JP3998154B1 - Capacitor charge / discharge system - Google Patents
Capacitor charge / discharge system Download PDFInfo
- Publication number
- JP3998154B1 JP3998154B1 JP2007112937A JP2007112937A JP3998154B1 JP 3998154 B1 JP3998154 B1 JP 3998154B1 JP 2007112937 A JP2007112937 A JP 2007112937A JP 2007112937 A JP2007112937 A JP 2007112937A JP 3998154 B1 JP3998154 B1 JP 3998154B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- capacitor
- transistor
- current
- charging
- charge
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 101
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 10
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 101100464779 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) CNA1 gene Proteins 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
高出力型のキャパシタから構成される大電流を扱う充放電システムに用いる並列モニタ回路においても、定格の大きなパワートランジスタが必要とならないように、バイパス電流を決定することが可能な方法を提供する。
【課題】
【解決手段】本発明は、設定値を越える電圧で充電電流をバイパスする並列モニタを有し直列接続した複数のキャパシタ(C1、C2、・・Cn)からなるキャパシタを充放電するキャパシタ充放電システムにおいて、バイパス電流路にはトランジスタTr及び抵抗Rが設け、バイパス電流が流れたときの該トランジスタTrの消費電力をPc、該抵抗Rの消費電力をPrとするとき、Pr=kPc (ただし、k≧1)となるように設定することを特徴とする。
【選択図】図1Provided is a method capable of determining a bypass current so that a power transistor having a large rating is not required even in a parallel monitor circuit used in a charge / discharge system that handles a large current composed of a high-power capacitor.
【Task】
The present invention relates to a capacitor charging / discharging system having a parallel monitor that bypasses a charging current at a voltage exceeding a set value and charging / discharging a capacitor composed of a plurality of capacitors (C1, C2,... Cn) connected in series. , The transistor Tr and the resistor R are provided in the bypass current path. When the power consumption of the transistor Tr when the bypass current flows is Pc and the power consumption of the resistor R is Pr, Pr = kPc (where k ≧ 1) is set.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、周期的なサイクル時間で電力を要求する負荷に給電を行うためのキャパシタ充放電システムに係り、特にバイパス電流によるトランジスタの発熱を抑制したキャパシタ充放電システム関するものである。 The present invention relates to a capacitor charge / discharge system for supplying power to a load that requires power in a periodic cycle time, and more particularly to a capacitor charge / discharge system that suppresses heat generation of a transistor due to a bypass current.
近年、大電流の充放電が可能な電気二重層キャパシタが注目されている。電気二重層キャパシタは、電極と電解液との界面においてイオンの分極によりできる電気二重層を利用したキャパシタであり、従来のキャパシタに比較して大容量の静電容量を充電できるとともに、急速充放電が可能であり、その応用が期待されている。この電気二重層キャパシタの用途としては、メモリバックアップ用や電気自動車のパワーアシスト用や電力貯蔵用蓄電池代替などがあり、小容量品から大容量品まで幅広く検討されている。本件出願人は、例えば複数の電気二重層キャパシタのセルを直列に接続し、各キャパシタセルを並列モニタで監視しつつ充放電を行う電子回路と組み合わせて構成したキャパシタ蓄電装置を、ECS(Energy Capacitor System)またはECaSS(Energy Capacitor Systems)(登録商標)として提案している。ここで、並列モニタは、複数の電気二重層キャパシタが直列に接続されたキャパシタバンクの各電気二重層キャパシタの端子間に接続され、キャパシタバンクの充電電圧が並列モニタの設定値を越えると充電電流をバイパスする装置である。 In recent years, electric double layer capacitors capable of charging and discharging a large current have attracted attention. An electric double layer capacitor is a capacitor that uses an electric double layer formed by the polarization of ions at the interface between the electrode and the electrolyte. It can charge a large capacitance compared to conventional capacitors, and can be charged and discharged quickly. Is possible and its application is expected. Applications of the electric double layer capacitor include memory backup, electric vehicle power assist, and power storage battery replacement, and are widely studied from small capacity products to large capacity products. The present applicant, for example, connects a plurality of electric double layer capacitor cells in series, and a capacitor power storage device configured in combination with an electronic circuit that charges and discharges while monitoring each capacitor cell with a parallel monitor, as an ECS (Energy Capacitor). System) or ECaSS (Energy Capacitor Systems) (registered trademark). Here, the parallel monitor is connected between the terminals of each electric double layer capacitor of the capacitor bank in which a plurality of electric double layer capacitors are connected in series. When the charge voltage of the capacitor bank exceeds the set value of the parallel monitor, the charge current is It is a device that bypasses.
