JP3414655B2 - Series switching capacitor power supply - Google Patents

Series switching capacitor power supply

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JP3414655B2
JP3414655B2 JP32474298A JP32474298A JP3414655B2 JP 3414655 B2 JP3414655 B2 JP 3414655B2 JP 32474298 A JP32474298 A JP 32474298A JP 32474298 A JP32474298 A JP 32474298A JP 3414655 B2 JP3414655 B2 JP 3414655B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、キャパシタ・バン
クに電気エネルギーを蓄えて負荷に給電するキャパシタ
電源装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitor power supply device that stores electric energy in a capacitor bank to supply power to a load.

【0002】[0002]

【従来の技術】電気二重層コンデンサは、鉛電池やニッ
ケル・カドミウム電池のような充電に時間がかかる化学
電池と比較して、他のコンデンサと同様に物理的な充電
により急速充電が可能になる。しかも、電気二重層コン
デンサの電池は、大量にエネルギーが貯蔵できるという
化学電池にない大きなメリットを有しているが、電力の
貯蔵量を多くしてそれを有効に利用しようとすると、Q
=CV2 /2の関係に基づいて端子電圧が大きく変動す
る特性を持っている。電気二重層コンデンサを使用した
ECS(Energy Capacitor System) による電力貯蔵装置
は、電気二重層コンデンサの電力の貯蔵量を多くしてそ
れを有効に利用できるものとして、電気自動車の電源装
置や大規模な電力貯蔵装置として注目されている。
2. Description of the Related Art Electric double-layer capacitors, like chemical batteries such as lead batteries and nickel-cadmium batteries, which take a long time to be charged, can be rapidly charged by physical charging like other capacitors. . Moreover, the battery of the electric double layer capacitor has a great advantage that a large amount of energy can be stored, which is not available in the chemical battery.
= Has the characteristic that the terminal voltage varies greatly based on the relation of CV 2/2. An electric power storage device using an ECS (Energy Capacitor System) that uses an electric double layer capacitor has a large amount of electric power stored in the electric double layer capacitor and can be effectively used as a power supply device for an electric vehicle or a large scale. It is receiving attention as an electric power storage device.

【0003】ECSは、コンデンサと並列モニタと電流
ポンプからなる電力エネルギー貯蔵システムとして既に
各種文献(例えば電子技術、1994−12、p1〜
3、電学論B、115巻5号、平成7年 p504〜6
10など)で紹介されている。ここで、並列モニタは、
複数のコンデンサが直並列に接続されたコンデンサバン
クの各コンデンサの端子間に接続され、コンデンサバン
クの充電電圧が並列モニタの設定値を越えると充電電流
をバイパスする装置である。そのため、コンデンサバン
クを耐電圧いっぱいまで使えるようにするものとして、
並列モニタは、きわめて大きな役割を持ち、エネルギー
密度の有効利用の手段として不可欠な装置である。並列
モニタの接続により、コンデンサの特性のバラツキや残
留電荷の大小がある場合にも、最大電圧の均等化、逆流
防止、充電終止電圧の検出と制御などを行うことができ
る。したがって、コンデンサバンク内のすべてのコンデ
ンサは、設定された電圧まで均等に充電され、コンデン
サの蓄積能力をほぼ100パーセント発揮させることが
できる。
The ECS has already been used as a power energy storage system consisting of a capacitor, a parallel monitor and a current pump in various documents (eg, electronic technology, 1994-12, p1 to p1).
3, Electronics B, Vol. 115, No. 5, 1995, p504-6
10 etc.). Where the parallel monitor is
This is a device in which a plurality of capacitors are connected between the terminals of each capacitor of a capacitor bank connected in series and parallel, and the charging current is bypassed when the charging voltage of the capacitor bank exceeds the set value of the parallel monitor. Therefore, to make the capacitor bank usable up to the full withstand voltage,
The parallel monitor plays an extremely important role and is an essential device as a means for effectively utilizing the energy density. By connecting the parallel monitors, it is possible to equalize the maximum voltage, prevent backflow, detect and control the end-of-charge voltage, etc. even when there are variations in the characteristics of the capacitors and the magnitude of the residual charge. Therefore, all the capacitors in the capacitor bank are evenly charged to the set voltage, and the storage capacity of the capacitors can be almost 100% exhibited.

【0004】しかし、電気二重層コンデンサのように満
充電状態からエネルギーを取り出すに従って電圧が大き
く低下する電圧変動の大きい電池を用いた電源装置で
は、蓄積能力を有効に活用するため、電源側電圧の定電
圧化を図ることが必須である。そのために、電池の直並
列切り換えを行い、電圧の変動幅を小さくするようにし
た電源装置が既に提案(特開平8−168182号公報
参照)されている。図11はコンデンサ電池の直並列切
り換えを行う電源装置の構成例を示す図であり、コンデ
ンサ電池を電圧の低下にしたがって並列接続から直列接
続に切り換えるものである。このような電源装置では、
例えば図11(A)に示すコンデンサ電池C1、C2の
直並列切り換え回路を、図11(B)に示すようにさら
に多段に縦続接続し充放電状態に応じ段階的に切り換え
制御すると、段数に見合って電圧の変動幅を小さくする
ことができる。
However, in a power supply device such as an electric double layer capacitor, which uses a battery having a large voltage fluctuation in which the voltage greatly decreases as energy is taken out from a fully charged state, in order to effectively utilize the storage capacity, the power supply side voltage It is essential to make the voltage constant. For this reason, a power supply device has been already proposed (see Japanese Patent Laid-Open No. 8-168182) in which serial / parallel switching of batteries is performed to reduce the voltage fluctuation range. FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of a power supply device that performs series-parallel switching of capacitor batteries, in which the capacitor batteries are switched from parallel connection to series connection as the voltage drops. In such a power supply,
For example, if the series-parallel switching circuit of the capacitor batteries C1 and C2 shown in FIG. 11 (A) is cascade-connected in multiple stages as shown in FIG. 11 (B) and switching control is performed stepwise according to the charging / discharging state, the number of stages is matched. The voltage fluctuation range can be reduced.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のように
電圧の変動幅を小さくしようとすると、並列接続から直
列接続に切り換える段数が多くなり、段数が多くなるに
伴ってそれだけ多数の切り換えスイッチSp1、Sp
2、Ss1〜Sp31、Sp32、Ss31が必要にな
る。つまり、図11(A)から明らかなように、1段に
3つの切り換えスイッチSp1、Sp2、Ss1が用い
られるので、段数の3倍の切り換えスイッチが必要にな
る。
However, if the fluctuation range of the voltage is reduced as described above, the number of stages for switching from parallel connection to series connection increases, and as the number of stages increases, a correspondingly larger number of changeover switches Sp1. , Sp
2, Ss1 to Sp31, Sp32, and Ss31 are required. That is, as is apparent from FIG. 11A, since three change-over switches Sp1, Sp2, Ss1 are used in one stage, three-fold change-over switches are required.

