JP2014050280A - 充電装置および充電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】急速充電が可能な充電装置を実現する。
【解決手段】キャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒの中で最も容量の小さいキャパシタ素子Ｃｒの端子間電圧Ｖｒが耐電圧Ｖｈに達するまでキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒを直列接続して充電を行い、端子間電圧Ｖｒが耐電圧Ｖｈに達すると、キャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒを並列接続し、キャパシタ素子Ｃｒの電荷を他のキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎに移動させ、電荷流出によりキャパシタ素子Ｃｒの端子間電圧Ｖｒが満充電電圧Ｖａまで低下すると、再びキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒを直列接続して充電を行い、端子間電圧Ｖｒが耐電圧Ｖｈに達すると、キャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒを並列接続する直並列切り替え動作を繰り返し行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、急速充電が可能な充電装置および充電方法に関する。

近年、電気二重層コンデンサを備えた充電装置が各種開発されている。例えば特許文献１には、複数の電気二重層コンデンサを一定周期毎に直並列接続する切り換え制御を行い、複数の電気二重層コンデンサが直列接続されている場合に充電し、一方、複数の電気二重層コンデンサが並列接続されている場合に充電電圧を監視しておき、充電電圧が基準電圧を超えると充電停止する充電装置が開示されている。

特許第３７３８６１７号公報

ところで、上記特許文献１に開示の技術では、複数の電気二重層コンデンサを一定周期毎に直並列接続する切り換え制御を行い、複数の電気二重層コンデンサが直列接続されている場合に充電する為、連続的な充電動作を行えず、急速充電することが出来ないという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、急速充電することができる充電装置および充電方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の充電装置は、複数のキャパシタ素子の中で最も容量の小さい第１のキャパシタ素子の端子間電圧を監視する監視手段と、前記監視手段により監視される前記第１のキャパシタ素子の端子間電圧が第１の電圧に達するまで前記複数のキャパシタ素子を直列接続して充電する直列充電手段と、前記監視手段により監視される前記第１のキャパシタ素子の端子間電圧が第１の電圧に達した場合に、前記複数のキャパシタ素子を並列接続し、当該第１のキャパシタ素子の端子間電圧を他のキャパシタ素子の端子間電圧に近づける並列放電手段と、前記監視手段により監視される前記第１のキャパシタ素子の端子間電圧が第２の電圧まで低下すると、前記直列充電手段により前記複数のキャパシタ素子を直列接続させて充電を行い、前記第１のキャパシタ素子の端子間電圧が第１の電圧に到達すると、前記並列放電手段により前記複数のキャパシタ素子を並列接続させて前記第１のキャパシタ素子の端子間電圧を他のキャパシタ素子の端子間電圧に近づける直並列切り替え動作を繰り返し行わせる直並列切り替え手段とを具備することを特徴とする。

本発明では、急速充電することができる。

実施の一形態による充電装置１０の概略構成を示す回路図である。 充電時に形成される直列回路を示す図である。 充電初期状態における各キャパシタ素子の端子間電圧の立ち上がり特性を示すグラフである。 充電完了時に形成される並列回路を示す図である。 直列回路から並列回路に切り換えられた時の充放電特性を示すグラフである。 図５に図示した充放電特性の拡大図である。 並列回路の等価回路を示す図である。 充電時の直並列切り替え動作に応じて変化するキャパシタ端子間電圧を示すグラフである。 充電装置１０の具体的な構成を説明する為の全体回路図である。 図９の回路要素１０−３をＬＳＩ化した構成を示す回路図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、実施の一形態による充電装置１０の概略構成を示す回路図である。充電装置１０は、図示されていない電源側（電力入力端側）と負荷側（蓄積電力供給側）との間に設けられるスイッチ素子ＳＷ１１〜ＳＷ１ｎ、スイッチ素子ＳＷ２１〜ＳＷ２ｎ、スイッチ素子３０、キャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒおよび電圧監視部２０から構成される。

スイッチ素子ＳＷ１１〜ＳＷ１ｎは、非充電時にオフ設定され、充電時にオン設定されてキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒを電源に対して直接接続させる。スイッチ素子ＳＷ２１〜ＳＷ２ｎは、充電時にオフ設定される一方、非充電時にオン設定されてキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒを電源に対して並列接続させる。スイッチ素子３０は、負荷側（蓄積電力供給側）に電力供給する場合にオン設定される。

