WO2004051821A1

WO2004051821A1 - 電気二重層コンデンサの充電回路

Info

Publication number: WO2004051821A1
Application number: PCT/JP2003/014584
Authority: WO
Inventors: Shinichi Ookubo; Atsushi Matsuoka; Syuichi Ishii
Original assignee: Max Co., Ltd.
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2003-11-17
Publication date: 2004-06-17
Also published as: AU2003280825A1; JP2004180470A

Abstract

充電電源BAT1と電気二重層コンデンサC1との間に二個の抵抗R1,R2を並列接続し、一方の抵抗R2にFET　Q1を直列接続する。FET　Q1のゲートをFET　Q2のドレインに接続し、電気二重層コンデンサの端子間電圧を抵抗R3,R4によって分圧した電圧をFET　Q2のゲートヘ印加する。充電開始時には抵抗R1を通じて電気二重層コンデンサヘ電流が流れ、電気二重層コンデンサの電位がある程度上昇して充電電流が低下するとFET　Q1,Q2がオンし、二個の抵抗R1,R2が並列動作する。これにより、充電電流が再度上昇して充電時間が短縮され、電力消費も低減される。

Description

電気二重層コンデンサの充電回路技術分野

この発明は、電気二重層コンデンサの充電回路に関するものであり、特に、小型化と高効率化を図った電気二重層コンデンサの充電回路に関するもので明

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背景技術

図 6は、最も簡単な二次電池充電回路を示し、充電電源 BAT1と二次電池 C1との間に電流制限用の抵抗 R1を直列に揷入したものである。リチウム二次電池やエッケルカドミゥム二次電池は、満充電電圧と放電終止電圧との差が小さいので充電中の充電電流の変化も比較的小さく、図 6の回路でも問題は生じないが、電気二重層コンデンサは 0Vまで放電するので電圧の変動幅が大きく、電気二重層コンデンサを充電する場合は、図 7に示すように電気二重層コンデンサの電位が上昇するにつれて充電電流が減少する。したがって、充電に時間がかかるとともに充電電源の電力損失が大きく、電気二重層コンデンサ充電時の電力効率は約 50 パーセント程度にとどまる。よって、電気二重層コンデンサには定電流充電が適しており、定電流回路により充電電流の低下を抑制すれば電力損失が減少し、充電にかかる時間も短縮されて効率が向上する（例えば、特開平 0 7— 0 8 7 6 6 8号公報参照）。

図 8は定電流充電回路の一例を示し、充電電源 BAT1と電気二重層コンデンサ C1などの被充電体の電位差に応じて動作するトランジスタ Q2によって電流制御トランジスタ Q1のベース電圧を制御し、電流制御トランジスタ Q1によって図 9 に示すように充電電源から被充電体へ供給される電流を一定にしている。また、他の回路例としては電流制御トランジスタをパルス幅変調回路により制御して、さらに充電電流を高精度に制御するようにした充電回路も提案されている（特開 2 0 0 2 - 1 0 1 5 6 7号公報参照）。

例えば手持ち電動工具などに駆動電源として電気二重層コンデンサを搭載すればより小型軽量ィヒできるが、抵抗のみによる充電回路では充電時間がかかり充電効率が悪いので実用性が低い。一方、定電流充電回路は充電時間が短く充電効率もよいが、充電中は常に電流制御トランジスタトランジスタがオンしているので、トランジスタの熱を発散させるためのヒートシンクや冷却ファンなどが必要になって回路規模が大型化し、重量も増加して電気二重層コンデンサによる小型軽量化という利点が減殺されてしまう。発明の開示

そこで、電気二重層コンデンサの充電に適した高効率且つ小規模の充電回路を提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は上記課題を解決することを目的とする。

この発明は、上記目的を達成するために提案するものであり、充電電源と電気二重層コンデンサとの間に二個の抵抗を並列接続し、一方の抵抗にスイツチ素子を直列接続し、電気二重層コンデンサの端子間電圧に応じて.前記スィツチ素子をオンオフさせる制御回路を設け、電気二重層コンデンサの端子間電圧の上昇に伴い前記スィツチ素子がオンするように構成した電気二重層コンデンサの充電回路を提供するものである。

また、充電電源と電気二重層コンデンサとの間に三個以上の抵抗を並列接続し、一つの抵抗以外の抵抗にそれぞれスィッチ素子を直列接続し、電気二重層コンデンサの端子間電圧に応じて複数のスィッチ素子を個別にオンオフさせる制御回路を設けるとともに複数のスィツチ素子のオンオフ閾値を相違させ、電気二重層コンデンサの端子間電圧の上昇に伴い、前記複数のスィツチ素子が順次ォンするように構成した電気二重層コンデンサの充電回路を提供するものである。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施の一形態を示し、充電回路の回路図。図 2は、図 1の充電回路による充電電流グラフ。

図 3は、他の実施形態を示し、充電回路の回路図。

図 4は、他の実施形態を示し、充電回路の回路図。

図 5は、図 3、図 4の充電回路による充電電流のグラフ。

図 6は、従来例を示し、充電回路の回路図。

図 7は、図 6の充電回路による充電電流のグラフ。

図 8は、従来例を示し、定電流充電回路の回路図。

図 9は、図 8の定電流充電回路による充電電流のグラフ。なお、図中の符号、 C1は電気二重層コンデンサ、 BAT1は充電電源、 Ql、 Q2、 Q3、および Q4は FET、 Rl、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6、 R7、 R8、および R9は抵抗を示す。発明を実施するための最良の形態