【0006】しかも、これらの切り換えスイッチは、電
源用であることから、大型の電磁接触器やジャイアント
トランジスタ、IGBT、GTO、サイリスタなどのパ
ワー半導体を用いることになる。そのため、切り換えス
イッチの駆動回路や放熱板などを含め、部品点数が多く
なり、取り付けのために大きなスペースの確保が必要に
なる。その結果、装置のコストが高くなり、信頼性にも
問題が生じる。
Moreover, since these change-over switches are for power supplies, power semiconductors such as large electromagnetic contactors, giant transistors, IGBTs, GTOs, thyristors and the like are used. Therefore, the number of components including the drive circuit of the changeover switch and the heat dissipation plate is large, and it is necessary to secure a large space for mounting. As a result, the cost of the device increases, and reliability also becomes a problem.

【0007】さらに、並列接続から直列接続に切り換え
る際、コンデンサ電池C1、C2の電圧が不均一になっ
ていると、コンデンサ電池C1とC2との間で大きなク
ロスカーレントが流れるので、図11(C)に示すよう
にこのようなクロスカーレントを防ぐための保護回路A
1、A2、それに対応できるスイッチング素子Q1〜Q
3が必要になる。
Further, when switching from parallel connection to series connection, if the voltages of the capacitor batteries C1 and C2 are non-uniform, a large cross current flows between the capacitor batteries C1 and C2. As shown in C), a protection circuit A for preventing such cross curl
1, A2, and switching elements Q1 to Q that can support it
3 is required.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するものであって、少ない数のスイッチでキャパシタ
の接続を制御し、利用率の向上、装置のコストの低減、
信頼性の向上を図るものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is to solve the above-mentioned problems, and controls the connection of capacitors with a small number of switches to improve the utilization rate and reduce the cost of the device.
It is intended to improve reliability.

【0009】そのために本発明は、複数のキャパシタ・
バンクの直列接続を充放電状態に応じて制御することに
より電圧を許容変動幅に制御する直列切り換え式キャパ
シタ電源装置であって、出力電圧の設定範囲で充放電さ
れる出力用キャパシタ・バンクと、前記許容変動幅で充
放電される複数の調整用キャパシタ・バンクと、前記出
力用キャパシタ・バンクと前記複数の調整用キャパシタ
・バンクとの直列接続及び該接続の切り離しを行うスイ
ッチング手段と、前記出力用キャパシタ・バンクの電圧
を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段により検
出された電圧に応じて、放電時には前記出力用キャパシ
タ・バンクに前記複数の調整用キャパシタ・バンクを順
次直列に接続し、充電時には直列接続された前記複数の
調整用キャパシタ・バンクを前記出力用キャパシタ・バ
ンクから順次切り離し前記出力電圧を許容変動幅で調整
するように前記スイッチング手段を制御する制御手段
と、前記充電時に前記出力用キャパシタ・バンクから切
り離された前記調整用キャパシタ・バンクに対し緩和充
電を行う緩和充電手段とを備え、放電時と充電時で前記
スイッチング手段の切り換え順を逆に制御して前記出力
用キャパシタ・バンクと前記複数の調整用キャパシタ・
バンクとの直列接続及び該接続の切り離しを順次行うよ
うにしたことを特徴とするものである。
To this end, the present invention provides a plurality of capacitors
A serial switching type capacitor power supply device for controlling a voltage within an allowable fluctuation range by controlling a series connection of banks according to a charge / discharge state, and an output capacitor bank charged / discharged within a set range of an output voltage, A plurality of adjustment capacitor banks that are charged and discharged within the permissible fluctuation range; a switching means that serially connects and disconnects the output capacitor bank and the plurality of adjustment capacitor banks; and the output Voltage detecting means for detecting the voltage of the capacitor capacitor bank, and according to the voltage detected by the voltage detecting means, the plurality of adjusting capacitor banks are sequentially connected in series to the output capacitor bank during discharging. During charging, the plurality of adjustment capacitor banks connected in series are sequentially disconnected from the output capacitor bank. Control means for controlling the switching means so as to adjust the output voltage within an allowable fluctuation range, and relaxation charge for performing relaxation charge on the adjustment capacitor bank separated from the output capacitor bank at the time of charging. Means for controlling the switching order of the switching means in reverse at the time of discharging and at the time of charging, and the output capacitor bank and the plurality of adjusting capacitors.
It is characterized in that serial connection with the bank and disconnection of the connection are sequentially performed.

【0010】さらに、前記出力用キャパシタ・バンク
は、複数のキャパシタ・バンクを直列接続したものであ
ることを特徴とし、前記電圧検出手段は、前記出力用キ
ャパシタ・バンクの端子間電圧を測定して前記充放電状
態を検出することを特徴とし、前記電圧検出手段は、前
記出力用キャパシタ・バンクの端子間電圧を測定してエ
ネルギー残量を演算し、残量表示を行うことを特徴とす
るものである。
Further, the output capacitor bank is formed by connecting a plurality of capacitor banks in series, and the voltage detecting means measures a voltage between terminals of the output capacitor bank. Characterized in that the charging / discharging state is detected, and the voltage detecting means measures the voltage between terminals of the output capacitor bank to calculate the remaining amount of energy, and displays the remaining amount. Is.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図1は本発明に係る直列切り換
え式キャパシタ電源装置の実施の形態を示す図であり、
C1〜C5はキャパシタ・バンク、S1〜S3はスイッ
チ、A1は制御回路、1は充電器、2は出力制御回路、
3は負荷を示す。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a serial switching type capacitor power supply device according to the present invention,
C1 to C5 are capacitor banks, S1 to S3 are switches, A1 is a control circuit, 1 is a charger, 2 is an output control circuit,
3 indicates a load.

【0012】図1において、キャパシタ・バンクC1〜
C5は、電気エネルギー貯蔵用として、例えば電気二重
層コンデンサのようなキャパシタ(単セル)を複数個用
いることにより、それらを直列あるいはそれをさらに並
列に接続したものであり、各キャパシタ、あるいはバン
クには並列モニタが接続される。これらのうち、キャパ
シタ・バンクC1〜C3は、負荷の定格電圧の範囲で充
放電される出力用キャパシタ・バンクであり、キャパシ
タ・バンクC4、C5は、負荷電圧の変動幅許容範囲で
充放電される調整用キャパシタ・バンクである。スイッ
チS1〜S3は、直列接続した出力用キャパシタ・バン
クC1〜C3にさらに追加して調整用キャパシタ・バン
クC4、C5を段階的に直列接続したり、あるいは接続
の切り離しをしたりするものである。
In FIG. 1, capacitor banks C1.about.
C5 is a capacitor (single cell) such as an electric double layer capacitor, which is connected in series or in parallel for electric energy storage, and is connected to each capacitor or bank. Is connected to a parallel monitor. Of these, the capacitor banks C1 to C3 are output capacitor banks that are charged and discharged within the rated voltage range of the load, and the capacitor banks C4 and C5 are charged and discharged within the load voltage fluctuation range allowable range. This is an adjustment capacitor bank. The switches S1 to S3 are provided in addition to the output capacitor banks C1 to C3 connected in series to connect the adjustment capacitor banks C4 and C5 in series in a stepwise manner or disconnect the connection. .

