JP2011109875A - Series-parallel connection switching type capacitor power supply unit and system - Google Patents

Series-parallel connection switching type capacitor power supply unit and system Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply device that can finely adjust the output voltage of each capacity while suppressing the variation of voltages between the capacitors. <P>SOLUTION: An energy storage module type power supply unit is provided that includes: first to third storage module groups, each composed of 2n storage modules having the same capacity; and a first switch group. The first switch group switches a connection state between a three-parallel connection state, wherein the storage modules included in the first to third storage module groups are connected in series to form first to third strings of storage modules and the first to third strings of storage modules are connected in parallel, and a two-parallel connection state, wherein a fourth string of storage modules formed by connecting all the storage modules included in the first storage module group and n storage modules included in the second storage module group in series, the remaining n storage modules in the second storage module group that are different from the n storage modules included in the fourth string of storage modules, and a fifth string of storage modules formed by connecting all the storage modules included in the third storage module group in series are connected in parallel. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、蓄電用キャパシタを用いた電源ユニットならびにシステムに関する。より詳細には、スイッチを用いてキャパシタの直列数ならびに並列数を切り替えることにより、各キャパシタの電圧のばらつきを抑えつつ出力電圧をある任意の範囲内に制御するための、電源ユニットならびにシステムに関する。   The present invention relates to a power supply unit and system using a storage capacitor. More specifically, the present invention relates to a power supply unit and a system for controlling an output voltage within a certain range while suppressing variations in the voltage of each capacitor by switching a series number and a parallel number of capacitors using a switch.

一般に、電力によって何らかの装置を動作させる際には、その装置の特性により決定される、所定の動作電圧範囲内で給電を行うことが必要である。電子機器類は個々の特性に応じた所定の電圧範囲内にて動作するが、その動作電圧範囲外では動作が不安定となるか、あるいは非動作となってしまうからである。特に、電気容量が極めて高い電気二重層キャパシタ(ハイブリッドキャパシタやレドックスキャパシタ等も含む)を電源として用いる場合は、電気二重層キャパシタにおける充放電の状態に応じた出力電圧の変動が従来の二次電池における変動よりも大きいため、変動する出力電圧を電子機器の動作範囲内電圧へと変換するための、何らかの電圧変換装置が必要となる。   In general, when any device is operated by electric power, it is necessary to supply power within a predetermined operating voltage range determined by the characteristics of the device. This is because electronic devices operate within a predetermined voltage range according to individual characteristics, but operation becomes unstable or non-operation outside the operating voltage range. In particular, when an electric double layer capacitor (including a hybrid capacitor, a redox capacitor, etc.) having a very high electric capacity is used as a power source, the output voltage varies depending on the state of charge / discharge in the electric double layer capacitor. Therefore, some voltage conversion device for converting the fluctuating output voltage into the voltage within the operating range of the electronic device is required.

電源から供給される電源電圧を動作電圧範囲内に変換するための手段としては、トランスやコイルを用いたDC−DCコンバータが、従来から広く用いられている。しかしながら、そのような構成の変圧器においては、コイルを含んだ回路サイズが比較的大きくなってしまうことや、鉄心等の構成部材に起因して変圧器全体としての重量が大きくなること、及び損失が大きくなること等の欠点が存在する。   As means for converting a power supply voltage supplied from a power source into an operating voltage range, a DC-DC converter using a transformer or a coil has been widely used. However, in such a transformer, the size of the circuit including the coil becomes relatively large, the weight of the transformer as a whole increases due to components such as an iron core, and loss. There are disadvantages such as an increase in.

そこで、図1に示すような、スイッチQ1〜Q3を用いてキャパシタC1とC2との接続状態を切り替えることにより、出力電圧の変動幅を小さくするようにしたキャパシタ電源装置が提案されている(特許文献1)。この電源装置においては、スイッチQ1及びQ2をオンとすることによりキャパシタC1及びC2が並列接続されるモードと、スイッチQ3をオンとすることによりキャパシタC1及びC2が直列接続されるモードと、を切り替えることにより、出力電圧を段階的に調整することが可能となっている。   Therefore, a capacitor power supply apparatus has been proposed in which the fluctuation range of the output voltage is reduced by switching the connection state between the capacitors C1 and C2 using the switches Q1 to Q3 as shown in FIG. Reference 1). In this power supply device, a mode in which capacitors C1 and C2 are connected in parallel by turning on switches Q1 and Q2 and a mode in which capacitors C1 and C2 are connected in series by turning on switch Q3 are switched. As a result, the output voltage can be adjusted stepwise.

図2A及び図2Bは、図1のユニットの放電時における接続状態、及び電流の経路を示す。放電開始時の初期状態においては、図2Aに示すようにQ1とQ2とがオンとなっており、C1とC2とが並列に接続されている。すなわち回路は1直列2並列の接続状態となっており、出力電圧はC1の電圧及びC2の電圧のそれぞれと等しい。   2A and 2B show a connection state and a current path during discharge of the unit of FIG. In the initial state at the start of discharge, as shown in FIG. 2A, Q1 and Q2 are on, and C1 and C2 are connected in parallel. In other words, the circuit is connected in one series and two in parallel, and the output voltage is equal to each of the voltage of C1 and the voltage of C2.

放電の進行とともに出力電圧は低下する。その結果として出力電圧が機器の動作電圧範囲から外れることを避けるため、出力電圧がある任意の値(典型的には、当該電源装置により動作する電子機器の動作電圧範囲の下限値)を下回る前に、スイッチQ1とQ2とがオフとされ、併せてスイッチQ3がオンとされる。この切り替えにより、回路の接続状態は、図2Bに示すとおりC1とC2とが直列接続された2直列1並列の状態となり、したがって出力電圧値はC1とC2の電圧の和へと上昇する。   As the discharge progresses, the output voltage decreases. As a result, before the output voltage falls below a certain value (typically, the lower limit value of the operating voltage range of the electronic device operated by the power supply device) in order to avoid the output voltage being out of the operating voltage range of the device. In addition, the switches Q1 and Q2 are turned off, and the switch Q3 is turned on. As a result of this switching, the circuit connection state becomes a two-series, one-parallel state in which C1 and C2 are connected in series as shown in FIG. 2B. Therefore, the output voltage value rises to the sum of the voltages of C1 and C2.

その他、図3に示されるとおりの、多段階で直列/並列接続を切り替える方式も提案されている(特許文献2)。   In addition, as shown in FIG. 3, a method of switching the serial / parallel connection in multiple stages has been proposed (Patent Document 2).

図4A〜図4Cは、図3のユニットの放電時における接続状態、及び電流の経路を示す。放電開始時の初期状態においては、図4Aに示すようにQ1とQ2とがオンとなっており、C1とC2とが、及びC3とC4とが、それぞれ直列接続されている。すなわち回路全体としては2直列2並列の構成となっており、出力電圧は、C1とC2との電圧の和、及びC3とC4との電圧の和のそれぞれと等しい。   4A to 4C show a connection state and a current path when the unit of FIG. 3 is discharged. In the initial state at the start of discharge, as shown in FIG. 4A, Q1 and Q2 are on, and C1 and C2 and C3 and C4 are connected in series. That is, the entire circuit has a configuration of 2 series 2 parallel, and the output voltage is equal to the sum of the voltages of C1 and C2 and the sum of the voltages of C3 and C4.

放電の進行と共に出力電圧は低下する。出力電圧が機器の動作電圧範囲から外れることを避けるため、出力電圧がある任意の値(典型的には、当該電源装置により動作する電子機器の動作電圧範囲の下限値)を下回る前に、スイッチQ1とQ2とがオフとされ、併せてスイッチQ3とQ5とがオンとされる。これにより、回路は図4Bに示される接続状態へと切り替わる。図4Bにおいては、C3と、C1及びC4が並列接続されてなる回路と、C2と、が直列接続されており、回路全体としては3直列の構成をとっている。このとき出力電圧は、C3、C1(又はC4)、及びC2の電圧の和へと上昇する。   As the discharge progresses, the output voltage decreases. To prevent the output voltage from deviating from the operating voltage range of the device, switch the output voltage before it falls below a certain value (typically the lower limit of the operating voltage range of the electronic device operated by the power supply). Q1 and Q2 are turned off, and switches Q3 and Q5 are turned on at the same time. This switches the circuit to the connected state shown in FIG. 4B. In FIG. 4B, C3, a circuit in which C1 and C4 are connected in parallel, and C2 are connected in series, and the entire circuit has a three-series configuration. At this time, the output voltage rises to the sum of the voltages of C3, C1 (or C4), and C2.

更に放電が進行し出力電圧が低下した際には、スイッチQ3とQ5とをオフとし、併せてスイッチQ4をオンとすることにより、回路は図4Cに示される接続状態へと切り替えられる。このとき、全てのキャパシタC1〜C4は直列接続されており、回路全体としては4直列の構成となる。したがって、出力電圧はC1〜C4の電圧の和へと上昇する。   When the discharge further proceeds and the output voltage decreases, the switches Q3 and Q5 are turned off and the switch Q4 is turned on at the same time, whereby the circuit is switched to the connection state shown in FIG. 4C. At this time, all the capacitors C1 to C4 are connected in series, and the entire circuit has a 4-series configuration. Therefore, the output voltage rises to the sum of the voltages of C1 to C4.

特開平08−168182JP 08-168182 A 特開2000−253572JP 2000-253572 A

しかしながら、上記図1の電源装置単体によっては、キャパシタの直列接続数を1直列と2直列との間でしか切り替えることができない。すなわち出力電圧の調整比率が1:2に限られるのあって、よりきめ細やかな調整に対応することができない。   However, depending on the single power supply device shown in FIG. 1, the number of capacitors connected in series can only be switched between 1 series and 2 series. That is, the adjustment ratio of the output voltage is limited to 1: 2, and it is not possible to cope with finer adjustment.

この点、上記図3の電源装置によれば、接続状態を多段階で切り替えることにより、キャパシタの直列接続数に応じて出力電圧を多段階で調整することが可能である。しかしながら、図3の電源装置においては、切り替えの各段階に対応する接続状態の少なくともいずれかにおいて、各キャパシタの電圧のばらつきを避けられないという問題が生じる。すなわち、仮にC1〜C4の容量が全て等しく、且つ放電開始時において全てのキャパシタが等しく充電されていたとしても、図4Bの接続状態においてはC1及びC4よりなる回路が2並列であり、その他のキャパシタは1並列状態であるため、各キャパシタC1〜C4に流れる電流が不均一となる。したがって各キャパシタの放電速度にばらつきが生じ、電圧のばらつきが発生することとなる。なお、C1,C2,C3,及びC4の容量比を1:2:2:1となるよう構成することにより、図4Bの接続状態での電圧のばらつきは避けられるものの、この場合は図4A、及び図4Cに示されるそれぞれの接続状態において電圧のばらつきを避けられない。すなわち図3の電源装置を用いる場合、スイッチの切り替えに伴い、少なくともいずれかの段階で各キャパシタの電圧がばらつくこととなる。   In this regard, according to the power supply device of FIG. 3, the output voltage can be adjusted in multiple stages according to the number of capacitors connected in series by switching the connection state in multiple stages. However, in the power supply device of FIG. 3, there arises a problem that variations in the voltage of each capacitor cannot be avoided in at least one of the connection states corresponding to each stage of switching. That is, even if all of the capacities of C1 to C4 are equal and all the capacitors are charged at the start of discharging, the circuit composed of C1 and C4 is in parallel in the connection state of FIG. Since the capacitors are in one parallel state, the current flowing through each of the capacitors C1 to C4 is not uniform. Therefore, variation occurs in the discharge speed of each capacitor, resulting in variation in voltage. Note that, by configuring the capacitance ratio of C1, C2, C3, and C4 to be 1: 2: 2: 1, voltage variations in the connection state of FIG. 4B can be avoided, but in this case, FIG. And in each connection state shown by FIG. 4C, the dispersion | variation in voltage is unavoidable. That is, when the power supply device of FIG. 3 is used, the voltage of each capacitor varies at least at any stage as the switch is switched.

このため、各キャパシタの電圧のばらつきを抑えつつ、きめ細やかな出力電圧の調整を可能とするための、電源装置が求められている。   Therefore, there is a demand for a power supply device that enables fine adjustment of the output voltage while suppressing variations in the voltage of each capacitor.

上記課題を解決するため、本件第1発明は、それぞれが容量の等しい2n(nは1以上の整数)個の蓄電モジュールにより構成される、第1蓄電モジュール群、第2蓄電モジュール群、及び第3蓄電モジュール群と、第1スイッチ群であって、第1蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールが直列接続されてなる第1蓄電モジュール列、第2蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールが直列接続されてなる第2蓄電モジュール列、及び第3蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールが直列接続されてなる第3蓄電モジュール列が並列接続された3並列接続状態と、第1蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールと第2蓄電モジュール群に含まれるn個の蓄電モジュールとが直列接続されてなる第4蓄電モジュール列、及び、第2蓄電モジュール群に含まれる、当該n個の蓄電モジュールとは異なる残りのn個の蓄電モジュールと、第3蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールとが直列接続されてなる第5蓄電モジュール列、が並列接続された、2並列接続状態と、を切り替える第1スイッチ群と、を備えた、蓄電モジュール電源ユニットを提供する。   In order to solve the above-described problem, the first invention of the present invention is the first power storage module group, the second power storage module group, and the 3 power storage module groups and a first switch group, all power storage modules included in the first power storage module group and the second power storage module group, in which all power storage modules included in the first power storage module group are connected in series A third storage unit connected in series, and a third storage unit connected in parallel to each other, and a first storage unit A fourth power storage module in which all power storage modules included in the module group and n power storage modules included in the second power storage module group are connected in series. And the remaining n power storage modules different from the n power storage modules, and all the power storage modules included in the third power storage module group are connected in series. And a first switch group for switching between two parallel connection states in which the fifth power storage module row is connected in parallel.

後述の実施例において詳しく説明するとおり、上記構成の蓄電モジュール電源ユニットにおいて3並列接続状態と2並列接続状態とを切り替えることにより、従来よりも細かい単位での出力電圧調整が可能となる。さらには、上記のとおり各蓄電モジュールの容量、個数、及びスイッチ切り替えにより実現される各モードでの回路構成を特定することにより、各モードでの電圧のばらつきを抑えつつ、出力電圧を調整することが可能となる。   As will be described in detail in the embodiments to be described later, by switching between the 3 parallel connection state and the 2 parallel connection state in the power storage module power supply unit having the above-described configuration, the output voltage can be adjusted in units smaller than those in the past. Furthermore, as described above, the output voltage can be adjusted while suppressing variations in voltage in each mode by specifying the capacity and number of each power storage module and the circuit configuration in each mode realized by switch switching. Is possible.

なお、本明細書における蓄電モジュールとは、キャパシタ、電気二重層キャパシタモジュール、リチウムイオンキャパシタ、二次電池を初めとする任意の単独の蓄電素子であってよく、あるいはそれら蓄電素子を複数含んでなる任意の蓄電手段であってもよい。   The power storage module in this specification may be any single power storage element including a capacitor, an electric double layer capacitor module, a lithium ion capacitor, and a secondary battery, or includes a plurality of such power storage elements. Any power storage means may be used.

また、本件第2発明は、1以上の蓄電モジュールよりなる第1蓄電モジュール群、2以上の蓄電モジュールよりなる第2蓄電モジュール群、及び、1以上の蓄電モジュールよりなる第3蓄電モジュール群と、第1スイッチ群であって、第1蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールが直列接続されてなる第1蓄電モジュール列、第2蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールが直列接続されてなる第2蓄電モジュール列、及び第3蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールが直列接続されてなる第3蓄電モジュール列が並列接続された3並列接続状態と、第1蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールと第2蓄電モジュール群に含まれる1以上の蓄電モジュールとが直列接続されてなる第4蓄電モジュール列、及び、第2蓄電モジュール群に含まれる、当該1以上の蓄電モジュールとは異なる残りの1以上の蓄電モジュールと、第3蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールとが直列接続されてなる第5蓄電モジュール列、が並列接続された、2並列接続状態と、を切り替える第1スイッチ群と、を備えた、蓄電モジュール電源ユニットを提供する。   The second invention of the present invention is a first power storage module group composed of one or more power storage modules, a second power storage module group composed of two or more power storage modules, and a third power storage module group composed of one or more power storage modules; A first switch group, a first power storage module row in which all power storage modules included in the first power storage module group are connected in series, and all power storage modules included in the second power storage module group are connected in series. A third power storage module row in which all the power storage modules included in the second power storage module row and the third power storage module group are connected in series is connected in parallel. 4th electrical storage module in which the electrical storage module and one or more electrical storage modules contained in the 2nd electrical storage module group are connected in series And the remaining one or more power storage modules different from the one or more power storage modules included in the second power storage module group and all the power storage modules included in the third power storage module group are connected in series. Provided is a power storage module power supply unit including a first switch group that switches between two parallel connection states in which five power storage module rows are connected in parallel.

より一般化された構成を備える上記電源ユニットにおいて、各蓄電モジュール群に含まれる蓄電モジュールの容量、個数、そして3並列及び2並列接続状態間での第2蓄電モジュール群内蓄電モジュールの配分等を適宜選択することにより、各蓄電モジュールへの電圧比を任意に調整した上での、所望の調整幅での出力電圧調整が可能となる。例えば、電気二重層キャパシタモジュール、リチウムイオンキャパシタ、二次電池など、複数のタイプのモジュールが混在して含まれるような電源ユニットを構成する場合に、それぞれのモジュールにおける材料寿命、許容最大電圧等に応じて、印加される電圧の比をあらかじめ調整することができる。   In the power supply unit having a more generalized configuration, the capacity and number of power storage modules included in each power storage module group, distribution of power storage modules in the second power storage module group between three parallel and two parallel connection states, etc. By selecting as appropriate, it is possible to adjust the output voltage within a desired adjustment range after arbitrarily adjusting the voltage ratio to each power storage module. For example, when configuring a power supply unit that includes multiple types of modules such as electric double layer capacitor modules, lithium ion capacitors, secondary batteries, etc., the material life, allowable maximum voltage, etc. of each module Accordingly, the ratio of applied voltages can be adjusted in advance.

第1蓄電モジュール群、第2蓄電モジュール群、及び第3蓄電モジュール群に含まれる各蓄電モジュールの容量を互いに等しくすることができる。また、第1蓄電モジュール列、第2蓄電モジュール列、及び第3蓄電モジュール列に含まれる各蓄電モジュールの数を互いに等しくすることができる。さらに、第4蓄電モジュール列に含まれる蓄電モジュールの数と第5蓄電モジュール列に含まれる蓄電モジュールの数とを等しくすることができる。   The capacities of the power storage modules included in the first power storage module group, the second power storage module group, and the third power storage module group can be made equal to each other. Further, the number of power storage modules included in the first power storage module row, the second power storage module row, and the third power storage module row can be made equal to each other. Furthermore, the number of power storage modules included in the fourth power storage module row can be made equal to the number of power storage modules included in the fifth power storage module row.

このような構成をとることにより、上記各接続状態での各蓄電モジュールにおける電圧のばらつきを抑えることができる。   By taking such a configuration, it is possible to suppress variations in voltage in each power storage module in each connection state.

また、本件第3発明は、第1〜第6の蓄電モジュールと、第1スイッチ群であって、第1蓄電モジュールと第2蓄電モジュールとが直列接続されてなる第1蓄電モジュール列、第3蓄電モジュールと第4蓄電モジュールとが直列接続されてなる第2蓄電モジュール列、及び第5蓄電モジュールと第6蓄電モジュールとが直列接続されてなる第3蓄電モジュール列が並列接続された、3並列接続状態と、第1蓄電モジュールと第2蓄電モジュールと第3蓄電モジュールとが直列接続されてなる第4蓄電モジュール列、及び第4蓄電モジュールと第5蓄電モジュールと第6蓄電モジュールとが直列接続されてなる第5蓄電モジュール列が並列接続された、2並列接続状態と、を切り替える第1スイッチ群と、を備え、第2蓄電モジュールと第4蓄電モジュール、及び第3蓄電モジュールと第5蓄電モジュールがそれぞれ並列接続された蓄電モジュール電源ユニットであって、3並列接続状態において、第1蓄電モジュールと、第3蓄電モジュールと、第5蓄電モジュールと、よりなる回路の合成容量と、第2蓄電モジュールと、第4蓄電モジュールと、第6蓄電モジュールと、よりなる回路の合成容量と、が等しく、2並列接続状態において、第1蓄電モジュールと、第6蓄電モジュールと、よりなる回路の合成容量と、第2蓄電モジュールと、第4蓄電モジュールと、よりなる回路の合成容量と、第3蓄電モジュールと、第5蓄電モジュールと、よりなる回路の合成容量と、が等しいことを特徴とする、蓄電モジュール電源ユニットを提供する。   Moreover, this 3rd invention is 1st 6th electrical storage module and 1st switch group, Comprising: The 1st electrical storage module row | line | column which the 1st electrical storage module and the 2nd electrical storage module are connected in series, 3rd A third power storage module row in which a power storage module and a fourth power storage module are connected in series, and a third power storage module row in which a fifth power storage module and a sixth power storage module are connected in series are connected in parallel. A connected state, a fourth power storage module row in which the first power storage module, the second power storage module, and the third power storage module are connected in series, and the fourth power storage module, the fifth power storage module, and the sixth power storage module are connected in series. A first switch group that switches between two parallel connection states in which the fifth power storage module row formed in parallel is connected, and the second power storage module and the fourth storage Module, and a power storage module power supply unit in which the third power storage module and the fifth power storage module are respectively connected in parallel, and in the three parallel connection state, the first power storage module, the third power storage module, the fifth power storage module, The combined capacity of the circuit, the second storage module, the fourth storage module, the sixth storage module, and the combined capacity of the circuit are equal, and in the two parallel connection state, the first storage module, A combined capacity of a circuit composed of six power storage modules, a circuit composed of a second power storage module, a fourth power storage module, a combined capacity of a circuit composed of a third power storage module, and a fifth power storage module Provided is a power storage module power supply unit characterized by having the same capacity.