上記並列モニタを備えたキャパシタバンクは、充電する際にキャパシタバンクの充電電圧が設定値以上に上昇しないように充電電流をバイパスして一定に保つので、キャパシタバンク内のすべての電気二重層キャパシタは、設定された電圧まで均等に充電され、電気二重層キャパシタの蓄積能力をほぼ100パーセント発揮させることができる。したがって、並列モニタは、キャパシタの特性のバラツキや残留電荷の大小がある場合にも、最大電圧の均等化、逆流防止、充電終止電圧の検出と制御などを行い、耐電圧いっぱいまで使えるようにするものとして、きわめて大きな役割を持ち、エネルギー密度の有効利用の手段として不可欠な装置である。このような並列モニタについては、特許文献1(特許第3306325号公報)等に開示されている。
電気二重層キャパシタはその設計により内部抵抗の低い高出力型タイプのキャパシタから、内部抵抗は高くてもエネルギー密度が大きなタイプのキャパシタまで、各種を得ることができる。高出力型のキャパシタは、用途によっては100A〜1000Aの大電流がキャパシタに流れる。 Various types of electric double layer capacitors can be obtained, from a high output type capacitor having a low internal resistance to a capacitor having a high internal density but a high energy density. In a high output type capacitor, a large current of 100 A to 1000 A flows through the capacitor depending on the application.
高出力型のキャパシタは、その構造に起因して静電容量のバラツキが大きくなる。(高エネルギー密度型の電気二重層キャパシタに比べて、分極性電極が薄塗りとなるのでわずかな塗行厚の違いによって、静電容量の差となってしまうことによる。)
静電容量のバラツキはキャパシタを直列につないだとき、電圧がキャパシタの個数分の1に均圧(電圧がキャパシタに均等配分)されない原因となる。このようなキャパシタの静電容量のバラツキに対処するために、均圧抵抗などをキャパシタと並列につなぐ方法も考えられるが、この方法では漏れ抵抗の不均一は軽減されるが静電容量の不同に対する是正効果はない。
A high output type capacitor has a large variation in capacitance due to its structure. (Since the polarizable electrode is thinly coated compared to the high energy density type electric double layer capacitor, a slight difference in coating thickness results in a difference in capacitance.)
When the capacitors are connected in series, the variation in the capacitance causes the voltage not to be equalized to a fraction of the number of capacitors (the voltage is not evenly distributed to the capacitors). In order to deal with such variations in the capacitance of the capacitor, a method of connecting a voltage equalizing resistor in parallel with the capacitor is also conceivable. However, this method reduces the nonuniformity of the leakage resistance, but the capacitance is not the same. There is no corrective effect for.
そこで、このような高出力型のキャパシタを用いた大電流を扱う充放電システムでは上記のような並列モニタ回路を用いることとなる。ところが、キャパシタのバイパス電流を全て並列モニタ回路の経由で流すとすると、定格の大きなパワートランジスタが必要となってしまう。これを並列モニタ回路毎に設けると、回路構成が非常に高価になってしまう、という問題がある。 Therefore, the above-described parallel monitor circuit is used in a charge / discharge system that handles a large current using such a high output type capacitor. However, if all the bypass current of the capacitor flows through the parallel monitor circuit, a power transistor with a large rating is required. If this is provided for each parallel monitor circuit, there is a problem that the circuit configuration becomes very expensive.
また、定格の大きなパワートランジスタを実装するときにおいては、このパワートランジスタを取り付けるためのヒートシンクなどの放熱部材といった構成が必要となり、コストアップの原因となるという問題がある。また、このような複雑な実装構造とすると並列モニタ回路の信頼性が低下するという問題もある。 Further, when mounting a power transistor having a large rating, a configuration such as a heat radiating member such as a heat sink for mounting the power transistor is required, which causes a problem of an increase in cost. In addition, such a complicated mounting structure has a problem that the reliability of the parallel monitor circuit is lowered.
上記のような各問題に対処するために、キャパシタのバイパス電流路に抵抗を設けてバイパス時の最大電流を制限するとともに、この抵抗にも一定の電圧を分担させるという解決手段が考えられる。このような抵抗を設けると、キャパシタのバイパス電流による発熱負担を一部抵抗が分担することができ、より定格の低いパワートランジスタを用いることができる。本発明においては、キャパシタのバイパス電流による発熱負担を分担する抵抗を設けるときの抵抗値の決定方法に係るものである。 In order to deal with each of the problems as described above, a solution may be considered in which a resistor is provided in the bypass current path of the capacitor to limit the maximum current during bypassing, and a certain voltage is also shared by this resistor. When such a resistor is provided, a part of the heat generated by the bypass current of the capacitor can be shared by the resistor, and a lower rated power transistor can be used. The present invention relates to a method for determining a resistance value when a resistor for sharing a heat generation burden caused by a capacitor bypass current is provided.
