい。

本発明の実施の形態に係る蓄電素子充放電システムの回路構成を示す図である。蓄電素子３に並列に接続される並列モニタの回路構成を示す図である。本発明の実施の形態に係る蓄電素子充放電システムの制御回路２の充電処理に係る動作フローを示す図である。本発明の実施の形態に係る蓄電素子充放電システムにおける蓄電素子３の充電の経時変化の様子を示す図である。本発明の他の実施の形態に係る蓄電素子充放電システムの回路構成を示す図である。本発明の他の実施の形態に係る蓄電素子充放電システムの制御回路２の充電処理に係る動作フローを示す図である。本発明の他の実施の形態に係る蓄電素子充放電システムの回路構成を示す図である。フロート充電を行った場合とフロート充電を行わなかった場合の、充放電サイクル数と電気二重層キャパシタの容量との関係を示す図である。

符号の説明

１・・・電源回路、２・・・制御回路、３・・・蓄電素子、４・・・主負荷、５・・・並列モニタ、６・・・副負荷

本発明は、上記課題を解決するものであって、請求項１に係る発明は、電源回路によって蓄電素子に蓄電を行い該蓄電素子に蓄電された電力を主負荷に供給する蓄電素子充放電システムにおいて、該電源回路及び該蓄電素子の充電路、放電路を制御し、該蓄電素子の充電を行う通常充電モードと、該蓄電素子に緩和充電を行う緩和充電モードと、該蓄電素子を実質的に自己放電状態とする自己放電モードと、からなる３つのモードの切り換えを行う制御回路と、該蓄電素子の電圧を検出する電圧検出回路と、を有し、該制御回路は、該電圧検出回路によって該蓄電素子が満充電であることが検出されると、緩和充電モードに切り換え、緩和充電モードによる充電が所定時間経過した後、緩和充電モードから自己放電モードへと切り換え、該電圧検出回路により該蓄電素子が所定の電圧以下であることが検出されると、自己充電モードから通常充電モードへと切り換えることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、電源回路によって蓄電素子に蓄電を行い該蓄電素子に蓄電された電力を主負荷に供給する蓄電素子充放電システムにおいて、該電源回路及び該蓄電素子の充電路、放電路を制御し、該蓄電素子の充電を行う通常充電モードと、該蓄電素子に緩和充電を行う緩和充電モードと、該蓄電素子を実質的に自己放電状態とする自己放電モードと、からなる３つのモードの切り換えを行う制御回路と、該蓄電素子の電圧を検出する電圧検出回路と、を有し、該制御回路は、該電圧検出回路によって該蓄電素子が満充電であることが検出されると、緩和充電モードに切り換え、緩和充電モードによる充電が所定時間経過した後、緩和充電モードから自己放電モードへと切り換え、自己放電モード状態で所定時間経過した後、自己充電モードから通常充電モードへと切り換えることを特徴とする。

本発明は、上記課題を解決するものであって、請求項１に係る発明は、電源回路によって蓄電素子に蓄電を行い該蓄電素子に蓄電された電力を主負荷に供給する蓄電素子充放電システムにおいて、該電源回路及び該蓄電素子の充電路、放電路を制御し、該蓄電素子の充電を行う通常充電モードと、該蓄電素子に緩和充電を行う緩和充電モードと、該蓄電素子を実質的に自己放電状態とする自己放電モードと、からなる３つのモードの切り換えを行う制御回路と、該蓄電素子の電圧を検出する電圧検出回路と、を有し、該制御回路は、該電圧検出回路によって該蓄電素子が満充電であることが検出されると、緩和充電モードに切り換え、緩和充電モードによる充電が所定時間経過した後、緩和充電モードから自己放電モードへと切り換え、該電圧検出回路により該蓄電素子が所定の電圧以下であることが検出されると、自己放電モードから通常充電モードへと切り換えることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、電源回路によって蓄電素子に蓄電を行い該蓄電素子に蓄電された電力を主負荷に供給する蓄電素子充放電システムにおいて、該電源回路及び該蓄電素子の充電路、放電路を制御し、該蓄電素子の充電を行う通常充電モードと、該蓄電素子に緩和充電を行う緩和充電モードと、該蓄電素子を実質的に自己放電状態とする自己放電モードと、からなる３つのモードの切り換えを行う制御回路と、該蓄電素子の電圧を検出する電圧検出回路と、を有し、該制御回路は、該電圧検出回路によって該蓄電素子が満充電であることが検出されると、緩和充電モードに切り換え、緩和充電モードによる充電が所定時間経過した後、緩和充電モードから自己放電モードへと切り換え、自己放電モード状態で所定時間経過した後、自己放電モードから通常充電モードへと切り換えることを特徴とする。

Claims

電源回路によって蓄電素子に蓄電を行い該蓄電素子に蓄電された電力を主負荷に供給する蓄電素子充放電システムにおいて、該電源回路及び該蓄電素子の充電路、放電路を制御する制御回路と、該蓄電素子の電圧を検出する電圧検出回路と、を有し、該制御回路は、該電圧検出回路によって該蓄電素子が満充電であることが検出されると該蓄電素子に対して所定時間緩和充電を行うよう該電源回路を制御し、所定時間緩和充電が行われた後、該蓄電素子を実質的に自己放電状態とするように制御し、該電圧検出回路により該蓄電素子が所定の電圧以下であることが検出されると該蓄電素子に対して充電の再開を行うように該電源回路を制御することを特徴とする蓄電素子充放電システム。
電源回路によって蓄電素子に蓄電を行い該蓄電素子に蓄電された電力を主負荷に供給する蓄電素子充放電システムにおいて、該電源回路及び該蓄電素子の充電路、放電路を制御する制御回路と、該蓄電素子の電圧を検出する電圧検出回路と、を有し、該制御回路は、該電圧検出回路によって該蓄電素子が満充電であることが検出されると該蓄電素子に対して所定時間緩和充電を行うよう該電源回路を制御し、所定時間緩和充電が行われた後、該蓄電素子を実質的に自己放電状態とするように制御し、該蓄電素子の自己放電状態が設定時間維持された後、該蓄電素子に対して充電の再開を行うように該電源回路を制御することを特徴とする蓄電素子充放電システム。
蓄電素子充放電システムを維持するために必要となる最低限の副負荷を有し、該制御回路は、該蓄電素子の自己放電状態を維持しつつ該副負荷に給電するよう該電源回路を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蓄電素子充放電システム。
該蓄電素子は電気二重層キャパシタであ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蓄電素子充放電システム。
該蓄電素子は両極のうちいずれか一方の極に電気二重層キャパシタが用いられたものであ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蓄電素子充放電システム。