以下、この発明の実施の一形態を図に従って詳述する。図 1は電気二重層コンデンサの充電回路を示し、充電用電池 BAT1と電気二重層コンデンサ C1との間に二個の抵抗 Rl， R2を並列接続し、一方の抵抗 R2へ P形の FET Q1を直列接続し、 FET Q1のゲート電圧を N形の FET Q2によって制御する。 FET Q2のゲートには電気二重層コンデンサ C1の端子間電圧を抵抗 R3, R4によつて分圧した電圧が印加され、 FET Q²のオンオフ閾値は電気二重層コンデンサ C1の満充電電圧以下の或る値に設定されていて、電気二重層コンデンサ C1の端子間電圧が設定値に達すると、 FET Q2がオンして FET Q2が FET Q1をオンさせる。

充電開始時には、電気二重層コンデンサ C1の端子間電圧が低いので FET

Q2はオフしており、 FET Q1は抵抗 R5を介したゲート電圧によりオフしている。電気二重層コンデンサ C1の充電がある程度進行して端子間電圧を抵抗 R3, R4によつて分圧した電圧が FET Q2の動作設定値に達すると、 FET Q2がオンしてドレインからソースへ電流が流れ、これにより FET Q1のゲート電圧が低下して FET Q1がオンし、 FET Q1及び抵抗 R2の回路がオンする。これにより、二個の抵抗 Rl, R2へ電流が流れ、合成抵抗値の低下により充電電流が上昇する。

図 2は充電電流のグラフであり、充電開始時から充電電流が低下していくが、二個の FET Ql， Q2がオンした時点 tlで充電電流が再び上昇し、充電電流の低下を補償して充電する。このように、充電中に充電回路の抵抗値を下げることにより充電電流を増大させて充電時間を短縮し、電力効率の向上を図っている。

上記の充電回路は抵抗値を二段階に切換えているが、さらに多段化すればより充電電流の変動を少なくすることができる。図 3は抵抗値を三段階に切換える回路例を示し、図 1の回路の FET Q1及び抵抗 R2の回路と並列に P形の FET Q3 と抵抗 R⁶の回路を設け、 FET Q³を N形の FET Q4にて制御する構成としている。 FE T Q4は、 FET Q2と同様に電気二重層コンデンサ C1の端子間電圧を抵抗 R7と抵抗 R8 とによって分圧した電圧に応じてオンオフ作動し、 FET Q4がオンしたときに充電用電池 BAT1からゲート入力抵抗（図 4においては R8) を介して FET Q3のゲートに印加されている電圧が低下して FET Q3がオンし、 FET Q3及び抵抗 R6の回路がォンする。そして、抵抗 R3， R4の分圧比と抵抗 R7， R8の分圧比を相違させることにより、 FET Q2と FET Q4のオンオフ閾値を相違させて抵抗値を三段階に切換えるようにしている。

図 4は図 3の充電回路の変形例であり、 FET Q1を制御する FET Q2を抵抗 R3+R7と抵抗 R 4とによって分圧した電圧によって動作させ、 FET Q3を制御する F ET Q4を抵抗 R7と抵抗 R3+R4とによつて分圧した電圧によつて動作させることにより、図 3の充電回路と同様に抵抗値を三段階に切換えるようにしたものである図 5は図 3または図 4の充電回路による充電電流のグラフであり、充電を開始して電気二重層コンデンサ C1の端子間電圧がある程度上昇して充電電流が低下したときに、先ず FET Q2がオンして FET Q1及び抵抗 R2の回路がオンし、抵抗 Rl, R2が並列動作することにより充電電流が上昇する（tl)。その後にさらに電気二重層コンデンサ C1の端子間電圧が上昇すると、 FET Q4がオンして FET Q3及び抵抗 R6の回路がオンし (t2)、抵抗 Rl， R2, R6が並列動作することにより充電電流が再び上昇して充電を継続する。尚、この発明は上記の実施形態に限定するものではなく、この発明の技術的範囲内において種々の改変が可能であり、この発明がそれらの改変されたものに及ぶことは当然である。産業上の利用可能性

以上説明したように、本発明の電気二重層コンデンサの充電回路は、電気二重層コンデンサの電位に応じて充電回路の電流制限用抵抗の抵抗値を切換えることによって充電電流の低下を抑制するので、充電時間が短縮されるとともに充電電力の効率が向上する。また、抵抗によって充電電流を制御する構成であるのでトランジスタを用いた定電流充電回路よりも小型軽量化し、スペースに余裕がない小型電気機具などへ搭載することが可能となる。また、電流制限用抵抗を三個或いはそれ以上並列に設けて段階的に切換えるように構成することにより、充電電流の変動をさらに低減でき、より一層充電効率が向上する。

Claims

請求の範囲

1. 充電電源と電気二重層コンデンサとの間に並列接続された二個の抵抗と一方の抵抗に直列接続されたスィツチ素子と、

電気二重層コンデンサの端子間電圧に応じて前記スィツチ素子をオンォフさせ、電気二重層コンデンサの端子間電圧の上昇に伴い前記スィツチ素子をォンさせる制御回路と、

からなる、電気二重層コンデンサの充電回路 2. 充電電源と電気二重層コンデンサとの間に並列接続された三個以上の抵杭と、

一つの抵抗以外の抵抗にそれぞれ直列接続されたスィッチ素子と、電気二重層コンデンサの端子間電圧に応じて前記複数のスィツチ素子を個別にオンオフさせる制御回路と、からなり、

複数のスィッチ素子のオンオフ閾値を相違させることにより、電気二重層コンデンサの端子間電圧の上昇に伴い、前記複数のスィツチ素子が順次オンする、ことを特徴とする、電気二重層コンデンサの充電回路