JP2008005662A - Power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は主電源の異常に対して負荷へ継続して補助的に電力を供給する非常用の電源装置に関するものである。 The present invention relates to an emergency power supply apparatus that continuously supplies power to a load in response to an abnormality in a main power supply.
近年、ハイブリッドカーや電気自動車の開発が急速に進められており、それに伴い車両の制動についても、従来の機械的な油圧制御から電気的な油圧制御への各種の提案がなされてきている。しかし、その主電源として用いられるバッテリが何らかの原因で電力を供給できなくなると電気的な油圧制御ができなくなり、車両の制動が不可能になる可能性がある。そこで、バッテリとは別に補助電源として大容量キャパシタ等を搭載することにより非常時にも車両制動を可能にする電源装置が開発されている。 In recent years, the development of hybrid cars and electric cars has been rapidly progressing, and accordingly, various proposals from conventional mechanical hydraulic control to electrical hydraulic control have also been made for vehicle braking. However, if the battery used as the main power supply cannot supply electric power for some reason, electric hydraulic control cannot be performed, and the vehicle may not be braked. Therefore, a power supply device has been developed that enables vehicle braking in an emergency by mounting a large-capacity capacitor or the like as an auxiliary power supply in addition to the battery.
このような電源装置として、例えば特許文献1に示すような電源装置が提案されている。図10はこの電源装置の基本構成ブロック回路図を示す。主電源としてのバッテリ101と、電気的な油圧制御を行う車両制動装置である負荷102の間には、バッテリ101の補助電源としての電源装置103が接続されている。
As such a power supply device, for example, a power supply device as shown in
電源装置103は補助的に供給する電力を蓄えるために、直列に接続された複数のキャパシタからなるキャパシタユニット104が内蔵されている。なお、キャパシタは負荷102が必要とする電力仕様に応じて直並列接続としてもよい。
The
また、バッテリ101と電源装置103の間には負荷102への電力供給源を切り替える切替スイッチ105が設けられている。なお、切替スイッチ105は例えばダイオードで構成される。
Further, a
次に、このような電源装置103の動作について簡単に説明する。車両起動時にはキャパシタユニット104は自己放電等により放電状態であるため、イグニションスイッチ(図示せず)のオンにより、バッテリ101の電力が切替スイッチ105を介して負荷102とキャパシタユニット104に供給される。やがて、キャパシタユニット104が満充電になると、キャパシタユニット104の充電は自動的に停止し、負荷102のみに電力が供給され続ける。
Next, the operation of the
この状態で、万一バッテリ101に異常が発生し、出力電圧が例えば負荷102の動作下限電圧である9.5V以下に低下すると、切替スイッチ105を構成するダイオードのアノード側電圧がカソード側電圧より小さくなるので、切替スイッチ105はオフになる。その結果、負荷102へはキャパシタユニット104から電力が引き続き供給されるので、車両制動が可能となり、安全性を確保できる。
In this state, if an abnormality occurs in the
電源装置103は簡単には上記のような構成、動作であり、車両用に限らず民生用等の他の補助電源用途にも適用できるが、車両用の場合は高信頼性が必要なので、それに対応した実際の詳細なブロック回路図を図11に示す。図11において、図10と同じ構成には同じ番号を付して、詳細な説明を省略する。
The
電源装置103には切替スイッチ105、キャパシタユニット104を充電する充電回路106、キャパシタユニット104の電力を放電する放電回路107、およびバッテリ101の電圧を測定する電圧検出回路108からなる電力系の回路が構成されている。また、充電回路106、放電回路107、電圧検出回路108、および切替スイッチ105を制御するために、これらと電気的に接続された制御部109が設けられている。なお、図11では電力系配線を太線で、制御系配線を細線で、それぞれ示した。また、制御部109はマイクロコンピュータにより、切替スイッチ105は制御部109で制御可能な3端子スイッチにより、それぞれ構成されている。
The
次に、このような電源装置103の動作について説明する。キャパシタユニット104の蓄電電力は、キャパシタの寿命を延ばすために車両起動時に充電され、車両使用終了時に速やかに放電する構成としている。これにより高信頼性を得ている。従って、まず車両起動時の動作から説明する。
Next, the operation of the
車両起動のためにイグニションスイッチ(図示せず)がオンになると、制御部109は切替スイッチ105を図11に示す方向に切り替え、バッテリ101を選択する。これにより、バッテリ101の電力が負荷102に供給される。同時に制御部109はバッテリ101の電力をキャパシタユニット104に充電するように充電回路106に指示する。これにより、キャパシタユニット104には電力が充電される。なお、充電回路106はキャパシタユニット104が満充電になればバッテリ101からの充電を停止する。
When an ignition switch (not shown) is turned on to start the vehicle, the
その後、制御部109は電圧検出回路108によりバッテリ101の電圧を監視する。バッテリ101の電圧が正常のままで車両使用が終了すると、制御部109はキャパシタユニット104の電力を放電するように放電回路107に指示する。これにより、キャパシタユニット104に充電された電力が速やかに放電される。
Thereafter, the
一方、車両使用時にバッテリ101が異常電圧(上記のように9.5V以下)になれば、制御部109は直ちに切替スイッチ105をキャパシタユニット104側に切り替える。これにより、負荷102にはキャパシタユニット104に蓄えられた電力が供給されるので、何らかの理由でバッテリ101からの電力供給が断たれても、継続して負荷102が動作し続けられる。従って、車両制動が可能となり、安全性を確保できる。
前記したように従来の電源装置103は確かにバッテリ101の異常時にも負荷102に電力を供給し続けられるため、車両制動が可能となり高信頼性が得られる。しかし、そのためにはキャパシタユニット104の、特に温度変化に対する動作保証を確実に得るために、図10、図11のいずれの構成においてもキャパシタ全体の容量に相当の余裕を持たせている。この具体的な設計事例を以下に説明する。
As described above, since the conventional
車両を制動するために負荷102が必要とする静電エネルギーQは32C(クーロン)であったとする。従って、キャパシタユニット104は、例えば車室内近傍に設置したとすると、その場所での全温度範囲(車両起動時の最低温度である−30℃から、車両走行時の車室内最高温度である30℃までとした)において、必ず32C以上の容量を有していなければならない。
It is assumed that the electrostatic energy Q required by the
ここで、キャパシタユニット104に使用するキャパシタとして、1個あたりの容量が70F(ファラッド)の電気二重層コンデンサを用いたとする。電気二重層コンデンサの耐電圧(劣化が進行しない充電電圧)は温度が高いほど低くなり、今回用いた電気二重層コンデンサでは最高温度である30℃の場合、約1.9Vであった。従って、キャパシタの両端電圧は全温度範囲において1.9Vとした。ゆえに、キャパシタユニット104の初期出力電圧はバッテリ101の通常出力電圧である14V近傍でなければならないので、必要なキャパシタの数は、14V/1.9V=7.36から、それに近い整数である7個とした。これにより、キャパシタユニット104の初期出力電圧は1.9V×7個=13.3Vとなり、ほぼ14Vが得られるので、負荷102を十分駆動できる。
Here, it is assumed that an electric double layer capacitor having a capacitance of 70 F (Farad) is used as a capacitor used in the
一方、上記電圧を得るためには7個のキャパシタを直列に接続しなければならないため、キャパシタユニット104の合成容量Caは1/7/70=10Fとなる。
On the other hand, since seven capacitors must be connected in series in order to obtain the voltage, the combined capacitance Ca of the