【0013】制御回路A1は、直列接続した出力用キャ
パシタ・バンクC1〜C3における充放電状態(電圧)
を検出し、その充放電状態に応じてスイッチS1〜S3
を制御して調整用キャパシタ・バンクC4、C5につい
て接続又は接続の切り離しを行うものである。したがっ
て、制御回路A1によりスイッチS1〜S3のうち常に
いずれか1つのみをオンにすることにより、キャパシタ
・バンクC1〜C3だけの直列接続からキャパシタ・バ
ンクC4、さらにはC5を加えた直列接続の状態まで、
直列接続されるバンク数を段階的に切り換える。したが
って、制御回路A1では、3つの接続状態の切り換えを
行うので、2つの検出レベルE1 、E(例えばE
<E2 )を有する。
The control circuit A1 has a charging / discharging state (voltage) in the output capacitor banks C1 to C3 connected in series.
Is detected, and switches S1 to S3 are selected according to the charging / discharging state.
Is controlled to connect or disconnect the adjustment capacitor banks C4 and C5. Therefore, by always turning on only one of the switches S1 to S3 by the control circuit A1, the series connection of only the capacitor banks C1 to C3 to the series connection of the capacitor banks C4 and C5 is added. Up to the state
The number of banks connected in series is switched stepwise. Therefore, since the control circuit A1 switches between the three connection states, two detection levels E 1 and E 2 (for example, E 1
<E 2 ).

【0014】充電器1は、電源より直列接続されたキャ
パシタ・バンクC1〜C5に定電流充電する電流源であ
り、段階的にキャパシタ・バンクC4、C5の接続が切
り離され、最終的にキャパシタ・バンクC1〜C3の直
列回路が定格電圧まで充電されて充電を終了する。出力
制御回路2は、例えば既に知られた電流ホンプのように
キャパシタ・バンクC1〜C5から負荷3に供給する電
流を制御、調節したり、負荷3から逆に電流源(充電
器)としてキャパシタ・バンクC1〜C5を充電する、
つまり負荷3が発電機となる回生制動の場合の切り換え
を行ったりするものである。したがって、出力制御回路
2としては、電子スイッチや、降圧チョッパ、昇圧チョ
ッパ、その他のDC/DCコンバータが用いられるが、
キャパシタ・バンクC1〜C5の接続切り換えの制御に
より、負荷3から見て調整の必要のない範囲に電圧が安
定化される場合には省くこともでき、本発明にとっては
特に必要不可欠な構成要素というものではない。勿論、
キャパシタ・バンクC1〜C5の接続切り換えの制御に
より、電圧変動範囲が小さくなれば、これとコンバータ
を組み合わせることにより、コンバータを高効率に設計
でき、電圧安定性の高い電源を実現することもできる。
The charger 1 is a current source for charging the capacitor banks C1 to C5 connected in series from the power source with a constant current. The connection between the capacitor banks C4 and C5 is gradually disconnected, and finally the capacitor banks C1 and C5 are disconnected. The series circuit of the banks C1 to C3 is charged to the rated voltage and the charging is completed. The output control circuit 2 controls and regulates the current supplied from the capacitor banks C1 to C5 to the load 3 like the already known current hoop, or conversely acts as a current source (charger) from the load 3 as a capacitor. Charging banks C1-C5,
That is, the switching is performed in the case of regenerative braking in which the load 3 serves as a generator. Therefore, as the output control circuit 2, an electronic switch, a step-down chopper, a step-up chopper, or other DC / DC converter is used.
It can be omitted when the voltage is stabilized in a range that does not need to be adjusted from the viewpoint of the load 3 by controlling the connection switching of the capacitor banks C1 to C5, and is a particularly indispensable component for the present invention. Not a thing. Of course,
If the voltage fluctuation range is reduced by controlling the connection switching of the capacitor banks C1 to C5, the converter can be designed with high efficiency by combining it with a converter, and a power supply with high voltage stability can be realized.

【0015】次に、キャパシタ・バンクC1〜C3の電
圧Vc3に応じてスイッチS1〜S3を制御し、直列接続
するキャパシタ・バンクC1〜C5の数を切り換える充
放電動作を説明する。図2は接続制御の処理ルーチンの
例を説明するための図、図3は制御回路の構成例を示す
図、図4は電圧を判定しスイッチング信号を発生する回
路の構成例を示す図である。図中、21、22、24、
25はコンパレータ、23、28はデコーダ、26はイ
ンバータ(反転回路)、27はアップダウンカウンタを
示す。
Next, the charging / discharging operation of controlling the switches S1 to S3 in accordance with the voltage Vc3 of the capacitor banks C1 to C3 and switching the number of the capacitor banks C1 to C5 connected in series will be described. 2 is a diagram for explaining an example of a connection control processing routine, FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a control circuit, and FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a circuit for determining a voltage and generating a switching signal. . In the figure, 21, 22, 24,
Reference numeral 25 is a comparator, 23 and 28 are decoders, 26 is an inverter (inversion circuit), and 27 is an up / down counter.

【0016】制御回路A1では、例えば図2に示すよう
にキャパシタ・バンクC3の上端の電圧Vc3を読み込み
(ステップS11)、この電圧Vc3を制御の判定基準と
して予め設定された設定レベルE1 、E2 と比較する
(ステップS12、14)。そして、電圧Vc3が第1の
設定レベルE1 より低い場合には、スイッチS3のみを
オンにして全キャパシタ・バンクC1〜C5の直列接続
とする(ステップS16)。また、電圧Vc3が第2の設
定レベルE2 より低く第1の設定レベルE1 以上であれ
ば、スイッチS2のみをオンにしてキャパシタ・バンク
C5を除きキャパシタ・バンクC1〜C4の直列接続と
する(ステップS15)。そして、電圧Vc3が第2の設
定レベルE2 以上であれば、スイッチS1のみをオンに
してキャパシタ・バンクC4、C5を除きキャパシタ・
バンクC1〜C3の直列接続とする(ステップS1
3)。これを充放電動作で説明すると、次のようにな
る。
In the control circuit A1, for example, as shown in FIG. 2, the voltage Vc3 at the upper end of the capacitor bank C3 is read (step S11), and this voltage Vc3 is used as a criterion for control to set preset levels E 1 and E. It is compared with 2 (steps S12 and S14). Then, when the voltage Vc3 is lower than the first set level E 1 , only the switch S3 is turned on to connect all the capacitor banks C1 to C5 in series (step S16). If the voltage Vc3 is lower than the second set level E 2 and is equal to or higher than the first set level E 1 , only the switch S2 is turned on and the capacitor banks C1 to C4 are connected in series except the capacitor bank C5. (Step S15). If the voltage Vc3 is equal to or higher than the second set level E 2 , only the switch S1 is turned on and the capacitor banks C4 and C5 are excluded.
The banks C1 to C3 are connected in series (step S1).
3). The charge / discharge operation will be described below.