この場合、各蓄電モジュール間での電圧のばらつきを抑えるために、全ての蓄電モジュールの容量が等しいことは必ずしも要求されない。具体的には、後述の実施例2にて詳しく説明するとおり、蓄電モジュールユニットの具体的構成に応じて、各蓄電モジュールの容量が上記合成容量一定との条件により定められる幾つかの特定の数式にて規定される関係を満たすことを条件として、電圧のばらつきを抑えながらの接続状態の切り替えが可能となる。このような構成により、蓄電モジュールの容量選択における自由度が増す。   In this case, it is not always required that the capacities of all the power storage modules are equal in order to suppress variations in voltage among the power storage modules. Specifically, as will be described in detail in Example 2 described later, according to the specific configuration of the power storage module unit, some specific mathematical formulas that are determined by the condition that the capacity of each power storage module is the above-mentioned constant composite capacity It is possible to switch the connection state while suppressing the variation in voltage on condition that the relationship defined in (1) is satisfied. Such a configuration increases the degree of freedom in selecting the capacity of the power storage module.

上記構成において、第1〜第6の蓄電モジュールは、それぞれが容量の等しい1以上の蓄電素子を直列接続してなる蓄電モジュールであってよい。   In the above configuration, each of the first to sixth power storage modules may be a power storage module in which one or more power storage elements each having the same capacity are connected in series.

この場合であっても、上述のとおり3並列接続状態と2並列接続状態との間で各合成容量が等しいことを条件として、電圧のばらつきを抑えつつ出力電圧を調整することが可能となる。   Even in this case, as described above, it is possible to adjust the output voltage while suppressing variations in voltage on condition that the combined capacitances are equal between the three parallel connection state and the two parallel connection state.

なお、各蓄電モジュール群に含まれる蓄電素子の容量、個数、そして3並列及び2並列接続状態間での第2蓄電モジュール群内蓄電モジュールの配分等を適宜選択することにより、各蓄電モジュールへの電圧比を任意に調整した上での、所望の調整幅での出力電圧調整が可能となる。例えば、電気二重層キャパシタモジュール、リチウムイオンキャパシタ、二次電池など、複数のタイプのモジュールが混在して含まれるような電源ユニットを構成する場合に、それぞれのモジュールにおける材料寿命、許容最大電圧等に応じて、印加される電圧の比をあらかじめ調整することができる。   In addition, by appropriately selecting the capacity and number of power storage elements included in each power storage module group, and the distribution of the power storage modules in the second power storage module group between the three parallel and two parallel connection states, etc. It is possible to adjust the output voltage within a desired adjustment range after arbitrarily adjusting the voltage ratio. For example, when configuring a power supply unit that includes multiple types of modules such as electric double layer capacitor modules, lithium ion capacitors, secondary batteries, etc., the material life, allowable maximum voltage, etc. of each module Accordingly, the ratio of applied voltages can be adjusted in advance.

さらに、上記蓄電モジュール電源ユニットは、第1スイッチ群に含まれるスイッチであって、3並列接続状態においてオンとなり2並列接続状態においてオフとなるスイッチ、に対して並列に接続された1以上の整流素子よりなる第1整流素子群と、第1スイッチ群に含まれるスイッチであって、3並列接続状態においてオフとなり2並列接続状態においてオンとなるスイッチ、に対して並列に接続された1以上の整流素子よりなる第2整流素子群と、のうち少なくとも一方を備えていてよい。   Further, the power storage module power supply unit includes one or more rectifiers connected in parallel to a switch included in the first switch group, the switch being turned on in the three parallel connection state and turned off in the two parallel connection state. One or more switches connected in parallel to a first rectifying element group of elements and a switch included in the first switch group, which is turned off in the three parallel connection state and turned on in the two parallel connection state At least one of the second rectifying element group including the rectifying elements may be provided.

2並列接続状態と3並列接続状態との間でスイッチ切り替えを行う際、全てのスイッチが一時的にオフとなることがある。このような場合であっても、上記整流素子群を備えることにより、電力供給の瞬断を防止することができる。なお、第1整流素子群、及び第2整流素子群のいずれかを選択することにより、全てのスイッチがオフとなった場合にいずれの接続状態が実現されるかを選択することができる。   When switching between the two parallel connection state and the three parallel connection state, all the switches may be temporarily turned off. Even in such a case, instantaneous interruption of the power supply can be prevented by providing the rectifying element group. In addition, by selecting either the first rectifying element group or the second rectifying element group, it is possible to select which connection state is realized when all the switches are turned off.

さらに、上記蓄電モジュール電源ユニットを、第1整流素子群と第2整流素子群との両方を備え、第1整流素子群は放電電流を遮断しないよう構成される整流素子を含み、第2整流素子群は充電電流を遮断しないよう構成される整流素子を含むものとして構成することができる。   Furthermore, the power storage module power supply unit includes both a first rectifying element group and a second rectifying element group, and the first rectifying element group includes a rectifying element configured not to cut off a discharge current, and the second rectifying element The group can be configured as including rectifying elements configured to not block the charging current.

このような構成をとることにより、充放電時の両方において瞬断を防止することが可能となる。すなわち、放電中に全てのスイッチが一時的にオフとなった場合は、第1整流素子群によって、切り替え前後の接続状態のうち一方が実現され、そして充電中に全てのスイッチが一時的にオフとなった場合は、第2整流素子群によって、切り替え前後の接続状態のうち他方が実現されることにより、瞬断が防止される。   By adopting such a configuration, it is possible to prevent a momentary interruption both during charging and discharging. That is, when all the switches are temporarily turned off during discharging, one of the connection states before and after switching is realized by the first rectifying element group, and all the switches are temporarily turned off during charging. In such a case, the second rectifying element group realizes the other of the connection states before and after switching, thereby preventing instantaneous interruption.

また、本件第4発明は、容量の等しいn(nは1以上の整数)個の蓄電モジュールにより構成される第1蓄電モジュール群と、第1蓄電モジュール群に含まれる各蓄電モジュールの2倍の容量を有する2n個の蓄電モジュールにより構成される、第2蓄電モジュール群と、第1蓄電モジュール群に含まれる蓄電モジュールと等しい容量を有するn個の蓄電モジュールにより構成される、第3蓄電モジュール群と、第1スイッチ群であって、第1蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールが直列接続されてなる第1蓄電モジュール列と第2蓄電モジュール群に含まれるn個の蓄電モジュールが直列接続されてなる第2蓄電モジュール列とが並列接続されてなる第1並列回路、及び、第2蓄電モジュール群に含まれる、当該n個の蓄電モジュールとは異なる残りのn個の蓄電モジュールが直列接続されてなる第3蓄電モジュール列と、第3蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールが直列接続されてなる第4蓄電モジュール列とが並列接続されてなる第2並列回路、が直列接続された、2つの並列回路の直列接続状態と、第2蓄電モジュール列と、第1蓄電モジュール列、及び第4蓄電モジュール列が並列接続されてなる第3並列回路と、第3蓄電モジュール列と、が直列接続された、1つの並列回路と2つの蓄電モジュール列との直列接続状態と、を切り替える第1スイッチ群と、を備えた、蓄電モジュール電源ユニットを提供する。   In the fourth invention, the first power storage module group including n power storage modules having the same capacity (n is an integer of 1 or more), and twice the power storage modules included in the first power storage module group A second power storage module group configured by 2n power storage modules having a capacity, and a third power storage module group configured by n power storage modules having a capacity equal to that of the power storage modules included in the first power storage module group A first power storage module row in which all power storage modules included in the first power storage module group are connected in series and n power storage modules included in the second power storage module group are connected in series. And the n storage modules included in the second storage module group and the first parallel circuit in which the second storage module array formed in parallel is connected in parallel. The third power storage module row in which the remaining n power storage modules different from the module are connected in series and the fourth power storage module row in which all the power storage modules included in the third power storage module group are connected in series are parallel. The connected second parallel circuit is connected in series, and the two parallel circuits are connected in series, the second storage module row, the first storage module row, and the fourth storage module row are connected in parallel. A power storage module comprising: a first switch group that switches between a series connection state of one parallel circuit and two power storage module columns, in which a third parallel circuit and a third power storage module column are connected in series Provide a power supply unit.

このような構成の蓄電モジュール電源ユニットによっても、各蓄電モジュールにおける電圧のばらつきを抑えつつ従来よりも細かい単位で出力電圧を調整することが可能となる。   Also with the power storage module power supply unit having such a configuration, it is possible to adjust the output voltage in smaller units than in the past while suppressing variations in voltage in each power storage module.

また、本件第5発明は、1以上の蓄電モジュールよりなる第1蓄電モジュール群と、2以上の蓄電モジュールよりなる第2蓄電モジュール群と、1以上の蓄電モジュールよりなる第3蓄電モジュール群と、第1スイッチ群であって、第1蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールが直列接続されてなる第1蓄電モジュール列と第2蓄電モジュール群に含まれる1以上の蓄電モジュールが直列接続されてなる第2蓄電モジュール列とが並列接続されてなる第1並列回路、及び、第2蓄電モジュール群に含まれる、当該1以上の蓄電モジュールとは異なる残りの蓄電モジュールが直列接続されてなる第3蓄電モジュール列と、第3蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールが直列接続されてなる第4蓄電モジュール列と、が並列接続されてなる第2並列回路、が直列接続された、2つの並列回路の直列接続状態と、第2蓄電モジュール列と、第1蓄電モジュール列、及び第4蓄電モジュール列が並列接続されてなる第3並列回路と、第3蓄電モジュール列と、が直列接続された、1つの並列回路と2つの蓄電モジュール列との直列接続状態と、を切り替える第1スイッチ群と、を備えた、蓄電モジュール電源ユニットを提供する。   Moreover, this 5th invention is the 1st electrical storage module group which consists of 1 or more electrical storage modules, the 2nd electrical storage module group which consists of 2 or more electrical storage modules, the 3rd electrical storage module group which consists of 1 or more electrical storage modules, A first switch group, in which all power storage modules included in the first power storage module group are connected in series, and one or more power storage modules included in the second power storage module group are connected in series. A first parallel circuit in which the second power storage module row is connected in parallel, and a third power storage module that is included in the second power storage module group, and the remaining power storage modules different from the one or more power storage modules are connected in series. A power storage module row and a fourth power storage module row in which all power storage modules included in the third power storage module group are connected in series are in parallel. A series connection state of two parallel circuits in which a second parallel circuit is connected in series, a second power storage module row, a first power storage module row, and a fourth power storage module row are connected in parallel. A power storage module comprising: a first switch group that switches between a series connection state of one parallel circuit and two power storage module columns, in which a third parallel circuit and a third power storage module column are connected in series Provide a power supply unit.

より一般化された構成を備える上記電源ユニットにおいて、各蓄電モジュール群に含まれる蓄電モジュールの容量、個数、そして、2つの並列回路の直列接続状態及び1つの並列回路と2つの蓄電モジュール列との直列接続状態の間での、第2蓄電モジュール群内蓄電モジュールの配分等を適宜選択することにより、各蓄電モジュールへの電圧比を任意に調整した上での、所望の調整幅での出力電圧調整が可能となる。例えば、電気二重層キャパシタモジュール、リチウムイオンキャパシタ、二次電池など、複数のタイプのモジュールが混在して含まれるような電源ユニットを構成する場合に、それぞれのモジュールにおける材料寿命、許容最大電圧等に応じて、印加される電圧の比をあらかじめ調整することができる。   In the power supply unit having a more generalized configuration, the capacity and number of power storage modules included in each power storage module group, and the serial connection state of two parallel circuits and one parallel circuit and two power storage module rows Output voltage within a desired adjustment range after arbitrarily adjusting the voltage ratio to each power storage module by appropriately selecting the distribution of the power storage modules in the second power storage module group between the series connection states Adjustment is possible. For example, when configuring a power supply unit that includes multiple types of modules such as electric double layer capacitor modules, lithium ion capacitors, secondary batteries, etc., the material life, allowable maximum voltage, etc. of each module Accordingly, the ratio of applied voltages can be adjusted in advance.

2つの並列回路の直列接続状態において、第1並列回路の合成容量と、第2並列回路の合成容量とが等しく、1つの並列回路と2つの蓄電モジュール列との直列接続状態において、第2蓄電モジュール列に含まれる蓄電モジュールの合成容量と、第3並列回路の合成容量と、第3蓄電モジュール列に含まれる蓄電モジュールの合成容量と、が等しいものとして、上記電源ユニットを構成することができる。また、第1蓄電モジュール列に含まれる蓄電モジュールの容量は全て等しく、第2蓄電モジュール列に含まれる蓄電モジュールの容量は全て等しく、第3蓄電モジュール列に含まれる蓄電モジュールの容量は全て等しく、第4蓄電モジュール列に含まれる蓄電モジュールの容量は全て等しいものとして、上記蓄電モジュール電源ユニットを構成することができる。また、第1蓄電モジュール列に含まれる蓄電モジュールの数と、第2蓄電モジュール列に含まれる蓄電モジュールの数と、第3蓄電モジュール列に含まれる蓄電モジュールの数と、第4蓄電モジュール列に含まれる蓄電モジュールの数と、が等しいものとして、上記電源ユニットを構成することができる。   In the serial connection state of two parallel circuits, the combined capacity of the first parallel circuit and the combined capacity of the second parallel circuit are equal, and in the serial connection state of one parallel circuit and two storage module rows, the second storage The power supply unit can be configured such that the combined capacity of the power storage modules included in the module row, the combined capacity of the third parallel circuit, and the combined capacity of the power storage modules included in the third power storage module row are equal. . Further, the capacities of the power storage modules included in the first power storage module row are all equal, the capacities of the power storage modules included in the second power storage module row are all equal, and the capacities of the power storage modules included in the third power storage module row are all equal, The power storage module power supply unit can be configured on the assumption that the power storage modules included in the fourth power storage module row have the same capacity. Further, the number of power storage modules included in the first power storage module column, the number of power storage modules included in the second power storage module column, the number of power storage modules included in the third power storage module column, and the fourth power storage module column The power supply unit can be configured assuming that the number of power storage modules included is equal.

このような構成をとることにより、上記各接続状態での各蓄電モジュールにおける電圧のばらつきを抑えることができる。   By taking such a configuration, it is possible to suppress variations in voltage in each power storage module in each connection state.

さらに、上記蓄電モジュール電源ユニットは、第1スイッチ群に含まれるスイッチであって、2つの並列回路の直列接続状態においてオンとなり1つの並列回路と2つの蓄電モジュール列との直列接続状態においてオフとなるスイッチ、に対して並列に接続された1以上の整流素子よりなる第1整流素子群と、第1スイッチ群に含まれるスイッチであって、2つの並列回路の直列接続状態においてオフとなり1つの並列回路と2つの蓄電モジュール列との直列接続状態においてオンとなるスイッチ、に対して並列に接続された1以上の整流素子よりなる第2整流素子群と、のうち少なくとも一方を備えていてよい。   Further, the power storage module power supply unit is a switch included in the first switch group, and is turned on when two parallel circuits are connected in series and turned off when one parallel circuit and two power storage module rows are connected in series. A first rectifying element group composed of one or more rectifying elements connected in parallel to the switch, and a switch included in the first switch group, which is turned off in a series connection state of two parallel circuits. The switch may be provided with at least one of a second rectifying element group including one or more rectifying elements connected in parallel to a switch that is turned on in a series connection state of the parallel circuit and the two storage module rows. .

2つの並列回路の直列接続状態と、1つの並列回路と2つの蓄電モジュール列との直列接続状態と、の間でスイッチ切り替えを行う際、全てのスイッチが一時的にオフとなることがある。このような場合であっても、上記整流素子群を備えることにより、電力供給の瞬断を防止することができる。なお、第1整流素子群、及び第2整流素子群のいずれかを選択することにより、全てのスイッチがオフとなった場合にいずれの接続状態が実現されるかを選択することができる。   When switches are switched between a series connection state of two parallel circuits and a series connection state of one parallel circuit and two storage module rows, all the switches may be temporarily turned off. Even in such a case, instantaneous interruption of the power supply can be prevented by providing the rectifying element group. In addition, by selecting either the first rectifying element group or the second rectifying element group, it is possible to select which connection state is realized when all the switches are turned off.

また、第1整流素子群と第2整流素子群との両方を備え、第1整流素子群は放電電流を遮断しないよう構成される整流素子を含み、第2整流素子群は充電電流を遮断しないよう構成される整流素子を含むものとして、上記電源ユニットを構成することができる。   The first rectifying element group includes both a first rectifying element group and a second rectifying element group, the first rectifying element group includes a rectifying element configured not to cut off the discharge current, and the second rectifying element group does not cut off the charging current. The power supply unit can be configured to include the rectifying element configured as described above.

このような構成をとることにより、充放電時の両方において瞬断を防止することが可能となる。すなわち、放電中に全てのスイッチが一時的にオフとなった場合は、第1整流素子群によって、切り替え前後の接続状態のうち一方が実現され、そして充電中に全てのスイッチが一時的にオフとなった場合は、第2整流素子群の他方によって、切り替え前後の接続状態のうち他方が実現されることにより、瞬断が防止される。   By adopting such a configuration, it is possible to prevent a momentary interruption both during charging and discharging. That is, when all the switches are temporarily turned off during discharging, one of the connection states before and after switching is realized by the first rectifying element group, and all the switches are temporarily turned off during charging. In this case, the other of the connection states before and after the switching is realized by the other of the second rectifying element groups, thereby preventing an instantaneous interruption.

さらに、本件第6発明は、上述の蓄電モジュール電源ユニットのいずれかである、第1蓄電ユニット、及び第2蓄電ユニットと、第1蓄電ユニットと第2蓄電ユニットとが直列接続されてなる、2つの蓄電ユニットの直列接続状態と、第1蓄電ユニットと第2蓄電ユニットとが並列接続されてなる、2つの蓄電ユニットの並列接続状態と、を切り替える第2スイッチ群と、を備えた、蓄電モジュール電源システムを提供する。   Further, according to the sixth aspect of the present invention, the first power storage unit, the second power storage unit, and the first power storage unit and the second power storage unit, which are any of the power storage module power supply units described above, are connected in series. And a second switch group that switches between a series connection state of the two power storage units and a parallel connection state of the two power storage units in which the first power storage unit and the second power storage unit are connected in parallel. Provide a power system.

このように、本発明に係る蓄電モジュール電源ユニットを構成要素として、更に接続状態の切り替えが可能なシステムを構成することにより、多段階でのきめ細やかな出力電圧調整が可能となる。ここで、第2スイッチ群の切り替えにより出力電圧を調整する際の調整刻み幅は、第1スイッチ群の切り替えにより定められる各蓄電ユニットの出力電圧に応じて定められる。したがって、第1蓄電ユニットと第2蓄電ユニットそれぞれに含まれる第1スイッチ群を2通りに切り替えること、及び第2スイッチ群を2通りに切り替えることによって、2×2×2=8通りの出力電圧を実現することが可能となる。なお、後述の実施例で説明するとおり、各蓄電モジュールの電圧におけるばらつきを抑えるために第1蓄電ユニットと第2蓄電ユニットとを同一構成のユニットとして与える場合であっても、出力電圧を4段階で調整することが可能である。   In this way, by using the power storage module power supply unit according to the present invention as a component, and configuring a system that can further switch the connection state, fine output voltage adjustment in multiple stages becomes possible. Here, the adjustment step size when adjusting the output voltage by switching the second switch group is determined according to the output voltage of each power storage unit determined by switching the first switch group. Therefore, 2 × 2 × 2 = 8 output voltages are obtained by switching the first switch group included in each of the first power storage unit and the second power storage unit in two ways and switching the second switch group in two ways. Can be realized. Note that, as will be described later in the embodiments, even when the first power storage unit and the second power storage unit are provided as units having the same configuration in order to suppress variations in the voltage of each power storage module, the output voltage is set to four levels. It is possible to adjust with.

