JP3954081B1 - Power storage device - Google Patents

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Abstract

【課題】キャパシタバンク内の各電気二重層キャパシタに接続される電圧監視回路の電力消費を少なくする。
【解決手段】電気二重層キャパシタCを直列に含むキャパシタバンク10と、各電気二重層キャパシタCの端子間に並列に接続され、その電気二重層キャパシタCより電源を得て動作する電圧監視回路11と、キャパシタバンク10を充電モード,放電モード,待機モードとする制御手段30とを備える蓄電装置において、充電モード時に電気二重層キャパシタCの電圧が高電圧側閾値に達した時点でそれ以上の充電を停止させる充電監視用コンパレータと、放電モード時に電気二重層キャパシタCの電圧が低電圧側閾値に達した時点でそれ以上の放電を停止させる放電監視用コンパレータとが含まれており、制御手段30は、キャパシタバンク10が待機モードである場合には、充電監視用コンパレータおよび上記放電監視用コンパレータをともに動作電源を停止状態とする。
【選択図】図1
Power consumption of a voltage monitoring circuit connected to each electric double layer capacitor in a capacitor bank is reduced.
A capacitor bank including an electric double layer capacitor C in series and a voltage monitoring circuit 11 connected in parallel between terminals of each electric double layer capacitor C and operating by obtaining power from the electric double layer capacitor C. And a control means 30 for setting the capacitor bank 10 to the charge mode, the discharge mode, and the standby mode. And a charge monitoring comparator for stopping further discharge when the voltage of the electric double layer capacitor C reaches a low voltage side threshold value in the discharge mode. When the capacitor bank 10 is in the standby mode, the charge monitoring comparator and the discharge monitoring comparator are In both cases, the operating power supply is stopped.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、複数の電気二重層キャパシタを直列に接続してなるキャパシタバンクを有する蓄電装置に関し、さらに詳しく言えば、各電気二重層キャパシタに接続される電圧監視回路で消費される電力を最小限に抑える技術に関するものである。   The present invention relates to a power storage device having a capacitor bank formed by connecting a plurality of electric double layer capacitors in series, and more specifically, minimizes power consumed by a voltage monitoring circuit connected to each electric double layer capacitor. It is related to the technology to suppress.

電気二重層キャパシタは、静電容量が大きいばかりでなく,二次電池に比べて急速充電が可能かつ瞬時の大電力放電に対応でき、しかも充放電サイクル寿命が半永久的であることから、大電力設備などの無停電電源装置(UPS)や電気自動車の蓄電装置として有望視されており、一部の分野ではすでに実用化の段階に入っている。   An electric double layer capacitor not only has a large capacitance, but also can be rapidly charged compared to a secondary battery, can handle instantaneous high-power discharge, and has a semi-permanent charge / discharge cycle life. It is considered promising as an uninterruptible power supply (UPS) for facilities and power storage devices for electric vehicles, and in some fields, it has already entered the stage of practical application.

この種の電気二重層キャパシタによる蓄電装置では、通常、耐電圧を高めるため複数の電気二重層キャパシタを直列に接続して使用するようにしており、これを本明細書では「キャパシタバンク」と称している。   In this type of electric storage device using an electric double layer capacitor, a plurality of electric double layer capacitors are usually connected in series in order to increase the withstand voltage, and this is referred to as a “capacitor bank” in this specification. ing.

ところで、複数の電気二重層キャパシタを上記のようにして直列に接続して使用する場合、その各々が同一の特性を有しているとは限らない。例えば、キャパシタの容量や漏れ電流の特性値は、製造上ある範囲の許容誤差がある。また、使用時にキャパシタバンク内部に温度の不均一がおきることもある。   By the way, when a plurality of electric double layer capacitors are connected in series as described above, each of them does not necessarily have the same characteristics. For example, the capacitor capacitance and leakage current characteristic values have a certain tolerance in manufacturing. In addition, temperature non-uniformity may occur inside the capacitor bank during use.

このような場合、各電気二重層キャパシタの充放電電圧を揃え、キャパシタの定格電圧を超えることなく、かつ、最大限のエネルギーを蓄積できるようにするため、特許文献1および特許文献2に記載されているように、各電気二重層キャパシタごとに電圧監視回路が接続される。   In such a case, it is described in Patent Document 1 and Patent Document 2 in order to equalize the charge / discharge voltage of each electric double layer capacitor so that the maximum energy can be stored without exceeding the rated voltage of the capacitor. As shown, a voltage monitoring circuit is connected to each electric double layer capacitor.

この電圧監視回路は、電気二重層キャパシタの端子間に並列に接続されることから、特許文献2などでは「並列モニタ回路」と称しており、これに倣って本明細書においても電圧監視回路を並列モニタ回路ということがある。   Since this voltage monitoring circuit is connected in parallel between the terminals of the electric double layer capacitor, it is referred to as a “parallel monitoring circuit” in Patent Document 2 and the like. Sometimes called a parallel monitor circuit.

上記並列モニタ回路は、基本的な構成として、充電電圧を監視する第1および第2の2つのコンパレータを備える。そのうちの第1コンパレータは初期化電圧監視用で、その出力により電気二重層キャパシタの端子間に並列に接続されている充電電流バイパス用のスイッチング素子をオンオフ制御する。   The parallel monitor circuit includes, as a basic configuration, first and second comparators that monitor a charging voltage. The first comparator is for monitoring the initialization voltage, and the output of the first comparator controls on / off of the switching element for bypassing the charging current connected in parallel between the terminals of the electric double layer capacitor.

すなわち、第1コンパレータは電気二重層キャパシタの電圧が所定の初期化電圧に達した時点でスイッチング素子をオンにする。これにより、電気二重層キャパシタに対する充電電流がスイッチング素子のバイパス回路を流れるため、各電気二重層キャパシタの充電電圧を上記初期化電圧に揃えることができる。   That is, the first comparator turns on the switching element when the voltage of the electric double layer capacitor reaches a predetermined initialization voltage. Thereby, since the charging current for the electric double layer capacitor flows through the bypass circuit of the switching element, the charging voltage of each electric double layer capacitor can be made equal to the initialization voltage.

第2コンパレータは上限電圧監視用である。この上限電圧は上記初期化電圧よりも高い電圧で、例えば定格電圧(満充電電圧)に設定される。第1コンパレータと第2コンパレータは制御手段により、そのいずれか一方が動作するように択一的に選択され、第2コンパレータが選択された場合、電気二重層キャパシタは上限電圧にまで充電される。   The second comparator is for monitoring the upper limit voltage. The upper limit voltage is higher than the initialization voltage, and is set to, for example, a rated voltage (full charge voltage). The first comparator and the second comparator are alternatively selected by the control means so that one of them operates. When the second comparator is selected, the electric double layer capacitor is charged to the upper limit voltage.

電気二重層キャパシタの電圧がマイナスになるような放電は、実用上本来の使用状態ではなく、場合によってはキャパシタの特性を劣化させる。そこで、並列モニタ回路に、放電時において電気二重層キャパシタの下限電圧を検出する第3コンパレータを設けて、キャパシタバンク内の電気二重層キャパシタのいずれかが上記下限電圧に達したら、キャパシタバンクの放電を停止することも行われている。   Discharge that causes the voltage of the electric double layer capacitor to be negative is not a practical use state in practice, and in some cases, deteriorates the characteristics of the capacitor. Therefore, the parallel monitor circuit is provided with a third comparator for detecting the lower limit voltage of the electric double layer capacitor at the time of discharging, and when any of the electric double layer capacitors in the capacitor bank reaches the lower limit voltage, the discharge of the capacitor bank is performed. It has also been stopped.

特開平06−261452号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-261452 特許第3306325号公報Japanese Patent No. 3306325

このように、従来の並列モニタ回路には、初期化用の第1コンパレータ,上限電圧監視用の第2コンパレータおよび下限電圧監視用の第3コンパレータが含まれるが、いずれのコンパレータにしても、その動作電源を監視対象である電気二重層キャパシタから得ている。そのため、例えばシビアな蓄電効率が求められる省エネルギ機器に適用されるキャパシタバンクでは、並列モニタで消費される電力を極力抑える必要がある。   As described above, the conventional parallel monitor circuit includes the first comparator for initialization, the second comparator for monitoring the upper limit voltage, and the third comparator for monitoring the lower limit voltage. The operating power supply is obtained from the electric double layer capacitor to be monitored. Therefore, for example, in a capacitor bank applied to an energy-saving device that requires severe power storage efficiency, it is necessary to suppress the power consumed by the parallel monitor as much as possible.

本来、充電時には下限電圧監視用の第3コンパレータの監視機能は不要であり、これに対して放電時には初期化用の第1コンパレータと上限電圧監視用の第2コンパレータの機能は不要である。   Originally, the monitoring function of the third comparator for monitoring the lower limit voltage is unnecessary during charging, whereas the functions of the first comparator for initialization and the second comparator for monitoring the upper limit voltage are unnecessary during discharging.

しかしながら、従来の並列モニタ回路では、充電時,放電時およびそのいずれでもない待機中においても、各コンパレータに含まれている基準電圧回路(初期化電圧,上限電圧,下限電圧を得るための電圧回路)と、例えばIC素子からなるコンパレータ回路で常に電流が消費されている。   However, in the conventional parallel monitor circuit, a reference voltage circuit (initialization voltage, upper limit voltage, and lower limit voltage circuit included in each comparator) is included in each comparator even during charging, discharging and during standby. ) And a current is always consumed by a comparator circuit composed of, for example, an IC element.

そのため、特にその待機時間が長い場合には、その電力消費が無視し得ないものとなるばかりでなく、使用時に放電エネルギーが不足し、例えば無停電電源装置(UPS)や電気自動車などの用途では、キャパシタバンクとしての機能を果たさないおそれもある。   Therefore, especially when the standby time is long, not only is the power consumption non-negligible, but the discharge energy is insufficient during use, for example in applications such as uninterruptible power supplies (UPS) and electric vehicles. The function as a capacitor bank may not be fulfilled.

したがって、本発明の課題は、複数の電気二重層キャパシタを直列に接続してなり、その各電気二重層キャパシタに電圧監視回路(並列モニタ回路)が接続されているキャパシタバンクを備えている蓄電装置において、電圧監視回路での電力消費を可及的に少なくすることにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a power storage device including a capacitor bank in which a plurality of electric double layer capacitors are connected in series, and a voltage monitoring circuit (parallel monitoring circuit) is connected to each electric double layer capacitor. Is to reduce power consumption in the voltage monitoring circuit as much as possible.

上記課題を解決するため、本発明は、請求項1に記載されているように、複数の電気二重層キャパシタを直列に接続してなるキャパシタバンクと、上記各電気二重層キャパシタの端子間に並列に接続され、上記電気二重層キャパシタより電源を得て動作する電圧監視回路と、上記電圧監視回路からの出力信号および/または操作部からの指示信号に基づいて上記キャパシタバンクを充電モード,放電モードもしくはそのいずれでもない待機モードとする制御手段とを備えている蓄電装置において、上記電圧監視回路は、上記電気二重層キャパシタに対して使用上任意に設定される高電圧側閾値と低電圧側閾値とを備えているとともに、上記電圧監視回路内には、上記充電モード時に上記電気二重層キャパシタの電圧が上記高電圧側閾値に達した時点で充電を制限させる信号を出力する充電監視用コンパレータと、上記放電モード時に上記電気二重層キャパシタの電圧が上記低電圧側閾値に達した時点でそれ以上の放電を停止させる信号を出力する放電監視用コンパレータとが含まれており、上記制御手段は、上記キャパシタバンクが上記待機モードである場合には、上記充電監視用コンパレータおよび上記放電監視用コンパレータをともに動作電源を消費しない停止状態とすることを特徴としている。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a capacitor bank formed by connecting a plurality of electric double layer capacitors in series and a parallel connection between terminals of each electric double layer capacitor. And a voltage monitoring circuit that operates by obtaining power from the electric double layer capacitor, and the capacitor bank is set in a charging mode and a discharging mode based on an output signal from the voltage monitoring circuit and / or an instruction signal from the operation unit. Alternatively, in the power storage device including a control unit that is in any of the standby modes, the voltage monitoring circuit includes a high voltage side threshold value and a low voltage side threshold value that are arbitrarily set for use with respect to the electric double layer capacitor. In the voltage monitoring circuit, the voltage of the electric double layer capacitor reaches the high voltage side threshold in the charging mode. A charge monitoring comparator that outputs a signal that restricts charging at the time, and a discharge that outputs a signal that stops further discharge when the voltage of the electric double layer capacitor reaches the low-voltage side threshold value in the discharge mode A monitoring comparator, and when the capacitor bank is in the standby mode, the control means sets both the charge monitoring comparator and the discharge monitoring comparator to a stopped state in which no operating power is consumed. It is characterized by that.

本発明には、その好ましい態様として、請求項2に記載されているように、上記制御手段は、上記キャパシタバンクが上記放電モードである場合には、上記放電監視用コンパレータを動作状態とし、上記充電監視用コンパレータを動作電源を消費しない停止状態とする態様と、請求項3に記載されているように、上記制御手段は、上記キャパシタバンクが上記充電モードである場合には、上記充電監視用コンパレータを動作状態とし、上記放電監視用コンパレータを動作電源を消費しない停止状態とする態様とが含まれる。   In a preferred aspect of the present invention, as described in claim 2, when the capacitor bank is in the discharge mode, the control means sets the discharge monitoring comparator in an operating state, and In a mode in which the charge monitoring comparator is set to a stop state in which the operating power is not consumed, and the control unit is configured to set the charge monitoring comparator when the capacitor bank is in the charging mode. A mode in which the comparator is in an operating state and the discharge monitoring comparator is in a stopped state in which no operating power is consumed.

また、請求項4に記載されているように、上記高電圧側閾値には、上記電気二重層キャパシタの充電電圧を揃えるための初期化電圧と、上記電気二重層キャパシタで許容される上限電圧(≧初期化電圧)の2つの閾値が含まれているとともに、上記放電監視用コンパレータには、上記初期化電圧監視用コンパレータと、上記上限電圧監視用コンパレータの2つのコンパレータが含まれていてもよい。   According to a fourth aspect of the present invention, the high voltage side threshold includes an initialization voltage for aligning the charging voltage of the electric double layer capacitor, and an upper limit voltage allowed for the electric double layer capacitor ( ≧ initialization voltage) are included, and the discharge monitoring comparator may include two comparators, the initialization voltage monitoring comparator and the upper limit voltage monitoring comparator. .

本発明によれば、キャパシタバンクが充電モード,放電モードのいずれでもない待機モードである場合には、電圧監視回路に含まれている充電監視用コンパレータおよび上記放電監視用コンパレータをともに動作電源を消費しない停止状態とする、すなわち電圧監視回路の動作をすべて止めるようにしたことにより、電圧監視回路での消費電流がほぼゼロになるため、電気二重層キャパシタに蓄電したエネルギーの無駄な損失を防止することができる。   According to the present invention, when the capacitor bank is in the standby mode that is neither the charge mode nor the discharge mode, both the charge monitoring comparator and the discharge monitoring comparator included in the voltage monitoring circuit consume operating power. By stopping the operation of the voltage monitoring circuit, that is, by stopping all operations of the voltage monitoring circuit, the current consumption in the voltage monitoring circuit becomes almost zero, thereby preventing a wasteful loss of energy stored in the electric double layer capacitor. be able to.

次に、図1ないし図3により、本発明の実施形態について説明する。図1は本発明による蓄電装置の全体的な構成を示す概略的なブロック図,図2は電圧監視回路の構成を示す回路図,図3は電圧監視回路により制御されるキャパシタ電圧を示すグラフである。   Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic block diagram showing an overall configuration of a power storage device according to the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of a voltage monitoring circuit, and FIG. 3 is a graph showing a capacitor voltage controlled by the voltage monitoring circuit. is there.

図1に示すように、本発明の蓄電装置は、複数(この例では3つ)の電気二重層キャパシタC1,C2,C3を直列に接続してなるキャパシタバンク10を備える。なお、各電気二重層キャパシタを区別する必要がないときには、その参照符号に単にCとする。個々の電気二重層キャパシタCには、単位キャパシタセルを任意に直並列に接続したキャパシタセルが用いられてもよい。   As shown in FIG. 1, the power storage device of the present invention includes a capacitor bank 10 formed by connecting a plurality (three in this example) of electric double layer capacitors C1, C2, and C3 in series. When there is no need to distinguish each electric double layer capacitor, the reference symbol is simply C. As each electric double layer capacitor C, a capacitor cell in which unit capacitor cells are arbitrarily connected in series and parallel may be used.

キャパシタバンク10に含まれている各電気二重層キャパシタC1,C2,C3ごとに、それらの端子間に電圧監視回路としての並列モニタ回路11が接続される。キャパシタバンク10は、充電回路21を介して充電電源22に接続され、また、放電回路23を介して所定の負荷24に接続される。キャパシタバンク10に対する充電方式は、充電効率の観点から定電流充電が好ましい。   For each electric double layer capacitor C1, C2, C3 included in the capacitor bank 10, a parallel monitor circuit 11 as a voltage monitoring circuit is connected between the terminals. The capacitor bank 10 is connected to a charging power source 22 through a charging circuit 21 and is connected to a predetermined load 24 through a discharging circuit 23. The charging method for the capacitor bank 10 is preferably constant current charging from the viewpoint of charging efficiency.

充電回路21および放電回路23は、制御回路30により制御される。この場合、制御回路30は、キャパシタバンク10を充電モード,放電モードもしくはそのいずれでもない待機モードとする3つの制御モードを有している。制御回路30は、充電,放電,待機の各モードを判断できるだけの簡単なハードウェアで構成できるし、あるいはマイクロコンピュータなどが用いられてよい。   The charging circuit 21 and the discharging circuit 23 are controlled by the control circuit 30. In this case, the control circuit 30 has three control modes in which the capacitor bank 10 is set to a standby mode that is neither a charge mode, a discharge mode, or any of them. The control circuit 30 can be configured with simple hardware capable of determining each mode of charging, discharging, and standby, or a microcomputer or the like may be used.

制御回路30は、信号伝達回路31を介して各並列モニタ回路11と接続される。信号伝達回路31はインターフェイス回路の一種であるが、各並列モニタ回路11はコモン電位を異にすることから電圧変換機能を備えていることが好ましい。また、電気二重層キャパシタCの数が増えてキャパシタバンクが高電圧になる場合には、フォトカプラなどにより制御回路30と各並列モニタ回路11とを分離する必要が生ずる。   The control circuit 30 is connected to each parallel monitor circuit 11 via the signal transmission circuit 31. The signal transmission circuit 31 is a kind of interface circuit, but each parallel monitor circuit 11 preferably has a voltage conversion function because the common potential is different. Further, when the number of electric double layer capacitors C increases and the capacitor bank becomes a high voltage, it is necessary to separate the control circuit 30 and each parallel monitor circuit 11 by a photocoupler or the like.

図2に示すように、並列モニタ回路11は、3つのコンパレータU1,U2,U3と、充電時に電気二重層キャパシタCに対する充電電流をバイパスさせるバイパス回路に電流制限抵抗Rとともに含まれるトランジスタTR1とを備える。   As shown in FIG. 2, the parallel monitor circuit 11 includes three comparators U1, U2, and U3, and a transistor TR1 that is included in the bypass circuit that bypasses the charging current for the electric double layer capacitor C during charging together with the current limiting resistor R. Prepare.

制御回路30は操作部32からの指示信号および/または並列モニタ回路11からの出力に基づいて、図3のグラフに示すように、電気二重層キャパシタCを充電,放電,待機の各モードに制御する。   The control circuit 30 controls the electric double layer capacitor C in each of charging, discharging, and standby modes as shown in the graph of FIG. 3 based on the instruction signal from the operation unit 32 and / or the output from the parallel monitor circuit 11. To do.

コンパレータU1は、充電時に各電気二重層キャパシタC1,C2,C3の各充電電圧があらじめ設定された所定の初期化電圧Viniに等しく揃うように電気二重層キャパシタCを初期化するコンパレータで、電気二重層キャパシタCの電圧が初期化電圧Viniに達した時点でトランジスタTR1をオンとして充電電流をバイパスさせ、電気二重層キャパシタCを初期化電圧Vini以上に充電させないように動作する。   The comparator U1 is a comparator that initializes the electric double layer capacitor C so that the charging voltages of the electric double layer capacitors C1, C2, and C3 are equal to a predetermined initialization voltage Vini that is set in advance. When the voltage of the electric double layer capacitor C reaches the initialization voltage Vini, the transistor TR1 is turned on to bypass the charging current, and the electric double layer capacitor C operates so as not to be charged more than the initialization voltage Vini.

なお、トランジスタTR1は、制御回路30から初期化指示が出されている状態で、コンパレータU1の出力がHiになった場合にのみオンとなる。制御回路30から初期化指示が出されていない場合には、コンパレータU1の出力がHiになったとしてもオフを維持する。   The transistor TR1 is turned on only when the output of the comparator U1 becomes Hi while the initialization instruction is issued from the control circuit 30. When the initialization instruction has not been issued from the control circuit 30, it remains off even if the output of the comparator U1 becomes Hi.

コンパレータU2は、充電時において電気二重層キャパシタCの電圧が上限電圧(例えば公称の定格電圧(満充電電圧ともいう))Vfullに達したかどうかを検出するコンパレータで、電気二重層キャパシタCの電圧が上限電圧Vfullに達した時点で、上限電圧信号(過電圧信号)を制御回路30に出力する。   The comparator U2 is a comparator that detects whether the voltage of the electric double layer capacitor C has reached an upper limit voltage (for example, a nominal rated voltage (also referred to as a full charge voltage)) Vfull at the time of charging. When the voltage reaches the upper limit voltage Vfull, an upper limit voltage signal (overvoltage signal) is output to the control circuit 30.

この上限電圧信号が出されると、制御回路30は充電を制限する。この充電制限には、充電を停止させる状態と、充電電流を絞り込んで充電する緩和充電状態とが含まれる。なお通常、上記初期化電圧Viniは上限電圧Vfullよりも低い電圧に設定されるが、Vini=Vfullに設定されることもある。このような場合、コンパレータU1,U2は1つのコンパレータで足りることになる。   When this upper limit voltage signal is output, the control circuit 30 limits charging. This charging restriction includes a state where charging is stopped and a relaxed charging state where charging is performed by narrowing the charging current. Normally, the initialization voltage Vini is set to a voltage lower than the upper limit voltage Vfull, but may be set to Vini = Vfull. In such a case, one comparator is sufficient for the comparators U1 and U2.

コンパレータU3は、放電時に電気二重層キャパシタCの電圧が、例えばその後の充電時に逆充電されないように、その放電電圧の下限電圧(最低電圧)Vbottomを検出するコンパレータで、電気二重層キャパシタCの電圧が下限電圧Vbottomに達した時点で、下限電圧信号を制御回路30に出力する。   The comparator U3 is a comparator that detects a lower limit voltage (minimum voltage) Vbottom of the discharge voltage so that the voltage of the electric double layer capacitor C is not reversely charged at the time of subsequent charging, for example. When the voltage reaches the lower limit voltage Vbottom, the lower limit voltage signal is output to the control circuit 30.

制御回路30は、これら3つのコンパレータU1,U2,U3からの出力信号に基づいて、図3のグラフに示すように、キャパシタバンク10もしくは個々の電気二重層キャパシタCの電圧を制御するが、初期化電圧Viniもしくは上限電圧Vfullのいずれにまで充電させるか、また、どの時点で待機モードとするか等については操作部32からの指示による。   The control circuit 30 controls the voltage of the capacitor bank 10 or each electric double layer capacitor C based on the output signals from these three comparators U1, U2, U3 as shown in the graph of FIG. Whether the charging voltage Vini or the upper limit voltage Vfull is charged or at which point the standby mode is set depends on an instruction from the operation unit 32.

図3のグラフから分かるように、充電時に初期化指示があった場合には初期化電圧Viniにまで充電されるが、初期化指示がない場合には上限電圧Vfullにまで充電される。一方、放電時にキャパシタ電圧が下限電圧Vbottomにまで至ると放電が停止される。   As can be seen from the graph of FIG. 3, when there is an initialization instruction at the time of charging, it is charged to the initialization voltage Vini, but when there is no initialization instruction, it is charged to the upper limit voltage Vfull. On the other hand, when the capacitor voltage reaches the lower limit voltage Vbottom during discharge, the discharge is stopped.

上限電圧Vfullと下限電圧Vbottomの範囲内で充放電させるのが正常な使い方で、この範囲を外れた場合には強制的に充放電を止める。したがって、充電時には上限電圧Vfullの監視を必要とし、放電時には下限電圧Vbottomの監視が必要となる。   It is normal usage to charge and discharge within the range of the upper limit voltage Vfull and the lower limit voltage Vbottom, and when it is outside this range, the charge / discharge is forcibly stopped. Therefore, it is necessary to monitor the upper limit voltage Vfull during charging, and it is necessary to monitor the lower limit voltage Vbottom during discharging.

コンパレータU1,U2,U3は、電気二重層キャパシタCの端子間に並列に接続され、その動作電源を電気二重層キャパシタCから得ている。制御回路30は、並列モニタ回路11での電力消費を極力抑え込むため、キャパシタバンク10の動作モードに応じてコンパレータU1,U2,U3に対して出力する回路起動信号EN1,EN2,EN3をそれぞれ備える。   The comparators U1, U2, and U3 are connected in parallel between the terminals of the electric double layer capacitor C, and the operation power source is obtained from the electric double layer capacitor C. The control circuit 30 includes circuit activation signals EN1, EN2, and EN3 that are output to the comparators U1, U2, and U3 according to the operation mode of the capacitor bank 10 in order to suppress power consumption in the parallel monitor circuit 11 as much as possible.

すなわち、キャパシタバンク10が待機モードである場合には、キャパシタ電圧が大きく変化することがないため、制御回路30はコンパレータU1,U2,U3に対する回路起動信号EN1,EN2,EN3をすべてオフとして、並列モニタ回路11の監視動作を停止する。これにより、並列モニタ回路11での消費電流はほぼゼロになるため、電気二重層キャパシタCに蓄電されたエネルギーの無駄な損失が防止される。   That is, when the capacitor bank 10 is in the standby mode, the capacitor voltage does not change greatly. Therefore, the control circuit 30 turns off the circuit activation signals EN1, EN2, and EN3 for the comparators U1, U2, and U3 in parallel. The monitoring operation of the monitor circuit 11 is stopped. As a result, the current consumption in the parallel monitor circuit 11 becomes substantially zero, so that a wasteful loss of energy stored in the electric double layer capacitor C is prevented.

次に、キャパシタバンク10が放電モードである場合には、キャパシタの電圧は下がるのみであるため、過電圧の監視や初期化動作は必要ない。したがって、放電モード時にはコンパレータU1,U2に対する回路起動信号EN1,EN2をオフとし、コンパレータU3に対する回路起動信号EN3のみをオンとする。この放電時にコンパレータU3により下限電圧が検出されると、制御回路30はキャパシタバンク10の放電を停止し、深い深度での使用によるキャパシタの特性劣化を防止する。   Next, when the capacitor bank 10 is in the discharge mode, the voltage of the capacitor only decreases, so that overvoltage monitoring and initialization operation are not necessary. Therefore, in the discharge mode, the circuit activation signals EN1 and EN2 for the comparators U1 and U2 are turned off, and only the circuit activation signal EN3 for the comparator U3 is turned on. When the lower limit voltage is detected by the comparator U3 during this discharge, the control circuit 30 stops discharging the capacitor bank 10 and prevents the deterioration of the capacitor characteristics due to use at a deep depth.

次に、キャパシタバンク10が充電モードである場合には、下限電圧の監視は不要であるため、好ましくはコンパレータU3に対する回路起動信号EN3をオフとし、コンパレータU1,U2に対する回路起動信号EN1,EN2をオンとする。   Next, when the capacitor bank 10 is in the charging mode, it is not necessary to monitor the lower limit voltage. Therefore, the circuit activation signal EN3 for the comparator U3 is preferably turned off, and the circuit activation signals EN1 and EN2 for the comparators U1 and U2 are turned off. Turn on.

これにより、初期化指示がない場合には、コンパレータU2による過電圧監視下のもとで上限電圧Vfullにまで充電が行われ、初期化指示がある場合には、コンパレータU1により初期化電圧Viniにまで充電が行われる。   Thus, when there is no initialization instruction, charging is performed to the upper limit voltage Vfull under overvoltage monitoring by the comparator U2, and when there is an initialization instruction, the comparator U1 reaches the initialization voltage Vini. Charging is performed.

なお、この蓄電装置が特に大電力系の無停電電源装置やインバータ装置などに適用される場合には、並列モニタ回路11で消費される電力は充電時の蓄電エネルギーに比べてわずかであるため、コンパレータU3に対する回路起動信号EN3をオンとしてもよい。   Note that when this power storage device is applied particularly to a large power uninterruptible power supply device or an inverter device, the power consumed by the parallel monitor circuit 11 is small compared to the stored energy during charging. The circuit activation signal EN3 for the comparator U3 may be turned on.

以上、図示の例に基づいて本発明を説明したが、初期化電圧Vini=上限電圧Vfullに設定される場合、コンパレータU1,U2のうちのいずれか一方のコンパレータを省略することができる。また、コンパレータU1,U2,U3には、コンパレート機能のほかに例えば演算機能などを有する素子が用いられてもよい。   The present invention has been described based on the illustrated example. However, when the initialization voltage Vini is set to the upper limit voltage Vfull, one of the comparators U1 and U2 can be omitted. In addition to the comparator function, for example, an element having an arithmetic function or the like may be used for the comparators U1, U2, and U3.

本発明による蓄電装置の全体的な構成を示す概略的なブロック図。1 is a schematic block diagram showing an overall configuration of a power storage device according to the present invention. 電圧監視回路の構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the structure of a voltage monitoring circuit. 電圧監視回路により制御されるキャパシタ電圧を示すグラフ。The graph which shows the capacitor voltage controlled by a voltage monitoring circuit.

符号の説明Explanation of symbols

10 キャパシタバンク
11 電圧監視回路(並列モニタ回路)
21 充電回路
22 充電電源
23 放電回路
24 負荷
30 制御回路
31 信号伝達回路
C(C1,C2,C3) 電気二重層キャパシタ
U1,U2,U3 コンパレータ
10 capacitor bank 11 voltage monitoring circuit (parallel monitoring circuit)
21 Charging Circuit 22 Charging Power Supply 23 Discharging Circuit 24 Load 30 Control Circuit 31 Signal Transmission Circuit C (C1, C2, C3) Electric Double Layer Capacitor U1, U2, U3 Comparator

Claims (4)

複数の電気二重層キャパシタを直列に接続してなるキャパシタバンクと、上記各電気二重層キャパシタの端子間に並列に接続され、上記電気二重層キャパシタより電源を得て動作する電圧監視回路と、上記電圧監視回路からの出力信号および/または操作部からの指示信号に基づいて上記キャパシタバンクを充電モード,放電モードもしくはそのいずれでもない待機モードとする制御手段とを備えている蓄電装置において、
上記電圧監視回路は、上記電気二重層キャパシタに対して使用上任意に設定される高電圧側閾値と低電圧側閾値とを備えているとともに、
上記電圧監視回路内には、上記充電モード時に上記電気二重層キャパシタの電圧が上記高電圧側閾値に達した時点で充電を制限させる信号を出力する充電監視用コンパレータと、上記放電モード時に上記電気二重層キャパシタの電圧が上記低電圧側閾値に達した時点でそれ以上の放電を停止させる信号を出力する放電監視用コンパレータとが含まれており、
上記制御手段は、上記キャパシタバンクが上記待機モードである場合には、上記充電監視用コンパレータおよび上記放電監視用コンパレータをともに動作電源を消費しない停止状態とすることを特徴とする蓄電装置。
A capacitor bank formed by connecting a plurality of electric double layer capacitors in series; a voltage monitoring circuit connected in parallel between the terminals of each of the electric double layer capacitors; In a power storage device comprising a control means for setting the capacitor bank to a charging mode, a discharging mode or a standby mode which is neither of them based on an output signal from a voltage monitoring circuit and / or an instruction signal from an operation unit,
The voltage monitoring circuit includes a high voltage side threshold value and a low voltage side threshold value that are arbitrarily set for use with respect to the electric double layer capacitor,
The voltage monitoring circuit includes a charge monitoring comparator that outputs a signal for limiting charging when the voltage of the electric double layer capacitor reaches the high-voltage side threshold in the charging mode, and the electric power in the discharging mode. A discharge monitoring comparator that outputs a signal to stop further discharge when the voltage of the double layer capacitor reaches the low voltage side threshold,
When the capacitor bank is in the standby mode, the control means places both the charge monitoring comparator and the discharge monitoring comparator in a stopped state in which no operating power is consumed.
上記制御手段は、上記キャパシタバンクが上記放電モードである場合には、上記放電監視用コンパレータを動作状態とし、上記充電監視用コンパレータを動作電源を消費しない停止状態とすることを特徴とする請求項1に記載の蓄電装置。   The control means sets the discharge monitoring comparator to an operating state when the capacitor bank is in the discharging mode, and sets the charging monitoring comparator to a stopped state in which no operating power is consumed. The power storage device according to 1. 上記制御手段は、上記キャパシタバンクが上記充電モードである場合には、上記充電監視用コンパレータを動作状態とし、上記放電監視用コンパレータを動作電源を消費しない停止状態とすることを特徴とする請求項1に記載の蓄電装置。   The control means sets the charge monitoring comparator to an operating state when the capacitor bank is in the charging mode, and sets the discharge monitoring comparator to a stopped state in which no operating power is consumed. The power storage device according to 1. 上記高電圧側閾値には、上記電気二重層キャパシタの充電電圧を揃えるための初期化電圧と、上記電気二重層キャパシタで許容される上限電圧(≧初期化電圧)の2つの閾値が含まれているとともに、
上記放電監視用コンパレータには、上記初期化電圧監視用コンパレータと、上記上限電圧監視用コンパレータの2つのコンパレータが含まれていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の蓄電装置。
The high voltage side threshold value includes two threshold values: an initialization voltage for aligning the charging voltage of the electric double layer capacitor and an upper limit voltage (≧ initialization voltage) allowed for the electric double layer capacitor. And
4. The discharge monitoring comparator includes two comparators, the initialization voltage monitoring comparator and the upper limit voltage monitoring comparator, respectively. 5. Power storage device.
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