そのために、本発明の請求項1に係る発明は、周期的なサイクル時間で電力を要求する負荷に用いられ、設定値を越える電圧で充電電流をバイパスする並列モニタを有し直列接続した複数の電気二重層キャパシタからなるキャパシタモジュールを充放電するキャパシタ充放電システムにおいて、それぞれの電気二重層キャパシタの充電電流をバイパスするバイパス電流路にはトランジスタ、該トランジスタと直列に接続される抵抗が設けられ、それぞれの電気二重層キャパシタの電圧が基準電圧Vrによる設定値を越えると該トランジスタをオンにするコンパレータが設けられ、該トランジスタの定格特性で定まる該トランジスタがオン状態でのエミッタ−コレクタ間電圧をVtonとすると、
Vr−Vton=kVton
かつ
k=1.2〜1.5
となるように設定することを特徴とする。
For this purpose, the invention according to claim 1 of the present invention is used for a load that requires power in a periodic cycle time, and has a parallel monitor that bypasses a charging current with a voltage exceeding a set value, and is connected in series. In a capacitor charging / discharging system for charging / discharging a capacitor module composed of an electric double layer capacitor, a bypass current path for bypassing a charging current of each electric double layer capacitor is provided with a transistor and a resistor connected in series with the transistor , When the voltage of each electric double layer capacitor exceeds the set value by the reference voltage Vr, a comparator is provided to turn on the transistor, and the emitter-collector voltage when the transistor determined by the rated characteristics of the transistor is on is set to Vton Then,
Vr−Vton = kVton
And
k = 1.2-1.5
It sets so that it may become.
本発明の実施の形態に係るキャパシタ充放電システムによれば、トランジスタTrはより定格の小さなものを利用することができ、トランジスタTrに取り付けるためのヒートシンクなどの放熱部材といった構成が不必要となり、コストを抑制することができる。また、実装構造が簡単となるので、回路としての信頼性を確保することができる、というメリットがある。 According to the capacitor charging / discharging system according to the embodiment of the present invention, a transistor Tr having a smaller rating can be used, and a structure such as a heat radiating member such as a heat sink for attaching to the transistor Tr is unnecessary, and the cost is reduced. Can be suppressed. Further, since the mounting structure is simplified, there is an advantage that reliability as a circuit can be secured.
また、本発明の実施の形態に係るキャパシタ充放電システムによれば、高出力型のキャパシタから構成される大電流を扱う充放電システムに用いる並列モニタ回路においても、定格の大きなパワートランジスタが必要とならないように、バイパス電流を決定することができる。 Further, according to the capacitor charge / discharge system according to the embodiment of the present invention, a power transistor having a large rating is required even in a parallel monitor circuit used in a charge / discharge system that handles a large current composed of a high-power capacitor. The bypass current can be determined so that it does not.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明が対象とする充放電システムの構成を示す図である。図1において、充電源10は接続された電気二重層キャパシタC1、C2、・・Cnからなる高出力型のキャパシモジュールを充電するものである。このような高出力型のキャパシは、「発明が解決しようとする課題」において説明したものと同様のものである。電気二重層キャパシタC1、C2、・・Cnそれぞれに並列に並列モニタ回路が設けられる。図示するように並列モニタは各電気二重層キャパシタC1、C2、・・Cnの端子間に接続され、コンパレータCMP1〜CMPn、電流制限用抵抗R1〜Rn、トランジスタTr1〜Trn、基準電圧Vr1〜Vrnからなる。基準電圧Vr1〜Vrnには、共通のキャパシタ満充電電圧(一般には、キャパシタの定格電圧)のVrが用いられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a charge / discharge system targeted by the present invention. In FIG. 1, a
並列モニタ回路は、図1に示すようにコンパレータCMP1〜nによってキャパシタC1、C2、・・Cnの各電圧を基準電圧Vrと比較して監視し、キャパシタCの電圧が基準電圧Vrによる設定値を越えるとトランジスタTrをオンにして充電電流をバイパスする。 As shown in FIG. 1, the parallel monitor circuit monitors each voltage of the capacitors C1, C2,... Cn with the reference voltage Vr by the comparators CMP1 to CMPn, and the voltage of the capacitor C is set to a set value by the reference voltage Vr. If exceeded, the transistor Tr is turned on to bypass the charging current.
