JP3647551B2 - コンデンサ蓄電装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電子機器の電源として使用するコンデンサ蓄電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気二重層コンデンサ等の小型で大容量のコンデンサが開発されてきており、このような大容量のコンデンサを電気自動車等の電源（蓄電装置）として使用することが試みられている。このようなコンデンサを用いたコンデンサ蓄電装置は、その一対の電源端子（各種電子機器に電力を供給するための端子）間に、複数のコンデンサを直列又は並列に接続し、あるいは、それらの接続を組み合わせて構成され、その各コンデンサが適宜の充電器により、前記電源端子を介して充電される。そして、その充電エネルギーが前記電源端子から各種電子機器に供給される。
【０００３】
ところで、この種のコンデンサ蓄電装置では、各コンデンサの過電圧を防止したり、不使用時や異常もしくは故障の発生時等に電源端子間に起電力が生じないようにすることが望ましい。
【０００４】
この場合、各コンデンサの過電圧を防止するものとしては、例えば特開平７−３２２４９２号公報に見られるように、各コンデンサに並列にＦＥＴ等のスイッチ素子を並列に接続し、各コンデンサの電圧が定格電圧を越えたときに該スイッチ素子をＯＮ状態にすることで、各コンデンサの電荷を該スイッチ素子を介して放電するようにしたものが知られている。
【０００５】
そして、このように各コンデンサにスイッチ素子を並列に接続したものでは、不使用時等に各スイッチ素子をＯＮ状態に制御して、各コンデンサを短絡することで、コンデンサ蓄電装置の電源端子間に起電力が生じないようにすることも考えられる。
【０００６】
しかしながら、このように各コンデンサにスイッチ素子を並列に接続したものでは、該スイッチ素子をＯＮ状態とした際に、コンデンサに蓄えられていた電気エネルギーが単にスイッチ素子を介して熱エネルギーに変換されて、放出されてしまうこととなる。このため、コンデンサに蓄えられたエネルギーが無駄に消費されてしまい、特に多数のコンデンサを使用したものでは、エネルギー効率の悪いものとなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる背景に鑑み、コンデンサの過電圧の防止や、不使用時等における対応をコンデンサに蓄えられたエネルギーを無駄に消費することなく、的確に行うことができるコンデンサ蓄電装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のコンデンサ蓄電装置はかかる目的を達成するために、一対の電源端子間に、複数のコンデンサを接続してなるコンデンサ蓄電装置において、前記電源端子間で流れる電流を各コンデンサの箇所でバイパスすべく各コンデンサにそれぞれ対応して設けられた複数のバイパス電流路と、各組のコンデンサ及びバイパス電流路のうち、一方を前記電源端子間の電流の経路に導通せしめると共に他方を通電不能に開放する状態と他方を前記電源端子間の電流の経路に導通せしめると共に一方を通電不能に開放する状態とに切換自在に該コンデンサ及びバイパス電流路の各組にそれぞれ接続して設けられた複数の切換スイッチ手段と、所定の条件下で各切換スイッチ手段を前記コンデンサ側からバイパス電流路側に切換制御するスイッチ制御手段とを備える。そして、前記各切換スイッチ手段は、前記コンデンサ及びバイパス電流路の一端を択一的に前記電源端子間の電流の経路に導通・遮断自在に該コンデンサ及びバイパス電流路の一端に接続して設けられた第１のスイッチ回路と、前記コンデンサ及びバイパス電流路の他端を択一的に前記電源端子間の電流の経路に導通・遮断自在に該コンデンサ及びバイパス電流路の他端に接続して設けられた第２のスイッチ回路とから成り、前記スイッチ制御手段は、各切換スイッチ手段を前記コンデンサ側からバイパス電流路側に切換制御するとき、前記両スイッチ回路を前記コンデンサの各端が前記電流の経路に導通する状態から前記バイパス電流路の各端が前記電流の経路に導通する状態に切換制御することを特徴とする。
【０００９】
かかる本発明によれば、前記スイッチ制御手段により、所定の条件下で各切換スイッチ手段を前記コンデンサ側からバイパス電流路側に切換制御したとき、前記切換スイッチ手段によって、該バイパス電流路が前記電源端子間の電流の経路に導通するので、該バイパス電流路に対応するコンデンサの箇所で電流の経路が略短絡されることなるものの、このとき、該コンデンサは、通電不能に開放されるため、該コンデンサに蓄えられた電気エネルギーは保存される。なお、各切換スイッチ手段を前記コンデンサ側からバイパス電流路側に切換制御するとき、前記スイッチ制御手段により、前記両スイッチ回路を前記コンデンサの各端が前記電流の経路に導通する状態から前記バイパス電流路の各端が前記電流の経路に導通する状態に切換制御する。
【００１０】
これにより、コンデンサの蓄電エネルギーを無駄に消費することなく、コンデンサの電圧状態等を制御することができることとなる。
【００１４】
かかる本発明では、具体的には、前記コンデンサの電圧を検出する電圧検出手段を具備し、前記スイッチ制御手段は、該コンデンサの充電時に該電圧検出手段により検出された電圧が所定値以上になったとき、該コンデンサに対応する前記切換スイッチ手段を該コンデンサ側から前記バイパス電流路側に切換制御する。
【００１５】
これによれば、コンデンサの充電時に該コンデンサの電圧が所定値以上になると、前記切換スイッチ手段が該コンデンサ側から前記バイパス電流路側に切換えられるので、該コンデンサに充電電流が流れなくなると共に該コンデンサの電圧が上記の切換時の電圧に保持される。そして、充電電圧が前記所定値に満たない他のコンデンサについては、該コンデンサに充電電流が流れて充電される。
【００１６】
従って、本発明によれば、コンデンサに蓄えられたエネルギーを無駄に消費することなく、該コンデンサの過電圧を的確に防止することができる。
【００１７】
この場合、本願発明者等の知見によれば、一般に、コンデンサの温度が高いと、その充電を満充電電圧（定格電圧）まで行うと、該コンデンサの寿命が短くなるという傾向があり、この傾向は、特に電気二重層コンデンサでは顕著なものとなる。
【００１８】
そこで、本発明では、前記スイッチ制御手段は、前記電圧の所定値を前記温度出手段の検出温度に応じて設定し、好ましくは、該電圧の所定値を温度検出手段により検出されるコンデンサの温度が高い程、低くするよう設定する。
【００１９】
このようにすることで、コンデンサの温度に応じた適切な電圧までしか該コンデンサの充電が行われないこととなるため、上記のようにコンデンサの過電圧を防止しつつ該コンデンサの寿命を向上することができる。
【００２０】
また、本発明では、前記スイッチ制御手段は、コンデンサ蓄電装置の不使用状態で全ての前記スイッチ手段を該コンデンサ側から前記バイパス電流路側に切換制御する。
【００２１】
これによれば、コンデンサ蓄電装置の不使用状態では、全てのコンデンサがその蓄電エネルギーを保持したまま前記電源端子から切り離されると共に、一対の電源端子は、コンデンサの箇所のバイパス電流路を介して短絡されることとなって、該電源端子間には、起電力が生じないこととなる。
【００２２】
従って、本発明によれば、コンデンサ蓄電装置の不使用時には、そのコンデンサに蓄えられたエネルギーを無駄に消費することなく保持したまま、電源端子間に起電力が生じないようにして、該電源端子に接続した電子機器等に電流が流れないようにすることができる。
【００２５】
また、本発明では、前記スイッチ制御手段は、コンデンサ蓄電装置の使用時に異常又は故障が発生したとき、前記複数のスイッチ手段のうちの全て又は所定数のスイッチ手段を該コンデンサ側から前記バイパス電流路側に切換制御する。
【００２６】
これによれば、コンデンサ蓄電装置の使用時に該コンデンサ蓄電装置の異常や故障（例えば電源端子のショートやコンデンサの過剰な自己放電状態等）が生じたときには、全てのスイッチ手段をコンデンサ側から前記バイパス電流路側に切換制御することで、前述したコンデンサ蓄電装置の不使用時と同様に、各コンデンサに蓄えられたエネルギーを無駄に消費することなく保持したまま、電源端子間に起電力が生じないようにして、該コンデンサ蓄電装置の損傷を速やかに防止することができ、あるいは、前記複数のスイッチ手段のうちの所定数のスイッチ手段を該コンデンサ側から前記バイパス電流路側に切換制御することで、電源端子間に生じる起電力を下げることができる。