さらに、上記電源システムは、第2スイッチ群に含まれるスイッチであって、2つの蓄電ユニットの直列接続状態においてオフとなり2つの蓄電ユニットの並列接続状態においてオンとなるスイッチ、に対して並列に接続された1以上の整流素子よりなる第3整流素子群と、第2スイッチ群に含まれるスイッチであって、2つの蓄電ユニットの直列接続状態においてオンとなり2つの蓄電ユニットの並列接続状態においてオフとなるスイッチ、に対して並列に接続された1以上の整流素子よりなる第4整流素子群と、のうち少なくとも一方を更に備えていてよい。   Further, the power system is a switch included in the second switch group, and is connected in parallel to a switch that is turned off when the two power storage units are connected in series and turned on when the two power storage units are connected in parallel. A switch included in the second rectifying element group and the second switch group, which is turned on when the two power storage units are connected in series and turned off when the two power storage units are connected in parallel. And a fourth rectifying element group including one or more rectifying elements connected in parallel to the switch.

2つの蓄電ユニットの並列接続状態と2つの蓄電ユニットの直列接続状態との間でスイッチ切り替えを行う際、全てのスイッチが一時的にオフとなることがある。このような場合であっても、上記整流素子群を備えることにより、電力供給の瞬断を防止することができる。なお、第3整流素子群、及び第4整流素子群のいずれかを選択することにより、全てのスイッチがオフとなった場合にいずれの接続状態が実現されるかを選択することができる。   When the switch is switched between the parallel connection state of the two power storage units and the series connection state of the two power storage units, all the switches may be temporarily turned off. Even in such a case, instantaneous interruption of the power supply can be prevented by providing the rectifying element group. Note that by selecting either the third rectifying element group or the fourth rectifying element group, it is possible to select which connection state is realized when all the switches are turned off.

上記第3整流素子群と第4整流素子群との両方を備えた上で、第3整流素子群は放電電流を遮断しないよう構成される整流素子を含み、第4整流素子群は充電電流を遮断しないよう構成される整流素子を含むものとして、上記電源システムを構成することができる。   In addition to providing both the third rectifying element group and the fourth rectifying element group, the third rectifying element group includes a rectifying element configured not to cut off the discharge current, and the fourth rectifying element group receives the charging current. The power supply system can be configured as including a rectifying element configured not to be cut off.

このような構成をとることにより、充放電時のスイッチ切り替えに伴う瞬断を防止することが可能となる。   By adopting such a configuration, it is possible to prevent a momentary disconnection associated with switch switching during charge / discharge.

蓄電モジュールは、キャパシタ、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、又は二次電池を含むことが好ましい。さらに、蓄電モジュールの少なくとも一部は、2以上の蓄電素子からなる蓄電モジュールであってもよい。2以上の蓄電素子が直列・並列に接続されている場合であっても、合成容量を適切に計算することにより単独の蓄電素子と同様に扱うことが可能である。   The power storage module preferably includes a capacitor, an electric double layer capacitor, a lithium ion capacitor, or a secondary battery. Further, at least a part of the power storage module may be a power storage module including two or more power storage elements. Even when two or more power storage elements are connected in series and in parallel, it is possible to handle them in the same manner as a single power storage element by appropriately calculating the combined capacity.

なお、第1スイッチ群、及び第2スイッチ群は、FET、サイリスタ、フォトMOSリレー等を用いた電子的スイッチ(半導体スイッチ)から構成されたものであることが好ましい。あるいは、上記スイッチ群は、パワーリレー等、応答速度の遅い機械式スイッチから構成されたものであってもよい。   Note that the first switch group and the second switch group are preferably composed of electronic switches (semiconductor switches) using FETs, thyristors, photo MOS relays, or the like. Or the said switch group may be comprised from mechanical switches with a slow response speed, such as a power relay.

本発明による電源ユニットを用いることで、例えば電源ユニットを構成するキャパシタの接続状態を2直列3並列と3直列2並列の間で切り替えることにより、各キャパシタの電圧ばらつきを発生させることなく出力電圧をきめ細やかに調整することが可能となる。また電源ユニットを構成する各スイッチにダイオードを並列に設けることにより、充放電時においても無瞬断にて接続状態を切り替えることが可能となる。   By using the power supply unit according to the present invention, for example, by switching the connection state of the capacitors constituting the power supply unit between 2 series 3 parallel and 3 series 2 parallel, the output voltage can be changed without causing voltage variation of each capacitor. It becomes possible to make fine adjustments. Further, by providing a diode in parallel to each switch constituting the power supply unit, it is possible to switch the connection state without interruption even during charging and discharging.

また、本発明による電源システムを用いることで、例えば電源システムを構成するキャパシタの接続状態を2直列、3直列、4直列、6直列の間で切り替えることにより、各キャパシタの電圧ばらつきを発生させることなく出力電圧を多段階で調整することが可能となる。また電源システムを構成する各スイッチにダイオードを並列に設けることにより、充放電時においても無瞬断にて接続状態を切り替えることが可能となる。   In addition, by using the power supply system according to the present invention, for example, by switching the connection state of the capacitors constituting the power supply system between 2 series, 3 series, 4 series, and 6 series, voltage variation of each capacitor can be generated. Therefore, the output voltage can be adjusted in multiple stages. Further, by providing a diode in parallel to each switch constituting the power supply system, it is possible to switch the connection state without interruption even during charging and discharging.

1直列2並列と2直列1並列の切り替えを行うための、従来の電源ユニットである。This is a conventional power supply unit for switching between 1 series 2 parallel and 2 series 1 parallel. 図1の電源ユニットにおける1直列2並列接続状態と、放電時の電流経路とを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 1 series 2 parallel connection state in the power supply unit of FIG. 1, and the electric current path | route at the time of discharge. 図1の電源ユニットにおける2直列1並列接続状態と、放電時の電流経路とを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 2 series 1 parallel connection state in the power supply unit of FIG. 1, and the electric current path | route at the time of discharge. 多段階で接続状態を切り替えるための、従来の電源ユニットである。This is a conventional power supply unit for switching the connection state in multiple stages. 図3の電源ユニットにおける2直列2並列接続状態と、放電時の電流経路とを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 2 series 2 parallel connection state in the power supply unit of FIG. 3, and the current pathway at the time of discharge. 図3の電源ユニットにおける3直列接続状態と、放電時の電流経路とを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 3 series connection state in the power supply unit of FIG. 3, and the current pathway at the time of discharge. 図3の電源ユニットにおける4直列接続状態と、放電時の電流経路とを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 4 series connection state in the power supply unit of FIG. 3, and the current pathway at the time of discharge. 本発明の第1実施形態に係る蓄電モジュール電源ユニットである。It is an electrical storage module power supply unit which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図5の電源ユニットにおける2直列3並列接続状態と、放電時の電流経路とを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 2 series 3 parallel connection state in the power supply unit of FIG. 5, and the current pathway at the time of discharge. 図5の電源ユニットにおける3直列2並列接続状態と、放電時の電流経路とを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 3 series 2 parallel connection state in the power supply unit of FIG. 5, and the current pathway at the time of discharge. 図5の電源ユニットの放電時における、出力電圧とキャパシタセル電圧の時間推移を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the time transition of an output voltage and a capacitor cell voltage at the time of discharge of the power supply unit of FIG. 本発明の第2実施形態に係る蓄電モジュール電源ユニットである。It is an electrical storage module power supply unit which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図8の電源ユニットにおける2直列3並列接続状態と、放電時の電流経路とを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 2 series 3 parallel connection state in the power supply unit of FIG. 8, and the current pathway at the time of discharge. 図8の電源ユニットにおける3直列2並列接続状態と、放電時の電流経路とを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 3 series 2 parallel connection state in the power supply unit of FIG. 8, and the current pathway at the time of discharge. 本発明の第3実施形態に係る蓄電モジュール電源ユニットである。It is an electrical storage module power supply unit which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 図10の電源ユニットにおける2直列接続状態と、放電時の電流経路とを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 2 series connection state in the power supply unit of FIG. 10, and the current pathway at the time of discharge. 図10の電源ユニットにおける3直列接続状態と、放電時の電流経路とを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 3 series connection state in the power supply unit of FIG. 10, and the current pathway at the time of discharge. 本発明の第4実施形態に係る蓄電モジュール電源ユニットである。It is an electrical storage module power supply unit which concerns on 4th Embodiment of this invention. 図12の電源ユニットにおける2直列3並列接続状態と、放電時の電流経路を示す回路図である。FIG. 13 is a circuit diagram showing a 2-series / 3-parallel connection state and a current path during discharge in the power supply unit of FIG. 12. 図12の電源ユニットにおいて全てのスイッチがオフとされた状態と、放電時の電流経路を示す回路図である。FIG. 13 is a circuit diagram illustrating a state in which all switches are turned off in the power supply unit of FIG. 12 and a current path during discharge. 図12の電源ユニットにおける3直列2並列接続状態と、放電時の電流経路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the current path at the time of the 3 series 2 parallel connection state in the power supply unit of FIG. 12, and discharge. 図12の電源ユニットにおける3直列2並列接続状態と、充電時の電流経路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the current path at the time of the 3 series 2 parallel connection state in the power supply unit of FIG. 12, and charge. 図12の電源ユニットにおいて全てのスイッチがオフとされた状態と、充電時の電流経路を示す回路図である。FIG. 13 is a circuit diagram illustrating a state in which all switches are turned off in the power supply unit of FIG. 12 and a current path during charging. 図12の電源ユニットにおける2直列3並列接続状態と、充電時の電流経路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 2 current 3 parallel connection state in the power supply unit of FIG. 12, and the current path at the time of charge. 本発明の第5実施形態に係る蓄電モジュール電源システムである。It is an electrical storage module power supply system which concerns on 5th Embodiment of this invention. 図15の電源システムにおけるモード1の接続状態と、放電時の電流経路を示す回路図である。FIG. 16 is a circuit diagram illustrating a connection state of mode 1 and a current path during discharging in the power supply system of FIG. 15. 図15の電源システムにおけるモード2の接続状態と、放電時の電流経路を示す回路図である。FIG. 16 is a circuit diagram showing a connection state of mode 2 and a current path during discharging in the power supply system of FIG. 15. 図15の電源システムにおけるモード3の接続状態と、放電時の電流経路を示す回路図である。FIG. 16 is a circuit diagram showing a connection state of mode 3 in the power supply system of FIG. 15 and a current path during discharging. 図15の電源システムにおけるモード4の接続状態と、放電時の電流経路を示す回路図である。FIG. 16 is a circuit diagram illustrating a connection state of mode 4 and a current path during discharging in the power supply system of FIG. 15. 図15の電源システムの放電時における、出力電圧とキャパシタセル電圧の時間推移を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the time transition of an output voltage and a capacitor cell voltage at the time of discharge of the power supply system of FIG. 本発明の第6実施形態に係る蓄電モジュール電源システムである。It is an electrical storage module power supply system which concerns on 6th Embodiment of this invention. 図21のシステムの接続状態がモード1からモード2へと切り替えられる際のスイッチシーケンスを示す、模式図である。It is a schematic diagram which shows the switch sequence at the time of the connection state of the system of FIG. 21 being switched from the mode 1 to the mode 2. 図21の電源システムにおけるモード1の接続状態と、放電時の電流経路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the connection state of the mode 1 in the power supply system of FIG. 21, and the current pathway at the time of discharge. 図21の電源システムにおけるモード1−1の接続状態と、放電時の電流経路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the connection state of the mode 1-1 in the power supply system of FIG. 21, and the electric current path | route at the time of discharge. 図21の電源システムにおけるモード2の接続状態と、放電時の電流経路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the connection state of the mode 2 in the power supply system of FIG. 21, and the current pathway at the time of discharge. 図21のシステムの接続状態がモード2からモード3へと切り替えられる際のスイッチシーケンスを示す、模式図である。It is a schematic diagram which shows the switch sequence at the time of the connection state of the system of FIG. 21 being switched from the mode 2 to the mode 3. 図21の電源システムにおけるモード2−1の接続状態と、放電時の電流経路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the connection state of mode 2-1 in the power supply system of FIG. 21, and the electric current path | route at the time of discharge. 図21の電源システムにおけるモード2−2の接続状態と、放電時の電流経路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the connection state of mode 2-2 in the power supply system of FIG. 21, and the electric current path | route at the time of discharge. 図21の電源システムにおけるモード2−3の接続状態と、放電時の電流経路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the connection state of mode 2-3 in the power supply system of FIG. 21, and the current pathway at the time of discharge. 図21の電源システムにおけるモード2−4の接続状態と、放電時の電流経路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the connection state of mode 2-4 in the power supply system of FIG. 21, and the electric current path | route at the time of discharge. 図21の電源システムにおけるモード2−5の接続状態と、放電時の電流経路を示す回路図である。FIG. 22 is a circuit diagram showing a connection state of mode 2-5 in the power supply system of FIG. 21 and a current path during discharge. 図21の電源システムにおけるモード3の接続状態と、放電時の電流経路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the connection state of the mode 3 in the power supply system of FIG. 21, and the electric current path | route at the time of discharge. 図21のシステムの接続状態がモード3からモード4へと切り替えられる際のスイッチシーケンスを示す、模式図である。FIG. 22 is a schematic diagram showing a switch sequence when the connection state of the system of FIG. 21 is switched from mode 3 to mode 4. 図21の電源システムにおけるモード3−1の接続状態と、放電時の電流経路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the connection state of the mode 3-1 in the power supply system of FIG. 21, and the electric current path | route at the time of discharge. 図21の電源システムにおけるモード3−2の接続状態と、放電時の電流経路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the connection state of the mode 3-2 in the power supply system of FIG. 21, and the electric current path | route at the time of discharge. 図21の電源システムにおけるモード3−3の接続状態と、放電時の電流経路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the connection state of the mode 3-3 in the power supply system of FIG. 21, and the electric current path | route at the time of discharge. 図21の電源システムにおけるモード4の接続状態と、放電時の電流経路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the connection state of the mode 4 in the power supply system of FIG. 21, and the current pathway at the time of discharge.

これより、図5〜37を参照しつつ、本発明に係る蓄電モジュール電源ユニット、及び蓄電モジュール電源システムの実施形態について説明する。なお、図5の実施例における蓄電モジュール電源ユニットは6つのキャパシタから、図10の実施例における蓄電モジュール電源ユニットは4つのキャパシタから、それぞれ構成されているが、これらは単なる例示的実施形態であって、本発明の電源モジュールが有するキャパシタの数は任意である。また各蓄電モジュールはキャパシタであるとして説明するが、これは電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、あるいは二次電池など充放電可能な任意の素子、又は複数の素子からなるモジュールであってもよい。各蓄電素子の容量も、それぞれ異なっていてよい。同様に、スイッチ群や整流素子群の具体的な構成も、図に示された特定の構成に限られるわけではなく、本発明の範囲内で任意に変更可能である。   Hereinafter, an embodiment of a power storage module power supply unit and a power storage module power supply system according to the present invention will be described with reference to FIGS. The power storage module power supply unit in the embodiment of FIG. 5 is composed of six capacitors, and the power storage module power supply unit in the embodiment of FIG. 10 is composed of four capacitors, but these are merely exemplary embodiments. Thus, the number of capacitors included in the power supply module of the present invention is arbitrary. Although each power storage module is described as a capacitor, it may be an electric double layer capacitor, a lithium ion capacitor, an arbitrary element that can be charged and discharged, such as a secondary battery, or a module composed of a plurality of elements. The capacity of each power storage element may also be different. Similarly, the specific configuration of the switch group and the rectifying element group is not limited to the specific configuration shown in the figure, and can be arbitrarily changed within the scope of the present invention.

蓄電モジュール電源ユニット1の構成
図5は、本件第1発明、及び第2発明の一例として用いることが可能な、蓄電モジュール電源ユニット1を示している。電源ユニット1は、容量の等しいC1〜C6の6つのキャパシタとQ1〜Q5のスイッチより構成されており、第1端子3と第2端子4との間に接続された任意の電子機器等への電源として用いることができる。
Configuration of Power Storage Module Power Supply Unit 1 FIG. 5 shows a power storage module power supply unit 1 that can be used as an example of the first invention and the second invention. The power supply unit 1 is composed of six capacitors C1 to C6 having the same capacity and switches Q1 to Q5, and is connected to an arbitrary electronic device or the like connected between the first terminal 3 and the second terminal 4. It can be used as a power source.

ここで、既に述べたとおりキャパシタとして具体的に用いる素子、及びその数は適宜変更可能である。すなわち、本件第2発明の一例として、例えばC1〜C6の各々が任意のn(nは1以上の整数)個のキャパシタを直列接続してなるモジュールとして構成されていてもよいし、あるいはC1〜C6が、それぞれ異なる数の任意の蓄電素子からなる蓄電モジュールであってもよい。キャパシタC1〜C6の容量が全て等しいことも必須の条件ではない。既に述べたとおり、各キャパシタの容量を異なるものとすることによって、各キャパシタへの電圧比を任意に調整することが可能だからである。本実施例は、各キャパシタの容量を等しくすることによりそれぞれの電圧を等しくするための一例である。   Here, as already described, the elements specifically used as capacitors and the number thereof can be changed as appropriate. That is, as an example of the second invention, for example, each of C1 to C6 may be configured as a module formed by connecting arbitrary n (n is an integer of 1 or more) capacitors in series, or C1 to C6. C6 may be a power storage module including a different number of arbitrary power storage elements. It is not an essential condition that the capacitors C1 to C6 have the same capacity. This is because the voltage ratio to each capacitor can be arbitrarily adjusted by changing the capacitance of each capacitor as described above. This embodiment is an example for equalizing each voltage by equalizing the capacitance of each capacitor.

同様に、スイッチとして具体的に用いる素子も、電源ユニットにおいて許容されるサイズ・応答速度などに応じて、半導体スイッチや機械式スイッチなど任意のスイッチ素子を用いることができる。回路内での各スイッチの配置も、図5に示される特定パターンに限られるわけではなく、以下に述べるモード1及びモード2の接続状態を実現可能であれば、各スイッチがどのようなパターンで配置されていてもよい。これらの点については、後述の実施例2〜6においても同様である。   Similarly, as the element specifically used as the switch, any switch element such as a semiconductor switch or a mechanical switch can be used according to the size and response speed allowed in the power supply unit. The arrangement of each switch in the circuit is not limited to the specific pattern shown in FIG. 5, and if the connection state of mode 1 and mode 2 described below can be realized, what pattern each switch has It may be arranged. The same applies to Examples 2 to 6 described later.

スイッチQ1〜Q5よりなる第1スイッチ群は、スイッチ制御手段(不図示)の制御により、Q1,Q3,Q5がオンとなりQ2,Q4がオフとなるモード1と、Q2,Q4がオンとなりQ1,Q3,Q5がオフとなるモード2との間で切り替えられる。例えばスイッチとしてMOSFET等の半導体スイッチを用いる場合には、スイッチ制御手段として、任意のスイッチドライバを用いることができる。   The first switch group consisting of the switches Q1 to Q5 includes a mode 1 in which Q1, Q3 and Q5 are turned on and Q2 and Q4 are turned off, and Q2 and Q4 are turned on and Q1, Q1 are turned on by control of a switch control means (not shown). The mode is switched to mode 2 in which Q3 and Q5 are turned off. For example, when a semiconductor switch such as a MOSFET is used as the switch, an arbitrary switch driver can be used as the switch control means.

蓄電モジュール電源ユニット1の動作
次に、蓄電モジュール電源ユニット1によって任意の電子機器等へ電圧を出力する際の放電動作について説明する。
Operation of power storage module power supply unit 1 Next, a discharge operation when a voltage is output to any electronic device or the like by the power storage module power supply unit 1 will be described.

まず、放電を行うための準備として、キャパシタC1〜C6はそれぞれが等しい電圧によって充電されている。また第1スイッチ群は、この初期状態においてモード1の接続状態となるよう制御されている(あるいは、全てのスイッチがオフとされていてもよい。)。蓄電モジュール電源ユニット1の両端子に電子機器等(以下、単に負荷と呼ぶ。)の両端子を接続することで(全てのスイッチがオフである場合は、更に第1スイッチ群をモード1へと切り替えることにより)、放電が開始される。   First, as a preparation for discharging, capacitors C1 to C6 are each charged with an equal voltage. Further, the first switch group is controlled so as to be in the connection state of mode 1 in this initial state (or all the switches may be turned off). By connecting both terminals of an electronic device or the like (hereinafter simply referred to as a load) to both terminals of the power storage module power supply unit 1 (when all switches are off, the first switch group is further switched to mode 1). By switching), the discharge is started.

