JP2015133817A - Backup power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バックアップ電源装置に関する。詳しくは、複数のキャパシタに蓄電された電気エネルギを、キャパシタの電圧不均等を防止して負荷回路に供給するバックアップ電源装置に関する。 The present invention relates to a backup power supply device. More specifically, the present invention relates to a backup power supply device that supplies electrical energy stored in a plurality of capacitors to a load circuit while preventing voltage nonuniformity of the capacitors.
商用電源や発電装置等から供給される電気エネルギを蓄積し、主電源が停止したときに各種機械、装置、設備等に対して電源を供給するバックアップ電源装置が広く使用されている。従来、このようなバックアップ用途の蓄電デバイスとして、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池が多く利用されてきたが、近年では、これら二次電池に代わり電気二重層キャパシタ等、エネルギ密度の高いキャパシタが適用される場合も増えている。例えば、電気二重層キャパシタは、リチウムイオン電池に比べてエネルギ密度は数十分の1倍程であるが、近年では、正極を電気二重層の構造とし、負極にリチウムの化学反応を利用したリチウムイオンキャパシタも開発されている。リチウムイオンキャパシタは、電気二重層キャパシタの数倍〜数十倍程度のエネルギ密度を有している。一般に、これらのキャパシタは蓄電池よりも長寿命である。また、キャパシタは、二次電池に比べてはるかに短時間で充放電することができる。そうすると、大きい電力を消費する負荷を比較的短時間バックアップする用途においては、蓄電デバイスとして小型で長寿命のキャパシタを適用することが有利となってくる。
しかし、高エネルギ密度のキャパシタを使用する場合には、過充電及び過放電を生じさせないようにする充放電対策が重要になる。一例として、静電容量が数10〜数100Fのリチウムイオンキャパシタにおいて、最大使用電圧は3.8V、下限電圧は2.2Vとされており、その電圧範囲で使用する必要がある。また、蓄電のために複数個のキャパシタが使用される場合が多く、キャパシタ毎に静電容量のばらつきがあるため、それぞれのキャパシタの使用電圧(端子間電圧)を均等化して使用することが好ましい。
2. Description of the Related Art A backup power supply device that accumulates electric energy supplied from a commercial power supply, a power generation device, etc., and supplies power to various machines, devices, facilities, etc. when the main power supply stops is widely used. Conventionally, secondary batteries such as lead batteries, nickel metal hydride batteries, lithium ion batteries have been used as power storage devices for such backup applications, but in recent years, electric double layer capacitors, etc. instead of these secondary batteries, Increasingly, capacitors having a high energy density are applied. For example, an electric double layer capacitor has an energy density that is several tens of times that of a lithium ion battery. However, in recent years, the positive electrode has a structure of an electric double layer and the negative electrode uses lithium chemical reaction. Ion capacitors have also been developed. A lithium ion capacitor has an energy density of several times to several tens of times that of an electric double layer capacitor. In general, these capacitors have a longer life than storage batteries. Further, the capacitor can be charged and discharged in a much shorter time than a secondary battery. As a result, in an application in which a load that consumes a large amount of power is backed up for a relatively short time, it is advantageous to apply a small-sized and long-life capacitor as an electricity storage device.
However, when using a high energy density capacitor, it is important to take measures against charging and discharging so as not to cause overcharging and overdischarging. As an example, in a lithium ion capacitor having an electrostatic capacity of several tens to several hundreds of F, the maximum usable voltage is 3.8 V and the lower limit voltage is 2.2 V, and it is necessary to use within that voltage range. In addition, a plurality of capacitors are often used for power storage, and there is variation in capacitance among the capacitors. Therefore, it is preferable to use the same voltage (inter-terminal voltage) for each capacitor. .
複数の電気二重層キャパシタを備えたキャパシタバンクを間欠充電によって急速充電し、各キャパシタの充電電圧を均一化する充電装置が知られている(例えば、特許文献1を参照。)。この充電装置では、キャパシタ直並列切替回路を設けたキャパシタバンクに間欠充電を行い、充電停止中に各セルを並列接続することによって各キャパシタの充電電圧が均等化されている。
また、複数個のキャパシタを直列に接続したキャパシタモジュールを備えた直流電源装置が開示されている(例えば、特許文献2を参照。)。この直流電源装置においては、常開スイッチ及び抵抗体をキャパシタ毎に並列に接続した電圧不均等化抑制回路が備えられており、複数のキャパシタのうち充電電圧が他のキャパシタの充電電圧よりも許容範囲以上高くなっているキャパシタについて抵抗体を並列接続することによって、各キャパシタの端子間電圧のばらつきが抑制されている。
There is known a charging device that rapidly charges a capacitor bank including a plurality of electric double layer capacitors by intermittent charging and equalizes the charging voltage of each capacitor (see, for example, Patent Document 1). In this charging apparatus, the charging voltage of each capacitor is equalized by intermittently charging a capacitor bank provided with a capacitor series-parallel switching circuit and connecting the cells in parallel while charging is stopped.
In addition, a DC power supply device including a capacitor module in which a plurality of capacitors are connected in series is disclosed (see, for example, Patent Document 2). This DC power supply device is provided with a voltage non-equalization suppression circuit in which a normally open switch and a resistor are connected in parallel for each capacitor, and the charging voltage of a plurality of capacitors is more acceptable than the charging voltage of other capacitors. By connecting resistors in parallel for capacitors that are higher than the range, variations in voltage between terminals of each capacitor are suppressed.
前記のとおり、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等、高エネルギ密度のキャパシタにはキャパシタ毎に静電容量のばらつきがある。したがって、このようなキャパシタを複数個使用してバックアップ用の電源装置を構成する場合には、複数のキャパシタを充電する充電期間、及び複数のキャパシタに蓄えられた電気エネルギを負荷回路に供給するバックアップ期間において、キャパシタ毎に、過充電及び過放電を生じさせないようにすることが求められる。
しかし、特許文献1に記載されている充電装置では、充電における各キャパシタの充電電圧は均等化されたとしても、バックアップ用途においてキャパシタを過放電から保護することは検討されていない。すなわち、充電終了後の各キャパシタの端子間電圧は均等化されないため、充電が行われなくなった後に負荷回路に電力を供給するバックアップの期間に、キャパシタの容量のばらつきによって過放電を生じてしまうという問題がある。このような過放電を防止するには、各キャパシタについて使用電圧(端子間電圧)が下限電圧以上であるかどうかを監視することが必要となる。
特許文献2に記載されている直流電源装置においても、上記バックアップ期間におけるキャパシタの過放電の問題は解決されていない。また、複数のキャパシタのうち充電電圧が他のキャパシタの充電電圧よりも許容範囲以上高くなっているキャパシタを検出するために、キャパシタ毎に端子間電圧を測定する必要がある。更に、バックアップ期間において、キャパシタ毎に適宜並列に抵抗体を接続する構成を用いて使用電圧の均等化を図ろうとすると、並列接続された抵抗体によって電力が無駄に消費されてしまうという問題がある。
As described above, high energy density capacitors such as electric double layer capacitors and lithium ion capacitors have variations in capacitance from capacitor to capacitor. Therefore, when a backup power supply device is configured using a plurality of such capacitors, a backup period for charging the plurality of capacitors and a backup circuit for supplying electric energy stored in the plurality of capacitors to the load circuit. In the period, it is required to prevent overcharge and overdischarge for each capacitor.