【００２７】
尚、例えばあるコンデンサが空のとき（コンデンサの電圧が低く、所定電圧以下の場合）に、そのコンデンサに対応する切換スイッチ手段を切り換えて、バイパス電流路を電源端子間の電流経路に導通させると共に該コンデンサを電流経路から切り離すようにすれば、この空のコンデンサに他のコンデンサから電荷が逆流してしまうような事態を防止することもできる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
まず、本発明に関連した一参考例を図１乃至図３を参照して説明する。
【００３２】
図１を参照して、本参考例のコンデンサ蓄電装置は、複数（本実施形態では二つ）のコンデンサ１，１を備えた蓄電器本体２と、マイクロコンピュータ等を用いて構成されたコントロールユニット３（以下、ＥＣＵ３という）とにより構成されている。各コンデンサ１は、例えば電気二重層コンデンサである。
【００３３】
蓄電器本体２は、その一対の電源端子４，４に、該蓄電器本体２を電源とする各種電子機器５がスイッチ５ａを介して接続され、また、蓄電器本体２の充電時には、充電器６が接続されるようになっている。
【００３４】
この蓄電器本体２は、前記電源端子４，４間に、前記コンデンサ１，１を備えると共に、各コンデンサ１に対応させて、それと同数のバイパス電流路７，７、スイッチ回路８，８（切換スイッチ手段）、電圧検出回路９，９（電圧検出手段）及び温度センサ１０，１０（温度検出手段）を具備している。
【００３５】
各バイパス電流路７は、電源端子４，４間を流れる電流を各コンデンサ１の箇所で略零抵抗でバイパスするためのものであり、その一端が各コンデンサ１の一端に導通・接続されている。
【００３６】
そして、各スイッチ回路８は、互いに組となるコンデンサ１及びバイパス電流路７の他端にそれぞれ直列に接続されたスイッチ素子１１ａ，１１ｂ（本参考例では例えばＦＥＴ）を備えており、各コンデンサ１及びスイッチ素子１１ａを直列に接続したものと、これに対応する各バイパス電流路７及びスイッチ素子１１ｂを直列に接続したものとが並列に接続され、そのコンデンサ１、バイパス電流路７及びスイッチ素子１１ａ，１１ｂから成る各組の並列回路１２が電源端子４，４間に直列に接続されている。これにより、電源端子４，４間に図１の矢印ａで示す電流の経路ａが形成されている。
【００３７】
この場合、スイッチ素子１１ａ，１１ｂは、その制御入力部（ＦＥＴのゲート）に高レベルの信号を付与したときＯＮ状態となると共に、低レベルの信号を付与したときＯＦＦ状態となるものであり、スイッチ素子１１ａ，１１ｂをそれぞれＯＮ状態及びＯＦＦ状態とすることで、それらのスイッチ素子１１ａ，１１ｂを備えた並列回路１２において、コンデンサ１が上記の電流経路ａに導通すると同時にバイパス電流路７が電流経路ａから通電不能に開放され、該コンデンサ１のみに電源端子４，４間の電流が流れる状態となる。逆に、スイッチ１１ａ，１１ｂをそれぞれＯＦＦ状態及びＯＮ状態に切り換えることで、コンデンサ１が上記の電流経路ａから通電不能に開放されると同時にバイパス電流路７が電流経路ａに導通し、該バイパス電流路７に電源端子４，４間の電流が流れる状態となる。
【００３８】
そして、各スイッチ回路８は、上記のようなスイッチ素子１１ａ，１１ｂのＯＮ／ＯＦＦ状態の切換を行うために、スイッチ素子１１ａ，１１ｂの制御入力部（ＦＥＴのゲート）に接続されたインバータ回路１３（反転回路）を備えており、このインバータ回路１３は、その出力側がコンデンサ１側のスイッチ素子１１ａの制御入力部に接続され、入力側がバイパス電流路７側のスイッチ素子１１ｂの制御入力部に接続されると共に、ＥＣＵ３に接続され、該ＥＣＵ３から高低２値レベルの信号が入力されるようになっている。
【００３９】
これにより、インバータ回路１３に低レベルの信号を入力することで、スイッチ素子１１ａ，１１ｂがそれぞれＯＮ状態及びＯＦＦ状態となり、逆に高レベルの信号をインバータ回路１３に入力することで、スイッチ素子１１ａ，１１ｂがそれぞれＯＦＦ状態及びＯＮ状態となる。
【００４０】
尚、このようなスイッチ回路８を具備した蓄電器本体２の回路構成は、それを簡略化して示すと、図２に示すような回路図で表され、各スイッチ回路８が同図２の切換スイッチ８ａで表される。
【００４１】
前記各電圧検出回路９は、各コンデンサ１の電圧を検出するもので、該コンデンサ１の両端に入力側を接続した差動アンプ１４により構成され、該差動アンプ１４からコンデンサ１の電圧に応じたレベルの信号をＥＣＵ３に出力するようにしている。
【００４２】
前記各温度センサ１０は、各コンデンサ１に取着されたサーミスタ等により構成されたものであり、該コンデンサ１の温度に応じたレベルの信号をＥＣＵ３に出力する。
【００４３】
ＥＣＵ３は、各スイッチ回路８を制御するスイッチ制御手段を構成するものであり、各電圧検出回路８の出力信号により把握される各コンデンサ１の電圧や、各温度センサ１０の出力信号により把握される各コンデンサ１の温度等に応じて、後述するように各スイッチ回路８の切換制御を行う。
【００４４】
次に、本参考例のコンデンサ蓄電装置の作動を説明する。
【００４５】
まず、コンデンサ蓄電装置の使用時（前記スイッチ５ａをＯＮにして電子機器５への給電を行う時）において、ＥＣＵ３は、通常時は、各スイッチ回路８のインバータ回路１３に低レベルの信号を入力し、これにより前述の如く、各スイッチ回路８のスイッチ素子１１ａ，１１ｂをそれぞれＯＮ状態及びＯＦＦ状態として（スイッチ回路８をコンデンサ１側に制御する）、各コンデンサ１を前記電流経路ａに導通せしめると同時に、各バイパス電流路７を電流経路ａから開放する（図２の各切換スイッチ８ａがコンデンサ１側に投入された状態）。
【００４６】
このとき、コンデンサ１，１が、ＯＮ状態のスイッチ素子１１ａ，１１ａを介して電源端子１，１間に直列に接続さた状態となって、該コンデンサ１，１の電圧の総和の起電力が電源端子４，４間に生じ、それが電子機器５にその動作用電源として供される。
【００４７】
一方、このようなコンデンサ蓄電装置の使用時に、電源端子４，４間のショート、コンデンサ１の過放電状態等のコンデンサ蓄電装置の異常あるいは故障が生じると、それが、ＥＣＵ３により把握されるようになっており、このとき、ＥＣＵ３は、各スイッチ回路８のインバータ回路１３に入力する信号レベルを高レベルに切り換える。
【００４８】
この時、各スイッチ回路８のスイッチ素子１１ａ，１１ｂがそれぞれＯＦＦ状態及びＯＮ状態に切り換わり（スイッチ回路８がバイパス電流路７側に切り換えられる）、各コンデンサ１が前記電流経路ａから通電不能に開放されると同時に、各バイパス電流路７が電流経路ａに導通する（図２の各切換スイッチ８ａがバイパス電流路７側に投入された状態）。このため、電源端子４，４は、バイパス電流路７，７及びＯＮ状態のスイッチ素子１１ｂ，１１ｂを介して略短絡された状態となり、該電源端子４，４間に起電力が生じなくなる。従って、過放電状態のコンデンサが蓄電装置に悪影響を及ぼすことがなく、また電子端子４，４のショート時でも、電源端子４，４間に電流が流れることがない。よって、コンデンサ蓄電装置のさらなる損傷が迅速に防止される。
【００４９】
そして、この場合、蓄電器本体２の各コンデンサ１は、通電不能に開放されるので、その該コンデンサ１に蓄えられている蓄電エネルギーは、無駄に失われることなく保持され、従って、正常に復帰した後、各スイッチ回路８を再びコンデンサ１側に切り換えることで、支障なく電子機器５への給電を行うことができる。
【００５０】
また、充電器６を電源端子４，４間に接続して、各コンデンサ１，１の充電を行う際には、ＥＣＵ３は、まず、各スイッチ回路８のインバータ回路１３に低レベルの信号を入力して、前述と同様に、各スイッチ回路８をコンデンサ１側に制御し、コンデンサ１，１が電源端子４，４間に直列に接続された状態とする。この状態で、充電器６から前記電流経路ａを介して各コンデンサ１，１に電流が流れ、各コンデンサ１，１が充電されていく。
【００５１】