【0017】充電動作について説明する。全放電からの
充電は、図1(A)に示すようにスイッチS3のみをオ
ンにすることにより、全キャパシタ・バンクC1〜C5
を直列に接続した状態から開始する。つまり、制御回路
A1は、キャパシタ・バンクC3の上端の電圧Vc3が第
1の設定レベルE1 に達しないとスイッチS3のみをオ
ンにする。充電を開始し、充電電圧Vc3が第1の設定レ
ベルE1 まで上昇したことを制御回路A1が検出する
と、図1(B)に示すようにスイッチS3をオフにして
スイッチS2のみをオンにすることにより、キャパシタ
・バンクC5を切り離してキャパシタ・バンクC1〜C
4の直列接続とする。さらに充電電圧Vc3が上昇し、第
2の設定レベルE2 に達した(越えた)ことを制御回路
A1が検出すると、図1(C)に示すようにスイッチS
2をオフにしてスイッチS1のみをオンにすることによ
り、キャパシタ・バンクC4を切り離してキャパシタ・
バンクC1〜C3の直列接続とする。そして、定格電圧
まで充電すると、この状態が系としての満充電になる。
The charging operation will be described. Charging from all discharges is performed by turning on only the switch S3 as shown in FIG.
Start from the state of connecting in series. That is, the control circuit A1 turns on only the switch S3 unless the voltage Vc3 at the upper end of the capacitor bank C3 reaches the first set level E 1 . Begins charging, the charging voltage Vc3 the control circuit A1 that rises to a set level E 1 first detects, to turn on only the switch S2 turns off the switch S3, as shown in FIG. 1 (B) By disconnecting the capacitor bank C5, the capacitor banks C1 to C
4 connected in series. Further the charging voltage Vc3 increased and the second setting level E 2 reached (exceeded a) the control circuit A1 that is detected, the switch S as shown in FIG. 1 (C)
2 is turned off and only switch S1 is turned on to disconnect the capacitor bank C4 and
The banks C1 to C3 are connected in series. Then, when the battery is charged to the rated voltage, this state becomes the full charge of the system.

【0018】放電動作について説明する。満充電からの
放電は、充電動作のときと逆に、図1(C)に示すよう
にスイッチS1のみをオンにすることにより、キャパシ
タ・バンクC1〜C3の3つを直列に接続した状態から
開始する。放電により電圧Vc3が低下し、第2の設定レ
ベルE2 より低下したことを制御回路A1が検出する
と、図1(B)に示すようにスイッチS1をオフにして
スイッチS2のみをオンにすることにより、キャパシタ
・バンクC4を直列に加える。さらに放電が進み、電圧
Vc3が第1の設定レベルE1 より低下したことを制御回
路A1が検出すると、図1(A)に示すようにスイッチ
S2をオフにしてスイッチS1のみをオンにすることに
より、キャパシタ・バンクC5も直列に加える。このよ
うにキャパシタ・バンクC4、C5を順次直列に加えて
いくことにより、出力電圧の低下を補っている。
The discharge operation will be described. Contrary to the charging operation, the discharge from full charge starts from the state where the three capacitor banks C1 to C3 are connected in series by turning on only the switch S1 as shown in FIG. 1 (C). Start. Discharge voltage Vc3 lowered by, the control circuit A1 that falls below the second set level E 2 is detected, turning on only the switch S2 turns off the switch S1, as shown in FIG. 1 (B) Adds a capacitor bank C4 in series. When the control circuit A1 detects that the voltage Vc3 has dropped below the first set level E 1 due to further discharge, the switch S2 is turned off and only the switch S1 is turned on as shown in FIG. Thus, the capacitor bank C5 is also added in series. By sequentially adding the capacitor banks C4 and C5 in series in this manner, the decrease in the output voltage is compensated.

【0019】系としての満充電の状態では、図1(C)
に示すようにスイッチS1のみをオンにしキャパシタ・
バンクC1〜C3の直列接続により定格電圧を取り出し
ているため、その上にキャパシタ・バンクC4+C5の
電圧が積み重なり、回路の内部で発生する最大電圧はそ
の分大きくなる。このような図1(A)〜(C)に示す
回路構成に対し、図1(D)に示す回路構成は、キャパ
シタ・バンクC4+C5の電圧がキャパシタ・バンクC
1〜C3の直列回路の電圧から差し引く極性で接続され
るので、回路の内部で発生する最大電圧を低く抑えるこ
とができる。
In the fully charged state of the system, FIG.
As shown in, only switch S1 is turned on and the capacitor
Since the rated voltage is taken out by the series connection of the banks C1 to C3, the voltage of the capacitor bank C4 + C5 is piled up on the rated voltage, and the maximum voltage generated inside the circuit is correspondingly increased. In contrast to the circuit configuration shown in FIGS. 1A to 1C, in the circuit configuration shown in FIG. 1D, the voltage of the capacitor banks C4 + C5 is the capacitor bank C.
Since they are connected with the polarity subtracted from the voltage of the series circuit of 1 to C3, the maximum voltage generated inside the circuit can be suppressed low.

【0020】このように制御回路A1では、負荷の定格
電圧の範囲で充放電される出力用キャパシタ・バンクC
1〜C3の端子間電圧Vc3を測定し、その電圧Vc3の判
定に基づき充放電状態を検出することができるが、電圧
Vからエネルギー残量を求めることもできる。図3はこ
の残量表示を行う回路を有する制御回路の構成例を示し
たものである。図3において、電圧検出回路11は、出
力用キャパシタ・バンクC1〜C3の端子間電圧Vc3を
測定するものである。電圧判定回路12は、その電圧V
c3に基づき電圧を判定(充放電状態を判定)するもので
あり、スイッチ制御回路12は、電圧判定回路12の判
定に基づき上記のようなスイッチS1〜S3のオンオフ
制御を行うものである。また、残量演算回路14は、電
圧Vc3に基づきエネルギー残量を演算するものであり、
表示回路15は、残量演算回路14により演算されたエ
ネルギー残量を表示するものである。
As described above, in the control circuit A1, the output capacitor bank C which is charged and discharged in the range of the rated voltage of the load.
The voltage Vc3 between the terminals 1 to C3 can be measured, and the charge / discharge state can be detected based on the determination of the voltage Vc3. However, the energy remaining amount can be obtained from the voltage V. FIG. 3 shows a configuration example of a control circuit having a circuit for displaying the remaining amount. In FIG. 3, the voltage detection circuit 11 measures the inter-terminal voltage Vc3 of the output capacitor banks C1 to C3. The voltage determination circuit 12 determines the voltage V
The voltage is determined (the charge / discharge state is determined) based on c3, and the switch control circuit 12 performs the on / off control of the switches S1 to S3 as described above based on the determination of the voltage determination circuit 12. Further, the remaining amount calculation circuit 14 calculates the remaining amount of energy based on the voltage Vc3,
The display circuit 15 displays the remaining energy amount calculated by the remaining amount calculation circuit 14.