電気二重層コンデンサを用いるキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒは、充電時にオン設定されるスイッチ素子ＳＷ１１〜ＳＷ１ｎにより直列接続された状態で、図２に図示するように、定電流Ｉ_０が供給される。電圧監視部２０は、常時モニタするキャパシタ素子Ｃｒの端子間電圧Ｖｒに基づきスイッチ素子ＳＷ１１〜ＳＷ１ｎおよびスイッチ素子ＳＷ２１〜ＳＷ２ｎをオンオフ制御し、これにより後述する直並列切り替え動作を繰り返して急速充電を可能にする。

図２に図示するように、充電時においては、オン設定されるスイッチ素子ＳＷ１１〜ＳＷ１ｎによりキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒが直列接続されて直列充電回路を形成し、この直列充電回路に電源側から定電流Ｉ_０が供給される。各キャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒの容量が同一ならば、それぞれの端子間電圧は同一となるが、各キャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒの容量が異なると、次式（１）で表す通り、容量の逆数に比例した端子間電圧が生じる。
Ｑ＝Ｃ１Ｖ１＝Ｃ２Ｖ２＝・・・ＣｎＶｎ＝ＣｒＶｒ…（１）

端子間電圧が一定の電圧（耐電圧）を超えると、電気二重層キャパシタの電解液が劣化して極端に寿命が短くなる為、端子間電圧を耐電圧以下に抑える必要がある。当然のことながら、端子間電圧Ｖ＝電荷Ｑ／容量Ｃであるから、容量Ｃの低下は端子間電圧Ｖの増加を意味する。従って、上記（１）式において、最も端子間電圧Ｖが高くなるのは容量Ｃが一番小さなキャパシタであり、他のキャパシタはこの値を超えない。つまり、換言すれば、容量Ｃが一番小さなキャパシタの端子間電圧Ｖだけを監視し、他のキャパシタの端子間電圧Ｖについては監視する必要が無くなる。

図２に図示する直列充電回路に定電流Ｉ_０を供給して充電し始める過渡状態では、図３に図示するように、最も容量の小さいキャパシタＣｒの端子間電圧の上がり方が最も大きくなる。すなわちＣｒ＜Ｃ１＜Ｃ３＜Ｃ２＜Ｃｎであれば、この中で最も容量の小さいキャパシタＣｒの端子間電圧が、所定電圧Ｖａに到達する時間が最短となる。

所定電圧Ｖａに到達した時点では、スイッチ素子ＳＷ１１〜ＳＷ１ｎをオフ設定すると共に、スイッチ素子ＳＷ２１〜ＳＷ２ｎをオン設定することによって、図４に図示するように、全てのキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒが並列接続され、各キャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒの端子間電圧の均一化を図る。この時、図３に図示した通り、キャパシタ素子Ｃｒの端子間電圧が最も高い電位だから、図５に図示するように、キャパシタ素子Ｃｒの電荷が他のキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎに移動する。

すなわち、キャパシタ素子Ｃｒの端子間電圧が最も高い電位Ｖｈであると、当該キャパシタ素子Ｃｒの端子間電圧は電荷の流出により所定電圧Ｖａに至る放電特性に従って変化し、一方、キャパシタ素子Ｃｒよりも容量の大きい他のキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎでは、電荷の流入により所定電圧Ｖａに至る充電特性に従って変化する。

例えば容量がＣ１＞Ｃ３＞Ｃ２＞Ｃｎ＞・・・＞Ｃｒである場合の過渡応答は、図６に図示する拡大図に示す通り、最も容量の小さいキャパシタ素子Ｃｒの端子間電圧Ｖｈが時刻ｔ１に所定電圧Ｖａに収束する放電特性となり、他のキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎの各端子間電圧は各々の容量に応じた充電特性に従って変化する。所定電圧Ｖａを満充電電圧とした場合に、キャパシタ素子Ｃｒを除く他のキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎに流れる電流は、図７（ａ）に図示する並列回路から明かなように、各キャパシタ素子の端子間電圧および内部抵抗に依存する。

