使用电容器的蓄电装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术的蓄电装置，在充电时，将蓄电单元的各电路组件的多个电容器串联连接并启动充电，蓄电单元的输出电压达到直流－交流变换单元的输入上限电压，就按组件电压高的顺序将ｊ个电路组件的各电容器并联连接，在又达到输入上限电压前的期间，也按组件电压高的顺序将ｊ个电路组件的各电容器并联连接；在放电时，将蓄电单元的各电路组件的多个电容器并联连接并启动放电，蓄电单元的输出电压达到直流－交流变换单元的输入下限电压，就按组件电压高的顺序将ｋ个电路组件的各电容器串联连接，在又达到输入下限电压前的期间，也按组件电压高的顺序将ｋ个电路组件的各电容器串联连接。因而，此蓄电装置难以受到电容器静电电容误差的影响，能提高充放电效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用电双层电容器(Electric Double Layer Capacitor: EDLC)等电容器的蓄电装置及其控制方法。
技术介绍
近年，电双层电容器(EDLC)由于其工作寿命期长、使用温度范围大等特 征，作为代替二次电池的新蓄电器件，引人关注。然而，电容器的输出电压与 其储蓄的电荷量成正比地变化、其单体的输出电压低，所以一般多以串联连接 或串并联连接的方式使用。将电容器串联连接或串并联连接时，在对负载供给稳定的电压中，有使用 复杂的开关将多个EDLC切换成串联连接或并联连接的方法。以串并联连接多个EDLC的方式构成的蓄电装置中，为了提高充放电效率， 一般同时使用称为组切换和电压均衡电路的2种控制方法。下面，阐 述这些控制方法的概要和同时使用这些控制方法时的问题。<组切换〉以往已提出的组切换(例如参考专利文献l)是如图l(a)那样将多个EDLC 和多个开关配置多级并通过对开关进行控制而如图l(b)、图l(C)、图l(D)那样 依次切换EDLC的连接状态的系统。再者，下文说明中，将构成l级的电容器 组称为组件。而且，图中示出的各电容器可以是串并联连接多个电容器而 成的。图1那样的已有蓄电装置在例如放电过程中，每次随着放电带来的各电容 器(EDLC)电压降低而蓄电装置输出电压降低并接近逆变器的输入下限电压，按 图1 (a) ~>图1 (b)—图(c)的顺序依次逐一组件对并联连接EDLC的组件将该 组件内的EDLC切换成串联连接，从而控制成蓄电装置的输出电压纳入逆变器的输入范围，最终如图l(d)那样到达串联连接全部EDLC，从蓄电装置输出 功率。但是，暂且将EDLC串联连接的组件的该EDLC并不返回并联连接。又，充电过程中，按与上述放电时相反的顺序，每次随着放电带来的各电 容器(EDLC)电压升高而蓄电装置输出电压升高并接近逆变器的输入上限电压， 依次逐一组件对串联连接EDLC的组件将该组件内的EDLC切换成并联连接。 但是，暂且将EDLC并联连接的组件的该EDLC并不返回串联连接。此已有组切换对提高充放电特性或放电深度有效，但存在下列问题。(1) 组件之间的端子间电压不一致例如，充电过程中，将串联连接EDLC的组件的该EDLC切换成并联连接 时，并联连接EDLC的组件的各EDLC储蓄的电荷量为串联连接EDLC的组件 的各EDLC储蓄的电荷量之半，每一组件在EDLC的端子间电压中产生不一致。 EDLC的端子间电压中产生不一致时，将EDLC切换到并联连接的组件的该 EDLC到达充满电前，如果不将串联连接EDLC的组件的各EDLC的端子间电 压连续保持低于耐压，串联连接EDLC的组件的各EDLC就陷于过冲电。