JP3611696B2 - コンデンサの充電装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、複数のコンデンサが接続され、電源として使用されるコンデンサブロックの各コンデンサの充電を高速かつ均等に行う充電制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンデンサブロックを構成する各コンデンサに均等に充電を行う充電装置としては、各コンデンサと並列に第１のスイッチ手段とトランスの１次コイルとの直列回路を接続し、該トランスの２次コイルと第２のスイッチ手段とを調整端子に接続した構成とし、各コンデンサの充電電荷を該トランスを介して該調整端子から取り出し、充電用電源や他のコンデンサ等に回送することで各コンデンサの端子間電圧を均等にするようにしたものが知られている（特開平７─３２２５１５号）。
【０００３】
また、２つのスイッチ手段の直列回路を２つのコンデンサの直列回路に並列に接続すると共に、２つのスイッチ手段の直列接続中点と２つのコンデンサの直列接続中点との間にインダクティブ素子を接続した構成とし、各スイッチをスイッチングして、各コンデンサの電荷を該インダクティブ素子を介して他のコンデンサに移動させることで、各コンデンサの端子間電圧を均等にするようにしたものが知られている（特開平７─３２２５１６号）。
【０００４】
上記２つの充電装置は、いずれも各コンデンサ間で電荷を移動させることで各コンデンサの端子間電圧を均等にするものである。そして、先ず充電開始前にコンデンサブロックの各コンデンサの端子間電圧が均等になるように各コンデンサ間で電荷の移動を行う。これにより、各コンデンサの端子間電圧が等しい状態で充電を開始することができ、大電流で急速充電を行うときの充電率を高めることができる。しかし、各コンデンサの充電率は容量の違いなどによって異なるため、各コンデンサが充電を完了するのに要する時間は一致しない。そのため、上記２つの充電装置では、充電を完了したコンデンサにさらに電流が流れて該コンデンサが過充電となって破損するのを防ぐため、充電開始後は、常時各コンデンサの端子間電圧を規定充電電圧と比較し、端子間電圧が該規定充電電圧に達したコンデンサの電荷を他の端子間電圧が該規定充電電圧に達していないコンデンサに移動させることで各コンデンサが過充電されることを防ぎ、全てのコンデンサを該規定充電電圧まで充電するようにしている。
【０００５】
このように、上記２つの充電装置では充電開始後の各コンデンサ間の電荷の移動はコンデンサの端子間電圧が前記規定充電電圧に達してから行われる。そのため、該規定充電電圧に達したコンデンサに対応して設けられたスイッチ手段には、その後端子間電圧が高い状態で常時電荷を移動させる電流が流れ、該電荷の一部が熱損失される。したがって、本来コンデンサを充電するべき電気エネルギーが無駄になってしまうという不都合があった。また、大電流を扱うコイルが必要なため、各コンデンサの端子間電圧を均一にする均一化回路が大型になってしまうという不都合があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記不都合を解決し、コンデンサブロックを構成する各コンデンサの充電を小型の回路を用い、熱損失を防いで均等かつ過充電なしに行うことができるコンデンサの充電装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の実施態様は、一対の出力端子間に複数のコンデンサを接続して構成されたコンデンサブロックを充電用電源に接続して各コンデンサの充電を行うコンデンサの充電装置において、該出力端子間の電流経路に流れる電流を各コンデンサの箇所でバイパスするバイパス手段と、各コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出手段と、充電開始後所定の制御周期毎に、該電圧検出手段によって検出される端子間電圧が最大であるコンデンサと最小であるコンデンサの各端子間電圧の差を算出する電圧差算出手段と、該電圧差を所定値以上となったときに、前記電圧検出手段によって検出される端子間電圧が最大であるコンデンサのバイパスを行い、また、前記電圧検出手段によって検出される端子間電圧が最小であるコンデンサの端子間電圧が、バイパスされていたコンデンサの端子間電圧以上の所定値となったときに、該バイパスされていたコンデンサのバイパスを解除して充電を再開するバイパス制御手段と、前記電圧差算出手段により算出された電圧差に応じて、前記制御周期を変更する制御周期変更手段とを設けたことを特徴とする。
【０００８】
かかる第１の実施態様によれば、前記コンデンサブロックを構成するコンデンサの端子間電圧が最大であるコンデンサと最小であるコンデンサの各端子間電圧の差が所定値以上となったときに、端子間電圧が最大であるコンデンサがバイパスされて充電が中断されるので、各コンデンサの端子間電圧の差を減少させながら各コンデンサを充電することができる。
【０００９】
そして、前記コンデンサブロックを構成するコンデンサの端子間電圧が最大であるコンデンサと最小であるコンデンサの各端子間電圧の差に応じて前記制御周期を変更することで、その時点での各コンデンサの電荷量のばらつきに見合った制御周期を得ることができ、各コンデンサの端子間電圧をより均等に保った状態で充電を行うことにより、損失を最も少なくでき、コンデンサの発熱を考慮すると、トータル的な充電時間の短縮が可能となる。
【００１０】
また、前記制御周期変更手段は、前記制御周期毎に、前記電圧差算出手段により算出された電圧差が小さいほど、該制御周期を短くすることを特徴とする。
【００１１】
かかる本発明によれば、前記コンデンサブロックを構成する各コンデンサの端子間電圧の差が減少するに従って、前記制御周期が短くなるので、各コンデンサの端子間電圧をより均等に保ってほぼ同時に充電を完了させることができる。そのため、先に充電を完了したコンデンサのバイパスを行うことによる発熱量を減少させることができる。
【００１２】
また、前記制御周期変更手段は、充電開始後、所定時間経過時に、前記電圧差算出手段によって算出される電圧差が大きいほど、前記制御周期の初期値を短く設定し、以後該制御周期の変更を行わないことを特徴とする。
【００１３】
前記コンデンサブロックを構成する各コンデンサの端子間電圧の差が大きいときに、前記制御周期が長いと、コンデンサのバイパスの実行／解除タイミングが遅れる場合があり、各コンデンサの端子間電圧のばらつきを小さく保つことが難しい。かかる場合に、本発明によれば、前記制御周期の初期値が短く設定されるので、バイパスの実行／解除のタイミングが遅れるのを防ぎ、各コンデンサの端子間電圧のばらつきを小さく保って充電を行うことができる。
【００１４】
また、前記電圧検出手段によって検出される端子間電圧が充電完了目標電圧付近の該充電完了目標電圧以下である所定値となったコンデンサが発生したときに、前記バイパス制御手段は該コンデンサをバイパスし、前記制御周期変更手段は前記電圧差算出手段により算出された電圧差に応じた制御周期よりもさらに制御周期を短くすることを特徴とする。
【００１５】
かかる本発明によれば、前記制御周期を短縮して、各コンデンサの端子間電圧を検出する間隔を短くした上で、端子間電圧が前記充電完了目標電圧付近まで充電が行われたコンデンサをバイパスするので、各コンデンサが該充電完了目標電圧を越えて過充電され、寿命が短くなるのを防止することができる。
【００１６】