However, in the charging device described in Patent Document 1, even if the charging voltage of each capacitor during charging is equalized, it has not been studied to protect the capacitor from overdischarge in backup applications. In other words, since the voltage between terminals of each capacitor after charging is not equalized, overdischarge occurs due to variations in the capacitance of the capacitor during the backup period in which power is supplied to the load circuit after charging is not performed. There's a problem. In order to prevent such overdischarge, it is necessary to monitor whether or not the working voltage (voltage between terminals) is equal to or higher than the lower limit voltage for each capacitor.
Also in the DC power supply device described in
上記のように、複数のキャパシタを直列に接続して負荷回路に電力を供給する用途では、キャパシタ毎の充電電圧の不均等を充電期間において抑制したとしても、充電後、キャパシタから負荷回路に電力を供給するバックアップ期間において各キャパシタの使用電圧には不均等が生じる。キャパシタ毎に端子間電圧をモニタし、いずれかのキャパシタが下限電圧にまで低下したときには電力の供給を停止する方法も考えられるが、それでは直列に接続された複数のキャパシタのうち最も静電容量の小さいキャパシタによって使用が制限されることになり、複数のキャパシタに蓄えられた電気エネルギをフルに利用することができないという問題があった。 As described above, in applications where a plurality of capacitors are connected in series to supply power to the load circuit, even if charging voltage unevenness for each capacitor is suppressed during the charging period, power is transferred from the capacitor to the load circuit after charging. In the backup period in which the voltage is supplied, the voltage used by each capacitor is uneven. A method of monitoring the voltage between terminals for each capacitor and stopping the supply of power when one of the capacitors drops to the lower limit voltage is conceivable. The use is limited by the small capacitor, and there is a problem that the electric energy stored in the plurality of capacitors cannot be fully utilized.
本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、複数のキャパシタに蓄電された電気エネルギを負荷回路に供給するバックアップ時において、キャパシタ毎の電圧不均等を防止すると共に、キャパシタに蓄積された電気エネルギを余すところなく供給することができるバックアップ電源装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and at the time of backup supplying electric energy stored in a plurality of capacitors to a load circuit, voltage non-uniformity for each capacitor is prevented and stored in the capacitors. It is an object of the present invention to provide a backup power supply device that can supply electric energy without any excess.
1.主電源装置から給電を受けてキャパシタを充電し、前記主電源装置からの給電が停止されたときに前記キャパシタから負荷回路に電力を供給するバックアップ電源装置であって、
複数のキャパシタを接続して構成されるキャパシタモジュールと、
前記複数のキャパシタの接続状態を直列又は並列に切り替えるスイッチ回路と、
前記主電源装置から給電を受けて前記キャパシタモジュールを充電する充電モード、及び前記キャパシタモジュールから前記負荷回路に電力を供給するバックアップモードにおいて、前記スイッチ回路により前記複数のキャパシタの接続状態を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記バックアップモードにおいて、前記複数のキャパシタを直列に接続して前記負荷回路に電力を供給させ、且つ所定の周期で並列に接続することにより前記キャパシタ毎の使用電圧を均一化させることを特徴とするバックアップ電源装置。
2.1つの前記キャパシタの端子間の電圧を検出する使用電圧検出回路を備え、
前記制御手段は、前記バックアップモードにおいて、前記複数のキャパシタを並列に接続したときに前記使用電圧検出回路により検出された電圧が所定値以下となった場合には前記負荷回路への電力供給を停止させる上記1.記載のバックアップ電源装置。
3.前記キャパシタモジュールと前記負荷回路との間に直列に挿入されるインダクタを具備する電圧変換回路と、前記電圧変換回路の出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、を備え、
前記制御手段は、前記バックアップモードにおいて、前記出力電圧検出回路によって検出される電圧が所定範囲となるように、前記複数のキャパシタを並列に接続する期間及び周期の少なくとも一つを制御する上記1.又は2.に記載のバックアップ電源装置。
4.前記制御手段は、前記充電モードにおいて、前記複数のキャパシタを並列に接続して充電を行わせる上記1.乃至3.のいずれかに記載のバックアップ電源装置。
5.前記制御手段は、前記主電源装置から供給を受ける電圧が所定値以上である間は前記充電モードで作動し、前記電圧が前記所定値を下回ったときに前記バックアップモードで作動するように切り替える上記1.乃至4.のいずれかに記載のバックアップ電源装置。
6.前記主電源装置は商用電源の供給を受けており、
前記商用電源の停電及び電圧低下の少なくとも1つを検出する停電検出回路を備え、
前記制御手段は、前記停電検出回路により停電又は電圧低下が検出されたときに前記バックアップモードで作動するように切り替える上記1.乃至4.のいずれかに記載のバックアップ電源装置。
1. A backup power supply device that receives power from the main power supply device to charge the capacitor, and supplies power from the capacitor to the load circuit when power supply from the main power supply device is stopped,
A capacitor module configured by connecting a plurality of capacitors;
A switch circuit that switches a connection state of the plurality of capacitors in series or in parallel;
Control for controlling connection states of the plurality of capacitors by the switch circuit in a charging mode in which power is supplied from the main power supply device and charging the capacitor module, and in a backup mode in which power is supplied from the capacitor module to the load circuit. Means,
With
In the backup mode, the control means supplies the power to the load circuit by connecting the plurality of capacitors in series, and equalizes the voltage used for each capacitor by connecting them in parallel at a predetermined cycle. A backup power supply characterized by that.
2. a use voltage detection circuit for detecting a voltage between terminals of the two capacitors;
In the backup mode, the control means stops power supply to the load circuit when a voltage detected by the use voltage detection circuit becomes a predetermined value or less when the plurality of capacitors are connected in parallel. The above 1. The backup power supply described.
3. A voltage conversion circuit comprising an inductor inserted in series between the capacitor module and the load circuit; and an output voltage detection circuit for detecting an output voltage of the voltage conversion circuit,
The control unit controls at least one of a period and a period of connecting the plurality of capacitors in parallel so that a voltage detected by the output voltage detection circuit falls within a predetermined range in the backup mode. Or 2. The backup power supply unit described in 1.
4). In the charging mode, the control unit connects the plurality of capacitors in parallel to perform charging. To 3. The backup power supply apparatus in any one of.
5. The control means switches to operate in the charging mode while a voltage supplied from the main power supply device is equal to or higher than a predetermined value, and switches to operate in the backup mode when the voltage falls below the predetermined value. 1. To 4. The backup power supply apparatus in any one of.
6). The main power supply is supplied with commercial power,
A power failure detection circuit for detecting at least one of a power failure and a voltage drop of the commercial power supply,
The control unit is switched to operate in the backup mode when a power failure or a voltage drop is detected by the power failure detection circuit. To 4. The backup power supply apparatus in any one of.