このとき、ＥＣＵ３は、各電圧検出回路９の差動アンプ１４の出力レベルから把握される各コンデンサ１の電圧と、各温度センサ１０の出力レベルから把握される各コンデンサ１の温度とを監視しており、各温度センサ１０によるコンデンサ１の検出温度に応じて、各コンデンサ１の充電を停止すべき該コンデンサ１の電圧の所定値を設定する。この場合、図３に示すように、各コンデンサ１毎に、コンデンサ１の検出温度が高い程、上記所定値を低くするように設定する。そして、ＥＣＵ３は、各コンデンサ１毎に、電圧検出回路９による検出電圧が上記のように設定した所定値に達すると、そのコンデンサ１に対応するスイッチ回路８のインバータ回路１３に入力する信号レベルを高レベルに切り換えることで、該スイチ回路８をコンデンサ１側からバイパス電流路７側に切り換える。
【００５２】
これにより、電圧が所定値に達したコンデンサ１は、その電圧が保持されたまま電源端子４，４間の電流経路ａから開放されて、その充電が停止される。そして、電圧が所定値に達していない他のコンデンサ１にあっては、電圧が所定値に達したコンデンサ１に対応するバイパス電流路７が電源端子４，４間の電流経路ａに導通することで、このバイパス電流路７を介して引き続き充電される。
【００５３】
このような作動により、充電時には、各コンデンサ１はその充電されたエネルギーを無駄に消費することなく、また、過電圧も生じることなく適正な電圧（前記所定値）まで的確に充電される。そして、このとき、該所定値を充電時のコンデンサ１の温度が高い程、低くなるよう設定することで、該温度に適した充電が行われ、コンデンサ１の寿命を向上させることができる。
【００５４】
また、ＥＣＵ３は、コンデンサ蓄電装置の不使用時（充電や電子機器５への給電を行わない状態）では、各スイッチ回路８のインバータ回路１３に高レベルの信号を入力して、各スイッチ回路８をバイパス電流路７側に制御し、電源端子４，４間をバイパス電流路７，７を介して短絡した状態とする（図２の各切換スイッチ８ａがバイパス電流路７側に投入された状態）。
【００５５】
これにより、電源端子４，４間に起電力が生じない状態となって、電源端子４，４間が何らかの異物等が接触しても電流が流れることがなく、また、不用意に電子機器５が動作してしまうようなことがなくなる。そして、このとき、各コンデンサ１は通電不能に開放されるため、その蓄電エネルギーが確実に保持され、各コンデンサ１の蓄電エネルギーが無駄に消費されてしまうようなことがない。
【００５６】
このように本参考例のコンデンサ蓄電装置によれば、充電時の各コンデンサ１の過電圧の防止や、異常あるいは故障発生時の対応に際して、あるいは不使用時等に、各コンデンサ１の蓄電エネルギーを無駄に消費することなく、的確な処置を施すことができる。
【００５７】
次に、本発明の実施形態を図４及び図５を参照して説明する。尚、本実施形態の説明では、前記図１のものと同一構成部分については、図１のものと同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５８】
図４を参照して、本実施形態では、蓄電器本体２’は、各コンデンサ１及びこれに対応するバイパス電流路７の各組毎に、前記スイッチ回路８と同一の回路構成の二つのスイッチ回路１５，１６を具備し、これらのスイッチ回路１５，１６が、前記電源端子４，４間で各組のコンデンサ１及びバイパス電流路７の両端に接続されている。
【００５９】
さらに詳細には、スイッチ回路１５に備えた一対のスイッチ素子１１ａ，１１ｂがそれぞれコンデンサ１及びバイパス電流路７の一端に直列に接続され、スイッチ回路１６の一対のスイッチ素子１１ａ，１１ｂがそれぞれコンデンサ１及びバイパス電流路７の他端に直列に接続されている。そして、コンデンサ１、スイッチ回路１５のスイッチ素子１１ａ及びスイッチ回路１６のスイッチ素子１１ａを直列に接続したものと、バイパス電流路７、スイッチ回路１５のスイッチ素子１１ｂ及びスイッチ回路１６のスイッチ素子１１ｂを直列に接続したものとが並列に接続され、そのコンデンサ１、バイパス電流路７及びスイッチ素子１１ａ，１１ａ，１１ｂ，１１ｂから成る各組の並列回路１２’が電源端子４，４間に直列に接続されている。これにより、図１のものと同様に電源端子４，４間に図１の矢印ａで示す電流の経路ａが形成されている。
【００６０】
この場合、両スイッチ回路１５，１６のスイッチ素子１１ａ，１１ａをＯＮ状態とし、且つ、スイッチ素子１１ｂ，１１ｂをＯＦＦ状態とすることで、上記並列回路１２’において、コンデンサ１が上記の電流経路ａに導通すると同時にバイパス電流路７が電流経路ａから通電不能に開放され、該コンデンサ１のみに電源端子４，４間の電流が流れる状態となる。逆に、スイッチ素子１１ａ，１１ａをＯＦＦ状態に切換え、且つ、スイッチ素子１１ｂ，１１ｂをＯＮ状態に切り換えることで、コンデンサ１が上記の電流経路ａから通電不能に開放されると同時にバイパス電流路７が電流経路ａに導通し、該バイパス電流路７に電源端子４，４間の電流が流れる状態となる。
【００６１】
このようなスイッチ回路１５，１６を具備した蓄電器本体２’の回路構成は、それを簡略化して示すと、図５に示すような回路図で表され、各スイッチ回路１５，１６がそれぞれ同図５の切換スイッチ１５ａ，１５ｂで表される。
【００６２】
他の構成は、図１のものと全く同一であり、各コンデンサ１の電圧や温度を検出するための電圧検出回路９や温度センサ１０が備えられている。また、各スイッチ回路１５，１６のスイッチ素子１１ａ，１１ｂの制御入力部は、ＥＣＵ３から高低２値レベルの信号を入力されるインバータ回路１３の出力側及び入力側にそれぞれ接続されている。また、蓄電器本体２’の電源端子４，４間には、電子機器５や充電器６が接続されるようになっている。
【００６３】
尚、本実施形態では、前記スイッチ回路１５，１６はそれらを併せて切換スイッチ手段を構成するものである。
【００６４】
次に、本実施形態のコンデンサ蓄電装置の作動を説明する。
【００６５】
まず、コンデンサ蓄電装置の使用時（スイッチ５ａをＯＮにして電子機器５への給電を行う時）において、ＥＣＵ３は、通常時は、全てのスイッチ回路１５，１６について、スイッチ素子１１ａをＯＮ状態とし、且つスイッチ素子１１ｂをＯＦＦ状態とするように各スイッチ回路１５，１６をインバータ回路１３を介して制御し（各スイッチ回路１５，１６をコンデンサ１側に制御する）、各コンデンサ１を前記電流経路ａに導通せしめると同時に、各バイパス電流路７を電流経路ａから開放する（図５の各切換スイッチ１５ａ，１６ａがコンデンサ１側に投入された状態）。
【００６６】
このとき、コンデンサ１，１が、電源端子１，１間に直列に接続さた状態となって、該コンデンサ１，１の電圧の総和の起電力が電源端子４，４間に生じ、それが電子機器５にその動作用電源として供される。
【００６７】
そして、このようなコンデンサ蓄電装置の使用時に、電源端子４，４間のショート、コンデンサ１の過放電状態等のコンデンサ蓄電装置の異常あるいは故障が生じると、ＥＣＵ３は、各スイッチ回路１５，１６について、スイッチ素子１１ａをＯＦＦ状態とし、且つスイッチ素子１１ｂをＯＮ状態とするように各スイッチ回路１５，１６をインバータ回路１３を介して制御し（各スイッチ回路１５，１６をバイパス電流路７側に制御する）、各コンデンサ１が前記電流経路ａから通電不能に開放すると同時に、各バイパス電流路７を電流経路ａに導通する（図５の各切換スイッチ１５ａ，１６ａがバイパス電流路７側に投入された状態）。このため、電源端子４，４は、バイパス電流路７，７を介して略短絡された状態となり、該電源端子４，４間に起電力が生じなくなる。従って、過放電状態のコンデンサが蓄電装置に悪影響を及ぼすことがなく、また電子端子４，４のショート時でも、電源端子４，４間に電流が流れることがない。よって、コンデンサ蓄電装置のさらなる損傷が迅速に防止される。
【００６８】
そして、この場合、蓄電器本体２の各コンデンサ１は、通電不能に開放されるので、その該コンデンサ１に蓄えられている蓄電エネルギーは、無駄に失われることなく保持され、従って、正常に復帰した後、各スイッチ回路１５，１６を再びコンデンサ１側に切り換えることで、支障なく電子機器５への給電を行うことができる。
【００６９】
また、充電器６を電源端子４，４間に接続して、各コンデンサ１，１の充電を行う際には、ＥＣＵ３は、まず、コンデンサ１，１が電源端子４，４間に直列に導通・接続された状態となるよう各スイッチ回路１５，１６をコンデンサ１側に制御し、この状態で、充電器６から前記電流経路ａを介して各コンデンサ１，１に電流が流れ、各コンデンサ１，１が充電されていく。
【００７０】