図6Aには、モード1での放電時における回路の接続状態、及び電流経路が示されている。スイッチQ1とQ3とQ5とがオンとなっており、キャパシタC1及びC2、C3及びC4、C5及びC6がそれぞれ直列接続されている。さらに、これら3つの直列回路が並列接続されており、すなわち電源ユニット全体としては2直列3並列構成となっている。したがって、負荷には2つのキャパシタ(C1及びC2、又はC3及びC4、又はC5及びC6)に印加されている電圧の合計に相当する電圧が出力されている。   FIG. 6A shows a circuit connection state and a current path during discharge in mode 1. FIG. The switches Q1, Q3, and Q5 are turned on, and the capacitors C1 and C2, C3 and C4, and C5 and C6 are connected in series, respectively. Furthermore, these three series circuits are connected in parallel, that is, the power supply unit as a whole has a 2 series 3 parallel configuration. Therefore, a voltage corresponding to the sum of the voltages applied to the two capacitors (C1 and C2, or C3 and C4, or C5 and C6) is output to the load.

この状態において、放電電流は図6Aに示すとおり3つの経路を流れるが、各経路中に存在するキャパシタの合成容量は全て等しいため、電流は上記3つの経路で均一に分配される。すなわち、各キャパシタC1〜C6は全て等しい速度で放電し、それぞれの電圧降下も等しくなるため、キャパシタ間での電圧のばらつきは起こらない。   In this state, the discharge current flows through three paths as shown in FIG. 6A, but since the combined capacitance of the capacitors existing in each path is equal, the current is uniformly distributed through the three paths. That is, the capacitors C1 to C6 are all discharged at an equal speed, and their voltage drops are also equal, so that there is no voltage variation among the capacitors.

放電の進行とともに出力電圧は低下する。すなわちモード1での放電を続けていれば、いずれ出力電圧は負荷の動作電圧範囲を外れることとなる。これを避けるためには、スイッチ制御手段によって第1スイッチ群を切り替え、出力電圧を上昇させればよい。具体的には、出力電圧がある所定の値(典型的には動作電圧範囲の下限値)を下回る前に、スイッチQ1,Q3,Q5をオフとし、代わりにスイッチQ2,Q4をオンとする。これにより接続状態がモード2へと切り替えられ、出力電圧が上昇する。   As the discharge progresses, the output voltage decreases. That is, if the discharge in mode 1 is continued, the output voltage will eventually fall outside the operating voltage range of the load. In order to avoid this, the switch control means may switch the first switch group to increase the output voltage. Specifically, before the output voltage falls below a predetermined value (typically the lower limit value of the operating voltage range), the switches Q1, Q3, and Q5 are turned off, and the switches Q2 and Q4 are turned on instead. As a result, the connection state is switched to mode 2 and the output voltage rises.

なお、出力電圧と上記所定の値との比較は、例えば蓄電モジュール電源ユニット1の両端子、あるいはキャパシタC1〜C6いずれかの両端に接続された、電圧計など任意の電圧検出手段(不図示)により実行可能である。典型的には、所定の時間が経過するたびに上記電圧検出手段からスイッチ制御手段へと出力電圧が報告され、スイッチ制御手段において、あるいはスイッチ制御手段に接続された比較演算回路において出力電圧と上記所定の値との比較を行い、比較結果に応じて第1スイッチ群へと切り替え命令が送られるよう構成することができる。   The output voltage is compared with the predetermined value, for example, by any voltage detection means (not shown) such as a voltmeter connected to both terminals of the power storage module power supply unit 1 or both ends of the capacitors C1 to C6. Can be executed. Typically, the output voltage is reported from the voltage detection means to the switch control means every time a predetermined time elapses, and the output voltage and the above-mentioned value are output in the switch control means or in the comparison operation circuit connected to the switch control means. A comparison with a predetermined value can be performed, and a switching command can be sent to the first switch group according to the comparison result.

図6Bには、モード2での放電時における回路の接続状態、及び電流経路が示されている。スイッチQ2とQ4とがオンとなっており、キャパシタC1,C2,及びC3が、そしてC4,C5,及びC6が、それぞれ直列接続されている。さらに、これら2つの直列回路が並列接続されており、すなわち電源ユニット全体としては3直列2並列構成となっている。したがって、負荷には3つのキャパシタ(C1,C2,及びC3、又はC4,C5,及びC6)に印加されている電圧の合計に相当する電圧が出力されることとなり、出力電圧は切り替え直前と比較して1.5倍となる。図7には、モード1での放電、モード1からモード2への切り替え、そしてモード2での放電に伴う出力電圧の変化、及び各キャパシタ電圧の変化が示されている。   FIG. 6B shows a circuit connection state and a current path at the time of discharging in mode 2. Switches Q2 and Q4 are on, capacitors C1, C2, and C3, and C4, C5, and C6 are connected in series, respectively. Furthermore, these two series circuits are connected in parallel, that is, the power supply unit as a whole has a 3 series 2 parallel configuration. Therefore, a voltage corresponding to the sum of the voltages applied to the three capacitors (C1, C2, and C3, or C4, C5, and C6) is output to the load, and the output voltage is compared with that immediately before switching. And 1.5 times. FIG. 7 shows the discharge in mode 1, the change from mode 1 to mode 2, the change in output voltage accompanying the discharge in mode 2, and the change in each capacitor voltage.

この状態において、放電電流は図6Bに示すとおり2つの経路を流れるが、各経路中に存在するキャパシタの合成容量は全て等しいため、電流は上記2つの経路で均一に分配される。すなわち、各キャパシタC1〜C6は全て等しい速度で放電し、それぞれの電圧降下も等しくなるため、キャパシタ間での電圧のばらつきは起こらない。   In this state, the discharge current flows through two paths as shown in FIG. 6B, but since the combined capacitance of the capacitors existing in each path is all equal, the current is uniformly distributed through the two paths. That is, the capacitors C1 to C6 are all discharged at an equal speed, and their voltage drops are also equal, so that there is no voltage variation among the capacitors.

以上のように、本実施例ではスイッチQ1〜Q5を用いてキャパシタの接続状態を切り替えることにより、2直列3並列構成と3直列2並列構成との間での切り替えを可能としている。さらに、各キャパシタに流れる電流は両モードにおいて常に均一であるため、モード切り替えを伴う一連の放電動作の全体に亘って、電圧ばらつきが積極的に発生することはない。なお、モード1は3並列構成であったのに対してモード2は2並列構成であるため、電源ユニット1の出力電流が一定であるとすれば、モード2において各キャパシタに流れる電流はモード1における各キャパシタの電流よりも大きい。すなわち、モード1において各キャパシタは(容量が全て等しいとすれば)出力電流の1/3の大きさの電流によって放電するのに対して、モード2では各キャパシタが出力電流の1/2の大きさの電流によって放電する。したがって、図7に示すとおり、モード2における各キャパシタの電圧勾配はモード1における電圧勾配よりも大きい。   As described above, in this embodiment, switching between the two-series three-parallel configuration and the three-series two-parallel configuration is enabled by switching the connection state of the capacitors using the switches Q1 to Q5. Furthermore, since the current flowing through each capacitor is always uniform in both modes, voltage variations do not occur positively throughout the series of discharge operations involving mode switching. Since mode 1 has a three-parallel configuration and mode 2 has a two-parallel configuration, if the output current of power supply unit 1 is constant, the current flowing through each capacitor in mode 2 is mode 1 It is larger than the current of each capacitor. That is, in mode 1, each capacitor is discharged by a current that is 1/3 of the output current (assuming all the capacitances are equal), whereas in mode 2, each capacitor is 1/2 the output current. It is discharged by the current. Therefore, as shown in FIG. 7, the voltage gradient of each capacitor in mode 2 is larger than the voltage gradient in mode 1.

なお、キャパシタC1〜C6は、容量の等しいn個のキャパシタを直列接続してなるモジュールとして、それぞれ構成されていてもよい。そのようなモジュールであっても、直列接続されたキャパシタ群について計算される合成容量を有する単独のキャパシタと同様に扱うことが可能だからである。この場合、上記各モジュールを構成するキャパシタの容量が全て等しければ、電圧が積極的にばらつくことはない。   The capacitors C1 to C6 may each be configured as a module formed by connecting n capacitors having the same capacity in series. This is because even such a module can be handled in the same manner as a single capacitor having a combined capacitance calculated for a series of connected capacitors. In this case, as long as the capacitances of the capacitors constituting each of the modules are all equal, the voltage does not actively vary.

蓄電モジュール電源ユニット1の構成
図8は、本件第3発明の一例として用いることが可能な、蓄電モジュール電源ユニット1を示している。図5の構成に加えて、さらにC2とC4、及びC3とC5とがそれぞれ並列に接続された構成となっている。実施例1と同様に、スイッチQ1〜Q5よりなる第1スイッチ群は、スイッチ制御手段(不図示)の制御により、Q1,Q3,Q5がオンとなりQ2,Q4がオフとなるモード1と、Q2,Q4がオンとなりQ1,Q3,Q5がオフとなるモード2との間で切り替えられる。
Configuration of Power Storage Module Power Supply Unit 1 FIG. 8 shows a power storage module power supply unit 1 that can be used as an example of the third invention. In addition to the configuration of FIG. 5, C2 and C4, and C3 and C5 are further connected in parallel. Similar to the first embodiment, the first switch group including the switches Q1 to Q5 includes a mode 1 in which Q1, Q3, and Q5 are turned on and Q2 and Q4 are turned off under the control of a switch control unit (not shown), and Q2. , Q4 is turned on and the mode 2 is switched to Q1, Q3, and Q5 are turned off.

蓄電モジュール電源ユニット1の動作
次に、本実施例2の蓄電モジュール電源ユニット1によって任意の電子機器等へ電圧を出力する際の放電動作について説明する。実施例1と同様に、初期時点においてキャパシタC1〜C6はそれぞれが等しい電圧によって充電されており、モード1の接続状態で放電が開始される。
Operation of Power Storage Module Power Supply Unit 1 Next, a discharge operation when a voltage is output to an arbitrary electronic device or the like by the power storage module power supply unit 1 of the second embodiment will be described. Similar to the first embodiment, the capacitors C1 to C6 are charged with the same voltage at the initial time point, and discharge is started in the connection state of mode 1.

図9Aには、モード1での放電時における回路の接続状態、及び電流経路が示されている。電源ユニット1は、C1,C3,及びC5が並列接続された並列回路と、C2,C4,及びC6が並列接続された並列回路とが直列接続された、2直列3並列の格子状回路として構成されている。図9A中の実線矢印で示すとおり、実施例2においても電流は3つの経路を通って出力されるが、併せて図9A中の破線にて示す経路上でも電流が流れる。破線の経路を電流が流れることにより、各々並列に接続されている、C1,C3,そしてC5の間での、及び、C2,C4,そしてC6の間での電圧ばらつきは発生しない。   FIG. 9A shows a circuit connection state and a current path during discharge in mode 1. FIG. The power supply unit 1 is configured as a two-series, three-parallel grid circuit in which a parallel circuit in which C1, C3, and C5 are connected in parallel and a parallel circuit in which C2, C4, and C6 are connected in parallel are connected in series. Has been. As shown by the solid line arrow in FIG. 9A, the current is also output through the three paths in the second embodiment, but the current also flows along the path indicated by the broken line in FIG. 9A. When the current flows through the broken line path, voltage variations between C1, C3, and C5 and between C2, C4, and C6, which are connected in parallel, do not occur.

また、C1,C3,及びC5よりなる並列回路の合成容量と、C2,C4,及びC6よりなる並列回路の合成容量とが等しければ、直列接続された各並列回路間での電圧ばらつきも発生せず、したがって全てのキャパシタ間で電圧ばらつきが発生しないこととなる。すなわち、モード1での放電において全てのキャパシタ間で電圧ばらつきが発生しないための条件は以下のとおりである。
C1+C3+C5=C2+C4+C6 (1)
Moreover, if the combined capacity of the parallel circuit composed of C1, C3, and C5 is equal to the combined capacity of the parallel circuit composed of C2, C4, and C6, voltage variation between the parallel circuits connected in series can also occur. Therefore, voltage variation does not occur between all capacitors. That is, the conditions for preventing voltage variations among all capacitors during discharge in mode 1 are as follows.
C1 + C3 + C5 = C2 + C4 + C6 (1)

ここで、上記式(1)中のC1〜C6の記号は,それぞれキャパシタC1〜C6の容量の大きさを表している。この点については以下の数式においても同様である。また実施例1において述べたとおり、C1〜C6はそれぞれn個のキャパシタよりなるモジュールであってよいし、あるいは容量の異なる任意の数のキャパシタよりなるモジュールであってよい。この場合、上記式(1)中のC1〜C6は、それぞれがそのようなモジュールの合成容量であるとして計算すべきである。   Here, the symbols C1 to C6 in the above formula (1) represent the magnitudes of the capacitors C1 to C6, respectively. The same applies to the following mathematical expressions. As described in the first embodiment, each of C1 to C6 may be a module including n capacitors, or may be a module including any number of capacitors having different capacities. In this case, C1 to C6 in the above formula (1) should be calculated assuming that each is the combined capacity of such modules.

放電の進行とともに出力電圧は低下する。実施例1と同様に、出力電圧がある所定の値を下回る前に、第1スイッチ群がモード2へと切り替えられる。これにより出力電圧が上昇する。   As the discharge progresses, the output voltage decreases. Similar to the first embodiment, the first switch group is switched to the mode 2 before the output voltage falls below a predetermined value. As a result, the output voltage rises.

図9Bには、モード2での放電時における回路の接続状態、及び電流経路が示されている。電源ユニット1は、C1及びC6が並列接続された並列回路と、C2及びC4が並列接続された並列回路と、C3及びC5が並列接続された並列回路と、の3つの並列回路が直列接続された、3直列2並列の格子状回路として構成されている。図9B中の実線矢印で示すとおり、実施例2においても電流は2つの経路を通って出力されるが、併せて図9B中の破線にて示す経路上でも電流が流れる。破線の経路を電流が流れることにより、各々並列に接続されている、C1及びC6,C2及びC4,そしてC3及びC5のそれぞれの間での電圧ばらつきは発生しない。   FIG. 9B shows a circuit connection state and a current path at the time of discharging in mode 2. In the power supply unit 1, three parallel circuits of a parallel circuit in which C1 and C6 are connected in parallel, a parallel circuit in which C2 and C4 are connected in parallel, and a parallel circuit in which C3 and C5 are connected in parallel are connected in series. Further, it is configured as a three-series, two-parallel grid-like circuit. As indicated by the solid line arrow in FIG. 9B, the current is output through the two paths in the second embodiment as well, but the current also flows on the path indicated by the broken line in FIG. 9B. When the current flows through the broken line path, there is no voltage variation between C1 and C6, C2 and C4, and C3 and C5, which are connected in parallel.

また、C1及びC6よりなる並列回路の合成容量と、C2及びC4よりなる並列回路の合成容量と、C3及びC5よりなる並列回路の合成容量と、が等しければ、直列接続された各並列回路間での電圧ばらつきも発生せず、したがって全てのキャパシタ間で電圧ばらつきが発生しないこととなる。すなわち、モード2での放電において全てのキャパシタ間で電圧ばらつきが発生しないための条件は以下のとおりである。
C1+C6=C2+C4=C3+C5 (2)
If the combined capacity of the parallel circuit composed of C1 and C6, the combined capacity of the parallel circuit composed of C2 and C4, and the combined capacity of the parallel circuit composed of C3 and C5 are equal, it is between the parallel circuits connected in series. Therefore, no voltage variation occurs between all the capacitors. In other words, the conditions for preventing voltage variations among all capacitors during discharge in mode 2 are as follows.
C1 + C6 = C2 + C4 = C3 + C5 (2)

C1〜C6がそれぞれn個のキャパシタよりなるモジュールである場合、あるいは容量の異なる任意の数のキャパシタよりなるモジュールである場合は、上記式(2)中のC1〜C6として、そのような各モジュールの合成容量を用いればよい。   When C1 to C6 are modules each composed of n capacitors, or when the modules are composed of any number of capacitors having different capacities, such modules are represented as C1 to C6 in the above formula (2). The combined capacity of may be used.

上記式(1)及び(2)の両方を満たすように各キャパシタの容量C1〜C6を選択すれば、モード切り替えを伴う一連の放電動作の全体に亘って電圧ばらつきが発生しない。すなわち、C1=C6、且つ(2)式を満たすよう容量を選択することで、放電時(及び充電時)の電圧ばらつきを防止することができる。   If the capacitances C1 to C6 of each capacitor are selected so as to satisfy both of the above formulas (1) and (2), voltage variation does not occur over the entire series of discharge operations involving mode switching. That is, by selecting the capacitance so that C1 = C6 and the expression (2) is satisfied, voltage variations during discharging (and during charging) can be prevented.

なお、容量の等しいn個のキャパシタを直列接続してなるモジュールとしてキャパシタC1〜C6を構成することが可能である(ここにおける「容量の等しい」とは、例えばC1を構成するn個のキャパシタが等しい容量を有することを意味するものであって、C1〜C6を構成する6n個のキャパシタが全て等しい容量を有するか否か、について限定するものではない。)。この場合も、上記のとおり計算される合成容量が両モードで等しければ、各キャパシタの電圧が積極的にばらつくことはない。   Capacitors C1 to C6 can be configured as modules in which n capacitors having the same capacity are connected in series (“equal capacity” herein refers to, for example, n capacitors that constitute C1) It means having the same capacity, and does not limit whether or not all of the 6n capacitors constituting C1 to C6 have the same capacity.) Also in this case, if the combined capacitance calculated as described above is equal in both modes, the voltage of each capacitor does not actively vary.

蓄電モジュール電源ユニット1の構成
図10は、本件第4発明、及び本件第5発明の一例として用いることが可能な蓄電モジュール電源ユニット1を示している。図8に示した回路においてキャパシタC2及びC5を取り除いた構成となっており、またキャパシタC3及びC4の容量はキャパシタC1及びC6の容量の2倍である。なお、このような図10の構成は、図8の回路において全てのキャパシタの容量を等しいとした場合の構成と等価である。実施例1及び2と同様、第1スイッチ群により2つのモードを切り替えることによる出力電圧の段階的調整が可能となっている。
Configuration of Power Storage Module Power Supply Unit 1 FIG. 10 shows a power storage module power supply unit 1 that can be used as an example of the fourth invention and the fifth invention. In the circuit shown in FIG. 8, the capacitors C2 and C5 are removed, and the capacitances of the capacitors C3 and C4 are twice that of the capacitors C1 and C6. Such a configuration of FIG. 10 is equivalent to a configuration in which all capacitors have the same capacitance in the circuit of FIG. As in the first and second embodiments, the output voltage can be adjusted stepwise by switching between the two modes using the first switch group.

ここで、既に述べたとおりキャパシタとして具体的に用いる素子、及びその数は適宜変更可能である。すなわち、本件第5発明の一例として、例えばC1,C3,C4,C6の容量比を適宜変更してもよいし、あるいはC1,C3,C4,C6が、それぞれ異なる数の任意の蓄電モジュールからなる蓄電モジュール群であってもよい。このような変更を行うことで、各キャパシタへの電圧比を任意に調整することが可能だからである。本実施例は、C1,C3,C4,C6の容量比を1:2:2:1することによりそれぞれの電圧を等しくするための一例である。   Here, as already described, the elements specifically used as capacitors and the number thereof can be changed as appropriate. That is, as an example of the fifth aspect of the present invention, for example, the capacity ratio of C1, C3, C4, and C6 may be changed as appropriate, or C1, C3, C4, and C6 are each composed of a different number of arbitrary power storage modules. It may be a power storage module group. This is because the voltage ratio to each capacitor can be arbitrarily adjusted by making such a change. This embodiment is an example for equalizing the respective voltages by setting the capacitance ratio of C1, C3, C4, and C6 to 1: 2: 2: 1.

蓄電モジュール電源ユニット1の動作
次に、本実施例3の蓄電モジュール電源ユニット1によって任意の電子機器等へ電圧を出力する際の放電動作について説明する。実施例1及び2と同様に、初期時点においてキャパシタC1,C3,C4,C6はそれぞれが等しい電圧によって充電されており、スイッチQ1,Q3,Q5がオンとされたモード1の接続状態で放電が開始される。
Operation of Power Storage Module Power Supply Unit 1 Next, a discharge operation when a voltage is output to an arbitrary electronic device or the like by the power storage module power supply unit 1 of the third embodiment will be described. Similar to the first and second embodiments, the capacitors C1, C3, C4, and C6 are charged with the same voltage at the initial time, and the discharge is performed in the connection state of the mode 1 in which the switches Q1, Q3, and Q5 are turned on. Be started.

図11Aには、モード1での放電時における回路の接続状態、及び電流経路が示されている。電源ユニット1は、C1及びC3が並列接続された並列回路と、C4及びC6が並列接続された並列回路とが直列接続された、2直列2並列の格子状回路として構成されている。図11A中の実線矢印で示すとおり、この場合電流は3つの経路を通って出力される。   FIG. 11A shows a circuit connection state and a current path during discharge in mode 1. FIG. The power supply unit 1 is configured as a two-series two-parallel grid-like circuit in which a parallel circuit in which C1 and C3 are connected in parallel and a parallel circuit in which C4 and C6 are connected in parallel are connected in series. In this case, current is output through three paths, as indicated by solid arrows in FIG. 11A.