キャパシタ素子Ｃｒを除く他のキャパシタ素子の合成容量をＣａ、合成内部抵抗をＲａとした図７（ｂ）に図示する等価回路では、電荷の移動により各キャパシタ素子の端子間電圧が同じになるから、移動電荷をΔＱとした場合に次式（２）の関係が成立する。
Ｖａ＋ΔＱ／Ｃａ＝Ｖｒ−ΔＱ／Ｃｒ …（２）

移動電荷ΔＱは、キャパシタの時定数により短時間では完全に電荷移動しきれない。電気二重層キャパシタの時定数は０．５秒程度であるため、使用するキャパシタ素子同士の容量に大きな差が無ければ、並列回路における移動電荷ΔＱの放電時定数ｔは次式（３）で表される。
放電時定数ｔ＝ｔ０（１＋１／ｍ−１） …（３）

なお、ｔ０は最小容量のキャパシタ素子Ｃｒの放電時定数、ｍは並列回路を形成するキャパシタ素子の数である。したがって、上記（３）式から分かるように、並列回路を形成するキャパシタ素子の数を表わすｍがある程度多ければ、キャパシタ並列回路の放電時定数ｔは、最小容量のキャパシタ素子Ｃｒの放電時定数ｔ０と見積もることができる。

ところで、各キャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎの平均容量Ｃに対し、最も容量の小さいキャパシタ素子Ｃｒの容量を０．８Ｃとすると、各キャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎの端子間電圧は０．８Ｖｈとなる。ここで、例えばＶｈ＝３．８Ｖとすると、各キャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎの平均端子間電圧は３．０４Ｖとなり、満充電電圧Ｖａ＝３．７Ｖとすれば、キャパシタ並列による平均化によりキャパシタ素子Ｃｒの端子間電圧がＶａに達する時間は時定数より充分短くなる。

つまり、次式（４）に示す条件で表される。
［−（Ｃａ＋Ｃｒ）／（Ｒａ＋Ｒｒ）・Ｃａ・Ｃｒ］＜１／ｔ …（４）
なお、上記（４）式において、Ｃａはキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎの合成容量、Ｒａはキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎの合成内部抵抗、Ｃｒはキャパシタ素子Ｃｒの容量、Ｒｒはキャパシタ素子Ｃｒの内部抵抗、ｔは放電時定数である。

そして、上記（４）式の条件に基づき図７（ｂ）の等価回路に流れる電流ｉを近似式で表現すると、次式（５）で表すことができる。
ｉ＝［（Ｖｈ−Ｖａ）／（Ｒａ＋Ｒｒ）］×
｛１＋［−（Ｃａ＋Ｃｒ）ｔ］／（Ｒａ＋Ｒｒ）・Ｃａ・Ｃｒ｝…（５）

次に、図８を参照して充電動作について説明する。図８は、充電時の直並列切り替え動作に応じて変化するキャパシタ端子間電圧を示すグラフである。この図において、Ｖｈは耐電圧、Ｖａは満充電電圧、Ｖｒは最も容量の小さいキャパシタ素子Ｃｒの端子間電圧、Ｖｆは各キャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎの端子間電圧である。

前述したように、直列充電回路に定電流Ｉ_０を供給して充電を開始すると、最も容量の小さいキャパシタ素子Ｃｒの端子間電圧Ｖｒが最も速く耐電圧Ｖｈに到達する。端子間電圧Ｖｒが耐電圧Ｖｈに到達すると、全てのキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒを並列接続し、キャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎの端子間電圧Ｖｆの均一化を図る。

耐電圧Ｖｈに到達したキャパシタ素子Ｃｒの端子間電圧Ｖｒは、電荷流出により電位が低下し、一方、キャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎの端子間電圧Ｖｆは、電荷流入により電位が上昇する。この電荷移動で並列回路（図７（ｂ）参照）に生じる電流ｉは、上記（５）式から明かなように、耐電圧Ｖｈおよび満充電電圧Ｖａが固定値である為、直線的に減少し、その変化は放電時定数ｔで決まる。