本発明が想定するキャパシタ充放電システムでは、並列モニタ回路がこのようなバイパス電流を流すときにおいては、全ての充電電流をバイパスさせないように電流制限用抵抗R1〜Rnが選定される。或いは、全ての充電電流をバイパスさせないように電流制限用抵抗R1〜Rnの抵抗値を可変としておき、これを調整する。 In the capacitor charge / discharge system assumed by the present invention, when the parallel monitor circuit passes such a bypass current, the current limiting resistors R1 to Rn are selected so as not to bypass all the charge currents. Alternatively, the resistance values of the current limiting resistors R1 to Rn are made variable so as not to bypass all charging currents and adjusted.
本発明が想定するキャパシタ充放電システムでは、このように電流制限用抵抗R1〜Rnを設定することで、トランジスタTr1〜Trnとして、定格の大きなパワートランジスタが必要となることがない
すなわち、本発明では、電気二重層キャパシタC1、C2、・・Cnのバイパス電流による発熱負担を一部電流制限用抵抗R1〜Rnが負担することができ、より定格の低いトランジスタTr1〜Trnを用いることができる。
In the capacitor charge / discharge system assumed by the present invention, by setting the current limiting resistors R1 to Rn as described above, a power transistor having a large rating is not required as the transistors Tr1 to Trn. The current limiting resistors R1 to Rn can partially bear the heat generation burden due to the bypass current of the electric double layer capacitors C1, C2,... Cn, and lower rated transistors Tr1 to Trn can be used.
ここで、図2を参照しつつ、本発明の実施形態に係るキャパシタ充放電システムのバイパス電流決定方法について説明する。図2は本発明が対象とする並列モニタ回路のパラメーターを示す図である。図2は、図1に示される複数の並列モニタ回路のうちの一つを抜き出して示したものである。 Here, the bypass current determination method of the capacitor charge / discharge system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing parameters of a parallel monitor circuit targeted by the present invention. FIG. 2 shows one of a plurality of parallel monitor circuits shown in FIG.
図2において、Itはバイパス電流である。このバイパス電流Itは、電気二重層キャパシタCの初期化電圧(定格電圧)をVr、トランジスタTrの定格特性で定まるトランジスタTrがオン状態でのエミッタ−コレクタ間電圧をVtonとすると、
It=(Vr−Vton)/R (1)
と表すことができる。
In FIG. 2, It is a bypass current. The bypass current It is assumed that the initialization voltage (rated voltage) of the electric double layer capacitor C is Vr, and the emitter-collector voltage when the transistor Tr determined by the rated characteristics of the transistor Tr is on is Vton.
It = (Vr−Vton) / R (1)
It can be expressed as.
またバイパス電流Itが流れたときのトランジスタTrからの発熱Pc(トランジスタTrの消費電力)は、
Pc=It×Vton (2)
と表すことができる。また、バイパス電流Itが流れたときの抵抗Rからの発熱Pr(抵抗Rの消費電力)は、
Pr=It×(Vr−Vton) (3)
と表すことができる。
Further, the heat generation Pc from the transistor Tr when the bypass current It flows (power consumption of the transistor Tr) is:
Pc = It × Vton (2)
It can be expressed as. Also, the heat generation Pr from the resistor R (power consumption of the resistor R) when the bypass current It flows is:
Pr = It × (Vr−Vton) (3)
It can be expressed as.
ここでk≧1である定数を導入し、本発明においては、
Pr=kPc (4)
が成立するように、バイパス電流Itを決定するものとする。本発明においては、このようなバイパス電流Itを流すために、トランジスタTrと抵抗Rの抵抗値を選択する。
Here, a constant of k ≧ 1 is introduced, and in the present invention,
Pr = kPc (4)
It is assumed that the bypass current It is determined so that In the present invention, the resistance values of the transistor Tr and the resistor R are selected in order to pass such a bypass current It.
ここで、k=1として設定する場合について説明する。式(4)において、k=1に設定すると、トランジスタTrと抵抗Rとで略均等に消費電力を分担させることができる。すなわち、このようにバイパス電流を流すようにすると、理論上は(トランジスタTrの発熱量)=(抵抗Rの発熱量)とすることができる。 Here, a case where k = 1 is set will be described. In the equation (4), when k = 1 is set, the power consumption can be shared by the transistors Tr and the resistors R substantially equally. That is, when the bypass current is made to flow in this way, theoretically, (heat generation amount of the transistor Tr) = (heat generation amount of the resistor R) can be obtained.