このとき、ＥＣＵ３は、前述の図１のものと全く同様に、各電圧検出回路９の差動アンプ１４の出力レベルから把握される各コンデンサ１の電圧と、各温度センサ１０の出力レベルから把握される各コンデンサ１の温度とを監視しており、各温度センサ１０によるコンデンサ１の検出温度に応じて、各コンデンサ１の充電を停止すべき該コンデンサ１の電圧の所定値を設定する（図３参照）。そして、ＥＣＵ３は、各コンデンサ１毎に、電圧検出回路９による検出電圧が上記のように設定した所定値に達すると、そのコンデンサ１に対応する両スイッチ回路１５，１６をコンデンサ１側からバイパス電流路７側に切り換える。
【００７１】
これにより、電圧が所定値に達したコンデンサ１は、その電圧が保持されたまま電源端子４，４間の電流経路ａから開放されて、その充電が停止される。そして、電圧が所定値に達していない他のコンデンサ１にあっては、電圧が所定値に達したコンデンサ１に対応するバイパス電流路７が電源端子４，４間の電流経路ａに導通することで、このバイパス電流路７を介して引き続き充電される。
【００７２】
このような作動により、充電時には、各コンデンサ１はその充電されたエネルギーを無駄に消費することなく、また、過電圧も生じることなく適正な電圧（前記所定値）まで的確に充電される。そして、このとき、該所定値を充電時のコンデンサ１の温度が高い程、低くなるよう設定することで、該温度に適した充電が行われ、コンデンサ１の寿命を向上させることができる。
【００７３】
また、ＥＣＵ３は、コンデンサ蓄電装置の不使用時（充電や電子機器５への給電を行わない状態）では、各スイッチ回路１５，１６をバイパス電流路７側に制御し、電源端子４，４間をバイパス電流路７，７を介して短絡した状態とする（図５の各切換スイッチ１５ａ，１６ａがバイパス電流路７側に投入された状態）。
【００７４】
これにより、電源端子４，４間に起電力が生じない状態となって、電源端子４，４間に何らかの異物等が接触しても電流が流れることがなく、また、不用意に電子機器５が動作してしまうようなことがなくなる。そして、このとき、各コンデンサ１は通電不能に開放されるため、その蓄電エネルギーが確実に保持され、各コンデンサ１の蓄電エネルギーが無駄に消費されてしまうようなことがない。
【００７５】
このように本実施形態のコンデンサ蓄電装置によれば、図１のものと同様に、充電時の各コンデンサ１の過電圧の防止や、異常あるいは故障発生時の対応に際して、あるいは不使用時等に、各コンデンサ１の蓄電エネルギーを無駄に消費することなく、的確な処置を施すことができる。
【００７６】
尚、本実施形態では、コンデンサ蓄電装置の不使用時に、各スイッチ回路１５，１６をバイパス電流路７側に制御するようにしたが、スイッチ回路１５，１６のいずれか一方のみをバイパス電流路７側に制御すると共に、他方をコンデンサ１側に制御するようにしてもよい（例えば、図５の各切換スイッチ１５ａをコンデンサ１側に投入し、且つ各切換スイッチ１６ａをバイパス電流路７側に投入する）。このようにすると、前記電源端子４，４間の電流経路ａが各コンデンサ１の箇所で遮断された状態となり、これにより、電源端子４，４間に起電力が生じない状態とすることができる。
【００７７】
また、以上説明した図１の参考例及び図４の実施形態のものでは、コンデンサ１の過放電状態等の異常や故障の発生時に、全てのスイッチ回路（図１のものではスイッチ回路８、図４のものではスイッチ回路１５，１６）をバイパス電流路７側に制御するようにしたが、それらのスイッチ回路のうちの、いくつかのスイッチ回路のみをバイパス電流路７側に制御するようにしてもよい。具体的には、例えば図１のものでは、二つのコンデンサ１，１のうち、過放電等の故障や異常を生じたいずれか一方のコンデンサ１のみに対応するスイッチ回路８をバイパス電流路７側に制御し、他方の正常なコンデンサ１に対応するスイッチ回路８はコンデンサ１側に制御したままとする。また、図４のものでは、二つのコンデンサ１，１のうち、故障や異常を生じたいずれか一方のコンデンサ１のみに対応するスイッチ回路１５，１６の両者をバイパス電流路７側に制御し、他方のコンデンサ１に対応するスイッチ回路１５，１６はコンデンサ１側に制御したままとする。このようにすると、故障や異常を生じたコンデンサ１については電源端子４，４間の電流経路ａから切り離される一方、正常なコンデンサ１は電源端子４，４間に、導通・接続された状態となって、その正常なコンデンサ１により電源端子４，４間に起電力を生ぜしめることができる。
【００７８】
このようにすると、次のような利点がある。
【００７９】
すなわち、例えば電気自動車の電源として使用するコンデンサ蓄電装置等、多数のコンデンサを電源端子間に直列的に接続したコンデンサ蓄電装置において、故障や異常を生じたコンデンサセルについてのみ、上記のように該コンデンサに対応するスイッチ回路を該コンデンサに対応するバイパス電流路側に切り換えてバイパスさせることで、故障や異常を生じたコンデンサセル分だけ、電源端子間の起電力が低下するものの、この場合、例えばバイパスさせるコンデンサセルが１個であれば、電源端子間の起電力に低下は僅か（例えば３．５Ｖ低下）で済む。従って、コンデンサ蓄電装置を通常の蓄電器と同様に継続して使用することができる。また、以上説明した参考例および実施形態では、使用時に二つのコンデンサ１，１を電源端子４，４間に直列的に接続するものを示したが、さらに多くのコンデンサを電源端子間に直列的に接続したものや、また、それらの直列的に接続されるコンデンサの組を複数組備えて、そのコンデンサの各組を並列的に接続するようなものについても本発明を適用することができることはもちろんである。
【００８０】
また、前記参考例および実施形態では、スイッチ回路８，１５，１６のスイッチ素子１１ａ，１１ｂとしてＦＥＴを使用したが、これに代えてスイッチングトランジスタや、リレースイッチ等のスイッチ素子を使用するようにしてもよい。
【００８１】
また、本発明は次ような場合にも適用可能である。
【００８２】
すなわち、例えば複数のコンデンサを直列に接続したコンデンサ蓄電装置において、一つのコンデンサの電圧が他のコンデンサに較べて小さい場合、蓄電装置の電力を消費していくと、電圧の低いコンデンサだけ、その電圧が負電圧となってしまう。そして、このような状態で蓄電装置の充電を行うと、充電効率が悪くなってしまう。そこで、このような場合に（例えばコンデンサの電圧が所定値以下に低下すると）、電圧の低いコンデンサを前述の各実施形態で説明したようなバイパス電流路や切換スイッチ手段を用いてバイパスさせるようにすれば、充電効率を向上することができる。
【００８３】
また、前記参考例および実施形態では、コンデンサ蓄電装置の各コンデンサ毎に、バイパス電流路や切換スイッチ手段を備えたものを示したが、例えば図６に示すように複数（図では６個）のコンデンサ１を電源端子４，４間に直列的に接続したコンデンサ蓄電装置において、そのコンデンサ１の複数個（図では３個）毎にバイパス電流路２０及び切換スイッチ手段２１を設け、蓄電装置の使用時等に、適宜、各切換スイッチ手段２１をバイパス電流路２０側に切り換えて、それに対応する複数のコンデンサ１をバイパスさせることで、その複数のコンデンサ１の全体の電圧状態や蓄電装置の放電量（電子機器等への給電量）等を制御することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関連するコンデンサ蓄電装置の一参考例の回路構成図。
【図２】図１のコンデンサ蓄電装置の要部の等価回路図。
【図３】図１のコンデンサ蓄電装置の作動を説明するための線図。
【図４】本発明のコンデンサ蓄電装置の一実施形態の回路構成図。
【図５】図４のコンデンサ蓄電装置の要部の等価回路図。
【図６】コンデンサ蓄電装置のさらに他の参考例を説明するための説明図。
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電子機器の電源として使用するコンデンサ蓄電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気二重層コンデンサ等の小型で大容量のコンデンサが開発されてきており、このような大容量のコンデンサを電気自動車等の電源（蓄電装置）として使用することが試みられている。このようなコンデンサを用いたコンデンサ蓄電装置は、その一対の電源端子（各種電子機器に電力を供給するための端子）間に、複数のコンデンサを直列又は並列に接続し、あるいは、それらの接続を組み合わせて構成され、その各コンデンサが適宜の充電器により、前記電源端子を介して充電される。そして、その充電エネルギーが前記電源端子から各種電子機器に供給される。