以後、最も容量の小さいキャパシタ素子Ｃｒの端子間電圧Ｖｒが満充電電圧Ｖａに達すると、再び直列回路を形成し、定電流Ｉ_０を供給して充電を行い、端子間電圧Ｖｒが耐電圧Ｖｈに到達すると、全てのキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒを並列接続し、キャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎの端子間電圧Ｖｆの均一化を図る直並列切り替え動作を繰り返す。そして、図８に図示するように、直並列切り替え動作の繰り返しにより並列動作期間Ｔ１〜Ｔｎを進める毎に、キャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎの端子間電圧Ｖｆが満充電電圧Ｖａに達する。

このように、最も容量の小さいキャパシタ素子Ｃｒの端子間電圧Ｖｒが耐電圧Ｖｈに到達する迄、全てのキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒを直列接続して充電を行い、端子間電圧Ｖｒが耐電圧Ｖｈに到達すると、全てのキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒを並列接続し、キャパシタ素子Ｃｒの電荷を他のキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎに移動させ、電荷流出によりキャパシタ素子Ｃｒの端子間電圧Ｖｒが満充電電圧Ｖａまで低下すると、再び全てのキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒを直列接続して充電を行い、端子間電圧Ｖｒが耐電圧Ｖｈに到達すると、全てのキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒを並列接続する直並列切り替え動作を繰り返すことで急速充電が具現する。

実際、最も容量の小さいキャパシタ素子Ｃｒを、他のキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎの容量の８０％とした場合に、満充電電圧Ｖａを３．７Ｖ、耐電圧Ｖｈを３．８Ｖとすると、最初の直列接続充電で電荷Ｑ_０はＣｒ×Ｖｈ＝０．８Ｑ×３．８／３．７＝０．８２Ｑ（Ｑ：満充電時電荷）まで一気に充電できることになる。エネルギー量はその二乗の相関がある為、満充電の６７％程度となる。その後の並列接続による端子間電圧の均一化時間は、キャパシタの時定数と同じ時間とすると、直列接続充電は３．７３Ｖから３．８Ｖ、すなわち１．９％分の電荷を充電することになる。

例えばキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎが９個から構成されている場合には、（１−０．８２）Ｑ×９＝１．６２Ｑの電荷だけを充電すればよいことになる。したがって、直並列切り替え動作の回数（充放電回数）Ｐは、１．６２Ｑ＝０．０１９Ｑ×Ｐなる算出式から８５回以上となる。時定数が最大でも０．５秒程度と想定すると、４３秒以下で満充電するので、急速充電が可能になる。

なお、本実施形態では、電圧監視部２０がキャパシタ素子Ｃｒの端子間電圧Ｖｒに基づきスイッチ素子ＳＷ１１〜ＳＷ１ｎおよびスイッチ素子ＳＷ２１〜ＳＷ２ｎをオンオフ制御して直並列切り替え動作を繰り返すようにしたが、これに限らず電圧監視部２０に直並列切り替え動作の回数（充放電回数）を計数する計数手段を設け、当該計数手段により計数された直並列切り替え動作の回数（充放電回数）が予め設定される回数を超えたらキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎの端子間電圧Ｖｆが満充電電圧Ｖａに達したと見なして直並列切り替え動作を停止させる態様としても構わない。

また、これに替えて、直並列切り替え動作の繰り返しによってキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎの端子間電圧Ｖｆが満充電電圧Ｖａに達するまでの均一化時間を予め計測しておき、直並列切り替え動作を開始してからの経過時間を計時する計時手段を電圧監視部２０に設け、この電圧監視部２０が備える計時手段により計時された経過時間が上記均一化時間に達した時点で、キャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎの端子間電圧Ｖｆが満充電電圧Ｖａに達したと見なして直並列切り替え動作を停止させる態様とすることもできる。

次に、図９〜図１０を参照して充電装置１０の具体的な構成を説明する。図９は、充電装置１０の具体的な構成を説明する為の全体回路図、図１０は図９の回路要素１０−３をＬＳＩ化した場合の一構成例を示す回路図である。図９に図示する充電装置１０の構成は、図１に図示した構成と基本的に同一であり、スイッチ素子ＳＷ１１〜ＳＷ１ｎ、スイッチ素子ＳＷ２１〜ＳＷ２ｎ、スイッチ素子３０、キャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒ、抵抗Ｒ１〜Ｒｎおよび電圧監視部２０を備える。