また、本発明の第２の実施態様は、一対の出力端子間に複数のコンデンサを接続して構成されたコンデンサブロックを充電用電源に接続して各コンデンサの充電を行うコンデンサの充電装置において、該出力端子間の電流経路に流れる電流を各コンデンサの箇所でバイパスするバイパス手段と、各コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出手段と、充電開始時に該電圧検出手段によって検出される端子間電圧に応じてコンデンサを複数のグループに分けるグループ生成手段と、充電開始後所定の第１制御周期毎に、該グループを構成するコンデンサの端子間電圧の平均値であるグループ電圧を算出するグループ電圧算出手段と、該グループ電圧が最大であるコンデンサグループと最小であるコンデンサグループの各グループ電圧の差を算出する第１の電圧差算出手段と、該電圧差に応じて、グループ電圧が最大であるコンデンサグループを構成するコンデンサのバイパスを行い、また、グループ電圧が最小であるコンデンサグループのグループ電圧が、バイパスされていたコンデンサグループのグループ電圧以上の所定値となったときに、該バイパスされていたコンデンサグループを構成するコンデンサのバイパスを解除して充電を再開する第１のバイパス制御手段と、前記第１の電圧差算出手段により算出された電圧差に応じて、前記第１制御周期を変更する第１制御周期変更手段とを設けたことを特徴とする。
【００１７】
コンデンサブロックが多数のコンデンサによって構成されている場合、コンデンサ単位でバイパス制御による充電を行うには、制御周期を短くしないと各コンデンサの端子間電圧の差が拡大してしまう。しかし、バイパス手段のバイパス実行／解除時間には限界があるため、制御周期を限度なく短くすることはできない。かかる場合に、本第２の実施態様による各コンデンサのグループ化を行い、前記グループ電圧が最大であるコンデンサグループと最小であるコンデンサグループの各グループ電圧の差に応じて制御周期の変更と、各コンデンサグループ単位でのバイパス制御とを行うことで、多数のコンデンサによって構成されるコンデンサブロックに対して、各コンデンサグループのグループ電圧を均等にしながら充電を行うことができる。
【００１８】
また、前記第１制御周期変更手段は、前記第１の制御周期毎に、前記第１の電圧差算出手段により算出された電圧差が小さいほど、該第１制御周期を短くすることを特徴とする。
【００１９】
かかる本発明によれば、前記コンデンサグループ間のグループ電圧をより均等に保ってほぼ同時に充電を完了することができる。
【００２０】
また、前記第１制御周期変更手段は、充電開始後、所定時間経過時に、前記第１の電圧差算出手段によって算出される電圧差が大きいほど、前記第１制御周期の初期値を短く設定し、以後該第１制御周期の変更を行わないことを特徴とする。
【００２１】
かかる本発明によれば、前記第１のバイパス手段のバイパス実行／解除タイミングの遅れを防止して、前記コンデンサグループ間のグループ電圧のばらつきを小さく保って充電を行うことができる。
【００２２】
また、前記第１のバイパス制御手段は、充電開始後、グループ電圧が所定値以上となったコンデンサグループを制御対象外とし、その後、所定の第２制御周期毎に、該コンデンサグループを構成するコンデンサのうち端子間電圧が最大であるコンデンサと最小であるコンデンサの各端子間電圧の差を算出する第２の電圧差算出手段と、該電圧差に応じて端子間電圧が最大であるコンデンサをバイパスさせ、また、端子間電圧が最小であるコンデンサの端子間電圧が、バイパスされていたコンデンサの端子間電圧以上の所定値となったときに、該バイパスされていたコンデンサのバイパスを解除して充電を再開する第２のバイパス制御手段と、前記第２の電圧差算出手段により算出された電圧差に応じて、前記第２制御周期を変更する第２制御周期変更手段とを設けたことを特徴とする。
【００２３】
かかる本発明によれば、前記第１のバイパス制御手段は、充電が進み、グループ電圧が所定値以上となったコンデンサグループに対する充電制御を終了する。そしてこの状態では、該コンデンサグループを構成する各コンデンサの端子間電圧は不均等であるので、さらに、該コンデンサグループを構成するコンデンサ単位で前記第２制御周期の決定とバイパス制御とを行うことで、各コンデンサグループを構成するコンデンサの端子間電圧を均等にしながら充電を行うことができる。したがって、該コンデンサグループを構成する各コンデンサの充電を同時に完了することができ、先に充電を終了したコンデンサをバイパスすることによる発熱を防止することができる。
【００２４】
また、前記第２制御周期変更手段は、前記第２の制御周期毎に、前記第２の電圧差算出手段により算出された電圧差が小さいほど、前記第２制御周期を短くすることを特徴とする。
【００２５】
かかる本発明によれば、前記コンデンサグループを構成する各コンデンサの端子間電圧が減少するに従って、前記第２制御周期が短くなるので、各コンデンサの端子間電圧をより均等に保ってほぼ同時に充電を完了させることができる。
【００２６】
また、前記第２制御周期変更手段は、充電開始後、所定時間経過時に、前記第２の電圧差算出手段によって算出される電圧差が大きいほど、前記第２制御周期の初期値を短く設定し、以後該第２制御周期の変更を行わないことを特徴とする。
【００２７】
かかる本発明によれば、前記第２のバイパス制御手段によるバイパス実行／解除タイミングの遅れを防いで、前記コンデンサグループを構成する各コンデンサの端子間電圧のばらつきを小さく保って充電を行うことができる。
【００２８】
また、前記第２の電圧検出手段によって検出される端子間電圧が充電完了目標電圧付近の該充電完了目標電圧以下である所定値となったコンデンサが発生したときに、前記第２のバイパス制御手段は該コンデンサをバイパスし、前記第２制御周期変更手段は前記第２の電圧差算出手段により算出された電圧差に応じた第２制御周期よりもさらに第２制御周期を短くすることを特徴とする。
【００２９】
かかる本発明によれば、前記第２制御周期を短縮して、各コンデンサの端子間電圧を検出する間隔を短くした上で、端子間電圧が前記充電完了目標電圧付近まで充電が行われたコンデンサをバイパスするので、各コンデンサが該充電完了目標電圧を越えて過充電され、寿命が短くなるのを防止することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１〜図１１を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形態の構成図、図２，図３は図１に示した充電制御手段の動作を示すフローチャートであり、図４は図１に示したコンデンサブロックを構成する３個のコンデンサの充電状態を示すグラフである。図５〜図７は本発明の第２の実施形態の構成図、図８，図９は該第２の実施形態における充電制御手段の動作を示すフローチャート、図１０は制御周期変更手段の構成図である。また、図１１は本発明の第３の実施形態における充電グラフである。
【００３１】
本発明の第１の実施形態におけるコンデンサの充電装置は、図１に示すように、コンデンサブロック１の電極端子２、３を充電用電源４に接続して、充電制御手段５によりコンデンサブロック１を構成する各コンデンサ６のバイパスを行いながらコンデンサブロック１の充電を行う。充電制御手段５は図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ等から構成され、バイパス制御手段７と、電圧差算出手段８と、制御周期変更手段９とを備え、コンデンサブロック１を構成する各コンデンサ６の端子間電圧を電圧検出手段である差動アンプ１０を介して入力し、バイパス手段１１を介して各コンデンサ６のバイパスを行う。
【００３２】
バイパス手段１１は、信号反転素子１２と、バイパスＦＥＴ１３と、充電ＦＥＴ１４とからなり、バイパス制御手段７からのバイパス信号出力がハイレベルであるときはバイパスＦＥＴ１３がＯＮ、充電ＦＥＴ１４がＯＦＦとなってコンデンサ６の充電を中断し、バイパス信号出力がローレベルであるときには、バイパスＦＥＴ１３がＯＦＦ、充電ＦＥＴ１４がＯＮとなってコンデンサ６を充電する。
【００３３】
電圧差算出手段７は、所定の制御周期毎にコンデンサブロック１を構成する各コンデンサ６の端子間電圧を電圧検出手段１０を介して入力し、端子間電圧が最大であるコンデンサと最小であるコンデンサの各端子間電圧の差を算出してバイパス制御手段７とサンプリング時間変更手段９とに出力する。
【００３４】
バイパス制御手段７は、前記所定の制御周期毎に、電圧差算出手段８から出力される電圧差を入力し、該電圧差が所定値以上となったときに、端子間電圧が最大であるコンデンサ６のバイパスを行い、また、端子間電圧が最小であるコンデンサ６の端子間電圧が、バイパスを行ったコンデンサの端子間電圧以上の所定値となったときに該バイパスをおこなったコンデンサのバイパスを解除する動作を行う。また、制御周期変更手段９は、電圧差算出手段８から出力される電圧差に応じて前記制御周期を設定、変更する。