(2) 构成组件的EDLC的数量不同造成的充电特性不同通常，应以构成组件的EDLC的数量相同的方式构成装置，但不得已也会 产生每一组件的EDLC数量不同的情况。这种情况下，充电过程中，将EDLC 数量多的组件的该EDLC的连接状态从串联连接切换到并联连接时，蓄电装置 的输出电压Vt极端降低，往往在切换到该并联连接的各EDLC的充电进展并产 生下一切换前，存在很长的时间。而且，最坏的情况下，蓄电装置的输出电压 Vt有可能低于逆变器的输入电压范围。又，即使蓄电装置的输出电压Vt不低于逆变器的输入电压范围，也由于每 一组件EDLC的端子间电压散乱大，其后随着充电进展，不久到达充满电的 EDLC超过耐压，有可能导致破坏。(3) 横向电流如图2那样在充电过程中，l个组件的EDLC连接状态从图2(a)的串联连 接转移到图2(b)的并联连接状态时，电容器(EDLC)Q的端子间电压V,和电 容器(EDLC)C2的端子间电压V2存在不一致，则产生横向电流。因而，假设图2的开关中使用半导体开关的情况下，半导体开关的导通电阻为R欧(Q)，则产 生的横向电流为(V2-V,)/R安(A)，有些情况下可能破坏半导体开关。为了防止产生此横向电流，需要抑制并联连接的EDLC的端子间电压不一致。由于存在上述问题，难以仅用组切换构成蓄电装置。然而，通过采取 下列措施能避免这些问题。(1) 添加控制成EDLC的端子间电压不超过耐压的控制电路。(2) 添加常抑制EDLC的端子间电压不一致的控制电路。(3) 尽量使构成各组件的EDLC的数量相同。 <电压均衡电路>电压均衡电路是抑制各EDLC的端子间电压不一致的控制电路，起提高蓄 电装置的安全性的作用。组切换方式的蓄电装置中，作为EDLC的端子间电压中产生不一致的主要 原因，可列举3个各EDLC的静电电容不同、各EDLC的自放电特性 不同和组切换的各EDLC中流通的电荷量不同。将这些原因合在一起， 产生上述3个问题，即(1)组件之间的端子间电压不一致、(2)构成组件的EDLC 的数量造成的充电特性不同和(3)产生很大的横向电流。下面，阐述基于电压 均衡电路的EDLC端子间电压抑制。(1) 防止过充电通过如图3那样在各EDLC的端子间设置电阻和开关，实现基于电压均衡 电路的防止EDLC过充电。即，监视各EDLC的端子间电压，使似乎就要超过 耐压的EDLC上连接的开关接通，强制进行放电，防止过充电。通过使用此电 压均衡电路，能把比其它EDLC快达到充满电的EDLC的端子间电压维持在低 于耐压，安全地进行充电，不陷于过充电。下文把这样尽量将全部EDLC的端 子间电压统一到相同的电压称为电压均衡化(简称为均压化)。而且， 将因电压均衡电路把EDLC的端子间电压维持在低于耐压而产生的损耗称为 均压化损耗。(2) 防止电容器(EDLC)的端子间电压不一致电压均衡电路也用于抑制EDLC的端子间电压不一致。已有方式中，仅在 进行串并联切换的电压附近进行使各电容器的端子间电压不一致减小用的均 压化(文献中记为初始化)(例如参考专利文献2:日本国专利公开2003 — 111286号公报)。通过这样同时使用电压均衡电路和组切换，能使组 切换安全地动作，反复进行EDLC的充放电。专利文献l:日本国特开平11—215695号公报专利文献2:日本国特开2003—111286号公报然而，作为上述已有蓄电装置中同时使用组切换和电压均衡电路 时产生的问题，有以下方面。实际的EDLC的静电电容中存在误差。因而，前文所述只能按确定的组件 顺序切换连接状态的已有组切换方式中，由于各组件的总计静电电容的误 差，产生下列问题。例如，在充电过程中，考虑存在并联连接状态的2个组件。 一组件的总计 静电电容大于另一组件的总计静电电容的情况下，总计静电电容大的组件到达 充满电前的时间长。