今、キャパシタユニット104が30℃の状態でバッテリ101が異常となり、キャパシタユニット104の電力を放電して負荷102を駆動し、車両制動を行った結果、キャパシタユニット104の出力電圧が負荷102の動作下限電圧である9.5Vまで下がったとする。これにより、キャパシタユニット104の電圧降下ΔVは3.8V(=13.3V−9.5V)となる。
Now, when the
なお、電圧降下ΔVはキャパシタの内部抵抗によっても起こるので、それを考慮する必要がある。そこで、今回用いた電気二重層コンデンサの内部抵抗Rの温度特性を図12の実線に示す。図12において、横軸は温度T、左縦軸は内部抵抗R、右縦軸は内部抵抗Rの温度特性(実線)を温度Tで微分した時の値(=dR/dT)をそれぞれ示す。なお、図12の点線は温度Tによる内部抵抗Rの微分特性である。 Note that the voltage drop ΔV also occurs due to the internal resistance of the capacitor, and it is necessary to consider it. Therefore, the temperature characteristic of the internal resistance R of the electric double layer capacitor used this time is shown by the solid line in FIG. In FIG. 12, the horizontal axis represents the temperature T, the left vertical axis represents the internal resistance R, and the right vertical axis represents the value (= dR / dT) when the temperature characteristic (solid line) of the internal resistance R is differentiated by the temperature T. The dotted line in FIG. 12 represents the differential characteristic of the internal resistance R with respect to the temperature T.
図12の実線より、内部抵抗Rは温度Tに対し逆比例する特性であり、30℃では数mΩ程度でほぼ無視できることがわかる。従って、30℃の場合、キャパシタの内部抵抗Rによる電圧降下は考慮しないものとした。 From the solid line in FIG. 12, it can be seen that the internal resistance R is a characteristic that is inversely proportional to the temperature T, and is almost negligible at about several mΩ at 30 ° C. Therefore, in the case of 30 ° C., the voltage drop due to the internal resistance R of the capacitor is not considered.
以上のことから、車両制動による静電エネルギー使用量ΔQは、ΔQ=ΔV×Ca=3.8V×10F=38Cとなる。実際に車両が停止するまでに負荷102が消費する静電エネルギーQは前記したように32Cであるので、30℃におけるΔQが38Cであったということは、車両が停止しても運転者が制動操作を行い続けた結果、負荷102が動き続けていたためである。従って、30℃においては負荷102の動作下限電圧である9.5Vまでキャパシタユニット104の出力電圧が下がる前に32Cの静電エネルギーQを得ることができるので、差し引き6Cの余裕がある設計となっていることがわかる。
From the above, the electrostatic energy usage amount ΔQ due to vehicle braking is ΔQ = ΔV × Ca = 3.8V × 10F = 38C. Since the electrostatic energy Q consumed by the
一方、車両起動時に車室内の温度が最低温度の−30℃であり、車室内が暖まるまでにバッテリ101が異常になった場合を考える。この際の最悪条件は車室内が−30℃の場合であるので、キャパシタユニット104の温度は−30℃であったとする。
On the other hand, consider a case where the temperature of the vehicle interior is −30 ° C. which is the lowest temperature when the vehicle is started, and the
電気二重層コンデンサの容量における温度特性は、内部抵抗Rの温度特性に比べ変化が小さいので、−30℃でのキャパシタ1個あたりの容量は70Fのままとする。従って、7個を直列接続したキャパシタユニット104の合成容量Caは30℃の時と同様に10Fである。また、1個あたりのキャパシタの充電電圧は耐電圧の最悪条件である1.9V(30℃時)に固定しているので、−30℃でのキャパシタユニット104の初期出力電圧も30℃の時と同様に1.9V×7個=13.3Vである。
Since the change in the temperature characteristic of the electric double layer capacitor is smaller than the temperature characteristic of the internal resistance R, the capacitance per capacitor at −30 ° C. remains 70 F. Accordingly, the combined capacitance Ca of the seven
今、−30℃でバッテリ101が異常となり、キャパシタユニット104の電力で負荷102を駆動して車両制動を行い、キャパシタユニット104の出力電圧が負荷102の動作下限電圧である9.5Vまで下がったとする。この時は、図12の実線に示すようにキャパシタの内部抵抗Rが大きくなり無視できないので、キャパシタの内部抵抗分の電圧降下も考慮しなければならない。
Now, the
−30℃でのキャパシタ1個あたりの内部抵抗Rは図12の実線の特性より約72mΩであった。従って、キャパシタを7個直列に接続したキャパシタユニット104の合成内部抵抗Raは72mΩ×7個=504mΩ≒0.5Ωとなる。車両制動による負荷102の消費電流は1Aであったので、キャパシタユニット104から負荷102に電力を供給するとキャパシタユニット104の合成内部抵抗Ra分の電圧降下が直ちに起こる。その値ΔVrは1A×0.5Ω=0.5Vであるので、キャパシタユニット104の出力電圧は13.3V−0.5V=12.7Vまで急激に下がる。
The internal resistance R per capacitor at −30 ° C. was about 72 mΩ according to the characteristics of the solid line in FIG. Therefore, the combined internal resistance Ra of the
従って、−30℃で車両制動によりキャパシタユニット104の出力電圧が12.7Vから負荷102の動作下限電圧である9.5Vまで下がったとすると、電圧降下ΔVは12.7V−9.5V=3.2Vとなる。ゆえに、静電エネルギー使用量ΔQは、ΔQ=ΔV×Ca=3.2V×10F=32Cとなり、−30℃でちょうど車両制動が可能な静電エネルギーQを得ることができる。
Accordingly, if the output voltage of the
以上のことから、キャパシタユニット104がさらされる全温度範囲(−30〜30℃)において、車両制動が十分可能な静電エネルギーQが得られるように設計していることがわかる。これにより、車両用として高信頼性が得られる電源装置103を実現していた。
From the above, it can be seen that the design is made so that the electrostatic energy Q that can sufficiently brake the vehicle is obtained in the entire temperature range (-30 to 30 ° C.) to which the
しかし、全温度範囲で対応できるように最も厳しい条件(−30℃)に合わせて設計しているため、キャパシタ1個あたりの容量を大きくせざるを得ず、キャパシタが大型化してしまう。その結果、キャパシタユニット104も大きくなり、車室内における電源装置103の設置場所に制約が出てしまうという課題があった。
However, since it is designed according to the most severe conditions (−30 ° C.) so as to be able to cope with the entire temperature range, the capacity per capacitor must be increased, and the capacitor becomes larger. As a result, the
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、車両用として高信頼性を確保しつつ、キャパシタユニットの小型化を同時に達成できる電源装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a power supply apparatus that can simultaneously achieve downsizing of a capacitor unit while ensuring high reliability for a vehicle.