ここにおいて、C1及びC3よりなる並列回路の合成容量と、C4及びC6よりなる並列回路の合成容量とが等しければ、直列接続された各並列回路間での電圧ばらつきも発生せず、したがって全てのキャパシタ間で電圧ばらつきが発生しないこととなる。すなわち、モード1での放電において全てのキャパシタ間で電圧ばらつきが発生しないための条件は以下のとおりである。
C1+C3=C4+C6 (3)
Here, if the combined capacity of the parallel circuit made up of C1 and C3 is equal to the combined capacity of the parallel circuit made up of C4 and C6, there will be no voltage variation between the parallel circuits connected in series. There will be no voltage variation between the capacitors. That is, the conditions for preventing voltage variations among all capacitors during discharge in mode 1 are as follows.
C1 + C3 = C4 + C6 (3)

本実施例3においてはC1=C6,C3=C4であるため、上記式(3)は満たされている。ただし、必ずしもC1とC6等を同一の容量とする必要はなく、各キャパシタの容量を、式(3)が満たされる限りにおいて任意に選択してよい。   In the third embodiment, since C1 = C6 and C3 = C4, the above expression (3) is satisfied. However, C1 and C6 do not necessarily have the same capacity, and the capacity of each capacitor may be arbitrarily selected as long as the expression (3) is satisfied.

なお、並列接続されたC1とC3、及びC4とC6の間で電圧ばらつきは発生しない。具体的には、図11A中の実線矢印で示されるとおり、C3とC4にはC1とC6に流れる電流の2倍の電流が流れるのであるが、一方C3とC4との容量はC1とC6との容量の2倍であるために、各キャパシタの電圧降下が等しいからである。   Note that there is no voltage variation between C1 and C3 and C4 and C6 connected in parallel. Specifically, as indicated by solid arrows in FIG. 11A, a current twice as large as the current flowing in C1 and C6 flows through C3 and C4, while the capacitance of C3 and C4 is C1 and C6. This is because the voltage drop of each capacitor is equal because it is twice the capacitance of the capacitor.

放電の進行に伴い、第1スイッチ群はモード2へと切り替えられる。モード2における接続状態と電流経路とを、図11Bに示す。   As the discharge proceeds, the first switch group is switched to mode 2. The connection state and current path in mode 2 are shown in FIG. 11B.

電源ユニット1は、C4と、C1及びC6が並列接続された並列回路と、C3と、が直列接続された3直列構成となっている。図11B中の実線矢印で示すとおり、この場合電流は2つの経路を通って出力される。   The power supply unit 1 has a three-series configuration in which C4, a parallel circuit in which C1 and C6 are connected in parallel, and C3 are connected in series. In this case, current is output through two paths, as indicated by solid arrows in FIG. 11B.

ここにおいて、C4の容量と、C1及びC6よりなる並列回路の合成容量と、C3の容量と、が等しければ、直列接続された各回路間での電圧ばらつきも発生せず、したがって全てのキャパシタ間で電圧ばらつきが発生しないこととなる。すなわち、モード2での放電において全てのキャパシタ間で電圧ばらつきが発生しないための条件は以下のとおりである。
C4=C1+C6=C3 (4)
Here, if the capacity of C4, the combined capacity of the parallel circuit composed of C1 and C6, and the capacity of C3 are equal, no voltage variation occurs between the circuits connected in series, and therefore, between all capacitors. Thus, voltage variation does not occur. In other words, the conditions for preventing voltage variations among all capacitors during discharge in mode 2 are as follows.
C4 = C1 + C6 = C3 (4)

本実施例3においてはC1=C6,C3=C4,かつC3=2C1であるため、上記式(4)は満たされている。ただし、必ずしもC1とC6等を同一の容量とする必要はなく、各キャパシタの容量を、式(4)が満たされる限りにおいて任意に選択してよい。   In the third embodiment, since C1 = C6, C3 = C4, and C3 = 2C1, the above formula (4) is satisfied. However, C1 and C6 and the like do not necessarily have the same capacity, and the capacity of each capacitor may be arbitrarily selected as long as Expression (4) is satisfied.

なお、実施例1及び2と同様に、キャパシタC1,C3,C4,C6を、それぞれn個の容量が等しいキャパシタを直列接続してなるモジュールとして構成してもよい(ここにおける「容量が等しい」とは、例えばC1を構成するn個のキャパシタが等しい容量を有することを意味するものであって、C1,C3,C4,C6を構成する4n個のキャパシタが全て等しい容量を有するか否か、について限定するものではない。)。上記のとおり計算される合成容量が両モードで等しいことを条件として、この場合においても電圧が積極的にばらつくことはない。   As in the first and second embodiments, the capacitors C1, C3, C4, and C6 may be configured as modules in which n capacitors each having the same capacitance are connected in series (here, “capacities are equal”). Means, for example, that n capacitors constituting C1 have the same capacity, and whether or not all 4n capacitors constituting C1, C3, C4, and C6 have the same capacity, Not limited to.) Even in this case, the voltage does not actively vary on condition that the combined capacitance calculated as described above is equal in both modes.

以上、実施例1〜3の動作として放電時における動作のみを説明したが、充電時においても同様の原理で動作可能である。   As described above, only the operation at the time of discharging has been described as the operation of the first to third embodiments. However, the operation can be performed by the same principle at the time of charging.

以上の実施例1〜3においては、スイッチQ1,Q3,Q5の組と、スイッチQ2,Q4の組と、を同時にオン/オフすることにより接続状態を切り替えるものとして説明した。しかしながら、上記オン/オフのタイミングには、使用するスイッチドライバの性能や各スイッチの応答速度などに起因する一定の誤差が生じうるものと考えられる。実際の接続状態切り替え時において、このような誤差により、スイッチQ1,Q3,Q5の組とスイッチQ2,Q4の組との両方が一時的にオンとされた場合には、キャパシタやスイッチの破損を招く恐れがある。例えばスイッチQ1とQ2とが同時にオンとなった場合、実施例1のキャパシタC3はショート状態に陥る。このときキャパシタC3には大電流が流れ、キャパシタC3やスイッチQ1,Q2を破損する恐れが生じる。   In the first to third embodiments described above, the connection state is switched by simultaneously turning on / off the group of switches Q1, Q3, and Q5 and the group of switches Q2 and Q4. However, it is considered that a certain error due to the performance of the switch driver used, the response speed of each switch, or the like may occur in the on / off timing. When switching the actual connection state, if both the switch Q1, Q3, Q5 set and the switch Q2, Q4 set are temporarily turned on due to such an error, the capacitor and the switch are damaged. There is a risk of inviting. For example, when the switches Q1 and Q2 are turned on at the same time, the capacitor C3 of the first embodiment falls into a short state. At this time, a large current flows through the capacitor C3, which may damage the capacitor C3 and the switches Q1 and Q2.

このように、別個のモードにてそれぞれオンとすべきスイッチが同時にオンとなることを避けるために、実使用時においては、スイッチQ1,Q3,Q5の組とスイッチQ2,Q4の組とが共にオフ状態となるデッドタイム期間を設ける必要がある。しかしながら、このデッドタイム期間においては各モードでオンとすべきスイッチのいずれもがオフ状態となるため、負荷への電力供給が断たれる瞬断状態が発生することとなる。このような瞬断状態を防止するため、実施例4においては、各スイッチと並列にダイオードが接続される。   Thus, in order to avoid simultaneously turning on the switches that should be turned on in the separate modes, the set of switches Q1, Q3, and Q5 and the set of switches Q2 and Q4 are both in actual use. It is necessary to provide a dead time period for turning off. However, since all the switches that should be turned on in each mode are in the off state during this dead time period, an instantaneous interruption state occurs in which the power supply to the load is cut off. In order to prevent such an instantaneous interruption state, in Example 4, a diode is connected in parallel with each switch.

蓄電モジュール電源ユニット1の構成
図12は、本発明の第4実施形態である蓄電モジュール電源ユニット1を示している。図12の構成は、実施例1として図5により示された構成において、ダイオードD1〜D5を各スイッチQ1〜Q5に対して並列に取り付けることにより、モード切り替え時における瞬断の防止を可能としたものである。この電源ユニット1においても、実施例1と同様、第1スイッチ群を用いて2つのモードを切り替えることによる、出力電圧の段階的調整が可能となっている。
Configuration of Power Storage Module Power Supply Unit 1 FIG. 12 shows a power storage module power supply unit 1 according to the fourth embodiment of the present invention. The configuration of FIG. 12 enables prevention of instantaneous interruption at the time of mode switching by attaching diodes D1 to D5 in parallel to the switches Q1 to Q5 in the configuration shown in FIG. 5 as the first embodiment. Is. In this power supply unit 1 as well, as in the first embodiment, the output voltage can be adjusted stepwise by switching between the two modes using the first switch group.

蓄電モジュール電源ユニット1の放電動作
図13A,図13B,及び13Cは、放電時における接続状態及び電流経路を示している。図13Aがモード1に、そして図13Cがモード2に対応している点は図6A,図6Bと同様であるが、これに加えて、モード1とモード2の間での切り替え時におけるデッドタイム期間中の接続状態及び電流経路が、図13Bに示されている。
Discharge Operation of Power Storage Module Power Supply Unit 1 FIGS. 13A, 13B, and 13C show connection states and current paths during discharge. FIG. 13A corresponds to mode 1 and FIG. 13C corresponds to mode 2 in the same manner as FIGS. 6A and 6B, but in addition to this, the dead time when switching between mode 1 and mode 2 The connection state and current path during the period are shown in FIG. 13B.

放電はモード1の接続状態にて開始される。このときの電流経路は、図13Aに示されるとおり、図6Aにおける電流経路と同様である。各キャパシタの容量が等しい場合、電圧のばらつきは生じない。   Discharging is started in the mode 1 connection state. The current path at this time is the same as the current path in FIG. 6A as shown in FIG. 13A. When the capacitance of each capacitor is equal, there is no voltage variation.

放電の進行に伴い、スイッチQ1〜Q5はモード2へと切り替えられる。ここで切り替えの際には、既に述べたとおりショートを避けるためにデッドタイム期間が設けられ、一時的に全てのスイッチがオフとなる。   As the discharge progresses, the switches Q1 to Q5 are switched to the mode 2. Here, when switching, a dead time period is provided to avoid a short circuit as described above, and all the switches are temporarily turned off.

デッドタイム期間中の接続状態及び電流経路が図13Bに示されている。図示されるとおり、モード1においてQ1,Q3,Q5の各スイッチを流れていた電流は、デッドタイム期間中において、当該各スイッチと並列に接続されたダイオードD1,D3,D5を流れている。すなわちデッドタイム期間中であっても電流が瞬断されることはなく、モード1と同様の状態が維持されている。   The connection state and current path during the dead time period are shown in FIG. 13B. As shown in the drawing, the current flowing through the switches Q1, Q3, and Q5 in the mode 1 flows through the diodes D1, D3, and D5 connected in parallel with the switches during the dead time period. That is, even during the dead time period, the current is not momentarily interrupted, and the same state as in mode 1 is maintained.

その後、スイッチQ2及びQ4をオンとすることにより、電源ユニット1はモード2へと切り替えられる。デッドタイム期間中にダイオードD1,D3,D5を流れていた電流は、モード2においてはスイッチQ2,Q4を流れる。このときの電流経路は、図13Cに示すとおり、図6Bにおける電流経路と同様である。出力電圧は上昇し、以降はモード2の接続状態で放電が進行する。   Thereafter, the power supply unit 1 is switched to the mode 2 by turning on the switches Q2 and Q4. In mode 2, the current that was flowing through the diodes D1, D3, and D5 during the dead time period flows through the switches Q2 and Q4. The current path at this time is the same as the current path in FIG. 6B as shown in FIG. 13C. The output voltage rises, and thereafter discharge proceeds in the mode 2 connection state.

蓄電モジュール電源ユニット1の充電動作
図14A,図14B,及び14Cは、充電時における接続状態及び電流経路を示している。放電時とは異なり、充電は図14Aに示されるモード2の接続状態にて開始され、図14Bに示されるとおり全てのスイッチがオフとなるデッドタイム期間を経て、図14Cに示されるモード1へと切り替えられる。
Charging Operation of Power Storage Module Power Supply Unit 1 FIGS. 14A, 14B, and 14C show connection states and current paths during charging. Unlike discharging, charging is started in the connection state of mode 2 shown in FIG. 14A, and after a dead time period in which all the switches are turned off as shown in FIG. 14B, the mode 1 is shown in FIG. 14C. Can be switched.

放電開始時の電流経路は、図14Aに示されるとおり、図6Bにおける電流経路と同様である。各キャパシタの容量が等しい場合、電圧のばらつきは生じない。一例として、容量の等しいキャパシタC1〜C6、スイッチQ1〜Q5、及びダイオードD1〜D5よりなる蓄電モジュール電源ユニット1を直流定圧電源により充電する場合、このモード2での充電によって、各キャパシタは電源電圧の1/3の電圧まで充電される。また、図14Aに示されるとおり、電源からの電流は2つの経路に分岐した上で各キャパシタを流れる。   The current path at the start of discharge is the same as the current path in FIG. 6B, as shown in FIG. 14A. When the capacitance of each capacitor is equal, there is no voltage variation. As an example, when charging the power storage module power supply unit 1 composed of capacitors C1 to C6 having equal capacitances, switches Q1 to Q5, and diodes D1 to D5 with a DC constant pressure power supply, each capacitor has a power supply voltage by charging in this mode 2. It is charged to 1/3 of the voltage. Further, as shown in FIG. 14A, the current from the power supply branches into two paths and then flows through each capacitor.

モード2での充電が完了して電流が流れなくなると(あるいは、電流が所定の値を下回るなど、任意の条件が満たされると)、スイッチQ1〜Q5はモード1へと切り替えられる。ここで切り替えの際には、既に述べたとおりショートを避けるためにデッドタイム期間が設けられ、一時的に全てのスイッチがオフとなる。   When charging in mode 2 is completed and current stops flowing (or when any condition is satisfied, such as when the current falls below a predetermined value), switches Q1-Q5 are switched to mode 1. Here, when switching, a dead time period is provided to avoid a short circuit as described above, and all the switches are temporarily turned off.

デッドタイム期間中の接続状態及び電流経路が図14Bに示されている。図示されるとおり、モード2においてQ2,Q4の各スイッチを流れていた電流は、デッドタイム期間中において、当該各スイッチと並列に接続されたダイオードD2,D4を流れている。すなわちデッドタイム期間中であっても電流が瞬断されることはなく、モード2と同様の状態が維持されている。   The connection state and the current path during the dead time are shown in FIG. 14B. As shown in the drawing, the current flowing through the switches Q2 and Q4 in the mode 2 flows through the diodes D2 and D4 connected in parallel with the switches during the dead time period. That is, even during the dead time period, the current is not momentarily interrupted, and the same state as in mode 2 is maintained.

その後、スイッチQ1,Q3,及びQ5をオンとすることにより、電源ユニット1はモード1へと切り替えられる。デッドタイム期間中にダイオードD2,D4を流れていた電流は、モード1においてはスイッチQ1,Q3,及びQ5を流れる。このときの電流経路は、図14Cに示すとおり、図6Aにおける電流経路と同様である。キャパシタC1〜C6の容量が等しい場合、このモード1での充電によって、各キャパシタは電源電圧の1/2の電圧まで充電される。   Thereafter, the power supply unit 1 is switched to the mode 1 by turning on the switches Q1, Q3, and Q5. The current that was flowing through the diodes D2 and D4 during the dead time period flows through the switches Q1, Q3, and Q5 in mode 1. The current path at this time is the same as the current path in FIG. 6A as shown in FIG. 14C. When the capacitors C1 to C6 have the same capacity, charging in this mode 1 charges each capacitor to half the power supply voltage.

なお、図14Cに示されるとおり、モード1において電源からの電流は3つの経路に分岐した上で各キャパシタを流れる。すなわち、電源電流が同じであれば、各キャパシタにおけるモード1での充電はモード2での充電よりも遅くなる。したがって効率的な充電のためには、本実施例にて示されたとおり、まずはモード2において各キャパシタを電源電圧の1/3まで充電した上でモード1へと接続状態を切り替え、引き続き各キャパシタを電源電圧の1/2まで充電することが好ましい。ただし、充電時の接続状態切り替え方式はこれに限られるわけではなく、最初からモード1にて充電することや、本実施例とは逆の順序でモードを切り替えることも可能である。   As shown in FIG. 14C, in mode 1, the current from the power supply branches into three paths and then flows through each capacitor. That is, if the power supply current is the same, charging in mode 1 of each capacitor is slower than charging in mode 2. Therefore, for efficient charging, as shown in the present embodiment, first in each mode, each capacitor is charged to 1/3 of the power supply voltage, and then the connection state is switched to mode 1, and then each capacitor is continued. Is preferably charged to half the power supply voltage. However, the connection state switching method at the time of charging is not limited to this, and it is possible to charge in mode 1 from the beginning, or to switch modes in the reverse order of the present embodiment.

以上のとおり、各モード間におけるデッドタイム期間を設けた上での電流経路切り替えは、スイッチからダイオード、あるいはダイオードからスイッチへの転流として実行される。したがって、モード切り替え時に電流が瞬断されることはない。   As described above, the current path switching after providing the dead time period between the modes is executed as a commutation from the switch to the diode or from the diode to the switch. Therefore, the current is not momentarily interrupted when the mode is switched.

なお、本実施例においては、図5に示した実施形態において各スイッチとは並列にダイオードを接続した構成について特に説明したが、図8に示される第2実施形態や図10に示される第3実施形態においても、同様にダイオードを設けることによって充放電の瞬断が防止される。すなわち、上記図5の構成における場合と同様に、図8及び図10の構成においても、ダイオードD1〜D5を各スイッチQ1〜Q5に対して並列に取り付けることによってモード切り替え時の瞬断が防止される。各ダイオードの極性を図12にて示される極性と同様に選択すれば、放電時のデッドタイム期間中には放電電流がダイオードD1,D3,D5を流れ、また充電時のデッドタイム期間中には充電電流がダイオードD2,D4を流れる。これにより充放電時の電流の瞬断が防止される。   In this embodiment, the configuration in which a diode is connected in parallel with each switch in the embodiment shown in FIG. 5 has been particularly described. However, the second embodiment shown in FIG. 8 and the third embodiment shown in FIG. Also in the embodiment, instantaneous interruption of charging / discharging is prevented by providing a diode in the same manner. That is, in the configuration of FIGS. 8 and 10 as in the case of the configuration of FIG. 5 described above, the diodes D1 to D5 are attached in parallel to the switches Q1 to Q5 to prevent instantaneous interruption at the time of mode switching. The If the polarity of each diode is selected in the same way as the polarity shown in FIG. 12, the discharge current flows through the diodes D1, D3, and D5 during the dead time period during discharging, and during the dead time period during charging. A charging current flows through the diodes D2 and D4. This prevents an instantaneous interruption of current during charging / discharging.

上記実施例1〜4においては、特に2直列と3直列との間で接続状態を切り替える手段について説明した。しかし、出力電圧の変動を最小化することにより電子機器等の動作の安定化、及び効率化を図るという観点や、放電により短時間で大きく電圧変動するキャパシタのエネルギーを無駄なく利用するという観点からは、多段階での接続状態切り替えにより出力電圧をきめ細やかに調整可能とすることが望ましい。   In the said Examples 1-4, the means to switch a connection state especially between 2 series and 3 series was demonstrated. However, from the viewpoints of stabilizing the operation and efficiency of electronic devices by minimizing fluctuations in the output voltage, and from the viewpoint of using the energy of capacitors that greatly change voltage in a short time due to discharge without waste. It is desirable that the output voltage can be finely adjusted by switching the connection state in multiple stages.

