JPH0775251A - 電源装置 - Google Patents

電源装置

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Publication number
JPH0775251A
JPH0775251A JP5238777A JP23877793A JPH0775251A JP H0775251 A JPH0775251 A JP H0775251A JP 5238777 A JP5238777 A JP 5238777A JP 23877793 A JP23877793 A JP 23877793A JP H0775251 A JPH0775251 A JP H0775251A
Authority
JP
Japan
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battery
capacitor
current
electric double
double layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP5238777A
Other languages
English (en)
Inventor
Michio Okamura
廸夫 岡村
Takeshi Morimoto
剛 森本
Kazuya Hiratsuka
和也 平塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Elna Co Ltd
Okamura Laboratory Inc
AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
Elna Co Ltd
Okamura Laboratory Inc
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Publication date
Application filed by Asahi Glass Co Ltd, Elna Co Ltd, Okamura Laboratory Inc filed Critical Asahi Glass Co Ltd
Priority to JP5238777A priority Critical patent/JPH0775251A/ja
Publication of JPH0775251A publication Critical patent/JPH0775251A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 大きなエネルギー密度と大きな出力密度の双
方を兼ね備えた電源装置を得る。 【構成】 内部インピーダンスもしくは出力電流容量が
充分でない電源VBと、内部インピーダンスもしくは出
力電流容量が充分なコンデンサC1とを可変インピーダ
ンス素子RVを介して並列に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電源装置に関し、さらに
詳しく言えば、電池とコンデンサとの組み合わせからな
る電源装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】二次電池などの携帯用電源では、その重
量や体積に制限があるため、一般的にエネルギー密度の
大きなものは出力密度が得られず、出力密度の高いもの
は蓄電量が小さいという傾向がある。
【0003】例えば、エネルギー密度の大きなリチウム
イオン電池では小型で大容量が得られるが、これをパー
ソナルコンピュータに使おうとすると、ディスクドライ
ブ用モータの起動電流が足りない、という問題が生ずる
おそれがある。
【0004】そこで、この種の電池に対してコンデンサ
を並列に挿入して、その低い出力インピーダンスを利用
することが古くから行なわれている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、図5に示さ
れているように、電源VBに対してコンデンサC1を並
列に接続して、その電源VBの出力インピーダンスを下
げるようにしているが、これには次のような問題があ
る。
【0006】ここで、VBを定格電圧4.2Vのリチウ
ムイオン電池、RBを同電池の内部抵抗(100m
Ω)、C1を静電容量10Fの電気二重層コンデンサ、
R1を同コンデンサの内部抵抗(50mΩ)とする。
【0007】図示しないスイッチを介しての最初の電源
投入時や電池の交換時などにおいては、内部抵抗RB,
R1のみのほとんど短絡状態となるため、上記の定数で
いくと尖頭値で40A近い電流が電気二重層コンデンサ
C1が充電されるまでの数十秒間にわたって流れること
になり、電池VBを損傷したり、保護フューズが切れる
などの問題が生ずるおそれがある。
【0008】また、このような立上がり時の瞬間を無事
乗り越えたとしても、電気二重層コンデンサC1を定電
圧源である電池VBから充電するには、同電池VBから
放電された電力量の50%以下しか電気二重層コンデン
サC1に充電されず、電池VBが著しく損耗するという
問題がある。
【0009】すなわち、電池などの定電圧デバイスは定
電圧電源から損失なく充電することができるが、電気二
重層コンデンサは放電すると電圧が極端に低下し、放電
しきった際の電圧は「0」となる。その過程において
も、電圧Vと貯蔵エネルギーEcとの関係は、 Ec=CV/2 で表され、これにより電気二重層コンデンサは電池と異
なり定電圧デバイスでないと言える。したがって、電気
二重層コンデンサを定電圧電源から充電すると、そこを
流れる電流の積分値Qと電圧Vの積から電力Epは、 Ep=QV=CV となる。この結果、両者の比から充電効率Ec/Epを
求めると50%となる。残りの電力は電源と電気二重層