前記従来の課題を解決するために、本発明の電源装置は複数のキャパシタからなるキャパシタユニットと、前記キャパシタの少なくとも1つに接続され、前記キャパシタの両端をショートするバイパススイッチと、前記キャパシタユニット近傍の温度を測定する温度センサとを設け、制御部はキャパシタユニットに充電を行う際に、前記温度センサの出力が既定温度以下であれば、前記バイパススイッチをオンにすることにより、前記バイパススイッチが接続された前記キャパシタには充電を行わないように制御し、前記温度センサの出力が前記既定温度を上回っていれば、前記バイパススイッチをオフにすることにより、前記バイパススイッチが接続された前記キャパシタも含めて充電を行うよう制御するものである。 In order to solve the conventional problems, a power supply device of the present invention includes a capacitor unit composed of a plurality of capacitors, a bypass switch connected to at least one of the capacitors and short-circuiting both ends of the capacitor, and the vicinity of the capacitor unit A temperature sensor that measures the temperature of the capacitor, and when the controller charges the capacitor unit, if the output of the temperature sensor is equal to or lower than a predetermined temperature, the bypass switch is turned on by turning on the bypass switch. The connected capacitor is controlled so as not to be charged, and when the output of the temperature sensor exceeds the predetermined temperature, the bypass switch is turned off to turn off the capacitor to which the bypass switch is connected. It controls to perform charging including.
本構成によって低温時におけるキャパシタの耐電圧上昇を利用して少数の小容量キャパシタに高電圧で充電できるので、低温時に負荷の駆動可能な静電エネルギーが得られるとともに、高温時はキャパシタの耐電圧が下がる分、前記小容量キャパシタの数を増やすよう制御することで負荷を駆動することができる。その結果、前記目的を達成することができる。 With this configuration, a small number of small capacitors can be charged with high voltage by using the increase in withstand voltage of the capacitor at low temperature, so that electrostatic energy that can drive the load at low temperature is obtained, and withstand voltage of the capacitor at high temperature The load can be driven by controlling to increase the number of the small-capacitance capacitors by the amount of decrease. As a result, the object can be achieved.
本発明の電源装置によれば、小容量のキャパシタを用い、その数量を温度に応じて変化させて充電するので、全温度範囲で必要な静電エネルギーを確保しつつ、1個あたりのキャパシタを小さくでき、結果として高信頼性と小型化を同時に満たすことが可能となる。 According to the power supply device of the present invention, a small-capacitance capacitor is used for charging by changing the quantity according to the temperature. As a result, it becomes possible to satisfy high reliability and miniaturization at the same time.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における電源装置の既定温度を上回った場合のブロック回路図である。図2は、本発明の実施の形態1における電源装置の既定温度以下の場合のブロック回路図である。なお、図1、図2の配線において、太線と細線の意味は従来の図11と同じである。また、本実施の形態1では、従来の図10に対応した簡易型の補助電源用途の場合について説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block circuit diagram when the temperature exceeds a predetermined temperature of the power supply device according to
図1において、主電源としてのバッテリ1と負荷2の間には、バッテリ1の補助電源としての電源装置3が接続されている。
In FIG. 1, a
電源装置3には負荷2に供給する補助電力を蓄えるキャパシタユニット4が内蔵されている。キャパシタユニット4は、直列に接続された複数(本実施の形態1では7個)のキャパシタ41〜47から構成される。なお、キャパシタ41〜47は電気二重層キャパシタを用いた。また、キャパシタ43〜46は図1では省略している。
The
キャパシタ41〜47の少なくとも1つ(本実施の形態1ではキャパシタ47とした)には、キャパシタ47の両端をショートするバイパススイッチ5が接続されている。なお、バイパススイッチ5が接続されたキャパシタ47は、図1より一端がグランドに接続されたものとした。この理由については後述する。
The
キャパシタユニット4には、その近傍の温度を測定する温度センサ6が設けられている。温度センサ6は例えば温度により抵抗値が変化するサーミスタ等の素子を用いたので、抵抗値変化を電圧変化に変換するための温度センサ用抵抗器7が直列に接続されている。従って、温度センサ6と温度センサ用抵抗器7に一定電圧Vccを印加することで、温度センサ6と温度センサ用抵抗器7の接続点の電圧は温度に応じて変化することになる。
The
バイパススイッチ5、および温度センサ6と温度センサ用抵抗器7の接続点は制御部8と電気的に接続されている。これにより、制御部8は温度情報を取得するとともに、バイパススイッチ5をオンオフ制御することができる。
The
また、バッテリ1と電源装置3の間には負荷2への電力供給源を切り替える切替スイッチ9が設けられている。これは、従来と同様にダイオードで構成されている。ゆえに、バッテリ1の異常時の動作は従来の図10と同じである。
Further, a
次に、上記した電源装置3における通常時の充放電動作について、まず最も温度条件が厳しい−30℃の場合から説明する。
Next, the charging / discharging operation at the normal time in the above-described
車両起動時に温度センサ6の出力が−30℃であったとすると、後述する既定温度以下であるため、制御部8はキャパシタ47に接続されたバイパススイッチ5をオンにする。この時のブロック回路図を図2に示す。図2より、キャパシタ47は両端がショートされることになるので、キャパシタユニット4は6個のキャパシタ41〜46が直列に接続された回路構成と等価になる。
If the output of the
ここで、キャパシタ41〜47に従来と同じ70Fの容量のものを用いたとする。この場合、キャパシタユニット4の合成容量Caは1/6/70=11.7Fとなる。また、キャパシタユニット4の合成内部抵抗Raは、図12よりキャパシタ1個あたりの内部抵抗Rが−30℃で72mΩであるので、72mΩ×6個=432mΩ≒0.4Ωとなる。
Here, it is assumed that capacitors having the same capacity of 70 F as the