スイッチ素子ＳＷ１１〜ＳＷ１ｎは、非充電時にオフ設定され、充電時にオン設定されてキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒを電源に対して直接接続させる。スイッチ素子ＳＷ２１〜ＳＷ２ｎは、充電時にオフ設定される一方、非充電時にオン設定されてキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒを電源に対して並列接続させる。スイッチ素子３０は、負荷側（蓄積電力供給側）に電力供給する場合にオン設定される。

電圧監視部２０は、最も容量の小さいキャパシタ素子Ｃｒの端子間電圧Ｖｒに応じてスイッチ素子ＳＷ１１〜ＳＷ１ｎおよびスイッチ素子ＳＷ２１〜ＳＷ２ｎをオンオフ制御してキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒを電源に対して直接又は並列に接続させる。具体的には、モニタ中の端子電圧Ｖｒが耐電圧Ｖｈに到達する迄、全てのキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒを直列接続して充電を行い、端子電圧Ｖｒが耐電圧Ｖｈに到達すると、全てのキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒを並列接続し、キャパシタ素子Ｃｒの電荷を他のキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎに移動させ、電荷流出によりキャパシタ素子Ｃｒの端子電圧Ｖｒが満充電電圧Ｖａまで低下すると、再び全てのキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒを直列接続して充電を行い、端子電圧Ｖｒが耐電圧Ｖｈに到達すると、全てのキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒを並列接続する直並列切り替え動作を繰り返し行わせて急速充電させる。また、抵抗Ｒ１〜Ｒｎは、キャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒを並列接続したときの過電流保護用であり、各抵抗値は、これら抵抗の有無も含めて適宜設定可能である。

上記構成の充電装置１０は、ＬＳＩ化が可能であり、その一例として図９の回路要素１０−３をＬＳＩ化した構成を図１０に図示する。この図に示す回路要素１０−３は、キャパシタ素子Ｃ３、図９中のスイッチ素子ＳＷ１３に相当するトランジスタ素子Ｔｒ３３、図９中のスイッチ素子ＳＷ２４に相当するトランジスタ素子Ｔｒ３２および図９中のスイッチ素子ＳＷ２５に相当するトランジスタ素子Ｔｒ３１とを備える他、これらトランジスタ素子Ｔｒ３１〜Ｔｒ３３をオンオフ制御するトランジスタ素子Ｔｒ３ａ〜Ｔｒ３ｃや、トランジスタ素子Ｔｒ３１〜Ｔｒ３３のゲートに所定電圧を印加させる為の分圧抵抗Ｒ３、Ｒ３１〜Ｒ３３およびツェナーダイオードＺＤ３１〜ＺＤ３３を有する。
さらにこのトランジスタ素子Ｔｒ３ａ〜Ｔｒ３ｃのゲートに直列・並列を切り替える信号が供給されているが、この信号はトランジスタ素子Ｔｒ３ｂのゲートには直接、トランジスタ素子Ｔｒ３ａ及びＴｒ３ｃのゲートには、インバータＩｎａ及びＩｎｃ夫々を介して供給される。

上記構成によれば、トランジスタ素子Ｔｒ３ａ〜Ｔｒ３ｃのゲートを「Ｌ」にすると、トランジスタ素子Ｔｒ３３がオンされ、これによりキャパシタ素子Ｃ３が他のキャパシタ素子（不図示）に直列接続する。一方、トランジスタ素子Ｔｒ３ａ〜Ｔｒ３ｃのゲートを「Ｈ」にすると、トランジスタ素子Ｔｒ３１およびトランジスタ素子Ｔｒ３１がオンされ、これによりキャパシタ素子Ｃ３が他のキャパシタ素子（不図示）に並列接続する。