トランジスタを実装するときには、ヒートシンクなどの放熱部材を用いない方がコスト面、信頼性の面で有利である。そこで、可能であれば定格の小さなトランジスタを採用して、放熱部材を用いないような設計とすることが理想的である。本発明のキャパシタ充放電においては、上述のようにトランジスタTrと抵抗Rとで略均等に発熱をさせるようにバイパス電流を流すことで、トランジスタTrの発熱分を一部抵抗Rに分担してもらう、というような構成とする。このような構成とすることで、トランジスタTrはより定格の小さなものを利用することができる。また、このような構成とすることで、トランジスタTrに取り付けるためのヒートシンクなどの放熱部材といった構成が不必要となり、コストを抑制することができる。また、実装構造が簡単となるので、回路としての信頼性を確保することができる、というメリットがある。 When a transistor is mounted, it is advantageous in terms of cost and reliability that a heat radiating member such as a heat sink is not used. Therefore, it is ideal to use a transistor with a low rating if possible and to design without using a heat dissipation member. In the capacitor charging / discharging according to the present invention, as described above, the resistor R partially shares the heat generated by the transistor Tr by causing the bypass current to flow so that the transistor Tr and the resistor R generate heat substantially evenly. The configuration is as follows. With such a configuration, a transistor Tr having a smaller rating can be used. Further, with such a configuration, a configuration such as a heat radiating member such as a heat sink for attaching to the transistor Tr becomes unnecessary, and the cost can be suppressed. Further, since the mounting structure is simplified, there is an advantage that reliability as a circuit can be secured.
次に、k=k=1.2〜1.5に設定する場合について説明する。k=1.2〜1.5に設定するということは、式(4)からも分かるとおり、トランジスタTrに比べて抵抗Rにより多く消費電力を分担させるようにバイパス電流を流す、ということになる。すなわち、k=k=1.2〜1.5として設定すると、トランジスタTrに比べて抵抗Rがより発熱するような状態となる。 Next, a case where k = k = 1.2 to 1.5 is set will be described. Setting k = 1.2 to 1.5 means that the bypass current flows so that more power is shared by the resistor R than the transistor Tr, as can be seen from the equation (4). . That is, when k = k = 1.2 to 1.5 is set, the resistor R generates heat more than the transistor Tr.
充放電システムが周期的なサイクル時間で電力を要求するタイプの負荷に用いられる場合がある。このようなタイプの負荷としては、工作機器などの一定間隔ごとに仕事量を必要とするものに用いられるモーターなどがある。このように周期の短いサイクルで比較的高出力で用いられる充放電システムにおいては、抵抗Rの発熱量をトランジスタTrの発熱量より高く設定することが好ましい。 Charge / discharge systems may be used for types of loads that require power at periodic cycle times. Such a type of load includes a motor used for a machine tool or the like that requires a work amount at regular intervals. In such a charge / discharge system that is used with a relatively high output in a short cycle, it is preferable to set the heat generation amount of the resistor R higher than the heat generation amount of the transistor Tr.
図3は、抵抗RとトランジスタTrの発熱プロフィールを示す図である。図3(A)は抵抗RとトランジスタTrに入力する電流の波形を示し、図3(B)は当該電流が入力されたときの抵抗RとトランジスタTrの素子外囲の発熱カーブを示している。 FIG. 3 is a diagram showing a heat generation profile of the resistor R and the transistor Tr. FIG. 3A shows a waveform of a current input to the resistor R and the transistor Tr, and FIG. 3B shows a heat generation curve of the element enclosure of the resistor R and the transistor Tr when the current is input. .
図3を参照すると、抵抗Rは流れる電流に素早く追随するように発熱する。これに対して、トランジスタTrの発熱カーブは電流に素早く追随せずになだらかに上昇するようにして発熱する。すなわち、抵抗Rが熱しやすく冷めやすいタイプの素子であるのに対して、トランジスタTrは熱がこもってしまうタイプの素子である、ということが言える。 Referring to FIG. 3, the resistor R generates heat so as to quickly follow the flowing current. On the other hand, the heat generation curve of the transistor Tr generates heat so as to rise gently without following the current quickly. That is, it can be said that the transistor Tr is a type of element that heats up while the resistance R is a type of element that is easily heated and cooled.