この状態で、車両起動によりキャパシタユニット4に充電が開始され、従来と同様にキャパシタユニット4の電圧が13.3Vまで充電されたとする。なお、キャパシタユニット4の電圧が13.3Vになるのは、通常時のバッテリ1の電圧14Vから切替スイッチ9による電圧降下(≒0.7V)分が差し引かれることによって得られる。
In this state, it is assumed that charging of the
この場合、バイパススイッチ5はオンになっているので、充電電流はキャパシタ47には至らずそのままグランドに流れる。従って、キャパシタ41〜46が充電されることになる。ゆえに、キャパシタの数は6個なので、各キャパシタ41〜46のそれぞれの両端電圧は13.3V/6個≒2.2Vとなる。ここで、従来の電源装置で説明したようにキャパシタの耐電圧は低温ほど大きくなる特性を有し、本実施の形態1で用いたキャパシタ41〜47においては−30℃で約2.5Vであった。従って、上記の充電により各キャパシタ41〜46の両端電圧が2.2Vになっても耐電圧には至っておらず、各キャパシタ41〜46の劣化が促進することはない。ゆえに、上記構成でも信頼性が確保できる。
In this case, since the
今、−30℃下でバッテリ1が異常となり、キャパシタユニット4の電力で負荷2を駆動して車両制動を行い、キャパシタユニット4の出力電圧が負荷2の動作下限電圧である9.5Vまで下がったとする。この時も、従来と同様にキャパシタ41〜46の内部抵抗Rによる電圧降下が発生し、その値ΔVrは負荷2の消費電流が1Aであるので、ΔVr=1A×0.4Ω=0.4Vとなる。従って、車両制動によりキャパシタユニット4から負荷2に電力を供給すると、その出力電圧は13.3V−0.4V=12.9Vまで急激に下がる。
Now, the
この値は従来に比べキャパシタ47が少ない分、大きくなる。従って、−30℃で車両制動によりキャパシタユニット4の出力電圧が12.9Vから負荷2の動作下限電圧である9.5Vまで下がったとすると、電圧降下ΔVは12.9V−9.5V=3.4Vとなる。ゆえに、静電エネルギー使用量ΔQは、ΔQ=ΔV×Ca=3.4V×11.7F=39.78Cとなり、−30℃で車両制動に必要な静電エネルギーQ=32Cを十分に供給できることになる。
This value becomes larger as the number of
従来の電源装置で説明したように、静電エネルギーは−30℃が最も小さくなるので、ここで静電容量に余裕があるということは、その分、小容量のキャパシタ41〜47を用いてもよいことになる。そこで、まず−30℃でQ=32Cとするために必要なキャパシタユニット4の合成容量Caを求める。キャパシタの数量を6個とした時、上記のようにΔV=3.4Vであるので、Q(=32)=ΔV×Ca=3.4×Caより、Ca≒9.41Fとなる。ゆえに、各キャパシタ41〜47の容量Cbは、キャパシタユニット4がキャパシタ41〜46の6個を直列に接続したものと等価であることから、1/6/Cb=9.41より、Cb≒56.5Fとなる。従って、従来の70Fのキャパシタから、例えば上記計算結果よりも僅かに容量が大きい60Fのキャパシタに小型化することができる。この場合の負荷2に供給できる静電エネルギーΔQはΔQ=ΔV×1/6/60F=3.4V×10F=34Cとなり、車両制動に必要な32Cを上回る。
As described in the conventional power supply device, since the electrostatic energy is the smallest at −30 ° C., the fact that the electrostatic capacity has a margin here means that even if the small-
以上のことから、−30℃では従来より小型の60Fのキャパシタ41〜46を6個直列に使用する構成により十分に車両制動が可能となる。
From the above, at −30 ° C., the vehicle braking can be sufficiently performed by the configuration in which six 60
一方、上記の構成で温度センサ6の出力が最高温度である30℃の場合については、従来の電源装置で説明したように、キャパシタ41〜46の耐電圧が30℃の場合1.9Vであるので、キャパシタユニット4の充電電圧は1.9V×6個=11.4Vでなければならない。しかし、この電圧はバッテリ1から切替スイッチ9を介して供給される通常時の電圧13.3Vより低いので、この構成ではキャパシタ41〜46の耐電圧を超えてしまい、信頼性が悪くなる。
On the other hand, when the output of the
そこで、本実施の形態1では温度センサ6の出力が後述する既定温度を上回っていれば、キャパシタ47も含めて充電するように制御している。すなわち、図1に示すようにバイパススイッチ5をオフにすることにより、バイパススイッチ5が接続されたキャパシタ47にも充電している。
Therefore, in the first embodiment, if the output of the
この場合は従来と同様にキャパシタ41〜47の7個に充電されるため、キャパシタユニット4の充電電圧は1.9V×7個=13.3Vとなる。この電圧は−30℃における充電電圧と同様に、通常時のバッテリ1の電圧(14V)から切替スイッチ9の電圧降下分0.7Vを差し引いた値となる。従って、7個のキャパシタ41〜47に充電することで、各キャパシタ41〜47には耐電圧が印加されることになるので、それらの寿命が短くなることがなくなり、電源装置3の信頼性が確保できる。
In this case, since seven
上記の充電の結果、負荷2への電力供給時のキャパシタユニット4の電圧降下ΔVは内部抵抗を無視して3.8V(=13.3V−9.5V)となる。また、キャパシタユニット4の合成容量Caは各キャパシタ41〜47の容量が60Fであるので、Ca=1/7/60≒8.6Fとなる。
As a result of the above charging, the voltage drop ΔV of the
ゆえに、車両制動による静電エネルギー使用量ΔQは、ΔQ=ΔV×Ca=3.8V×8.6F=32.68Cとなり、容量60Fのキャパシタ41〜47を7個直列に接続したキャパシタユニット4の構成とすることにより、30℃で車両制動に必要な静電エネルギーQ(=32C)を十分供給できる。
Therefore, the electrostatic energy use amount ΔQ due to vehicle braking is ΔQ = ΔV × Ca = 3.8V × 8.6F = 32.68C, and the
以上の構成、動作をまとめると、後述する既定温度を上回っていればバイパススイッチ5をオフにして全てのキャパシタ41〜47に充電するように制御することにより、最高温度(30℃)でも負荷2に電力を供給でき高信頼性が得られる。さらに、キャパシタの総数は従来と変わらないものの、各キャパシタ41〜47の容量Cbをそれぞれ従来の70Fから60Fに小さくできるので、キャパシタユニット4を小型化することが可能となる。
Summarizing the above configuration and operation, if the temperature exceeds a predetermined temperature, which will be described later, by controlling the
ここで、既定温度について述べる。以上までで説明した温度条件は最低温度(−30℃)と最高温度(30℃)についてのみであるが、温度が低い時にはキャパシタ47には充電しないように制御し、温度が高い時には全てのキャパシタ41〜47に充電するように制御していることから、ある温度を境にキャパシタ47への充電を行うか行わないかを判断する構成としている。その温度は、これまで説明してきたようにキャパシタ41〜47の内部抵抗が無視できるか否かによって負荷2への供給可能静電エネルギーΔQが変化する特性を有することから求められる。
Here, the predetermined temperature will be described. The temperature conditions described above are only for the minimum temperature (−30 ° C.) and the maximum temperature (30 ° C.), but the