以上説明したように、本実施形態では、複数のキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒと、複数のキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒを直列接続するスイッチ素子ＳＷ１１〜ＳＷ１ｎと、複数のキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒを並列接続するスイッチ素子ＳＷ１１〜ＳＷ１ｎと、これら複数のキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒの中で最も容量の小さいキャパシタ素子Ｃｒの端子間電圧Ｖｒが耐電圧Ｖｈに到達する迄、スイッチ素子ＳＷ１１〜ＳＷ１ｎにより全てのキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒを直列接続して充電を行い、端子間電圧Ｖｒが耐電圧Ｖｈに到達すると、スイッチ素子ＳＷ１１〜ＳＷ１ｎにより全てのキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒを並列接続し、キャパシタ素子Ｃｒの電荷を他のキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎに移動させ、電荷流出によりキャパシタ素子Ｃｒの端子間電圧Ｖｒが満充電電圧Ｖａまで低下すると、再び全てのキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒを直列接続して充電を行い、端子間電圧Ｖｒが耐電圧Ｖｈに到達すると、全てのキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒを並列接続する直並列切り替え動作を繰り返し実行させるので、急速充電することが出来る。

また、上述した実施形態によれば、複数のキャパシタ素子Ｃ１〜Ｃｎ，Ｃｒの中で最も容量の小さいキャパシタ素子Ｃｒの端子間電圧Ｖｒだけをモニタして直並列切り替え動作を行う為、並列接続された各キャパシタ素子毎の端子間電圧をモニタする並列モニタや保護回路が不要になり、結果的に熱損失を抑えて装置小型化に寄与する効果も奏する。

加えて、近年、二次電池だけでは出力密度が低く、これを補うためにリチウムイオン電池や空気電池にキャパシタを併せ持つ装置も開発されているが、本実施形態はそうした装置にも適用可能であることは言うまでもない。

以上、本発明の実施の一形態について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、本願出願の特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。以下では、本願出願当初の特許請求の範囲に記載された各発明について付記する。

（付記）
［請求項１］
複数のキャパシタ素子の中で最も容量の小さい第１のキャパシタ素子の端子間電圧を監視する監視手段と、
前記監視手段により監視される前記第１のキャパシタ素子の端子間電圧が第１の電圧に達するまで前記複数のキャパシタ素子を直列接続して充電する直列充電手段と、
前記監視手段により監視される前記第１のキャパシタ素子の端子間電圧が第１の電圧に達した場合に、前記複数のキャパシタ素子を並列接続し、当該第１のキャパシタ素子の端子間電圧を他のキャパシタ素子の端子間電圧に近づける並列放電手段と、
前記監視手段により監視される前記第１のキャパシタ素子の端子間電圧が第２の電圧まで低下すると、前記直列充電手段により前記複数のキャパシタ素子を直列接続させて充電を行い、前記第１のキャパシタ素子の端子間電圧が第１の電圧に到達すると、前記並列放電手段により前記複数のキャパシタ素子を並列接続させて前記第１のキャパシタ素子の端子間電圧を他のキャパシタ素子の端子間電圧に近づける直並列切り替え動作を繰り返し行わせる直並列切り替え手段と
を具備することを特徴とする充電装置。

［請求項２］
前記直列切り替え手段は、
直並列切り替え動作の回数を計数する計数手段と、
この計数手段により計数された直並列切り替え動作の回数が予め設定される所定回数を超えた場合に、前記第１のキャパシタ素子以外の他のキャパシタ素子の端子間電圧が前記第２の電圧に達したと見なして直並列切り替え動作を停止させる停止手段と
を更に備えることを特徴とする請求項１記載の充電装置。

［請求項３］
前記直列切り替え手段は、
直並列切り替え動作を開始してからの経過時間を計時する計時手段と、
この計時手段により計時された経過時間が予め設定される所定時間を超えた場合に、前記第１のキャパシタ素子以外の他のキャパシタ素子の端子間電圧が前記第２の電圧に達したと見なして直並列切り替え動作を停止させる停止手段と
を更に備えることを特徴とする請求項１記載の充電装置。