【０００３】
ところで、この種のコンデンサ蓄電装置では、各コンデンサの過電圧を防止したり、不使用時や異常もしくは故障の発生時等に電源端子間に起電力が生じないようにすることが望ましい。
【０００４】
この場合、各コンデンサの過電圧を防止するものとしては、例えば特開平７−３２２４９２号公報に見られるように、各コンデンサに並列にＦＥＴ等のスイッチ素子を並列に接続し、各コンデンサの電圧が定格電圧を越えたときに該スイッチ素子をＯＮ状態にすることで、各コンデンサの電荷を該スイッチ素子を介して放電するようにしたものが知られている。
【０００５】
そして、このように各コンデンサにスイッチ素子を並列に接続したものでは、不使用時等に各スイッチ素子をＯＮ状態に制御して、各コンデンサを短絡することで、コンデンサ蓄電装置の電源端子間に起電力が生じないようにすることも考えられる。
【０００６】
しかしながら、このように各コンデンサにスイッチ素子を並列に接続したものでは、該スイッチ素子をＯＮ状態とした際に、コンデンサに蓄えられていた電気エネルギーが単にスイッチ素子を介して熱エネルギーに変換されて、放出されてしまうこととなる。このため、コンデンサに蓄えられたエネルギーが無駄に消費されてしまい、特に多数のコンデンサを使用したものでは、エネルギー効率の悪いものとなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる背景に鑑み、コンデンサの過電圧の防止や、不使用時等における対応をコンデンサに蓄えられたエネルギーを無駄に消費することなく、的確に行うことができるコンデンサ蓄電装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のコンデンサ蓄電装置はかかる目的を達成するために、一対の電源端子間に、複数のコンデンサを接続してなるコンデンサ蓄電装置において、前記電源端子間で流れる電流を各コンデンサの箇所でバイパスすべく各コンデンサにそれぞれ対応して設けられた複数のバイパス電流路と、各組のコンデンサ及びバイパス電流路のうち、一方を前記電源端子間の電流の経路に導通せしめると共に他方を通電不能に開放する状態と他方を前記電源端子間の電流の経路に導通せしめると共に一方を通電不能に開放する状態とに切換自在に該コンデンサ及びバイパス電流路の各組にそれぞれ接続して設けられた複数の切換スイッチ手段と、所定の条件下で各切換スイッチ手段を前記コンデンサ側からバイパス電流路側に切換制御するスイッチ制御手段とを備える。そして、前記各切換スイッチ手段は、前記コンデンサ及びバイパス電流路の一端を択一的に前記電源端子間の電流の経路に導通・遮断自在に該コンデンサ及びバイパス電流路の一端に接続して設けられた第１のスイッチ回路と、前記コンデンサ及びバイパス電流路の他端を択一的に前記電源端子間の電流の経路に導通・遮断自在に該コンデンサ及びバイパス電流路の他端に接続して設けられた第２のスイッチ回路とから成り、前記スイッチ制御手段は、各切換スイッチ手段を前記コンデンサ側からバイパス電流路側に切換制御するとき、前記両スイッチ回路を前記コンデンサの各端が前記電流の経路に導通する状態から前記バイパス電流路の各端が前記電流の経路に導通する状態に切換制御することを特徴とする。
【０００９】
かかる本発明によれば、前記スイッチ制御手段により、所定の条件下で各切換スイッチ手段を前記コンデンサ側からバイパス電流路側に切換制御したとき、前記切換スイッチ手段によって、該バイパス電流路が前記電源端子間の電流の経路に導通するので、該バイパス電流路に対応するコンデンサの箇所で電流の経路が略短絡されることなるものの、このとき、該コンデンサは、通電不能に開放されるため、該コンデンサに蓄えられた電気エネルギーは保存される。なお、各切換スイッチ手段を前記コンデンサ側からバイパス電流路側に切換制御するとき、前記スイッチ制御手段により、前記両スイッチ回路を前記コンデンサの各端が前記電流の経路に導通する状態から前記バイパス電流路の各端が前記電流の経路に導通する状態に切換制御する。
【００１０】
これにより、コンデンサの蓄電エネルギーを無駄に消費することなく、コンデンサの電圧状態等を制御することができることとなる。
【００１４】
かかる本発明では、具体的には、前記コンデンサの電圧を検出する電圧検出手段を具備し、前記スイッチ制御手段は、該コンデンサの充電時に該電圧検出手段により検出された電圧が所定値以上になったとき、該コンデンサに対応する前記切換スイッチ手段を該コンデンサ側から前記バイパス電流路側に切換制御する。
【００１５】
これによれば、コンデンサの充電時に該コンデンサの電圧が所定値以上になると、前記切換スイッチ手段が該コンデンサ側から前記バイパス電流路側に切換えられるので、該コンデンサに充電電流が流れなくなると共に該コンデンサの電圧が上記の切換時の電圧に保持される。そして、充電電圧が前記所定値に満たない他のコンデンサについては、該コンデンサに充電電流が流れて充電される。
【００１６】
従って、本発明によれば、コンデンサに蓄えられたエネルギーを無駄に消費することなく、該コンデンサの過電圧を的確に防止することができる。
【００１７】
この場合、本願発明者等の知見によれば、一般に、コンデンサの温度が高いと、その充電を満充電電圧（定格電圧）まで行うと、該コンデンサの寿命が短くなるという傾向があり、この傾向は、特に電気二重層コンデンサでは顕著なものとなる。
【００１８】
そこで、本発明では、前記スイッチ制御手段は、前記電圧の所定値を前記温度出手段の検出温度に応じて設定し、好ましくは、該電圧の所定値を温度検出手段により検出されるコンデンサの温度が高い程、低くするよう設定する。
【００１９】
このようにすることで、コンデンサの温度に応じた適切な電圧までしか該コンデンサの充電が行われないこととなるため、上記のようにコンデンサの過電圧を防止しつつ該コンデンサの寿命を向上することができる。
【００２０】
また、本発明では、前記スイッチ制御手段は、コンデンサ蓄電装置の不使用状態で全ての前記スイッチ手段を該コンデンサ側から前記バイパス電流路側に切換制御する。
【００２１】
これによれば、コンデンサ蓄電装置の不使用状態では、全てのコンデンサがその蓄電エネルギーを保持したまま前記電源端子から切り離されると共に、一対の電源端子は、コンデンサの箇所のバイパス電流路を介して短絡されることとなって、該電源端子間には、起電力が生じないこととなる。
【００２２】
従って、本発明によれば、コンデンサ蓄電装置の不使用時には、そのコンデンサに蓄えられたエネルギーを無駄に消費することなく保持したまま、電源端子間に起電力が生じないようにして、該電源端子に接続した電子機器等に電流が流れないようにすることができる。
【００２５】
また、本発明では、前記スイッチ制御手段は、コンデンサ蓄電装置の使用時に異常又は故障が発生したとき、前記複数のスイッチ手段のうちの全て又は所定数のスイッチ手段を該コンデンサ側から前記バイパス電流路側に切換制御する。
【００２６】
これによれば、コンデンサ蓄電装置の使用時に該コンデンサ蓄電装置の異常や故障（例えば電源端子のショートやコンデンサの過剰な自己放電状態等）が生じたときには、全てのスイッチ手段をコンデンサ側から前記バイパス電流路側に切換制御することで、前述したコンデンサ蓄電装置の不使用時と同様に、各コンデンサに蓄えられたエネルギーを無駄に消費することなく保持したまま、電源端子間に起電力が生じないようにして、該コンデンサ蓄電装置の損傷を速やかに防止することができ、あるいは、前記複数のスイッチ手段のうちの所定数のスイッチ手段を該コンデンサ側から前記バイパス電流路側に切換制御することで、電源端子間に生じる起電力を下げることができる。
【００２７】
尚、例えばあるコンデンサが空のとき（コンデンサの電圧が低く、所定電圧以下の場合）に、そのコンデンサに対応する切換スイッチ手段を切り換えて、バイパス電流路を電源端子間の電流経路に導通させると共に該コンデンサを電流経路から切り離すようにすれば、この空のコンデンサに他のコンデンサから電荷が逆流してしまうような事態を防止することもできる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
まず、本発明に関連した一参考例を図１乃至図３を参照して説明する。
【００３２】