すなわち、図12の実線に示すように各キャパシタ41〜47の内部抵抗Rは温度Tに対して逆比例の関係を示すと同時に、ある温度から低温になると急激に内部抵抗Rが増大する特性を有している。従って、内部抵抗Rが急激に増大する温度、すなわち、温度Tとキャパシタ41〜47の内部抵抗Rの相関関係(図12の実線)における温度Tでの微分特性(図12の点線)の変曲点近傍の温度を既定温度としている。ここで、変曲点は図12の微分特性(点線)の傾きが極大、または極小を取る点、すなわち図12の微分特性をさらに二階微分した時に0になる点であると数学的に定義されているので、図12の微分特性における変曲点は図中に示した点となる。本実施の形態1では余裕をみて図12の変曲点より若干高い−10℃を既定温度とした。
That is, as shown by the solid line in FIG. 12, the internal resistance R of each of the
これらのことから、キャパシタ41〜47の内部抵抗Rは既定温度(−10℃)以下では無視できなくなるので、その分、負荷2への電力供給を開始すると同時に電圧降下を起こしてしまう。従って、たとえ内部抵抗Rによる電圧降下が起こっても負荷2に十分な電力を供給するためにはキャパシタユニット4の合成容量Caを大きくしなければならない。そこで、既定温度以下になると任意のキャパシタには充電を行わないようにしてキャパシタの直列数を7個から6個に減らすことで合成容量Caを大きくしている。これにより既定温度以下でも負荷2へ電力供給することが可能となる。
For these reasons, the internal resistance R of the
一方、既定温度を上回っている場合は内部抵抗Rが無視できるものの、各キャパシタ41〜47の耐電圧が下がってしまうため、6個のキャパシタによる構成では劣化防止のためキャパシタユニット4の充電電圧を下げざるを得なくなる。そこで、充電電圧を上げるためにキャパシタを1個増やし、7個直列のキャパシタユニット4とすることにより、合成容量Caは下がるものの充電電圧が上がり、かつ内部抵抗Rを無視できるので、既定温度を上回っている場合でも負荷2へ電力供給することが可能となる。
On the other hand, when the temperature is higher than the predetermined temperature, the internal resistance R can be ignored, but the withstand voltage of each of the
以上に説明したように、キャパシタユニット4が既定温度以下であればキャパシタ47には充電を行わないように、キャパシタ47に接続されたバイパススイッチ5をオンにするよう制御し、既定温度を上回っていればキャパシタ47も含めて充電を行うようにバイパススイッチ5をオフに制御することにより、全温度範囲で負荷2に電力を供給でき高信頼性が得られるとともに、キャパシタの総数は従来と変わらないものの、各キャパシタ41〜47の容量を全て小さくできるので、キャパシタユニット4を小型化することが可能な電源装置を実現できた。
As described above, when the
なお、本実施の形態1ではキャパシタ47にバイパススイッチ5を接続した場合について説明したが、これはどのキャパシタであってもよい。但し、以下の理由により、バイパススイッチ5を接続するキャパシタは一端がグランドに接続されたキャパシタ47であることが望ましい。
Although the case where the
すなわち、バイパススイッチ5に印加される電圧はキャパシタ47の耐電圧(最大約2.5V)以下であるため、バイパススイッチ5にFETを用いた場合、そのオンオフのための信号電圧も耐電圧以下でよいことになる。従って、信号電圧は制御部8の駆動電圧(5V)以下でよいので、バイパススイッチ5を制御部8で直接オンオフ制御できる。この場合、バイパススイッチ5は内部抵抗が小さいNチャネルFETを用いることができるので、既定温度以下でバイパススイッチ5をオンにしても、そのFETに充電電流が流れる時の抵抗損失が小さくなり、発熱が抑制される。ゆえに、FETの高信頼性が得られる。従って、バイパススイッチ5を接続するキャパシタは一端がグランドに接続されたキャパシタ47であることが望ましい。
That is, the voltage applied to the
なお、他のキャパシタにバイパススイッチ5を接続する場合は、FETを制御部8で直接オンオフ制御するためにPチャネルFETを用いる必要があるが、PチャネルFETはオン時の内部抵抗が大きいため、抵抗損失が大きく発熱が起こる。従って、他のキャパシタにバイパススイッチ5を接続するのは構成上可能であるが、望ましくはない。
When the
(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2における電源装置の既定温度以下の場合のブロック回路図である。図4は、本発明の実施の形態2における電源装置の温度が既定温度以下から上回った時のブロック回路図である。図5は、本発明の実施の形態2における電源装置の既定温度を上回った場合のブロック回路図である。なお、図3〜5の配線において、太線と細線の意味は従来の図11と同じである。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a block circuit diagram in the case where the temperature is lower than the predetermined temperature of the power supply device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a block circuit diagram when the temperature of the power supply device in
本実施の形態2において、実施の形態1と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。すなわち、図3〜5において、本実施の形態2の構成上の特徴は以下の点である。 In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. That is, in FIGS. 3 to 5, the structural features of the second embodiment are as follows.
1)バイパススイッチ5が接続されていない各キャパシタ41〜46の一端にスイッチ11〜16(図中、スイッチ13〜16は省略している)をそれぞれ接続するとともに、各スイッチ11〜16の他端と各キャパシタ41〜46の他端の間に抵抗器21〜26(図中、抵抗器23〜26は省略している)をそれぞれ接続した。
1) Switches 11 to 16 (switches 13 to 16 are omitted in the figure) are connected to one ends of
2)各スイッチ11〜16のオンオフ制御を行うための信号配線を制御部8に接続した。
2) A signal wiring for performing on / off control of each of the
3)各キャパシタ41〜47の電圧値を制御部8に伝達する電圧監視回路30を設けた。なお、電圧監視回路30は各キャパシタ41〜47の電圧値を順次切り替えて測定し、制御部8に伝達する構成とした。
3) A
次に、上記した電源装置3におけるバッテリ1の異常時の動作は従来の図10と同じであるので、通常時の充放電動作について説明する。
Next, since the operation when the
本実施の形態2における動作上の特徴は、電源装置3の温度が起動時の既定温度(−10℃)以下から、使用中に既定温度を上回っても、負荷2を駆動し続けられる静電エネルギーQを蓄えられるように制御する点である。
The operational feature of the second embodiment is that the
これに対し、実施の形態1の動作は、起動時の温度によりバイパススイッチ5をオンにするかオフにするかを選択するだけで、その後の使用中にキャパシタユニット4の温度が変わらないという前提の制御であった。このような前提は温度変化が少ない条件下(例えば車両用では温度が変わらない地域や季節等、あるいは、元々温度変化が少ない民生用途等)では十分使用できたが、使用とともに温度が変わり、既定温度を超える場合には使用できなかった。そこで、本実施の形態2では既定温度をまたがる温度変化に対応する動作としている。
On the other hand, the operation of the first embodiment is based on the assumption that the temperature of the
以下、具体的な動作について説明する。 A specific operation will be described below.