本発明では、このような抵抗RとトランジスタTr両素子の発熱特性、及び充放電システムのサイクリックな利用を考慮して、k=k=1.2〜1.5に設定するものである。このような設定によれば、充放電システムのサイクリックな利用中に、抵抗Rの方がトランジスタTrより発熱することになるが、抵抗Rの発熱パターンは電流に対する追随性が高いので、効率的に放熱することができ、結果として回路全体の放熱効率がよいものとなる。また、抵抗Rに発熱を分担させることによって、熱に対して脆弱であるトランジスタTrを保護することになるし、また、抵抗Rよりコストの高いトランジスタTrを呼称させてしまう、というようなリスクを避けることができる。 In the present invention, k = k = 1.2 to 1.5 is set in consideration of the heat generation characteristics of both the resistor R and the transistor Tr and the cyclic use of the charge / discharge system. According to such a setting, the resistor R generates heat more than the transistor Tr during cyclic use of the charge / discharge system. However, since the heat generation pattern of the resistor R has high followability to current, it is efficient. As a result, the heat radiation efficiency of the entire circuit is improved. Also, by sharing the heat generation with the resistor R, the transistor Tr that is vulnerable to heat is protected, and there is a risk that the transistor Tr having a higher cost than the resistor R is called. Can be avoided.
次に本発明の他の実施の形態について説明する。本発明が想定するキャパシタ充放電システムでは、上記のように全ての電流をバイパスさせることがない。したがって、早く満充電に達してしまったキャパシタには、一部の電流がバイパスされるものの、依然としてそれ以外の所定量の充電電流が流れるわけであり、この分このキャパシタには負担となってしまう。 Next, another embodiment of the present invention will be described. In the capacitor charge / discharge system assumed by the present invention, the entire current is not bypassed as described above. Therefore, although a part of the current is bypassed to the capacitor that has reached full charge early, a predetermined amount of charging current still flows, and this capacitor becomes a burden. .
本発明のバイパス電流決定方法の考え方について説明する。キャパシタのバイパス電流を全て並列モニタ回路のトランジスタ経由で流すとすると、定格の大きなパワートランジスタが必要となってしまう。これを並列モニタ毎に設けると、回路構成が非常に高価になってしまう、という問題がある。 The concept of the bypass current determination method of the present invention will be described. If all the bypass current of the capacitor flows through the transistors of the parallel monitor circuit, a power transistor with a large rating is required. If this is provided for each parallel monitor, there is a problem that the circuit configuration becomes very expensive.
そこで、本発明のバイパス電流決定方法においては、複数のキャパシタのうち、早く満充電に達してしまったキャパシタに多少の負担がかかることは勘案しても、バイパス電流の一部のみ並列モニタ回路に流すようにする。ただ、このようなキャパシタの負担が長期化してしまうと当該キャパシタの寿命が早まってしまうので、時間的な制約を設けるようにする。例えば、このような時間をTiと設定する。この時間Tiは、言い換えると、システム中の複数のキャパシタのうち最初にキャパシタが満充電に達したときから全てのキャパシタが満充電に達するまでの時間である。 Therefore, in the bypass current determination method of the present invention, a part of the bypass current is applied to the parallel monitor circuit, even if it takes into consideration that some of the capacitors that have reached full charge early are subject to some burden. Make it flow. However, if the burden on such a capacitor is prolonged, the life of the capacitor is shortened, so that a time restriction is provided. For example, such a time is set as Ti. In other words, this time Ti is the time from when the capacitors first reach full charge among a plurality of capacitors in the system until all capacitors reach full charge.
また、充放電システムが周期的なサイクル時間で電力を要求するタイプの負荷に用いられることにも着目する。このようなタイプの負荷としては、工作機器などの一定間隔ごとに仕事量を必要とするものに用いられるモーターなどがある。 It is also noted that the charge / discharge system is used for a type of load that requires power at periodic cycle times. Such a type of load includes a motor used for a machine tool or the like that requires a work amount at regular intervals.
負荷の周期的なサイクル時間をTsとすると、先の時間Tiの間にTi/Ts回の充放電サイクルが繰り返されることとなる。他の実施形態では、Ti/Ts回の充放電サイクルのうちにキャパシタの初期化の問題を解決するようにバイパス電流を決定する。 Assuming that the periodic cycle time of the load is Ts, Ti / Ts charge / discharge cycles are repeated during the previous time Ti. In another embodiment, the bypass current is determined to solve the capacitor initialization problem during Ti / Ts charge / discharge cycles.