図１を参照して、本参考例のコンデンサ蓄電装置は、複数（本実施形態では二つ）のコンデンサ１，１を備えた蓄電器本体２と、マイクロコンピュータ等を用いて構成されたコントロールユニット３（以下、ＥＣＵ３という）とにより構成されている。各コンデンサ１は、例えば電気二重層コンデンサである。
【００３３】
蓄電器本体２は、その一対の電源端子４，４に、該蓄電器本体２を電源とする各種電子機器５がスイッチ５ａを介して接続され、また、蓄電器本体２の充電時には、充電器６が接続されるようになっている。
【００３４】
この蓄電器本体２は、前記電源端子４，４間に、前記コンデンサ１，１を備えると共に、各コンデンサ１に対応させて、それと同数のバイパス電流路７，７、スイッチ回路８，８（切換スイッチ手段）、電圧検出回路９，９（電圧検出手段）及び温度センサ１０，１０（温度検出手段）を具備している。
【００３５】
各バイパス電流路７は、電源端子４，４間を流れる電流を各コンデンサ１の箇所で略零抵抗でバイパスするためのものであり、その一端が各コンデンサ１の一端に導通・接続されている。
【００３６】
そして、各スイッチ回路８は、互いに組となるコンデンサ１及びバイパス電流路７の他端にそれぞれ直列に接続されたスイッチ素子１１ａ，１１ｂ（本参考例では例えばＦＥＴ）を備えており、各コンデンサ１及びスイッチ素子１１ａを直列に接続したものと、これに対応する各バイパス電流路７及びスイッチ素子１１ｂを直列に接続したものとが並列に接続され、そのコンデンサ１、バイパス電流路７及びスイッチ素子１１ａ，１１ｂから成る各組の並列回路１２が電源端子４，４間に直列に接続されている。これにより、電源端子４，４間に図１の矢印ａで示す電流の経路ａが形成されている。
【００３７】
この場合、スイッチ素子１１ａ，１１ｂは、その制御入力部（ＦＥＴのゲート）に高レベルの信号を付与したときＯＮ状態となると共に、低レベルの信号を付与したときＯＦＦ状態となるものであり、スイッチ素子１１ａ，１１ｂをそれぞれＯＮ状態及びＯＦＦ状態とすることで、それらのスイッチ素子１１ａ，１１ｂを備えた並列回路１２において、コンデンサ１が上記の電流経路ａに導通すると同時にバイパス電流路７が電流経路ａから通電不能に開放され、該コンデンサ１のみに電源端子４，４間の電流が流れる状態となる。逆に、スイッチ１１ａ，１１ｂをそれぞれＯＦＦ状態及びＯＮ状態に切り換えることで、コンデンサ１が上記の電流経路ａから通電不能に開放されると同時にバイパス電流路７が電流経路ａに導通し、該バイパス電流路７に電源端子４，４間の電流が流れる状態となる。
【００３８】
そして、各スイッチ回路８は、上記のようなスイッチ素子１１ａ，１１ｂのＯＮ／ＯＦＦ状態の切換を行うために、スイッチ素子１１ａ，１１ｂの制御入力部（ＦＥＴのゲート）に接続されたインバータ回路１３（反転回路）を備えており、このインバータ回路１３は、その出力側がコンデンサ１側のスイッチ素子１１ａの制御入力部に接続され、入力側がバイパス電流路７側のスイッチ素子１１ｂの制御入力部に接続されると共に、ＥＣＵ３に接続され、該ＥＣＵ３から高低２値レベルの信号が入力されるようになっている。
【００３９】
これにより、インバータ回路１３に低レベルの信号を入力することで、スイッチ素子１１ａ，１１ｂがそれぞれＯＮ状態及びＯＦＦ状態となり、逆に高レベルの信号をインバータ回路１３に入力することで、スイッチ素子１１ａ，１１ｂがそれぞれＯＦＦ状態及びＯＮ状態となる。
【００４０】
尚、このようなスイッチ回路８を具備した蓄電器本体２の回路構成は、それを簡略化して示すと、図２に示すような回路図で表され、各スイッチ回路８が同図２の切換スイッチ８ａで表される。
【００４１】
前記各電圧検出回路９は、各コンデンサ１の電圧を検出するもので、該コンデンサ１の両端に入力側を接続した差動アンプ１４により構成され、該差動アンプ１４からコンデンサ１の電圧に応じたレベルの信号をＥＣＵ３に出力するようにしている。
【００４２】
前記各温度センサ１０は、各コンデンサ１に取着されたサーミスタ等により構成されたものであり、該コンデンサ１の温度に応じたレベルの信号をＥＣＵ３に出力する。
【００４３】
ＥＣＵ３は、各スイッチ回路８を制御するスイッチ制御手段を構成するものであり、各電圧検出回路８の出力信号により把握される各コンデンサ１の電圧や、各温度センサ１０の出力信号により把握される各コンデンサ１の温度等に応じて、後述するように各スイッチ回路８の切換制御を行う。
【００４４】
次に、本参考例のコンデンサ蓄電装置の作動を説明する。
【００４５】
まず、コンデンサ蓄電装置の使用時（前記スイッチ５ａをＯＮにして電子機器５への給電を行う時）において、ＥＣＵ３は、通常時は、各スイッチ回路８のインバータ回路１３に低レベルの信号を入力し、これにより前述の如く、各スイッチ回路８のスイッチ素子１１ａ，１１ｂをそれぞれＯＮ状態及びＯＦＦ状態として（スイッチ回路８をコンデンサ１側に制御する）、各コンデンサ１を前記電流経路ａに導通せしめると同時に、各バイパス電流路７を電流経路ａから開放する（図２の各切換スイッチ８ａがコンデンサ１側に投入された状態）。
【００４６】
このとき、コンデンサ１，１が、ＯＮ状態のスイッチ素子１１ａ，１１ａを介して電源端子１，１間に直列に接続さた状態となって、該コンデンサ１，１の電圧の総和の起電力が電源端子４，４間に生じ、それが電子機器５にその動作用電源として供される。
【００４７】
一方、このようなコンデンサ蓄電装置の使用時に、電源端子４，４間のショート、コンデンサ１の過放電状態等のコンデンサ蓄電装置の異常あるいは故障が生じると、それが、ＥＣＵ３により把握されるようになっており、このとき、ＥＣＵ３は、各スイッチ回路８のインバータ回路１３に入力する信号レベルを高レベルに切り換える。
【００４８】
この時、各スイッチ回路８のスイッチ素子１１ａ，１１ｂがそれぞれＯＦＦ状態及びＯＮ状態に切り換わり（スイッチ回路８がバイパス電流路７側に切り換えられる）、各コンデンサ１が前記電流経路ａから通電不能に開放されると同時に、各バイパス電流路７が電流経路ａに導通する（図２の各切換スイッチ８ａがバイパス電流路７側に投入された状態）。このため、電源端子４，４は、バイパス電流路７，７及びＯＮ状態のスイッチ素子１１ｂ，１１ｂを介して略短絡された状態となり、該電源端子４，４間に起電力が生じなくなる。従って、過放電状態のコンデンサが蓄電装置に悪影響を及ぼすことがなく、また電子端子４，４のショート時でも、電源端子４，４間に電流が流れることがない。よって、コンデンサ蓄電装置のさらなる損傷が迅速に防止される。
【００４９】
そして、この場合、蓄電器本体２の各コンデンサ１は、通電不能に開放されるので、その該コンデンサ１に蓄えられている蓄電エネルギーは、無駄に失われることなく保持され、従って、正常に復帰した後、各スイッチ回路８を再びコンデンサ１側に切り換えることで、支障なく電子機器５への給電を行うことができる。
【００５０】
また、充電器６を電源端子４，４間に接続して、各コンデンサ１，１の充電を行う際には、ＥＣＵ３は、まず、各スイッチ回路８のインバータ回路１３に低レベルの信号を入力して、前述と同様に、各スイッチ回路８をコンデンサ１側に制御し、コンデンサ１，１が電源端子４，４間に直列に接続された状態とする。この状態で、充電器６から前記電流経路ａを介して各コンデンサ１，１に電流が流れ、各コンデンサ１，１が充電されていく。
【００５１】
このとき、ＥＣＵ３は、各電圧検出回路９の差動アンプ１４の出力レベルから把握される各コンデンサ１の電圧と、各温度センサ１０の出力レベルから把握される各コンデンサ１の温度とを監視しており、各温度センサ１０によるコンデンサ１の検出温度に応じて、各コンデンサ１の充電を停止すべき該コンデンサ１の電圧の所定値を設定する。この場合、図３に示すように、各コンデンサ１毎に、コンデンサ１の検出温度が高い程、上記所定値を低くするように設定する。そして、ＥＣＵ３は、各コンデンサ１毎に、電圧検出回路９による検出電圧が上記のように設定した所定値に達すると、そのコンデンサ１に対応するスイッチ回路８のインバータ回路１３に入力する信号レベルを高レベルに切り換えることで、該スイチ回路８をコンデンサ１側からバイパス電流路７側に切り換える。
【００５２】
これにより、電圧が所定値に達したコンデンサ１は、その電圧が保持されたまま電源端子４，４間の電流経路ａから開放されて、その充電が停止される。そして、電圧が所定値に達していない他のコンデンサ１にあっては、電圧が所定値に達したコンデンサ１に対応するバイパス電流路７が電源端子４，４間の電流経路ａに導通することで、このバイパス電流路７を介して引き続き充電される。