まず、最も温度条件が厳しい−30℃の場合、すなわち既定温度以下の場合に電源装置3を起動したとする。制御部8は、温度センサ6の出力が既定温度以下であれば、図3に示すようにバイパススイッチ5をオンにするとともに、各スイッチ11〜16をオフにする。その結果、キャパシタユニット4は6個のキャパシタ41〜46が直列接続された図2の構成と等価になるので、バイパススイッチ5が接続されたキャパシタ47以外に充電が行われることになる。この時のキャパシタ41〜47の特性仕様は実施の形態1と同じものにしたので、蓄電される静電エネルギーQは負荷2を十分駆動できる大きさとなる。
First, it is assumed that the
この状態で、例えば車両の使用中にキャパシタユニット4近傍の温度が上昇し、既定温度を上回ったとする。この場合には、電圧監視回路30を通して各キャパシタ41〜46が耐電圧を上回らないように抵抗器21〜26で電荷(各キャパシタ41〜46に蓄えられた静電エネルギー)を放電するようスイッチ11〜16を制御するとともに、バイパススイッチ5が接続されたキャパシタ47も耐電圧を上回らないように充電を行うよう制御する。
In this state, for example, it is assumed that the temperature in the vicinity of the
この時の具体的な動作は、まず図4に示すように、制御部8が各スイッチ11〜16をオンにすると同時にバイパススイッチ5をオフにする。その結果、キャパシタ41〜46の電荷は抵抗器21〜26を介して放電され電圧が低下していく。一方、キャパシタ47はバイパススイッチ5がオフなので、バッテリ1からの電力がスイッチ11〜16、および抵抗器21〜26を介して充電されていく。この時、制御部8はキャパシタ41〜46の両端電圧を電圧監視回路30によりモニターしている。このうち、放電しているキャパシタ41〜46の両端電圧が最高温度30℃での耐電圧(最も低い1.9V)に至れば、そのキャパシタ41〜46に接続されたスイッチ11〜16をオフにする。しかし、各キャパシタ41〜46には特性バラツキがあるため、早期に耐電圧に至ったキャパシタ(例えばキャパシタ41とする)に接続されたスイッチ11からオフになる。この時、キャパシタ47を充電するためにバッテリ1からキャパシタユニット4に電力が供給され続けているので、スイッチ11がオフであるキャパシタ41は再び充電され、電圧が上昇する。その結果、電圧監視回路30はキャパシタ41の電圧が耐電圧を超えると、電圧を下げるために再びスイッチ11をオンにする動作を繰り返す。
Specifically, as shown in FIG. 4, the
このようにして、制御部8はキャパシタ41〜46の電圧が耐電圧を上回らないようにスイッチ11〜16をオンオフ制御する。その結果、最終的にはスイッチ11〜16がオフになり、各キャパシタ41〜46の両端電圧は耐電圧を上回らないように放電される。この時、キャパシタユニット4にはバッテリ1からの一定電圧13.3Vが印加されており、前記したように他のキャパシタ41〜46の両端電圧は1.9Vであるので、バイパススイッチ5が接続されたキャパシタ47の両端電圧は必然的に13.3V−1.9V×6個=1.9Vになる。従って、キャパシタ47も耐電圧を上回らないように充電を行うことができる。
In this way, the
この充放電動作が完了した時のブロック回路図を図5に示す。全てのスイッチ11〜16とバイパススイッチ5がオフであるので、キャパシタユニット4の回路は図1と等価になる。従って、キャパシタユニット4に蓄電される静電エネルギーQは、実施の形態1と同様に最も条件の厳しい最高温度(30℃)でも負荷2を駆動し続けるために十分な大きさとなる。なお、電源装置3の起動時に既定温度を上回っている場合は、最初から図5の回路構成でキャパシタユニット4が充電される。
FIG. 5 shows a block circuit diagram when this charge / discharge operation is completed. Since all the
ここで、キャパシタユニット4の温度が既定温度(−10℃)近傍を上下すると、そのたびにキャパシタ47への充放電動作を繰り返すことになるので、制御部8の制御が複雑になる。これを避けるためには、上記動作を電源装置3の使用時に1回のみとすればよい。そこで、電源装置3のうち、少なくともキャパシタユニット4が既定温度以上になる構成としている。具体的には、キャパシタユニット4を定常状態(通常の車両使用時等)で既定温度以上になる場所に設置する構成としている。このような場所として、例えば車室内でも特にエンジンや暖房機器等の熱源近傍が挙げられるが、あまり高温になるとキャパシタ41〜47の耐電圧がさらに下がるため、定常状態でも最高温度(30℃)を超えない場所を選択する必要がある。これらの場所は車両使用中に温度が上がることはあっても既定温度(−10℃)以下に下がることがないため、充放電動作が1回のみとなる。その結果、制御部8の制御がシンプルになり、高信頼性が得られる。
Here, when the temperature of the
なお、上記説明ではキャパシタユニット4を定常状態で既定温度以上になる場所に設置する例を示したが、これは例えば電源装置3の全体を設置してもよい。また、キャパシタユニット4が既定温度以上になるようにヒーター等で暖める構成としてもよい。
In the above description, the example in which the
以上の構成、動作により、使用中に既定温度をまたぐような温度変化が起こっても、全温度範囲で負荷2に電力を供給でき高信頼性が得られるとともに、実施の形態1と同仕様のキャパシタ41〜47を用いることにより、各キャパシタ41〜47の容量Cbを小さくできるので、キャパシタユニット4を小型化することが可能となる。
With the above configuration and operation, even if a temperature change that crosses the predetermined temperature during use occurs, power can be supplied to the
なお、本実施の形態2においても、バイパススイッチ5を接続するキャパシタはどれでもよいが、実施の形態1で述べた理由により、一端がグランドに接続されたキャパシタ47であることが望ましい。
In the second embodiment, any capacitor can be connected to the
(実施の形態3)
図6は、本発明の実施の形態3における電源装置の既定温度以下の場合のブロック回路図である。図7は、本発明の実施の形態3における電源装置の温度が既定温度以下から上回った時のブロック回路図である。図8は、本発明の実施の形態3における電源装置の既定温度を上回った場合のブロック回路図である。図9は、本発明の実施の形態3における電源装置の動作終了時にキャパシタユニットから電荷を放電する際のブロック回路図である。なお、図6〜9の配線において、太線と細線の意味は従来の図11と同じである。
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a block circuit diagram in the case where the temperature is lower than the predetermined temperature of the power supply device according to the third embodiment of the present invention. FIG. 7 is a block circuit diagram when the temperature of the power supply device in
本実施の形態3では従来の図11に対応して、車両用の電源装置として実際に適用される構成に基いて説明する。本実施の形態3において、実施の形態1、2と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。すなわち、図6〜9において、本実施の形態3の構成上の特徴は、直列接続したスイッチ17と抵抗器27を、バイパススイッチ5が接続されたキャパシタ47の両端にも接続した点である。
The third embodiment will be described based on a configuration actually applied as a power supply device for a vehicle, corresponding to the conventional FIG. In the third embodiment, the same components as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. That is, in FIGS. 6 to 9, the structural feature of the third embodiment is that the