蓄電モジュール電源システム2の構成
図15は、そのようなきめ細やかな電圧調整を可能とする、本件第6発明の一例としての蓄電モジュール電源システム2を示している。図15の構成においては、キャパシタC1〜C6とスイッチQ1〜Q5より構成される蓄電モジュールユニット5と、キャパシタC7〜C12とスイッチQ6〜Q10より構成される蓄電モジュールユニット6と、そしてスイッチQ11〜Q13(以下、第2スイッチ群と呼ぶ。)とによって、電源システム2が構成されており、第1端子7と第2端子8との間に接続された任意の負荷へ電圧を印加するよう構成されている。蓄電モジュールユニット5及び6は、実施例1にて説明した電源ユニットである。したがって実施例1と同様に、スイッチQ1〜Q5又はQ6〜Q10を制御することにより、モード1とモード2との間で切り替えられる。電源システム2は全体として、図1に示す電源ユニットにおいて各キャパシタを蓄電モジュール電源ユニット5及び6により置き換えた構成となっている。
Configuration of Power Storage Module Power Supply System 2 FIG. 15 shows a power storage module power supply system 2 as an example of the sixth invention that enables such fine voltage adjustment. In the configuration of FIG. 15, a power storage module unit 5 including capacitors C1 to C6 and switches Q1 to Q5, a power storage module unit 6 including capacitors C7 to C12 and switches Q6 to Q10, and switches Q11 to Q13. (Hereinafter referred to as a second switch group) constitutes the power supply system 2 and is configured to apply a voltage to an arbitrary load connected between the first terminal 7 and the second terminal 8. ing. The power storage module units 5 and 6 are the power supply units described in the first embodiment. Therefore, similarly to the first embodiment, the mode is switched between the mode 1 and the mode 2 by controlling the switches Q1 to Q5 or Q6 to Q10. As a whole, the power supply system 2 has a configuration in which each capacitor is replaced by the storage module power supply units 5 and 6 in the power supply unit shown in FIG.

蓄電モジュール電源システム2の動作
次に、本実施例5の蓄電モジュール電源システム2によって任意の電子機器等へ電圧を出力する際の放電動作について説明する。これまでの実施例1〜4と同様に、初期時点においてキャパシタC1〜C12はそれぞれが等しい電圧によって充電されているものとする。また電源ユニット5及び6は、放電開始時において、それぞれ実施例1等におけるモード1の接続状態へと切り替えられている。なお、本実施例5においては、モード1〜モード4を、電源システム2の全体に対して定められる接続状態として、以降新たに定義する。
Operation of Power Storage Module Power Supply System 2 Next, a discharge operation when a voltage is output to an arbitrary electronic device or the like by the power storage module power supply system 2 of the fifth embodiment will be described. As in the previous Examples 1 to 4, it is assumed that the capacitors C1 to C12 are charged with the same voltage at the initial time point. The power supply units 5 and 6 are switched to the connection state of mode 1 in the first embodiment and the like at the start of discharge. In the fifth embodiment, modes 1 to 4 are newly defined as connection states determined for the entire power supply system 2.

図16には、放電開始時における回路の接続状態、及び電流経路が示されている。本実施例5では、このような接続状態をモード1と定義する。モード1においては、Q1、Q3、Q5、ならびにQ6、Q8、Q10がオンとなっており、電源ユニット5と6は2直列3並列の状態である。また、Q11とQ12とがオンとなっているため、電源ユニット5と6とは並列に接続されている。すなわち、電源システム2全体としては2直列6並列の状態となっている。   FIG. 16 shows a circuit connection state and a current path at the start of discharge. In the fifth embodiment, such a connection state is defined as mode 1. In mode 1, Q1, Q3, and Q5, and Q6, Q8, and Q10 are on, and the power supply units 5 and 6 are in a 2-series / 3-parallel state. Since Q11 and Q12 are on, the power supply units 5 and 6 are connected in parallel. That is, the power supply system 2 as a whole is in a state of 2 series 6 parallel.

図16中の実線矢印で示すとおり、モード1において、電流はまず電源ユニット5及び6へと向かって2つの経路へ分岐し、さらに各々の電源ユニット内で3つの経路へと分岐して流れ、最終的にはこれら6つの経路を流れる電流が合流して負荷へと出力される。この場合、C1とC2,C3とC4,C5とC6,C7とC8,C9とC10,及びC11とC12の容量がそれぞれ等しければ、各キャパシタ間で電圧ばらつきは発生しない。なお、それぞれのキャパシタは任意の蓄電素子を複数接続してなる蓄電モジュールであってもよく、この場合はC1〜C12としてそれら蓄電素子の合成容量を用いればよい点は、先の実施例1〜4と同様である。また出力電圧は、C1とC2等、直列接続された2つのキャパシタ電圧の合計となる。   As indicated by solid arrows in FIG. 16, in mode 1, the current first branches into two paths toward the power supply units 5 and 6, and further flows into three paths within each power supply unit. Eventually, the currents flowing through these six paths merge and are output to the load. In this case, if the capacitances of C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7 and C8, C9 and C10, and C11 and C12 are equal, no voltage variation occurs between the capacitors. Each capacitor may be a power storage module formed by connecting a plurality of arbitrary power storage elements. In this case, the combined capacity of these power storage elements may be used as C1 to C12. The same as 4. The output voltage is the sum of two capacitor voltages connected in series, such as C1 and C2.

このときの出力電圧の時間推移を図20に示す。図示されるとおり、放電の進行とともに出力電圧は低下する。出力電圧がある所定の値を下回る前に、Q1、Q3、Q5、及びQ6、Q8、Q10がオフとされ、同時にQ2、Q4、及びQ7、Q9がオンとされる。本実施例5においては、このような切り替えによって実現される、図17に示されるとおりの接続状態をモード2と定義する。電源ユニット5と6はそれぞれ3直列2並列構成となっており、システム全体としては3直列4並列の接続状態が実現されている。したがって、出力電圧は図20に示すとおり上昇する。なお、C1,C2,C3を初めとする、直列接続された3つのキャパシタよりなる4組がそれぞれ同容量のキャパシタから構成されていれば、モード2においても電圧ばらつきは発生しない。   The time transition of the output voltage at this time is shown in FIG. As shown in the figure, the output voltage decreases as the discharge progresses. Before the output voltage falls below a predetermined value, Q1, Q3, Q5, and Q6, Q8, Q10 are turned off, and at the same time, Q2, Q4, Q7, Q9 are turned on. In the fifth embodiment, a connection state realized by such switching as shown in FIG. Each of the power supply units 5 and 6 has a 3 series 2 parallel configuration, and a 3 series 4 parallel connection state is realized as a whole system. Therefore, the output voltage rises as shown in FIG. If four sets of three capacitors connected in series, including C1, C2, and C3, are composed of capacitors of the same capacity, voltage variation does not occur even in mode 2.

なお、モード1は6並列構成であったのに対してモード2は4並列構成であるため、電源システム2の出力電流が一定であるとすれば、モード2において各キャパシタに流れる電流はモード1における各キャパシタの電流よりも大きい。すなわち、モード1において各キャパシタは(容量が全て等しいとすれば)出力電流の1/6の大きさの電流によって放電するのに対して、モード2では各キャパシタが出力電流の1/4の大きさの電流によって放電する。したがって、図20に示すとおり、モード2における各キャパシタの電圧勾配はモード1における電圧勾配よりも大きい。   Since mode 1 has a 6-parallel configuration and mode 2 has a 4-parallel configuration, if the output current of power supply system 2 is constant, the current flowing in each capacitor in mode 2 is mode 1 It is larger than the current of each capacitor. That is, in mode 1, each capacitor is discharged by a current that is 1/6 of the output current (assuming all the capacitances are equal), whereas in mode 2, each capacitor is 1/4 the output current. It is discharged by the current. Therefore, as shown in FIG. 20, the voltage gradient of each capacitor in mode 2 is larger than the voltage gradient in mode 1.

以後、モード2にて放電が進行し、一旦上昇した出力電圧は再び低下し続ける。出力電圧がある所定の値を下回る前に、Q2,Q4,及びQ7,Q9がオフとされ、同時にQ1、Q3、Q5,及びQ6,Q8,Q10がオンとされる。また、これら切り替えと同時に、Q11及びQ12をオフとし、Q13をオンとすることにより、電源ユニット5,6の接続が直列へと切り替えられる。本実施例5においては、このような切り替えによって実現される、図18に示されるとおりの接続状態をモード3と定義する。電源ユニット5と6はそれぞれ2直列3並列構成となっており、システム全体としては4直列3並列の接続状態が実現されている。したがって、出力電圧は図20に示すとおり上昇する。   Thereafter, discharge proceeds in mode 2, and the output voltage once increased continues to decrease again. Before the output voltage falls below a predetermined value, Q2, Q4, and Q7, Q9 are turned off, and at the same time, Q1, Q3, Q5, and Q6, Q8, Q10 are turned on. At the same time as these switching operations, Q11 and Q12 are turned off and Q13 is turned on, so that the connection of the power supply units 5 and 6 is switched in series. In the fifth embodiment, the connection state realized by such switching as shown in FIG. Each of the power supply units 5 and 6 has a 2 series 3 parallel configuration, and a 4 series 3 parallel connection state is realized as a whole system. Therefore, the output voltage rises as shown in FIG.

モード3においては、電源ユニット5と6とに含まれるキャパシタそれぞれの合成容量が等しければ、両電源ユニットの電圧が等しくなる。その上で、C1及びC2を初めとする、直列接続された2つのキャパシタよりなる6組がそれぞれ同容量のキャパシタから構成されていれば、モード3においても電圧ばらつきは発生しない。   In mode 3, if the combined capacitances of the capacitors included in power supply units 5 and 6 are equal, the voltages of both power supply units are equal. In addition, if six sets of two capacitors connected in series such as C1 and C2 are each composed of capacitors of the same capacity, voltage variation does not occur even in mode 3.

なお、モード2は4並列構成であったのに対してモード3は3並列構成であるため、電源システム2の出力電流が一定であるとすれば、モード3において各キャパシタに流れる電流はモード2における各キャパシタの電流よりも大きい。すなわち、モード2において各キャパシタは(容量が全て等しいとすれば)出力電流の1/4の大きさの電流によって放電するのに対して、モード3では各キャパシタが出力電流の1/3の大きさの電流によって放電する。したがって、図20に示すとおり、モード3における各キャパシタの電圧勾配はモード2における電圧勾配よりも大きい。   Since mode 2 has a 4-parallel configuration and mode 3 has a 3-parallel configuration, if the output current of power supply system 2 is constant, the current flowing in each capacitor in mode 3 is mode 2 It is larger than the current of each capacitor. That is, in mode 2, each capacitor is discharged by a current that is ¼ of the output current (assuming that the capacitances are all equal), whereas in mode 3, each capacitor is 大 き the output current. It is discharged by the current. Therefore, as shown in FIG. 20, the voltage gradient of each capacitor in mode 3 is larger than the voltage gradient in mode 2.

以後、モード3にて放電が進行し、一旦上昇した出力電圧は再び低下し続ける。出力電圧がある所定の値を下回る前に、Q1、Q3、Q5,及びQ6,Q8,Q10がオフとされ、同時にQ2,Q4,及びQ7,Q9がオンとされる。本実施例5においては、このような切り替えによって実現される、図19に示されるとおりの接続状態をモード4と定義する。電源ユニット5と6はそれぞれ3直列2並列構成となっており、これらユニットが直列接続されてなるシステム全体としては6直列2並列の接続状態が実現されている。したがって、出力電圧は図20に示すとおり上昇する。   Thereafter, discharge proceeds in mode 3, and the output voltage once increased continues to decrease again. Before the output voltage falls below a predetermined value, Q1, Q3, Q5, and Q6, Q8, and Q10 are turned off, and Q2, Q4, and Q7, Q9 are turned on at the same time. In the fifth embodiment, a connection state realized by such switching as shown in FIG. Each of the power supply units 5 and 6 has a 3 series 2 parallel configuration, and a 6 series 2 parallel connection state is realized as a whole system in which these units are connected in series. Therefore, the output voltage rises as shown in FIG.

モード4においては、電源ユニット5と6とに含まれるキャパシタそれぞれの合成容量が等しければ、両電源ユニットの電圧が等しくなる。その上で、C1,C2,及びC3を初めとする、直列接続された3つのキャパシタよりなる4組がそれぞれ同容量のキャパシタから構成されていれば、モード4においても電圧ばらつきは発生しない。   In mode 4, if the combined capacitances of the capacitors included in power supply units 5 and 6 are equal, the voltages of both power supply units are equal. In addition, if four sets of three capacitors connected in series, such as C1, C2, and C3, are composed of capacitors of the same capacity, voltage variation does not occur even in mode 4.

なお、モード3は3並列構成であったのに対してモード4は2並列構成であるため、電源システム2の出力電流が一定であるとすれば、モード4において各キャパシタに流れる電流はモード3における各キャパシタの電流よりも大きい。すなわち、モード3において各キャパシタは(容量が全て等しいとすれば)出力電流の1/3の大きさの電流によって放電するのに対して、モード4では各キャパシタが出力電流の1/2の大きさの電流によって放電する。したがって、図20に示すとおり、モード4における各キャパシタの電圧勾配はモード3における電圧勾配よりも大きい。   Since mode 3 has a three-parallel configuration and mode 4 has a two-parallel configuration, if the output current of power supply system 2 is constant, the current flowing through each capacitor in mode 4 is mode 3 It is larger than the current of each capacitor. That is, in mode 3, each capacitor is discharged by a current that is 1/3 of the output current (assuming all the capacitances are equal), whereas in mode 4, each capacitor is 1/2 the output current. It is discharged by the current. Therefore, as shown in FIG. 20, the voltage gradient of each capacitor in mode 4 is larger than the voltage gradient in mode 3.

以上のとおり、図15に示すシステム構成を採用すれば、2直列、3直列、4直列、6直列の間でキャパシタの直列接続数を切り替えることが可能である。また各キャパシタに流れる電流は、各キャパシタの容量が上記各モードにおいて述べた条件を満たす限りにおいて、これまでの実施例と同様に等しい。したがって電圧ばらつきは積極的には発生しない。   As described above, if the system configuration shown in FIG. 15 is adopted, the number of capacitors connected in series can be switched between 2 series, 3 series, 4 series, and 6 series. The current flowing in each capacitor is the same as in the previous embodiments as long as the capacitance of each capacitor satisfies the conditions described in each mode. Therefore, voltage variation does not occur positively.

なお、ここでは放電時における動作について説明したが、充電時においても同様の原理で動作可能である。同様に、本実施例5においては電源ユニット5,6として特に実施例1にて説明された電源ユニットを用いる場合について説明したが、電源ユニット5,6として実施例2又は3の各ユニットを用いても、本電源システムは同様の原理により動作可能である。   In addition, although the operation | movement at the time of discharge was demonstrated here, it can operate | move on the same principle also at the time of charge. Similarly, in the fifth embodiment, the case where the power supply unit described in the first embodiment is used as the power supply units 5 and 6 has been described. However, each unit of the second or third embodiment is used as the power supply unit 5 or 6. However, the power supply system can operate according to the same principle.

また、本実施例5においては各スイッチが同時にオン/オフされるとして動作の説明を行ったが、実施例4と同様にダイオードを各スイッチに対して並列に設けることにより、ショートを防止するためのデッドタイム期間を設けつつ、無瞬断にて接続状態を切り替えることが可能となる。以下にその例を示す。   In the fifth embodiment, the operation has been described on the assumption that the switches are turned on / off at the same time. However, in order to prevent a short circuit by providing a diode in parallel with each switch as in the fourth embodiment. It is possible to switch the connection state without instantaneous interruption while providing the dead time period. An example is shown below.

蓄電モジュール電源システム2の構成
図21は、本件第6発明の一例である蓄電モジュール電源システム2を示している。図21の構成は、実施例5として図15により示された構成において、ダイオードD1〜D13を各スイッチQ1〜Q13に対して並列に取り付けることにより、モード切り替え時における瞬断の防止を可能としたものである。すなわち、本実施例6において用いられる電源ユニット5,6とは、それぞれ実施例4中で図12を用いて説明された電源ユニットである。この電源システム2においても、実施例5と同様、各電源ユニット5,6中の第1スイッチ群、及びQ11〜Q13よりなる第2スイッチ群とをそれぞれ切り替えることにより、それぞれ2直列6並列、3直列4並列、4直列3並列、6直列2並列の接続状態からなる4つのモードを用いた出力電圧の段階的調整が可能となっている。
Configuration of Power Storage Module Power Supply System 2 FIG. 21 shows a power storage module power supply system 2 that is an example of the sixth aspect of the present invention. The configuration of FIG. 21 enables prevention of instantaneous interruption at the time of mode switching by attaching diodes D1 to D13 in parallel to the switches Q1 to Q13 in the configuration shown in FIG. 15 as the fifth embodiment. Is. That is, the power supply units 5 and 6 used in the sixth embodiment are the power supply units described in the fourth embodiment with reference to FIG. In the power supply system 2 as well, as in the fifth embodiment, the first switch group in each of the power supply units 5 and 6 and the second switch group including Q11 to Q13 are respectively switched, so that 2 series 6 parallel, 3 Stepwise adjustment of the output voltage is possible using four modes consisting of a series 4-parallel, 4-series 3-parallel, and 6-series 2-parallel connection states.

蓄電モジュール電源システム2の放電動作
次に、上記4モードを順次切り替えつつ行われる、本実施例6の電源システム2による放電動作を説明する。
Discharge Operation of Power Storage Module Power Supply System 2 Next, the discharge operation performed by the power supply system 2 of the sixth embodiment, which is performed while sequentially switching the four modes, will be described.

モード1からモード2への切り替え動作
まず、初期状態であるモード1から中間的接続状態であるモード1−1を経てモード2へと、電源システム2の接続状態を切り替える動作について説明する。
Switching Operation from Mode 1 to Mode 2 First, the operation of switching the connection state of the power supply system 2 from the initial mode 1 to the mode 2 through the intermediate connection mode 1-1 will be described.

図23,図24,及び図25は、モード1からモード2への切り替えにおける各時点での接続状態及び電流経路を示している。図23がモード1に、そして図25がモード2に対応している点は図16,図17と同様であるが、これに加えて、モード1とモード2の間での切り替え時における途中の接続状態及び電流経路が、図24に示されている。図24に示した切り替え途中の状態を、以下ではモード1−1と呼ぶ。モード1、モード1−1、モード2のそれぞれにおける各スイッチの状態を図22に示す。   FIG. 23, FIG. 24, and FIG. 25 show the connection state and current path at each time point in switching from mode 1 to mode 2. FIG. FIG. 23 corresponds to mode 1 and FIG. 25 corresponds to mode 2 in the same way as FIG. 16 and FIG. 17, but in addition, in the middle of switching between mode 1 and mode 2 The connection state and current path are shown in FIG. The state during the switching shown in FIG. 24 is hereinafter referred to as mode 1-1. The state of each switch in each of mode 1, mode 1-1, and mode 2 is shown in FIG.

放電時、まず初期状態のモード1(図23)においては、Q1,Q3,Q5,ならびにQ6,Q8,Q10がオンとされており、電源ユニット5と6とはそれぞれ2直列3並列の接続状態となっている。さらに、Q11とQ12とがオンとされているため、電源ユニット5と6は並列に接続されており、電源システム2は全体として2直列6並列の接続状態を構成している。   At the time of discharging, in the initial mode 1 (FIG. 23), Q1, Q3, Q5 and Q6, Q8, Q10 are turned on, and the power supply units 5 and 6 are connected in two series and three in parallel. It has become. Further, since Q11 and Q12 are turned on, the power supply units 5 and 6 are connected in parallel, and the power supply system 2 constitutes a 2-series 6-parallel connection state as a whole.

この状態から、Q1、Q3、Q5、ならびにQ6、Q8、Q10をオフとすることにより、接続状態は図24のモード1−1へと移行する。この際、Q1、Q3、Q5、ならびにQ6、Q8、Q10を流れていた電流は速やかにD1、D3、D5、ならびにD6、D8、D10へと経路を移すため、デッドタイム期間中であっても出力が瞬断されることはない。その後、Q2、Q4、ならびにQ7、Q9をオンとすることで電源ユニット3と4は3直列2並列の状態へと切り替わり、電源システム1は図25に示されるモード2へと移行する。   By turning off Q1, Q3, Q5, and Q6, Q8, Q10 from this state, the connection state shifts to mode 1-1 in FIG. At this time, the current flowing through Q1, Q3, Q5 and Q6, Q8, Q10 quickly moves to D1, D3, D5, and D6, D8, D10, so even during the dead time period. The output is not momentarily interrupted. Thereafter, by turning on Q2, Q4, and Q7, Q9, the power supply units 3 and 4 are switched to a 3-series / 2-parallel state, and the power supply system 1 shifts to mode 2 shown in FIG.

ここで、モード1−1からモード2への切り替わり時において、スイッチ切り替えタイミングの微妙なずれに起因して、電源ユニット5,6のうちいずれか一方のみが先に3直列2並列の状態に切り替わるということが起こりうる。例えば、Q2とQ4とがQ7とQ9よりも先にオンとされた場合、電源ユニット5は3直列2並列の状態と切り替えられている一方で、電源ユニット6は依然として2直列3並列状態のままである。   Here, at the time of switching from mode 1-1 to mode 2, only one of the power supply units 5 and 6 is first switched to the 3 series 2 parallel state due to a slight shift in the switch switching timing. That can happen. For example, when Q2 and Q4 are turned on before Q7 and Q9, the power supply unit 5 is switched to the 3 series 2 parallel state, while the power supply unit 6 remains in the 2 series 3 parallel state. It is.