【００５３】
このような作動により、充電時には、各コンデンサ１はその充電されたエネルギーを無駄に消費することなく、また、過電圧も生じることなく適正な電圧（前記所定値）まで的確に充電される。そして、このとき、該所定値を充電時のコンデンサ１の温度が高い程、低くなるよう設定することで、該温度に適した充電が行われ、コンデンサ１の寿命を向上させることができる。
【００５４】
また、ＥＣＵ３は、コンデンサ蓄電装置の不使用時（充電や電子機器５への給電を行わない状態）では、各スイッチ回路８のインバータ回路１３に高レベルの信号を入力して、各スイッチ回路８をバイパス電流路７側に制御し、電源端子４，４間をバイパス電流路７，７を介して短絡した状態とする（図２の各切換スイッチ８ａがバイパス電流路７側に投入された状態）。
【００５５】
これにより、電源端子４，４間に起電力が生じない状態となって、電源端子４，４間が何らかの異物等が接触しても電流が流れることがなく、また、不用意に電子機器５が動作してしまうようなことがなくなる。そして、このとき、各コンデンサ１は通電不能に開放されるため、その蓄電エネルギーが確実に保持され、各コンデンサ１の蓄電エネルギーが無駄に消費されてしまうようなことがない。
【００５６】
このように本参考例のコンデンサ蓄電装置によれば、充電時の各コンデンサ１の過電圧の防止や、異常あるいは故障発生時の対応に際して、あるいは不使用時等に、各コンデンサ１の蓄電エネルギーを無駄に消費することなく、的確な処置を施すことができる。
【００５７】
次に、本発明の実施形態を図４及び図５を参照して説明する。尚、本実施形態の説明では、前記図１のものと同一構成部分については、図１のものと同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５８】
図４を参照して、本実施形態では、蓄電器本体２’は、各コンデンサ１及びこれに対応するバイパス電流路７の各組毎に、前記スイッチ回路８と同一の回路構成の二つのスイッチ回路１５，１６を具備し、これらのスイッチ回路１５，１６が、前記電源端子４，４間で各組のコンデンサ１及びバイパス電流路７の両端に接続されている。
【００５９】
さらに詳細には、スイッチ回路１５に備えた一対のスイッチ素子１１ａ，１１ｂがそれぞれコンデンサ１及びバイパス電流路７の一端に直列に接続され、スイッチ回路１６の一対のスイッチ素子１１ａ，１１ｂがそれぞれコンデンサ１及びバイパス電流路７の他端に直列に接続されている。そして、コンデンサ１、スイッチ回路１５のスイッチ素子１１ａ及びスイッチ回路１６のスイッチ素子１１ａを直列に接続したものと、バイパス電流路７、スイッチ回路１５のスイッチ素子１１ｂ及びスイッチ回路１６のスイッチ素子１１ｂを直列に接続したものとが並列に接続され、そのコンデンサ１、バイパス電流路７及びスイッチ素子１１ａ，１１ａ，１１ｂ，１１ｂから成る各組の並列回路１２’が電源端子４，４間に直列に接続されている。これにより、図１のものと同様に電源端子４，４間に図１の矢印ａで示す電流の経路ａが形成されている。
【００６０】
この場合、両スイッチ回路１５，１６のスイッチ素子１１ａ，１１ａをＯＮ状態とし、且つ、スイッチ素子１１ｂ，１１ｂをＯＦＦ状態とすることで、上記並列回路１２’において、コンデンサ１が上記の電流経路ａに導通すると同時にバイパス電流路７が電流経路ａから通電不能に開放され、該コンデンサ１のみに電源端子４，４間の電流が流れる状態となる。逆に、スイッチ素子１１ａ，１１ａをＯＦＦ状態に切換え、且つ、スイッチ素子１１ｂ，１１ｂをＯＮ状態に切り換えることで、コンデンサ１が上記の電流経路ａから通電不能に開放されると同時にバイパス電流路７が電流経路ａに導通し、該バイパス電流路７に電源端子４，４間の電流が流れる状態となる。
【００６１】
このようなスイッチ回路１５，１６を具備した蓄電器本体２’の回路構成は、それを簡略化して示すと、図５に示すような回路図で表され、各スイッチ回路１５，１６がそれぞれ同図５の切換スイッチ１５ａ，１５ｂで表される。
【００６２】
他の構成は、図１のものと全く同一であり、各コンデンサ１の電圧や温度を検出するための電圧検出回路９や温度センサ１０が備えられている。また、各スイッチ回路１５，１６のスイッチ素子１１ａ，１１ｂの制御入力部は、ＥＣＵ３から高低２値レベルの信号を入力されるインバータ回路１３の出力側及び入力側にそれぞれ接続されている。また、蓄電器本体２’の電源端子４，４間には、電子機器５や充電器６が接続されるようになっている。
【００６３】
尚、本実施形態では、前記スイッチ回路１５，１６はそれらを併せて切換スイッチ手段を構成するものである。
【００６４】
次に、本実施形態のコンデンサ蓄電装置の作動を説明する。
【００６５】
まず、コンデンサ蓄電装置の使用時（スイッチ５ａをＯＮにして電子機器５への給電を行う時）において、ＥＣＵ３は、通常時は、全てのスイッチ回路１５，１６について、スイッチ素子１１ａをＯＮ状態とし、且つスイッチ素子１１ｂをＯＦＦ状態とするように各スイッチ回路１５，１６をインバータ回路１３を介して制御し（各スイッチ回路１５，１６をコンデンサ１側に制御する）、各コンデンサ１を前記電流経路ａに導通せしめると同時に、各バイパス電流路７を電流経路ａから開放する（図５の各切換スイッチ１５ａ，１６ａがコンデンサ１側に投入された状態）。
【００６６】
このとき、コンデンサ１，１が、電源端子１，１間に直列に接続さた状態となって、該コンデンサ１，１の電圧の総和の起電力が電源端子４，４間に生じ、それが電子機器５にその動作用電源として供される。
【００６７】
そして、このようなコンデンサ蓄電装置の使用時に、電源端子４，４間のショート、コンデンサ１の過放電状態等のコンデンサ蓄電装置の異常あるいは故障が生じると、ＥＣＵ３は、各スイッチ回路１５，１６について、スイッチ素子１１ａをＯＦＦ状態とし、且つスイッチ素子１１ｂをＯＮ状態とするように各スイッチ回路１５，１６をインバータ回路１３を介して制御し（各スイッチ回路１５，１６をバイパス電流路７側に制御する）、各コンデンサ１が前記電流経路ａから通電不能に開放すると同時に、各バイパス電流路７を電流経路ａに導通する（図５の各切換スイッチ１５ａ，１６ａがバイパス電流路７側に投入された状態）。このため、電源端子４，４は、バイパス電流路７，７を介して略短絡された状態となり、該電源端子４，４間に起電力が生じなくなる。従って、過放電状態のコンデンサが蓄電装置に悪影響を及ぼすことがなく、また電子端子４，４のショート時でも、電源端子４，４間に電流が流れることがない。よって、コンデンサ蓄電装置のさらなる損傷が迅速に防止される。
【００６８】
そして、この場合、蓄電器本体２の各コンデンサ１は、通電不能に開放されるので、その該コンデンサ１に蓄えられている蓄電エネルギーは、無駄に失われることなく保持され、従って、正常に復帰した後、各スイッチ回路１５，１６を再びコンデンサ１側に切り換えることで、支障なく電子機器５への給電を行うことができる。
【００６９】
また、充電器６を電源端子４，４間に接続して、各コンデンサ１，１の充電を行う際には、ＥＣＵ３は、まず、コンデンサ１，１が電源端子４，４間に直列に導通・接続された状態となるよう各スイッチ回路１５，１６をコンデンサ１側に制御し、この状態で、充電器６から前記電流経路ａを介して各コンデンサ１，１に電流が流れ、各コンデンサ１，１が充電されていく。
【００７０】
このとき、ＥＣＵ３は、前述の図１のものと全く同様に、各電圧検出回路９の差動アンプ１４の出力レベルから把握される各コンデンサ１の電圧と、各温度センサ１０の出力レベルから把握される各コンデンサ１の温度とを監視しており、各温度センサ１０によるコンデンサ１の検出温度に応じて、各コンデンサ１の充電を停止すべき該コンデンサ１の電圧の所定値を設定する（図３参照）。そして、ＥＣＵ３は、各コンデンサ１毎に、電圧検出回路９による検出電圧が上記のように設定した所定値に達すると、そのコンデンサ１に対応する両スイッチ回路１５，１６をコンデンサ１側からバイパス電流路７側に切り換える。
【００７１】
これにより、電圧が所定値に達したコンデンサ１は、その電圧が保持されたまま電源端子４，４間の電流経路ａから開放されて、その充電が停止される。そして、電圧が所定値に達していない他のコンデンサ１にあっては、電圧が所定値に達したコンデンサ１に対応するバイパス電流路７が電源端子４，４間の電流経路ａに導通することで、このバイパス電流路７を介して引き続き充電される。