【００３５】
次に、図２，図３に示したフローチャートに従って、図１に示した充電制御手段５の動作を説明する。ＳＴＥＰ２０で制御周期変更手段９から、電圧差算出手段８とバイパス制御手段７に対して周期の指示が出されると、電圧差算出手段８は、ＳＴＥＰ２１でコンデンサブロック１を構成する各コンデンサの端子間電圧を電圧検出手段１０を介して入力し、ＳＴＥＰ２２で端子間電圧が最大であるコンデンサと最小であるコンデンサの各端子間電圧の差を算出する。そして、ＳＴＥＰ２３で該電圧の差が所定値以上となったときには、ＳＴＥＰ３０に進んでバイパス制御手段７がバイパス手段１１にハイレベルのバイパス信号を出力して、コンデンサ６の充電を中断させ、ＳＴＥＰ３１で制御周期変更手段９が制御周期時間を変更（短縮）する。
【００３６】
これにより、図４のグラフに示すように、端子間電圧の上昇率が大きい３１、３２が順次バイパスされ、端子間電圧の上昇率が最小である３３の該上昇率が大きくなるので、各コンデンサ６間の端子間電圧の差を短時間で小さくすることができる。また、端子間電圧が最大であるコンデンサ６と最小であるコンデンサ６の各端子間電圧の差の減少に応じて、制御周期を短縮することで、各コンデンサ６の端子間電圧の差が小さい状態を保ったまま、各コンデンサ６を充電し、ほぼ同時に充電を終了することができる。したがって、先に充電を完了したコンデンサ６をバイパスし続けることで、バイパス手段１１のバイパスＦＥＴ１３に電流が流れることで熱損失が発生するのを防ぐことができる。
【００３７】
また、ＳＴＥＰ２４で端子間電圧が最小であるコンデンサ６の端子間電圧が、バイパスしたコンデンサ６の端子間電圧以上の所定値以上となったときには、ＳＴＥＰ３２で、バイパス制御手段７は、バイパスされていたコンデンサ６に対応するバイパス手段１１にローレベルのバイパス信号を出力し、充電ＦＥＴ１４をＯＮさせてバイパスされていたコンデンサ６のバイパスを解除して、該コンデンサ６の充電を再開させる。
【００３８】
また、ＳＴＥＰ２５で、端子間電圧が充電完了目標値（例えば３．５Ｖ）近傍の、該充電完了目標値以下の所定値以上となったコンデンサ６が発生したときには、ＳＴＥＰ３３でバイパス制御手段７は該コンデンサ６をバイパスし、ＳＴＥＰ３４で制御周期変更手段９が制御周期を短縮する。このＳＴＥＰ３３、ＳＴＥＰ３４の処理により、コンデンサ６が過充電されて寿命が短くなるのを防止することができる。そして、ＳＴＥＰ２６で全てのコンデンサ６がバイパスされた状態となったときに、ＳＴＥＰ３５に進んで充電を終了する。
【００３９】
尚、制御周期変更手段９は、充電開始後、バイパス制御手段７の動作開始時に、電圧差算出手段８によって算出される各コンデンサ６の端子間電圧の差が大きいほど、制御周期の初期値を短く設定してもよい。これにより、充電時の各コンデンサ６の端子間電圧の差を小さく保つことができる。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施形態を図５〜図７を参照して説明する。図５〜図７は本発明の第２の実施形態によるコンデンサの充電装置の構成図である。本第２の実施形態は、図５に示すように多数のコンデンサが直列接続されて構成されたコンデンサブロック４１を充電対象とし、コンデンサブロック４１の電極端子４２、４３を充電用電源４４に接続してコンデンサ４１を充電する。また、コンデンサブロック４１を構成する各コンデンサ４５に対応して、バイパス手段４６と電圧検出手段４７が備えられ、それぞれ充電制御手段４８と接続される。
【００４１】
尚、バイパス手段４６の構成は、図１に示したバイパス手段１１と同じであり、充電制御手段４８からのバイパス信号がハイレベルのときは、コンデンサ４５をバイパスして充電を中断し、ハイパス信号がローレベルのときには、コンデンサ４５に通電して充電を行う。また、電圧検出手段４７の構成は、図１に示した電圧検出手段１０と同じであり、コンデンサ４５の端子間電圧を検出して充電制御手段４８に出力する。
【００４２】
図６に示すように、充電制御手段４８に備えられたグループ生成手段４９は、充電開始時に各コンデンサ４５の端子間電圧を電圧検出手段４７を介して入力し、コンデンサブロック４１を構成するコンデンサ４５をその端子間電圧の大きさにより複数のコンデンサグループ５０に分ける。また、充電制御手段４８は、図６に示すように、所定の第１制御周期毎に、各コンデンサグループ５０を構成するコンデンサ４５の端子間電圧の平均値であるグループ電圧を算出するグループ電圧算出手段５１と、グループ電圧が最大であるコンデンサグループと最小であるコンデンサグループの各グループ電圧の差を算出する第１の電圧差算出手段５２と、第１の電圧差算出手段５２によって算出された電圧差に応じてコンデンサグループを構成するコンデンサのバイパス制御を行う第１のバイパス制御手段５３と、該電圧差に応じて第１制御周期を変更する第１制御周期変更手段５４とを備える。
【００４３】
また、充電制御手段４８は、図７に示すようにコンデンサグループ５０を構成するコンデンサ４５に対して前記第１の実施形態と同様のバイパス制御をおこなうため、所定の第２制御周期毎に各コンデンサ４５の端子間電圧を検出して、端子間電圧が最大であるコンデンサ４５と最小であるコンデンサの各端子間電圧の差を算出する第２の電圧差算出手段６１と、第２の電圧差算出手段６１によって算出された電圧差に応じて各コンデンサのバイパスとバイパス解除とを行う第２のバイパス制御手段６２と、該電圧差に応じて前記第２制御周期を変更する第２制御周期変更手段６３とを備える。
【００４４】
以下、図８，図９に示すフローチャートに従って、本第２の実施形態における充電制御手段４８の動作を説明する。図５に示したコンデンサブロック４１の充電開始時、グループ生成手段４９は、ＳＴＥＰ７０で各コンデンサ４５の端子間電圧を電圧検出手段４７を介して入力し、ＳＴＥＰ７１で各コンデンサの端子間電圧の大小に応じて図６に示すように、グループＡ、Ｂ、Ｃの３個のコンデンサグループ５０を生成する。そして、ＳＴＥＰ７２〜ＳＴＥＰ７７でコンデンサグループ５０単位での充電制御が行われる。
【００４５】
ＳＴＥＰ７２で第１制御周期変更手段５４から第１の電圧差算出手段５２に周期の指示がなされると、ＳＴＥＰ７３でグループ電圧算出手段５１が各コンデンサグループ５０のグループ電圧を算出し、ＳＴＥＰ７４で第１の電圧差算出手段５２がグループ電圧が最大であるコンデンサグループ５０と最小であるコンデンサグループ５０の各グループ電圧の差を算出する。そして、ＳＴＥＰ７５で第１の電圧差算出手段５２によって算出された電圧差が所定値以上であるときは、ＳＴＥＰ８０に進んで第１のバイパス制御手段５３がグループ電圧が最大であるコンデンサグループ５０を構成する各コンデンサ４５をバイパス手段４６を介してバイパスさせる。また、ＳＴＥＰ８１で第１制御周期変更手段５４が第１制御周期を変更する。
【００４６】
次にＳＴＥＰ７６で、グループ電圧が最小であるコンデンサグループ５０のグループ電圧が、ハイパスされているコンデンサグループ５０の電圧以上の所定値となったときに、ＳＴＥＰ８２に進んで該バイパスされたコンデンサグループ５０のバイパスを解除する。
【００４７】
このように充電制御することで、各コンデンサグループ５０間のグループ電圧の差が縮小される。そして、充電が進みＳＴＥＰ７７でグループ電圧が所定値以上となったコンデンサグループ５０は、コンデンサグループ単位での充電制御を終了し、ＳＴＥＰ８３でコンデンサグループ５０を構成する各コンデンサ４５単位で図７に示すように、前記第１の実施例と同様の充電制御を行う。これにより、各コンデンサグループを構成するコンデンサ４５の端子間電圧を均等にして、ほぼ同時に充電を終了させることができる。
【００４８】
したがって、本第２の実施形態の充電制御装置により、多数のコンデンサを接続して構成されているため、コンデンサ単位ではバイパス制御を行うことが困難なコンデンサブロックに対しても、各コンデンサの端子間電圧の差を縮小させ、各コンデンサの充電を同時に完了させることができる。
【００４９】
