JPWO2012001810A1

JPWO2012001810A1 - 薄膜キャパシタ充電装置

Info

Publication number: JPWO2012001810A1
Application number: JP2012522409A
Authority: JP
Inventors: 清水　幹治; 幹治清水
Original assignee: JAPAN SILICON ELECTRONICS TECHNOLOGY INC.; Enzo Planning Co Ltd; TAKANASHI Kazuhiko
Current assignee: JAPAN SILICON ELECTRONICS TECHNOLOGY INC.; Enzo Planning Co Ltd; TAKANASHI Kazuhiko
Priority date: 2010-07-01
Filing date: 2010-07-01
Publication date: 2013-08-22
Also published as: EP2590294A1; WO2012001810A1; US20130154580A1; CN103155338A

Abstract

薄膜キャパシタの充電時の過大電流防止を安価な構成で行うことを可能とする。複数の薄膜キャパシタに直流電流を供給する直流電源ＤＣと、それぞれの薄膜キャパシタに直列接続されて直流電源ＤＣから薄膜キャパシタに供給される直流電流の電流値を制限する抵抗器と、キャパシタに直列接続され、一方の接点の選択時は薄膜キャパシタの両端を短絡し直列接続を行い、他方の接点選択時は並列接続として直流電流を抵抗器に通して薄膜キャパシタＣに供給する直列と並列の系統切替スイッチＳＷとを有し、充電時操作スイッチＳＷ１と放電時操作スイッチＳＷ２を切り替えて、充電時には並列で薄膜キャパシタＣに供給される電流を抵抗により抑制し、放電時には直列接続で抵抗器に関係なく放電可能とした。

Description

本発明は、薄膜キャパシタ充電装置に関する。

薄膜キャパシタは、電極材と誘電体との界面に形成される集電体に蓄積される電気エネルギーを利用するもので、数千ファラッドオーダの電気容量を瞬時に充放電できる大容量コンデンサである。
用途としては、メモリバックアップ用の小容量品から、電気自動車のパワーアシスト用としての中容量品、そして電気自動車のパワー供給などの電力貯蔵用蓄電池代替としての大容量品まで幅広く利用可能である。

このような薄膜キャパシタの単位キャパシタ（セルともいう）の耐電圧は、その構成要素である誘電体、すなわち電子とホールを分離する絶縁体の耐電圧で決まり、材質、薄膜厚さ、均一度等に依存し、例えば、チタン酸バリウム系誘電体の場合約２００Ｖである。
なお、薄膜キャパシタは、誘電体の耐電圧以上の電圧を印加すると破損する虞があるため、高電圧を要求される用途においては、複数個の単位キャパシタを直列接続して用いる。

薄膜キャパシタの構造としては、電極と集電体及び誘電体が平板状に形成される平板型となっているが、電極と誘電体を交互に積層するバイポーラ構造をとることができ、高電圧用途に適する。
例えば、平板型構造の薄膜キャパシタでは、４０〜５０セル積層した耐電圧４００Ｖクラスのユニットが開発されている。
なお、中容量、大容量の電力貯蓄用途では、ユニットを並列、直列に組み合わせたモジュールが適用される。

薄膜キャパシタＣは、急峻な充放電を得意としているため、短時間に大電流を必要とする直流負荷に利用されることが多い。
一方充電時には単体キャパシタにそれぞれ大電流が供給され急速な充電が可能となる。
充電時には個々の薄膜キャパシタに特性に合わせた抵抗Ｒ１を付設し最適な電圧に調整して過電圧による破壊を抑えた形態で充電を行う。

一般ではキャパシタの充放電に関する技術としては、例えば特許文献１に開示されたものがある。
特開２００４−２１５３３２号公報

ところが、薄膜キャパシタＣの初期充電を行う際、直流電源ＤＣと薄膜キャパシタＣを直接接続すると、大電流が流れ、薄膜キャパシタＣの直流電流の許容電流値を超えてしまうことがあった。
そのため従来は定電流制御機能を付加した充電回路（図示省略）を設けており、装置が高価なものになっていた。

このようなことから本発明は、薄膜キャパシタの初期充電時の過大電流防止を安価な構成で行うことが可能な薄膜キャパシタ充電装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため請求項１に係る発明では、
直流回路に用いられる薄膜キャパシタの充電を行う薄膜キャパシタ充電装置であって、前記薄膜キャパシタに直流電流を供給する直流電源と、前記薄膜キャパシタに直列接続されて前記直流電源から前記薄膜キャパシタに供給される直流電流の電流値を制限する電流制限手段としての抵抗器と、各薄膜キャパシタに直列に付設した系統選択スイッチにより充電時の並列接続か放電時の直列接続かの選択を行える回路とした。
充電時には過大電流を抑制する抵抗器と個々の薄膜キャパシタが接続され、個々のキャパシタに並列に充電が行え、放電時には抵抗とは関係なく各薄膜キャパシタが直列接続され必要な電圧、電流を得ることを特徴とする。