反之，总计静电电容小的组件到达充满电前的时间短。因 而，总计静电电容大的组件到达充满电前的期间，必须将静电电容小的组件内 的EDLC的端子间电压保持在低于耐压，所以电压均衡电路的防过充电期 变长，从而无用地进行强制放电，产生均压化损耗增大的问题。而且，各组件内就连存在1个静电电容小的EDLC的情况下，也以该EDLC 的端子间电压为基准，抑制该组件所属的其它EDLC的端子间电压不一致，所 以有时产生无用地进行强制放电从而充放电特性变差的问题。又，在已有方式中，仅在进行串并联切换的电压附近进行使各电容器的端 子间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用电容器的蓄电装置，其特征在于，包括：　　　　具有串联连接ｎ个（其中ｎ为大于等于２的自然数）含有多个电容器的电路组件的电路组成的蓄电单元；　　　　将来自蓄电单元的直流输出电压变换成交流输出电压，并供给负载的直流－交流变换单元；　　　　切换将蓄电单元的每一电路组件的多个电容器并联连接的状态与将它们串联连接的状态的串并联切换单元；　　　　分别并联连接在蓄电单元的电容器上，并且蓄电单元的电容器端子电压一变成耐压值，就强制使该电容器放电的多个防过充电单元；　　　　检测出蓄电单元的各电路组件的多个电容器的端子间电压的端子间电压检测单元；　　　　根据端子间电压检测单元检测出的各电容器的端子间电压，对每一电路组件求出作为电路组件电压的组件电压的组件电压求出单元；以及　　　　检测出蓄电单元的输出电压，并按照该电压的值，控制串并联切换单元的控制单元，　　　　控制单元在对蓄电单元充电时的情况下，进行以下过程：　　　　启动对蓄电单元充电时，将串并联切换单元控制成把蓄电单元的各电路组件的多个电容器串联连接的第１过程；　　　　蓄电单元的输出电压达到直流－交流变换单元的输入上限电压时，将串并联切换单元控制成按组件电压求出单元求出的组件电压高的顺序把ｊ个（其中ｊ为１次充电时达到输入上限电压的次数，是最大为ｎ的自然数）电路组件的多个电容器并联连接的第２过程；以及　　　　在蓄电单元的输出电压又达到直流－交流变换单元的输入上限电压前的期间，也将串并联切换单元控制成按组件电压求出单元求出的组件电压高的顺序把ｊ个电路组件的多个电容器并联连接的第３过程，　　　　而且，控制单元在蓄电单元放电时的情况下，进行以下过程：　　　　启动蓄电单元放电时，将串并联切换单元控制成把蓄电单元的各电路组件的多个电容器并联连接的第４过程；　　　　蓄电单元的输出电压达到直流－交流变换单元的输入下限电压时，将串并联切换单元控制成按组件电压求出单元求出的组件电压高的顺序把ｋ个（其中ｋ为１次放电时达到输入下限电压的次数，是最大为ｎ的自然数）电路组件的多个电容器串联连接的第５过程；以及　　　　在蓄电单元的输出电压又达到直流－交流变换单元的输入下限电压前的期间，也将串并联切换单元控制成按组件电压求出单元求出的组件电压高的顺序把ｋ个电路组件的多个电容器串联连接的第６过程。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1、一种使用电容器的蓄电装置，其特征在于，包括具有串联连接n个(其中n为大于等于2的自然数)含有多个电容器的电路组件的电路组成的蓄电单元；将来自蓄电单元的直流输出电压变换成交流输出电压，并供给负载的直流-交流变换单元；切换将蓄电单元的每一电路组件的多个电容器并联连接的状态与将它们串联连接的状态的串并联切换单元；分别并联连接在蓄电单元的电容器上，并且蓄电单元的电容器端子电压一变成耐压值，就强制使该电容器放电的多个防过充电单元；检