本発明のバックアップ電源装置によれば、主電源装置から給電を受けてキャパシタを充電し、前記主電源装置からの給電が停止されたときに前記キャパシタから負荷回路に電力を供給するバックアップ電源装置であって、複数のキャパシタを接続して構成されるキャパシタモジュールと、前記複数のキャパシタの接続状態を直列又は並列に切り替えるスイッチ回路と、前記主電源装置から給電を受けて前記キャパシタモジュールを充電する充電モード、及び前記キャパシタモジュールから前記負荷回路に電力を供給するバックアップモードにおいて、前記スイッチ回路により前記複数のキャパシタの接続状態を制御する制御手段と、を備え、前記バックアップモードにおいて、制御手段は、前記複数のキャパシタを直列に接続して前記負荷回路に電力を供給させ、且つ所定の周期で並列に接続することにより前記キャパシタ毎の使用電圧を均一化させるため、直列に接続されたキャパシタのうち最も静電容量の小さいキャパシタによって使用が制限されることなく、複数のキャパシタに蓄えられた電気エネルギを余すところなく負荷回路に供給することができる。また、キャパシタ毎に電圧監視を行う必要がなく、使用電圧を均一化させるために抵抗素子等によって無駄な電力を消費することもない。 According to the backup power supply device of the present invention, the backup power supply device that receives power from the main power supply device to charge the capacitor and supplies power from the capacitor to the load circuit when the power supply from the main power supply device is stopped. A capacitor module configured by connecting a plurality of capacitors, a switch circuit that switches a connection state of the plurality of capacitors in series or in parallel, and charging that receives power from the main power supply device and charges the capacitor module And a control means for controlling connection states of the plurality of capacitors by the switch circuit in a backup mode for supplying power from the capacitor module to the load circuit. In the backup mode, the control means includes the A plurality of capacitors are connected in series to In order to equalize the voltage used for each capacitor by supplying power to the capacitor and connecting them in parallel at a predetermined cycle, the use is limited by the capacitor having the smallest capacitance among the capacitors connected in series. Therefore, the electrical energy stored in the plurality of capacitors can be supplied to the load circuit without any excess. In addition, it is not necessary to monitor the voltage for each capacitor, and wasteful power is not consumed by the resistance element or the like in order to equalize the operating voltage.
1つの前記キャパシタの端子間の電圧を検出する使用電圧検出回路を備え、前記制御手段は、前記バックアップモードにおいて、前記複数のキャパシタを並列に接続したときに前記使用電圧検出回路により検出された電圧が所定値以下となった場合には前記負荷回路への電力供給を停止させれば、すべてのキャパシタの容量をフルに活用した上で過放電を確実に防止することができる。
前記キャパシタモジュールと前記負荷回路との間に直列に挿入されるインダクタを具備する電圧変換回路と、前記電圧変換回路の出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、を備え、前記制御手段は、前記バックアップモードにおいて、前記出力電圧検出回路によって検出される電圧が所定範囲となるように、前記複数のキャパシタを並列に接続する期間及び周期の少なくとも一つを制御する場合には、キャパシタの直列接続及び並列接続の切り替えを利用して極めて簡単にDC−DCコンバータを構成することができ、負荷回路に安定した電源を供給することができる。
前記制御手段は、前記充電モードにおいては前記複数のキャパシタを並列に接続して充電を行わせる場合には、極めて簡単な回路構成及び制御によって、各キャパシタの充電電圧の不均等を生じることなく充電することができ、充電電圧がキャパシタの最大使用電圧を超えないようにする監視・制御も簡単に行うことができる。
A voltage detection circuit that detects a voltage between terminals of one of the capacitors; and the control unit detects a voltage detected by the voltage detection circuit when the plurality of capacitors are connected in parallel in the backup mode. If the power supply to the load circuit is stopped when the value becomes equal to or less than a predetermined value, overdischarge can be reliably prevented while fully utilizing the capacities of all capacitors.
A voltage conversion circuit comprising an inductor inserted in series between the capacitor module and the load circuit; and an output voltage detection circuit for detecting an output voltage of the voltage conversion circuit; In the backup mode, when controlling at least one of a period and a period of connecting the plurality of capacitors in parallel so that a voltage detected by the output voltage detection circuit falls within a predetermined range, A DC-DC converter can be configured very simply using switching of parallel connections, and a stable power supply can be supplied to the load circuit.
In the charging mode, when the charging is performed by connecting the plurality of capacitors in parallel in the charging mode, the control means performs charging without causing unevenness in the charging voltage of each capacitor by an extremely simple circuit configuration and control. Monitoring and control can be easily performed so that the charging voltage does not exceed the maximum working voltage of the capacitor.
前記制御手段は、前記主電源装置から供給を受ける電圧が所定値以上である間は前記充電モードで作動し、前記電圧が前記所定値を下回ったときに前記バックアップモードで作動するように切り替える場合には、別途の手段を用いることなく、主電源装置の出力電圧の低下を検出したとき、負荷回路に対してキャパシタモジュールから素早く電源を供給することができる。
前記主電源装置は商用電源の供給を受けており、前記商用電源の停電及び電圧低下の少なくとも1つを検出する停電検出回路を備え、前記制御手段は、前記停電検出回路により停電又は電圧低下が検出されたときに前記バックアップモードで作動するように切り替える場合には、極めて簡単に無停電電源を構成することができる。
When the control means switches to operate in the charging mode while the voltage supplied from the main power supply device is equal to or higher than a predetermined value, and to operate in the backup mode when the voltage falls below the predetermined value. In this case, it is possible to quickly supply power from the capacitor module to the load circuit when a decrease in the output voltage of the main power supply device is detected without using a separate means.
The main power supply device is supplied with commercial power, and includes a power failure detection circuit that detects at least one of a power failure and a voltage drop of the commercial power source, and the control means detects a power failure or a voltage drop by the power failure detection circuit. When switching to operate in the backup mode when detected, an uninterruptible power supply can be configured very simply.
本発明について、本発明による典型的な実施形態の非限定的な例を挙げ、言及された複数の図面を参照しつつ以下の詳細な記述にて更に説明するが、同様の参照符号は図面のいくつかの図を通して同様の部品を示す。
以下、図を参照しながら、本発明を詳しく説明する。
ここで示される事項は例示的なもの及び本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The items shown here are for illustrative purposes and exemplary embodiments of the present invention, and are the most effective and easy-to-understand explanations of the principles and conceptual features of the present invention. It is stated for the purpose of providing what seems to be. In this respect, it is not intended to illustrate the structural details of the present invention beyond what is necessary for a fundamental understanding of the present invention. It will be clear to those skilled in the art how it is actually implemented.