この時、仮にデッドタイム期間が設けられておらず、Q6、Q8、Q10がモード1に対応してオンのままであれば、3直列の電源ユニット3と2直列の電源ユニット4とがショートすることとなり、電源ユニット5から6へと大電流が流れて、素子の故障を引き起こす恐れが生じる。しかしながら、モード1−1においてQ6、Q8、Q10はオフとなっており、また瞬断を防ぐために備えられたダイオードD6、D8、D10も、図24に示されるとおり、電源ユニット5から6への方向には電流を通さない。したがって、仮に各電源ユニットにおけるスイッチ切り替えタイミングがずれたとしても、大きな問題とはならない。   At this time, if no dead time period is provided and Q6, Q8, and Q10 remain on corresponding to mode 1, the 3 series power supply unit 3 and the 2 series power supply unit 4 are short-circuited. As a result, a large current flows from the power supply unit 5 to 6, which may cause a failure of the element. However, in mode 1-1, Q6, Q8, and Q10 are off, and the diodes D6, D8, and D10 provided to prevent instantaneous interruption are also connected to the power supply units 5 to 6 as shown in FIG. Do not pass current in the direction. Therefore, even if the switch switching timing in each power supply unit is deviated, it does not cause a big problem.

なお、上記個々のスイッチの具体的な切り替え順序は、2直列6並列から3直列4並列へと接続状態を切り替えるためのシーケンスとしての一例に過ぎない。ショート及び出力の瞬断を防止できる限りにおいて上記のシーケンスとは異なる切り替え順序を採用することが可能であるし、あるいはそのような障害を回避するために別の手段を設けた上で、任意の順序で個々のスイッチを切り替えてもよい。   The specific switching order of the individual switches is merely an example of a sequence for switching the connection state from 2 series 6 parallel to 3 series 4 parallel. It is possible to adopt a switching order different from the above sequence as long as the short circuit and the instantaneous interruption of the output can be prevented, or any other means provided for avoiding such a failure. Individual switches may be switched in order.

モード2からモード3への切り替え動作
次に、モード2から中間的接続状態であるモード2−1,2−2,2−3,2−4,及び2−5を経て、モード3へと電源システム2の接続状態を切り替える動作について説明する。
Switching operation from mode 2 to mode 3 Next, power is supplied from mode 2 to mode 3 through modes 2-1, 2-2, 2-3, 2-4, and 2-5, which are intermediate connection states. An operation for switching the connection state of the system 2 will be described.

図25,及び図27〜32は、モード2からモード3への切り替えにおける各時点での接続状態及び電流経路を示している。図25がモード2に、そして図32がモード3に対応している点は図17,図18と同様であるが、これに加えて、モード2とモード3の間での切り替え時における途中の接続状態及び電流経路が、図27〜31に示されている。図27〜31に示した切り替え途中の状態を、以下ではモード2−1,2−2,2−3,2−4,及び2−5と呼ぶ。モード2、モード2−1〜2−5、及びモード3のそれぞれにおける各スイッチの状態を図26に示す。   25 and FIGS. 27 to 32 show connection states and current paths at each time point in switching from mode 2 to mode 3. FIG. 25 corresponds to mode 2 and FIG. 32 corresponds to mode 3 in the same manner as in FIGS. 17 and 18, but in addition, in the middle of switching between mode 2 and mode 3 Connection states and current paths are shown in FIGS. The state during the switching shown in FIGS. 27 to 31 is hereinafter referred to as modes 2-1, 2-2, 2-3, 2-4, and 2-5. The state of each switch in each of mode 2, modes 2-1 to 2-5, and mode 3 is shown in FIG.

放電時、まずモード2(図25)においては、Q2,Q4,ならびにQ7,Q9がオンとされており、電源ユニット5と6とはそれぞれ3直列2並列の接続状態となっている。さらに、Q11とQ12とがオンとされているため、電源ユニット5と6は並列に接続されており、電源システム2は全体として3直列4並列の接続状態を構成している。   At the time of discharge, first, in mode 2 (FIG. 25), Q2, Q4, and Q7, Q9 are turned on, and power supply units 5 and 6 are in a three-series and two-parallel connection state, respectively. Furthermore, since Q11 and Q12 are turned on, the power supply units 5 and 6 are connected in parallel, and the power supply system 2 constitutes a 3 series 4 parallel connection as a whole.

この状態から、Q11及びQ12をオフとすることにより、接続状態は図27のモード2−1へと移行する。この際、Q11及びQ12を流れていた電流は速やかにD11及びD12へと経路を移すため、デッドタイム期間中であっても出力が瞬断されることはない。   By turning off Q11 and Q12 from this state, the connection state shifts to mode 2-1 in FIG. At this time, since the current flowing through Q11 and Q12 quickly moves to D11 and D12, the output is not interrupted even during the dead time period.

次に、この状態からQ7及びQ9を更にオフとすることにより、接続状態は図28のモード2−2へと移行する。モード2−2においてスイッチQ6〜Q10は全てオフとなっているが、ダイオードD6,D8,D10を経由することにより、出力電流は切り替え前と同じ方向へと流れうる。   Next, by further turning off Q7 and Q9 from this state, the connection state shifts to mode 2-2 in FIG. In the mode 2-2, the switches Q6 to Q10 are all turned off, but the output current can flow in the same direction as before switching through the diodes D6, D8, and D10.

しかしながら、そのような経路で電流を出力するために電源ユニット6から供給される電圧は、C7及びC8等、2直列構成のキャパシタによって出力される電圧である。すなわち電源ユニット6からの電圧は3直列構成の電源ユニット5から供給される電圧よりも小さい。したがって、電流は、図28中の実線矢印で示すとおり電源ユニット5のみを経由して出力される。なお、電源ユニット5から電源ユニット6への電流はD12によって阻止されるため、電源ユニット間を大電流が流れることはない。   However, the voltage supplied from the power supply unit 6 to output a current through such a path is a voltage output by a capacitor of two series configuration, such as C7 and C8. That is, the voltage from the power supply unit 6 is smaller than the voltage supplied from the power supply unit 5 having a three-series configuration. Therefore, the current is output via only the power supply unit 5 as indicated by the solid line arrow in FIG. In addition, since the current from the power supply unit 5 to the power supply unit 6 is blocked by D12, a large current does not flow between the power supply units.

次に、この状態からQ6,Q8,Q10をオンとすることにより、接続状態は図29のモード2−3へと移行する。モード2−2と同様、モード2−3の接続状態においても、2直列構成の電源ユニット6から供給される電圧は3直列構成の電源ユニット5から供給される電圧よりも小さいために、出力電流は引き続き電源ユニット5のみを経由する。   Next, when Q6, Q8, and Q10 are turned on from this state, the connection state shifts to mode 2-3 in FIG. Similarly to mode 2-2, in the connected state of mode 2-3, the voltage supplied from the power supply unit 6 having the 2-series configuration is smaller than the voltage supplied from the power supply unit 5 having the 3-series configuration. Continues through the power supply unit 5 only.

次に、この状態からQ13をオンとすることにより、接続状態は図30のモード2−4へと移行する。この切り替えにより電源ユニット5及び6が直列接続される。したがって、以降の出力電流はD11を経由せず、電源ユニット6、スイッチQ13、及び電源ユニット5を経由して出力される。   Next, when Q13 is turned on from this state, the connection state shifts to mode 2-4 in FIG. By this switching, the power supply units 5 and 6 are connected in series. Therefore, the subsequent output current is output via the power supply unit 6, the switch Q13, and the power supply unit 5 without passing through D11.

モード2−4の接続状態においては、3直列2並列のキャパシタユニット5と、2直列3並列のキャパシタユニット6とが直列に接続されている。したがって、電源システム2は全体として5直列構成となっており、キャパシタ5個分に対応する電圧が出力される。なお、この状態において、出力電流は電源ユニット5内で2つの経路に分岐する一方、電源ユニット6内では3つの経路に分岐している。すなわち各キャパシタを流れる電流は一様ではなく、モード2−4での出力を長時間続ければキャパシタ間に電圧ばらつきが生じる恐れもある。したがって、モード2−3からモード2−4へと切り替えた時には、極力短時間内に次の切り替え動作を行うことが好ましい。   In the connection state of mode 2-4, 3 series 2 parallel capacitor units 5 and 2 series 3 parallel capacitor units 6 are connected in series. Therefore, the power supply system 2 has a five-series configuration as a whole, and a voltage corresponding to five capacitors is output. In this state, the output current branches into two paths in the power supply unit 5, while it branches into three paths in the power supply unit 6. That is, the current flowing through each capacitor is not uniform, and if the output in mode 2-4 is continued for a long time, there is a risk of voltage variation between the capacitors. Therefore, when switching from mode 2-3 to mode 2-4, it is preferable to perform the next switching operation within a short time as much as possible.

次に、この状態からQ2及びQ4を更にオフとすることにより、接続状態は図31のモード2−5へと移行する。この状態において電源ユニット5内のスイッチQ1〜Q5は全てオフとなっており、Q2及びQ4を流れていた電流はD1,D3,D5を流れ始める。したがって電源ユニット5,6はいずれも2直列3並列構成として直列接続され、電源システム2は全体として4直列3並列構成とみなすことができる。   Next, by further turning off Q2 and Q4 from this state, the connection state shifts to mode 2-5 in FIG. In this state, the switches Q1 to Q5 in the power supply unit 5 are all turned off, and the current flowing through Q2 and Q4 starts to flow through D1, D3, and D5. Accordingly, the power supply units 5 and 6 are all connected in series as a 2 series 3 parallel configuration, and the power supply system 2 can be regarded as a 4 series 3 parallel configuration as a whole.

次に、この状態からQ1,Q3,及びQ5をオンとすることにより、接続状態は図32のモード3へと移行する。D1、D3、D5を流れていた電流は即座にQ1、Q3、Q5へと移る。   Next, by turning on Q1, Q3, and Q5 from this state, the connection state shifts to mode 3 in FIG. The current flowing through D1, D3, and D5 immediately moves to Q1, Q3, and Q5.

以上の説明における3直列4並列から4直列3並列への具体的な切り替え順序は、シーケンスとしての一例に過ぎない。各スイッチを上記とは異なるタイミングで制御することにより、接続状態を切り替えることも可能である。上記の例においては、まず電源ユニット6の接続状態が3直列2並列から2直列3並列へと切り替えられ、次にその電源ユニット6が、3直列2並列接続状態のままである電源ユニット5と直列に接続され、最後に電源ユニット5の接続状態が3直列2並列から2直列3並列へと切り替えられる、というシーケンスが採用された。しかしながら、例えば電源ユニット5と6とを予め2直列3並列の状態に切り替え、その後に2つのユニットを直列に接続する、というシーケンス等を採用することも可能である。   The specific switching order from 3 series 4 parallel to 4 series 3 parallel in the above description is merely an example of a sequence. It is also possible to switch the connection state by controlling each switch at a timing different from the above. In the above example, the connection state of the power supply unit 6 is first switched from 3 series 2 parallel to 2 series 3 parallel, and then the power supply unit 6 remains in the 3 series 2 parallel connection state. A sequence in which the connection state of the power supply unit 5 is switched from 3 series 2 parallel to 2 series 3 parallel is adopted. However, it is also possible to adopt a sequence or the like in which, for example, the power supply units 5 and 6 are switched in advance to a 2 series 3 parallel state, and then the two units are connected in series.

モード3からモード4への切り替え動作
次に、モード3から中間的接続状態であるモード3−1,3−2,及び3−3を経て、モード4へと電源システム2の接続状態を切り替える動作について説明する。
Operation for switching from mode 3 to mode 4 Next, operation for switching the connection state of power supply system 2 from mode 3 to mode 4 through modes 3-1, 3-2 and 3-3 which are intermediate connection states Will be described.

図32,及び図34〜37は、4直列3並列状態のモード3から6直列2並列状態のモード4への切り替えにおける各時点での接続状態及び電流経路を示している。図32がモード3に、そして図37がモード4に対応している点は図18,図19と同様であるが、これに加えて、モード3とモード4の間での切り替え時における途中の接続状態及び電流経路が、図34〜36に示されている。図34〜36に示した切り替え途中の状態を、以下ではモード3−1,3−2,及び3−3と呼ぶ。モード3、モード3−1〜3−3、及びモード4のそれぞれにおける各スイッチの状態を図33に示す。   32 and FIGS. 34 to 37 show connection states and current paths at various points in switching from mode 3 in the 4 series 3 parallel state to mode 6 in the 6 series 2 parallel state. FIG. 32 corresponds to mode 3 and FIG. 37 corresponds to mode 4 in the same manner as in FIGS. 18 and 19, but in addition, in the middle of switching between mode 3 and mode 4 Connection states and current paths are shown in FIGS. The state in the middle of switching shown in FIGS. 34 to 36 is hereinafter referred to as modes 3-1, 3-2, and 3-3. FIG. 33 shows the state of each switch in mode 3, modes 3-1 to 3-3, and mode 4.

放電時、まずモード3(図32)においては、Q1,Q3,Q5,ならびにQ6,Q8,Q10がオンとされており、電源ユニット5と6とはそれぞれ2直列3並列の接続状態となっている。さらに、Q13がオンとされているため、電源ユニット5と6は直列に接続されており、電源システム2は全体として4直列3並列の接続状態を構成している。   At the time of discharging, first, in mode 3 (FIG. 32), Q1, Q3, Q5 and Q6, Q8, Q10 are turned on, and the power supply units 5 and 6 are in a 2-serial 3-parallel connection state, respectively. Yes. Furthermore, since Q13 is turned on, the power supply units 5 and 6 are connected in series, and the power supply system 2 constitutes a 4-series / 3-parallel connection state as a whole.

この状態から、まずはQ6,Q8,及びQ10をオフとすることにより、接続状態を図34に示されるモード3−1へと切り替える。この際、Q6,Q8,及びQ10を流れていた電流は速やかにD6,D8,及びD10へと経路を移すため、デッドタイム期間中であっても出力が瞬断されることはない。   From this state, Q6, Q8, and Q10 are first turned off to switch the connection state to mode 3-1 shown in FIG. At this time, since the current flowing through Q6, Q8, and Q10 quickly moves to D6, D8, and D10, the output is not interrupted even during the dead time period.

次に、この状態からQ7及びQ9をオンとすることにより、接続状態は図35のモード3−2へと移行する。モード3−2において、全体としての電源システム2は、2直列3並列構成の電源ユニット5、及び3直列2並列構成へと切り替えられた電源ユニット6が直列接続された5直列の構成となっている。したがって、モード3−2においてはキャパシタ5個分に対応する電圧が出力される。   Next, by turning on Q7 and Q9 from this state, the connection state shifts to mode 3-2 in FIG. In mode 3-2, the power supply system 2 as a whole has a 5-series configuration in which a power supply unit 5 having a 2 series and 3 parallel configuration and a power supply unit 6 switched to a 3 series and 2 parallel configuration are connected in series. Yes. Therefore, in mode 3-2, a voltage corresponding to five capacitors is output.

次に、この状態からQ1,Q3,Q5をオフとすることにより、接続状態は図36のモード3−3へと移行する。Q1、Q3、Q5に流れていた電流は速やかにD1、D3、D5へと移り変わるため、出力の瞬断が起きることはない。   Next, by turning off Q1, Q3, and Q5 from this state, the connection state shifts to mode 3-3 in FIG. Since the current flowing through Q1, Q3, and Q5 quickly changes to D1, D3, and D5, there is no instantaneous output interruption.

次に、この状態からQ2,Q4をオンとすることにより、接続状態は図37のモード4へと移行する。D1、D3、D5を流れていた電流は即座にQ2、Q4へと移り、電源ユニット5は3直列2並列構成へと切り替えられる。この時、電源ユニット5と6は共に3直列2並列構成であるため、システム全体としては6直列2並列の構成となる。   Next, by turning on Q2 and Q4 from this state, the connection state shifts to mode 4 in FIG. The current flowing through D1, D3, and D5 immediately moves to Q2 and Q4, and the power supply unit 5 is switched to the 3 series 2 parallel configuration. At this time, since both power supply units 5 and 6 have a 3 series 2 parallel configuration, the entire system has a 6 series 2 parallel configuration.

以上の説明における4直列3並列から6直列2並列への具体的な切り替え順序は、シーケンスとしての一例に過ぎない。各スイッチを上記とは異なるタイミングで制御することにより、接続状態を切り替えることも可能である。上記の例においては、まず電源ユニット6の接続状態が2直列3並列から3直列2並列へと切り替えられ、次に電源ユニット5の接続状態が3直列2並列から2直列3並列へと切り替えられる、というシーケンスが採用された。しかしながら、例えば電源ユニット5を先に3直列2並列の状態に切り替え、その後に電源ユニット6を3直列2並列へと切り替えてもよい。   The specific switching order from 4 series 3 parallel to 6 series 2 parallel in the above description is merely an example of a sequence. It is also possible to switch the connection state by controlling each switch at a timing different from the above. In the above example, the connection state of the power supply unit 6 is first switched from 2 series 3 parallel to 3 series 2 parallel, and then the connection state of the power supply unit 5 is switched from 3 series 2 parallel to 2 series 3 parallel. The sequence was adopted. However, for example, the power supply unit 5 may be switched to the 3 series 2 parallel state first, and then the power supply unit 6 may be switched to the 3 series 2 parallel state.

また、上記具体的に説明したシーケンスにおいては、まず電源ユニット5,6のいずれか一方を3直列2並列へと切り替えることにより、電源ユニットとして5並列の接続状態を経由している。これは出力電圧の大幅な変化を防止するという点において有効ではあるが、接続状態が電源ユニット間で異なる状態を経由するために、切り替えが遅れた場合はキャパシタ電圧のばらつきを招く恐れがある。したがって、電源ユニット5と6を同時に2直列3並列から3直列2並列に切り替えることにより、全体として4直列3並列から6直列2並列へと、中間状態を経由せずに切り替えるといったシーケンスも有効である。   In the sequence specifically described above, first, one of the power supply units 5 and 6 is switched to 3 in series and 2 in parallel, so that the power supply unit goes through 5 parallel connection states. This is effective in preventing a significant change in the output voltage, but since the connection state passes through different states between the power supply units, the capacitor voltage may vary when switching is delayed. Therefore, by switching the power supply units 5 and 6 from 2 series 3 parallel to 3 series 2 parallel at the same time, a sequence of switching from 4 series 3 parallel to 6 series 2 parallel without going through an intermediate state is also effective. is there.

本実施例6の電源システムは充電時においても同様の原理で動作可能である。放電中、スイッチQ11〜Q13が全てオフとなる期間において(モード2−1,2−2,2−3の期間において)はD11とD12によって放電電流の瞬断が防止されていたが、これに対応する、充電中のスイッチQ11〜Q13の切り替え時においては、D13によって充電電流の瞬断が防止される。また、電源ユニット5と6は、特に図12で示される本発明の第4実施形態における電源ユニットであるとして説明を行ったが、実施例4と同様に、電源ユニットが、図8,あるいは図10で示される本発明の実施例2,3の電源ユニットに適宜ダイオードを備えたものであるとしても、電源システム2は同様の原理で動作可能である。   The power supply system of the sixth embodiment can operate on the same principle during charging. During the discharge, during the period when all the switches Q11 to Q13 are turned off (in the periods of modes 2-1, 2-2, 2-3), the discharge current is prevented from being interrupted by D11 and D12. When switching the corresponding switches Q11 to Q13 during charging, the charging current is prevented from being interrupted by D13. The power supply units 5 and 6 have been described as being the power supply unit in the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 12 in particular. However, as in the fourth embodiment, the power supply unit is shown in FIG. Even if the power supply unit of Embodiments 2 and 3 of the present invention indicated by 10 is appropriately provided with a diode, the power supply system 2 can operate on the same principle.

本発明に係る電源装置は、電力により動作する任意の装置へ電力供給するために用いることが可能である。例えば、バスやトラックのように重量の大きい移動体を発進させるためには瞬時に大電力を供給することが必要となるが、化学反応を介するバッテリーはこのような要求に対して充分に応えることができない。一方、本発明に係る電源ユニットは瞬時の充放電が可能なキャパシタによって構成できるため、このような用途にも対応することができる。特に、本発明に係る電源システムを従来のディーゼルエンジンなどと組み合わせれば、低燃費・低公害の大型車両の実現も期待できる。   The power supply device according to the present invention can be used to supply power to any device that operates on electric power. For example, in order to start a heavy moving body such as a bus or truck, it is necessary to supply a large amount of power instantaneously. However, a battery through a chemical reaction can sufficiently meet such a demand. I can't. On the other hand, since the power supply unit according to the present invention can be constituted by a capacitor capable of instantaneous charge and discharge, it can be used for such applications. In particular, if the power supply system according to the present invention is combined with a conventional diesel engine or the like, a large vehicle with low fuel consumption and low pollution can be expected.