【0021】電圧を判定しスイッチング信号を発生する
回路としては、例えば図4に示す回路がある。図4
(A)に示す例の回路は、先に述べたようにキャパシタ
・バンクC3の上端の電圧Vc3を読み込み、この電圧V
c3を設定レベルE1 、E2 と比較し判定してスイッチS
1〜S3のオン/オフを制御するものである。設定レベ
ルE1 、E2 は、第1段、第2段のキャパシタ・バンク
の切り換えレベルを判定するために用意されるものであ
り、コンパレータ21、22は、キャパシタ・バンクC
3の上端の電圧Vc3と設定レベルE1 、E2 との比較を
行うものである。そして、デコーダ23は、コンパレー
タ21、22の出力をデコードしてスイッチS1〜S3
のいずれかのオン信号を生成するものである。したがっ
て、調整用キャパシタ・バンクの段数が増えれば、その
段数に対応した数の設定レベルとコンパレータが必要と
なる。
As a circuit for judging a voltage and generating a switching signal, there is a circuit shown in FIG. 4, for example. Figure 4
The circuit of the example shown in (A) reads the voltage Vc3 at the upper end of the capacitor bank C3 as described above,
The switch S is compared by comparing c3 with the set levels E 1 and E 2.
This is to control ON / OFF of 1 to S3. The set levels E 1 and E 2 are prepared for determining the switching levels of the first and second stage capacitor banks, and the comparators 21 and 22 are the capacitor banks C.
The voltage Vc3 at the upper end of 3 is compared with the set levels E 1 and E 2 . Then, the decoder 23 decodes the outputs of the comparators 21 and 22 and switches S1 to S3.
To generate an ON signal. Therefore, if the number of stages of the adjustment capacitor bank increases, the number of setting levels and the number of comparators corresponding to the number of stages are required.

【0022】また、図4(B)に示す例の回路は、出力
用キャパシタ・バンクC1〜C3に調整用のキャパシタ
・バンクC4、C5を適宜直列に接続した出力電圧Vou
t を読み込み、この電圧Vout を判定してスイッチS1
〜Snのオン/オフを制御するものである。設定レベル
H は、充電時の切り換えレベルを判定するために用意
される高めの値、設定レベルVL は、放電時の切り換え
レベルを判定するために用意される低めの値であり、コ
ンパレータ24、25は、出力電圧Vout と設定レベル
H 、VL との比較を行うものである。そして、アップ
ダウンカンウタ27は、コンパレータ24の出力により
アップカウントを、コンパレータ25の出力によりダウ
ンカウントを行い、デコーダ28は、アップダウンカン
ウタ27の出力をデコードしてスイッチS1〜Snのい
ずれかのオン信号を生成するものである。リセット(re
set)は、起動時など、カウント値をゼロにして回路をス
タートさせる時に用いる。したがって、この回路の場合
には、アップダウンカンウタ27とデコーダ28を調整
用キャパシタ・バンクの数に対応できるようにすれば、
調整用キャパシタ・バンクの数に関係なく2つの設定レ
ベルと2つのコンパレータ24、25で構成できる。
Further, in the circuit of the example shown in FIG. 4B, the output voltage Vou is obtained by appropriately connecting the output capacitor banks C1 to C3 in series with the adjustment capacitor banks C4 and C5.
Read t, judge this voltage Vout, and switch S1
It is for controlling ON / OFF of Sn. The setting level V H is a high value prepared for determining the switching level at the time of charging, and the setting level V L is a low value prepared for determining the switching level at the time of discharging, and the comparator 24 , 25 are for comparing the output voltage Vout with the set levels V H , V L. Then, the up / down counter 27 performs up-counting by the output of the comparator 24 and down-counting by the output of the comparator 25, and the decoder 28 decodes the output of the up-down counter 27 to select one of the switches S1 to Sn. Is to generate an ON signal. Reset (re
set) is used when the circuit is started with the count value set to zero, such as at startup. Therefore, in the case of this circuit, if the up / down counter 27 and the decoder 28 are made to correspond to the number of adjustment capacitor banks,
It can be composed of two setting levels and two comparators 24 and 25 regardless of the number of adjustment capacitor banks.

【0023】なお、上に述べたいずれの方式でも、キャ
パシタの内部抵抗によって発生する出力電圧の変動、い
わゆる負荷変動の現象が現れるが、切り換え点付近で負
荷変動により不必要に頻繁なバンク切り換えが発生しな
いよう、コンパレータには適宜なヒステリシス特性を持
たせることができる。
In any of the above-mentioned methods, a phenomenon of output voltage fluctuation caused by internal resistance of the capacitor, so-called load fluctuation appears, but unnecessarily frequent bank switching occurs due to load fluctuation near the switching point. The comparator can be provided with an appropriate hysteresis characteristic so as not to occur.

【0024】充電から放電までの動作例をさらに説明す
る。図5は全放電状態から定電流充電し定電力放電完了
までの各部の電圧推移の例を示す図、図6は緩和充電時
間と自己放電特性の関係を説明するための図、図7は自
己放電による利用率の低下を説明するための図、図8は
緩和充電回路を備えた本発明に係る直列切り換え式キャ
パシタ電源装置の実施の形態を示す図である。それぞれ
同一の1000F、10V定格のキャパシタ・バンクC
1〜C5を用いて充放電試験を行った例を示したのが図
5である。ここで、制御回路A1の設定レベルは、E1
=18V、およびE2 =22.5Vとし、充電器は30
Aの定電流型(電流源)を用い、電圧制限値を30.5
Vに定め、放電は500Wの定電力負荷とした。
An operation example from charging to discharging will be further described. FIG. 5 is a diagram showing an example of the voltage transition of each part from the full discharge state to constant current charging and constant power discharge completion, FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the relaxation charge time and the self-discharge characteristic, and FIG. FIG. 8 is a diagram for explaining a decrease in utilization factor due to discharge, and FIG. 8 is a diagram showing an embodiment of a series switching type capacitor power supply device according to the present invention, which is provided with a relaxation charging circuit. Capacitor bank C with the same 1000F and 10V ratings
FIG. 5 shows an example of performing the charge / discharge test using 1 to C5. Here, the setting level of the control circuit A1 is E 1
= 18V and E 2 = 22.5V, the charger is 30
Use the constant current type (current source) of A and set the voltage limit value to 30.5
It was set to V and the discharge was a constant power load of 500W.