【００７２】
このような作動により、充電時には、各コンデンサ１はその充電されたエネルギーを無駄に消費することなく、また、過電圧も生じることなく適正な電圧（前記所定値）まで的確に充電される。そして、このとき、該所定値を充電時のコンデンサ１の温度が高い程、低くなるよう設定することで、該温度に適した充電が行われ、コンデンサ１の寿命を向上させることができる。
【００７３】
また、ＥＣＵ３は、コンデンサ蓄電装置の不使用時（充電や電子機器５への給電を行わない状態）では、各スイッチ回路１５，１６をバイパス電流路７側に制御し、電源端子４，４間をバイパス電流路７，７を介して短絡した状態とする（図５の各切換スイッチ１５ａ，１６ａがバイパス電流路７側に投入された状態）。
【００７４】
これにより、電源端子４，４間に起電力が生じない状態となって、電源端子４，４間に何らかの異物等が接触しても電流が流れることがなく、また、不用意に電子機器５が動作してしまうようなことがなくなる。そして、このとき、各コンデンサ１は通電不能に開放されるため、その蓄電エネルギーが確実に保持され、各コンデンサ１の蓄電エネルギーが無駄に消費されてしまうようなことがない。
【００７５】
このように本実施形態のコンデンサ蓄電装置によれば、図１のものと同様に、充電時の各コンデンサ１の過電圧の防止や、異常あるいは故障発生時の対応に際して、あるいは不使用時等に、各コンデンサ１の蓄電エネルギーを無駄に消費することなく、的確な処置を施すことができる。
【００７６】
尚、本実施形態では、コンデンサ蓄電装置の不使用時に、各スイッチ回路１５，１６をバイパス電流路７側に制御するようにしたが、スイッチ回路１５，１６のいずれか一方のみをバイパス電流路７側に制御すると共に、他方をコンデンサ１側に制御するようにしてもよい（例えば、図５の各切換スイッチ１５ａをコンデンサ１側に投入し、且つ各切換スイッチ１６ａをバイパス電流路７側に投入する）。このようにすると、前記電源端子４，４間の電流経路ａが各コンデンサ１の箇所で遮断された状態となり、これにより、電源端子４，４間に起電力が生じない状態とすることができる。
【００７７】
また、以上説明した図１の参考例及び図４の実施形態のものでは、コンデンサ１の過放電状態等の異常や故障の発生時に、全てのスイッチ回路（図１のものではスイッチ回路８、図４のものではスイッチ回路１５，１６）をバイパス電流路７側に制御するようにしたが、それらのスイッチ回路のうちの、いくつかのスイッチ回路のみをバイパス電流路７側に制御するようにしてもよい。具体的には、例えば図１のものでは、二つのコンデンサ１，１のうち、過放電等の故障や異常を生じたいずれか一方のコンデンサ１のみに対応するスイッチ回路８をバイパス電流路７側に制御し、他方の正常なコンデンサ１に対応するスイッチ回路８はコンデンサ１側に制御したままとする。また、図４のものでは、二つのコンデンサ１，１のうち、故障や異常を生じたいずれか一方のコンデンサ１のみに対応するスイッチ回路１５，１６の両者をバイパス電流路７側に制御し、他方のコンデンサ１に対応するスイッチ回路１５，１６はコンデンサ１側に制御したままとする。このようにすると、故障や異常を生じたコンデンサ１については電源端子４，４間の電流経路ａから切り離される一方、正常なコンデンサ１は電源端子４，４間に、導通・接続された状態となって、その正常なコンデンサ１により電源端子４，４間に起電力を生ぜしめることができる。
【００７８】
このようにすると、次のような利点がある。
【００７９】
すなわち、例えば電気自動車の電源として使用するコンデンサ蓄電装置等、多数のコンデンサを電源端子間に直列的に接続したコンデンサ蓄電装置において、故障や異常を生じたコンデンサセルについてのみ、上記のように該コンデンサに対応するスイッチ回路を該コンデンサに対応するバイパス電流路側に切り換えてバイパスさせることで、故障や異常を生じたコンデンサセル分だけ、電源端子間の起電力が低下するものの、この場合、例えばバイパスさせるコンデンサセルが１個であれば、電源端子間の起電力に低下は僅か（例えば３．５Ｖ低下）で済む。従って、コンデンサ蓄電装置を通常の蓄電器と同様に継続して使用することができる。また、以上説明した参考例および実施形態では、使用時に二つのコンデンサ１，１を電源端子４，４間に直列的に接続するものを示したが、さらに多くのコンデンサを電源端子間に直列的に接続したものや、また、それらの直列的に接続されるコンデンサの組を複数組備えて、そのコンデンサの各組を並列的に接続するようなものについても本発明を適用することができることはもちろんである。
【００８０】
また、前記参考例および実施形態では、スイッチ回路８，１５，１６のスイッチ素子１１ａ，１１ｂとしてＦＥＴを使用したが、これに代えてスイッチングトランジスタや、リレースイッチ等のスイッチ素子を使用するようにしてもよい。
【００８１】
また、本発明は次ような場合にも適用可能である。
【００８２】
すなわち、例えば複数のコンデンサを直列に接続したコンデンサ蓄電装置において、一つのコンデンサの電圧が他のコンデンサに較べて小さい場合、蓄電装置の電力を消費していくと、電圧の低いコンデンサだけ、その電圧が負電圧となってしまう。そして、このような状態で蓄電装置の充電を行うと、充電効率が悪くなってしまう。そこで、このような場合に（例えばコンデンサの電圧が所定値以下に低下すると）、電圧の低いコンデンサを前述の各実施形態で説明したようなバイパス電流路や切換スイッチ手段を用いてバイパスさせるようにすれば、充電効率を向上することができる。
【００８３】
また、前記参考例および実施形態では、コンデンサ蓄電装置の各コンデンサ毎に、バイパス電流路や切換スイッチ手段を備えたものを示したが、例えば図６に示すように複数（図では６個）のコンデンサ１を電源端子４，４間に直列的に接続したコンデンサ蓄電装置において、そのコンデンサ１の複数個（図では３個）毎にバイパス電流路２０及び切換スイッチ手段２１を設け、蓄電装置の使用時等に、適宜、各切換スイッチ手段２１をバイパス電流路２０側に切り換えて、それに対応する複数のコンデンサ１をバイパスさせることで、その複数のコンデンサ１の全体の電圧状態や蓄電装置の放電量（電子機器等への給電量）等を制御することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関連するコンデンサ蓄電装置の一参考例の回路構成図。
【図２】図１のコンデンサ蓄電装置の要部の等価回路図。
【図３】図１のコンデンサ蓄電装置の作動を説明するための線図。
【図４】本発明のコンデンサ蓄電装置の一実施形態の回路構成図。
【図５】図４のコンデンサ蓄電装置の要部の等価回路図。
【図６】コンデンサ蓄電装置のさらに他の参考例を説明するための説明図。
Claims (1)
- 一対の電源端子間に、複数のコンデンサを接続してなるコンデンサ蓄電装置において、前記電源端子間で流れる電流を各コンデンサの箇所でバイパスすべく各コンデンサにそれぞれ対応して設けられた複数のバイパス電流路と、各組のコンデンサ及びバイパス電流路のうち、一方を前記電源端子間の電流の経路に導通せしめると共に他方を通電不能に開放する状態と他方を前記電源端子間の電流の経路に導通せしめると共に一方を通電不能に開放する状態とに切換自在に該コンデンサ及びバイパス電流路の各組にそれぞれ接続して設けられた複数の切換スイッチ手段と、所定の条件下で各切換スイッチ手段を前記コンデンサ側からバイパス電流路側に切換制御するスイッチ制御手段とを備え、
前記各切換スイッチ手段は、前記コンデンサ及びバイパス電流路の一端を択一的に前記電源端子間の電流の経路に導通・遮断自在に該コンデンサ及びバイパス電流路の一端に接続して設けられた第１のスイッチ回路と、前記コンデンサ及びバイパス電流路の他端を択一的に前記電源端子間の電流の経路に導通・遮断自在に該コンデンサ及びバイパス電流路の他端に接続して設けられた第２のスイッチ回路とから成り、前記スイッチ制御手段は、各切換スイッチ手段を前記コンデンサ側からバイパス電流路側に切換制御するとき、前記両スイッチ回路を前記コンデンサの各端が前記電流の経路に導通する状態から前記バイパス電流路の各端が前記電流の経路に導通する状態に切換制御することを特徴とするコンデンサ蓄電装置。
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