なお、制御周期変更手段９、第１制御周期変更手段５４、第２制御周期変更手段６３による制御周期の設定は、図１０ａ，図１０ｂに示すように電圧差と制御周期との相関関係が予め設定されたデータマップ８０、９０により、或いは該相関関係を演算によって算出することで行われる。また、制御周期変更手段９等からバイパス制御手段７等への周期の指示は、図１０ａに示すソフト的処理の他、図１０ｂに示すハード的処理も可能である。
【００５０】
図１０ａは、ソフト処理による制御周期設定手段の構成例であり、電圧差検出ルーチン８１と電圧差算出ルーチン８２から構成される電圧差算出手段８３によって算出された電圧差に対応したタイマ８４の設定時間をデータマップ８０から選択し、タイマ時間設定ルーチン８５によりタイマ８４の設定時間を変更する。タイマ８４はタイムアップする毎に電圧差算出手段８１に対して割り込みをかけ、電圧差算出手段８１は該割り込みがかかる毎に電圧差算出を実行する。これにより、電圧差算出手段８１は、タイマ８４の設定時間を制御周期として動作する。
【００５１】
また、図１０ｂは割り込み信号をハードによって作成する制御周期設定手段の構成例である。電圧差検出ルーチン８２と電圧差算出ルーチン８３の構成は図１０ａと同様であるが、データマップ９０の内容は異なり、電圧差算出ルーチンによって算出された電圧差に応じたデジタルデータをＤ／Ａコンバータ９１を介してＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）９２に出力する。ＶＣＯ９２はＤ／Ａコンバータから出力されるアナログ電圧に応じた周波数のパルス波形を発生し、該パルス波形がＣＰＵ９３に入力される。そして、ＣＰＵ９３が該パルス波形を入力する毎に電圧差算出手段８３が電圧差の算出を実行する。これにより、電圧差算出手段８３は、ＶＣＯ９２から出力されるパルス波形の周期を制御周期として動作する。
【００５２】
また、前記第１、第２の実施形態では、コンデンサが直列に接続されたコンデンサブロックを示したが、コンデンサが直列に接続されたユニットを複数個並列に接続したコンデンサブロックに対しても本発明の適用が可能である。
【００５３】
また、前記第１の実施形態においては、図２のＳＴＥＰ３０での端子間電圧が最大であるコンデンサのバイパスと、ＳＴＥＰ３１での制御周期の変更の条件をＳＴＥＰ２３で同一としたが、これを別条件としてもよい。同様に、前記第２の実施形態においても、図８のＳＴＥＰ８０でのグループ電圧が最大であるコンデンサグループのバイパスと、ＳＴＥＰ８１での第１制御周期の変更の条件を別個に設定してもよい。
【００５４】
次に、本発明の第３の実施形態を図１１を参照して説明する。上記第１、第２の実施形態では、制御周期毎に、コンデンサの端子間電圧の差が小さいほど、該制御周期を短く変更しているが、本第３の実施形態では、図１１に示すように、制御周期を固定とし、充電制御開始時ｔ１ におけるコンデンサ間の端子間電圧の差が大きいほど、制御周期を短く設定する。例えば、点線ａに示すように初期電圧差が小さい場合は制御周期をｔ２−ｔ１ ，ｔ３−ｔ２ ，ｔ４−ｔ３，・・・，と長く設定し、実線ｂに示すように初期電圧差が大きい場合は制御周期をｔａ−ｔ１ ，ｔｂ−ｔｃ ，ｔｄ−ｔｃ ，・・・，と短く設定する。
【００５５】
このように制御周期を設定することで、コンデンサのバイパスの実行／解除タイミングの遅れを防ぎ、コンデンサの端子間電圧のばらつきを小さく保って充電を行うことができる。
【００５６】
尚、本第３の実施形態では、制御周期を固定としたが、充電制御開始時ｔ１ で設定した制御周期を初期値とし、以後前記第１、第２の実施形態と同様、コンデンサの端子間電圧の差に応じて制御周期を変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成図。
【図２】本発明の第１の実施形態の動作フローチャート。
【図３】本発明の第１の実施形態の動作フローチャート。
【図４】本発明の第１の実施形態の充電グラフ。
【図５】本発明の第２の実施形態の構成図。
【図６】本発明の第２の実施形態の構成図。
【図７】本発明の第２の実施形態の構成図。
【図８】本発明の第２の実施形態の動作フローチャート。
【図９】本発明の第２の実施形態の動作フローチャート。
【図１０】本発明の制御周期指示の構成例。
【図１１】本発明の第３の実施形態の充電グラフ。
【符号の説明】
１…コンデンサブロック、２，３…電極端子、４…充電用電源、５…充電制御手段、６…コンデンサ、７…バイパス制御手段、８…電圧差算出手段、９…制御周期変更手段、１０…電圧検出手段、１１…バイパス手段、１２…信号反転素子、１３…バイパスＦＥＴ、１４…充電ＦＥＴ、４１…コンデンサブロック、４２，４３…電極端子、４４…充電用電源、４５…コンデンサ、４６…バイパス手段、４７…電圧検出手段、４８…充電制御手段、４９…グループ生成手段、５０…コンデンサグループ、５１…グループ電圧算出手段、５２…第１の電圧差算出手段、５３…第１のバイパス制御手段、５４…第１制御周期変更手段、６１…第２の電圧差算出手段、６２…第２のバイパス制御手段、６３…第２制御周期変更手段、８０…データマップ、８１…電圧検出ルーチン、８２…電圧差算出ルーチン、８３…電圧差算出手段、８４…タイマ、８５…タイマ時間設定ルーチン、９０…データマップ、９１…Ｄ／Ａコンバータ、９２…ＶＣＯ、９３…ＣＰＵ
【発明の属する技術の分野】
本発明は、複数のコンデンサが接続され、電源として使用されるコンデンサブロックの各コンデンサの充電を高速かつ均等に行う充電制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンデンサブロックを構成する各コンデンサに均等に充電を行う充電装置としては、各コンデンサと並列に第１のスイッチ手段とトランスの１次コイルとの直列回路を接続し、該トランスの２次コイルと第２のスイッチ手段とを調整端子に接続した構成とし、各コンデンサの充電電荷を該トランスを介して該調整端子から取り出し、充電用電源や他のコンデンサ等に回送することで各コンデンサの端子間電圧を均等にするようにしたものが知られている（特開平７─３２２５１５号）。
【０００３】
また、２つのスイッチ手段の直列回路を２つのコンデンサの直列回路に並列に接続すると共に、２つのスイッチ手段の直列接続中点と２つのコンデンサの直列接続中点との間にインダクティブ素子を接続した構成とし、各スイッチをスイッチングして、各コンデンサの電荷を該インダクティブ素子を介して他のコンデンサに移動させることで、各コンデンサの端子間電圧を均等にするようにしたものが知られている（特開平７─３２２５１６号）。
【０００４】
上記２つの充電装置は、いずれも各コンデンサ間で電荷を移動させることで各コンデンサの端子間電圧を均等にするものである。そして、先ず充電開始前にコンデンサブロックの各コンデンサの端子間電圧が均等になるように各コンデンサ間で電荷の移動を行う。これにより、各コンデンサの端子間電圧が等しい状態で充電を開始することができ、大電流で急速充電を行うときの充電率を高めることができる。しかし、各コンデンサの充電率は容量の違いなどによって異なるため、各コンデンサが充電を完了するのに要する時間は一致しない。そのため、上記２つの充電装置では、充電を完了したコンデンサにさらに電流が流れて該コンデンサが過充電となって破損するのを防ぐため、充電開始後は、常時各コンデンサの端子間電圧を規定充電電圧と比較し、端子間電圧が該規定充電電圧に達したコンデンサの電荷を他の端子間電圧が該規定充電電圧に達していないコンデンサに移動させることで各コンデンサが過充電されることを防ぎ、全てのコンデンサを該規定充電電圧まで充電するようにしている。
【０００５】