コンデンサとの間に存在する抵抗成分により熱となり、
電気二重層コンデンサを定電圧電源から充電したのでは
50%以上の充電効率は得られない。
【0010】このように、電源に対して内部抵抗が小さ
く静電容量の大きな電力用の電気二重層コンデンサを並
列に接続するのは、ただ並列に接続すれば出力が増すと
いうほどの簡単なものではない。その主要な問題点とし
ては、コンデンサの充電電流をどこから、いつ、どれ
だけ供給できるか、その充電効率が50%以下などと
低くても問題にならないか、の2点が挙げられる。
【0011】例えば、内部抵抗が低く、大電流を流し得
る電気二重層コンデンサを非力な電源に並列に接続する
と、その瞬間にその端子電圧はコンデンサの電圧にな
る。そのコンデンサが完全に放電されていると、端子電
圧は「0」に下がり、コンデンサの静電容量が電源の電
流出力に比べて大きいほど、ゆっくり充電されることに
なるため、端子電圧は長い間低い状態に止まる。しか
も、その間の充電効率は少なくとも50%をその途中の
抵抗成分で失われるため、特に容量の小さな乾電池や二
次電池ではその間の損失も無視することはできない。
【0012】もっとも、DC/DCコンバータを介して
電気二重層コンデンサを定電流充電することにより、上
記のような問題は解決されるが、もっぱら携帯用などの
小規模な用途の電源にはそぐわない。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するためになされたもので、その構成上の特徴は、内
部インピーダンスもしくは出力電流容量が充分でない電
源と、内部インピーダンスもしくは出力電流容量が充分
なコンデンサとを可変インピーダンス素子を介して並列
に接続するようにしたことにある。
【0014】この場合において、コンデンサとしては電
気二重層コンデンサが好ましく、また、可変インピーダ
ンス素子には電球、正の抵抗温度係数を有するサーミス
タ、もしくは電子回路でこれらに相当する特性を合成し
たものが望ましい。
【0015】
【作用】まず、電気二重層コンデンサを完全に放電させ
てその電圧を「0」とした状態で二次電池などの電源を
投入すると、可変インピーダンス素子にその全電源電圧
が加わり、当初可変インピーダンス素子は高抵抗値を示
す。
【0016】そして、この状態で電気二重層コンデンサ
が徐々に充電され、最終的には電源と等しい電圧に達す
る。この段階で可変インピーダンス素子に流れる電流は
「0」となり、同可変インピーダンス素子の抵抗値は最
小となる。
【0017】また、充電済みの状態では、モータなどの
負荷により、大きな起動電流が短時間で消費される場
合、その電流はほとんどすべてが電気二重層コンデンサ
から供給される。そして、消費電流が定常値に戻ると、
電源はその残存容量と可変インピーダンス素子の抵抗値
の許す限りのペースでその消費電流を供給するととも
に、電気二重層コンデンサを充電する。
【0018】
【実施例】まず、図1の第1実施例について説明する。
これによると、この電源装置は先に説明した従来例と同
様、内部抵抗RBが100mΩで定格電圧4.2Vのリ
チウムイオン電池VBと、これに並列接続される内部抵
抗R1が50mΩ、静電容量10Fの電気二重層コンデ
ンサC1とを備えているが、この場合、電池VBと電気
二重層コンデンサC1との間には可変インピーダンス素
子RVが接続されている。
【0019】ここで使用される可変インピーダンス素子
RVは正特性の温度抵抗係数を持つものから選ばれ、こ
の例ではタングステン白熱電球が用いられている。この
種の電球の点灯時と消灯時のフィラメント抵抗の変化の
割合は10〜20:1程度であるから、ここでは点灯時
(定格5V)で3Ω、消灯時0.2Ωのものを用いた。
【0020】次に、図2の波形図を参照しながらこの電
源装置の動作を説明する。なお、同図(a)は電気二重
層コンデンサC1の充放電波形で、+側が充電電流、−
側が放電電流である。同図(b)は電池VBの出力電流
波形で、この場合電流値が負として表示されているが、
これは可変インピーダンス素子RVから電池VB側に流
れる電流方向を正としていることによる。同図(c)は
負荷ILが接続される出力端子に現れる出力電圧波形で
ある。
【0021】各図(a)〜(c)において横軸は秒を単
位とする時間軸であり、この例では負荷電流が次のよう
に加えられている。0秒から100秒まで0A、101
秒の時点で5Aが加えられ漸減して105秒で0A、そ
れから140秒まで0A、141秒の時点で3Aが加え
られ漸減して143秒で0A、それから170秒まで0
A、171秒から180秒までが3A、181秒から2
00秒まで0A。
【0022】また、各図(a)〜(c)にはそれぞれ2
つの波形が示されているが、◇が付されているのが電気
二重層コンデンサC1の静電容量を10Fとしたこの実
施例による波形であり、□が付されているのは同静電容
量を効果がないほど小さく(0.01F)した場合の比
較例の波形である。
【0023】電気二重層コンデンサC1を完全放電させ
てその電圧を「0」として電池VBを接続すると、白熱
電球RVに電池VBの全電圧4.2Vが加わって点灯
し、約1.5Aの電流が流れる。この状態から、図2
(a)に示されているように電気二重層コンデンサC1
が徐々に充電され、遂には電池VBと等しい電圧に到達
する。この段階で白熱電球RVに流れる電流が「0」と
なり、その抵抗値は0.2Ωに落ち着く。
【0024】負荷ILがモータで、101秒、141秒
および171秒から180秒にかけて大きな起動電流が
消費されているが、図2(a)(b)から分かるよう
に、そのほとんどが電気二重層コンデンサC1から供給
されている。
【0025】消費電流が定常値に戻った状態では、電池
VBよりその残存容量と白熱電球の抵抗値との兼ね合い
のなかで、その消費電流が供給されるとともに、電気二