测出蓄电单元的各电路组件的多个电容器的端子间电压的端子间电压检测单元；根据端子间电压检测单元检测出的各电容器的端子间电压，对每一电路组件求出作为电路组件电压的组件电压的组件电压求出单元；以及检测出蓄电单元的输出电压，并按照该电压的值，控制串并联切换单元的控制单元，控制单元在对蓄电单元充电时的情况下，进行以下过程启动对蓄电单元充电时，将串并联切换单元控制成把蓄电单元的各电路组件的多个电容器串联连接的第1过程；蓄电单元的输出电压达到直流-交流变换单元的输入上限电压时，将串并联切换单元控制成按组件电压求出单元求出的组件电压高的顺序把j个(其中j为1次充电时达到输入上限电压的次数，是最大为n的自然数)电路组件的多个电容器并联连接的第2过程；以及在蓄电单元的输出电压又达到直流-交流变换单元的输入上限电压前的期间，也将串并联切换单元控制成按组件电压求出单元求出的组件电压高的顺序把j个电路组件的多个电容器并联连接的第3过程，而且，控制单元在蓄电单元放电时的情况下，进行以下过程启动蓄电单元放电时，将串并联切换单元控制成把蓄电单元的各电路组件的多个电容器并联连接的第4过程；蓄电单元的输出电压达到直流-交流变换单元的输入下限电压时，将串并联切换单元控制成按组件电压求出单元求出的组件电压高的顺序把k个(其中k为1次放电时达到输入下限电压的次数，是最大为n的自然数)电路组件的多个电容器串联连接的第5过程；以及在蓄电单元的输出电压又达到直流-交流变换单元的输入下限电压前的期间，也将串并联切换单元控制成按组件电压求出单元求出的组件电压高的顺序把k个电路组件的多个电容器串联连接的第6过程。2、 一种使用电容器的蓄电装置，其特征在于，包括具有串联连接n个(其中n为大于等于2的自然数)含有多个电容器的电路组 件的电路组成的蓄电单元；将来自蓄电单元的直流输出电压变换成规定的直流输出电压，并供给负载 的直流一直流变换单元；切换将蓄电单元的每一电路组件的多个电容器并联连接的状态与将它们串 联连接的状态的串并联切换单元；分别并联连接在蓄电单元的电容器上，并且蓄电单元的电容器端子电压一 变成耐压值，就强制使该电容器放电的多个防过充电单元；检测出蓄电单元的各电路组件的多个电容器的端子间电压的端子间电压检 测单兀；根据端子间电压检测单元检测出的各电容器的端子间电压，对每一电路组 件求出作为电路组件电压的组件电压的组件电压求出单元；以及检测出蓄电单元的输出电压，并按照该电压的值，控制串并联切换单元的 控制单元，控制单元在对蓄电单元充电时的情况下，进行以下过程启动对蓄电单元充电时，将串并联切换单元控制成把蓄电单元的各电路组 件的多个电容器串联连接的第1过程；蓄电单元的输出电压达到直流一直流变换单元的输入上限电压时，将串并联切换单元控制成按组件电压求出单元求出的组件电压高的顺序把j个(其中j为1次充电时达到输入上限电压的次数，是最大为n的自然数)电路组件的多个电容器并联连接的第2过程；以及在蓄电单元的输出电压又达到直流一直流变换单元的输入上限电压前的期 间，也将串并联切换单元控制成按组件电压求出单元求出的组件电压高的顺序把j个电路组件的多个电容器并联连接的第3过程，控制单元又在蓄电单元放电时的情况下，进行以下过程启动蓄电单元放电时，将串并联切换单元控制成把蓄电单元的各电路组件 的多个电容器并联连接的第4过程；蓄电单元的输出电压达到直流一直流变换单元的输入下限电压时，将串并 联切换单元控制成按组件电压求出单元求出的组件电压高的顺序把k个(其中k为1次放电时达到输入下限电压的次数，是...

【专利技术属性】
技术研发人员：竹田晴见，外山一树，
申请(专利权)人：有限公司技术管理，
类型：发明
国别省市：JP[日本]