本発明のキャパシタ充放電システムでは、早く満充電に達してしまったキャパシタには、所定の期間、バイパス電流以外の所定量の充電電流が流れ続けて、キャパシタのある程度の負担がかかることは許容する。ただ、これが長時間化しないような方策を立てるものとする。すなわち、この所定の期間のうちに、もっとも充電の遅いキャパシタも満充電となるように設定するものである。ここで、この「所定の期間」は、キャパシタC1、C2、・・Cnのうち最初のキャパシタが満充電に達したときから、全てのキャパシタC1、C2、・・Cnが満充電に達するまでの時間であり、これを全初期化時間Tiとする。 In the capacitor charging / discharging system of the present invention, it is allowed that a predetermined amount of charging current other than the bypass current continues to flow for a predetermined period to a capacitor that has reached full charge quickly, and a certain amount of burden is imposed on the capacitor. . However, measures shall be taken so that this does not take a long time. In other words, the slowest charging capacitor is set to be fully charged within the predetermined period. Here, the “predetermined period” is from when the first capacitor among the capacitors C1, C2,... Cn reaches full charge until all the capacitors C1, C2,. This is time, and this is the total initialization time Ti.
次に、本発明が想定するキャパシタ充放電システムにおける負荷20について説明する。図4は本発明が対象とする充放電システムの負荷20の負荷プロフィールを示す図である。本発明が想定するキャパシタ充放電システムでは、周期的なサイクル時間で電力を要求するタイプの負荷に用いられるものとする。このようなタイプの負荷としては、工作機器などの一定間隔ごとに仕事量を必要とするものに用いられるモーターなどがある。図4に示すように、本発明が想定するキャパシタ充放電システムにおける負荷20は、周期的なサイクル時間Tsで、電流消費を行うとともに、回生電流を発生するようなものとなっている。ここで、このような負荷プロフィールはあくまで一例であって、本発明の決定方法では、このような負荷プロフィールに限定されるものではない。本発明が想定するキャパシタ充放電システムでは、要は負荷プロフィールが周期的なサイクル時間Tsを有している、というところがポイントとなる。
Next, the
キャパシタ充放電システムの負荷20がこのような負荷プロフィールを有するとき、本発明においては、Ti/Ts回のサイクルで全てのキャパシタC1、C2、・・Cnを満充電とするように、バイパス電流を決定するようにする。このバイパス電流を決定するためには、先に記したように電流制限用抵抗R1〜Rnの選定・調整が行われる。
When the
本発明のキャパシタ充放電システムにおいて、全初期化時間Tiをかけて行おうとしていることは、最も速く満充電に達するキャパシタと最も遅く満充電に達するキャパシタとのギャップの調整である。ここで、最も速く満充電に達するキャパシタと最も遅く満充電に達するキャパシタとの初期電圧の予想し得るバラツキ量をΔVとする。 In the capacitor charging / discharging system of the present invention, what is going to be performed over the entire initialization time Ti is adjustment of the gap between the capacitor that reaches full charge the fastest and the capacitor that reaches full charge latest. Here, it is assumed that ΔV is a predictable variation amount of the initial voltage between the capacitor that reaches full charge the fastest and the capacitor that reaches full charge latest.
本発明のバイパス電流の決定方法においては、この予想バラツキ量ΔVをTi/Ts回の充放電サイクルで解消するようにバイパス電流を決定することをもう一つの特徴点としている。 In the method for determining the bypass current according to the present invention, another characteristic feature is that the bypass current is determined so as to eliminate the expected variation amount ΔV in Ti / Ts charge / discharge cycles.
以上のようなバイパス電流を決定方法によれば、高出力型のキャパシタから構成される大電流を扱う充放電システムに用いる並列モニタ回路においても、定格の大きなパワートランジスタが必要とならないように、バイパス電流を決定することができる。 According to the method for determining the bypass current as described above, even in the parallel monitor circuit used in the charge / discharge system that handles a large current composed of the high output type capacitor, the bypass transistor is bypassed so that a power transistor with a large rating is not required. The current can be determined.
10・・・充電源、20・・・負荷 10 ... charging source, 20 ... load
Claims (1)
それぞれの電気二重層キャパシタの充電電流をバイパスするバイパス電流路にはトランジスタ、該トランジスタと直列に接続される抵抗が設けられ、それぞれの電気二重層キャパシタの電圧が基準電圧Vrによる設定値を越えると該トランジスタをオンにするコンパレータが設けられ、該トランジスタの定格特性で定まる該トランジスタがオン状態でのエミッタ−コレクタ間電圧をVtonとすると、
Vr−Vton=kVton
かつ
k=1.2〜1.5
となるように設定することを特徴とするキャパシタ充放電システム。 Capacitor charging used for loads that require power in a periodic cycle time and charging / discharging a capacitor module consisting of multiple electric double layer capacitors connected in series with a parallel monitor that bypasses the charging current with a voltage exceeding the set value In the discharge system,
A bypass current path for bypassing the charging current of each electric double layer capacitor is provided with a transistor and a resistor connected in series with the transistor, and when the voltage of each electric double layer capacitor exceeds a set value by the reference voltage Vr A comparator for turning on the transistor is provided, and the voltage between the emitter and the collector when the transistor determined by the rated characteristics of the transistor is on is Vton.