【0025】まず、基本的な全放電状態、つまり各キャ
パシタ・バンクの初期電圧がゼロの状態から満充電まで
と、満充電から全放電までの間の出力電圧および各キャ
パシタ・バンクの電圧の推移は、図5に示すように出力
電圧が1(◇)、キャパシタ・バンクC3の上端の電圧
が2(□)、キャパシタ・バンクC1〜C3の平均電圧
が3(▽)、キャパシタ・バンクC4、C5の電圧が4
(△)、5(○)となる。このように出力電圧1は、キ
ャパシタ・バンクC1〜C5の直列状態への充電電圧が
定格に達したところから、直列接続しても定格電圧を割
るまでの全期間中の最低電圧は22.5V、変動の幅を
7.5/30=25%以内に留めることができた。
First, the transition of the output voltage and the voltage of each capacitor bank from the basic full discharge state, that is, from the state where the initial voltage of each capacitor bank is zero to the full charge, and from the full charge to the full discharge. 5, the output voltage is 1 (⋄), the upper end voltage of the capacitor bank C3 is 2 (□), the average voltage of the capacitor banks C1 to C3 is 3 (∇), the capacitor bank C4, The voltage of C5 is 4
(△), 5 (○). In this way, the output voltage 1 is 22.5V, which is the minimum voltage during the entire period from the point where the charging voltage of the capacitor banks C1 to C5 to the serial state reaches the rating to the point where the rated voltage is divided even if the capacitors are connected in series. The fluctuation range could be kept within 7.5 / 30 = 25%.

【0026】また、キャパシタ・バンクC3の上端の電
圧のトレース2から明らかなように、キャパシタ・バン
クC1〜C3の端子電圧は、系の貯蔵エネルギーの残量
と一定の関係を持つ。したがって、静電容量Cのキャパ
シタに蓄えたエネルギーUがその端子電圧Vから、 U=CV2 /2 で表せる原理を利用し、キャパシタ・バンクC1〜C3
の端子電圧を測定することにより、上記の計算、あるい
は2乗、平方根の折れ線近似回路を使って端子電圧Vを
貯蔵エネルギーの残量、すなわち蓄電量に換算すること
ができ、残量計に簡単で正確な表示を行うことができ
る。
As is clear from the voltage trace 2 at the upper end of the capacitor bank C3, the terminal voltages of the capacitor banks C1 to C3 have a fixed relationship with the remaining amount of stored energy in the system. Therefore, from the energy U is the terminal voltage V accumulated in the capacitor of the capacitance C, utilizing the principle expressed by U = CV 2/2, capacitor bank C1~C3
By measuring the terminal voltage of, the terminal voltage V can be converted into the remaining amount of stored energy, that is, the amount of stored electricity using the above calculation, or the squared, square-root broken line approximation circuit. The accurate display can be done with.

【0027】電気二重層キャパシタでは、充電時間が短
いと、特有の自己充電すなわち自己のキャパシタ配列の
後段に向かって充電する現象が顕著に起こり、図6に示
すように端子電圧が時間とともに低下する。この低下の
割合は、長時間緩和充電をするほど小さくすることがで
きる。したがって、上記電源装置において、充電時に順
次直列回路から切り離されるキャパシタ・バンクC5、
C4で端子電圧の低下が大きいと、図7に示すようにキ
ャパシタ・バンクC5、C4の蓄電能力が有効に利用さ
れないことになる。図1において、いま、満充電状態か
らスイッチS1がオンの状態でキャパシタ・バンクC1
〜C3の放電を開始し、電圧が低下してくると、スイッ
チS1がオフになってスイッチS2がオンに切り換わ
り、キャパシタ・バンクC5又はC4が直列に加えられ
る。しかし、そのとき、キャパシタ・バンクC5又はC
4が自己放電して電圧が下がっていると、図5に対応し
て図7、に示したように切り換え直後から時間の経
過に応じて電圧から低くなってしまう。
In the electric double layer capacitor, when the charging time is short, a characteristic self-charging, that is, a phenomenon of charging toward the subsequent stage of the own capacitor array remarkably occurs, and the terminal voltage decreases with time as shown in FIG. . The rate of this decrease can be reduced as the relaxation charge is performed for a long time. Therefore, in the above power supply device, the capacitor bank C5, which is sequentially disconnected from the series circuit during charging,
If the terminal voltage drop is large at C4, the storage capacity of the capacitor banks C5 and C4 will not be effectively utilized as shown in FIG. In FIG. 1, the capacitor bank C1 is now in the fully charged state and the switch S1 is on.
As the discharge of ~ C3 begins and the voltage drops, switch S1 turns off, switch S2 turns on and capacitor bank C5 or C4 is added in series. However, at that time, capacitor bank C5 or C
When 4 is self-discharged and the voltage is lowered, the voltage becomes lower with the lapse of time immediately after switching as shown in FIG. 7 corresponding to FIG.

【0028】図8において、緩和充電回路32は、充電
時にキャパシタ・バンクC5又はC4に対してキャパシ
タ・バンクC1〜C3から切り離されると、その後の端
子電圧の低下を防ぐこめに緩和充電を行う回路であり、
電流源として例えば小型、小容量のスイッチング定電流
回路を用いることができる。すなわち、この緩和充電回
路32は、キャパシタ・バンクC1〜C5に対する通常
の充電電流に比べて1/5〜1〜100程度の充電電流
を供給する小容量の回路で済み、制御は、充電されるキ
ャパシタ・バンクC5、C4の満充電状態をかろうじて
維持する程度に充電を続けるものであればよい。
In FIG. 8, the relaxation charge circuit 32 is a circuit for performing relaxation charge in order to prevent a subsequent drop in terminal voltage when the capacitor bank C5 or C4 is disconnected from the capacitor banks C1 to C3 during charging. And
As the current source, for example, a small-sized, small-capacity switching constant current circuit can be used. That is, the relaxation charging circuit 32 is a small capacity circuit that supplies a charging current of about 1/5 to 1 to 100 as compared with the normal charging current for the capacitor banks C1 to C5, and the control is charged. What is necessary is just to continue charging the capacitor banks C5 and C4 to the extent that they barely maintain the fully charged state.

【0029】図9および図10は本発明に係る直列切り
換え式キャパシタ電源装置の他の実施の形態を説明する
ための図である。上記実施の形態では、説明を簡単にす
るため全てのキャパシタ・バンクに静電容量や耐電圧が
等しいものを使って説明したが、図5に示すトレース
3、4、5から明らかなように、固定のキャパシタ・バ
ンクC1〜C3に対して、スイッチされるキャパシタ・
バンクC4、C5は、それぞれ75%、60%の電圧ま
でしか充電されない、したがって、ここには耐電圧の低
いキャパシタ・バンクあるいは直列接続個数の少ないキ
ャパシタ・バンクを使用することができる。直列接続個
数の少ないバンクを同じ静電容量の単セルで製造する
と、必然的にその静電容量は直列接続個数の少なさに比
例して大きくなる。
FIGS. 9 and 10 are views for explaining another embodiment of the serial switching type capacitor power supply device according to the present invention. In the above-mentioned embodiment, for simplification of description, all the capacitor banks having the same capacitance and withstand voltage have been described, but as is clear from the traces 3, 4, and 5 shown in FIG. For fixed capacitor banks C1-C3, switched capacitors
The banks C4 and C5 are charged to voltages of 75% and 60%, respectively. Therefore, a capacitor bank having a low withstand voltage or a capacitor bank having a small number of series connections can be used here. When a bank with a small number of series connections is manufactured with a single cell having the same capacitance, the capacitance inevitably increases in proportion to the small number of series connections.

