JP5551487B2 - Charge / discharge device - Google Patents

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Description

本発明は、充放電装置に関する。   The present invention relates to a charge / discharge device.

従来、例えば振動により発電する圧電変換振動子から出力される電力を整流し、この整流後の電力でコンデンサを充電するスイッチ端末が知られている（例えば、特許文献１参照）。   Conventionally, for example, a switch terminal that rectifies power output from a piezoelectric transducer that generates power by vibration and charges a capacitor with the rectified power is known (for example, see Patent Document 1).

特開２００４−３５００１９号公報JP 2004-350019 A

ところで、上記従来技術に係るスイッチ端末のように、振動などにより発電する発電機から出力される微小な発電電力を蓄電装置に蓄電する場合には、先ず、交流の発電電力を全波整流または半波整流して直流電力に変換し、次に、この変換後の直流電力を蓄電装置に蓄電する。そして、このような微小な発電電力が蓄電される蓄電装置においては、出力可能な電力の温度依存性を低減し、蓄電電力の漏れを抑制することが望まれている。
このような蓄電装置として、例えば、出力可能な電力の温度依存性が低いキャパシタと蓄電電力の漏れが小さい２次電池とを組み合わせて構成し、キャパシタと２次電池とを発電機に並列に接続した蓄電装置によれば、キャパシタおよび２次電池で発電電力を蓄電することはできるが、装置を小型化したり、発電効率を向上させることはできないという問題が生じる。 By the way, when accumulating a small amount of generated power output from a generator that generates electricity by vibration or the like as in the switch terminal according to the above-described prior art, first, the AC generated power is either full-wave rectified or half-wave rectified. The rectified wave is converted into DC power, and then the converted DC power is stored in the power storage device. In a power storage device that stores such a small amount of generated power, it is desired to reduce the temperature dependence of the power that can be output and suppress the leakage of the stored power.
As such a power storage device, for example, a capacitor having low temperature dependence of output power and a secondary battery with small leakage of stored power are combined, and the capacitor and the secondary battery are connected in parallel to the generator. According to the power storage device, the generated power can be stored by the capacitor and the secondary battery, but there arises a problem that the device cannot be downsized or the power generation efficiency cannot be improved.

例えば、キャパシタと２次電池とを発電機に並列に接続した蓄電装置では、３通りの動作によって発電電力を蓄電可能であって、例えば第１の動作では、先ず２次電池に蓄電し、次に２次電池からキャパシタに蓄電する。また、例えば第２の動作は、先ずキャパシタに蓄電し、次にキャパシタから２次電池に蓄電する。また、例えば第３の動作では、２次電池とキャパシタとに同時に蓄電する。
しかしながら、これらの動作によれば、キャパシタには２次電池に設定されている所定の上限電圧を超える電圧を印加することはできず、例えばキャパシタに蓄電可能な電力を低下させること無しに２次電池の容量を小さくすることはできず、例えば発電機から出力される発電電力のうち２次電池の所定の上限電圧の超過分に相当する発電電力は蓄電することができないという問題が生じる。 For example, in a power storage device in which a capacitor and a secondary battery are connected in parallel to a generator, the generated power can be stored in three different operations. For example, in the first operation, the secondary battery is first stored in the secondary battery. In addition, the secondary battery stores electricity in the capacitor. Further, for example, in the second operation, power is first stored in the capacitor, and then stored in the secondary battery from the capacitor. For example, in the third operation, the secondary battery and the capacitor are charged simultaneously.
However, according to these operations, a voltage exceeding a predetermined upper limit voltage set for the secondary battery cannot be applied to the capacitor. For example, the secondary battery can be used without reducing the power that can be stored in the capacitor. The capacity of the battery cannot be reduced, and for example, the generated power corresponding to the excess of the predetermined upper limit voltage of the secondary battery among the generated power output from the generator cannot be stored.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、装置を小型化し、発電機の発電効率を向上させることが可能な充放電装置を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the charging / discharging apparatus which can reduce an apparatus and can improve the power generation efficiency of a generator.

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の第１態様に係る充放電装置は、第１極（例えば、実施の形態での第１極１１ａ）および第２極（例えば、実施の形態での第２極１１ｂ）を有する交流発電機（例えば、実施の形態での交流発電機１１）と、前記第１極から出力される電力を整流する第１整流器（例えば、実施の形態での第１半波整流器１２）と、前記第２極から出力される電力を整流する第２整流器（例えば、実施の形態での第２半波整流器１３）と、前記第１整流器から出力される電力を蓄電する蓄電池（例えば、実施の形態での２次電池１４）と、前記第２整流器から出力される電力を蓄電するキャパシタ（例えば、実施の形態でのキャパシタ１５）とを備える。   In order to solve the above problems and achieve the object, the charge / discharge device according to the first aspect of the present invention includes a first pole (for example, the first pole 11a in the embodiment) and a second pole (for example, An alternator having the second pole 11b) in the embodiment (for example, the alternator 11 in the embodiment) and a first rectifier (for example, implementing the power output from the first pole) A first half-wave rectifier 12) in the form, a second rectifier that rectifies the power output from the second pole (for example, the second half-wave rectifier 13 in the embodiment), and an output from the first rectifier A storage battery (for example, the secondary battery 14 in the embodiment) for storing the electric power to be stored, and a capacitor (for example, the capacitor 15 in the embodiment) for storing the electric power output from the second rectifier.

さらに、前記第１整流器と前記蓄電池との間に設けられ、前記蓄電池の端子電圧（例えば、実施の形態での端子電圧Ｖｂ）が所定の上限電圧（例えば、実施の形態での上限電圧Ｖｂｍａｘ）よりも高くなることを規制する過電圧保護手段（例えば、実施の形態での２次電池充放電制御部２０）を備え、前記キャパシタは前記上限電圧よりも大きい電圧を印加可能である。 Further, provided between the front Symbol first rectifier and the battery, the upper limit voltage of the storage battery terminal voltage (e.g., the terminal voltage Vb of the embodiment) is a predetermined upper limit voltage (e.g., in the embodiment Vbmax ) over-voltage protection means for restricting that is higher than (for example, a secondary battery charge and discharge control unit 20) in the embodiment, the capacitor is Ru der can apply a voltage higher than the upper limit voltage.

また、本発明の第２態様に係る充放電装置は、第１極（例えば、実施の形態での第１極１１ａ）および第２極（例えば、実施の形態での第２極１１ｂ）を有する交流発電機（例えば、実施の形態での交流発電機１１）と、前記第１極から出力される電力を整流する第１整流器（例えば、実施の形態での第１半波整流器１２）と、前記第２極から出力される電力を整流する第２整流器（例えば、実施の形態での第２半波整流器１３）と、前記第１整流器から出力される電力を蓄電する蓄電池（例えば、実施の形態での２次電池１４）と、前記第２整流器から出力される電力を蓄電するキャパシタ（例えば、実施の形態でのキャパシタ１５）と、前記蓄電池と前記キャパシタとの間に設けられ、前記蓄電池と前記キャパシタとを接続または遮断する第１スイッチ（例えば、実施の形態での第１スイッチ１７）と、前記蓄電池の端子電圧が所定の下限電圧（例えば、実施の形態での下限電圧Ｖｂｍｉｎ）以下になると前記第１スイッチを前記遮断の状態にする第１制御手段（例えば、実施の形態での２次電池充放電制御部２０が兼ねる）とを備える。 Moreover , the charging / discharging apparatus which concerns on the 2nd aspect of this invention has a 1st pole (for example, 1st pole 11a in embodiment) and a 2nd pole (for example, 2nd pole 11b in embodiment). An AC generator (for example, the AC generator 11 in the embodiment), a first rectifier (for example, the first half-wave rectifier 12 in the embodiment) that rectifies the power output from the first pole, and A second rectifier that rectifies the power output from the second pole (for example, the second half-wave rectifier 13 in the embodiment) and a storage battery that stores the power output from the first rectifier (for example, implementation) Secondary battery 14) in the form, a capacitor for storing the power output from the second rectifier (for example, capacitor 15 in the embodiment), the storage battery and the capacitor, and the storage battery Connect or disconnect the capacitor When the terminal voltage of the first switch (for example, the first switch 17 in the embodiment) and the storage battery falls below a predetermined lower limit voltage (for example, the lower limit voltage Vbmin in the embodiment), the first switch is shut off. First control means (for example, the secondary battery charge / discharge control unit 20 in the embodiment also serves as).

さらに、本発明の第３態様に係る充放電装置は、前記蓄電池に蓄電された電力を前記キャパシタに充電するために、前記蓄電池と前記キャパシタとの間に設けられ、前記蓄電池と前記キャパシタとを接続または遮断する第２スイッチ（例えば、実施の形態での第２スイッチ１８）と、前記キャパシタの端子電圧（例えば、実施の形態での端子電圧Ｖｃ）が前記蓄電池の端子電圧よりも小さいときに前記第２のスイッチを前記接続の状態にする第２制御手段（例えば、実施の形態での接続制御部２１）とを備える。 Furthermore, the charging / discharging device according to the third aspect of the present invention is provided between the storage battery and the capacitor in order to charge the capacitor with electric power stored in the storage battery, and the storage battery and the capacitor are connected to each other. When the second switch to be connected or disconnected (for example, the second switch 18 in the embodiment) and the terminal voltage of the capacitor (for example, the terminal voltage Vc in the embodiment) are smaller than the terminal voltage of the storage battery 2nd control means (for example, connection control part 21 in an embodiment) which makes the 2nd switch the state of the connection.

さらに、本発明の第４態様に係る充放電装置は、前記第１スイッチと前記キャパシタとの間に設けられ、前記キャパシタの端子電圧が前記蓄電池の端子電圧よりも小さいときに前記蓄電池から前記キャパシタに電流が流れるダイオード（例えば、実施の形態でのダイオード４１）を備える。 Furthermore, the charging / discharging device according to the fourth aspect of the present invention is provided between the first switch and the capacitor, and when the terminal voltage of the capacitor is smaller than the terminal voltage of the storage battery, the capacitor is connected to the capacitor. Is provided with a diode (for example, the diode 41 in the embodiment) through which a current flows.

さらに、本発明の第５態様に係る充放電装置では、前記交流発電機は、外部からの振動により発電する。 Furthermore, in the charging / discharging device according to the fifth aspect of the present invention, the AC generator generates power by external vibration.

本発明の第１態様に係る充放電装置によれば、交流発電機の第１極および第２極から出力される電力を、蓄電池とキャパシタとで独立に蓄電することができる。これにより、キャパシタには蓄電池に設定されている所定の上限電圧を超える電圧を印加することができ、例えばＤＣ−ＤＣコンバータなどの電圧変換器による電圧の制限を不要とし、キャパシタに印加する電圧を増大させることによって、キャパシタに蓄電可能な電力を増大させることができる。これに伴い、キャパシタの容量を小さくして、キャパシタを小型化したり、蓄電池の容量を小さくして、蓄電池を小型化することができる。
しかも、交流発電機から出力される電力のうち、第２整流器から出力されてキャパシタに供給される電力は、蓄電池の所定の上限電圧にかかわらずにキャパシタに蓄電可能であることから、交流発電機の発電効率を向上させることができる。 According to the charging / discharging device according to the first aspect of the present invention, the power output from the first pole and the second pole of the AC generator can be stored independently by the storage battery and the capacitor. As a result, a voltage exceeding a predetermined upper limit voltage set in the storage battery can be applied to the capacitor. For example, voltage limitation by a voltage converter such as a DC-DC converter is not required, and the voltage applied to the capacitor can be reduced. By increasing the power, the power that can be stored in the capacitor can be increased. Accordingly, the capacity of the capacitor can be reduced to reduce the size of the capacitor, or the capacity of the storage battery can be reduced to reduce the size of the storage battery.
In addition, among the power output from the AC generator, the power output from the second rectifier and supplied to the capacitor can be stored in the capacitor regardless of the predetermined upper limit voltage of the storage battery. It is possible to improve the power generation efficiency.

さらに、キャパシタとは独立して蓄電池の端子電圧が所定の上限電圧以上になることを規制して蓄電池を保護することができる。 Furthermore , the storage battery can be protected by regulating that the terminal voltage of the storage battery becomes equal to or higher than a predetermined upper limit voltage independently of the capacitor.

さらに、本発明の第２態様に係る充放電装置によれば、蓄電池の端子電圧が所定の下限電圧以下になると第１スイッチを遮断の状態にすることから、蓄電池からキャパシタへの電力供給によって蓄電池の端子電圧が低下してしまうことを防止することができる。 Furthermore, according to the charging / discharging device according to the second aspect of the present invention, when the terminal voltage of the storage battery becomes equal to or lower than the predetermined lower limit voltage, the first switch is turned off, so that the storage battery is supplied by supplying power from the storage battery to the capacitor. The terminal voltage can be prevented from decreasing.

さらに、本発明の第３態様に係る充放電装置によれば、キャパシタの端子電圧が蓄電池の端子電圧よりも小さいときには第２スイッチを接続の状態にすることから、蓄電池側からキャパシタを充電可能となり、交流発電機の発電効率を向上させることができる。 Furthermore, according to the charging / discharging device of the third aspect of the present invention, when the terminal voltage of the capacitor is smaller than the terminal voltage of the storage battery, the second switch is connected, so that the capacitor can be charged from the storage battery side. The power generation efficiency of the AC generator can be improved.

さらに、本発明の第４態様に係る充放電装置によれば、キャパシタの端子電圧が蓄電池の端子電圧よりも小さいときには自動的にダイオードに電流が流れることから、蓄電池側からキャパシタを充電して、交流発電機の発電効率を向上させることができる。 Furthermore, according to the charging / discharging device according to the fourth aspect of the present invention, when the terminal voltage of the capacitor is smaller than the terminal voltage of the storage battery, a current automatically flows to the diode, so the capacitor is charged from the storage battery side, The power generation efficiency of the AC generator can be improved.

さらに、本発明の第５態様に係る充放電装置によれば、振動により発電された微小な電力を効率よく蓄電池およびキャパシタに蓄電することができ、発電効率を向上させることができる。
しかも、振動による発電の電圧が変動し易い場合であっても、キャパシタおよび蓄電池の容量を大きくする必要無しに、効率のよい蓄電を行なうことができる。 Furthermore, according to the charging / discharging device according to the fifth aspect of the present invention, the minute electric power generated by the vibration can be efficiently stored in the storage battery and the capacitor, and the power generation efficiency can be improved.
Moreover, even when the voltage of power generation due to vibration is likely to fluctuate, efficient power storage can be performed without the need to increase the capacity of the capacitor and the storage battery.

本発明の実施の形態に係る充放電装置の構成図である。It is a block diagram of the charging / discharging apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る充放電装置の動作、特に、２次電池充電制御の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement of the charging / discharging apparatus which concerns on embodiment of this invention, especially the process of secondary battery charge control. 本発明の実施の形態に係る充放電装置の動作、特に、２次電池放電制御の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement of the charging / discharging apparatus which concerns on embodiment of this invention, especially the process of secondary battery discharge control. 本発明の実施の形態に係る充放電装置の動作、特に、接続制御の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement of the charging / discharging apparatus which concerns on embodiment of this invention, especially the process of connection control. 本発明の実施の形態に係る充放電装置の動作、特に、キャパシタ放電制御の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement of the charging / discharging apparatus which concerns on embodiment of this invention, especially the process of capacitor discharge control. 本発明の実施の形態の変形例に係る充放電装置の構成図である。It is a block diagram of the charging / discharging apparatus which concerns on the modification of embodiment of this invention.

以下、本発明の充放電装置の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による充放電装置１０は、例えば図１に示すように、交流発電機１１と、第１半波整流器１２と、第２半波整流器１３と、２次電池１４と、キャパシタ１５と、２次電池充放電スイッチ１６と、第１スイッチ１７と、第２スイッチ１８と、キャパシタ放電スイッチ１９と、２次電池充放電制御部２０と、接続制御部２１と、キャパシタ放電制御部２２とを備えて構成されている。
そして、この充放電装置１０は、例えば車両に搭載され、各種の負荷３１に接続されたレギュレータ（例えば、シリーズレギュレータやスイッチングレギュレータなど）３２に電力供給が可能とされている。 Hereinafter, an embodiment of a charge / discharge device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIG. 1, for example, the charging / discharging device 10 according to the present embodiment includes an AC generator 11, a first half-wave rectifier 12, a second half-wave rectifier 13, a secondary battery 14, and a capacitor 15. Secondary battery charge / discharge switch 16, first switch 17, second switch 18, capacitor discharge switch 19, secondary battery charge / discharge control unit 20, connection control unit 21, capacitor discharge control unit 22 It is configured with.
The charging / discharging device 10 is mounted on a vehicle, for example, and can supply power to a regulator 32 (for example, a series regulator or a switching regulator) connected to various loads 31.

交流発電機１１は、例えば車体振動などの機械的振動の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動発電機であって、圧電式や電磁誘導式や静電式などの振動発電機である。
この交流発電機１１は、少なくとも２つの第１極１１ａおよび第２極１１ｂを有し、例えば、第１極１１ａからは正相の電力が出力され、かつ、第２極１１ｂからは逆相の電力が出力される。
第１半波整流器１２は、第１極１１ａに接続され、第１極１１ａから出力される電力を半波整流する。
第２半波整流器１３は、第２極１１ｂに接続され、第２極１１ｂから出力される電力を半波整流する。 The AC generator 11 is a vibration generator that converts kinetic energy of mechanical vibration such as body vibration into electric energy, and is a vibration generator such as a piezoelectric type, an electromagnetic induction type, or an electrostatic type.
The AC generator 11 has at least two first poles 11a and second poles 11b. For example, positive-phase power is output from the first pole 11a, and negative-phase power is output from the second pole 11b. Electric power is output.
The first half-wave rectifier 12 is connected to the first pole 11a, and half-wave rectifies the power output from the first pole 11a.
The second half-wave rectifier 13 is connected to the second pole 11b, and half-wave rectifies the power output from the second pole 11b.

２次電池１４は、第１半波整流器１２から出力される電力を蓄電可能であって、第１半波整流器１２と２次電池１４との間には、２次電池充放電スイッチ（スイッチＡ）１６が設けられ、２次電池充放電スイッチ１６の一端は第１半波整流器１２に接続され、かつ、２次電池充放電スイッチ１６の他端は２次電池１４に接続されている。
キャパシタ１５は、第２半波整流器１３から出力される電力を蓄電可能であって、第２半波整流器１３に接続されている。 The secondary battery 14 can store the power output from the first half-wave rectifier 12, and a secondary battery charge / discharge switch (switch A) is provided between the first half-wave rectifier 12 and the secondary battery 14. ) 16 is provided, one end of the secondary battery charge / discharge switch 16 is connected to the first half-wave rectifier 12, and the other end of the secondary battery charge / discharge switch 16 is connected to the secondary battery 14.
The capacitor 15 can store the electric power output from the second half-wave rectifier 13 and is connected to the second half-wave rectifier 13.

また、２次電池１４とキャパシタ１５との間には、２つの第１および第２スイッチ１７，１８が設けられ、第１スイッチ（スイッチＢ）１７の一端は２次電池１４に接続され、かつ、第１スイッチ１７の他端は第２スイッチ（スイッチＭ）１８の一端に接続され、かつ、第２スイッチ１８の他端はキャパシタ１５に接続されている。
また、キャパシタ１５とレギュレータ３２との間には、キャパシタ放電スイッチ（スイッチＣ）１９が設けられ、キャパシタ放電スイッチ１９の一端はキャパシタ１５に接続され、かつ、キャパシタ放電スイッチ１９の他端はレギュレータ３２に接続されている。 Two first and second switches 17 and 18 are provided between the secondary battery 14 and the capacitor 15, and one end of the first switch (switch B) 17 is connected to the secondary battery 14, and The other end of the first switch 17 is connected to one end of a second switch (switch M) 18, and the other end of the second switch 18 is connected to the capacitor 15.
A capacitor discharge switch (switch C) 19 is provided between the capacitor 15 and the regulator 32, one end of the capacitor discharge switch 19 is connected to the capacitor 15, and the other end of the capacitor discharge switch 19 is connected to the regulator 32. It is connected to the.

２次電池充放電制御部２０は、２次電池充放電スイッチ１６および第１スイッチ１７の接続（ＯＮ）または遮断（ＯＦＦ）を制御している。
２次電池充放電制御部２０は、予め充放電装置１０の停止時および起動時などにおいて２次電池充放電スイッチ１６を遮断の状態に設定している。そして、充放電装置１０の起動以後において、２次電池１４の端子電圧Ｖｂが所定の上限電圧Ｖｂｍａｘ未満であれば２次電池充放電スイッチ１６を接続の状態に設定して、第１半波整流器１２から出力される電力を２次電池１４に蓄電可能とする。また、２次電池１４の端子電圧Ｖｂが所定の上限電圧Ｖｂｍａｘ以上であれば２次電池充放電スイッチ１６を遮断の状態に設定して、２次電池１４の端子電圧Ｖｂが所定の上限電圧Ｖｂｍａｘよりも高くなることを規制する過電圧保護を行なう。
なお、第１半波整流器１２から出力される電力のうち２次電池１４の上限電圧Ｖｂｍａｘの超過分に相当する電力は、２次電池充放電制御部２０に備えられたツェナーダイオード２０ａで消費されるようになっている。 The secondary battery charge / discharge control unit 20 controls connection (ON) or cutoff (OFF) of the secondary battery charge / discharge switch 16 and the first switch 17.
The secondary battery charging / discharging control unit 20 sets the secondary battery charging / discharging switch 16 to a cutoff state in advance when the charging / discharging device 10 is stopped or started. After the activation of the charging / discharging device 10, if the terminal voltage Vb of the secondary battery 14 is less than the predetermined upper limit voltage Vbmax, the secondary battery charging / discharging switch 16 is set to the connected state, and the first half-wave rectifier The power output from 12 can be stored in the secondary battery 14. Further, if the terminal voltage Vb of the secondary battery 14 is equal to or higher than the predetermined upper limit voltage Vbmax, the secondary battery charge / discharge switch 16 is set to the cutoff state, and the terminal voltage Vb of the secondary battery 14 is set to the predetermined upper limit voltage Vbmax. Overvoltage protection that regulates higher than that is performed.
Of the power output from the first half-wave rectifier 12, the power corresponding to the excess of the upper limit voltage Vbmax of the secondary battery 14 is consumed by the Zener diode 20a provided in the secondary battery charge / discharge control unit 20. It has become so.

また、２次電池充放電制御部２０は、予め充放電装置１０の停止時および起動時などにおいて第１スイッチ１７を遮断の状態に設定している。そして、充放電装置１０の起動以後において、２次電池１４の端子電圧Ｖｂが所定の下限電圧Ｖｂｍｉｎよりも高ければ第１スイッチ１７を接続の状態に設定して、２次電池１４とキャパシタ１５との接続および２次電池１４の放電を許容する。また、２次電池１４の端子電圧Ｖｂが所定の下限電圧Ｖｂｍｉｎ以下であれば第１スイッチ１７を遮断の状態に設定して、２次電池１４とキャパシタ１５との接続および２次電池１４の放電を禁止する。   In addition, the secondary battery charge / discharge control unit 20 sets the first switch 17 to a cut-off state in advance when the charge / discharge device 10 is stopped or started. After the activation of the charging / discharging device 10, if the terminal voltage Vb of the secondary battery 14 is higher than the predetermined lower limit voltage Vbmin, the first switch 17 is set to the connected state, and the secondary battery 14 and the capacitor 15 And discharging of the secondary battery 14 are allowed. Further, if the terminal voltage Vb of the secondary battery 14 is equal to or lower than the predetermined lower limit voltage Vbmin, the first switch 17 is set to the cut-off state, and the connection between the secondary battery 14 and the capacitor 15 and the discharge of the secondary battery 14 are performed. Is prohibited.

接続制御部２１は、第２スイッチ１８の接続（ＯＮ）または遮断（ＯＦＦ）を制御している。
接続制御部２１は、予め充放電装置１０の停止時および起動時などにおいて第１スイッチ１７を遮断の状態に設定している。そして、充放電装置１０の起動以後において、キャパシタ１５の端子電圧Ｖｃが２次電池１４の端子電圧Ｖｂ未満であれば第２スイッチ１８を接続の状態に設定して、２次電池１４に蓄電された電力をキャパシタ１５に充電可能とする。また、キャパシタ１５の端子電圧Ｖｃが２次電池１４の端子電圧Ｖｂ以上であれば第２スイッチ１８を遮断の状態に設定して、２次電池１４とキャパシタ１５との接続および２次電池１４の放電を禁止する。 The connection control unit 21 controls connection (ON) or disconnection (OFF) of the second switch 18.
The connection control unit 21 sets the first switch 17 to a cut-off state in advance when the charge / discharge device 10 is stopped or started. After the activation of the charging / discharging device 10, if the terminal voltage Vc of the capacitor 15 is less than the terminal voltage Vb of the secondary battery 14, the second switch 18 is set to the connected state and the secondary battery 14 is charged. The capacitor 15 can be charged with the remaining power. If the terminal voltage Vc of the capacitor 15 is equal to or higher than the terminal voltage Vb of the secondary battery 14, the second switch 18 is set to a cutoff state, and the connection between the secondary battery 14 and the capacitor 15 and the secondary battery 14 Discharge is prohibited.

キャパシタ放電制御部２２は、キャパシタ放電スイッチ１９の接続（ＯＮ）または遮断（ＯＦＦ）を制御している。
キャパシタ放電制御部２２は、予め充放電装置１０の停止時および起動時などにおいてキャパシタ放電スイッチ１９を遮断の状態に設定している。そして、充放電装置１０の起動以後において、キャパシタ１５の端子電圧Ｖｃがレギュレータ３２の所定の最低動作電圧Ｖｒ以上であればキャパシタ放電スイッチ１９を接続の状態に設定して、キャパシタ１５に蓄電された電力をレギュレータ３２に供給可能とする。また、キャパシタ１５の端子電圧Ｖｃがレギュレータ３２の所定の最低動作電圧Ｖｒ未満であればキャパシタ放電スイッチ１９を遮断の状態に設定して、キャパシタ１５の放電を禁止する。 The capacitor discharge control unit 22 controls connection (ON) or cutoff (OFF) of the capacitor discharge switch 19.
The capacitor discharge control unit 22 sets the capacitor discharge switch 19 to a cut-off state in advance when the charge / discharge device 10 is stopped or started. After the start of the charging / discharging device 10, if the terminal voltage Vc of the capacitor 15 is equal to or higher than the predetermined minimum operating voltage Vr of the regulator 32, the capacitor discharge switch 19 is set to the connected state and the capacitor 15 is charged. Electric power can be supplied to the regulator 32. Further, if the terminal voltage Vc of the capacitor 15 is less than the predetermined minimum operating voltage Vr of the regulator 32, the capacitor discharge switch 19 is set to the cut-off state and the discharge of the capacitor 15 is prohibited.

この実施の形態による充放電装置１０は上記構成を備えており、次に、この充放電装置１０の動作について説明する。   The charging / discharging device 10 according to this embodiment has the above-described configuration. Next, the operation of the charging / discharging device 10 will be described.

以下に、２次電池１４の充電を２次電池１４の端子電圧Ｖｂに応じて制御する処理について説明する。なお、この処理は、例えば所定周期で繰り返し実行される。
先ず、例えば図２に示すステップＳ０１においては、予め設定される初期状態として、２次電池充放電スイッチ（スイッチＡ）１６を遮断の状態に設定する。
そして、ステップＳ０２においては、２次電池１４の端子電圧Ｖｂが所定の上限電圧Ｖｂｍａｘ以上であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０３に進み、このステップＳ０３においては、２次電池充放電スイッチ１６を接続の状態に設定して、ステップＳ０２の判定を繰り返し実行する。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０４に進み、このステップＳ０４においては、２次電池充放電スイッチ１６を遮断の状態に設定して、エンドに進む。 Below, the process which controls charge of the secondary battery 14 according to the terminal voltage Vb of the secondary battery 14 is demonstrated. This process is repeatedly executed at a predetermined cycle, for example.
First, for example, in step S01 shown in FIG. 2, the secondary battery charging / discharging switch (switch A) 16 is set to a cutoff state as an initial state set in advance.
In step S02, it is determined whether or not the terminal voltage Vb of the secondary battery 14 is equal to or higher than a predetermined upper limit voltage Vbmax.
If this determination is “NO”, the flow proceeds to step S 03, in which the secondary battery charge / discharge switch 16 is set to the connected state, and the determination in step S 02 is repeatedly executed.
On the other hand, if this determination is “YES”, the flow proceeds to step S 04, and in this step S 04, the secondary battery charge / discharge switch 16 is set to a cutoff state, and the flow proceeds to end.

以下に、２次電池１４の放電を２次電池１４の端子電圧Ｖｂに応じて制御する処理について説明する。なお、この処理は、例えば所定周期で繰り返し実行される。
先ず、例えば図３に示すステップＳ１１においては、予め設定される初期状態として、第１スイッチ（スイッチＢ）１７を遮断の状態に設定する。
そして、ステップＳ１２においては、２次電池１４の端子電圧Ｖｂが所定の下限電圧Ｖｂｍｉｎ以下であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ１３に進み、このステップＳ１３においては、第１スイッチ１７を接続の状態に設定して、ステップＳ１２の判定を繰り返し実行する。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１４に進み、このステップＳ１４においては、第１スイッチ１７を遮断の状態に設定して、エンドに進む。 Below, the process which controls the discharge of the secondary battery 14 according to the terminal voltage Vb of the secondary battery 14 is demonstrated. This process is repeatedly executed at a predetermined cycle, for example.
First, for example, in step S11 shown in FIG. 3, the first switch (switch B) 17 is set to a cutoff state as an initial state set in advance.
In step S12, it is determined whether or not the terminal voltage Vb of the secondary battery 14 is equal to or lower than a predetermined lower limit voltage Vbmin.
If this determination is “NO”, the flow proceeds to step S 13, in which the first switch 17 is set to a connected state, and the determination in step S 12 is repeatedly executed.
On the other hand, if this determination is “YES”, the flow proceeds to step S 14, and in this step S 14, the first switch 17 is set to a cutoff state, and the flow proceeds to the end.

以下に、２次電池１４とキャパシタ１５との接続を２次電池１４の端子電圧Ｖｂおよびキャパシタ１５の端子電圧Ｖｃに応じて制御する処理について説明する。なお、この処理は、例えば所定周期で繰り返し実行される。
先ず、例えば図４に示すステップＳ２１においては、予め設定される初期状態として、第２スイッチ（スイッチＭ）１８を遮断の状態に設定する。
そして、ステップＳ２２においては、２次電池１４の端子電圧Ｖｂがキャパシタ１５の端子電圧Ｖｃ以下であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ２３に進み、このステップＳ２３においては、第２スイッチ１８を接続の状態に設定して、ステップＳ２２の判定を繰り返し実行する。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ２４に進み、このステップＳ２４においては、第２スイッチ１８を遮断の状態に設定して、エンドに進む。 Hereinafter, processing for controlling the connection between the secondary battery 14 and the capacitor 15 in accordance with the terminal voltage Vb of the secondary battery 14 and the terminal voltage Vc of the capacitor 15 will be described. This process is repeatedly executed at a predetermined cycle, for example.
First, for example, in step S21 shown in FIG. 4, the second switch (switch M) 18 is set to a cutoff state as an initial state set in advance.
In step S22, it is determined whether or not the terminal voltage Vb of the secondary battery 14 is equal to or lower than the terminal voltage Vc of the capacitor 15.
If this determination is “NO”, the flow proceeds to step S 23, in which the second switch 18 is set to a connected state, and the determination in step S 22 is repeatedly executed.
On the other hand, if this determination is “YES”, the flow proceeds to step S 24, and in this step S 24, the second switch 18 is set to a cutoff state, and the flow proceeds to the end.

以下に、キャパシタ１５の放電をキャパシタ１５の端子電圧Ｖｃに応じて制御する処理について説明する。なお、この処理は、例えば所定周期で繰り返し実行される。
先ず、例えば図５に示すステップＳ３１においては、予め設定される初期状態として、キャパシタ放電スイッチ（スイッチＣ）１９を遮断の状態に設定する。
そして、ステップＳ３２においては、キャパシタ１５の端子電圧Ｖｃがレギュレータ３２の所定の最低動作電圧Ｖｒ未満であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ３３に進み、このステップＳ３３においては、キャパシタ放電スイッチ１９を接続の状態に設定して、ステップＳ３２の判定を繰り返し実行する。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ３４に進み、このステップＳ３４においては、キャパシタ放電スイッチ１９を遮断の状態に設定して、エンドに進む。 Below, the process which controls the discharge of the capacitor 15 according to the terminal voltage Vc of the capacitor 15 is demonstrated. This process is repeatedly executed at a predetermined cycle, for example.
First, for example, in step S31 shown in FIG. 5, the capacitor discharge switch (switch C) 19 is set to a cutoff state as an initial state set in advance.
In step S32, it is determined whether or not the terminal voltage Vc of the capacitor 15 is less than a predetermined minimum operating voltage Vr of the regulator 32.
If this determination result is "NO", the process proceeds to step S33, and in this step S33, the capacitor discharge switch 19 is set to a connected state, and the determination of step S32 is repeatedly executed.
On the other hand, if this determination is “YES”, the flow proceeds to step S 34, and in this step S 34, the capacitor discharge switch 19 is set to a cutoff state, and the flow proceeds to the end.

上述したように、本実施の形態による充放電装置１０によれば、交流発電機１１の第１極１１ａおよび第２極１１ｂから出力される電力を、２次電池１４とキャパシタ１５とで独立に蓄電することができる。これにより、キャパシタ１５には２次電池１４に設定されている所定の上限電圧Ｖｂｍａｘを超える電圧を印加することができ、例えばＤＣ−ＤＣコンバータなどの電圧変換器による電圧の制限を不要とし、キャパシタ１５に印加する電圧を増大させることによって、キャパシタ１５に蓄電可能な電力を増大させることができる。これに伴い、キャパシタ１５の容量を小さくして、キャパシタ１５を小型化したり、２次電池１４の容量を小さくして、２次電池１４を小型化することができる。
しかも、交流発電機１１から出力される電力のうち、第２整流器１３から出力されてキャパシタ１５に供給される電力は、２次電池１４の所定の上限電圧Ｖｂｍａｘにかかわらずにキャパシタ１５に蓄電可能であることから、交流発電機１１の発電効率を向上させることができる。 As described above, according to the charging / discharging device 10 according to the present embodiment, the power output from the first pole 11a and the second pole 11b of the AC generator 11 is independently generated by the secondary battery 14 and the capacitor 15. It can be charged. As a result, a voltage exceeding a predetermined upper limit voltage Vbmax set for the secondary battery 14 can be applied to the capacitor 15, making it unnecessary to limit the voltage by a voltage converter such as a DC-DC converter. By increasing the voltage applied to 15, the power that can be stored in the capacitor 15 can be increased. Accordingly, the capacity of the capacitor 15 can be reduced to reduce the size of the capacitor 15, or the capacity of the secondary battery 14 can be reduced to reduce the size of the secondary battery 14.
Moreover, among the power output from the AC generator 11, the power output from the second rectifier 13 and supplied to the capacitor 15 can be stored in the capacitor 15 regardless of the predetermined upper limit voltage Vbmax of the secondary battery 14. Therefore, the power generation efficiency of the AC generator 11 can be improved.

さらに、キャパシタ１５とは独立して２次電池１４の端子電圧Ｖｂが所定の上限電圧Ｖｍａｘ以上になることを規制して蓄電池を保護することができる。
さらに、２次電池１４の端子電圧Ｖｂが所定の下限電圧Ｖｍｉｎ以下になると第１スイッチ１７を遮断の状態にすることから、２次電池１４からキャパシタ１５への電力供給によって２次電池１４の端子電圧Ｖｂが低下してしまうことを防止することができる。 Furthermore, the storage battery can be protected by regulating the terminal voltage Vb of the secondary battery 14 to be equal to or higher than the predetermined upper limit voltage Vmax independently of the capacitor 15.
Further, when the terminal voltage Vb of the secondary battery 14 becomes equal to or lower than a predetermined lower limit voltage Vmin, the first switch 17 is turned off, so that the terminal of the secondary battery 14 is supplied with power from the secondary battery 14 to the capacitor 15. It is possible to prevent the voltage Vb from being lowered.

さらに、キャパシタ１５の端子電圧Ｖｃが２次電池１４の端子電圧Ｖｂよりも小さいときには第２スイッチ１８を接続の状態にすることから、２次電池１４側からキャパシタ１５を充電可能となり、交流発電機１１の発電効率を向上させることができる。   Furthermore, when the terminal voltage Vc of the capacitor 15 is smaller than the terminal voltage Vb of the secondary battery 14, the second switch 18 is connected, so that the capacitor 15 can be charged from the secondary battery 14 side, and the AC generator 11 power generation efficiency can be improved.

さらに、例えば車体振動などの機械的振動による発電の電圧が変動し易く、発電量が微弱であっても、キャパシタ１５および２次電池１４の容量を大きくする必要無しに、効率のよい蓄電を行なうことができる。   Furthermore, for example, even when the power generation voltage due to mechanical vibration such as vehicle body vibration is likely to fluctuate and the power generation amount is weak, efficient power storage is performed without having to increase the capacity of the capacitor 15 and the secondary battery 14. be able to.

なお、上述した実施の形態においては、例えば図６に示す変形例のように、第２スイッチ１８および接続制御部２１を省略して、キャパシタ１５の端子電圧Ｖｃが２次電池１４の端子電圧Ｖｂ未満のときに２次電池１４からキャパシタ１５に電流が流れるダイオード４１を備えてもよい。
この変形例によれば、キャパシタ１５の端子電圧Ｖｃが２次電池１４の端子電圧Ｖｂよりも小さいときには自動的にダイオード４１に電流が流れることから、２次電池１４側からキャパシタ１５を充電して、交流発電機１１の発電効率を向上させることができ、第２スイッチ１８および接続制御部２１の動作に必要とされる消費電力を削減することができる。 In the above-described embodiment, for example, as in the modification shown in FIG. 6, the second switch 18 and the connection control unit 21 are omitted, and the terminal voltage Vc of the capacitor 15 is changed to the terminal voltage Vb of the secondary battery 14. A diode 41 may be provided in which a current flows from the secondary battery 14 to the capacitor 15 when the temperature is less than the value.
According to this modification, when the terminal voltage Vc of the capacitor 15 is smaller than the terminal voltage Vb of the secondary battery 14, current automatically flows through the diode 41. Therefore, the capacitor 15 is charged from the secondary battery 14 side. The power generation efficiency of the AC generator 11 can be improved, and the power consumption required for the operation of the second switch 18 and the connection control unit 21 can be reduced.

なお、上述した実施の形態においては、交流発電機１１を振動発電機としたが、これに限定されず、他の交流発電機であってもよい。   In the above-described embodiment, the AC generator 11 is a vibration generator. However, the present invention is not limited to this, and another AC generator may be used.

なお、上述した実施の形態においては、第１および第２半波整流器１２，１３の代わりに全波整流器を備えてもよい。   In the above-described embodiment, a full-wave rectifier may be provided instead of the first and second half-wave rectifiers 12 and 13.

なお、上述した実施の形態および変形例においては、各スイッチ１６〜１９の少なくとも何れか１つと、各スイッチ１６〜１９の少なくとも何れか１つを制御する各制御部２０〜２２とが省略されてもよい。   In the embodiment and the modification described above, at least one of the switches 16 to 19 and the control units 20 to 22 that control at least one of the switches 16 to 19 are omitted. Also good.

１０ 充放電装置
１１ 交流発電機
１１ａ 第１極
１１ｂ 第２極
１２ 第１半波整流器（第１整流器）
１３ 第２半波整流器（第２整流器）
１４ ２次電池（蓄電池）
１５ キャパシタ
１７ 第１スイッチ
１８ 第２スイッチ
２０ ２次電池充放電制御部（過電圧保護手段、第１制御手段）
２１ 接続制御部（第２制御手段）
４１ ダイオード DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Charging / discharging apparatus 11 Alternator 11a 1st pole 11b 2nd pole 12 1st half wave rectifier (1st rectifier)
13 Second half-wave rectifier (second rectifier)
14 Secondary battery (storage battery)
15 Capacitor 17 First switch 18 Second switch 20 Secondary battery charge / discharge control unit (overvoltage protection means, first control means)
21 Connection control unit (second control means)
41 diode

Claims (5)

第１極および第２極を有する交流発電機と、
前記第１極から出力される電力を整流する第１整流器と、
前記第２極から出力される電力を整流する第２整流器と、
前記第１整流器から出力される電力を蓄電する蓄電池と、
前記第２整流器から出力される電力を蓄電するキャパシタと、
前記第１整流器と前記蓄電池との間に設けられ、前記蓄電池の端子電圧が所定の上限電圧よりも高くなることを規制する過電圧保護手段と、
を備え、
前記キャパシタは前記上限電圧よりも大きい電圧を印加可能である、
ことを特徴とする充放電装置。 An alternator having a first pole and a second pole;
A first rectifier that rectifies power output from the first pole;
A second rectifier for rectifying the power output from the second pole;
A storage battery for storing electric power output from the first rectifier;
A capacitor for storing electric power output from the second rectifier ;
An overvoltage protection means that is provided between the first rectifier and the storage battery and restricts the terminal voltage of the storage battery from becoming higher than a predetermined upper limit voltage;
With
The capacitor can apply a voltage larger than the upper limit voltage.
A charge / discharge device characterized by the above. 第１極および第２極を有する交流発電機と、
前記第１極から出力される電力を整流する第１整流器と、
前記第２極から出力される電力を整流する第２整流器と、
前記第１整流器から出力される電力を蓄電する蓄電池と、
前記第２整流器から出力される電力を蓄電するキャパシタと、
前記蓄電池と前記キャパシタとの間に設けられ、前記蓄電池と前記キャパシタとを接続または遮断する第１スイッチと、
前記蓄電池の端子電圧が所定の下限電圧以下になると前記第１スイッチを前記遮断の状態にする第１制御手段と、
を備えることを特徴とする充放電装置。 An alternator having a first pole and a second pole;
A first rectifier that rectifies power output from the first pole;
A second rectifier for rectifying the power output from the second pole;
A storage battery for storing electric power output from the first rectifier;
A capacitor for storing electric power output from the second rectifier;
A first switch provided between the storage battery and the capacitor, for connecting or disconnecting the storage battery and the capacitor;
First control means for bringing the first switch into the shut-off state when a terminal voltage of the storage battery is equal to or lower than a predetermined lower limit voltage;
Rechargeable device you comprising: a. 前記蓄電池に蓄電された電力を前記キャパシタに充電するために、前記蓄電池と前記キャパシタとの間に設けられ、前記蓄電池と前記キャパシタとを接続または遮断する第２スイッチと、
前記キャパシタの端子電圧が前記蓄電池の端子電圧よりも小さいときに前記第２のスイッチを前記接続の状態にする第２制御手段とを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の充放電装置。 A second switch provided between the storage battery and the capacitor to connect or disconnect the storage battery and the capacitor in order to charge the capacitor with electric power stored in the storage battery;
3. The control device according to claim 1, further comprising: a second control unit configured to bring the second switch into the connection state when a terminal voltage of the capacitor is smaller than a terminal voltage of the storage battery. Charge / discharge device. 前記第１スイッチと前記キャパシタとの間に設けられ、前記キャパシタの端子電圧が前記蓄電池の端子電圧よりも小さいときに前記蓄電池から前記キャパシタに電流が流れるダイオードを備えることを特徴とする請求項３に記載の充放電装置。   4. A diode provided between the first switch and the capacitor, wherein a current flows from the storage battery to the capacitor when a terminal voltage of the capacitor is smaller than a terminal voltage of the storage battery. The charge / discharge device according to 1. 前記交流発電機は、外部からの振動により発電することを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１つに記載の充放電装置。 The charging / discharging device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the AC generator generates power by external vibration.
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