このように、上記２つの充電装置では充電開始後の各コンデンサ間の電荷の移動はコンデンサの端子間電圧が前記規定充電電圧に達してから行われる。そのため、該規定充電電圧に達したコンデンサに対応して設けられたスイッチ手段には、その後端子間電圧が高い状態で常時電荷を移動させる電流が流れ、該電荷の一部が熱損失される。したがって、本来コンデンサを充電するべき電気エネルギーが無駄になってしまうという不都合があった。また、大電流を扱うコイルが必要なため、各コンデンサの端子間電圧を均一にする均一化回路が大型になってしまうという不都合があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記不都合を解決し、コンデンサブロックを構成する各コンデンサの充電を小型の回路を用い、熱損失を防いで均等かつ過充電なしに行うことができるコンデンサの充電装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の実施態様は、一対の出力端子間に複数のコンデンサを接続して構成されたコンデンサブロックを充電用電源に接続して各コンデンサの充電を行うコンデンサの充電装置において、該出力端子間の電流経路に流れる電流を各コンデンサの箇所でバイパスするバイパス手段と、各コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出手段と、充電開始後所定の制御周期毎に、該電圧検出手段によって検出される端子間電圧が最大であるコンデンサと最小であるコンデンサの各端子間電圧の差を算出する電圧差算出手段と、該電圧差を所定値以上となったときに、前記電圧検出手段によって検出される端子間電圧が最大であるコンデンサのバイパスを行い、また、前記電圧検出手段によって検出される端子間電圧が最小であるコンデンサの端子間電圧が、バイパスされていたコンデンサの端子間電圧以上の所定値となったときに、該バイパスされていたコンデンサのバイパスを解除して充電を再開するバイパス制御手段と、前記電圧差算出手段により算出された電圧差に応じて、前記制御周期を変更する制御周期変更手段とを設けたことを特徴とする。
【０００８】
かかる第１の実施態様によれば、前記コンデンサブロックを構成するコンデンサの端子間電圧が最大であるコンデンサと最小であるコンデンサの各端子間電圧の差が所定値以上となったときに、端子間電圧が最大であるコンデンサがバイパスされて充電が中断されるので、各コンデンサの端子間電圧の差を減少させながら各コンデンサを充電することができる。
【０００９】
そして、前記コンデンサブロックを構成するコンデンサの端子間電圧が最大であるコンデンサと最小であるコンデンサの各端子間電圧の差に応じて前記制御周期を変更することで、その時点での各コンデンサの電荷量のばらつきに見合った制御周期を得ることができ、各コンデンサの端子間電圧をより均等に保った状態で充電を行うことにより、損失を最も少なくでき、コンデンサの発熱を考慮すると、トータル的な充電時間の短縮が可能となる。
【００１０】
また、前記制御周期変更手段は、前記制御周期毎に、前記電圧差算出手段により算出された電圧差が小さいほど、該制御周期を短くすることを特徴とする。
【００１１】
かかる本発明によれば、前記コンデンサブロックを構成する各コンデンサの端子間電圧の差が減少するに従って、前記制御周期が短くなるので、各コンデンサの端子間電圧をより均等に保ってほぼ同時に充電を完了させることができる。そのため、先に充電を完了したコンデンサのバイパスを行うことによる発熱量を減少させることができる。
【００１２】
また、前記制御周期変更手段は、充電開始後、所定時間経過時に、前記電圧差算出手段によって算出される電圧差が大きいほど、前記制御周期の初期値を短く設定し、以後該制御周期の変更を行わないことを特徴とする。
【００１３】
前記コンデンサブロックを構成する各コンデンサの端子間電圧の差が大きいときに、前記制御周期が長いと、コンデンサのバイパスの実行／解除タイミングが遅れる場合があり、各コンデンサの端子間電圧のばらつきを小さく保つことが難しい。かかる場合に、本発明によれば、前記制御周期の初期値が短く設定されるので、バイパスの実行／解除のタイミングが遅れるのを防ぎ、各コンデンサの端子間電圧のばらつきを小さく保って充電を行うことができる。
【００１４】
また、前記電圧検出手段によって検出される端子間電圧が充電完了目標電圧付近の該充電完了目標電圧以下である所定値となったコンデンサが発生したときに、前記バイパス制御手段は該コンデンサをバイパスし、前記制御周期変更手段は前記電圧差算出手段により算出された電圧差に応じた制御周期よりもさらに制御周期を短くすることを特徴とする。
【００１５】
かかる本発明によれば、前記制御周期を短縮して、各コンデンサの端子間電圧を検出する間隔を短くした上で、端子間電圧が前記充電完了目標電圧付近まで充電が行われたコンデンサをバイパスするので、各コンデンサが該充電完了目標電圧を越えて過充電され、寿命が短くなるのを防止することができる。
【００１６】
また、本発明の第２の実施態様は、一対の出力端子間に複数のコンデンサを接続して構成されたコンデンサブロックを充電用電源に接続して各コンデンサの充電を行うコンデンサの充電装置において、該出力端子間の電流経路に流れる電流を各コンデンサの箇所でバイパスするバイパス手段と、各コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出手段と、充電開始時に該電圧検出手段によって検出される端子間電圧に応じてコンデンサを複数のグループに分けるグループ生成手段と、充電開始後所定の第１制御周期毎に、該グループを構成するコンデンサの端子間電圧の平均値であるグループ電圧を算出するグループ電圧算出手段と、該グループ電圧が最大であるコンデンサグループと最小であるコンデンサグループの各グループ電圧の差を算出する第１の電圧差算出手段と、該電圧差に応じて、グループ電圧が最大であるコンデンサグループを構成するコンデンサのバイパスを行い、また、グループ電圧が最小であるコンデンサグループのグループ電圧が、バイパスされていたコンデンサグループのグループ電圧以上の所定値となったときに、該バイパスされていたコンデンサグループを構成するコンデンサのバイパスを解除して充電を再開する第１のバイパス制御手段と、前記第１の電圧差算出手段により算出された電圧差に応じて、前記第１制御周期を変更する第１制御周期変更手段とを設けたことを特徴とする。
【００１７】
コンデンサブロックが多数のコンデンサによって構成されている場合、コンデンサ単位でバイパス制御による充電を行うには、制御周期を短くしないと各コンデンサの端子間電圧の差が拡大してしまう。しかし、バイパス手段のバイパス実行／解除時間には限界があるため、制御周期を限度なく短くすることはできない。かかる場合に、本第２の実施態様による各コンデンサのグループ化を行い、前記グループ電圧が最大であるコンデンサグループと最小であるコンデンサグループの各グループ電圧の差に応じて制御周期の変更と、各コンデンサグループ単位でのバイパス制御とを行うことで、多数のコンデンサによって構成されるコンデンサブロックに対して、各コンデンサグループのグループ電圧を均等にしながら充電を行うことができる。
【００１８】
また、前記第１制御周期変更手段は、前記第１の制御周期毎に、前記第１の電圧差算出手段により算出された電圧差が小さいほど、該第１制御周期を短くすることを特徴とする。
【００１９】
かかる本発明によれば、前記コンデンサグループ間のグループ電圧をより均等に保ってほぼ同時に充電を完了することができる。
【００２０】
また、前記第１制御周期変更手段は、充電開始後、所定時間経過時に、前記第１の電圧差算出手段によって算出される電圧差が大きいほど、前記第１制御周期の初期値を短く設定し、以後該第１制御周期の変更を行わないことを特徴とする。
【００２１】
かかる本発明によれば、前記第１のバイパス手段のバイパス実行／解除タイミングの遅れを防止して、前記コンデンサグループ間のグループ電圧のばらつきを小さく保って充電を行うことができる。
【００２２】
また、前記第１のバイパス制御手段は、充電開始後、グループ電圧が所定値以上となったコンデンサグループを制御対象外とし、その後、所定の第２制御周期毎に、該コンデンサグループを構成するコンデンサのうち端子間電圧が最大であるコンデンサと最小であるコンデンサの各端子間電圧の差を算出する第２の電圧差算出手段と、該電圧差に応じて端子間電圧が最大であるコンデンサをバイパスさせ、また、端子間電圧が最小であるコンデンサの端子間電圧が、バイパスされていたコンデンサの端子間電圧以上の所定値となったときに、該バイパスされていたコンデンサのバイパスを解除して充電を再開する第２のバイパス制御手段と、前記第２の電圧差算出手段により算出された電圧差に応じて、前記第２制御周期を変更する第２制御周期変更手段とを設けたことを特徴とする。
