JP2011135630A - 充放電回路および充放電方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電気2重層キャパシタCLの端子電圧を検出する電圧比較器と、CLの端子電圧に応じてスイッチSW1,SW2のON/OFF比を制御する制御手段とを備え、DC−DCコンバータをDC−DC降圧回路としてスイッチSW1,SW2のON/OFF比を変化させ、DC−DC降圧回路の出力電圧を電源Eの電圧VDDより低い電圧からVDDまで時間とともに階段状に上昇する電圧に降圧させ、この電圧をCLの端子に印加して充電する構成であり、CLに充電された電荷を回収する時には、DC−DCコンバータをDC−DC昇圧回路としてスイッチSW1,SW2のON/OFF比を変化させ、CLの電位を電源Eの電圧VDDより高い電圧に昇圧させ、この電圧から電源Eの方へ電流を流すことにより電荷を回収する。
【選択図】図1
Description
Q=It …(1.1)
U=Q2/(2C) …(1.2)
となる。抵抗Rで失われる電力量Lは
L=RI2t=RQ2/t …(1.3)
となる。すると充電時の効率Pc は、
Pc =U/(U+L)=t/(t+2RC) …(2)
となる。tを十分大きくすると、Pc が 100%となることがわかる(非特許文献2)。
図1は、本発明の第1の実施形態の充放電回路の構成例およびその充電電圧の波形を示す。
図において、電気2重層キャパシタCL を充放電する本実施形態の充放電回路は、電源Eに並列に接続されたキャパシタCx と、2個のスイッチSW1,SW2と、インダクタLおよびキャパシタCy のLCフィルタとによるDC−DCコンバータで構成される。電圧比較器11は、電気2重層キャパシタCL の端子電圧を検出する構成であり、制御部12−1,12−2は電圧比較器11の出力に応じてスイッチSW1,SW2のON/OFF を制御する構成である。
W=ΣVi ΔQi
=V1C(V1−V0)+V2C(V2−V1)+…
…+VN-1C(VN-1−VN-2)+VNC(VN−VN-1)
=C(V1 2+V2 2+…+VN 2−(V0V1+V1V2+…+VN-1VN))
=C/2(−V0 2+(V0−V1)2+(V1−V2)2+…+(VN-1−VN)2+VN 2 )
…(3)
ここで、
x1 =V0−V1 ,x2 =V1−V2 ,…,xN =VN-1−VN …(4)
とおくと、 x1 +x2 +…+xN =V0−VN =const. …(5)
である。この条件の下に、Wの最小値と、そのときのx1 ,x2 ,…,xN の値について考察する。
W=C/2(−V0 2+x1 2+x2 2+…+xN 2+VN 2 ) …(6)
となる。Lagrangeの未定係数法(非特許文献4)により、
∂/∂xk(W−λ(x1+x2+…+xN−V0+VN ))=0 …(7)
が成立するときにWは最小値をとる。ここで、λはパラメータである。したがって、x1 ,x2 ,…,xN で偏微分することにより、
x1 =x2 =…=xN =λ/C …(8)
が得られる。
W=C/2 [((VN−V0)/N)2N+VN 2−V0 2] …(9)
が得られる。
電気2重層キャパシタCL の充電時には制御部12−1を用い、電気2重層キャパシタCL の端子電圧をモニターし、それがi/N・VDDに到達したら、dを (i+1)/NとしてDC−DCコンバータの出力を (i+1)/N・VDDとする。これにより、図1(a) のDC−DCコンバータ(DC−DC降圧回路)の出力は、図1(b) の階段的に上昇する出力電圧となり、定電流充電と同様に効率的な充電が可能になる。
図6は、本発明の第2の実施形態の充放電回路の構成例を示す。
図1(a) に示す第1の実施形態の構成では、スイッチSW1,SW2を交互にON/OFF させる必要があった。本実施形態では、スイッチSW1,SW2と並列にかつ逆電位方向にそれぞれダイオードD1,D2を接続し、充電時にはスイッチSW2を常にOFF とし、スイッチSW1のみをON/OFF させ、放電時(エネルギー回収時)にはスイッチSW1を常にOFF とし、スイッチSW2のみをON/OFF させる構成である。
図7は充電時の動作を示す。図7(a) は、スイッチSW2を常にOFF とし、スイッチSW1をONとした状態を示す。このとき、SW1とSW2の接続点のノードN1は、電源Eの電位であるためにダイオードD2がオフとなるので、等価回路は図7(b) のようになる。図7(c) は、スイッチSW1をOFF とした状態を示す。このとき、インダクタを流れていた電流はそのまま流れようとし、ダイオードD2を通って流れようとするので、ダイオードD2がオンとなる。すると、ノードN1は接地電位となり、ダイオードD1がオフとなるので、等価回路は図7(d) のようになる。
図9は、本発明の第3の実施形態の充放電回路の構成例を示す。