本実施形態に係るバックアップ電源装置の構成を図1に示す。本図において、バックアップ電源装置1の入力側は主電源装置8に、出力側は負荷回路9に接続されている。
主電源装置8は、少なくともバックアップ電源装置1に内蔵されるキャパシタを充電するための直流電源であり、バックアップ電源装置1に対して電源DCinを供給する。電源DCinの電圧はキャパシタを充電可能である限り問わず、必ずしも安定化されていなくてもよい。主電源装置8の種類は特に限定されず、例えば、商用電源の供給を受けて直流電圧を生成するAC−DCコンバータであってもよいし、発電機、太陽電池等の自然エネルギを利用する発電装置、動的エネルギの回収装置等であってもよい。
The configuration of the backup power supply apparatus according to this embodiment is shown in FIG. In the figure, the input side of the backup power supply 1 is connected to the
The main
負荷回路9は、それが通常給電を受ける電源の停止時に、バックアップ電源装置1から電力を供給する対象である。負荷回路9には、主電源装置8から通常の電源を供給するように構成することができる。負荷回路9の種類は問わず、例えば、各種電子装置や情報処理装置、機械、照明設備、電熱器具等が挙げられる。図1において、バックアップ電源装置1から負荷回路9に対して直流電源DCoutが出力されている。電源DCoutの電圧は特に問わない。また、この電源DCoutは、負荷回路9の種類や特性に応じて、電圧平滑化回路、DC−DCコンバータ、インバータ等を介して供給するように構成することができる。
The
バックアップ電源装置1は、主電源装置8から給電を受けて内蔵するキャパシタを充電し、そのキャパシタから負荷回路9に電力を供給するように構成されている。バックアップ電源装置1には、複数のキャパシタ(2a、2b、2c等。以下、これらをまとめて「キャパシタ2」ともいう。また、複数のキャパシタを接続して構成される全体を「キャパシタモジュール2」という。)と、その複数のキャパシタ相互の接続状態を直列又は並列に切り替えるスイッチ回路3(31、32)と、主電源装置8から給電を受けてキャパシタモジュール2を充電する充電モード、及びキャパシタモジュール2から負荷回路9に電力を供給するバックアップモードにおいて、スイッチ回路3により複数のキャパシタ2の接続状態を制御する制御手段4と、が備えられている。
The backup power supply device 1 is configured to receive power from the main
キャパシタ2の種類は特に限定されず、例えば、エネルギ密度の高い電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等を挙げることができる。図1には3個のキャパシタ(2a、2b、2c)が表されているが、キャパシタ2の個数は問わず、負荷回路9に必要な電源電圧及び容量に応じて決められればよい。例えば、負荷回路9の電源電圧が5〜10Vであり、1個の最大使用電圧が4Vであるキャパシタを使用する場合には、少なくとも3個のキャパシタを備えて、直列に接続したキャパシタの使用電圧が負荷回路9の電源電圧を上回るように構成することが好ましい。その場合、負荷回路9に対しては、キャパシタモジュール2の出力電圧を降圧する電圧変換回路を介して電源を供給するように構成することができる。また、負荷回路9の電源電圧が高い場合には、キャパシタモジュール2の出力電圧を昇圧する電圧変換回路を介して負荷回路9に接続することも可能である。
The type of the
スイッチ回路3は、スイッチ素子31、32等を備え、主として複数のキャパシタ2相互の接続状態を直列又は並列に切り替えるための回路である。スイッチ素子31及び32は、キャパシタ2の個数に対応してそれぞれ複数備えられる。図1の例では、電源DCinと3個のキャパシタの正極端子との間に3個、各キャパシタの負極端子と基準電位0Vとの間に2個、の計5個のスイッチ素子31が備えられている。また、3個のキャパシタ2相互の正極端子と負極端子との間は、2個のスイッチ素子32を介して接続されている。
すべてのスイッチ素子31及びすべてのスイッチ素子32は、同時に切り替えられるように構成することができる。スイッチ回路3は、スイッチ素子31が閉(オン)且つ32が開(オフ)のとき、すべてのキャパシタ2が並列に接続され、スイッチ素子31が開(オフ)且つ32が閉(オン)のとき、すべてのキャパシタ2が直列に接続されるように構成されている。
The
All
スイッチ回路3には、必要に応じてスイッチ素子311等、別途のスイッチ素子を備えることができる。例えば、スイッチ素子311は負荷回路9側に対する電源供給を制御するために用いることができ、スイッチ素子311を開(オフ)としたときは、キャパシタ2からの負荷回路9側への電源供給を停止することができる。なお、スイッチ素子311に代わりダイオードD1を置き、キャパシタ2から負荷回路9側へ向かう向きのみに電流が流れるように構成されてもよい。
すべてのスイッチ素子は、制御手段4によって制御可能に構成される。スイッチ素子としては、スイッチング用トランジスタ(例えば、FET)を用いることができる。
The
All switch elements are configured to be controllable by the control means 4. As the switch element, a switching transistor (eg, FET) can be used.
制御手段4は、主電源装置8から給電を受けてキャパシタ2を充電する充電モードと、充電されたキャパシタ2から負荷回路9に電力を供給するバックアップモードとにおいて、スイッチ回路3を用いて複数のキャパシタ2の接続状態を制御する手段である。また、制御手段4にPWM(パルス幅変調)制御部を備え、バックアップモードにおいてバックアップ電源装置をDC−DCコンバータとして機能させることができる(後述のバックアップ電源装置11)。
制御手段4は、ハードウェア及びソフトウェアのいずれによって構成されてもよいし、それらを組み合わせて構成されてもよい。例えば、制御手段4はマイクロコンピュータ(マイクロコントローラ)及び周辺回路を用いて構成することができる。
The
The control means 4 may be configured by either hardware or software, or may be configured by combining them. For example, the control means 4 can be configured using a microcomputer (microcontroller) and peripheral circuits.
なお、バックアップ電源装置1には、その作動に必要な電源(7)が備えられる(図示せず)。制御手段4やスイッチ回路3等、バックアップ電源装置1の作動に必要な電源(7)の構成は特に問わない。例えば、主電源装置8の作動中(充電モード)には主電源装置8(81)から電源供給を受け、主電源装置8の停止時(バックアップモードでの作動時)には、電圧変換回路(6)等を介して、キャパシタ2に蓄えられた電力の供給を受けるように構成することができる(図8参照)。また、必要な場合には、制御手段4を作動させるための蓄電池等を備えてもよい。
The backup power supply device 1 is provided with a power supply (7) required for its operation (not shown). The configuration of the power supply (7) necessary for the operation of the backup power supply device 1 such as the control means 4 and the
前記「充電モード」は、バックアップ電源装置1が主電源装置8から給電を受けている期間(充電期間)の動作態様を意図している。充電モードの間、キャパシタ2は充電される。また、その間、負荷回路9には主電源装置8又は別途の電源装置から電源(通常電源)を供給するように構成することができる。
前記「バックアップモード」は、負荷回路9に通常電源を供給する電源装置が停止し、バックアップ電源装置1が充電モードにおいて蓄電したキャパシタ2の電力を負荷装置9に供給する期間(バックアップ期間)の動作態様を意図している。
The “charging mode” intends an operation mode during a period (charging period) in which the backup power supply device 1 is supplied with power from the main
The “backup mode” is an operation during a period (backup period) in which the power supply device that supplies normal power to the
図2は、スイッチ回路3を切り替えたときの、キャパシタモジュール2の電圧の変化を表したタイミングチャートである。同図(a)はスイッチ素子31及び32のオン、オフの状態、(b)は直列又は並列に接続されたキャパシタモジュール2の両端の間に生じる電圧(図1において基準電位「0V」に対する「A」点の電圧)Vaを表している。
スイッチ素子31がオフ且つ32がオンにされた直列接続期間Tsにおいては、キャパシタ2は直列に接続される。そして、周期T1毎に、スイッチ素子31がオン且つ32がオフにされ、キャパシタ2が並列に接続される(並列接続期間Tp)。
電圧Vaは、バックアップ期間においてスイッチ素子311がオンの間バックアップ電源装置1の出力DCoutから出力される電圧であり、以下「キャパシタモジュール2の出力電圧」という。
FIG. 2 is a timing chart showing changes in the voltage of the