【００２３】
かかる本発明によれば、前記第１のバイパス制御手段は、充電が進み、グループ電圧が所定値以上となったコンデンサグループに対する充電制御を終了する。そしてこの状態では、該コンデンサグループを構成する各コンデンサの端子間電圧は不均等であるので、さらに、該コンデンサグループを構成するコンデンサ単位で前記第２制御周期の決定とバイパス制御とを行うことで、各コンデンサグループを構成するコンデンサの端子間電圧を均等にしながら充電を行うことができる。したがって、該コンデンサグループを構成する各コンデンサの充電を同時に完了することができ、先に充電を終了したコンデンサをバイパスすることによる発熱を防止することができる。
【００２４】
また、前記第２制御周期変更手段は、前記第２の制御周期毎に、前記第２の電圧差算出手段により算出された電圧差が小さいほど、前記第２制御周期を短くすることを特徴とする。
【００２５】
かかる本発明によれば、前記コンデンサグループを構成する各コンデンサの端子間電圧が減少するに従って、前記第２制御周期が短くなるので、各コンデンサの端子間電圧をより均等に保ってほぼ同時に充電を完了させることができる。
【００２６】
また、前記第２制御周期変更手段は、充電開始後、所定時間経過時に、前記第２の電圧差算出手段によって算出される電圧差が大きいほど、前記第２制御周期の初期値を短く設定し、以後該第２制御周期の変更を行わないことを特徴とする。
【００２７】
かかる本発明によれば、前記第２のバイパス制御手段によるバイパス実行／解除タイミングの遅れを防いで、前記コンデンサグループを構成する各コンデンサの端子間電圧のばらつきを小さく保って充電を行うことができる。
【００２８】
また、前記第２の電圧検出手段によって検出される端子間電圧が充電完了目標電圧付近の該充電完了目標電圧以下である所定値となったコンデンサが発生したときに、前記第２のバイパス制御手段は該コンデンサをバイパスし、前記第２制御周期変更手段は前記第２の電圧差算出手段により算出された電圧差に応じた第２制御周期よりもさらに第２制御周期を短くすることを特徴とする。
【００２９】
かかる本発明によれば、前記第２制御周期を短縮して、各コンデンサの端子間電圧を検出する間隔を短くした上で、端子間電圧が前記充電完了目標電圧付近まで充電が行われたコンデンサをバイパスするので、各コンデンサが該充電完了目標電圧を越えて過充電され、寿命が短くなるのを防止することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１〜図１１を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形態の構成図、図２，図３は図１に示した充電制御手段の動作を示すフローチャートであり、図４は図１に示したコンデンサブロックを構成する３個のコンデンサの充電状態を示すグラフである。図５〜図７は本発明の第２の実施形態の構成図、図８，図９は該第２の実施形態における充電制御手段の動作を示すフローチャート、図１０は制御周期変更手段の構成図である。また、図１１は本発明の第３の実施形態における充電グラフである。
【００３１】
本発明の第１の実施形態におけるコンデンサの充電装置は、図１に示すように、コンデンサブロック１の電極端子２、３を充電用電源４に接続して、充電制御手段５によりコンデンサブロック１を構成する各コンデンサ６のバイパスを行いながらコンデンサブロック１の充電を行う。充電制御手段５は図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ等から構成され、バイパス制御手段７と、電圧差算出手段８と、制御周期変更手段９とを備え、コンデンサブロック１を構成する各コンデンサ６の端子間電圧を電圧検出手段である差動アンプ１０を介して入力し、バイパス手段１１を介して各コンデンサ６のバイパスを行う。
【００３２】
バイパス手段１１は、信号反転素子１２と、バイパスＦＥＴ１３と、充電ＦＥＴ１４とからなり、バイパス制御手段７からのバイパス信号出力がハイレベルであるときはバイパスＦＥＴ１３がＯＮ、充電ＦＥＴ１４がＯＦＦとなってコンデンサ６の充電を中断し、バイパス信号出力がローレベルであるときには、バイパスＦＥＴ１３がＯＦＦ、充電ＦＥＴ１４がＯＮとなってコンデンサ６を充電する。
【００３３】
電圧差算出手段７は、所定の制御周期毎にコンデンサブロック１を構成する各コンデンサ６の端子間電圧を電圧検出手段１０を介して入力し、端子間電圧が最大であるコンデンサと最小であるコンデンサの各端子間電圧の差を算出してバイパス制御手段７とサンプリング時間変更手段９とに出力する。
【００３４】
バイパス制御手段７は、前記所定の制御周期毎に、電圧差算出手段８から出力される電圧差を入力し、該電圧差が所定値以上となったときに、端子間電圧が最大であるコンデンサ６のバイパスを行い、また、端子間電圧が最小であるコンデンサ６の端子間電圧が、バイパスを行ったコンデンサの端子間電圧以上の所定値となったときに該バイパスをおこなったコンデンサのバイパスを解除する動作を行う。また、制御周期変更手段９は、電圧差算出手段８から出力される電圧差に応じて前記制御周期を設定、変更する。
【００３５】
次に、図２，図３に示したフローチャートに従って、図１に示した充電制御手段５の動作を説明する。ＳＴＥＰ２０で制御周期変更手段９から、電圧差算出手段８とバイパス制御手段７に対して周期の指示が出されると、電圧差算出手段８は、ＳＴＥＰ２１でコンデンサブロック１を構成する各コンデンサの端子間電圧を電圧検出手段１０を介して入力し、ＳＴＥＰ２２で端子間電圧が最大であるコンデンサと最小であるコンデンサの各端子間電圧の差を算出する。そして、ＳＴＥＰ２３で該電圧の差が所定値以上となったときには、ＳＴＥＰ３０に進んでバイパス制御手段７がバイパス手段１１にハイレベルのバイパス信号を出力して、コンデンサ６の充電を中断させ、ＳＴＥＰ３１で制御周期変更手段９が制御周期時間を変更（短縮）する。
【００３６】
これにより、図４のグラフに示すように、端子間電圧の上昇率が大きい３１、３２が順次バイパスされ、端子間電圧の上昇率が最小である３３の該上昇率が大きくなるので、各コンデンサ６間の端子間電圧の差を短時間で小さくすることができる。また、端子間電圧が最大であるコンデンサ６と最小であるコンデンサ６の各端子間電圧の差の減少に応じて、制御周期を短縮することで、各コンデンサ６の端子間電圧の差が小さい状態を保ったまま、各コンデンサ６を充電し、ほぼ同時に充電を終了することができる。したがって、先に充電を完了したコンデンサ６をバイパスし続けることで、バイパス手段１１のバイパスＦＥＴ１３に電流が流れることで熱損失が発生するのを防ぐことができる。
【００３７】
また、ＳＴＥＰ２４で端子間電圧が最小であるコンデンサ６の端子間電圧が、バイパスしたコンデンサ６の端子間電圧以上の所定値以上となったときには、ＳＴＥＰ３２で、バイパス制御手段７は、バイパスされていたコンデンサ６に対応するバイパス手段１１にローレベルのバイパス信号を出力し、充電ＦＥＴ１４をＯＮさせてバイパスされていたコンデンサ６のバイパスを解除して、該コンデンサ６の充電を再開させる。
【００３８】
また、ＳＴＥＰ２５で、端子間電圧が充電完了目標値（例えば３．５Ｖ）近傍の、該充電完了目標値以下の所定値以上となったコンデンサ６が発生したときには、ＳＴＥＰ３３でバイパス制御手段７は該コンデンサ６をバイパスし、ＳＴＥＰ３４で制御周期変更手段９が制御周期を短縮する。このＳＴＥＰ３３、ＳＴＥＰ３４の処理により、コンデンサ６が過充電されて寿命が短くなるのを防止することができる。そして、ＳＴＥＰ２６で全てのコンデンサ６がバイパスされた状態となったときに、ＳＴＥＰ３５に進んで充電を終了する。
【００３９】