このような電源装置3における実施の形態2と異なる構成の詳細について以下に説明する。
Details of the configuration of the
まず、バイパススイッチ5が接続されたキャパシタ47の両端には、他のキャパシタ41〜46と同様にスイッチ17と抵抗器27が直列の状態で接続されている。スイッチ17のオンオフ制御は他のスイッチ11〜16と同様に制御部8により行われる。
First, the
バッテリ1からキャパシタユニット4への充電は充電回路32を介して行われる。充電回路32は制御部8の指示により、指定された充電電圧で充電の開始、停止を制御する機能を有する。
Charging from the
切替スイッチ9は実施の形態1、2で用いたダイオードに替わって、3端子スイッチ構成とした。この切替スイッチ9は制御部8によって切り替えられるので、電源装置3の使用時に制御部8が任意のタイミングで切り替え動作を指示することにより、切替スイッチ9の動作確認ができ高信頼性が得られる。なお、これに伴い、実施の形態1、2のようにバッテリ1が異常の場合、自動的にキャパシタユニット4から負荷2に電力を供給する構成ではなくなるので、本実施の形態3ではバッテリ1の電圧を検出し制御部8に伝達する電圧検出回路34を設けている。これにより、バッテリ1が異常になり電圧が低下すると、電圧検出回路34から異常電圧が制御部8に伝達され、それを受けて制御部8は切替スイッチ9をキャパシタユニット4側に切り替える。その結果、負荷2に引き続きキャパシタユニット4から電力を供給できる。
The
次に、本実施の形態3の電源装置3におけるバッテリ1の異常時の動作は従来の図11と同じであるので、通常時の充放電動作について説明する。
Next, since the operation when the
本実施の形態3における動作上の特徴は、電源装置3の動作終了時に、キャパシタユニット4から速やかに電荷を放電する際に、制御部8がバイパススイッチ5をオフにするとともに、各キャパシタ41〜47に接続された各スイッチ11〜17をオンにするよう制御する点である。
The operational feature of the third embodiment is that, when the operation of the
これに対し、従来の図11の構成では、キャパシタユニット4から電荷を放電するために放電回路を用いていた。本実施の形態3では各キャパシタ41〜47に接続された各抵抗器21〜27で速やかに放電することができるので、放電回路の機能を含有する構成となる。従って、放電回路が不要になる分、電源装置3の小型化が可能となる。
On the other hand, in the conventional configuration of FIG. 11, a discharge circuit is used to discharge charges from the
以下、具体的な動作について説明する。 A specific operation will be described below.
まず、既定温度以下の例えば−30℃の場合に電源装置3を起動したとする。制御部8は、温度センサ6の出力が既定温度以下であれば、図6に示すようにバイパススイッチ5をオンにするとともに、各スイッチ11〜17をオフにする。その結果、キャパシタユニット4は6個のキャパシタ41〜46が直列接続された図2の構成と等価になるので、バイパススイッチ5が接続されたキャパシタ47以外に充電が行われることになる。本実施の形態3においても、キャパシタ41〜47の特性仕様は実施の形態1、2と同じものにしたので、蓄電される静電エネルギーQは負荷2を十分駆動できる大きさとなる。充電が完了すると、充電回路32は充電電圧の出力を停止する。
First, it is assumed that the
この状態で、例えば車両の使用中にキャパシタユニット4の近傍温度が上昇し、既定温度を上回ったとする。この場合には、実施の形態2と同様に各キャパシタ41〜46が耐電圧を上回らないように抵抗器21〜26で電荷を放電するようスイッチ11〜16を制御するとともに、バイパススイッチ5が接続されたキャパシタ47も耐電圧を上回らないように充電を行うよう制御する。
In this state, for example, it is assumed that the temperature near the
この時の具体的な動作は、図7に示すように、制御部8が各スイッチ11〜16をオンにすると同時にバイパススイッチ5をオフにする。この時、スイッチ17はオフのままである。また、充電回路32から充電電圧を出力する。その結果、キャパシタ41〜46の電荷は抵抗器21〜26を介して放電され電圧が低下していくとともに、キャパシタ47はスイッチ17とバイパススイッチ5がオフなので実施の形態2と同様にして充電されていく。この時、制御部8はキャパシタ41〜46の両端電圧を電圧監視回路30によりモニターしている。このうち、放電しているキャパシタ41〜46の両端電圧が制御部8で設定される充電電圧(キャパシタ41〜47の耐電圧を考慮した値に設定されている)を7等分した値に至れば、そのキャパシタ41〜46に接続されたスイッチ11〜16をオフにする。なお、実施の形態2と同様、キャパシタ41〜46の特性バラツキにより再度スイッチ11〜16がオン、オフ制御されるものもあるが、この動作により各キャパシタ41〜46の両端電圧は耐電圧を上回らないように放電できる。従って、最終的にスイッチ11〜16はオフになるが、この時、キャパシタユニット4には充電回路32からの充電電圧が印加されており、他のキャパシタ41〜46の両端電圧は充電電圧を7等分した値であるので、バイパススイッチ5が接続されたキャパシタ47の両端電圧は必然的に他のキャパシタ41〜46の充電電圧と同様に、耐電圧を上回らないように充電が行われる。
Specifically, as shown in FIG. 7, the
この充放電動作が完了した時のブロック回路図を図8に示す。全てのスイッチ11〜17とバイパススイッチ5がオフであるので、キャパシタユニット4の回路は図1と等価になる。従って、キャパシタユニット4に蓄電される静電エネルギーQは、実施の形態1と同様に最も条件の厳しい最高温度(30℃)でも負荷2を駆動し続けるために十分な大きさとなる。なお、電源装置3の起動時に既定温度を上回っている場合は、最初から図8の回路構成でキャパシタユニット4が充電される。
FIG. 8 shows a block circuit diagram when this charge / discharge operation is completed. Since all the
次に、電源装置3の動作終了時にについて図9を参照しながら説明する。
Next, the end of the operation of the
本実施の形態3においては、動作終了時にキャパシタ41〜47の長寿命化を図るため、キャパシタユニット4から速やかに電荷を放電するように制御している。そのために、制御部8は温度センサ6の出力によらず、バイパススイッチ5をオフにするとともに、各キャパシタ41〜47に接続された各スイッチ11〜17をオンにする。この際、充電回路32は出力を停止している。これにより、各キャパシタ41〜47に蓄えられた電荷は各抵抗器21〜27を通して一斉に、かつ速やかに放電される。このような構成とすることにより、キャパシタユニット4近傍の温度が既定温度をまたがって変化した場合のキャパシタ41〜46の電圧バランスを取る動作と、動作終了時のキャパシタ41〜47の速やかな放電動作が同じ抵抗器21〜27で実現できるので、従来の放電回路を不要とすることができる。
In the third embodiment, at the end of the operation, the
以上の構成、動作により、実施の形態2の効果に加え、動作終了時にキャパシタユニット4から電荷を放電する際に放電回路を必要としないので、電源装置3をさらに小型化することができる。
With the configuration and operation described above, in addition to the effects of the second embodiment, the
なお、本実施の形態3においても、バイパススイッチ5を接続するキャパシタはどれでもよいが、実施の形態1で述べた理由により、一端がグランドに接続されたキャパシタ47であることが望ましい。
In the third embodiment, any capacitor may be connected to the