【0030】スイッチされるキャパシタ・バンクC4、
C5に固定のキャパシタ・バンクC1〜C3より大きい
静電容量(C4=1kF/0.6、C5=1kF/0.
75)を用いた場合の各部の電圧推移の例を示したのが
図9であり、逆にスイッチされるキャパシタ・バンクC
4、C5に固定のキャパシタ・バンクC1〜C3より小
さい静電容量(C4、C5=1kF×0.8)を用いた
場合の各部の電圧推移の例を示したのが図10である。
これらは、□がキャパシタ・バンクC3の上端の電圧、
◇が出力電圧、○がキャパシタ・バンクC1〜C3の平
均電圧、△がキャパシタ・バンクC4の電圧、▽がキャ
パシタ・バンクC5の電圧のトレースをそれぞれ示して
いる。
A switched capacitor bank C4,
A capacitance larger than the capacitor banks C1 to C3 fixed to C5 (C4 = 1 kF / 0.6, C5 = 1 kF / 0.
FIG. 9 shows an example of the voltage transition of each part in the case of using (75).
FIG. 10 shows an example of the voltage transition of each part when the electrostatic capacity (C4, C5 = 1 kF × 0.8) smaller than the fixed capacitor banks C1 to C3 is used for C4 and C5.
In these, □ is the voltage at the top of capacitor bank C3,
⋄ indicates an output voltage, ∘ indicates an average voltage of the capacitor banks C1 to C3, Δ indicates a voltage of the capacitor bank C4, and ∇ indicates a trace of the voltage of the capacitor bank C5.

【0031】このようにスイッチされるキャパシタ・バ
ンクC4、C5の静電容量の増減によって、一定電圧以
上で利用できる電力量、つまり利用率が増減し、電圧の
変動幅が変化する。したがって、本発明は、全部同一の
キャパシタを用いて製造を容易にするか、静電容量を使
用する部位によって調節して蓄電量の有効利用を図るか
など、目的に応じた設計を選択することが可能である。
As the capacitance of the switched capacitor banks C4 and C5 is increased or decreased, the amount of power that can be used at a certain voltage or more, that is, the utilization rate is increased or decreased, and the fluctuation range of the voltage is changed. Therefore, according to the present invention, the design should be selected according to the purpose, such as facilitating the manufacture by using the same capacitor, or adjusting the capacitance according to the part to use the stored electricity effectively. Is possible.

【0032】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上
記実施の形態では、調整用のキャパシタ・バンクを緩和
充電する回路として、調整用のキャパシタ・バンク全体
に直列に設けるようにしたが、個々のキャパシタ・バン
ク毎に設けてもよい。また、緩和充電用の電流経路を確
保するための小型電流源(電源を持たない電流バイパス
回路)として、図8の33、33′に示すように各キャ
パシタ毎に小型スイッチング定電流回路を用いてもよい
し、その際に、上段側のバイパス回路は、下段のキャパ
シタを跨いで電流をバイパスする回路であってもよい。
さらに、3個のキャパシタ・バンクを出力用として直列
にした上に充放電状態に応じて2個のキャパシタ・バン
クを調整用として段階的に直列に加えたり、切り離した
りしたが、これらの個数やそれぞれの容量は任意の組み
合わせにより採用できることはいうまでもない。例えば
2個のキャパシタ・バンクを直列にした上に1個のキャ
パシタ・バンクを直列に加えたり、切り離したりしても
よい。一般に変動分を小さくするには、スイッチされな
いキャパシタ・バンクC1〜C3の部分の個数を多く、
つまり電圧を高くすればよい。このことにより、スイッ
チされるキャパシタ・バンクが加えられた際に電圧ステ
ップを全出力電圧に対して小さな割合とすることができ
る。
The present invention is not limited to the above embodiment, but various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, the adjustment capacitor bank is provided in series as a circuit for relaxing charging, but may be provided for each individual capacitor bank. Further, as a small current source (current bypass circuit having no power supply) for ensuring a current path for relaxation charging, a small switching constant current circuit is used for each capacitor as shown by 33 and 33 'in FIG. In that case, the upper bypass circuit may be a circuit that bypasses the current across the lower capacitors.
In addition, three capacitor banks were connected in series for output, and two capacitor banks were added in series for adjustment and disconnected according to the charge / discharge state. It goes without saying that the respective capacities can be adopted in any combination. For example, two capacitor banks may be serially added, and one capacitor bank may be serially added or disconnected. Generally, in order to reduce the variation, the number of non-switched capacitor banks C1 to C3 is increased.
That is, the voltage may be increased. This allows the voltage step to be a small percentage of the total output voltage when the switched capacitor bank is added.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、直列接続するキャパシタ・バンクの数を増減
させるようにするので、例えば25%程度の変動に抑え
るために必要なスイッチの個数を、従来の並列接続と直
列接続との切り換えを行う場合に比較して、12個から
3〜4個と遙に少なくすることができる。そのためにス
イッチの損失、取り付けスペース、発熱の冷却、スイッ
チの駆動回路、およびコストを大幅に削減することがで
きると共に、信頼性を大幅に向上させることができる。
しかも、充電に際して充電電圧が上がって切り離された
キャパシタ・バングに対し緩和充電を行うので、自己放
電して電圧が下がることに伴い利用効率が低下するのを
防ぐことができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the number of capacitor banks connected in series is increased or decreased. The number can be greatly reduced from 12 to 3 to 4 as compared with the conventional case of switching between parallel connection and series connection. Therefore, the loss of the switch, the mounting space, the cooling of heat generation, the switch drive circuit, and the cost can be significantly reduced, and the reliability can be significantly improved.
In addition, since the relaxation charge is performed on the capacitor bang that has been separated due to the increase in the charging voltage during charging, it is possible to prevent the use efficiency from being lowered due to the self-discharge and the decrease in voltage.

【0034】特に、本発明の直列切り換え式キャパシタ
電源装置は、スイッチングコンバータが不要であるた
め、スイッチング損失がなく装置がシンプルになり大型
あるいは超大型のシステムにも適用がしやすくなる。そ
の場合、全体に比べて僅か10%以下の緩和充電回路に
より、キャパシタ・バンクの利用効率を高めることがで
き、緩和充電回路の存在価値は大きい。
In particular, since the series-switching type capacitor power supply device of the present invention does not need a switching converter, it has no switching loss and is simple in device, and can be easily applied to a large-scale or super-large-scale system. In that case, the utilization efficiency of the capacitor bank can be improved by the relaxation charging circuit of 10% or less of the whole, and the existence value of the relaxation charging circuit is great.