In the series connection period Ts in which the
The voltage Va is a voltage output from the output DCout of the backup power supply device 1 while the
キャパシタモジュール2にn個のキャパシタが備えられており、1個のキャパシタの端子間の電圧がVcであるとする。直列接続期間Tsにおいてはn個のキャパシタが直列に接続され、このときの電圧Vaの値Vsは、n×Vcとなる。また、並列接続期間Tpにおいてはn個のキャパシタが並列に接続され、このときの電圧Vaの値VpはVcと等しい。各キャパシタの容量にばらつきがあっても、並列に接続された状態では各キャパシタ間の電荷移動により使用電圧の不均等が解消される。
なお、「使用電圧」とは1つのキャパシタ2の端子間の電圧をいい、充電モードにおいてはこれを「充電電圧」ともいう。
It is assumed that the
The “operating voltage” refers to the voltage between the terminals of one
バックアップ電源装置1は、1つのキャパシタ2の端子間の電圧を検出する使用電圧検出回路41を備え、その検出結果を制御手段4により取得可能に構成することができる。制御手段4は、直列接続したキャパシタ2を周期的に並列接続に切り替え、並列接続期間Tpにおいて、均等化されたキャパシタ2の使用電圧を検出することができる(図2の「M」点)。そして、充電モードにおいては、制御手段4は、検出した使用電圧を1個のキャパシタ2について規定されている最大使用電圧と比較することによって、過充電を防止するように構成することができる。また、バックアップモードにおいては、制御手段4は、検出した使用電圧を1個のキャパシタ2について規定されている下限電圧と比較することによって、過放電を防止するように構成することができる。
The backup power supply device 1 includes a use
図3を参照して、充電モード及びバックアップモードを通したバックアップ電源装置1の一連の動作を説明する。同図(a)は、主電源装置8から供給される直流電源DCinの電圧を表し、(b)はスイッチ素子31及び32のオン・オフ状態、(c)はキャパシタモジュール2の両端間に生じる電圧Vaを表す。図において、時間t0〜t1は充電モードの動作、時間t1〜t2はバックアップモードの動作を表している。
With reference to FIG. 3, a series of operations of the backup power supply device 1 through the charging mode and the backup mode will be described. 4A shows the voltage of the DC power supply DCin supplied from the main
時刻t0に主電源装置8から直流電源の供給が開始されると、バックアップ電源装置1は充電モードで作動する。充電モードにおいては、バックアップ電源装置1は負荷回路9に対する電源供給は行わず、キャパシタ2を充電する。負荷回路9への電源供給を遮断するには、例えばスイッチ素子311をオフとすればよい。
充電モードにおけるキャパシタ2の充電方式は特に限定されない。例えば、図1に示した回路構成によって、制御手段4は複数のキャパシタ2を常時並列に接続して充電を行うように構成することができる(図3の「イ」参照)。また、別の回路構成によって、キャパシタ2を直列に接続して少ない電流により充電するようにすることができる(図3の「ロ」参照)。更に、キャパシタ2を直列に接続して充電を行い、各キャパシタ2のばらつきによって充電電圧が不均等となるのを抑制するために、適宜の周期で並列接続するようにすることもできる。
If the time t 0 from the primary
The charging method of the
キャパシタ2の充電を直列状態及び並列状態のいずれで行う場合にも、充電電圧を監視することにより、キャパシタ2の充電電圧が最大使用電圧を超えないように制御して過充電を防止する必要がある。いずれの場合も、制御手段4は、キャパシタ2を並列接続した期間において、使用電圧検出回路41により充電電圧を検出することができる。そして、例えば、検出した充電電圧が所定電圧(例えば、最大使用電圧の80%)に達するまでは定電流充電を行い、所定電圧を超えた後は定電圧充電に切り替えるように制御することによって、キャパシタ2を十分に充電すると共に過充電を防止することができる。
When charging the
時刻t1に主電源装置8からの電源供給が停止されたとき、バックアップ電源装置1の動作は、制御手段4によって直ちにバックアップモードに切り替えられる。主電源装置8からの電源供給の停止を判断する方法は限定されない。例えば、図1に示されているように、バックアップ電源装置1に入力DCinの電圧(Vin)を検出する入力電圧検出回路43を備え、制御手段4は、主電源装置8から供給を受ける電圧Vinが所定値以上である間は充電モードで作動し、電圧Vinが所定値を下回ったときはバックアップモードで作動するように切り替えるようにすることができる。
When the power supply from the time t 1 to the
その他、充電モードからバックアップモードへの切り替えタイミングは、外部からのスイッチ信号等によって選択可能にすることもできる。例えば、電源として発電機を使用する場合、発電機を短時間停止させても、その停止信号によってバックアップモードに切り替え、キャパシタモジュール2から負荷回路9に電源を供給するようにすることができる。また、負荷回路9が商用電源を使用する電気機器であれば、商用電源をオフにしたり電気機器を商用電源から切り離して使用したりしても、バックアップモードへ切り替えることによってキャパシタモジュール2から電気機器に電源を供給するようにすることができる。
In addition, the switching timing from the charging mode to the backup mode can be selected by an external switch signal or the like. For example, when a generator is used as the power source, even if the generator is stopped for a short time, it can be switched to the backup mode by the stop signal and power can be supplied from the
バックアップモードにおいて、制御手段4は、複数のキャパシタ2を直列に接続して負荷回路9に電力を供給させ、且つ周期的に所定時間(Tp)並列に接続する。複数のキャパシタ2は周期的に並列接続状態とされるため、各キャパシタのばらつきに起因して直列に接続された期間(Ts)に生じたキャパシタ毎の使用電圧の不均等は、並列接続されたときの電荷移動により解消される。キャパシタ2を並列接続状態とする期間Tpの長さ、及び並列接続状態に切り替える周期T1は、適宜とすることができる。
In the backup mode, the control means 4 connects the plurality of
バックアップ期間において、複数(n個)のキャパシタ2は、期間Tsの間直列に接続され、周期T1で期間Tpの間並列接続される。ある時点のキャパシタ1個当りの端子間電圧(使用電圧)をVcとすると、直列接続されたキャパシタモジュール2の電圧Vs=n×Vc、並列接続されたキャパシタモジュール2の電圧Vp=Vcとなる。そして、キャパシタモジュール2からは負荷回路9へ電流が供給されるので、図3に示されるように、上記電圧Vs及びVpは時間経過に伴って放電により減少する。制御手段4は、並列接続期間Tpに、使用電圧検出回路41により電圧Vpを検出することができる。
In the backup period, a plurality (n) of
そこで、並列接続状態で検出された使用電圧Vpの値がキャパシタ2について規定された下限電圧Veに至ったときに(時刻t2)、制御手段4は、負荷回路9への電源供給を停止させることができる。キャパシタ2毎の使用電圧は均等化されているため、すべてのキャパシタについて過放電を防止することができ、且つn個のキャパシタに蓄積されたエネルギを余すことなく利用することが可能となる。すなわち、各キャパシタのばらつきによって、いずれかのキャパシタは下限電圧Veに至ったが、他のキャパシタは下限電圧Ve以上であって、全体としては利用できる電気エネルギが残っているにもかかわらず、下限電圧Veに至ったキャパシタを保護するためにバックアップを終了させなければならないという問題は解決される。
負荷回路9への電力供給を停止させる手段は限定されない。例えば、スイッチ素子311を開とすればよいが、全てのスイッチ素子31及び32を開としてもよい(図1参照)。また、別途の遮断手段が設けられてもよい。
Therefore, when the value of the use voltage Vp detected in the parallel connection state reaches the lower limit voltage Ve defined for the capacitor 2 (time t 2 ), the
Means for stopping the power supply to the
本バックアップ電源装置は、キャパシタモジュール2と負荷回路9との間に直列に挿入されるインダクタを具備する電圧変換回路(6)と、電圧変換回路(6)の出力電圧を検出する出力電圧検出回路(45)と、を備えることができる。この構成によって、本バックアップ電源装置はバックアップモードにおいてDC−DCコンバータとしての機能を備えることができる。
The backup power supply device includes a voltage conversion circuit (6) having an inductor inserted in series between the