1 電源ユニット
2 電源システム
3 第1端子
4 第2端子
5〜6 電源ユニット
7 第1端子
8 第2端子
1 power supply unit 2 power supply system 3 first terminal 4 second terminals 5 to 6 power supply unit 7 first terminal 8 second terminal

Claims (19)

それぞれが容量の等しい2n(nは1以上の整数)個の蓄電モジュールにより構成される、第1蓄電モジュール群、第2蓄電モジュール群、及び第3蓄電モジュール群と、
第1スイッチ群であって、
前記第1蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールが直列接続されてなる第1蓄電モジュール列、前記第2蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールが直列接続されてなる第2蓄電モジュール列、及び前記第3蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールが直列接続されてなる第3蓄電モジュール列が並列接続された3並列接続状態と、
前記第1蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールと前記第2蓄電モジュール群に含まれるn個の蓄電モジュールとが直列接続されてなる第4蓄電モジュール列、及び、前記第2蓄電モジュール群に含まれる、該n個の蓄電モジュールとは異なる残りのn個の蓄電モジュールと、前記第3蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールとが直列接続されてなる第5蓄電モジュール列、が並列接続された、2並列接続状態と、
を切り替える第1スイッチ群と、
を備えた、
蓄電モジュール電源ユニット。
A first power storage module group, a second power storage module group, and a third power storage module group, each of which is composed of 2n (n is an integer of 1 or more) power storage modules having the same capacity;
A first switch group,
A first power storage module row in which all power storage modules included in the first power storage module group are connected in series; a second power storage module row in which all power storage modules included in the second power storage module group are connected in series; And a three parallel connection state in which a third power storage module array in which all power storage modules included in the third power storage module group are connected in series is connected in parallel,
A fourth power storage module array in which all power storage modules included in the first power storage module group and n power storage modules included in the second power storage module group are connected in series; and the second power storage module group The remaining n power storage modules different from the n power storage modules included, and the fifth power storage module row in which all the power storage modules included in the third power storage module group are connected in series are connected in parallel. Two parallel connection states,
A first switch group for switching between,
With
Power storage module power supply unit.
1以上の蓄電モジュールよりなる第1蓄電モジュール群、2以上の蓄電モジュールよりなる第2蓄電モジュール群、及び、1以上の蓄電モジュールよりなる第3蓄電モジュール群と、
第1スイッチ群であって、
前記第1蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールが直列接続されてなる第1蓄電モジュール列、前記第2蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールが直列接続されてなる第2蓄電モジュール列、及び前記第3蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールが直列接続されてなる第3蓄電モジュール列が並列接続された3並列接続状態と、
前記第1蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールと前記第2蓄電モジュール群に含まれる1以上の蓄電モジュールとが直列接続されてなる第4蓄電モジュール列、及び、前記第2蓄電モジュール群に含まれる、該1以上の蓄電モジュールとは異なる残りの1以上の蓄電モジュールと、前記第3蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールとが直列接続されてなる第5蓄電モジュール列、が並列接続された、2並列接続状態と、
を切り替える第1スイッチ群と、
を備えた、
蓄電モジュール電源ユニット。
A first power storage module group composed of one or more power storage modules, a second power storage module group composed of two or more power storage modules, and a third power storage module group composed of one or more power storage modules;
A first switch group,
A first power storage module row in which all power storage modules included in the first power storage module group are connected in series; a second power storage module row in which all power storage modules included in the second power storage module group are connected in series; And a three parallel connection state in which a third power storage module array in which all power storage modules included in the third power storage module group are connected in series is connected in parallel,
A fourth power storage module row in which all power storage modules included in the first power storage module group and one or more power storage modules included in the second power storage module group are connected in series; and the second power storage module group A remaining one or more power storage modules different from the one or more power storage modules and a fifth power storage module array in which all power storage modules included in the third power storage module group are connected in series are connected in parallel Two parallel connection states,
A first switch group for switching between,
With
Power storage module power supply unit.
前記第1蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールの容量と、前記第2蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールの容量と、前記第3蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールの容量とが等しいことを特徴とする、請求項2に記載の蓄電モジュール電源ユニット。   Capacity of all power storage modules included in the first power storage module group, capacity of all power storage modules included in the second power storage module group, capacity of all power storage modules included in the third power storage module group The power storage module power supply unit according to claim 2, wherein 前記第1蓄電モジュール列に含まれる蓄電モジュールの数、前記第2蓄電モジュール列に含まれる蓄電モジュールの数、及び前記第3蓄電モジュール列に含まれる蓄電モジュールの数が互いに等しいことを特徴とする、請求項2又は3に記載の蓄電モジュール電源ユニット。   The number of power storage modules included in the first power storage module row, the number of power storage modules included in the second power storage module row, and the number of power storage modules included in the third power storage module row are equal to each other. The power storage module power supply unit according to claim 2 or 3. 前記第4蓄電モジュール列に含まれる蓄電モジュールの数と、前記第5蓄電モジュール列に含まれる蓄電モジュールの数とが等しいことを特徴とする、請求項2乃至4のいずれか一項に記載の蓄電モジュール電源ユニット。   5. The number of power storage modules included in the fourth power storage module row is equal to the number of power storage modules included in the fifth power storage module row, according to claim 2. Power storage module power supply unit. 第1〜第6の蓄電モジュールと、
第1スイッチ群であって、
前記第1蓄電モジュールと前記第2蓄電モジュールとが直列接続されてなる第1蓄電モジュール列、前記第3蓄電モジュールと前記第4蓄電モジュールとが直列接続されてなる第2蓄電モジュール列、及び前記第5蓄電モジュールと前記第6蓄電モジュールとが直列接続されてなる第3蓄電モジュール列が並列接続された、3並列接続状態と、
前記第1蓄電モジュールと前記第2蓄電モジュールと前記第3蓄電モジュールとが直列接続されてなる第4蓄電モジュール列、及び前記第4蓄電モジュールと前記第5蓄電モジュールと前記第6蓄電モジュールとが直列接続されてなる第5蓄電モジュール列が並列接続された、2並列接続状態と、
を切り替える第1スイッチ群と、
を備え、前記第2蓄電モジュールと前記第4蓄電モジュール、及び前記第3蓄電モジュールと前記第5蓄電モジュールがそれぞれ並列接続された蓄電モジュール電源ユニットであって、
前記3並列接続状態において、
前記第1蓄電モジュールと、前記第3蓄電モジュールと、前記第5蓄電モジュールと、よりなる回路の合成容量と、
前記第2蓄電モジュールと、前記第4蓄電モジュールと、前記第6蓄電モジュールと、よりなる回路の合成容量と、
が等しく、
前記2並列接続状態において、
前記第1蓄電モジュールと、前記第6蓄電モジュールと、よりなる回路の合成容量と、
前記第2蓄電モジュールと、前記第4蓄電モジュールと、よりなる回路の合成容量と、
前記第3蓄電モジュールと、前記第5蓄電モジュールと、よりなる回路の合成容量と、
が等しいことを特徴とする、蓄電モジュール電源ユニット。
First to sixth power storage modules;
A first switch group,
A first power storage module row in which the first power storage module and the second power storage module are connected in series; a second power storage module row in which the third power storage module and the fourth power storage module are connected in series; and A third parallel connection state in which a third power storage module row in which a fifth power storage module and the sixth power storage module are connected in series is connected in parallel;
A fourth power storage module array in which the first power storage module, the second power storage module, and the third power storage module are connected in series; and the fourth power storage module, the fifth power storage module, and the sixth power storage module. Two parallel connection states in which the fifth power storage module row connected in series is connected in parallel;
A first switch group for switching between,
A power storage module power supply unit in which the second power storage module and the fourth power storage module, and the third power storage module and the fifth power storage module are respectively connected in parallel,
In the three parallel connection state,
A combined capacity of a circuit including the first power storage module, the third power storage module, and the fifth power storage module;
A combined capacity of a circuit including the second power storage module, the fourth power storage module, and the sixth power storage module;
Are equal,
In the two parallel connection state,
A combined capacity of a circuit including the first power storage module, the sixth power storage module, and
A combined capacity of a circuit including the second power storage module, the fourth power storage module, and
A combined capacity of a circuit including the third power storage module, the fifth power storage module, and
A power storage module power supply unit characterized in that
前記第1〜第6の蓄電モジュールは、それぞれが容量の等しい1以上の蓄電素子を直列接続してなる蓄電モジュールである、請求項6に記載の電源モジュールユニット。   The power supply module unit according to claim 6, wherein each of the first to sixth power storage modules is a power storage module in which one or more power storage elements having the same capacity are connected in series. 前記第1スイッチ群に含まれるスイッチであって、前記3並列接続状態においてオンとなり前記2並列接続状態においてオフとなるスイッチ、に対して並列に接続された1以上の整流素子よりなる第1整流素子群と、
前記第1スイッチ群に含まれるスイッチであって、前記3並列接続状態においてオフとなり前記2並列接続状態においてオンとなるスイッチ、に対して並列に接続された1以上の整流素子よりなる第2整流素子群と、
のうち少なくとも一方を更に備えることを特徴とする、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の蓄電モジュール電源ユニット。
A first rectifier comprising one or more rectifying elements connected in parallel to a switch included in the first switch group, the switch being turned on in the three parallel connection state and turned off in the two parallel connection state A group of elements;
A second rectifier comprising one or more rectifying elements connected in parallel to a switch included in the first switch group, the switch being turned off in the three parallel connection state and turned on in the two parallel connection state; A group of elements;
The power storage module power supply unit according to any one of claims 1 to 7, further comprising at least one of them.
前記第1整流素子群と前記第2整流素子群との両方を備え、前記第1整流素子群は放電電流を遮断しないよう構成される整流素子を含み、前記第2整流素子群は充電電流を遮断しないよう構成される整流素子を含む、請求項8に記載の蓄電モジュール電源ユニット。   The first rectifying element group includes both a first rectifying element group and the second rectifying element group, and the first rectifying element group includes a rectifying element configured not to cut off a discharge current, and the second rectifying element group receives a charging current. The power storage module power supply unit according to claim 8, comprising a rectifying element configured not to be cut off. 容量の等しいn(nは1以上の整数)個の蓄電モジュールにより構成される第1蓄電モジュール群と、
前記第1蓄電モジュール群に含まれる各蓄電モジュールの2倍の容量を有する2n個の蓄電モジュールにより構成される、第2蓄電モジュール群と、
前記第1蓄電モジュール群に含まれる蓄電モジュールと等しい容量を有するn個の蓄電モジュールにより構成される、第3蓄電モジュール群と、
第1スイッチ群であって、
前記第1蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールが直列接続されてなる第1蓄電モジュール列と前記第2蓄電モジュール群に含まれるn個の蓄電モジュールが直列接続されてなる第2蓄電モジュール列とが並列接続されてなる第1並列回路、及び、前記第2蓄電モジュール群に含まれる、該n個の蓄電モジュールとは異なる残りのn個の蓄電モジュールが直列接続されてなる第3蓄電モジュール列と、前記第3蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールが直列接続されてなる第4蓄電モジュール列とが並列接続されてなる第2並列回路、が直列接続された、2つの並列回路の直列接続状態と、
前記第2蓄電モジュール列と、前記第1蓄電モジュール列、及び前記第4蓄電モジュール列が並列接続されてなる第3並列回路と、前記第3蓄電モジュール列と、が直列接続された、1つの並列回路と2つの蓄電モジュール列との直列接続状態と、
を切り替える第1スイッチ群と、
を備えた、
蓄電モジュール電源ユニット。
A first power storage module group composed of n power storage modules having the same capacity (n is an integer of 1 or more);
A second power storage module group configured by 2n power storage modules having twice the capacity of each power storage module included in the first power storage module group;
A third power storage module group composed of n power storage modules having the same capacity as the power storage modules included in the first power storage module group;
A first switch group,
A first power storage module row in which all power storage modules included in the first power storage module group are connected in series and a second power storage module row in which n power storage modules included in the second power storage module group are connected in series. And a third parallel storage module in which the remaining n storage modules different from the n storage modules included in the second storage module group are connected in series. Of two parallel circuits in which a column and a second parallel circuit in which a fourth power storage module column in which all power storage modules included in the third power storage module group are connected in series are connected in parallel are connected In series connection state,
The second power storage module row, the third power storage module row, the third power storage module row, and the third power storage module row are connected in series. A series connection state of the parallel circuit and the two storage module rows;
A first switch group for switching between,
With
Power storage module power supply unit.
1以上の蓄電モジュールよりなる第1蓄電モジュール群と、
2以上の蓄電モジュールよりなる第2蓄電モジュール群と、
1以上の蓄電モジュールよりなる第3蓄電モジュール群と、
第1スイッチ群であって、
前記第1蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールが直列接続されてなる第1蓄電モジュール列と前記第2蓄電モジュール群に含まれる1以上の蓄電モジュールが直列接続されてなる第2蓄電モジュール列とが並列接続されてなる第1並列回路、及び、前記第2蓄電モジュール群に含まれる、該1以上の蓄電モジュールとは異なる残りの蓄電モジュールが直列接続されてなる第3蓄電モジュール列と、前記第3蓄電モジュール群に含まれる全ての蓄電モジュールが直列接続されてなる第4蓄電モジュール列と、が並列接続されてなる第2並列回路、が直列接続された、2つの並列回路の直列接続状態と、
前記第2蓄電モジュール列と、前記第1蓄電モジュール列、及び前記第4蓄電モジュール列が並列接続されてなる第3並列回路と、前記第3蓄電モジュール列と、が直列接続された、1つの並列回路と2つの蓄電モジュール列との直列接続状態と、
を切り替える第1スイッチ群と、
を備えた、
蓄電モジュール電源ユニット。
A first power storage module group comprising one or more power storage modules;
A second power storage module group comprising two or more power storage modules;
A third power storage module group comprising one or more power storage modules;
A first switch group,
A first power storage module row in which all power storage modules included in the first power storage module group are connected in series and a second power storage module row in which one or more power storage modules included in the second power storage module group are connected in series. A first storage circuit connected in parallel, and a third storage module array in which the remaining storage modules different from the one or more storage modules included in the second storage module group are connected in series, A series connection of two parallel circuits in which a fourth storage module array in which all the storage modules included in the third storage module group are connected in series and a second parallel circuit in which they are connected in parallel are connected in series State and
The second power storage module row, the third power storage module row, the third power storage module row, and the third power storage module row are connected in series. A series connection state of the parallel circuit and the two storage module rows;
A first switch group for switching between,
With
Power storage module power supply unit.
前記2つの並列回路の直列接続状態において、前記第1並列回路の合成容量と、前記第2並列回路の合成容量とが等しく、
前記1つの並列回路と2つの蓄電モジュール列との直列接続状態において、前記第2蓄電モジュール列に含まれる蓄電モジュールの合成容量と、前記第3並列回路の合成容量と、前記第3蓄電モジュール列に含まれる蓄電モジュールの合成容量と、が等しい
ことを特徴とする、請求項11に記載の蓄電モジュール電源ユニット。
In the serial connection state of the two parallel circuits, the combined capacity of the first parallel circuit is equal to the combined capacity of the second parallel circuit,
In a serial connection state of the one parallel circuit and the two storage module rows, a combined capacity of the storage modules included in the second storage module row, a combined capacity of the third parallel circuit, and the third storage module row The power storage module power supply unit according to claim 11, wherein a combined capacity of the power storage modules included in the power storage module is equal.
前記第1蓄電モジュール列に含まれる蓄電モジュールの容量は全て等しく、前記第2蓄電モジュール列に含まれる蓄電モジュールの容量は全て等しく、前記第3蓄電モジュール列に含まれる蓄電モジュールの容量は全て等しく、前記第4蓄電モジュール列に含まれる蓄電モジュールの容量は全て等しいことを特徴とする、請求項11又は12に記載の蓄電モジュール電源ユニット。   All the storage modules included in the first storage module row have the same capacity, all the storage modules included in the second storage module row have the same capacity, and all the storage modules included in the third storage module row have the same capacity. The power storage module power supply unit according to claim 11 or 12, wherein the capacities of the power storage modules included in the fourth power storage module row are all equal. 前記第1蓄電モジュール列に含まれる蓄電モジュールの数と、前記第2蓄電モジュール列に含まれる蓄電モジュールの数と、前記第3蓄電モジュール列に含まれる蓄電モジュールの数と、前記第4蓄電モジュール列に含まれる蓄電モジュールの数と、が等しいことを特徴とする、請求項11乃至13のいずれか一項に記載の蓄電モジュール電源ユニット。   The number of power storage modules included in the first power storage module row, the number of power storage modules included in the second power storage module row, the number of power storage modules included in the third power storage module row, and the fourth power storage module 14. The power storage module power supply unit according to claim 11, wherein the number of power storage modules included in the column is equal. 前記第1スイッチ群に含まれるスイッチであって、前記2つの並列回路の直列接続状態においてオンとなり前記1つの並列回路と2つの蓄電モジュール列との直列接続状態においてオフとなるスイッチ、に対して並列に接続された1以上の整流素子よりなる第1整流素子群と、
前記第1スイッチ群に含まれるスイッチであって、前記2つの並列回路の直列接続状態においてオフとなり前記1つの並列回路と2つの蓄電モジュール列との直列接続状態においてオンとなるスイッチ、に対して並列に接続された1以上の整流素子よりなる第2整流素子群と、
のうち少なくとも一方を更に備えることを特徴とする、請求項10乃至14のいずれか一項に記載の蓄電モジュール電源ユニット。
A switch included in the first switch group, wherein the switch is turned on in a series connection state of the two parallel circuits and turned off in a series connection state of the one parallel circuit and two storage module rows. A first rectifying element group comprising one or more rectifying elements connected in parallel;
A switch included in the first switch group, wherein the switch is turned off in a series connection state of the two parallel circuits and turned on in a series connection state of the one parallel circuit and two storage module rows. A second rectifying element group composed of one or more rectifying elements connected in parallel;
The power storage module power supply unit according to any one of claims 10 to 14, further comprising at least one of them.
前記第1整流素子群と前記第2整流素子群との両方を備え、前記第1整流素子群は放電電流を遮断しないよう構成される整流素子を含み、前記第2整流素子群は充電電流を遮断しないよう構成される整流素子を含む、請求項15に記載の蓄電モジュール電源ユニット。   The first rectifying element group includes both a first rectifying element group and the second rectifying element group, and the first rectifying element group includes a rectifying element configured not to cut off a discharge current, and the second rectifying element group receives a charging current. The power storage module power supply unit according to claim 15, comprising a rectifying element configured not to be cut off. 請求項1乃至16のいずれか一項に記載された蓄電モジュール電源ユニットである、第1蓄電ユニット、及び第2蓄電ユニットと、
前記第1蓄電ユニットと前記第2蓄電ユニットとが直列接続されてなる、2つの蓄電ユニットの直列接続状態と、前記第1蓄電ユニットと前記第2蓄電ユニットとが並列接続されてなる、2つの蓄電ユニットの並列接続状態と、を切り替える第2スイッチ群と、
を備えた、
蓄電モジュール電源システム。
A first power storage unit and a second power storage unit, which are the power storage module power supply unit according to any one of claims 1 to 16,
The first power storage unit and the second power storage unit are connected in series, and the two power storage units are connected in series, and the first power storage unit and the second power storage unit are connected in parallel. A second switch group for switching between parallel connection states of the energy storage units;
With
Power storage module power supply system.
前記第2スイッチ群に含まれるスイッチであって、前記2つの蓄電ユニットの直列接続状態においてオフとなり前記2つの蓄電ユニットの並列接続状態においてオンとなるスイッチ、に対して並列に接続された1以上の整流素子よりなる第3整流素子群と、
前記第2スイッチ群に含まれるスイッチであって、前記2つの蓄電ユニットの直列接続状態においてオンとなり前記2つの蓄電ユニットの並列接続状態においてオフとなるスイッチ、に対して並列に接続された1以上の整流素子よりなる第4整流素子群と、
のうち少なくとも一方を更に備えることを特徴とする、請求項17に記載の蓄電モジュール電源システム。
One or more switches that are included in the second switch group and that are connected in parallel to a switch that is turned off in a serial connection state of the two power storage units and turned on in a parallel connection state of the two power storage units A third rectifying element group consisting of rectifying elements of
One or more switches that are included in the second switch group and that are connected in parallel to a switch that is turned on when the two power storage units are connected in series and turned off when the two power storage units are connected in parallel A fourth rectifying element group consisting of rectifying elements of
The power storage module power supply system according to claim 17, further comprising at least one of them.
前記第3整流素子群と前記第4整流素子群との両方を備え、前記第3整流素子群は放電電流を遮断しないよう構成される整流素子を含み、前記第4整流素子群は充電電流を遮断しないよう構成される整流素子を含む、請求項18に記載の蓄電モジュール電源システム。   The third rectifying element group includes both a third rectifying element group and the fourth rectifying element group, and the third rectifying element group includes a rectifying element configured not to cut off a discharge current, and the fourth rectifying element group receives a charging current. The power storage module power supply system according to claim 18, comprising a rectifying element configured not to be cut off.
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