重層コンデンサC1が充電される。
【0026】また図2(b)より、この実施例の場合、
電池VBの電流負担は尖頭値でも1.5Aを越えていな
い。そして、同図(c)の出力波形を見ると、171秒
から180秒にかけての負荷以外は3.5V以上が保た
れている。
【0027】次に、図3に示されている第2実施例につ
いて説明する。この実施例においては、可変インピーダ
ンス素子RVとして上記の白熱電球に代えて固定抵抗R
2,R3およびショットキ・ダイオードD1からなる回
路が用いられている。
【0028】固定抵抗R2は電池VBから電気二重層コ
ンデンサC1を充電する電流値を設定する抵抗で、固定
抵抗R3は電池VBと電気二重層コンデンサC1から負
荷ILに供給する電流の比率を調節する分圧抵抗であ
る。そして、ショットキ・ダイオードD1により、電気
二重層コンデンサC1から負荷ILに至る電流経路が形
成される。
【0029】図4の(a)〜(c)には先に説明した図
(a)〜(c)に対応するこの第2実施例の波形図が示
されている。これによると、電源投入時の電気二重層コ
ンデンサC1に対する充電電流は2.5A程度に達して
いるが、この値は固定抵抗R2により適宜調節すること
ができる。
【0030】この第2実施例の場合、101秒と141
秒に加えられた尖頭負荷電流に対して、電池VBの負担
は約1.5Aであり、残りは電気二重層コンデンサC1
からの電流で賄われている。
【0031】他方、171秒から180秒にかけての負
荷に対しては、第1実施例および第2実施例ともに電気
二重層コンデンサC1の電流出力ではカバーしきれてい
ない。これは、この大きさの負荷電流と時間をカバーす
るには、静電容量が10Fよりも大きな電気二重層コン
デンサが必要であることを示している。
【0032】なお、ショットキ・ダイオードD1をMO
SFETなどのスイッチとし、負荷電圧の低下か、負荷
電流の増大を検出してこれをオンオフするようにしても
よい。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
二次電池などの電源に対して内部抵抗が小さく、静電容
量の大きな電気二重層コンデンサを可変インピーダンス
素子を介して並列に接続したことにより、大きなエネル
ギー密度と大きな出力密度の双方を兼ね備え、また、過
大な負荷による電池側の損耗の少ない電源装置が提供さ
れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る電源装置を示したブ
ロック線図。
【図2】同第1実施例の動作を説明するための波形図。
【図3】本発明の第2実施例に係る電源装置を示したブ
ロック線図。
【図4】同第2実施例の動作を説明するための波形図。
【図5】従来例に係る電源装置を示したブロック線図。
【符号の説明】
VB 電源(電池) RB 電源の内部抵抗 C1 電気二重層コンデンサ R1 電気二重層コンデンサの内部抵抗 RV 可変インピーダンス素子 IL 負荷
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡村 廸夫 神奈川県横浜市南区南太田町3丁目303番 の24 (72)発明者 森本 剛 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社中央研究所内 (72)発明者 平塚 和也 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社中央研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部インピーダンスもしくは出力電流容
    量が充分でない電源と、内部インピーダンスもしくは出
    力電流容量が充分なコンデンサとを可変インピーダンス
    素子を介して並列に接続してなることを特徴とする電源
    装置。
  2. 【請求項2】 上記コンデンサは電気二重層コンデンサ
    であることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
  3. 【請求項3】 上記可変インピーダンス素子は正の抵抗
    温度係数を有するサーミスタであることを特徴とする請
    求項1に記載の電源装置。
  4. 【請求項4】 上記可変インピーダンス素子は上記コン
    デンサの充電時と放電時とで異なる抵抗値を示す電子回
    路からなることを特徴とする請求項1に記載の電源装
    置。
JP5238777A 1993-08-31 1993-08-31 電源装置 Pending JPH0775251A (ja)

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JP5238777A JPH0775251A (ja) 1993-08-31 1993-08-31 電源装置

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7570012B2 (en) 2001-04-05 2009-08-04 Electrovaya Inc. Energy storage device for loads having variable power rates
US7732947B2 (en) 2006-08-03 2010-06-08 Konica Minolta Business Technologies, Inc. Power unit and image forming system
WO2013056422A1 (zh) * 2011-10-18 2013-04-25 中联重科股份有限公司 一种电源

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20030409