Vr−Vton = kVton
And
k = 1.2-1.5
Capacitor charge / discharge system, characterized in that
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007112937A JP3998154B1 (en) | 2007-04-23 | 2007-04-23 | Capacitor charge / discharge system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007112937A JP3998154B1 (en) | 2007-04-23 | 2007-04-23 | Capacitor charge / discharge system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3998154B1 true JP3998154B1 (en) | 2007-10-24 |
| JP2008271722A JP2008271722A (en) | 2008-11-06 |
Family
ID=38683398
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007112937A Expired - Fee Related JP3998154B1 (en) | 2007-04-23 | 2007-04-23 | Capacitor charge / discharge system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3998154B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107045749A (en) * | 2017-03-24 | 2017-08-15 | 深圳怡化电脑股份有限公司 | A kind of paper money automatic trading device and its stand-by power supply |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012100431A1 (en) * | 2011-01-28 | 2012-08-02 | Xiang Zhiyong | Wireless charge device |
| WO2015045050A1 (en) | 2013-09-26 | 2015-04-02 | 富士電機株式会社 | Parallel monitor circuit for capacitors |
| KR102440922B1 (en) * | 2021-03-05 | 2022-09-06 | (주)비케이동영테크 | Super capacitor protection circuit |
-
2007
- 2007-04-23 JP JP2007112937A patent/JP3998154B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107045749A (en) * | 2017-03-24 | 2017-08-15 | 深圳怡化电脑股份有限公司 | A kind of paper money automatic trading device and its stand-by power supply |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2008271722A (en) | 2008-11-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7492130B2 (en) | Power processing unit and related method for regulating a voltage despite voltage fluctuations across an energy storage device | |
| US9270127B2 (en) | Method and system for balancing electrical cells | |
| US8723489B2 (en) | Bi-directional buck-boost circuit | |
| Elhebeary et al. | Dual-source self-start high-efficiency microscale smart energy harvesting system for IoT | |
| CN102484383B (en) | Device for balancing an energy store | |
| US20130293198A1 (en) | Battery assembly control system | |
| US10065521B2 (en) | System and method for using solar power to supplement power in a DC electrical system | |
| US9812961B2 (en) | Direct current conversion device and operation method of the same | |
| WO2014151178A2 (en) | Method and apparatus for battery control | |
| JP3998154B1 (en) | Capacitor charge / discharge system | |
| US20110227525A1 (en) | Charging Circuit, Method, and System | |
| US20110089909A1 (en) | Electric energy storage module control device | |
| JP2007250826A (en) | Electric storage device for capacitor | |
| JP6895088B2 (en) | Auxiliary power supply control device for vehicles and auxiliary power supply device for vehicles | |
| JP4006476B2 (en) | Capacitor power storage controller | |
| JP3306325B2 (en) | Charge control device that reduces power consumption of parallel monitors | |
| JP2017046371A (en) | Voltage control circuit | |
| KR100995816B1 (en) | Energy storage module | |
| JP3217663B2 (en) | Power storage device | |
| US20230361581A1 (en) | Integrated control and monitoring of ultracapacitor charging and cell balancing | |
| JP2001025162A (en) | Equivalent charging device for electric double layer capacitors | |
| JP2004088869A (en) | Charge control device for capacitor storage battery | |
| KR100578026B1 (en) | Voltage stabilization circuit of super capacitor module | |
| JP4066733B2 (en) | Battery control device | |
| RU125783U1 (en) | POWER SUPPLY SYSTEM |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070801 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070802 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100817 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100817 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110817 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110817 Year of fee payment: 4 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110817 Year of fee payment: 4 |
|
| R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110817 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120817 Year of fee payment: 5 |
|
| R370 | Written measure of declining of transfer procedure |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R370 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120817 Year of fee payment: 5 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120817 Year of fee payment: 5 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120817 Year of fee payment: 5 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120817 Year of fee payment: 5 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120817 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120817 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120817 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |