JPH09247851A - 直列電気化学素子の充電装置 - Google Patents
直列電気化学素子の充電装置Info
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- JPH09247851A JPH09247851A JP8050587A JP5058796A JPH09247851A JP H09247851 A JPH09247851 A JP H09247851A JP 8050587 A JP8050587 A JP 8050587A JP 5058796 A JP5058796 A JP 5058796A JP H09247851 A JPH09247851 A JP H09247851A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 充電の飛躍的な高効率化、及び各電圧バラン
スの補正の高速化を図る。 【解決手段】 電源回路１０の出力端子間に充電対象の
電気二重層コンデンサＣ１，Ｃ２を直列に接続し、コン
デンサＣ１，Ｃ２の個々の端子間にそれぞれ充電制御回
路Ｐ１，Ｐ２を接続し、コンデンサＣ１，Ｃ２が基準電
圧に達すると比較器ＣＯ１，ＣＯ２はスイッチング素子
Ｓ１，Ｓ２をオン状態にして、インダクタＬ１，Ｌ２が
介装された迂回電流路Ｂ１，Ｂ２を閉状態にして充電電
流を迂回させ、この充電電流による電力をインダクタＬ
１，Ｌ２に蓄積する。コンデンサＣ１，Ｃ２の端子電圧
が下がり素子Ｓ１，Ｓ２がオフ状態になると蓄積された
電力による電流をコンデンサＣ１，Ｃ２へ流し充電す
る。比較器ＣＯ１，ＣＯ２は、ヒステリシス特性を有
し、単安定マルチバイブレータＭＭ１，ＭＭ２を介して
素子Ｓ１，Ｓ２をオンオフ駆動する。
スの補正の高速化を図る。 【解決手段】 電源回路１０の出力端子間に充電対象の
電気二重層コンデンサＣ１，Ｃ２を直列に接続し、コン
デンサＣ１，Ｃ２の個々の端子間にそれぞれ充電制御回
路Ｐ１，Ｐ２を接続し、コンデンサＣ１，Ｃ２が基準電
圧に達すると比較器ＣＯ１，ＣＯ２はスイッチング素子
Ｓ１，Ｓ２をオン状態にして、インダクタＬ１，Ｌ２が
介装された迂回電流路Ｂ１，Ｂ２を閉状態にして充電電
流を迂回させ、この充電電流による電力をインダクタＬ
１，Ｌ２に蓄積する。コンデンサＣ１，Ｃ２の端子電圧
が下がり素子Ｓ１，Ｓ２がオフ状態になると蓄積された
電力による電流をコンデンサＣ１，Ｃ２へ流し充電す
る。比較器ＣＯ１，ＣＯ２は、ヒステリシス特性を有
し、単安定マルチバイブレータＭＭ１，ＭＭ２を介して
素子Ｓ１，Ｓ２をオンオフ駆動する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電気二重層コン
デンサなどの電気化学素子を直列接続して充電する充電
装置に関する。
デンサなどの電気化学素子を直列接続して充電する充電
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気二重層コンデンサは、大きな静電容
量や急速な充電能力、そして長いサイクル寿命等の優れ
た特性を有しているため、用途としては電気自動車や電
気自転車の動力源として注目されている。しかしなが
ら、１個あたりの電気二重層コンデンサの耐圧は２．５
Ｖ程度と低いため、動力源として用いるにはその複数個
を直列に接続する必要がある。
量や急速な充電能力、そして長いサイクル寿命等の優れ
た特性を有しているため、用途としては電気自動車や電
気自転車の動力源として注目されている。しかしなが
ら、１個あたりの電気二重層コンデンサの耐圧は２．５
Ｖ程度と低いため、動力源として用いるにはその複数個
を直列に接続する必要がある。
【０００３】このとき、直列に接続された個々のコンデ
ンサはその漏洩電流が異なるため自己放電により端子電
圧がばらついている。このため、これらコンデンサが単
に使用状態のまま直列に接続された状態で充電される
と、あるコンデンサは十分に充電出来ていないにもかか
わらず、他のものは過充電になってしまうといった事態
が生じる。特に前述したような用途では急峻な充放電を
行う必要があるため、二次電池の場合と異なり、このよ
うな事態を絶対に避けて充電中は電圧バランスを高速に
補正しなければならない。
ンサはその漏洩電流が異なるため自己放電により端子電
圧がばらついている。このため、これらコンデンサが単
に使用状態のまま直列に接続された状態で充電される
と、あるコンデンサは十分に充電出来ていないにもかか
わらず、他のものは過充電になってしまうといった事態
が生じる。特に前述したような用途では急峻な充放電を
行う必要があるため、二次電池の場合と異なり、このよ
うな事態を絶対に避けて充電中は電圧バランスを高速に
補正しなければならない。
【０００４】そこで、従来、個々のコンデンサの充電状
態を制御してこれを満充電にする充電制御回路が用いら
れている。この回路Ｐは、図７に示すように、個々のコ
ンデンサＣに対してそれぞれ並列に接続され、その端子
電圧が充電により所定の満充電電圧Ｖｒに達すると比較
器ＣＯがスイッチング素子Ｓをオンにする。すると、コ
ンデンサＣに流れていた充電電流は、ほぼ満充電電圧を
維持したままスイッチング素子Ｓを介して迂回して後段
に接続されたコンデンサまたはその充電制御回路に流れ
込む。以上のように、各コンデンサが満充電になると他
のコンデンサへ充電電流を迂回していきながら、すべて
のコンデンサを満充電状態にしていくのである。
態を制御してこれを満充電にする充電制御回路が用いら
れている。この回路Ｐは、図７に示すように、個々のコ
ンデンサＣに対してそれぞれ並列に接続され、その端子
電圧が充電により所定の満充電電圧Ｖｒに達すると比較
器ＣＯがスイッチング素子Ｓをオンにする。すると、コ
ンデンサＣに流れていた充電電流は、ほぼ満充電電圧を
維持したままスイッチング素子Ｓを介して迂回して後段
に接続されたコンデンサまたはその充電制御回路に流れ
込む。以上のように、各コンデンサが満充電になると他
のコンデンサへ充電電流を迂回していきながら、すべて
のコンデンサを満充電状態にしていくのである。
【０００５】この充電制御回路Ｐにあっては、コンデン
サＣが満充電電圧に達するとそれ以上の充電を行わない
ため、いずれのコンデンサＣも、過充電になることは絶
対になく、各電圧バランスが補正されつつ充電が進行し
て満充電状態に到達させることができる。
サＣが満充電電圧に達するとそれ以上の充電を行わない
ため、いずれのコンデンサＣも、過充電になることは絶
対になく、各電圧バランスが補正されつつ充電が進行し
て満充電状態に到達させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の充電制御回路Ｐにあっては、スイッチング素子
Ｓがオンになりこの素子Ｓを介して充電電流を迂回させ
ると、スイッチング素子Ｓを流れる充電電流による電力
は熱に変換されて無駄に消費されてしまい、充電効率が
非常に悪いという問題があった。
た従来の充電制御回路Ｐにあっては、スイッチング素子
Ｓがオンになりこの素子Ｓを介して充電電流を迂回させ
ると、スイッチング素子Ｓを流れる充電電流による電力
は熱に変換されて無駄に消費されてしまい、充電効率が
非常に悪いという問題があった。
【０００７】例えば、２０個直列接続された各電気二重
層コンデンサＣの満充電電圧を２．３Ｖとして１Ａの充
電電流で充電を行った場合、あるコンデンサＣの端子電
圧が２．３Ｖに達して充電電流がそのスイッチング素子
Ｓに流れ込むと、２．３Ｖ＊１Ａ＝２．３Ｗの電力が充
電制御回路Ｐで無駄に消費されてしまうのである。最悪
の場合では、たった１個のコンデンサＣの充電が終わら
ないために残り全部の充電制御回路Ｐでそれぞれ２．３
Ｗもの電力が消費されてしまい、合計すれば（２０−
１）＊２．３＝４３．７Ｗとなり、大変な電力の無駄遣
いとなる。したがって、極めて充電効率が悪く、現実問
題として実用に耐えうるとは言い難い。
層コンデンサＣの満充電電圧を２．３Ｖとして１Ａの充
電電流で充電を行った場合、あるコンデンサＣの端子電
圧が２．３Ｖに達して充電電流がそのスイッチング素子
Ｓに流れ込むと、２．３Ｖ＊１Ａ＝２．３Ｗの電力が充
電制御回路Ｐで無駄に消費されてしまうのである。最悪
の場合では、たった１個のコンデンサＣの充電が終わら
ないために残り全部の充電制御回路Ｐでそれぞれ２．３
Ｗもの電力が消費されてしまい、合計すれば（２０−
１）＊２．３＝４３．７Ｗとなり、大変な電力の無駄遣
いとなる。したがって、極めて充電効率が悪く、現実問
題として実用に耐えうるとは言い難い。
【０００８】しかも、無駄に消費される電力は熱に変換
され、全体として大量に熱が発生することが考えられる
ため放熱対策もしっかり行っておかなけらばならず、こ
れによって大型化、重量化及びコストの上昇を招来し、
さらに実用性を低下させてしまうという問題もあった。
され、全体として大量に熱が発生することが考えられる
ため放熱対策もしっかり行っておかなけらばならず、こ
れによって大型化、重量化及びコストの上昇を招来し、
さらに実用性を低下させてしまうという問題もあった。
【０００９】この発明は前述した従来の問題に鑑みなさ
れたもので、その目的は、飛躍的に充電効率が高くなる
とともに各電圧バランスを高速に補正でき、全体として
充電を急速に行うことができる直列電気化学素子の充電
装置を提供することにある。
れたもので、その目的は、飛躍的に充電効率が高くなる
とともに各電圧バランスを高速に補正でき、全体として
充電を急速に行うことができる直列電気化学素子の充電
装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の請求項１に係る直列電気化学素子の充電装
置にあっては、電源回路の出力端子間に充電対象の複数
の電気化学素子を直列に接続し、これら電気化学素子の
個々の端子間にそれぞれ充電制御回路を接続してなり、
前記電気化学素子が基準電圧に達すると、前記電気化学
素子に接続された迂回電流路を介して前記充電電流を迂
回させるように前記充電制御回路を構成した直列電気化
学素子の充電装置において、迂回した前記充電電流によ
る電力を蓄積する電力蓄積手段を前記迂回電流路に接続
し、前記電力蓄積手段に蓄積された電力を前記電気化学
素子へ供給するように構成してなる。
め、本発明の請求項１に係る直列電気化学素子の充電装
置にあっては、電源回路の出力端子間に充電対象の複数
の電気化学素子を直列に接続し、これら電気化学素子の
個々の端子間にそれぞれ充電制御回路を接続してなり、
前記電気化学素子が基準電圧に達すると、前記電気化学
素子に接続された迂回電流路を介して前記充電電流を迂
回させるように前記充電制御回路を構成した直列電気化
学素子の充電装置において、迂回した前記充電電流によ
る電力を蓄積する電力蓄積手段を前記迂回電流路に接続
し、前記電力蓄積手段に蓄積された電力を前記電気化学
素子へ供給するように構成してなる。
【００１１】また、請求項２に係る直列電気化学素子の
充電装置にあっては、前記電気化学素子は大容量の電気
二重層コンデンサであって前記電力蓄積手段をインダク
タとし、前記充電制御回路は、該電気二重層コンデンサ
の端子電圧と前記基準電圧と比較する比較器によってス
イッチング素子を駆動して前記迂回電流路を開閉し、前
記コンデンサの端子電圧が前記基準電圧に達するとスイ
ッチング素子をオン状態にして該迂回電流路（Ｂ１，Ｂ
２）を閉状態にし、前記充電電流による電力を前記イン
ダクタに蓄積してなる。
充電装置にあっては、前記電気化学素子は大容量の電気
二重層コンデンサであって前記電力蓄積手段をインダク
タとし、前記充電制御回路は、該電気二重層コンデンサ
の端子電圧と前記基準電圧と比較する比較器によってス
イッチング素子を駆動して前記迂回電流路を開閉し、前
記コンデンサの端子電圧が前記基準電圧に達するとスイ
ッチング素子をオン状態にして該迂回電流路（Ｂ１，Ｂ
２）を閉状態にし、前記充電電流による電力を前記イン
ダクタに蓄積してなる。
【００１２】さらに、請求項３に係る直列電気化学素子
の充電装置にあっては、前記比較器がヒステリシス特性
を有してなる。
の充電装置にあっては、前記比較器がヒステリシス特性
を有してなる。
【００１３】さらにまた、請求項４に係る直列電気化学
素子の充電装置にあっては、前記比較器は単安定マルチ
バイブレータを介して前記スイッチング素子を駆動して
なる。
素子の充電装置にあっては、前記比較器は単安定マルチ
バイブレータを介して前記スイッチング素子を駆動して
なる。
【００１４】前述した構成の本発明にあっては次のよう
な作用を奏する。
な作用を奏する。
【００１５】請求項１に係る直列電気化学素子の充電装
置にあっては、電力蓄積手段は迂回した充電電流による
電力を蓄積し、この蓄積された電力を電気化学素子に供
給するようにしたので、従来の充電制御回路において、
充電電流が迂回された際にスイッチング素子で熱に変換
されていた充電電流による電力は、端子電圧が下がって
きた自己の電気化学素子に用いたり、他の電気化学素子
の充電に用いることができる。このため電力の無駄がな
くなり飛躍的に充電効率が高くなるとともに各電圧バラ
ンスを高速に補正でき、全体として充電が急速に行われ
る。またこのとき、蓄積された電力は電源回路からの充
電電流に重畳して他の満充電に至っていない直列電気化
学素子を充電することもできるため、さらに急速な充電
を行える。
置にあっては、電力蓄積手段は迂回した充電電流による
電力を蓄積し、この蓄積された電力を電気化学素子に供
給するようにしたので、従来の充電制御回路において、
充電電流が迂回された際にスイッチング素子で熱に変換
されていた充電電流による電力は、端子電圧が下がって
きた自己の電気化学素子に用いたり、他の電気化学素子
の充電に用いることができる。このため電力の無駄がな
くなり飛躍的に充電効率が高くなるとともに各電圧バラ
ンスを高速に補正でき、全体として充電が急速に行われ
る。またこのとき、蓄積された電力は電源回路からの充
電電流に重畳して他の満充電に至っていない直列電気化
学素子を充電することもできるため、さらに急速な充電
を行える。
【００１６】請求項２に係る直列電気化学素子の充電装
置にあっては、スイッチング素子がオンになり充電電流
を迂回させるとその電力はインダクタに蓄積される。そ
して、この蓄積された電力は満充電に至っていないコン
デンサの充電に用いられる。
置にあっては、スイッチング素子がオンになり充電電流
を迂回させるとその電力はインダクタに蓄積される。そ
して、この蓄積された電力は満充電に至っていないコン
デンサの充電に用いられる。
【００１７】請求項３に係る直列電気化学素子の充電装
置にあっては、そのヒステリシス特性によりスイッチン
グ素子を一定周期で駆動することができるためその安定
した発振動作を確保できる。また基準電圧源として例え
ば三角波を出力するような発信器を用いることなく定電
圧源とすることができるため、消費電力を減らせるとと
もに部品点数が減り、小型軽量化及び低コスト化が図れ
る。
置にあっては、そのヒステリシス特性によりスイッチン
グ素子を一定周期で駆動することができるためその安定
した発振動作を確保できる。また基準電圧源として例え
ば三角波を出力するような発信器を用いることなく定電
圧源とすることができるため、消費電力を減らせるとと
もに部品点数が減り、小型軽量化及び低コスト化が図れ
る。
【００１８】請求項４に係る直列電気化学素子の充電装
置にあっては、比較器が単安定マルチバイブレータを介
してスイッチング素子を駆動するので、スイッチング素
子のオン時間を一定とすることができ、その安定した発
振動作を確保できる。特に、複数の電気二重層コンデン
サを直列に接続しているので低温時にはその等価直列抵
抗が極端に高くなるが、このマルチバイブレータによっ
て低温時でもスイッチング素子の安定した発振動作を確
保することができる。
置にあっては、比較器が単安定マルチバイブレータを介
してスイッチング素子を駆動するので、スイッチング素
子のオン時間を一定とすることができ、その安定した発
振動作を確保できる。特に、複数の電気二重層コンデン
サを直列に接続しているので低温時にはその等価直列抵
抗が極端に高くなるが、このマルチバイブレータによっ
て低温時でもスイッチング素子の安定した発振動作を確
保することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】次に本発明の直列電気化学素子の
充電装置の実施の第１〜３形態を説明する。先ず第１形
態を説明すると、図１に示すように、一定の電流及び電
圧を供給する電源回路１０の出力端子間に充電対象の大
容量の電気二重層コンデンサＣ１，Ｃ２を２つ直列に接
続し、個々のコンデンサＣ１，Ｃ２にそれぞれ充電制御
回路Ｐ１，Ｐ２をそれぞれ接続している。
充電装置の実施の第１〜３形態を説明する。先ず第１形
態を説明すると、図１に示すように、一定の電流及び電
圧を供給する電源回路１０の出力端子間に充電対象の大
容量の電気二重層コンデンサＣ１，Ｃ２を２つ直列に接
続し、個々のコンデンサＣ１，Ｃ２にそれぞれ充電制御
回路Ｐ１，Ｐ２をそれぞれ接続している。
【００２０】充電制御回路Ｐ１は、コンデンサＣ１に並
列に接続されたダイオードＤ１ａ、迂回電流路Ｂ１及び
比較器ＣＯ１と、比較器ＣＯ１のマイナス端子に接続さ
れた基準電圧源Ｖｒ１と、迂回電流路Ｂ１に挿入接続さ
れたインダクタ（電力蓄積手段）Ｌ１及びスイッチング
素子Ｓ１と、インダクタＬ１の一端と電源回路１０のマ
イナス側端子との間に挿入接続されたダイオードＤ１ｂ
とを備えている。
列に接続されたダイオードＤ１ａ、迂回電流路Ｂ１及び
比較器ＣＯ１と、比較器ＣＯ１のマイナス端子に接続さ
れた基準電圧源Ｖｒ１と、迂回電流路Ｂ１に挿入接続さ
れたインダクタ（電力蓄積手段）Ｌ１及びスイッチング
素子Ｓ１と、インダクタＬ１の一端と電源回路１０のマ
イナス側端子との間に挿入接続されたダイオードＤ１ｂ
とを備えている。
【００２１】この充電制御回路Ｐ１の具体的な構成例と
しては図３に示すような回路図となり、ダイオードＤ１
ａは、逆方向充電の保護やコンデンサＣ１の初期化及び
活線挿抜するためのものであり、順方向電圧の低いショ
ットキーダイオードが用いられる。比較器ＣＯ１は、コ
ンデンサＣ１の端子電圧を図１の基準電圧Ｖｒ１と比較
してこの端子電圧が例えば２．３Ｖの基準電圧Ｖｒ１に
達するとスイッチング素子Ｓ１をオン状態にし、下回る
とオフ状態にする信号を出力するものである。スイッチ
ング素子Ｓ１は、そのオンオフ状態により迂回電流路Ｂ
１を開閉するものであり、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイ
ッチが用いられる。ダイオードＤ１ｂは、そのアノード
が電源回路１０のマイナス側端子に接続されるととも
に、カソード端子がインダクタＬ１に接続されており、
インダクタＬ１に蓄積された電力を解放する際に逆流す
ることを防止する。基準電圧源Ｖｒ１は、図２の実線で
示すような三角波信号を出力するものであり、同図破線
のコンデンサＣ１の耐電圧より低めに設定されている。
基準電圧源Ｖｒ１の具体的な構成としては、図３に示す
ように、ＣＭＯＳ高性能タイマ回路（μＰＤ５５５５）
とこれを中心にした周辺回路が用いられる。
しては図３に示すような回路図となり、ダイオードＤ１
ａは、逆方向充電の保護やコンデンサＣ１の初期化及び
活線挿抜するためのものであり、順方向電圧の低いショ
ットキーダイオードが用いられる。比較器ＣＯ１は、コ
ンデンサＣ１の端子電圧を図１の基準電圧Ｖｒ１と比較
してこの端子電圧が例えば２．３Ｖの基準電圧Ｖｒ１に
達するとスイッチング素子Ｓ１をオン状態にし、下回る
とオフ状態にする信号を出力するものである。スイッチ
ング素子Ｓ１は、そのオンオフ状態により迂回電流路Ｂ
１を開閉するものであり、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイ
ッチが用いられる。ダイオードＤ１ｂは、そのアノード
が電源回路１０のマイナス側端子に接続されるととも
に、カソード端子がインダクタＬ１に接続されており、
インダクタＬ１に蓄積された電力を解放する際に逆流す
ることを防止する。基準電圧源Ｖｒ１は、図２の実線で
示すような三角波信号を出力するものであり、同図破線
のコンデンサＣ１の耐電圧より低めに設定されている。
基準電圧源Ｖｒ１の具体的な構成としては、図３に示す
ように、ＣＭＯＳ高性能タイマ回路（μＰＤ５５５５）
とこれを中心にした周辺回路が用いられる。
【００２２】図１の充電制御回路Ｐ２は、基本的には前
述した充電制御回路Ｐ１と同様の構成であって、相違す
るのはインダクタＬ２及びダイオードＤ２ｂの接続状態
であり、インダクタＬ２はコンデンサＣ２のプラス側端
子とダイオードＤ２ｂのアノードとの間に接続されてい
る。ダイオードＤ２ｂのカソードは他のコンデンサＣ１
のプラス端子に接続されている。
述した充電制御回路Ｐ１と同様の構成であって、相違す
るのはインダクタＬ２及びダイオードＤ２ｂの接続状態
であり、インダクタＬ２はコンデンサＣ２のプラス側端
子とダイオードＤ２ｂのアノードとの間に接続されてい
る。ダイオードＤ２ｂのカソードは他のコンデンサＣ１
のプラス端子に接続されている。
【００２３】以上の構成によって、コンデンサＣ１の端
子電圧が基準電圧Ｖｒ１に達すると比較器ＣＯ１は、ス
イッチング素子Ｓ１をオン状態にして迂回電流路Ｂ１を
閉状態にする。これにより、電源回路１０からの充電電
流はコンデンサＣ１には流れずに迂回して迂回電流路Ｂ
１中のインダクタＬ１にその電力が一旦蓄積されるので
ある。そして、充電電流が迂回されることによってコン
デンサＣ１の端子電圧が下がってくると比較器ＣＯ１の
出力が反転し、スイッチング素子Ｓ１がオフ状態になっ
て迂回電流路Ｂ１が開状態となる。すると、インダクタ
Ｌ１に蓄積された電力は、ダイオードＤ１を通して電源
回路１０のマイナス側端子からコンデンサＣ１のマイナ
ス端子側に供給するとともに、他のコンデンサＣ２に対
しては電源回路からの充電電流に重畳して供給される。
子電圧が基準電圧Ｖｒ１に達すると比較器ＣＯ１は、ス
イッチング素子Ｓ１をオン状態にして迂回電流路Ｂ１を
閉状態にする。これにより、電源回路１０からの充電電
流はコンデンサＣ１には流れずに迂回して迂回電流路Ｂ
１中のインダクタＬ１にその電力が一旦蓄積されるので
ある。そして、充電電流が迂回されることによってコン
デンサＣ１の端子電圧が下がってくると比較器ＣＯ１の
出力が反転し、スイッチング素子Ｓ１がオフ状態になっ
て迂回電流路Ｂ１が開状態となる。すると、インダクタ
Ｌ１に蓄積された電力は、ダイオードＤ１を通して電源
回路１０のマイナス側端子からコンデンサＣ１のマイナ
ス端子側に供給するとともに、他のコンデンサＣ２に対
しては電源回路からの充電電流に重畳して供給される。
【００２４】充電制御回路Ｐ２の動作も、前述した回路
Ｐ１と同様であり、インダクタＬ２に蓄積された電力を
ダイオードＤ２ｂを介してコンデンサＣ１に供給すると
ともにコンデンサＣ２に供給する。
Ｐ１と同様であり、インダクタＬ２に蓄積された電力を
ダイオードＤ２ｂを介してコンデンサＣ１に供給すると
ともにコンデンサＣ２に供給する。
【００２５】したがって、例えばコンデンサＣ１がほぼ
満充電状態でＣ２が未充電状態の場合には、電源回路１
０からは充電電流が流れていながらも、コンデンサＣ１
はその充電電流が流れずに充放電を繰り返して満充電状
態を維持し、後段のコンデンサＣ２のみに充電電流が流
れてコンデンサＣ２も満充電状態に到達し、充電装置全
体の動作としては、各コンデンサＣ１，Ｃ２の端子電圧
のバランスをとりながら論理的には損失がほぼ０の極め
て高効率且つ急速な充電動作を行う。
満充電状態でＣ２が未充電状態の場合には、電源回路１
０からは充電電流が流れていながらも、コンデンサＣ１
はその充電電流が流れずに充放電を繰り返して満充電状
態を維持し、後段のコンデンサＣ２のみに充電電流が流
れてコンデンサＣ２も満充電状態に到達し、充電装置全
体の動作としては、各コンデンサＣ１，Ｃ２の端子電圧
のバランスをとりながら論理的には損失がほぼ０の極め
て高効率且つ急速な充電動作を行う。
【００２６】次に本発明の第２形態を図４を参照にして
説明すると、前述した図１の第１形態との相違点は、比
較器ＣＯ１，２の入出力特性にヒステリシスを持たせる
とともに、基準電圧源Ｖｒ１，Ｖｒ２として一定の電圧
を出力するものにした点であり、これらに関する事項以
外は第１形態と同じである。
説明すると、前述した図１の第１形態との相違点は、比
較器ＣＯ１，２の入出力特性にヒステリシスを持たせる
とともに、基準電圧源Ｖｒ１，Ｖｒ２として一定の電圧
を出力するものにした点であり、これらに関する事項以
外は第１形態と同じである。
【００２７】本形態にあっては、比較器ＣＯ１，２のヒ
ステリシス特性により、比較器ＣＯ１の出力の反転レベ
ルをコンデンサＣ１の端子電圧が上がる時と下がる時と
では異なるようにする。このことによりスイッチング素
子Ｓ１，Ｓ２を一定周期で駆動することができるため、
その発振動作が安定して異常な発振モードやこれによる
発熱を確実に防止できる。このため、基準電圧源Ｖｒ
１，Ｖｒ２として、例えば前述の第１形態のように三角
波を出力するような発振器を用いることなく一定の電圧
源とすることが可能となる。
ステリシス特性により、比較器ＣＯ１の出力の反転レベ
ルをコンデンサＣ１の端子電圧が上がる時と下がる時と
では異なるようにする。このことによりスイッチング素
子Ｓ１，Ｓ２を一定周期で駆動することができるため、
その発振動作が安定して異常な発振モードやこれによる
発熱を確実に防止できる。このため、基準電圧源Ｖｒ
１，Ｖｒ２として、例えば前述の第１形態のように三角
波を出力するような発振器を用いることなく一定の電圧
源とすることが可能となる。
【００２８】次に本発明の第３形態を図５を参照にして
説明すると、前述した図１の第１形態との相違点は、比
較器ＣＯ１，ＣＯ２がそれぞれ周知の単安定マルチバイ
ブレータＭＭ１，ＭＭ２を介してスイッチング素子Ｓ
１，Ｓ２をオンオフ駆動するとともに、基準電圧源Ｖｒ
１，Ｖｒ２として一定の電圧を出力するものにした点で
あり、これらに関する事項以外は第１形態と同じであ
る。
説明すると、前述した図１の第１形態との相違点は、比
較器ＣＯ１，ＣＯ２がそれぞれ周知の単安定マルチバイ
ブレータＭＭ１，ＭＭ２を介してスイッチング素子Ｓ
１，Ｓ２をオンオフ駆動するとともに、基準電圧源Ｖｒ
１，Ｖｒ２として一定の電圧を出力するものにした点で
あり、これらに関する事項以外は第１形態と同じであ
る。
【００２９】本形態にあっては、スイッチング素子Ｓ
１，Ｓ２は単安定マルチバイブレータＭＭ１，ＭＭ２を
介してオンオフ駆動されるので、この素子Ｓ１，Ｓ２の
オン時間を一定とすることができ、その発振動作が安定
する。特に、本発明のように複数の電気二重層コンデン
サＣ１，Ｃ２を直列に接続している場合には、低温時に
その等価直列抵抗が極端に高くなるが、このマルチバイ
ブレータＭＭ１，ＭＭ２によってスイッチング素子Ｓ
１，Ｓ２の発振動作が安定して異常な発振モードやこれ
による発熱をより確実に防止できる。
１，Ｓ２は単安定マルチバイブレータＭＭ１，ＭＭ２を
介してオンオフ駆動されるので、この素子Ｓ１，Ｓ２の
オン時間を一定とすることができ、その発振動作が安定
する。特に、本発明のように複数の電気二重層コンデン
サＣ１，Ｃ２を直列に接続している場合には、低温時に
その等価直列抵抗が極端に高くなるが、このマルチバイ
ブレータＭＭ１，ＭＭ２によってスイッチング素子Ｓ
１，Ｓ２の発振動作が安定して異常な発振モードやこれ
による発熱をより確実に防止できる。
【００３０】また本形態にあっては、前述した第２形態
を組み合わせて、比較器ＣＯ１，ＣＯ２にヒステリシス
特性を持たせれば、マルチバイブレータＭＭ１，ＭＭ２
により確実に信号が入力され、発振動作の安定をより確
保できる。
を組み合わせて、比較器ＣＯ１，ＣＯ２にヒステリシス
特性を持たせれば、マルチバイブレータＭＭ１，ＭＭ２
により確実に信号が入力され、発振動作の安定をより確
保できる。
【００３１】以上説明した第１〜３形態にあっては、電
気二重層コンデンサを２つ直列接続した例を取り上げた
が、３つ以上直列したコンデンサに本発明を適用できる
ことは勿論であり、その場合には図６に示すように、最
後段のコンデンサＣ２に対する充電制御回路の構成のみ
を図１の回路Ｐ２と同じにし、これ以外のコンデンサＣ
１，Ｃ１に対する充電制御回路はいずれも図１の回路Ｐ
１とすればよい。
気二重層コンデンサを２つ直列接続した例を取り上げた
が、３つ以上直列したコンデンサに本発明を適用できる
ことは勿論であり、その場合には図６に示すように、最
後段のコンデンサＣ２に対する充電制御回路の構成のみ
を図１の回路Ｐ２と同じにし、これ以外のコンデンサＣ
１，Ｃ１に対する充電制御回路はいずれも図１の回路Ｐ
１とすればよい。
【００３２】また本発明に適用できる電気化学素子とし
ては、電気二重層コンデンサに限らずに例えばアルミ電
解コンデンサなど、他種のコンデンサでも良く、またコ
ンデンサに限らずに化学電池でも良い。さらに一つの充
電制御回路が制御する電気化学素子としては、１個のも
のに限らず、これを複数に直列または並列に接続した１
組の電気化学素子群としても良く、要するに本発明の充
電装置が適用可能であれば電気化学素子としての形態は
問わない。
ては、電気二重層コンデンサに限らずに例えばアルミ電
解コンデンサなど、他種のコンデンサでも良く、またコ
ンデンサに限らずに化学電池でも良い。さらに一つの充
電制御回路が制御する電気化学素子としては、１個のも
のに限らず、これを複数に直列または並列に接続した１
組の電気化学素子群としても良く、要するに本発明の充
電装置が適用可能であれば電気化学素子としての形態は
問わない。
【００３３】さらに、電源回路の電力源としては商用電
力に代えて太陽電池を用いることによりランニングコス
トを大幅に軽減させることもできる。
力に代えて太陽電池を用いることによりランニングコス
トを大幅に軽減させることもできる。
【００３４】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明の
直列電気化学素子の充電装置によれば、充電効率を飛躍
的に高め、この状態で各電気化学素子の端子電圧のバラ
ンスを高速にとりながらすべての電気化学素子を急速に
満充電状態に到達させることができる。さらに、スイッ
チング素子での発熱はほとんどないため放熱対策も気に
しなくて済み、小型軽量化及び低コスト化が図れる。
直列電気化学素子の充電装置によれば、充電効率を飛躍
的に高め、この状態で各電気化学素子の端子電圧のバラ
ンスを高速にとりながらすべての電気化学素子を急速に
満充電状態に到達させることができる。さらに、スイッ
チング素子での発熱はほとんどないため放熱対策も気に
しなくて済み、小型軽量化及び低コスト化が図れる。
【００３５】したがって、電気自動車や電気自転車等の
動力源として電気二重層コンデンサなどの電気化学素子
を用いるにあたってその実現性を飛躍的に向上させるこ
とができる。
動力源として電気二重層コンデンサなどの電気化学素子
を用いるにあたってその実現性を飛躍的に向上させるこ
とができる。
【図１】本発明の第１形態による直列電気化学素子の充
電装置の全体的な構成図である。
電装置の全体的な構成図である。
【図２】同上第１形態における基準電圧の波形を示す図
である。
である。
【図３】同上第１形態における充電制御回路の詳細な回
路図である。
路図である。
【図４】本発明の第２形態による直列電気化学素子の充
電装置の全体的な構成図である。
電装置の全体的な構成図である。
【図５】本発明の直列電気化学素子の第３形態による充
電装置の全体的な構成図である。
電装置の全体的な構成図である。
【図６】本発明の変形例による直列電気化学素子の充電
装置の全体的な構成図である。
装置の全体的な構成図である。
【図７】従来の直列電気化学素子の充電装置の全体的な
構成図である。
構成図である。
１０ 電源回路 Ｃ１，Ｃ２ 電気二重層コンデンサ（電気化学素
子） Ｐ１，Ｐ２ 充電制御回路 Ｂ１，Ｂ２ 迂回電流路 Ｌ１，Ｌ２ インダクタ（電力蓄積手段） ＣＯ１，ＣＯ２ 比較器 ＭＭ１，ＭＭ２ 単安定マルチバイブレータ Ｓ１，Ｓ２ スイッチング素子 Ｖｒ１，Ｖｒ２ 基準電圧源（基準電圧）
子） Ｐ１，Ｐ２ 充電制御回路 Ｂ１，Ｂ２ 迂回電流路 Ｌ１，Ｌ２ インダクタ（電力蓄積手段） ＣＯ１，ＣＯ２ 比較器 ＭＭ１，ＭＭ２ 単安定マルチバイブレータ Ｓ１，Ｓ２ スイッチング素子 Ｖｒ１，Ｖｒ２ 基準電圧源（基準電圧）
フロントページの続き (72)発明者 若尾 正一 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 (72)発明者 大石 浩二 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 電源回路（１０）の出力端子間に充電対
象の複数の電気化学素子（Ｃ１，Ｃ２）を直列に接続
し、これら電気化学素子（Ｃ１，Ｃ２）の個々の端子間
にそれぞれ充電制御回路（Ｐ１，Ｐ２）を接続してな
り、該電気化学素子（Ｃ１，Ｃ２）が基準電圧（Ｖｒ
１，Ｖｒ２）に達すると該電気化学素子（Ｃ１，Ｃ２）
に接続された迂回電流路（Ｂ１，Ｂ２）を介して該充電
電流を迂回させるように該充電制御回路（Ｐ１，Ｐ２）
を構成した直列電気化学素子の充電装置において、迂回
した該充電電流による電力を蓄積する電力蓄積手段（Ｌ
１，Ｌ２）を該迂回電流路（Ｂ１，Ｂ２）に接続し、該
電力蓄積手段（Ｌ１，Ｌ２）に蓄積された電力を該電気
化学素子（Ｃ１，Ｃ２）へ供給するように構成したこと
を特徴とする直列電気化学素子の充電装置。 - 【請求項２】 前記電気化学素子は大容量の電気二重層
コンデンサであって前記電力蓄積手段（Ｌ１，Ｌ２）を
インダクタとし、前記充電制御回路（Ｐ１，Ｐ２）は、
該電気二重層コンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）の端子電圧と前
記基準電圧（Ｖｒ１，Ｖｒ２）と比較する比較器（ＣＯ
１，ＣＯ２）によってスイッチング素子（Ｓ１，Ｓ２）
を駆動して前記迂回電流路（Ｂ１，Ｂ２）を開閉し、該
コンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）の端子電圧が該基準電圧（Ｖ
ｒ１，Ｖｒ２）に達するとスイッチング素子（Ｓ１，Ｓ
２）をオン状態にして該迂回電流路（Ｂ１，Ｂ２）を閉
状態にし、前記充電電流による電力を該インダクタ（Ｌ
１，Ｌ２）に蓄積してなることを特徴とする請求項１記
載の直列電気化学素子の充電装置。 - 【請求項３】 前記比較器（ＣＯ１，ＣＯ２）がヒステ
リシス特性を有してなることを特徴とする請求項２記載
の直列電気化学素子の充電装置。 - 【請求項４】 前記比較器（ＣＯ１，ＣＯ２）は単安定
マルチバイブレータ（ＭＭ１，ＭＭ２）を介して前記ス
イッチング素子（Ｓ１，Ｓ２）を駆動してなることを特
徴とする請求項２または３に記載の直列電気化学素子の
充電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08050587A JP3087823B2 (ja) | 1996-03-07 | 1996-03-07 | 直列電気化学素子の充電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08050587A JP3087823B2 (ja) | 1996-03-07 | 1996-03-07 | 直列電気化学素子の充電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09247851A true JPH09247851A (ja) | 1997-09-19 |
| JP3087823B2 JP3087823B2 (ja) | 2000-09-11 |
Family
ID=12863116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08050587A Expired - Fee Related JP3087823B2 (ja) | 1996-03-07 | 1996-03-07 | 直列電気化学素子の充電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3087823B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008289234A (ja) * | 2007-05-16 | 2008-11-27 | Hitachi Vehicle Energy Ltd | セルコントローラ、電池モジュールおよび電源システム |
| KR101148010B1 (ko) * | 2010-03-31 | 2012-05-24 | 국민대학교산학협력단 | 스토리지 커패시터를 이용한 충전 모듈 |
| US11411398B2 (en) | 2020-06-30 | 2022-08-09 | Eaton Intelligent Power Limited | Arrangement, circuit breaker and precharging device for a DC power network |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8198869B2 (en) * | 2008-03-12 | 2012-06-12 | Linear Technology Corporation | System and method for charging capacitors using automatic cell balancing |
-
1996
- 1996-03-07 JP JP08050587A patent/JP3087823B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008289234A (ja) * | 2007-05-16 | 2008-11-27 | Hitachi Vehicle Energy Ltd | セルコントローラ、電池モジュールおよび電源システム |
| US8264204B2 (en) | 2007-05-16 | 2012-09-11 | Hitachi Vehicle Energy, Ltd. | Cell controller, battery module and power supply system |
| US9048667B2 (en) | 2007-05-16 | 2015-06-02 | Hitachi Automotive Systems, Ltd. | Cell controller, battery module and power supply system |
| KR101148010B1 (ko) * | 2010-03-31 | 2012-05-24 | 국민대학교산학협력단 | 스토리지 커패시터를 이용한 충전 모듈 |
| US11411398B2 (en) | 2020-06-30 | 2022-08-09 | Eaton Intelligent Power Limited | Arrangement, circuit breaker and precharging device for a DC power network |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3087823B2 (ja) | 2000-09-11 |
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Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080714 Year of fee payment: 8 |
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