［請求項４］
複数のキャパシタ素子の中で最も容量の小さい第１のキャパシタ素子の端子間電圧を監視する監視過程と、
前記監視過程にて監視される前記第１のキャパシタ素子の端子間電圧が第１の電圧に達するまで前記複数のキャパシタ素子を直列接続して充電する直列充電過程と、
前記監視手段にて監視される前記第１のキャパシタ素子の端子間電圧が第１の電圧に達した場合に、前記複数のキャパシタ素子を並列接続し、当該第１のキャパシタ素子の端子間電圧を他のキャパシタ素子の端子間電圧に近づける並列放電過程と、
前記監視手段にて監視される前記第１のキャパシタ素子の端子間電圧が第２の電圧まで低下すると、前記直列充電過程により前記複数のキャパシタ素子を直列接続させて充電を行い、前記第１のキャパシタ素子の端子間電圧が第１の電圧に到達すると、前記並列放電過程により前記複数のキャパシタ素子を並列接続させて前記第１のキャパシタ素子の端子間電圧を他のキャパシタ素子の端子間電圧に近づける直並列切り替え動作を繰り返し行わせる直並列切り替え過程と
を具備することを特徴とする充電方法。

１０ 充電装置
ＳＷ１１〜ＳＷ１ｎ、ＳＷ２１〜ＳＷ２ｎ、ＳＷ３０ スイッチ素子
２０ 電圧監視部

Claims (4)

1. 複数のキャパシタ素子の中で最も容量の小さい第１のキャパシタ素子の端子間電圧を監視する監視手段と、
   前記監視手段により監視される前記第１のキャパシタ素子の端子間電圧が第１の電圧に達するまで前記複数のキャパシタ素子を直列接続して充電する直列充電手段と、
   前記監視手段により監視される前記第１のキャパシタ素子の端子間電圧が第１の電圧に達した場合に、前記複数のキャパシタ素子を並列接続し、当該第１のキャパシタ素子の端子間電圧を他のキャパシタ素子の端子間電圧に近づける並列放電手段と、
   前記監視手段により監視される前記第１のキャパシタ素子の端子間電圧が第２の電圧まで低下すると、前記直列充電手段により前記複数のキャパシタ素子を直列接続させて充電を行い、前記第１のキャパシタ素子の端子間電圧が第１の電圧に到達すると、前記並列放電手段により前記複数のキャパシタ素子を並列接続させて前記第１のキャパシタ素子の端子間電圧を他のキャパシタ素子の端子間電圧に近づける直並列切り替え動作を繰り返し行わせる直並列切り替え手段と
   を具備することを特徴とする充電装置。
2. 前記直列切り替え手段は、
   直並列切り替え動作の回数を計数する計数手段と、
   この計数手段により計数された直並列切り替え動作の回数が予め設定される所定回数を超えた場合に、前記第１のキャパシタ素子以外の他のキャパシタ素子の端子間電圧が前記第２の電圧に達したと見なして直並列切り替え動作を停止させる停止手段と
   を更に備えることを特徴とする請求項１記載の充電装置。
3. 前記直列切り替え手段は、
   直並列切り替え動作を開始してからの経過時間を計時する計時手段と、
   この計時手段により計時された経過時間が予め設定される所定時間を超えた場合に、前記第１のキャパシタ素子以外の他のキャパシタ素子の端子間電圧が前記第２の電圧に達したと見なして直並列切り替え動作を停止させる停止手段と
   を更に備えることを特徴とする請求項１記載の充電装置。
4. 複数のキャパシタ素子の中で最も容量の小さい第１のキャパシタ素子の端子間電圧を監視する監視過程と、
   前記監視過程にて監視される前記第１のキャパシタ素子の端子間電圧が第１の電圧に達するまで前記複数のキャパシタ素子を直列接続して充電する直列充電過程と、
   前記監視手段にて監視される前記第１のキャパシタ素子の端子間電圧が第１の電圧に達した場合に、前記複数のキャパシタ素子を並列接続し、当該第１のキャパシタ素子の端子間電圧他のキャパシタ素子の端子間電圧に近づける並列放電過程と、
   前記監視手段にて監視される前記第１のキャパシタ素子の端子間電圧が第２の電圧まで低下すると、前記直列充電過程により前記複数のキャパシタ素子を直列接続させて充電を行い、前記第１のキャパシタ素子の端子間電圧が第１の電圧に到達すると、前記並列放電過程により前記複数のキャパシタ素子を並列接続させて前記第１のキャパシタ素子の端子間電圧を他のキャパシタ素子の端子間電圧に近づける直並列切り替え動作を繰り返し行わせる直並列切り替え過程と
   を具備することを特徴とする充電方法。

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