なお本発明は薄膜キャパシタの充電を最適に行えることを要綱とし、放電時は各システムにより最適な制御が必要となるが、そのための初期キャパシタ電源として提供するものである。

上述した本発明に係る薄膜キャパシタ充電装置によれば、直流回路に適用する薄膜キャパシタに過大電流防止用回路を直列接続したことにより、薄膜キャパシタの初期充電時には、まず、直流電源から抵抗器、薄膜キャパシタへと電流が流れることとなり、抵抗器によって薄膜キャパシタへ流れる電流を抑制することができる。

そして、薄膜キャパシタの充電電圧が設定値に達した時点で操作スイッチをＯＦＦして初期充電を完了する。
従って、定電流制御機能を付加した充電回路などの高価な装置を使用することなく薄膜キャパシタの初期充電が行えるため、初期充電時に薄膜キャパシタに流れ込む過大電流を安価な構成で防ぐことが可能になった。

実施例１に係る薄膜キャパシタ充電装置の概略構成を示す回路図である。

１薄膜キャパシタ充電装置の回路図
２電流計
３電圧計
Ｃ１〜Ｃ３第１〜第３薄膜キャパシタ
ＤＣ直流電源
Ｒ１〜Ｒ３第１〜第３抵抗器
ＳＷ１、ＳＷ２操作スイッチ
ＳＷ１１〜ＳＷ１６系統切替スイッチ

以下、本発明に係る薄膜キャパシタ充電装置の好適な実施の形態について、以下に示す実施例により詳細に説明する。

本発明の第１の実施例を図１に基づいて説明する。
図１は本実施例に係る薄膜キャパシタを３個使用した充電装置の概略を示す回路図である。

本実施例において、直流電源ＤＣ（例えば、１００Ｖ）から、操作スイッチＳＷ１の切り替えにより充電の開始および停止を行うこととした。
各第１〜第３薄膜キャパシタＣ１〜Ｃ３にはそれぞれの電流を制限する第１〜第３抵抗器Ｒ１〜Ｒ３が直接接続されている。
また各第１〜第３薄膜キャパシタＣ１〜Ｃ３に直接接続された系統切替スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１６により、接点Ａ側の選択で各並列接続し、接点Ｂ側の選択で直列接続を行う回路とした。

本実施例は、放電側スイッチである操作スイッチＳＷ２をＯＦＦし、各第１〜第３薄膜キャパシタＣ１〜Ｃ３を並列接続で選択し、充電用スイッチである操作スイッチＳＷ１をＯＮすれば、それぞれの第１〜第３薄膜キャパシタＣ１〜Ｃ３が補助抵抗である第１〜第３抵抗器Ｒ１〜Ｒ３を第１〜第３薄膜キャパシタＣ１〜Ｃ３と直列に接続することになり、第１〜第３薄膜キャパシタＣ１〜Ｃ３の初期充電時の過大電流を防止するものである。

充電が完了すれば充電時の操作スイッチＳＷ１をＯＦＦとし、各系統切替スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１６でＢ接点側つまり第１〜第３薄膜キャパシタＣ１〜Ｃ３を直列接続を行う放電側に選択し、放電時の操作スイッチＳＷ２をＯＮすれば各第１〜第３薄膜キャパシタＣ１〜Ｃ３は直列に接合されキャパシタ電源として動作を行える。

本発明は、直流回路に適用される薄膜キャパシタ充電装置に利用可能である。

Claims

直流回路に用いられる薄膜キャパシタの充電を行う薄膜キャパシタ充電装置であって、
前記薄膜キャパシタに直流電流を供給する直流電源と、
前記薄膜キャパシタに直列接続されて前記直流電源から前記薄膜キャパシタに供給される直流電流の電流値を制限する抵抗器と、
薄膜キャパシタに接続され、並列と直列の選択を行う系統切替スイッチにより全薄膜キャパシタを充電時の電流を制限する抵抗に接続し並列で充電を可能とし、放電時には全薄膜キャパシタが直列に接続して放電を行えることを特徴とする薄膜キャパシタ充電装置。