図4は、降圧DC−DCコンバータを構成する例を表している。このバックアップ電源装置11は、キャパシタモジュール2の出力回路に直列にインダクタ61(インダクタンスL)が挿入された電圧変換回路6を備える。キャパシタモジュール2の出力はスイッチ素子311を介してインダクタ61の一端に接続されている。スイッチ素子311は、バックアップモードにおいてスイッチ素子32と同じ開閉動作を行うように構成されている。すなわち、キャパシタ2が直列に接続される間スイッチ素子311が閉(オン)となり、キャパシタモジュール2の出力が電圧変換回路6に供給される。一方、キャパシタ2が並列に接続される間はスイッチ素子311が開(オフ)となり、キャパシタモジュール2の出力は電圧変換回路6に供給されない。
インダクタ61の他端は電圧変換回路6の出力端(DCout2)に接続されている。また、インダクタ61の上記他端には、基準電位0Vとの間にキャパシタ63が接続されている。電圧変換回路6の出力電圧を検出するための出力電圧検出回路45には、電圧変換回路6の出力電圧を抵抗65及び66により分圧した電圧Vmが入力される。なお、インダクタ61の上記一端と基準電位0Vとの間には、ダイオード62が接続されている。
FIG. 4 shows an example of configuring a step-down DC-DC converter. The backup power supply device 11 includes a
The other end of the
図5及び図6は、図4に示した電圧変換回路6を備えたバックアップ電源装置11について、DC−DCコンバータとしての動作を説明するためのタイミングチャートである。図5及び6の(a)はスイッチ素子31及び32のオン・オフ状態、(b)はキャパシタモジュール2の出力電圧(0Vを基準とした「A」点の電圧)Va、(c)はインダクタ61を流れる電流IL、(d)は電圧変換回路6の出力DCout2の電圧を表す。以下の説明においては、1個当り最大使用電圧4Vのキャパシタ2を3個使用し、電圧変換回路6の出力電圧を5V±20mVの範囲に制御するものとする。簡単のため、負荷回路9の消費電力は常に24Wであり、電力の変換効率は100%であると仮定する。
5 and 6 are timing charts for explaining the operation as a DC-DC converter of the backup power supply device 11 including the
まず、図5を参照して、キャパシタ2が充分に充電されている状態における作用を説明する。制御手段4は、スイッチ回路3により、キャパシタの直列接続状態(期間Ts1)と並列接続状態(期間Tp1)とを周期的(周期T1)に切り替える。各キャパシタが最大使用電圧4Vに充電されている場合、キャパシタが直列接続される期間Ts1のキャパシタモジュール2の出力電圧Vaの値V1は12Vである。よって、電圧変換回路6に入力される電圧は、ダイオード62による電圧降下分を無視すれば、直列接続期間Ts1において約12V、並列接続期間Tp1において約0Vとなる。
First, with reference to FIG. 5, an operation in a state where the
電圧変換回路6の出力電圧は約5Vであるので、インダクタ61の両端間に生じる電圧VLは、直列接続期間Ts1において約(12V−5V=)7V、並列接続期間Tp1において約(0V−5V=)−5Vとなる。インダクタ61の両端間に生じる電圧VLとそれを流れる電流ILとは、VL=L(dIL/dt)の関係があるため、電流ILは、図5(c)に示すように、直列接続期間Ts1において増加(上昇率はL(dIL/dt)=7V)し、並列接続期間Tp1において減少(下降率はL(dIL/dt)=5V)する脈流となる。その電流の平均値I1は約4.8Aであり、これにより負荷回路9に約24Wの電力が供給されることとなる。
Since the output voltage of the
次に、キャパシタ2の放電が進んで使用電圧が低下した状態では、バックアップ電源装置11の動作は図6に示すように変化する。この状態においては、制御手段4は、キャパシタの直列接続状態(期間Ts2)と並列接続状態(期間Tp2)とを周期的に切り替える。本例では、キャパシタを並列接続に切り替える周期T1は、前図の場合と同一としている。各キャパシタの使用電圧が2Vに低下している状態では(キャパシタの下限電圧は2Vより低いものとする。)、キャパシタが直列接続される期間Ts2のキャパシタモジュール2の出力電圧Vaの値V2は6Vである。よって、電圧変換回路6に入力される電圧は、ダイオード62による電圧降下分を無視すれば、直列接続期間Ts2において約6V、並列接続期間Tp2において約0Vとなる。
Next, in a state where the discharge of the
電圧変換回路6の出力は約5Vであるので、インダクタ61の両端間に生じる電圧VLは、直列接続期間Ts2において約(6V−5V=)1V、並列接続期間Tp2において約(0V−5V=)−5Vとなる。そうすると、インダクタ61を流れる電流ILは、図6(c)に示すように、直列接続期間Ts2において増加(上昇率はL(dIL/dt)=1V)し、並列接続期間Tp2において減少(下降率はL(dIL/dt)=5V)する脈流となる。その電流の平均値I2は約4.8Aであり、これにより負荷回路9に約24Wの電力が供給されることとなる。キャパシタ2の使用電圧が低下していない場合に比べて、直列接続期間は長く(Ts1<Ts2)、並列接続期間は短く(Tp1>Tp2)なる。
以上のように、バックアップ電源装置11は、直列接続期間Ts1及び並列接続期間Tp1の時間を制御することにより、負荷回路9に供給する出力(DCout2)の電圧を安定して約5V(5V±20mV)に保つことができる。
Since the output of the
As described above, the backup power supply device 11 controls the time of the series connection period Ts 1 and the parallel connection period Tp 1 to stabilize the voltage of the output (DCout2) supplied to the
電圧変換回路6を備えたバックアップ電源装置11においては、上記作用により、キャパシタ2の使用電圧が変化しても、制御手段4は、直列接続期間Ts及び並列接続期間Tpを変化させることによって出力(DCout2)の電圧を一定範囲に安定化させることができる。このために、制御手段4は、出力電圧検出回路45によって電圧変換回路6の出力電圧を検出し、その電圧値が所定範囲となるように、キャパシタ2の接続状態の切り替えタイミングを制御するようにすることができる。
In the backup power supply device 11 including the
制御手段4によるキャパシタ2の接続状態の切り替えタイミングの制御方法は特に限定されない。例えば、図5及び6に示したように、キャパシタ2を並列接続に切り替える周期T1を一定とすれば、電圧変換回路6の出力電圧が所定範囲となるように、直列接続期間Ts又は並列接続期間Tpの長さ(TsとTpの比)を変化させることができる。また、キャパシタ2を並列に接続する周期T1を変化させることによって、電圧変換回路6の出力電圧が所定範囲となるように制御してもよい。すなわち、制御手段4は、キャパシタ2の並列接続期間Tp又は直列接続期間Tsの長さ、及び周期T1の長さのうちの少なくとも一つを制御することにより、電圧変換回路6の出力電圧が所定範囲となるように制御することができる。制御手段4は、周期T1、直列接続期間Ts及び並列接続期間Tpの制御を、例えばPWM(パルス幅変調)制御によって容易に行うことができる。スイッチ素子31又は32の駆動信号をPWMによって生成されるパルス信号とし、周期T1を一定とする場合には、PWMのデューティ比によって並列接続期間Tp及び直列接続期間Tsを変化させることができる。
The control method of the switching timing of the connection state of the
また、制御手段4は、キャパシタ2の並列接続期間Tpの間に、使用電圧検出回路41を用いて、キャパシタ2の使用電圧Vpを検出することができる。そして、図6に示したようなキャパシタ2の放電が進んだ状態において、均等化されたキャパシタ2の使用電圧Vpが下限電圧Veにまで低下したことを検出したときには、キャパシタモジュール2から負荷回路9側への電力供給を停止させることができる。
Further, the control means 4 can detect the use voltage Vp of the
本バックアップ電源装置において、前記のとおり、充電モードにおけるキャパシタ2の充電方式は特に限定されない。例えば、バックアップ電源装置1の回路構成(図1参照)を用いて、制御手段4は、充電モードの間キャパシタ2相互を常時並列接続とし、キャパシタ2を充電することができる。また、充電モードの間、スイッチ素子311を開とすることによって、負荷回路9側への電力供給を遮断しておくことができる。
これに限らず、例えば、図7に示すような回路構成によって、充電モードにおいてキャパシタ2を直列に接続して充電可能とすることもできる。本図のバックアップ電源装置12は、スイッチ素子36及び37を備え、その他の構成は図1と同様である。スイッチ素子36及び37を閉(オン)、スイッチ素子31を開、32を閉とした状態で、キャパシタ2を直列に接続して充電することができる。また、周期的に、スイッチ素子37を開(オフ)とすると共に、スイッチ素子36及び31を閉、32を開の状態とすることにより、キャパシタ2を並列に接続してキャパシタ毎の充電電圧の不均等を解消するようにすることができる。そのキャパシタ2を並列に接続した状態において、使用電圧計測回路41を用いてキャパシタ2の充電電圧を検出することが可能である。
In this backup power supply device, as described above, the charging method of the
For example, the
図8は、以上に説明したバックアップ電源装置を適用した、商用電源の供給を受ける無停電電源装置(UPS)の構成例を表している。この無停電電源装置は、キャパシタモジュール2、スイッチ回路3、制御手段4、電圧変換回路6等を備える。キャパシタモジュール2を充電するための主電源装置8は、商用(AC)電源の供給を受けて直流電源を生成するAC−DCコンバータ81、定電流供給回路82、定電圧供給回路83、及び定電流供給回路82と定電圧供給回路83とを切り替える電源切替スイッチ85等から構成されている。
FIG. 8 illustrates a configuration example of an uninterruptible power supply (UPS) that receives supply of commercial power, to which the backup power supply described above is applied. This uninterruptible power supply device includes a
AC電源が投入されると、制御手段4は電源切替スイッチ85により定電流供給回路82を接続し、キャパシタモジュール2は一定の電流で充電される。そして、制御手段4は、使用電圧検出回路41を用いてキャパシタ2の充電電圧(Vp)を検出し、充電電圧Vpが所定の電圧を超えた場合には、電源切替スイッチ85を定電圧供給回路83側に接続する。これにより、キャパシタ2の過充電を防止することができる。
When the AC power is turned on, the control means 4 is connected to the constant
本例においては、AC電源の停電及び電圧低下の少なくとも1つを検出する停電検出回路47を設けて、主電源装置8に供給されるAC電源の異常(電圧低下、停電、瞬時停電等)を検出するようにしている。停電検出回路47の具体的な構成・機能は特に限定されず、例えば、AC電源の電圧が所定値以下となったこと(電圧低下)を検出するようにしてもよいし、AC電源の入力が所定時間以上断となったこと(停電又は瞬時停電)を検出するようにしてもよい。また、これらの条件を組み合わせてAC電源の異常を検出するようにすることもできる。
制御手段4は、AC電源が正常に供給されている間は充電モードで作動し、停電検出回路47によりAC電源の異常が検出されたときにはバックアップモードで作動するように切り替えることができる。
これに限らず、キャパシタモジュール2の入力電源DCinの電圧を検出する前記入力電圧検出回路43を備え、制御手段4は、主電源装置8から供給を受ける直流電圧が所定値以上であるかどうかによって充電モードとバックアップモードとを切り替えるようにしてもよい。
In this example, a power
The control means 4 can be switched to operate in the charging mode while the AC power is normally supplied, and to operate in the backup mode when an abnormality in the AC power is detected by the power
Without being limited thereto, the input
また、本例では、バックアップ電源装置(制御手段4等)の作動に必要な電源Vccを生成するDC−DCコンバータ7を備えている。DC−DCコンバータ7の入力は、主電源装置8(AC−DCコンバータ81)及び電圧変換回路6の各出力と接続されている。これにより、バックアップ電源装置(制御手段4等)は、充電モードにおいては主電源装置8から給電を受け、バックアップモードにおいては電圧変換回路6すなわちバックアップ電源装置自体から給電を受けることができる。
Further, in this example, a DC-
尚、本発明においては、以上に示した実施形態に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した態様とすることができる。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made within the scope of the present invention depending on the purpose and application.
1、11、12;バックアップ電源装置、2(2a、2b、2c);キャパシタモジュール(キャパシタ)、3(31、32、34、36、37、311);スイッチ回路(スイッチ素子)、4;制御手段、41;使用電圧検出回路、43;入力電圧検出回路、45;出力電圧検出回路、47;停電検出回路、6;電圧変換回路、61;インダクタ、63;キャパシタ、7;DC−DCコンバータ、8;主電源装置、81;AC−DCコンバータ、82;定電流供給回路、83;定電圧供給回路、85;電源切替スイッチ、9;負荷回路。
1, 11, 12; backup power supply device, 2 (2a, 2b, 2c); capacitor module (capacitor), 3 (31, 32, 34, 36, 37, 311); switch circuit (switch element), 4; control Means 41: Used voltage detection circuit 43: Input voltage detection circuit 45: Output voltage detection circuit 47: Power failure detection circuit 6: Voltage conversion circuit 61: Inductor 63: Capacitor 7: DC-
Claims (6)
複数のキャパシタを接続して構成されるキャパシタモジュールと、
前記複数のキャパシタの接続状態を直列又は並列に切り替えるスイッチ回路と、
前記主電源装置から給電を受けて前記キャパシタモジュールを充電する充電モード、及び前記キャパシタモジュールから前記負荷回路に電力を供給するバックアップモードにおいて、前記スイッチ回路により前記複数のキャパシタの接続状態を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記バックアップモードにおいて、前記複数のキャパシタを直列に接続して前記負荷回路に電力を供給させ、且つ所定の周期で並列に接続することにより前記キャパシタ毎の使用電圧を均一化させることを特徴とするバックアップ電源装置。 A backup power supply device that receives power from the main power supply device to charge the capacitor, and supplies power from the capacitor to the load circuit when power supply from the main power supply device is stopped,
A capacitor module configured by connecting a plurality of capacitors;
A switch circuit that switches a connection state of the plurality of capacitors in series or in parallel;
Control for controlling connection states of the plurality of capacitors by the switch circuit in a charging mode in which power is supplied from the main power supply device and charging the capacitor module, and in a backup mode in which power is supplied from the capacitor module to the load circuit. Means,
With
In the backup mode, the control means supplies the power to the load circuit by connecting the plurality of capacitors in series, and equalizes the voltage used for each capacitor by connecting them in parallel at a predetermined cycle. A backup power supply characterized by that.
前記制御手段は、前記バックアップモードにおいて、前記複数のキャパシタを並列に接続したときに前記使用電圧検出回路により検出された電圧が所定値以下となった場合には前記負荷回路への電力供給を停止させる請求項1記載のバックアップ電源装置。 A use voltage detection circuit for detecting a voltage between terminals of one of the capacitors;
In the backup mode, the control means stops power supply to the load circuit when a voltage detected by the use voltage detection circuit becomes a predetermined value or less when the plurality of capacitors are connected in parallel. The backup power supply device according to claim 1.