尚、制御周期変更手段９は、充電開始後、バイパス制御手段７の動作開始時に、電圧差算出手段８によって算出される各コンデンサ６の端子間電圧の差が大きいほど、制御周期の初期値を短く設定してもよい。これにより、充電時の各コンデンサ６の端子間電圧の差を小さく保つことができる。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施形態を図５〜図７を参照して説明する。図５〜図７は本発明の第２の実施形態によるコンデンサの充電装置の構成図である。本第２の実施形態は、図５に示すように多数のコンデンサが直列接続されて構成されたコンデンサブロック４１を充電対象とし、コンデンサブロック４１の電極端子４２、４３を充電用電源４４に接続してコンデンサ４１を充電する。また、コンデンサブロック４１を構成する各コンデンサ４５に対応して、バイパス手段４６と電圧検出手段４７が備えられ、それぞれ充電制御手段４８と接続される。
【００４１】
尚、バイパス手段４６の構成は、図１に示したバイパス手段１１と同じであり、充電制御手段４８からのバイパス信号がハイレベルのときは、コンデンサ４５をバイパスして充電を中断し、ハイパス信号がローレベルのときには、コンデンサ４５に通電して充電を行う。また、電圧検出手段４７の構成は、図１に示した電圧検出手段１０と同じであり、コンデンサ４５の端子間電圧を検出して充電制御手段４８に出力する。
【００４２】
図６に示すように、充電制御手段４８に備えられたグループ生成手段４９は、充電開始時に各コンデンサ４５の端子間電圧を電圧検出手段４７を介して入力し、コンデンサブロック４１を構成するコンデンサ４５をその端子間電圧の大きさにより複数のコンデンサグループ５０に分ける。また、充電制御手段４８は、図６に示すように、所定の第１制御周期毎に、各コンデンサグループ５０を構成するコンデンサ４５の端子間電圧の平均値であるグループ電圧を算出するグループ電圧算出手段５１と、グループ電圧が最大であるコンデンサグループと最小であるコンデンサグループの各グループ電圧の差を算出する第１の電圧差算出手段５２と、第１の電圧差算出手段５２によって算出された電圧差に応じてコンデンサグループを構成するコンデンサのバイパス制御を行う第１のバイパス制御手段５３と、該電圧差に応じて第１制御周期を変更する第１制御周期変更手段５４とを備える。
【００４３】
また、充電制御手段４８は、図７に示すようにコンデンサグループ５０を構成するコンデンサ４５に対して前記第１の実施形態と同様のバイパス制御をおこなうため、所定の第２制御周期毎に各コンデンサ４５の端子間電圧を検出して、端子間電圧が最大であるコンデンサ４５と最小であるコンデンサの各端子間電圧の差を算出する第２の電圧差算出手段６１と、第２の電圧差算出手段６１によって算出された電圧差に応じて各コンデンサのバイパスとバイパス解除とを行う第２のバイパス制御手段６２と、該電圧差に応じて前記第２制御周期を変更する第２制御周期変更手段６３とを備える。
【００４４】
以下、図８，図９に示すフローチャートに従って、本第２の実施形態における充電制御手段４８の動作を説明する。図５に示したコンデンサブロック４１の充電開始時、グループ生成手段４９は、ＳＴＥＰ７０で各コンデンサ４５の端子間電圧を電圧検出手段４７を介して入力し、ＳＴＥＰ７１で各コンデンサの端子間電圧の大小に応じて図６に示すように、グループＡ、Ｂ、Ｃの３個のコンデンサグループ５０を生成する。そして、ＳＴＥＰ７２〜ＳＴＥＰ７７でコンデンサグループ５０単位での充電制御が行われる。
【００４５】
ＳＴＥＰ７２で第１制御周期変更手段５４から第１の電圧差算出手段５２に周期の指示がなされると、ＳＴＥＰ７３でグループ電圧算出手段５１が各コンデンサグループ５０のグループ電圧を算出し、ＳＴＥＰ７４で第１の電圧差算出手段５２がグループ電圧が最大であるコンデンサグループ５０と最小であるコンデンサグループ５０の各グループ電圧の差を算出する。そして、ＳＴＥＰ７５で第１の電圧差算出手段５２によって算出された電圧差が所定値以上であるときは、ＳＴＥＰ８０に進んで第１のバイパス制御手段５３がグループ電圧が最大であるコンデンサグループ５０を構成する各コンデンサ４５をバイパス手段４６を介してバイパスさせる。また、ＳＴＥＰ８１で第１制御周期変更手段５４が第１制御周期を変更する。
【００４６】
次にＳＴＥＰ７６で、グループ電圧が最小であるコンデンサグループ５０のグループ電圧が、ハイパスされているコンデンサグループ５０の電圧以上の所定値となったときに、ＳＴＥＰ８２に進んで該バイパスされたコンデンサグループ５０のバイパスを解除する。
【００４７】
このように充電制御することで、各コンデンサグループ５０間のグループ電圧の差が縮小される。そして、充電が進みＳＴＥＰ７７でグループ電圧が所定値以上となったコンデンサグループ５０は、コンデンサグループ単位での充電制御を終了し、ＳＴＥＰ８３でコンデンサグループ５０を構成する各コンデンサ４５単位で図７に示すように、前記第１の実施例と同様の充電制御を行う。これにより、各コンデンサグループを構成するコンデンサ４５の端子間電圧を均等にして、ほぼ同時に充電を終了させることができる。
【００４８】
したがって、本第２の実施形態の充電制御装置により、多数のコンデンサを接続して構成されているため、コンデンサ単位ではバイパス制御を行うことが困難なコンデンサブロックに対しても、各コンデンサの端子間電圧の差を縮小させ、各コンデンサの充電を同時に完了させることができる。
【００４９】
なお、制御周期変更手段９、第１制御周期変更手段５４、第２制御周期変更手段６３による制御周期の設定は、図１０ａ，図１０ｂに示すように電圧差と制御周期との相関関係が予め設定されたデータマップ８０、９０により、或いは該相関関係を演算によって算出することで行われる。また、制御周期変更手段９等からバイパス制御手段７等への周期の指示は、図１０ａに示すソフト的処理の他、図１０ｂに示すハード的処理も可能である。
【００５０】
図１０ａは、ソフト処理による制御周期設定手段の構成例であり、電圧差検出ルーチン８１と電圧差算出ルーチン８２から構成される電圧差算出手段８３によって算出された電圧差に対応したタイマ８４の設定時間をデータマップ８０から選択し、タイマ時間設定ルーチン８５によりタイマ８４の設定時間を変更する。タイマ８４はタイムアップする毎に電圧差算出手段８１に対して割り込みをかけ、電圧差算出手段８１は該割り込みがかかる毎に電圧差算出を実行する。これにより、電圧差算出手段８１は、タイマ８４の設定時間を制御周期として動作する。
【００５１】
また、図１０ｂは割り込み信号をハードによって作成する制御周期設定手段の構成例である。電圧差検出ルーチン８２と電圧差算出ルーチン８３の構成は図１０ａと同様であるが、データマップ９０の内容は異なり、電圧差算出ルーチンによって算出された電圧差に応じたデジタルデータをＤ／Ａコンバータ９１を介してＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）９２に出力する。ＶＣＯ９２はＤ／Ａコンバータから出力されるアナログ電圧に応じた周波数のパルス波形を発生し、該パルス波形がＣＰＵ９３に入力される。そして、ＣＰＵ９３が該パルス波形を入力する毎に電圧差算出手段８３が電圧差の算出を実行する。これにより、電圧差算出手段８３は、ＶＣＯ９２から出力されるパルス波形の周期を制御周期として動作する。
【００５２】
また、前記第１、第２の実施形態では、コンデンサが直列に接続されたコンデンサブロックを示したが、コンデンサが直列に接続されたユニットを複数個並列に接続したコンデンサブロックに対しても本発明の適用が可能である。
【００５３】
また、前記第１の実施形態においては、図２のＳＴＥＰ３０での端子間電圧が最大であるコンデンサのバイパスと、ＳＴＥＰ３１での制御周期の変更の条件をＳＴＥＰ２３で同一としたが、これを別条件としてもよい。同様に、前記第２の実施形態においても、図８のＳＴＥＰ８０でのグループ電圧が最大であるコンデンサグループのバイパスと、ＳＴＥＰ８１での第１制御周期の変更の条件を別個に設定してもよい。
【００５４】
次に、本発明の第３の実施形態を図１１を参照して説明する。上記第１、第２の実施形態では、制御周期毎に、コンデンサの端子間電圧の差が小さいほど、該制御周期を短く変更しているが、本第３の実施形態では、図１１に示すように、制御周期を固定とし、充電制御開始時ｔ１ におけるコンデンサ間の端子間電圧の差が大きいほど、制御周期を短く設定する。例えば、点線ａに示すように初期電圧差が小さい場合は制御周期をｔ２−ｔ１ ，ｔ３−ｔ２ ，ｔ４−ｔ３，・・・，と長く設定し、実線ｂに示すように初期電圧差が大きい場合は制御周期をｔａ−ｔ１ ，ｔｂ−ｔｃ ，ｔｄ−ｔｃ ，・・・，と短く設定する。