【0035】さらに、従来の並列接続と直列接続との切
り換えを行う場合には、並列接続への切り換え時に電圧
のアンバランスによりクロスカーレントが流れるのを防
ぐ手段が必要になるが、本発明によれば直列接続するキ
ャパシタ・バンクの数を増減させるものであるため、こ
のような手段が不要となる。
Further, in the case of switching between the conventional parallel connection and the series connection, a means for preventing cross current from flowing due to the imbalance of the voltage at the time of switching to the parallel connection is required. According to this, since the number of capacitor banks connected in series is increased or decreased, such means becomes unnecessary.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明に係る直列切り換え式キャパシタ電源
装置の実施の形態を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a serial switching type capacitor power supply device according to the present invention.

【図2】 接続制御の処理ルーチンの例を説明するため
の図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a connection control processing routine.

【図3】 制御回路の構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a control circuit.

【図4】 電圧を判定しスイッチング信号を発生する回
路の構成例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a circuit that determines a voltage and generates a switching signal.

【図5】 全放電状態から定電流充電し定電力放電完了
までの各部の電圧推移の例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of the voltage transition of each part from the fully discharged state to the constant current charging and the constant power discharging completion.

【図6】 緩和充電時間と自己放電特性の関係を説明す
るための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining a relationship between a relaxation charge time and a self-discharge characteristic.

【図7】 自己放電による利用率の低下を説明するため
の図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining a decrease in utilization rate due to self-discharge.

【図8】 緩和充電回路を備えた本発明に係る直列切り
換え式キャパシタ電源装置の実施の形態を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing an embodiment of a series switching type capacitor power supply device according to the present invention, which includes a relaxation charging circuit.

【図9】 本発明に係る直列数制御型電源装置の他の実
施の形態を説明するための図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining another embodiment of the number-in-series control type power supply device according to the present invention.

【図10】 本発明に係る直列数制御型電源装置の他の
実施の形態を説明するための図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining another embodiment of the power supply device of serial number control type according to the present invention.

【図11】 コンデンサ電池の直並列切り換えを行う電
源装置の構成例を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of a power supply device that performs series-parallel switching of capacitor batteries.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

C1〜C5…キャパシタ・バンク、S1〜S3…スイッ
チ、A1…制御回路、1…充電器、2…出力制御回路、
3…負荷
C1 to C5 ... Capacitor bank, S1 to S3 ... Switch, A1 ... Control circuit, 1 ... Charger, 2 ... Output control circuit,
3 ... load

フロントページの続き (72)発明者 篠塚 政彦 神奈川県横浜市金沢区福浦1丁目1番1 号 株式会社パワーシステム内 (56)参考文献 特開 平9−292925(JP,A) 特開 昭50−152601(JP,A) 特開 平4−80677(JP,A) 特公 昭48−36057(JP,B1) 特公 昭49−9347(JP,B1) 特公 昭43−5631(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 1/00 H02J 7/00 H02J 7/36 Front Page Continuation (72) Inventor Masahiko Shinozuka 1-1-1 Fukuura, Kanazawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Power System Co., Ltd. (56) Reference JP-A-9-292925 (JP, A) JP-A-50- 152601 (JP, A) JP 4-80677 (JP, A) JP 48-36057 (JP, B1) JP 49-49347 (JP, B1) JP 43-5631 (JP, B1) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H02J 1/00 H02J 7/00 H02J 7/36

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 複数のキャパシタ・バンクの直列接続を
充放電状態に応じて制御することにより電圧を許容変動
幅に制御する直列切り換え式キャパシタ電源装置であっ
て、出力電圧の設定範囲で充放電される出力用キャパシ
タ・バンクと、前記許容変動幅で充放電される複数の調
整用キャパシタ・バンクと、前記出力用キャパシタ・バ
ンクと前記複数の調整用キャパシタ・バンクとの直列接
続及び該接続の切り離しを行うスイッチング手段と、前
記出力用キャパシタ・バンクの電圧を検出する電圧検出
手段と、前記電圧検出手段により検出された電圧に応じ
て、放電時には前記出力用キャパシタ・バンクに前記複
数の調整用キャパシタ・バンクを順次直列に接続し、充
電時には直列接続された前記複数の調整用キャパシタ・
バンクを前記出力用キャパシタ・バンクから順次切り離
し前記出力電圧を許容変動幅で調整するように前記スイ
ッチング手段を制御する制御手段と、前記充電時に前記
出力用キャパシタ・バンクから切り離された前記調整用
キャパシタ・バンクに対し緩和充電を行う緩和充電手段
とを備え、放電時と充電時で前記スイッチング手段の切
り換え順を逆に制御して前記出力用キャパシタ・バンク
と前記複数の調整用キャパシタ・バンクとの直列接続及
び該接続の切り離しを順次行うようにしたことを特徴と
する直列切り換え式キャパシタ電源装置。
1. A serial switching type capacitor power supply device for controlling a voltage within a permissible fluctuation range by controlling a series connection of a plurality of capacitor banks according to a charge / discharge state, wherein the charge / discharge is performed within a set range of an output voltage. Output capacitor bank, a plurality of adjustment capacitor banks charged and discharged with the allowable fluctuation range, a series connection of the output capacitor bank and the plurality of adjustment capacitor banks, and the connection Switching means for disconnecting, voltage detecting means for detecting the voltage of the output capacitor bank, and a plurality of adjustment capacitors for adjusting the output capacitor bank in the output capacitor bank according to the voltage detected by the voltage detecting means. The plurality of adjustment capacitors connected in series when the capacitor banks are connected in series, and are connected in series during charging.
Control means for controlling the switching means so as to sequentially disconnect the banks from the output capacitor bank and adjust the output voltage within an allowable fluctuation range; and the adjustment capacitor disconnected from the output capacitor bank during the charging. A soft charging means for performing a soft charge to the bank, and controlling the switching order of the switching means in reverse at the time of discharging and at the time of charging, thereby forming the output capacitor bank and the plurality of adjusting capacitor banks. A serial switching type capacitor power supply device characterized in that serial connection and disconnection of the connection are sequentially performed.
【請求項2】 前記出力用キャパシタ・バンクは、複数
のキャパシタ・バンクを直列接続したものであることを
特徴とする請求項1記載の直列切り換え式キャパシタ電
源装置。
2. The serial switching type capacitor power supply device according to claim 1, wherein the output capacitor bank is a plurality of capacitor banks connected in series.
【請求項3】 前記電圧検出手段は、前記出力用キャパ
シタ・バンクの端子間電圧を測定して前記充放電状態を
検出することを特徴とする請求項1記載の直列切り換え
式キャパシタ電源装置。
3. The serial switching type capacitor power supply device according to claim 1, wherein the voltage detecting means measures the voltage between terminals of the output capacitor bank to detect the charge / discharge state.
【請求項4】 前記電圧検出手段は、前記出力用キャパ
シタ・バンクの端子間電圧を測定してエネルギー残量を
演算し、残量表示を行うことを特徴とする請求項3記載
の直列切り換え式キャパシタ電源装置。
4. The serial switching type according to claim 3, wherein the voltage detecting means measures a voltage between terminals of the output capacitor bank to calculate a remaining energy amount and displays a remaining amount. Capacitor power supply.
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