前記制御手段は、前記バックアップモードにおいて、前記出力電圧検出回路によって検出される電圧が所定範囲となるように、前記複数のキャパシタを並列に接続する期間及び周期の少なくとも一つを制御する請求項1又は2に記載のバックアップ電源装置。 A voltage conversion circuit comprising an inductor inserted in series between the capacitor module and the load circuit; and an output voltage detection circuit for detecting an output voltage of the voltage conversion circuit,
2. The control unit controls at least one of a period and a period of connecting the plurality of capacitors in parallel so that a voltage detected by the output voltage detection circuit falls within a predetermined range in the backup mode. Or the backup power supply device according to 2;
前記商用電源の停電及び電圧低下の少なくとも1つを検出する停電検出回路を備え、
前記制御手段は、前記停電検出回路により停電又は電圧低下が検出されたときに前記バックアップモードで作動するように切り替える請求項1乃至4のいずれかに記載のバックアップ電源装置。 The main power supply is supplied with commercial power,
A power failure detection circuit for detecting at least one of a power failure and a voltage drop of the commercial power supply,
The backup power supply device according to any one of claims 1 to 4, wherein the control means is switched to operate in the backup mode when a power failure or a voltage drop is detected by the power failure detection circuit.
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018125965A (en) * | 2017-01-31 | 2018-08-09 | 株式会社デンソーテン | Power storage device and power storage control method |
CN110843605A (en) * | 2019-11-17 | 2020-02-28 | 鲨湾科技(上海)有限公司 | Power supply switching system, switching method of power supply circuit and electric vehicle |
CN112787501A (en) * | 2021-01-28 | 2021-05-11 | 维沃移动通信有限公司 | Charging device and electronic apparatus |
CN113812055A (en) * | 2019-05-27 | 2021-12-17 | 株式会社自动网络技术研究所 | Vehicle-mounted standby power supply device |
EP3971041A1 (en) * | 2020-09-21 | 2022-03-23 | Veoneer Sweden AB | Ecu with power supply management and method for power supply of an ecu |
KR102393577B1 (en) * | 2021-01-13 | 2022-05-04 | 충남대학교 산학협력단 | Auto-store circuit to supply temporary power to nonvolatile memory |
WO2024134937A1 (en) * | 2022-12-22 | 2024-06-27 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Vehicle power supply device |
Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07327323A (en) * | 1994-05-31 | 1995-12-12 | Nemitsuku Ramuda Kk | Battery system |
JPH10285797A (en) * | 1997-03-31 | 1998-10-23 | Kansai Electric Power Co Inc:The | Double-layer capacitor charging/discharging circuit |
JP2001309571A (en) * | 2000-04-20 | 2001-11-02 | Casio Comput Co Ltd | Charging apparatus |
JP2002010501A (en) * | 2000-06-23 | 2002-01-11 | Honda Motor Co Ltd | Capacity equalizing apparatus for capacitor |
US20070052295A1 (en) * | 2003-07-08 | 2007-03-08 | Johannes Frucht | Method and device for supplying at least one load |
WO2007100035A1 (en) * | 2006-03-03 | 2007-09-07 | Nec Corporation | Power supply system |
JP2008117573A (en) * | 2006-11-01 | 2008-05-22 | Japan Aerospace Exploration Agency | Storage cell module with series/parallel switch type equalization function |
JP2008219964A (en) * | 2007-02-28 | 2008-09-18 | Japan Aerospace Exploration Agency | Power storage module |
JP2009129657A (en) * | 2007-11-22 | 2009-06-11 | Nec Tokin Corp | Secondary battery pack |
WO2009077040A2 (en) * | 2007-12-14 | 2009-06-25 | Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Capacitor block comprising capacitors that can be connected to each other and method for charging and discharging the same |
JP2012005160A (en) * | 2010-06-14 | 2012-01-05 | Hitachi Ltd | Charge/discharge circuit and built-in controller |
JP2012115103A (en) * | 2010-11-26 | 2012-06-14 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | Dc power supply and voltage non-equalization suppressing method of capacitor module |
JP2014176152A (en) * | 2013-03-07 | 2014-09-22 | Tdk Corp | Power storage system |
-
2014
- 2014-01-10 JP JP2014003713A patent/JP6018097B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07327323A (en) * | 1994-05-31 | 1995-12-12 | Nemitsuku Ramuda Kk | Battery system |
JPH10285797A (en) * | 1997-03-31 | 1998-10-23 | Kansai Electric Power Co Inc:The | Double-layer capacitor charging/discharging circuit |
JP2001309571A (en) * | 2000-04-20 | 2001-11-02 | Casio Comput Co Ltd | Charging apparatus |
JP2002010501A (en) * | 2000-06-23 | 2002-01-11 | Honda Motor Co Ltd | Capacity equalizing apparatus for capacitor |
US20070052295A1 (en) * | 2003-07-08 | 2007-03-08 | Johannes Frucht | Method and device for supplying at least one load |
WO2007100035A1 (en) * | 2006-03-03 | 2007-09-07 | Nec Corporation | Power supply system |
JP2008117573A (en) * | 2006-11-01 | 2008-05-22 | Japan Aerospace Exploration Agency | Storage cell module with series/parallel switch type equalization function |
JP2008219964A (en) * | 2007-02-28 | 2008-09-18 | Japan Aerospace Exploration Agency | Power storage module |
JP2009129657A (en) * | 2007-11-22 | 2009-06-11 | Nec Tokin Corp | Secondary battery pack |
WO2009077040A2 (en) * | 2007-12-14 | 2009-06-25 | Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Capacitor block comprising capacitors that can be connected to each other and method for charging and discharging the same |
JP2012005160A (en) * | 2010-06-14 | 2012-01-05 | Hitachi Ltd | Charge/discharge circuit and built-in controller |
JP2012115103A (en) * | 2010-11-26 | 2012-06-14 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | Dc power supply and voltage non-equalization suppressing method of capacitor module |
JP2014176152A (en) * | 2013-03-07 | 2014-09-22 | Tdk Corp | Power storage system |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018125965A (en) * | 2017-01-31 | 2018-08-09 | 株式会社デンソーテン | Power storage device and power storage control method |
CN113812055A (en) * | 2019-05-27 | 2021-12-17 | 株式会社自动网络技术研究所 | Vehicle-mounted standby power supply device |
CN110843605A (en) * | 2019-11-17 | 2020-02-28 | 鲨湾科技(上海)有限公司 | Power supply switching system, switching method of power supply circuit and electric vehicle |
TWI754430B (en) * | 2019-11-17 | 2022-02-01 | 大陸商鯊灣科技(上海)有限公司 | Power switching system, switching method of power supply circuit, and electric vehicle |
EP3971041A1 (en) * | 2020-09-21 | 2022-03-23 | Veoneer Sweden AB | Ecu with power supply management and method for power supply of an ecu |
KR102393577B1 (en) * | 2021-01-13 | 2022-05-04 | 충남대학교 산학협력단 | Auto-store circuit to supply temporary power to nonvolatile memory |
CN112787501A (en) * | 2021-01-28 | 2021-05-11 | 维沃移动通信有限公司 | Charging device and electronic apparatus |
WO2024134937A1 (en) * | 2022-12-22 | 2024-06-27 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Vehicle power supply device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6018097B2 (en) | 2016-11-02 |
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