また、本実施の形態1〜3で述べたキャパシタユニット4は60Fのキャパシタ41〜47を7個直列に接続した構成を有するが、これに限定されるものではなく、負荷2が必要とする電源装置3の電力仕様やキャパシタの特性等に応じて容量や数量を変えたり、直並列接続としてもよい。さらに、既定温度以下の時に充電を行わないキャパシタの数も電源装置3の仕様等に応じて複数としてもよい。
The
また、本実施の形態1〜3では車両用の電源装置への適用例について述べたが、これは民生用等の他用途の電源装置に適用しても同等の効果が得られる。 Moreover, although the application example to the power supply device for vehicles was described in this Embodiment 1-3, even if this is applied to the power supply device of other uses, such as a consumer, an equivalent effect is acquired.
本発明にかかる電源装置によれば、キャパシタユニットの小型化と高信頼性を同時に実現できるので、民生用から車両用に至る様々な非常用電源等として有用である。 According to the power supply device of the present invention, since the capacitor unit can be miniaturized and highly reliable, it is useful as various emergency power supplies from consumer use to vehicles.
3 電源装置
4 キャパシタユニット
5 バイパススイッチ
6 温度センサ
8 制御部
11〜17 スイッチ
21〜27 抵抗器
30 電圧監視回路
41〜47 キャパシタ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記キャパシタの少なくとも1つに接続され、前記キャパシタの両端をショートするバイパススイッチと、
前記キャパシタユニット近傍の温度を測定する温度センサと、
前記バイパススイッチ、および前記温度センサが電気的に接続された制御部を有し、
前記制御部は、前記キャパシタユニットに充電を行う際、
前記温度センサの出力が既定温度以下であれば、前記バイパススイッチをオンにすることにより、前記バイパススイッチが接続された前記キャパシタには充電を行わないように制御し、
前記温度センサの出力が前記既定温度を上回っていれば、前記バイパススイッチをオフにすることにより、前記バイパススイッチが接続された前記キャパシタも含めて充電を行うよう制御する電源装置。 A capacitor unit composed of a plurality of capacitors connected in series or in series and parallel;
A bypass switch connected to at least one of the capacitors and short-circuiting both ends of the capacitor;
A temperature sensor for measuring the temperature in the vicinity of the capacitor unit;
The bypass switch and the temperature sensor have a control unit electrically connected,
The controller, when charging the capacitor unit,
If the output of the temperature sensor is below a predetermined temperature, by turning on the bypass switch, the capacitor connected to the bypass switch is controlled not to be charged,
If the output of the temperature sensor is higher than the predetermined temperature, the power supply device that controls charging including the capacitor to which the bypass switch is connected by turning off the bypass switch.
前記各スイッチの他端と前記各キャパシタの他端の間に接続した抵抗器と、
前記各キャパシタの電圧値を制御部に伝達する電圧監視回路とを設け、
前記制御部は、温度センサの出力が既定温度以下の際に、前記バイパススイッチをオンにするとともに、前記各スイッチをオフにすることにより、前記バイパススイッチが接続された前記キャパシタ以外に充電を行った後、
前記温度センサの出力が既定温度を上回った場合には、前記電圧監視回路を通して前記各キャパシタが耐電圧を上回らないように前記抵抗器で電荷を放電するよう前記スイッチを制御するとともに、
前記バイパススイッチが接続された前記キャパシタが耐電圧を上回らないように充電を行う請求項1に記載の電源装置。 A switch connected to one end of each capacitor to which a bypass switch is not connected;
A resistor connected between the other end of each switch and the other end of each capacitor;
A voltage monitoring circuit for transmitting a voltage value of each capacitor to the control unit;
When the output of the temperature sensor is equal to or lower than a predetermined temperature, the control unit turns on the bypass switch and turns off each switch to charge other than the capacitor to which the bypass switch is connected. After
When the output of the temperature sensor exceeds a predetermined temperature, the switch is controlled so as to discharge the charge with the resistor so that the capacitors do not exceed the withstand voltage through the voltage monitoring circuit, and
The power supply device according to claim 1, wherein charging is performed such that the capacitor to which the bypass switch is connected does not exceed a withstand voltage.
制御部は、電源装置の動作終了時にキャパシタユニットから電荷を放電する際、バイパススイッチをオフにするとともに、各キャパシタに接続された各スイッチをオンにするよう制御する請求項2に記載の電源装置。 A switch and a resistor connected in series are connected to both ends of a capacitor to which a bypass switch is connected.
3. The power supply device according to claim 2, wherein the control unit controls to turn off the bypass switch and turn on each switch connected to each capacitor when discharging the electric charge from the capacitor unit at the end of the operation of the power supply device. .
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