JP3755043B2

JP3755043B2 - Chargeable / dischargeable power supply

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Publication number: JP3755043B2
Application number: JP2002142149A
Authority: JP
Inventors: 憲高良; 直文虫明; 朗松原; 豊太池内
Original assignee: 有限会社サンブリッジ
Priority date: 2001-09-10
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2022-05-16
Also published as: JP2003158831A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充放電可能な電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、充放電可能な電源装置としては、例えば二次電池や電気二重層コンデンサがそれぞれ単独で使用されている。
二次電池は、例えば鉛蓄電池，ニッケルカドミウム電池，ニッケル水素電池，リチウムイオン電池等が知られており、充放電を繰返し行なうことができるものである。
また、電気二重層コンデンサは、蓄電機能を有するコンデンサとして知られており、二次電池とは異なり、充放電による化学変化が発生しないことから、例えば１０万回以上の充放電を繰返し行なうことができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した二次電池，電気化学キャパシタ及び電気二重層コンデンサを単独使用する場合、以下のような問題が発生する。
【０００４】
即ち、二次電池の場合には、二次電池に充電を行なうとき、充電のための電圧や電流が大き過ぎると、すべての電力を充電しきれずに、溢れた状態になってしまう。また、充電のための電圧や電流が小さ過ぎると、供給された電力を充電することができないことがある。
【０００５】
また、放電の際には、大電流放電には限界があることから、外部負荷に対して大電流を供給するためには、二次電池を並列に配置することにより、電源の体積が大幅に増大したり、二次電池の給電能力の上限付近で使用しなければならなくなってしまう。
このようにして、従来の二次電池の単独使用においては、充電及び放電の双方にて、二次電池の寿命を短くしてしまうことがあった。
【０００６】
これに対して、電気二重層コンデンサの場合には、二次電池と比較して体積エネルギー密度が低いことから、二次電池と同等の電力容量を充電する必要がある場合には、蓄電部分の体積や重量が増大したり、単位容量あたりのコストが高くなってしまう。
【０００７】
この発明は、以上の点にかんがみて、大電流や微弱電流でも充電可能であると共に、高容量特性を有する充放電可能な電源装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明によれば、外部電源に接続される電気二重層コンデンサと、充放電可能な蓄電部と、外部電源から供給される電圧を検出する第一の電圧検出回路と、電気二重層コンデンサから供給される電圧を検出する第二の電圧検出回路と、外部電源と上記電気二重層コンデンサとの間に設けられ、第一の電圧検出回路により切換え制御される切換えスイッチと、電気二重層コンデンサと蓄電部との間に設けられ、第二の電圧検出回路により切換え制御されるスイッチと、このスイッチと蓄電部との間に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータと、切換えスイッチに接続される短絡線と、この短絡線を介して蓄電部に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータと、を備えた充放電可能な電源装置であって、第一の電圧検出回路が、上記外部電源の電圧が所定電圧範囲内にあるときには、切換えスイッチを蓄電部側に切り換え、外部電源からの電力が短絡線を介してＤＣ−ＤＣコンバータにより電圧が調整されて蓄電部に供給され、蓄電部を充電し、外部電源からの電圧が所定電圧範囲外にあるときには、切換えスイッチが電気二重層コンデンサ側に切り換えられ、外部電源からの電力が電気二重層コンデンサに供給され、電気二重層コンデンサを充電し、電気二重層コンデンサが所定の充電電圧以上になると、第二の電圧検出回路が、スイッチをオンとし、電気二重層コンデンサの電圧がスイッチに接続されたＤＣ−ＤＣコンバータにより調整されて蓄電部が充電されることを特徴とする、充放電可能な電源装置により、達成される。
【０００９】
本発明による電源装置は、好ましくは、前記充放電可能な蓄電部が、二次電池又は電気化学キャパシタである。
【００１０】
本発明による電源装置は、好ましくは、前記電気二重層コンデンサが複数個の電気二重層コンデンサの並列接続からなり、それぞれ交互に切り換えられることにより、電気二重層コンデンサの一部が外部電源により充電され、既にフル充電されている電気二重層コンデンサの他部が、蓄電池の充電を行なう。
【００１２】
本発明による電源装置は、好ましくは、電気二重層コンデンサからの放電を蓄電部に充電する際に、蓄電部に対して定電流またはパルス電流で充電が行なわれる。
【００１３】
本発明による電源装置は、好ましくは、さらに、前記蓄電池にスイッチを介して、少なくとも一つの第二の電気二重層コンデンサが並列に接続され、スイッチを制御する第三の電圧検出回路がスイッチに接続されており、蓄電部と並列に接続される電気二重層コンデンサとが第三の電圧検出回路により制御される。
【００１４】
本発明による電源装置は、好ましくは、前記第二の電気二重層コンデンサが、前記蓄電池が放電状態になる直前にてフル充電状態に保持されている。
【００１５】
本発明による電源装置は、好ましくは、前記蓄電部の後段に、少なくとも一つの第三の電気二重層コンデンサが並列に接続されている。好ましくは、第三の電気二重層コンデンサは前記蓄電部により充電される。前記外部電源は、好ましくは、太陽電池である。
【００２４】
上記構成によれば、充電の際には、外部電源から供給される電力が、電気二重層コンデンサ及び充放電可能な蓄電部の双方に充電されることにより、電圧や電流が大き過ぎる場合や小さ過ぎる場合でも、電気二重層コンデンサに確実に充電されると共に、充放電可能な蓄電部に大電流が加えられて電力が溢れて、充放電可能な蓄電部の寿命が短くなるようなことはない。また、充電容量の大きい充放電可能な蓄電部に充電が行なわれることにより、全体の体積及び重量が少なくて済むことになる。
また、放電の際には、大電流放電であっても電気二重層コンデンサから比較的大電流が供給されることになるので、充放電可能な蓄電部に対する外部負荷が軽減され、充放電可能な蓄電部の寿命が短くなるようなことはない。
【００２５】
この場合、電気二重層コンデンサの電圧調整は、種々の手段により可能であるが、好ましくは、電気二重層コンデンサを二つ以上直列接続したり、ＤＣ／ＤＣコンバータを使用することにより行なわれる。
これに対して、充放電可能な蓄電部の電圧調整は同様に種々の手段により可能であるが、好ましくは、充放電可能な蓄電部を二つ以上直列接続したり、ＤＣ／ＤＣコンバータを使用することにより行なわれ得る。また、充放電可能な蓄電部の電流調整は種々の手段により可能であるが、好ましくは、制御回路により電流制御を行なったり、充放電可能な蓄電部を二つ以上並列接続することにより行なわれ得る。
【００２６】
上記充放電可能な蓄電部が二次電池である場合には、容易に入手可能な二次電池を利用することにより、容易に且つ低コストで電源装置を構成することができる。
上記充放電可能な蓄電部が電気化学キャパシタである場合には、電気二重層コンデンサと比較して二倍以上の容量を有する電気化学キャパシタを利用することにより、電気二重層コンデンサの充放電効率を向上させることができる。
【００２７】
上記電気二重層コンデンサが前段で外部電源に接続されており、上記蓄電部が後段で外部負荷に接続されている場合には、外部電源から蓄電部で対応し得ないような大電力が急激に供給されるとき、先ず、電気二重層コンデンサがこの大電力を受けて充電される。その後、電気二重層コンデンサから蓄電部に対して二次電池の負担とならないような電力が供給され、蓄電部の充電が行なわれる。
また、外部電源から蓄電部に充電され得ないような、例えば太陽電池からの小電力が供給されるときは、先ず、電気二重層コンデンサがこの小電力を受けて充電される。その後、電気二重層コンデンサから蓄電部に対して蓄電部が充電され得るような電力が供給され、蓄電部の充電が行なわれる。
【００２８】
この場合、二つ以上の電気二重層コンデンサが互いに並列に且つ切換え可能に接続されていると、少なくとも一つの電気二重層コンデンサが外部電源から充電されると共に、同時に他の既にフル充電された電気二重層コンデンサが二次電池の充電を行なうことにより、電気二重層コンデンサの充電と電気二重層コンデンサによる二次電池の充電を切換える時間損失が低減され、二次電池の充電が効率的に行なわれ得ることになる。
【００２９】
外部電源からの給電を電気二重層コンデンサに充電すると共に、電気二重層コンデンサからの放電を二次電池に充電させる第一の経路と、外部電源からの給電を直接に二次電池に充電させる第二の経路と含んでいる場合には、外部電源から供給される電力が二次電池で十分に対応できる電力であるときには、第二の経路を経由して外部電源から直接に二次電池に電力が供給され、二次電池が充電される。
これに対して、外部電源から供給される電力が大き過ぎたり小さ過ぎたりするときには、第一の経路を経由して、上述したように、電気二重層コンデンサを介して二次電池に確実に充電が行なわれる。
【００３０】
電気二重層コンデンサからの放電を二次電池に充電する際に、二次電池に対して定電流またはパルス電流で充電が行なわれる場合には、二次電池の充電条件に適合した電流値を与える定電流またはパルス電流により、二次電池の充電が行なわれる。
ここで、二次電池に対する充電電流は、電気二重層コンデンサの充電及び放電の周期のパルス電流となり、また二つ以上の電気二重層コンデンサの切換え使用の際には、各電気二重層コンデンサが順次に切換えられ放電することにより、定電流により二次電池の充電を行なうことになる。
【００３１】
上記蓄電部にスイッチを介して、少なくとも一つの第二の電気二重層コンデンサが並列に接続され、このスイッチを制御する第三の電圧検出回路がスイッチに接続されており、蓄電部と並列に接続される電気二重層コンデンサとが第三の電圧検出回路により制御されている場合には、蓄電部の外部負荷が大き過ぎて、この蓄電部の放電電圧が所定電圧以下になったとき、第二の電気二重層コンデンサを放電させることにより、蓄電部の放電による外部負荷の駆動を補助して、放電電圧の低下を回避することができる。
【００３２】
上記第二の電気二重層コンデンサが、上記蓄電部が放電状態になる直前にてフル充電状態に保持されている場合には、蓄電部の放電による放電電圧低下時に、確実に蓄電部の放電補助を行なうことができる。
この場合、第二の電気二重層コンデンサは、外部電源，第一の電気二重層コンデンサまたは蓄電部の何れかから充電される。
なお、第二の電気二重層コンデンサは、蓄電部の放電補助として、大きな放電電流及び長い放電時間を確保するために、大きな容量を有していることが好ましい。
【００３３】
上記蓄電部の後段に、少なくとも一つの第三の電気二重層コンデンサが並列に接続されている場合には、蓄電部からの放電電力が第三の電気二重層コンデンサに供給されることにより、第三の電気二重層コンデンサが常にフル充電される。これにより、蓄電部に接続される外部負荷に対する給電は第三の電気二重層コンデンサから行なわれ、大電流放電に対応することができる。
なお、第三の電気二重層コンデンサは、大電流放電に対応するためには大きな容量を有していることが好ましい。
【００３４】
上記充放電可能な蓄電部が電気化学キャパシタである場合には、電気二重層コンデンサと比較して二倍以上の容量を有する電気化学キャパシタを利用することにより、電気二重層コンデンサの充放電効率を向上させることができる。
【００３７】
また、外部電源から蓄電部に充電され得ないような、例えば太陽電池からの小電力が供給されるときは、先ず、電気二重層コンデンサがこの小電力を受けて充電される。その後、電気二重層コンデンサから蓄電部に対して蓄電部が充電され得るような電力が供給され、蓄電部の充電が行なわれる。
【００４３】
このようにして、本発明による充放電可能な電源装置によれば、従来充放電可能な電源装置としてそれぞれ単独使用される蓄電部及び電気二重層コンデンサにおける充電時及び放電時の問題が回避される。即ち、電気二重層コンデンサの使用により、微弱電流から大電流に亘って確実に充電が行なわれ得ると共に、放電時には充放電可能な蓄電部、即ち二次電池や電気化学キャパシタの寿命を短くすることなく大電流放電が可能になる。
また、充放電可能な蓄電部、即ち二次電池や電気化学キャパシタの使用により、充電容量の大きい電源装置を得ることができると共に、小型で軽量の電源装置を構成することができる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
図１は本発明による充放電可能な電源装置の第一の実施形態を示している。図１において、充放電可能な電源装置１０は、電気二重層コンデンサ１１と、充放電可能な蓄電部としての二次電池１２とを含んでいる。
上記電気二重層コンデンサ１１は、＋側の電極が充電のための外部電源１３に接続されると共に、他側の電極がアース接続されている。
ここで、上記電気二重層コンデンサ１１は、例えば活性炭と有機溶剤の異種二相を接触させることにより構成されており、化学反応に伴う電子の移動を伴うことなく、コンデンサと同様に電荷を蓄積することにより充電され、大電流によっても微小電流によっても充電可能である。
【００４５】
なお、図示の場合、外部電源１３と電気二重層コンデンサ１１との間には、外部電源１３から供給される電圧を検出するための第一の電圧検出回路１４により切換え制御される切換えスイッチ１５が設けられている。この切換えスイッチ１５は、外部電源１３から電気二重層コンデンサ１１への充電電圧が、二次電池１２が対応できない大電力または微小電力となるような所定電圧範囲外である場合には電気二重層コンデンサ１１に、所定電圧範囲内である場合には短絡線１６を介して二次電池１２に、切換え接続されるようになっている。
【００４６】
上記二次電池１２は、公知の構成の充放電可能な二次電池、例えば鉛蓄電池，ニッケルカドミウム電池，ニッケル水素電池，リチウムイオン電池などが使用され、＋極が上記電気二重層コンデンサ１１の＋側の電極に、−極がアース接続されている。
【００４７】
ここで、充放電可能な蓄電部としては、上記二次電池１２に限らず、例えばスードキャパシタ等の電気化学キャパシタを使用してもよい。
上記電気化学キャパシタは、擬似容量キャパシタとも呼ばれており、例えば、白金系元素であるＲｕ（ルテニウム）やＩｒ（イリジウム）の酸化物であるＲｕＯ₂やＩｒＯ₂を電極として酸化還元反応による擬似容量を利用したキャパシタである。このような電気化学キャパシタは、その単位体積あたりの容量が電気二重層コンデンサの二倍以上のものが既に実用化されており、大電流の充放電能力は電気二重層コンデンサに匹敵する。従って、充放電可能な蓄電部として電気化学キャパシタを使用した場合には、電気二重層コンデンサ１１から電気化学キャパシタへ急速充電が可能となり、充電効率が非常に高くなる。
【００４８】
なお、図示の場合、電気二重層コンデンサ１１と二次電池１２との間には、電気二重層コンデンサ１１から供給される電圧を検出するための第二の電圧検出回路１７により切換え制御されるスイッチ１８が設けられている。このスイッチ１８は、電気二重層コンデンサ１１からの放電電圧が所定電圧以上になったとき、オンされるようになっている。
ここで、スイッチ１８を切換え制御する第二の電圧検出回路１７は、絶対値を検出し制御する回路構成として電流ロスの発生しない回路である。このような第二の電圧検出回路１７とすることにより、例えばコンパレータによる電圧検出回路で必要となる基準電圧を発生させる外部電源が不要になり、消費電力を低減化することができる。
【００４９】
上記電気二重層コンデンサ１１と二次電池１２との間には、スイッチ１８より二次電池１２側にＤＣ−ＤＣコンバータ１９が接続されている。また、上記短絡線１６には、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０が接続されている。これらのＤＣ−ＤＣコンバータ１９，２０は、電気二重層コンデンサ１１または外部電源１３から供給される電圧を適宜の電圧に調整するためのものである。
【００５０】
さらに、上記二次電池１２の＋極は、電源スイッチ２１を介して、外部負荷２２に接続されている。
【００５１】
なお、電気二重層コンデンサ１１からの放電により二次電池１２が充電されるための条件としては、以下の三点が挙げられる。即ち、第一に、電気二重層コンデンサ１１の容量が二次電池１２の容量より格段に大きい、第二に、電気二重層コンデンサ１１の電圧が二次電池１２の電圧より大きい、第三に、電気二重層コンデンサ１１のエネルギー量（１／２ＣＶ²）が二次電池１２のエネルギー量より大きい、ことが条件になる。
【００５２】
本発明による充放電可能な電源装置１０は以上のように構成されており、以下のように動作する。
先ず、充電時には、外部電源１３から切換えスイッチ１５を介して電力が供給される。その際、第一の電圧検出回路１４により外部電源１３からの電圧が検出され、この電圧が所定電圧範囲内にあるときには、切換えスイッチ１５が二次電池１２側に切り換えられ、外部電源１３からの電力が短絡線１６を介して、そしてＤＣ−ＤＣコンバータ２０により電圧調整された後、直接に二次電池１２に供給される。このとき、外部電源１３からの電圧が所定電圧範囲内にあるので、二次電池１２に大電力や微小電力となるような大電流や微小電流が流れて、二次電池１２の充電が行なわれなくなってしまうことはない。
【００５３】
これに対して、外部電源１３からの電圧が所定電圧範囲外にあるときには、切換えスイッチ１５が電気二重層コンデンサ１１側に切り換えられ、外部電源１３からの電力が電気二重層コンデンサ１１に供給される。これにより、外部電源１３からの大電力が急激に供給されるような場合でも、電気二重層コンデンサ１１がこの大電力を受け取って充電される。また外部電源１３からの微小電力が供給されるような場合も、電気二重層コンデンサ１１がこの微小電力を受け取って充電される。
そして、このように電気二重層コンデンサ１１が充電された後、電気二重層コンデンサ１１が放電して、ＤＣ−ＤＣコンバータ１９を介して電圧調整された後、二次電池１２を充電する。その際、外部電源１３による電気二重層コンデンサ１１の充電電圧、即ち放電電圧が所定電圧以上になると、スイッチ１８がオンとなり、電気二重層コンデンサ１１からの放電により二次電池１２が充電されるようになっている。
【００５４】
このようにして、本発明実施形態による充放電可能な電源装置１０によれば、外部電源１３から供給される電流が、微弱電流から大電流に広い範囲に亘って、電気二重層コンデンサ１１を介してまたは直接に二次電池１２が充電されることになる。そして、電気二重層コンデンサ１１が外部電源１３から供給される電力をすべて受け取って充電されると共に、電気二重層コンデンサ１１から二次電池１２に対して、二次電池１２に最適な充電条件、即ち最適な電流値で充電が行なわれることになるので、二次電池１２の寿命が短くなるようなことはない。
この場合、電気二重層コンデンサ１１の充電中は、電気二重層コンデンサ１１から二次電池１１への充電は行なわれないので、二次電池１１は、電気二重層コンデンサ１１からの充電が休止状態となり、電気二重層コンデンサ１１の充電及び放電により、二次電池１１は電気二重層コンデンサ１１からのパルス電流により充電されることになる。
【００５５】
なお、電気二重層コンデンサ１１からの放電により二次電池１２が充電される際に、電圧調整は上述したＤＣ−ＤＣコンバータ１９で行なわれるようになっているが、これに限らず、他の手段、例えば電気二重層コンデンサ１１を二つ以上直列に接続して行なわれることができる。
また、電気二重層コンデンサ１１からの放電により二次電池１２が充電される際の電流調整は、電気二重層コンデンサ１１と二次電池１２との間に電流制御回路を接続したり、電気二重層コンデンサ１１や二次電池１２を二つ以上直列に接続することにより行なわれ得る。
【００５６】
図２は、本発明による充放電可能な電源装置の第二の実施形態を示している。図２において、充放電可能な電源装置３０は、図１に示した充放電可能な電源装置１０とほぼ同様の構成を有しており、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
充放電可能な電源装置３０は、図１に示した充放電可能な電源装置１０と比較して、唯一つの電気二重層コンデンサ１１の代わりに、互いに並列接続された複数個の電気二重層コンデンサ３１ａ，３１ｂ，・・・，３１ｎを備えている点でのみ異なる構成である。
【００５７】
これらの電気二重層コンデンサ３１ａ，３１ｂ，・・・，３１ｎは、それぞれ交互に切り換えられることにより、一部の電気二重層コンデンサが外部電源１３により充電され、既にフル充電されている他の電気二重層コンデンサが二次電池１２の充電を行なうようになっている。
【００５８】
このような構成の充放電可能な電源装置３０によれば、図１に示した充放電可能な電源装置１０と同様に作用すると共に、二次電池１２は、電気二重層コンデンサが外部電源１３から充電される間、その充電が休止状態となるようなことがなく、フル充電されている電気二重層コンデンサにより充電されるので、各電気二重層コンデンサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，・・・，３１ｎの交互切換えによって、二次電池１２は電気二重層コンデンサ３１ａ，３１ｂ，・・・，３１ｎにより定電流にて常時充電されることになる。
【００５９】
図３は本発明による充放電可能な電源装置の第三の実施形態を示している。図３において、充放電可能な電源装置４０は、図１に示した充放電可能な電源装置１０とほぼ同様の構成を有しており、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
充放電可能な電源装置４０は、図１に示した充放電可能な電源装置１０と比較して、二次電池１２に対して、第二の電気二重層コンデンサ４１（図示の場合、複数個の第二の電気二重層コンデンサ４１ａ，４１ｂ，・・・，４１ｎ）がスイッチ４２を介して並列接続されており、このスイッチ４２が二次電池１２の放電電圧を検出するための第三の電圧検出回路４３により制御される点でのみ異なる構成である。
【００６０】
これらの第二の電気二重層コンデンサ４１ａ，４１ｂ，・・・，４１ｎは、二次電池１２の放電時に、二次電池１２の負荷により放電電圧が所定電圧より低下したとき、第三の電圧検出回路４３によりスイッチ４２がオンされて、第二の電気二重層コンデンサ４１ａ，４１ｂ，・・・，４１ｎからの電流供給により放電補助が行なわれるようになっている。
そして、第二の電気二重層コンデンサ４１ａ，４１ｂ，・・・，４１ｎは、いつでも二次電池の放電補助を行なうことができるように、常時フル充電されている。この第二の電気二重層コンデンサ４１ａ，４１ｂ，・・・，４１ｎの充電は、外部電源１３，電気二重層コンデンサ１１または二次電池１２の何れかから行なわれ得る。
ここで、第二の電気二重層コンデンサ４１ａ，４１ｂ，・・・，４１ｎは、放電時の大電流を取り出すことができ、長い放電時間を確保するために、容量が大きいほうが好ましい。
【００６１】
このような構成の充放電可能な電源装置４０によれば、図１に示した充放電可能な電源装置１０と同様に作用すると共に、二次電池１２の放電の際に、二次電池１２の放電電圧が第三の電圧検出回路４３により検出されている。そして、二次電池１２の放電電圧が所定電圧より高い場合には、スイッチ４２はオフされており、二次電池１２からの放電電圧が外部負荷２２に供給されることになる。ここで、二次電池１２に負荷がかかり過ぎると、大電流放電となることから、二次電池１２の放電電圧が低下する。そして、二次電池１２の放電電圧が所定電圧以下になると、スイッチ４２がオンされることにより、第二の電気二重層コンデンサ４１ａ，４１ｂ，・・・，４１ｎから放電が行なわれ、二次電池１２の放電補助が行なわれ、大電流放電に対応することができる。
【００６２】
図４は本発明による充放電可能な電源装置の第四の実施形態を示している。図４において、充放電可能な電源装置５０は、図１に示した充放電可能な電源装置１０とほぼ同様の構成を有しており、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
充放電可能な電源装置５０は、図１に示した充放電可能な電源装置１０と比較して、二次電池１２の後段に、第三の電気二重層コンデンサ５１（図示の場合、複数個の第三の電気二重層コンデンサ５１ａ，５１ｂ，・・・，５１ｎ）が直接に並列接続されている点でのみ異なる構成である。
これらの第三の電気二重層コンデンサ５１ａ，５１ｂ，・・・，５１ｎは、二次電池１２により常時フル充電されており、外部負荷２２に対する放電は、第三の電気二重層コンデンサ５１ａ，５１ｂ，・・・，５１ｎにより行なわれるようになっている。ここで、第三の電気二重層コンデンサ５１ａ，５１ｂ，・・・，５１ｎは、大電流放電のためには容量が大きいほうが好ましい。
【００６３】
このような構成の充放電可能な電源装置５０によれば、図１に示した充放電可能な電源装置１０と同様に作用すると共に、二次電池１２の放電により、第三の電気二重層コンデンサ５１ａ，５１ｂ，・・・，５１ｎが常時フル充電されており、外部負荷２２に対しては、第三の電気二重層コンデンサ５１ａ，５１ｂ，・・・，５１ｎからの放電により給電が行なわれる。従って、微弱電流から大電流に至るまでの幅広い放電に対応することができる。
【００６４】
次に、本発明による各実施形態による充放電可能な電源装置１０，３０，４０，５０において、外部電源として太陽電池２３を使用した場合の具体的な実験例について説明する。
先ず、図１に示した充放電可能な電源装置１０において、図５に示すように、外部電源として３Ｖ−３０ｍＡの太陽電池２３、電気二重層コンデンサ１１として２．３Ｖ−３Ｆの電気二重層コンデンサを１個、二次電池１２として１．２Ｖ−２７０ｍＡｈのＮｉ−ＭＨ電池を二個直列接続したものを使用する。
【００６５】
このような電源装置１０によれば、二次電池１２への充電効率が悪い電流値領域では、切換えスイッチ１５により、電気二重層コンデンサ１１を介して二次電池１２への充電を行なう。即ち、太陽電池２３により電気二重層コンデンサ１１を充電する。これにより電気二重層コンデンサ１１の電圧が所定電圧を超えるとスイッチ１８がオンとなり、電気二重層コンデンサ１１の放電により二次電池１２が充電される。ここで、電気二重層コンデンサ１１の電圧が所定電圧以下になると、スイッチ１８がオフとなり、再び電気二重層コンデンサ１１の充電が行なわれる。
以上の動作を繰返し行なうことにより、二次電池１２に対する充電は、電気二重層コンデンサ１１の充電時には休止状態となり、図６に示すように、二次電池１２はパルス電流により充電されることになる。
【００６６】
これに対して、二次電池１２への充電効率が十分である電流値領域では、切換えスイッチ１５が二次電池１２側に切り換えられ、太陽電池２３から短絡線１６を介して直接に二次電池１２への充電が行なわれる。
【００６７】
図７は、図２に示した充放電可能な電源装置３０を使用した実験例を示している。この場合、図５の実験例と同様にして、外部電源として３Ｖ−３０ｍＡの太陽電池２３、電気二重層コンデンサ１１として２．３Ｖ−３Ｆの電気二重層コンデンサを２個、二次電池１２として１．２Ｖ−２７０ｍＡｈのＮｉ−ＭＨ電池を二個直列接続したものを使用する。
【００６８】
このような電源回路３０によれば、二次電池１２への充電効率が悪い電流値領域では、切換えスイッチ１５により、電気二重層コンデンサ３１を介して二次電池１２への充電を行なう。即ち、太陽電池２３により一つ目の電気二重層コンデンサ３１ａを充電する。これにより電気二重層コンデンサ１１の電圧が所定電圧を超えると、電気二重層コンデンサ３１ａ，３１ｂが切り換えられ、二つ目の電気二重層コンデンサ３１ｂの充電を開始すると共に、スイッチ１８がオンとなり、電気二重層コンデンサ３１ａの放電により二次電池１２が充電される。
【００６９】
ここで、電気二重層コンデンサ３１ａの電圧が所定電圧以下になると、電気二重層コンデンサ３１ａ，３１ｂが切り換えられ、再び電気二重層コンデンサ３１ａの充電が行なわれると共に、二つ目の電気二重層コンデンサ３１ｂの放電により二次電池１２が充電される。
以上の動作を繰返し行なうことにより、二次電池１２に対する充電は、電気二重層コンデンサ３１ａ，３１ｂにより図８（Ａ），（Ｂ）に示すように交互に行なわれることになり、二次電池１２は、図８（Ｃ）に示すように定電流により充電されることになる。
【００７０】
これに対して、二次電池１２への充電効率が十分である電流値領域では、切換えスイッチ１５が二次電池１２側に切り換えられ、太陽電池２３から短絡線１６を介して直接に二次電池１２への充電が行なわれる。
【００７１】
図９は、図３に示した充放電可能な電源装置４０を使用した実験例を示している。この場合、外部電源として３Ｖ−３０ｍＡの太陽電池２３、電気二重層コンデンサ１１として２．３Ｖ−３Ｆの電気二重層コンデンサを１個、二次電池１２として１．２Ｖ−２７０ｍＡｈのＮｉ−ＭＨ電池を二個直列接続したもの、第二の電気二重層コンデンサ４１として２．３Ｖ−１２０Ｆの電気二重層コンデンサを１個を使用し、さらに第二の電気二重層コンデンサ４１とスイッチ４２との間に電圧調整のためのＤＣ−ＤＣコンバータ４４を接続する。
【００７２】
このような電源回路４０によれば、二次電池１２の放電の際に、二次電池１２の放電電圧が所定電圧より高い場合には、スイッチ４２はオフされており、二次電池１２からの放電電圧が外部負荷２２へ供給される。ここで、二次電池１２に負荷がかかり過ぎると、二次電池１２の放電電圧が低下し、二次電池１２の放電電圧が所定電圧以下になると、スイッチ４２がオンされることにより、第二の電気二重層コンデンサ４１から放電がＤＣ−ＤＣコンバータ４４を介して行なわれ、二次電池１２の放電補助が行なわれ大電流放電に対応することができる。これにより、第二の電気二重層コンデンサ４１がない場合には、図１０（Ａ）に示すように、二次電池１２に対する過負荷によって大きく放電電圧が低下するが、第二の電気二重層コンデンサ４１が設けられていることから、第二の電気二重層コンデンサ４１による二次電池１２の放電補助によって、図１０（Ｂ）に示すように、外部負荷２２に対する放電電圧の急激な低下を回避することができる。
【００７３】
図１１は図４に示した充放電可能な電源装置５０を使用した実験例を示している。この場合、外部電源として３Ｖ−３０ｍＡの太陽電池２３、電気二重層コンデンサ１１として２．３Ｖ−３Ｆの電気二重層コンデンサを１個、二次電池１２として１．２Ｖ−２７０ｍＡｈのＮｉ−ＭＨ電池を二個直列接続したもの、第三の電気二重層コンデンサ５１として２．３Ｖ−１２０Ｆの電気二重層コンデンサを１個を使用し、さらに第三の電気二重層コンデンサ５１と二次電池１２及びスイッチ４２との間に電圧調整のためのＤＣ−ＤＣコンバータ５２を接続する。
【００７４】
このような電源回路５０によれば、外部負荷２２への放電は、二次電池１２により常にフル充電された第三の電気二重層コンデンサ５１によってＤＣ−ＤＣコンバータ５２を介して行なわれることになる。従って、電気二重層コンデンサの特性に基づいて、外部負荷２２に対する放電は微弱電流から大電流に至るまで行なうことができる。
【００７５】
図１２は本発明による充放電可能な電源装置の第五の実施形態を示している。図１２において、充放電可能な電源装置６０は、互いに直列に接続された第一の電気二重層コンデンサ６１，第二の電気二重層コンデンサ６２と、充放電可能な蓄電部としての電気化学キャパシタ６３と、を含んでいる。上記第一の電気二重層コンデンサ６１は、＋側の電極が充電のための外部電源６４の＋極に接続されると共に、他側の電極が外部電源６４の−極に接続されている。また、上記第二の電気二重層コンデンサ６２は、＋側の電極が外部電源６４の−極に接続されると共に、他側の電極がアース接続されている。ここで、第二の電気二重層コンデンサ６２は、後述する電気化学キャパシタ６３と同じ電圧になる。
【００７６】
上記電気化学キャパシタ６３は、上記第一の電気二重層コンデンサ６１，６２に対して並列に接続されている。
【００７７】
なお図示の場合、第一の電気二重層コンデンサ６１と電気化学キャパシタ６３との間には、外部電源６４から供給される電圧を検出するための第一の電圧検出回路６５によりオンオフ制御されるスイッチ６６が設けられている。また、第二の電気二重層コンデンサ６２と電気化学キャパシタ６３との間には、同様に第一の電圧検出回路６５によりオンオフ制御されるスイッチ６７が設けられている。さらに、上記電気化学キャパシタ６３には、その電圧を検出するための第二の電圧検出回路６８が設けられており、その検出出力が上記第一の電圧検出回路６５に入力されている。
【００７８】
これらのスイッチ６６，６７は、第一の電圧検出回路６５によって、以下のようにオンオフ制御されるようになっている。
即ち、第一の電圧検出回路６５が、スイッチ６６をオフ，スイッチ６７をオンにすると、外部電源６４から電気二重層コンデンサ６１への充電が行なわれる。このとき、第一の電気二重層コンデンサ６１と電気化学キャパシタ６３の電圧が、それぞれ電圧検出回路６５及び６８により監視される。
電気二重層コンデンサ６１の電圧Ｖ１が電気化学キャパシタ６３の電圧Ｖ３より大きくなった後、第一の電圧検出回路６５は、スイッチ６６をオン，スイッチ６７をオフにする。これにより、電気二重層コンデンサ６１，６２に充電された電荷が電気化学キャパシタ６３に移動して、電気化学キャパシタ６３の充電が行なわれる。
そして、電気化学キャパシタ６３の電圧Ｖ３が電気二重層コンデンサ６１，６２の電圧（Ｖ１＋Ｖ２）と同じになると、電気化学キャパシタ６３の充電が停止するが、（Ｖ１＋Ｖ２）≧Ｖ３の時点で、第一の電圧検出回路６５は、スイッチ６６をオフ，スイッチ６７をオンにする。これにより、再び電気二重層コンデンサ６１，６２の充電が行なわれる。
以上の動作を繰返し行なうことにより、電気化学キャパシタ６３が満充電されることになる。
【００７９】
なお、第一の電圧検出回路６５が再びスイッチ６６をオフ，スイッチ６７をオンにしたとき、電気化学キャパシタ６３の電圧は電気二重層コンデンサ６１，６２の電圧と同じかそれより低いので、電気化学キャパシタ６３から電気二重層コンデンサ６１，６２に対して電流が逆流することはない。従って、電気化学キャパシタ６３から電気二重層コンデンサ６１，６２への逆流防止のための制御を行なう必要はないが、確実を期すために逆流防止手段を備えてもよい。
【００８０】
このような構成の充放電可能な電源装置６０によれば、電気二重層コンデンサ６１を介して電気化学キャパシタ６３が充電されることにより、図１に示した充放電可能な電源装置１０と同様に作用すると共に、電気二重層コンデンサ６２が電気化学キャパシタ６３と同じ電圧であることから、電気二重層コンデンサ６１と電気化学キャパシタ６３には確実に電圧差が発生することになるので、電気二重層コンデンサ６１から電気化学キャパシタ６３への急速な電荷移動が発生することになり、電気二重層コンデンサによる充放電効率が向上する。
【００８１】
次に、上記充放電可能な電源装置６０において、外部電源として太陽電池２３を使用した場合の具体的な実験例について説明する。
先ず、図１２に示した充放電可能な電源装置６０において、図１３に示すように、外部電源として３．５Ｖ−４０ｍＡの太陽電池２３，電気二重層コンデンサ６１，６２として２．３Ｖ−１Ｆの電気二重層コンデンサ、電気化学キャパシタ６３として２．３Ｖ−５０Ｆのスードキャパシタを使用する。
【００８２】
このような電源装置６０によれば、電気二重層コンデンサ６１から電気化学キャパシタ６３に電荷移動する直前には、電気二重層コンデンサ６１は充電設定電圧２．３Ｖまで充電される。また、電気二重層コンデンサ６２は電気化学キャパシタ６３と同じ電圧になる。従って、電気二重層コンデンサ６１から電気化学キャパシタ６３への充電は、これらの間に確実に電圧差が発生することになるので、急速な電荷移動が行なわれる。これにより、電気二重層コンデンサ６１の充放電効率が向上する。
【００８３】
これに対して、第二の二重層コンデンサ６２がない場合には、図１４に示すように電気二重層コンデンサ６１と電気化学キャパシタ６３との間にＤＣ−ＤＣコンバータ６９が必要になる。この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ６９によって、例えば２．３Ｖの電気二重層コンデンサ６１による充電電圧を、例えば二倍の４．６Ｖに昇圧することになるが、電流値に関しては特に制御せず、充電電流は例えば半分になってしまう。さらに、入力エネルギーが１００％出力されず、ＤＣ−ＤＣコンバータ６９内で熱等に変換されるロスが約３０％になる。このため、充電効率が低下することになる。
【００８４】
また、上述したＤＣ−ＤＣコンバータを使用しない場合には、電気二重層コンデンサ６１が電気化学キャパシタ６３の充電電圧よりも高い電圧に設定されなければならないので、図１５に示すように、電気二重コンデンサ６１を二本直列に接続すると共に、太陽電池２３についても、互いに直列接続された二倍の太陽電池が必要となることから、太陽電池２３のコストが倍増してしまう。
【００８５】
従って、上述した充放電可能な電源装置６０によれば、第二の電気二重層コンデンサ６２を設けて、この第二の電気二重層コンデンサ６２を充放電可能な蓄電部としての電気化学キャパシタ６３と同じ電圧にしておくことにより、簡単な構成により低コストで、充放電効率の高い電源装置を構成することが可能になる。
【００８６】
このようにして、本発明による充放電可能な電源装置１０，３０，４０，５０，６０によれば、電気二重層コンデンサ１１，６１の使用により、微弱電流から大電流に亘って確実に充電が行なわれると共に、放電時には充放電可能な蓄電部としての二次電池１２または電気化学キャパシタ６３の寿命を短くすることなく大電流放電が可能になる。また、充放電可能な蓄電部としての二次電池１２または電気化学キャパシタ６３の使用により、充電容量の大きい電源装置を得ることができると共に、小型で軽量の電源装置を構成することができる。
【００８７】
従って、外部電源に関して、常時低電流の場合、即ち回転式発電，振動発電またはダイナモ発電等のように発電流が小さく、外部電源からの電流供給が不足するため二次電池１２等のみでは充電効率が低くあるいはまったく充電できないような場合であっても、また常時大電流の場合、即ちガスタービン等のように、始動時や停止時の供給電圧平準化により外部電源から常時大電流が供給されるような場合でも、供給される電力を充電可能な蓄電部分部としての二次電池１２または電気化学キャパシタ６３の使用により高効率で確実に充電することができる。
【００８８】
さらに、不安定電流の場合、即ち太陽光発電，風力発電，地熱発電，波力発電等のように、例えば天候，風量，発熱量や波の大きさにより、供給される電流が微弱電流から大電流まで不規則に変化するような場合であっても、確実に二次電池１２等の充放電可能な蓄電部に対して充電することができる。
【００８９】
また、外部負荷に関して、一時的に大電流が必要な場合、即ち一般モータにおいては、始動時に定格の３乃至４倍程度の大電流が必要となり、例えば燃料電池車，蓄電池車及びハイブリッド車等のパワーアシストにおいては、電気自動車等の急加速・登り坂走行時に大電流が必要となり、またエネルギー回生においては、電気自動車等のブレーキング時に大電流が必要となるが、このような場合であっても、充電可能な蓄電部として二次電池１２等に対して、第二の電気二重層コンデンサ４１または第三の電気二重層コンデンサ５１を接続することにより、外部負荷に対して一時的に大電流を供給することができる。
【００９０】
さらに、本発明による充放電可能な電源装置は、当然のことながら、従来一般的に使用されている電源装置の代わりに使用することも可能であり、携帯電話機やＰＤＡ，ノートパソコン等の各種携帯機器、ラジオ，ＣＤプレーヤ，ＭＤプレーヤ等の各種音響機器、さらには自動車，工作機械等のためのモータ回転用大型電源装置として対応することができる。
また、本発明による充放電可能な電源装置は、従来の電源装置に対して性能が向上していることから、従来対象とはならなかった新規市場をも開拓できることになり、特に使用・規格に関して、自由度が非常に大きく、従来の各種規格化された電源装置に対応することが可能であり、例えば自動車に搭載されている鉛バッテリに関しても、規格対応が十分に可能である。
【００９１】
上述した実施形態においては、何れの充放電可能な電源装置１０，３０，４０，５０においても、二次電池１２の充電効率が十分である電力の場合には、切換えスイッチ１５を切り換えて、電気二重層コンデンサ１１を介さずに、直接に二次電池１２を充電するようになっているが、これに限らず、切換えスイッチ１５及び第一の電圧検出回路１４を省略して、外部電源１３から常時電気二重層コンデンサ１１を充電するようにしてもよいことは明らかである。
また、上述した実施形態においては、電圧調整のためにＤＣ−ＤＣコンバータ１９，２０，４４，５２，６９を使用しているが、これに限らず、電気二重層コンデンサを複数個直列接続する等、他の手段を採用することもできる。
【００９２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、充電の際には、外部電源から供給される電力が、電気二重層コンデンサ及び充放電可能な蓄電部の双方に充電されることにより、電圧や電流が大き過ぎる場合や小さ過ぎる場合でも、電気二重層コンデンサに確実に充電されると共に、充放電可能な蓄電部に大電流が加えられ電力が溢れて充放電可能な蓄電部の寿命が短くなるようなことはない。また、充電容量の大きい充放電可能な蓄電部に充電が行なわれることにより、全体の体積及び重量が少なくて済むことになる。
また、放電の際には、大電流放電であっても、電気二重層コンデンサから比較的大電流が供給されることになるので、充放電可能な蓄電部に対する外部負荷が軽減され、充放電可能な蓄電部の寿命が短くなるようなことはない。
このようにして、本発明によれば、大電流や微弱電流でも充電可能であると共に、高容量特性を有する極めて優れた充放電可能な電源装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による充放電可能な電源装置の第一の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明による充放電可能な電源装置の第二の実施形態の要部を示すブロック図である。
【図３】本発明による充放電可能な電源装置の第三の実施形態の要部を示すブロック図である。
【図４】本発明による充放電可能な電源装置の第四の実施形態の要部を示すブロック図である。
【図５】図１の充放電可能な電源装置の具体的な実験例を示すブロック図である。
【図６】図５の実験例における二次電池への充電電流値を示すグラフである。
【図７】図２の充放電可能な電源装置の具体的な実験例を示すブロック図である。
【図８】図７の実験例におけるグラフであり、（Ａ）は一つ目の電気二重層コンデンサの放電電流値，（Ｂ）は二つ目の電気二重層コンデンサの放電電流値、（Ｃ）は二次電池へ充電電流値を示している。
【図９】図３の充放電可能な電源装置の具体的な実験例を示すブロック図である。
【図１０】図９の実験例における二次電池の放電電圧値を示すグラフである。
【図１１】図４の充放電可能な電源装置の具体的な実験例を示すブロック図である。
【図１２】本発明による充放電可能な電源装置の第五の実施形態の要部を示すブロック図である。
【図１３】図１２の充放電可能な電源装置の具体的な実験例を示すブロック図である。
【図１４】図１３の電源装置に対して第二の電気二重層コンデンサがなく、ＤＣ−ＤＣコンバータを備えた場合の比較例を示すブロック図である。
【図１５】図１３の電源装置に対して第二の電気二重層コンデンサがなく、二倍の太陽電池及び電気二重層コンデンサを備えた場合の比較例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０充放電可能な電源装置
１１電気二重層コンデンサ
１２二次電池（充放電可能な蓄電部）
１３外部電源
１４，１７，４３電圧検出回路
１５切換えスイッチ
１６短絡線
１８，４２スイッチ
１９，２０ＤＣ−ＤＣコンバータ
２１電源スイッチ
２２外部負荷
２３太陽電池
３０充放電可能な電源装置
３１，３１ａ，３１ｂ，・・・，３１ｎ電気二重層コンデンサ
４０充放電可能な電源装置
４１第二の電気二重層コンデンサ
５０充放電可能な電源装置
５１第三の電気二重層コンデンサ
６０充放電可能な電源装置
６１第一の電気二重層コンデンサ
６２第二の電気二重層コンデンサ（第四の電気二重層コンデンサ）
６３電気化学キャパシタ（充放電可能な蓄電部）
６４外部電源
６５第一の電圧検出回路
６６，６７スイッチ
６８第二の電圧検出回路
６９ＤＣ−ＤＣコンバータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a chargeable / dischargeable power supply device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, a secondary battery or an electric double layer capacitor is used alone as a chargeable / dischargeable power supply device.
As the secondary battery, for example, a lead storage battery, a nickel cadmium battery, a nickel metal hydride battery, a lithium ion battery, and the like are known, and can be repeatedly charged and discharged.
In addition, an electric double layer capacitor is known as a capacitor having a power storage function, and unlike a secondary battery, chemical change due to charge / discharge does not occur. Therefore, for example, 100,000 times or more of charge / discharge can be repeated. it can.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the secondary battery, electrochemical capacitor, and electric double layer capacitor described above are used alone, the following problems occur.
[0004]
That is, in the case of a secondary battery, when charging the secondary battery, if the voltage or current for charging is too large, not all the electric power can be charged and the battery is overflowed. In addition, if the voltage or current for charging is too small, the supplied power may not be charged.
[0005]
In addition, since there is a limit to large current discharge at the time of discharge, in order to supply a large current to an external load, the volume of the power source is greatly increased by arranging secondary batteries in parallel. It becomes necessary to increase or use near the upper limit of the power supply capacity of the secondary battery.
As described above, when the conventional secondary battery is used alone, the life of the secondary battery may be shortened in both charging and discharging.
[0006]
On the other hand, in the case of an electric double layer capacitor, the volume energy density is lower than that of a secondary battery, so when it is necessary to charge a power capacity equivalent to that of a secondary battery, The volume and weight increase, and the cost per unit capacity increases.
[0007]
In view of the above points, an object of the present invention is to provide a chargeable / dischargeable power supply device that can be charged even with a large current or a weak current and has a high capacity characteristic.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  The above object is achieved according to the present invention.Connected to external power supplyWith electric double layer capacitor,A chargeable / dischargeable power storage unit;A first voltage detection circuit for detecting a voltage supplied from an external power supply, a second voltage detection circuit for detecting a voltage supplied from an electric double layer capacitor, and an external power supply between the electric double layer capacitor A switching switch provided and controlled by the first voltage detection circuit, a switch provided between the electric double layer capacitor and the power storage unit, and controlled by the second voltage detection circuit, and the switch and the power storage Chargeable / dischargeable power supply comprising: a DC-DC converter connected between the power supply unit, a short-circuit line connected to the changeover switch, and a DC-DC converter connected to the power storage unit via the short-circuit line When the voltage of the external power supply is within a predetermined voltage range, the first voltage detection circuit switches the changeover switch to the power storage unit side, and the power from the external power supply is short-circuited. The voltage is adjusted by the DC-DC converter via the DC-DC converter and supplied to the power storage unit, the power storage unit is charged, and when the voltage from the external power source is outside the predetermined voltage range, the changeover switch is switched to the electric double layer capacitor side, When power from the external power source is supplied to the electric double layer capacitor, charges the electric double layer capacitor, and the electric double layer capacitor becomes equal to or higher than a predetermined charging voltage, the second voltage detection circuit turns on the switch, The voltage of the multilayer capacitor is adjusted by the DC-DC converter connected to the switch, and the power storage unit is charged.This is achieved by a chargeable / dischargeable power supply device.
[0009]
  In the power supply device according to the present invention, preferably, the chargeable / dischargeable power storage unit is a secondary battery.Or electrochemical capacitorIt is.
[0010]
  In the power supply device according to the present invention, preferably, the electric double layer capacitor isComposed of parallel connection of a plurality of electric double layer capacitors, each of which is alternately switched, so that part of the electric double layer capacitor is charged by an external power source, and the other part of the electric double layer capacitor that has already been fully charged, Charge the storage battery.
[0012]
  The power supply device according to the present invention preferably discharges from the electric double layer capacitor.Power storage unitWhen chargingPower storage unitIs charged with a constant current or a pulse current.
[0013]
  The power supply according to the present invention is preferablyfurther,SaidVia a switch to the storage batteryAt least one second electric double layer capacitor is connected in parallelThe third voltage detection circuit for controlling the switch is connected to the switch, and the electric double layer capacitor connected in parallel with the power storage unit is controlled by the third voltage detection circuit.The
[0014]
  In the power supply device according to the present invention, preferably, the second electric double layer capacitor is theStorage batteryIs held in a fully charged state immediately before the battery is discharged.
[0015]
  The power supply according to the present invention is preferablyAt least one third electric double layer capacitor is connected in parallel downstream of the power storage unit. Preferably, the third electric double layer capacitor is charged by the power storage unit. The external power source is preferably a solar cell.
[0024]
According to the above configuration, when charging, the electric power supplied from the external power source is charged to both the electric double layer capacitor and the chargeable / dischargeable power storage unit, so that the voltage and current are too large or small. Even when the electric double layer capacitor is overcharged, the electric double layer capacitor is surely charged, and a large current is applied to the chargeable / dischargeable power storage unit so that the power overflows and the life of the chargeable / dischargeable power storage unit is not shortened. . In addition, charging and discharging of the chargeable / dischargeable power storage unit having a large charge capacity can reduce the overall volume and weight.
In addition, when discharging, a relatively large current is supplied from the electric double layer capacitor even in the case of a large current discharge, so the external load on the chargeable / dischargeable power storage unit is reduced and charging / discharging is possible. The life of the power storage unit is not shortened.
[0025]
In this case, the voltage of the electric double layer capacitor can be adjusted by various means. Preferably, two or more electric double layer capacitors are connected in series or a DC / DC converter is used.
On the other hand, the voltage adjustment of the chargeable / dischargeable power storage unit can be similarly performed by various means. Preferably, two or more chargeable / dischargeable power storage units are connected in series or a DC / DC converter is used. Can be done. The current of the chargeable / dischargeable power storage unit can be adjusted by various means. Preferably, the current control is performed by a control circuit, or two or more chargeable / dischargeable power storage units are connected in parallel. obtain.
[0026]
  When the chargeable / dischargeable power storage unit is a secondary battery, a power supply device can be configured easily and at low cost by using a readily available secondary battery.
  In the case where the chargeable / dischargeable power storage unit is an electrochemical capacitor, the charge / discharge efficiency of the electric double layer capacitor can be improved by using an electrochemical capacitor having a capacity twice or more that of the electric double layer capacitor. Can be improved.
[0027]
  The electric double layer capacitor is connected to an external power source in the previous stage, andPower storage unitIs connected to an external load at a later stage,Power storage unitWhen a large amount of power that cannot be dealt with is rapidly supplied, first, the electric double layer capacitor is charged by receiving this large amount of power. Then from the electric double layer capacitorPower storage unitIs supplied with power that does not burden the secondary battery,Power storage unitIs charged.
  Also from an external power supplyPower storage unitCan't be chargedE.g. from solar cellsWhen a small power is supplied, first, the electric double layer capacitor is charged by receiving this small power. Then from the electric double layer capacitorPower storage unitAgainstPower storage unitIs supplied with power that can be charged,Power storage unitIs charged.
[0028]
In this case, if two or more electric double layer capacitors are connected to each other in parallel and switchable, at least one electric double layer capacitor is charged from an external power source and at the same time another already fully charged electric By charging the secondary battery with the double layer capacitor, the time loss for switching between the charging of the electric double layer capacitor and the charging of the secondary battery with the electric double layer capacitor is reduced, and the secondary battery is efficiently charged. Will get.
[0029]
A first path for charging the secondary battery with the electric double layer capacitor supplied with power from the external power source and a second path for directly charging the secondary battery with power supplied from the external power source. If the power supplied from the external power supply is sufficient for the secondary battery, the power is supplied directly from the external power supply to the secondary battery via the second path. Is supplied and the secondary battery is charged.
On the other hand, when the power supplied from the external power source is too large or too small, the secondary battery is reliably charged via the first path via the electric double layer capacitor as described above. Is done.
[0030]
When charging the secondary battery with the discharge from the electric double layer capacitor, if the secondary battery is charged with a constant current or pulse current, give a current value that matches the charging conditions of the secondary battery. The secondary battery is charged by a constant current or a pulse current.
Here, the charging current for the secondary battery is a pulse current of the charging and discharging cycle of the electric double layer capacitor, and when switching between two or more electric double layer capacitors, each electric double layer capacitor sequentially By switching to and discharging, the secondary battery is charged with a constant current.
[0031]
  the abovePower storage unitInThrough the switchAt least one second electric double layer capacitor connected in parallel;A third voltage detection circuit for controlling the switch is connected to the switch, and the electric double layer capacitor connected in parallel with the power storage unit is controlled by the third voltage detection circuit.If it isPower storage unitThe external load of this is too large,Power storage unitBy discharging the second electric double layer capacitor when the discharge voltage ofPower storage unitThe driving of the external load due to the discharge of the current can be assisted to avoid a decrease in the discharge voltage.
[0032]
  The second electric double layer capacitor isPower storage unitIf the battery is fully charged just before the battery is discharged,Power storage unitWhen the discharge voltage drops due toPower storage unitIt is possible to assist discharge.
  In this case, the second electric double layer capacitor is an external power source, the first electric double layer capacitor orPower storage unitIt is charged from either.
  The second electric double layer capacitor isPower storage unitIn order to secure a large discharge current and a long discharge time as a discharge assist, it is preferable to have a large capacity.
[0033]
  the abovePower storage unitAt least one third electric double layer capacitorParallelIf connected toPower storage unitThe discharge power from is supplied to the third electric double layer capacitor, so that the third electric double layer capacitor is always fully charged. ThisPower storage unitThe power supply to the external load connected to theDoubleIt is performed from a layer capacitor and can cope with a large current discharge.
  The third electric double layer capacitor preferably has a large capacity in order to cope with a large current discharge.
[0034]
In the case where the chargeable / dischargeable power storage unit is an electrochemical capacitor, the charge / discharge efficiency of the electric double layer capacitor can be improved by using an electrochemical capacitor having a capacity twice or more that of the electric double layer capacitor. Can be improved.
[0037]
  In addition, when small power from a solar cell, for example, that cannot be charged from the external power supply to the power storage unit is supplied, first, the electric double layer capacitor is charged by receiving this small power. Thereafter, electric power that can charge the power storage unit is supplied from the electric double layer capacitor to the power storage unit, and the power storage unit is charged.
[0043]
  Thus, according to the power supply device which can be charged / discharged by this invention, it is each independently used as a power supply device which can be charged / discharged conventionally.Power storage unitAnd problems during charging and discharging in the electric double layer capacitor are avoided. That is, by using an electric double layer capacitor, charging can be performed reliably from a weak current to a large current, and the life of a chargeable / dischargeable power storage unit, that is, a secondary battery or an electrochemical capacitor, can be shortened. Large current discharge becomes possible.
  In addition, by using a chargeable / dischargeable power storage unit, that is, a secondary battery or an electrochemical capacitor, a power supply device having a large charge capacity can be obtained, and a small and lightweight power supply device can be configured.
[0044]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
FIG. 1 shows a first embodiment of a chargeable / dischargeable power supply device according to the present invention. In FIG. 1, a chargeable / dischargeable power supply device 10 includes an electric double layer capacitor 11 and a secondary battery 12 as a chargeable / dischargeable power storage unit.
In the electric double layer capacitor 11, the + side electrode is connected to the external power source 13 for charging, and the other side electrode is grounded.
Here, the electric double layer capacitor 11 is configured, for example, by bringing different two phases of activated carbon and an organic solvent into contact with each other, and accumulates electric charges in the same manner as the capacitor without causing movement of electrons accompanying a chemical reaction. It can be charged by a large current or a minute current.
[0045]
In the case shown in the figure, a changeover switch 15 that is controlled to be switched by a first voltage detection circuit 14 for detecting a voltage supplied from the external power supply 13 is provided between the external power supply 13 and the electric double layer capacitor 11. Is provided. This change-over switch 15 is used when the charging voltage from the external power source 13 to the electric double layer capacitor 11 is outside a predetermined voltage range such that the secondary battery 12 has a large power or a small power that cannot be handled. 11 is switched to the secondary battery 12 via the short-circuit wire 16 when the voltage is within the predetermined voltage range.
[0046]
As the secondary battery 12, a chargeable / dischargeable secondary battery having a known configuration, for example, a lead storage battery, a nickel cadmium battery, a nickel metal hydride battery, a lithium ion battery, or the like is used, and a positive electrode is a positive electrode of the electric double layer capacitor 11. The negative electrode is grounded to the side electrode.
[0047]
Here, the chargeable / dischargeable power storage unit is not limited to the secondary battery 12, and an electrochemical capacitor such as a pseudo capacitor may be used, for example.
The electrochemical capacitor is also called a pseudo-capacitance capacitor. For example, RuO which is an oxide of platinum-based elements such as Ru (ruthenium) and Ir (iridium).₂And IrO₂Is a capacitor using pseudo capacitance by oxidation-reduction reaction. Such an electrochemical capacitor having a capacity per unit volume more than twice that of an electric double layer capacitor has already been put into practical use, and the charge / discharge capacity of a large current is comparable to that of an electric double layer capacitor. Therefore, when an electrochemical capacitor is used as a chargeable / dischargeable power storage unit, rapid charging from the electric double layer capacitor 11 to the electrochemical capacitor is possible, and the charging efficiency is very high.
[0048]
In the illustrated case, a switch that is switched between the electric double layer capacitor 11 and the secondary battery 12 by a second voltage detection circuit 17 for detecting a voltage supplied from the electric double layer capacitor 11. 18 is provided. The switch 18 is turned on when the discharge voltage from the electric double layer capacitor 11 exceeds a predetermined voltage.
Here, the second voltage detection circuit 17 for switching and controlling the switch 18 is a circuit in which no current loss occurs as a circuit configuration for detecting and controlling the absolute value. By using the second voltage detection circuit 17 as described above, for example, an external power source for generating a reference voltage necessary for a voltage detection circuit using a comparator becomes unnecessary, and power consumption can be reduced.
[0049]
A DC-DC converter 19 is connected between the electric double layer capacitor 11 and the secondary battery 12 on the side of the secondary battery 12 from the switch 18. Further, a DC-DC converter 20 is connected to the short-circuit line 16. These DC-DC converters 19 and 20 are for adjusting the voltage supplied from the electric double layer capacitor 11 or the external power supply 13 to an appropriate voltage.
[0050]
Further, the positive electrode of the secondary battery 12 is connected to an external load 22 via a power switch 21.
[0051]
In addition, the following three points are mentioned as conditions for charging the secondary battery 12 by the discharge from the electric double layer capacitor 11. That is, first, the capacity of the electric double layer capacitor 11 is much larger than the capacity of the secondary battery 12, second, the voltage of the electric double layer capacitor 11 is larger than the voltage of the secondary battery 12, third, Energy amount of electric double layer capacitor 11 (1/2 CV²) Is larger than the energy amount of the secondary battery 12.
[0052]
The chargeable / dischargeable power supply device 10 according to the present invention is configured as described above and operates as follows.
First, at the time of charging, electric power is supplied from the external power supply 13 via the changeover switch 15. At that time, the voltage from the external power source 13 is detected by the first voltage detection circuit 14, and when this voltage is within the predetermined voltage range, the changeover switch 15 is switched to the secondary battery 12 side, The electric power is voltage-adjusted through the short-circuit line 16 and by the DC-DC converter 20 and then directly supplied to the secondary battery 12. At this time, since the voltage from the external power supply 13 is within a predetermined voltage range, a large current or a small current that can be a large power or a small power flows through the secondary battery 12, and the secondary battery 12 is charged. It won't disappear.
[0053]
On the other hand, when the voltage from the external power supply 13 is outside the predetermined voltage range, the changeover switch 15 is switched to the electric double layer capacitor 11 side, and the electric power from the external power supply 13 is supplied to the electric double layer capacitor 11. . Thereby, even when a large amount of power from the external power supply 13 is suddenly supplied, the electric double layer capacitor 11 receives this large amount of power and is charged. Further, even when a minute electric power is supplied from the external power source 13, the electric double layer capacitor 11 is charged by receiving this minute electric power.
Then, after the electric double layer capacitor 11 is charged in this way, the electric double layer capacitor 11 is discharged and the voltage is adjusted via the DC-DC converter 19, and then the secondary battery 12 is charged. At that time, when the charging voltage of the electric double layer capacitor 11 by the external power source 13, that is, the discharge voltage becomes equal to or higher than a predetermined voltage, the switch 18 is turned on, and the secondary battery 12 is charged by the discharge from the electric double layer capacitor 11. It has become.
[0054]
In this way, according to the chargeable / dischargeable power supply device 10 according to the embodiment of the present invention, the current supplied from the external power supply 13 passes through the electric double layer capacitor 11 over a wide range from a weak current to a large current. The secondary battery 12 is charged directly or directly. Then, the electric double layer capacitor 11 is charged by receiving all the electric power supplied from the external power source 13, and the optimum charging condition for the secondary battery 12 from the electric double layer capacitor 11 to the secondary battery 12, that is, Since charging is performed at an optimal current value, the life of the secondary battery 12 is not shortened.
In this case, since charging from the electric double layer capacitor 11 to the secondary battery 11 is not performed while the electric double layer capacitor 11 is being charged, charging from the electric double layer capacitor 11 is suspended in the secondary battery 11. The secondary battery 11 is charged by the pulse current from the electric double layer capacitor 11 by charging and discharging the electric double layer capacitor 11.
[0055]
Note that, when the secondary battery 12 is charged by discharging from the electric double layer capacitor 11, the voltage adjustment is performed by the above-described DC-DC converter 19. For example, it can be performed by connecting two or more electric double layer capacitors 11 in series.
In addition, the current adjustment when the secondary battery 12 is charged by the discharge from the electric double layer capacitor 11 is performed by connecting a current control circuit between the electric double layer capacitor 11 and the secondary battery 12, This can be done by connecting two or more capacitors 11 and secondary batteries 12 in series.
[0056]
FIG. 2 shows a second embodiment of a chargeable / dischargeable power supply device according to the present invention. 2, the chargeable / dischargeable power supply 30 has substantially the same configuration as the chargeable / dischargeable power supply 10 shown in FIG. Is omitted.
Compared with the chargeable / dischargeable power supply device 10 shown in FIG. 1, the chargeable / dischargeable power supply device 30 has a plurality of electric double layer capacitors 31 a connected in parallel to each other instead of only one electric double layer capacitor 11. , 31b,..., 31n.
[0057]
These electric double layer capacitors 31a, 31b,..., 31n are alternately switched, so that some of the electric double layer capacitors are charged by the external power source 13 and other electric capacitors that are already fully charged. The multilayer capacitor charges the secondary battery 12.
[0058]
According to the chargeable / dischargeable power supply device 30 configured as described above, the secondary battery 12 operates in the same manner as the chargeable / dischargeable power supply device 10 shown in FIG. While being charged, the charging is not suspended, and is charged by the fully charged electric double layer capacitor. Therefore, each of the electric double layer capacitors 31a, 31b, 31c,. By the alternate switching, the secondary battery 12 is always charged with a constant current by the electric double layer capacitors 31a, 31b,.
[0059]
FIG. 3 shows a third embodiment of a chargeable / dischargeable power supply device according to the present invention. In FIG. 3, the chargeable / dischargeable power supply device 40 has substantially the same configuration as the chargeable / dischargeable power supply device 10 shown in FIG. Is omitted.
Compared with the chargeable / dischargeable power supply device 10 shown in FIG. 1, the chargeable / dischargeable power supply device 40 has a second electric double layer capacitor 41 (in the illustrated case, a plurality of electric double layer capacitors 41). , 41n) are connected in parallel via a switch 42, and the switch 42 detects a discharge voltage of the secondary battery 12 for a third voltage detection. The configuration differs only in that it is controlled by the circuit 43.
[0060]
These second electric double layer capacitors 41a, 41b,..., 41n are configured to detect a third voltage when the discharge voltage of the secondary battery 12 drops below a predetermined voltage when the secondary battery 12 is discharged. The switch 42 is turned on by the circuit 43, and discharge assist is performed by supplying current from the second electric double layer capacitors 41a, 41b,..., 41n.
The second electric double layer capacitors 41a, 41b,..., 41n are always fully charged so that the secondary battery can be discharged at any time. The second electric double layer capacitors 41a, 41b,..., 41n can be charged from any one of the external power source 13, the electric double layer capacitor 11, or the secondary battery 12.
Here, the second electric double layer capacitors 41a, 41b,..., 41n can take out a large current during discharge, and preferably have a large capacity in order to secure a long discharge time.
[0061]
According to the chargeable / dischargeable power supply device 40 having such a configuration, the secondary battery 12 operates in the same manner as the chargeable / dischargeable power supply device 10 shown in FIG. The discharge voltage is detected by the third voltage detection circuit 43. When the discharge voltage of the secondary battery 12 is higher than the predetermined voltage, the switch 42 is turned off, and the discharge voltage from the secondary battery 12 is supplied to the external load 22. Here, if the load is applied to the secondary battery 12 excessively, a large current discharge occurs, so that the discharge voltage of the secondary battery 12 decreases. When the discharge voltage of the secondary battery 12 becomes equal to or lower than the predetermined voltage, the switch 42 is turned on to discharge from the second electric double layer capacitors 41a, 41b,. Twelve discharge assists are performed, and large current discharge can be handled.
[0062]
FIG. 4 shows a fourth embodiment of a chargeable / dischargeable power supply device according to the present invention. In FIG. 4, the chargeable / dischargeable power supply device 50 has substantially the same configuration as the chargeable / dischargeable power supply device 10 shown in FIG. 1. Is omitted.
Compared with the chargeable / dischargeable power supply device 10 shown in FIG. 1, the chargeable / dischargeable power supply device 50 includes a third electric double layer capacitor 51 (in the illustrated case, a plurality of electric double layer capacitors 51). The third electric double layer capacitors 51a, 51b,..., 51n) are different only in that they are directly connected in parallel.
These third electric double layer capacitors 51a, 51b,..., 51n are always fully charged by the secondary battery 12, and the discharge to the external load 22 is caused by the third electric double layer capacitors 51a, 51b, ..., 51n. Here, it is preferable that the third electric double layer capacitors 51a, 51b,..., 51n have a large capacity for large current discharge.
[0063]
According to the chargeable / dischargeable power supply device 50 configured as described above, the third electric double layer capacitor is operated in the same manner as the chargeable / dischargeable power supply device 10 shown in FIG. .., 51n are always fully charged, and power is supplied to the external load 22 by discharging from the third electric double layer capacitors 51a, 51b,. Therefore, it is possible to deal with a wide range of discharge from weak current to large current.
[0064]
Next, specific experimental examples in the case where the solar cell 23 is used as an external power source in the chargeable / dischargeable power supply devices 10, 30, 40, and 50 according to the embodiments of the present invention will be described.
First, in the chargeable / dischargeable power supply apparatus 10 shown in FIG. 1, as shown in FIG. 5, a 3V-30 mA solar cell 23 as an external power source and a 2.3V-3F electric double layer capacitor as an electric double layer capacitor 11 are used. , And a secondary battery 12 using two 1.2-270 mAh Ni-MH batteries connected in series.
[0065]
According to such a power supply device 10, the secondary battery 12 is charged via the electric double layer capacitor 11 by the changeover switch 15 in the current value region where the charging efficiency of the secondary battery 12 is poor. That is, the electric double layer capacitor 11 is charged by the solar battery 23. Thereby, when the voltage of the electric double layer capacitor 11 exceeds a predetermined voltage, the switch 18 is turned on, and the secondary battery 12 is charged by the discharge of the electric double layer capacitor 11. Here, when the voltage of the electric double layer capacitor 11 becomes equal to or lower than a predetermined voltage, the switch 18 is turned off and the electric double layer capacitor 11 is charged again.
By repeating the above operation, the charging of the secondary battery 12 is suspended when the electric double layer capacitor 11 is charged, and the secondary battery 12 is charged by a pulse current as shown in FIG. .
[0066]
On the other hand, in the current value region where the charging efficiency to the secondary battery 12 is sufficient, the changeover switch 15 is switched to the secondary battery 12 side, and the secondary battery is directly connected from the solar battery 23 via the short-circuit line 16. 12 is charged.
[0067]
FIG. 7 shows an experimental example using the chargeable / dischargeable power supply device 30 shown in FIG. In this case, in the same manner as in the experimental example of FIG. 5, a 3V-30 mA solar cell 23 as an external power source, two 2.3V-3F electric double layer capacitors as an electric double layer capacitor 11, and a secondary battery 12 as 1 Use two 2V-270mAh Ni-MH batteries connected in series.
[0068]
According to such a power supply circuit 30, the secondary battery 12 is charged via the electric double layer capacitor 31 by the changeover switch 15 in the current value region where the charging efficiency of the secondary battery 12 is poor. That is, the first electric double layer capacitor 31 a is charged by the solar battery 23. As a result, when the voltage of the electric double layer capacitor 11 exceeds a predetermined voltage, the electric double layer capacitors 31a and 31b are switched, and charging of the second electric double layer capacitor 31b is started and the switch 18 is turned on. The secondary battery 12 is charged by the discharge of the double layer capacitor 31a.
[0069]
Here, when the voltage of the electric double layer capacitor 31a becomes equal to or lower than the predetermined voltage, the electric double layer capacitors 31a and 31b are switched, and the electric double layer capacitor 31a is charged again, and the second electric double layer capacitor 31b. The secondary battery 12 is charged by the discharge.
By repeating the above operation, the secondary battery 12 is charged alternately by the electric double layer capacitors 31a and 31b as shown in FIGS. 8A and 8B. Is charged with a constant current as shown in FIG.
[0070]
On the other hand, in the current value region where the charging efficiency to the secondary battery 12 is sufficient, the changeover switch 15 is switched to the secondary battery 12 side, and the secondary battery is directly connected from the solar battery 23 via the short-circuit line 16. 12 is charged.
[0071]
FIG. 9 shows an experimental example using the chargeable / dischargeable power supply device 40 shown in FIG. In this case, a 3V-30mA solar cell 23 as an external power source, a 2.3V-3F electric double layer capacitor as an electric double layer capacitor 11, and a 1.2V-270mAh Ni-MH battery as a secondary battery 12 are used. Two connected in series, one electric double layer capacitor of 2.3V-120F is used as the second electric double layer capacitor 41, and a voltage between the second electric double layer capacitor 41 and the switch 42 is used. A DC-DC converter 44 for adjustment is connected.
[0072]
According to such a power supply circuit 40, when the secondary battery 12 is discharged, when the discharge voltage of the secondary battery 12 is higher than a predetermined voltage, the switch 42 is turned off and the secondary battery 12 A discharge voltage is supplied to the external load 22. Here, when the load is excessively applied to the secondary battery 12, the discharge voltage of the secondary battery 12 is reduced. When the discharge voltage of the secondary battery 12 is equal to or lower than the predetermined voltage, the switch 42 is turned on, thereby The electric double layer capacitor 41 is discharged through the DC-DC converter 44, and the secondary battery 12 is assisted in discharging, so that large current discharge can be dealt with. As a result, when the second electric double layer capacitor 41 is not provided, the discharge voltage is greatly reduced by an overload on the secondary battery 12 as shown in FIG. 41 is provided, the discharge assist of the secondary battery 12 by the second electric double layer capacitor 41 avoids a rapid decrease in the discharge voltage with respect to the external load 22 as shown in FIG. be able to.
[0073]
FIG. 11 shows an experimental example using the chargeable / dischargeable power supply device 50 shown in FIG. In this case, a 3V-30mA solar cell 23 as an external power source, a 2.3V-3F electric double layer capacitor as an electric double layer capacitor 11, and a 1.2V-270mAh Ni-MH battery as a secondary battery 12 are used. Two capacitors connected in series, a single 2.3 V-120 F electric double layer capacitor is used as the third electric double layer capacitor 51, and the third electric double layer capacitor 51, the secondary battery 12, and the switch 42 are used. Is connected to a DC-DC converter 52 for voltage adjustment.
[0074]
According to such a power supply circuit 50, the discharge to the external load 22 is performed via the DC-DC converter 52 by the third electric double layer capacitor 51 that is always fully charged by the secondary battery 12. . Therefore, based on the characteristics of the electric double layer capacitor, the external load 22 can be discharged from a weak current to a large current.
[0075]
FIG. 12 shows a fifth embodiment of a chargeable / dischargeable power supply device according to the present invention. In FIG. 12, a chargeable / dischargeable power supply device 60 includes a first electric double layer capacitor 61 and a second electric double layer capacitor 62 connected in series with each other, and an electrochemical capacitor 63 as a chargeable / dischargeable power storage unit. And. The first electric double layer capacitor 61 has a positive electrode connected to the positive electrode of the external power supply 64 for charging and the other electrode connected to the negative electrode of the external power source 64. The second electric double layer capacitor 62 has a positive electrode connected to the negative electrode of the external power supply 64 and the other electrode connected to the ground. Here, the second electric double layer capacitor 62 has the same voltage as the electrochemical capacitor 63 described later.
[0076]
The electrochemical capacitor 63 is connected in parallel to the first electric double layer capacitors 61 and 62.
[0077]
In the case shown in the figure, a switch between the first electric double layer capacitor 61 and the electrochemical capacitor 63 that is on / off controlled by the first voltage detection circuit 65 for detecting the voltage supplied from the external power supply 64. 66 is provided. Similarly, a switch 67 that is controlled to be turned on and off by the first voltage detection circuit 65 is provided between the second electric double layer capacitor 62 and the electrochemical capacitor 63. Further, the electrochemical capacitor 63 is provided with a second voltage detection circuit 68 for detecting the voltage, and the detection output is input to the first voltage detection circuit 65.
[0078]
These switches 66 and 67 are ON / OFF controlled by the first voltage detection circuit 65 as follows.
That is, when the first voltage detection circuit 65 turns off the switch 66 and turns on the switch 67, the electric double layer capacitor 61 is charged from the external power source 64. At this time, the voltages of the first electric double layer capacitor 61 and the electrochemical capacitor 63 are monitored by the voltage detection circuits 65 and 68, respectively.
After the voltage V1 of the electric double layer capacitor 61 becomes larger than the voltage V3 of the electrochemical capacitor 63, the first voltage detection circuit 65 turns on the switch 66 and turns off the switch 67. Thereby, the electric charge charged in the electric double layer capacitors 61 and 62 moves to the electrochemical capacitor 63 and the electrochemical capacitor 63 is charged.
When the voltage V3 of the electrochemical capacitor 63 becomes the same as the voltage (V1 + V2) of the electric double layer capacitors 61 and 62, charging of the electrochemical capacitor 63 is stopped, but at the time of (V1 + V2) ≧ V3, the first The voltage detection circuit 65 turns off the switch 66 and turns on the switch 67. As a result, the electric double layer capacitors 61 and 62 are charged again.
By repeating the above operation, the electrochemical capacitor 63 is fully charged.
[0079]
When the first voltage detection circuit 65 turns off the switch 66 and turns on the switch 67 again, the voltage of the electrochemical capacitor 63 is equal to or lower than the voltage of the electric double layer capacitors 61 and 62. Current does not flow backward from the capacitor 63 to the electric double layer capacitors 61 and 62. Therefore, it is not necessary to perform control for preventing the backflow from the electrochemical capacitor 63 to the electric double layer capacitors 61 and 62, but a backflow prevention means may be provided for the sake of certainty.
[0080]
According to the chargeable / dischargeable power supply device 60 having such a configuration, the electrochemical capacitor 63 is charged via the electric double layer capacitor 61, and similarly to the chargeable / dischargeable power supply device 10 shown in FIG. In addition, since the electric double layer capacitor 62 has the same voltage as the electrochemical capacitor 63, a voltage difference is surely generated between the electric double layer capacitor 61 and the electrochemical capacitor 63. The rapid charge transfer from 61 to the electrochemical capacitor 63 occurs, and the charge / discharge efficiency by the electric double layer capacitor is improved.
[0081]
Next, a specific experimental example in the case where the solar cell 23 is used as an external power source in the power supply device 60 that can be charged and discharged will be described.
First, in the chargeable / dischargeable power supply device 60 shown in FIG. 12, as shown in FIG. 13, the solar battery 23 of 3.5V-40 mA as the external power supply and 2.3V-1F of the electric double layer capacitors 61, 62 are used. A 2.3 V-50 F pseudo capacitor is used as the electric double layer capacitor and the electrochemical capacitor 63.
[0082]
According to such a power supply device 60, immediately before the charge transfer from the electric double layer capacitor 61 to the electrochemical capacitor 63, the electric double layer capacitor 61 is charged to the charge setting voltage 2.3V. The electric double layer capacitor 62 has the same voltage as the electrochemical capacitor 63. Therefore, since charging from the electric double layer capacitor 61 to the electrochemical capacitor 63 surely generates a voltage difference between them, rapid charge transfer is performed. Thereby, the charging / discharging efficiency of the electric double layer capacitor 61 is improved.
[0083]
On the other hand, when the second double layer capacitor 62 is not provided, a DC-DC converter 69 is required between the electric double layer capacitor 61 and the electrochemical capacitor 63 as shown in FIG. In this case, the charging voltage by the electric double layer capacitor 61 of 2.3V, for example, is boosted to, for example, 4.6V by the DC-DC converter 69, but the current value is not particularly controlled and charging is performed. For example, the current is halved. Furthermore, 100% of the input energy is not output, and the loss converted to heat or the like in the DC-DC converter 69 is about 30%. For this reason, charging efficiency will fall.
[0084]
Further, when the above-described DC-DC converter is not used, the electric double layer capacitor 61 must be set to a voltage higher than the charging voltage of the electrochemical capacitor 63, and therefore, as shown in FIG. Two capacitors 61 are connected in series, and the solar cell 23 also requires twice as many solar cells connected in series with each other, so the cost of the solar cell 23 is doubled.
[0085]
Therefore, according to the power supply device 60 that can be charged and discharged as described above, the second electric double layer capacitor 62 is provided, and the electrochemical capacitor 63 as a power storage unit capable of charging and discharging the second electric double layer capacitor 62; By using the same voltage, it is possible to configure a power supply device with high charge / discharge efficiency at a low cost with a simple configuration.
[0086]
Thus, according to the chargeable / dischargeable power supply devices 10, 30, 40, 50, 60 according to the present invention, the use of the electric double layer capacitors 11, 61 can reliably charge over a weak current to a large current. In addition, a large current can be discharged without shortening the life of the secondary battery 12 or the electrochemical capacitor 63 as a chargeable / dischargeable power storage unit. Further, by using the secondary battery 12 or the electrochemical capacitor 63 as a chargeable / dischargeable power storage unit, a power supply device having a large charge capacity can be obtained, and a small and lightweight power supply device can be configured.
[0087]
Accordingly, when the external power source is always at a low current, that is, the generated current is small as in the case of rotary power generation, vibration power generation, or dynamo power generation, and the current supply from the external power source is insufficient, the charging efficiency only with the secondary battery 12 or the like. Even when the battery is low or cannot be charged at all, or when the current is constantly high, that is, as in a gas turbine, a large current is always supplied from an external power source by leveling the supply voltage at the start and stop Even in such a case, the secondary battery 12 or the electrochemical capacitor 63 as the power storage portion capable of charging the supplied power can be reliably and efficiently charged.
[0088]
Furthermore, in the case of unstable currents, that is, solar power generation, wind power generation, geothermal power generation, wave power generation, etc., the supplied current is increased from a weak current to a large current depending on the weather, air volume, calorific value and wave size, for example. Even in the case where the current changes irregularly, the chargeable / dischargeable power storage unit such as the secondary battery 12 can be reliably charged.
[0089]
In addition, when a large current is temporarily required with respect to an external load, that is, in a general motor, a large current of about 3 to 4 times the rated value is required at the time of starting. For example, a fuel cell vehicle, a storage battery vehicle, a hybrid vehicle, etc. In power assist, a large current is required during rapid acceleration / uphill driving of an electric vehicle, etc.In addition, in energy regeneration, a large current is required during braking of an electric vehicle. In addition, by connecting the second electric double layer capacitor 41 or the third electric double layer capacitor 51 to the secondary battery 12 or the like as a chargeable power storage unit, a large current is temporarily applied to the external load. Can be supplied.
[0090]
Furthermore, the chargeable / dischargeable power supply according to the present invention can of course be used in place of a power supply that has been generally used in the past, and various portable devices such as mobile phones, PDAs, and notebook personal computers. It can be used as a large-sized power supply device for motor rotation for various audio equipment such as equipment, radio, CD player, MD player, automobile, machine tool, and the like.
In addition, the chargeable / dischargeable power supply device according to the present invention has improved performance compared to the conventional power supply device, so that it is possible to cultivate a new market that has not been the target of the prior art. The degree of freedom is very large, and it is possible to cope with various conventional standardized power supply devices. For example, a lead battery mounted in an automobile can sufficiently comply with the standard.
[0091]
In the above-described embodiment, in any of the chargeable / dischargeable power supply devices 10, 30, 40, and 50, when the charging power of the secondary battery 12 is sufficient, the changeover switch 15 is switched to The secondary battery 12 is directly charged without going through the double layer capacitor 11. However, the present invention is not limited to this, and the changeover switch 15 and the first voltage detection circuit 14 are omitted, and the external power supply 13 is used. Obviously, the electric double layer capacitor 11 may be always charged.
In the embodiment described above, the DC-DC converters 19, 20, 44, 52, and 69 are used for voltage adjustment. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of electric double layer capacitors are connected in series. Other means can also be employed.
[0092]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when charging, the electric power supplied from the external power source is charged to both the electric double layer capacitor and the chargeable / dischargeable power storage unit, so that the voltage and current can be increased. Even if the battery is too large or too small, the electric double layer capacitor is reliably charged, and a large current is applied to the chargeable / dischargeable power storage unit, so that the power overflows and the life of the chargeable / dischargeable power storage unit is shortened. There is nothing wrong. In addition, charging and discharging of the chargeable / dischargeable power storage unit having a large charge capacity can reduce the overall volume and weight.
In addition, when discharging, even if it is a large current discharge, a relatively large current is supplied from the electric double layer capacitor, so the external load on the chargeable / dischargeable power storage unit is reduced and charging / discharging is possible. The life of a new power storage unit is not shortened.
In this way, according to the present invention, there is provided a power supply device that can be charged even with a large current or a weak current and that has a high capacity characteristic and can be charged and discharged.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a first embodiment of a chargeable / dischargeable power supply device according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a main part of a second embodiment of a chargeable / dischargeable power supply device according to the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a main part of a third embodiment of a chargeable / dischargeable power supply device according to the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a main part of a fourth embodiment of a chargeable / dischargeable power supply device according to the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing a specific experimental example of the chargeable / dischargeable power supply device of FIG. 1;
6 is a graph showing a charging current value to a secondary battery in the experimental example of FIG.
7 is a block diagram showing a specific experimental example of the chargeable / dischargeable power supply device of FIG. 2;
8 is a graph in the experimental example of FIG. 7, where (A) is the discharge current value of the first electric double layer capacitor, (B) is the discharge current value of the second electric double layer capacitor, and (C ) Indicates the charging current value to the secondary battery.
FIG. 9 is a block diagram showing a specific experimental example of the chargeable / dischargeable power supply device of FIG. 3;
10 is a graph showing the discharge voltage value of the secondary battery in the experimental example of FIG. 9. FIG.
FIG. 11 is a block diagram showing a specific experimental example of the chargeable / dischargeable power supply device of FIG. 4;
FIG. 12 is a block diagram showing an essential part of a fifth embodiment of a chargeable / dischargeable power supply device according to the present invention;
13 is a block diagram showing a specific experimental example of the chargeable / dischargeable power supply device of FIG.
14 is a block diagram showing a comparative example in the case where the second electric double layer capacitor is not provided in the power supply device of FIG. 13 and a DC-DC converter is provided.
15 is a block diagram showing a comparative example in the case where the second electric double layer capacitor is not provided in the power supply device of FIG. 13 and a double solar cell and electric double layer capacitor are provided.
[Explanation of symbols]
10 Power supply that can be charged and discharged
11 Electric double layer capacitor
12 Secondary battery (chargeable / dischargeable power storage unit)
13 External power supply
14, 17, 43 Voltage detection circuit
15 changeover switch
16 Short circuit wire
18, 42 switches
19, 20 DC-DC converter
21 Power switch
22 External load
23 Solar cell
30 Power supply that can be charged and discharged
31, 31a, 31b, ..., 31n Electric double layer capacitor
40 Power supply that can be charged and discharged
41 Second electric double layer capacitor
50 Power supply that can be charged and discharged
51 Third electric double layer capacitor
60 Rechargeable power supply
61 First electric double layer capacitor
62 Second electric double layer capacitor (fourth electric double layer capacitor)
63 Electrochemical capacitor (chargeable / dischargeable power storage unit)
64 External power supply
65 First voltage detection circuit
66, 67 switch
68 Second voltage detection circuit
69 DC-DC converter

Claims

An electric double layer capacitor connected to an external power source;
A chargeable / dischargeable power storage unit;
A first voltage detection circuit for detecting a voltage supplied from the external power source;
A second voltage detection circuit for detecting a voltage supplied from the electric double layer capacitor;
A change-over switch provided between the external power supply and the electric double layer capacitor and controlled to be switched by the first voltage detection circuit;
A switch provided between the electric double layer capacitor and the power storage unit, the switch controlled by the second voltage detection circuit;
A DC-DC converter connected between the switch and the power storage unit;
A short-circuit wire connected to the changeover switch;
A chargeable / dischargeable power supply device comprising: a DC-DC converter connected to the power storage unit via the short-circuit line,
When the voltage of the external power source is within a predetermined voltage range, the first voltage detection circuit switches the changeover switch to the power storage unit side, and the power from the external power source is connected to the DC-DC via a short-circuit line. The voltage is adjusted by the converter and supplied to the power storage unit, charging the power storage unit,
When the voltage from the external power source is outside the predetermined voltage range, the changeover switch is switched to the electric double layer capacitor side, and the electric power from the external power source is supplied to the electric double layer capacitor. Charge
When the electric double layer capacitor becomes equal to or higher than a predetermined charging voltage, the second voltage detection circuit turns on the switch, and the voltage of the electric double layer capacitor is adjusted by a DC-DC converter connected to the switch. A chargeable / dischargeable power supply device, wherein the power storage unit is charged.

The chargeable / dischargeable power supply device according to claim 1, wherein the chargeable / dischargeable power storage unit is a secondary battery or an electrochemical capacitor.

The electric double layer capacitor is composed of a plurality of electric double layer capacitors connected in parallel, and each of the electric double layer capacitors is alternately switched, whereby a part of the electric double layer capacitor is charged by the external power source and is already fully charged. The chargeable / dischargeable power supply device according to claim 1, wherein the other part of the electric double layer capacitor charges the storage battery.

The chargeable / dischargeable according to claim 1 or 2, wherein when the electric storage unit is charged with a discharge from the electric double layer capacitor, the electric storage unit is charged with a constant current or a pulse current. Power supply.

Further, at least one second electric double layer capacitor is connected in parallel to the power storage unit via a switch, and a third voltage detection circuit for controlling the switch is connected to the switch, and the power storage unit The chargeable / dischargeable power supply device according to claim 1, wherein the electric double layer capacitor connected in parallel is controlled by the third voltage detection circuit.

The chargeable / dischargeable power supply device according to claim 5, wherein the second electric double layer capacitor is held in a fully charged state immediately before the power storage unit is in a discharged state.

3. The chargeable / dischargeable power supply device according to claim 1, wherein at least one third electric double layer capacitor is connected in parallel at a subsequent stage of the power storage unit. 4.

The chargeable / dischargeable power supply device according to claim 7, wherein the third electric double layer capacitor is charged by the power storage unit.

The chargeable / dischargeable power supply device according to claim 1, wherein the external power supply is a solar battery.