図において、図1の充放電回路におけるスイッチSW1とキャパシタCx の接続点のノードXと電源Eとの間に切替スイッチを挿入し、ノードXと電源EまたはLSIとの接続を切り替える。ここでは、電気2重層キャパシタCL の蓄電エネルギーを電源Eに戻さず、切替スイッチを電源Eに接続される端子Aから端子Bに接続されるLSIに切り替えることにより、LSIで当該蓄電エネルギーを利用することができる。
SW1,SW2 スイッチ
Cx ,Cy キャパシタ
L インダクタ
CL 電気2重層キャパシタ D1,D2 ダイオード
11 電圧比較器
12−1 制御部(充電)
12−2 制御部(放電)
Claims (4)
- 電源Eに並列に接続されたキャパシタCx と、2個のスイッチSW1,SW2と、インダクタLおよびキャパシタCy のLCフィルタとにより構成されるDC−DCコンバータを用い、電気2重層キャパシタCL を充放電する充放電回路において、
前記電気2重層キャパシタCL の端子電圧を検出する電圧比較器と、
前記電気2重層キャパシタCL の端子電圧に応じて前記スイッチSW1,SW2のON/OFF 比を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記DC−DCコンバータをDC−DC降圧回路として前記スイッチSW1,SW2のON/OFF 比を変化させ、DC−DC降圧回路の出力電圧を前記電源Eの電圧VDDより低い電圧からVDDまで時間とともに階段状に上昇する電圧に降圧させ、この降圧させた電圧を前記電気2重層キャパシタCL の端子に印加して充電する構成であり、
かつ、前記電気2重層キャパシタCL に充電された電荷を回収するときには、
前記DC−DCコンバータをDC−DC昇圧回路として前記スイッチSW1,SW2のON/OFF 比を変化させ、前記電気2重層キャパシタCL の電位を前記電源Eの電圧VDDより高い電圧に昇圧させ、この昇圧させた電圧から前記電源Eの方へ電流を流すことにより電荷を回収する構成である
ことを特徴とする充放電回路。 - 請求項1に記載の充放電回路において、
前記スイッチSW1,SW2と並列にかつ逆電位方向にそれぞれダイオードD1,D2を接続し、
前記制御手段は、充電時には接地側に接続される前記スイッチSW2を常にOFF とし、前記電源側に接続される前記スイッチSW1のみをON/OFF させ、放電時には前記スイッチSW1を常にOFF とし、スイッチSW2のみをON/OFF させる構成である
ことを特徴とする充放電回路。 - 請求項1に記載の充放電回路において、
前記電気2重層キャパシタCL の放電時に、前記電源側に接続される前記スイッチSW1と前記キャパシタCx の接続点と前記電源との間に挿入される切替スイッチを介して、前記電気2重層キャパシタCL の蓄電エネルギーを外部の負荷回路に供給する構成である
ことを特徴とする充放電回路。 - 電源Eに並列に接続されたキャパシタCx と、2個のスイッチSW1,SW2と、インダクタLおよびキャパシタCy のLCフィルタとにより構成されるDC−DCコンバータを用い、電気2重層キャパシタCL を充放電する充放電方法において、
前記電気2重層キャパシタCL の端子電圧を検出する電圧比較器と、
前記電気2重層キャパシタCL の端子電圧に応じて前記スイッチSW1,SW2のON/OFF 比を制御する制御手段とを用い、
前記制御手段は、
前記DC−DCコンバータをDC−DC降圧回路として前記スイッチSW1,SW2のON/OFF 比を変化させ、DC−DC降圧回路の出力電圧を前記電源Eの電圧VDDより低い電圧からVDDまで時間とともに階段状に上昇する電圧に降圧させ、この降圧させた電圧を前記電気2重層キャパシタCL の端子に印加して充電し、
かつ、前記電気2重層キャパシタCL に充電された電荷を回収するときには、
前記DC−DCコンバータをDC−DC昇圧回路として前記スイッチSW1,SW2のON/OFF 比を変化させ、前記電気2重層キャパシタCL の電位を前記電源Eの電圧VDDより高い電圧に昇圧させ、この昇圧させた電圧から前記電源Eの方へ電流を流すことにより電荷を回収する
ことを特徴とする充放電方法。
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JP2009290208A JP2011135630A (ja) | 2009-12-22 | 2009-12-22 | 充放電回路および充放電方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2009171694A (ja) * | 2008-01-15 | 2009-07-30 | Nisshinbo Holdings Inc | 充電装置 |
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2009
- 2009-12-22 JP JP2009290208A patent/JP2011135630A/ja active Pending
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