【００５５】
このように制御周期を設定することで、コンデンサのバイパスの実行／解除タイミングの遅れを防ぎ、コンデンサの端子間電圧のばらつきを小さく保って充電を行うことができる。
【００５６】
尚、本第３の実施形態では、制御周期を固定としたが、充電制御開始時ｔ１ で設定した制御周期を初期値とし、以後前記第１、第２の実施形態と同様、コンデンサの端子間電圧の差に応じて制御周期を変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成図。
【図２】本発明の第１の実施形態の動作フローチャート。
【図３】本発明の第１の実施形態の動作フローチャート。
【図４】本発明の第１の実施形態の充電グラフ。
【図５】本発明の第２の実施形態の構成図。
【図６】本発明の第２の実施形態の構成図。
【図７】本発明の第２の実施形態の構成図。
【図８】本発明の第２の実施形態の動作フローチャート。
【図９】本発明の第２の実施形態の動作フローチャート。
【図１０】本発明の制御周期指示の構成例。
【図１１】本発明の第３の実施形態の充電グラフ。
【符号の説明】
１…コンデンサブロック、２，３…電極端子、４…充電用電源、５…充電制御手段、６…コンデンサ、７…バイパス制御手段、８…電圧差算出手段、９…制御周期変更手段、１０…電圧検出手段、１１…バイパス手段、１２…信号反転素子、１３…バイパスＦＥＴ、１４…充電ＦＥＴ、４１…コンデンサブロック、４２，４３…電極端子、４４…充電用電源、４５…コンデンサ、４６…バイパス手段、４７…電圧検出手段、４８…充電制御手段、４９…グループ生成手段、５０…コンデンサグループ、５１…グループ電圧算出手段、５２…第１の電圧差算出手段、５３…第１のバイパス制御手段、５４…第１制御周期変更手段、６１…第２の電圧差算出手段、６２…第２のバイパス制御手段、６３…第２制御周期変更手段、８０…データマップ、８１…電圧検出ルーチン、８２…電圧差算出ルーチン、８３…電圧差算出手段、８４…タイマ、８５…タイマ時間設定ルーチン、９０…データマップ、９１…Ｄ／Ａコンバータ、９２…ＶＣＯ、９３…ＣＰＵ
Claims (11)
- 一対の出力端子間に複数のコンデンサを接続して構成されたコンデンサブロックを充電用電源に接続して各コンデンサの充電を行うコンデンサの充電装置において、
該出力端子間の電流経路に流れる電流を各コンデンサの箇所でバイパスするバイパス手段と、各コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出手段と、充電開始後所定の制御周期毎に、該電圧検出手段によって検出される端子間電圧が最大であるコンデンサと最小であるコンデンサの各端子間電圧の差を算出する電圧差算出手段と、該電圧差を所定値以上となったときに、前記電圧検出手段によって検出される端子間電圧が最大であるコンデンサのバイパスを行い、また、前記電圧検出手段によって検出される端子間電圧が最小であるコンデンサの端子間電圧が、バイパスされていたコンデンサの端子間電圧以上の所定値となったときに、該バイパスされていたコンデンサのバイパスを解除して充電を再開するバイパス制御手段と、前記電圧差算出手段により算出された電圧差に応じて、前記制御周期を変更する制御周期変更手段とを設けたことを特徴とするコンデンサの充電装置。 - 前記制御周期変更手段は、前記制御周期毎に、前記電圧差算出手段により算出された電圧差が小さいほど、該制御周期を短くすることを特徴とする請求項１記載のコンデンサの充電装置。
- 前記制御周期変更手段は、充電開始後、所定時間経過時に、前記電圧差算出手段によって算出される電圧差が大きいほど、前記制御周期の初期値を短く設定し、以後該制御周期の変更を行わないことを特徴とする請求項１記載のコンデンサの充電装置。
- 前記電圧検出手段によって検出される端子間電圧が充電完了目標電圧付近の該充電完了目標電圧以下である所定値となったコンデンサが発生したときに、前記バイパス制御手段は該コンデンサをバイパスし、前記制御周期変更手段は前記電圧差算出手段により算出された電圧差に応じた制御周期よりもさらに制御周期を短くすることを特徴とする請求項２記載のコンデンサの充電装置。
- 一対の出力端子間に複数のコンデンサを接続して構成されたコンデンサブロックを充電用電源に接続して各コンデンサの充電を行うコンデンサの充電装置において、
該出力端子間の電流経路に流れる電流を各コンデンサの箇所でバイパスするバイパス手段と、各コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出手段と、充電開始時に該電圧検出手段によって検出される端子間電圧に応じてコンデンサを複数のグループに分けるグループ生成手段と、充電開始後所定の第１制御周期毎に、該グループを構成するコンデンサの端子間電圧の平均値であるグループ電圧を算出するグループ電圧算出手段と、該グループ電圧が最大であるコンデンサグループと最小であるコンデンサグループの各グループ電圧の差を算出する第１の電圧差算出手段と、該電圧差に応じて、グループ電圧が最大であるコンデンサグループを構成するコンデンサのバイパスを行い、また、グループ電圧が最小であるコンデンサグループのグループ電圧が、バイパスされていたコンデンサグループのグループ電圧以上の所定値となったときに、該バイパスされていたコンデンサグループを構成するコンデンサのバイパスを解除して充電を再開する第１のバイパス制御手段と、前記第１の電圧差算出手段により算出された電圧差に応じて、前記第１制御周期を変更する第１制御周期変更手段とを設けたことを特徴とするコンデンサの充電装置。 - 前記第１制御周期変更手段は、前記第１制御周期毎に、前記第１の電圧差算出手段により算出された電圧差が小さいほど、該第１制御周期を短くすることを特徴とする請求項５記載のコンデンサの充電装置。
- 前記第１制御周期変更手段は、充電開始後、所定時間経過時に、前記第１の電圧差算出手段によって算出される電圧差が大きいほど、前記第１制御周期の初期値を短く設定し、以後該第１制御周期の変更を行わないことを特徴とする請求項５記載のコンデンサの充電装置。
- 前記第１のバイパス制御手段は、充電開始後、グループ電圧が所定値以上となったコンデンサグループを制御対象外とし、その後、所定の第２制御周期毎に、該コンデンサグループを構成するコンデンサのうち端子間電圧が最大であるコンデンサと最小であるコンデンサの各端子間電圧の差を算出する第２の電圧差算出手段と、該電圧差に応じて端子間電圧が最大であるコンデンサをバイパスさせ、また、端子間電圧が最小であるコンデンサの端子間電圧が、バイパスされていたコンデンサの端子間電圧以上の所定値となったときに、該バイパスされていたコンデンサのバイパスを解除して充電を再開する第２のバイパス制御手段と、前記第２の電圧差算出手段により算出された電圧差に応じて、前記第２制御周期を変更する第２制御周期変更手段とを設けたことを特徴とする請求項５から７のいずれか１項記載のコンデンサの充電装置。
- 前記第２制御周期変更手段は、前記第２制御周期毎に、前記第２の電圧差算出手段により算出された電圧差が小さいほど、該第２制御周期を短くすることを特徴とする請求項８記載のコンデンサの充電装置。
- 前記第２制御周期変更手段は、充電開始後、所定時間経過時に、前記第２の電圧差算出手段によって算出される電圧差が大きいほど、前記第２制御周期の初期値を短く設定し、以後該第２制御周期の変更を行わないことを特徴とする請求項８記載のコンデンサの充電装置。
- 前記第２の電圧検出手段によって検出される端子間電圧が充電完了目標電圧付近の該充電完了目標電圧以下である所定値となったコンデンサが発生したときに、前記第２のバイパス制御手段は該コンデンサをバイパスし、前記第２制御周期変更手段は前記第２の電圧差算出手段により算出された電圧差に応じた第２制御周期よりもさらに第２制御周期を短くすることを特徴とする請求項９記載のコンデンサの充電装置。
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