專利名稱：蓄電裝置的充電控制方法以及放電控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將雙電層電容器用作蓄電設(shè)備的蓄電裝置的充電控制方法以及放電控制方法。
背景技術(shù)：
雙電層電容器(Electric Doule Layer Capacitor)因周期壽命長和使用溫度范圍寬等特點(diǎn)，作為代替二次電池的新的蓄電設(shè)備而受到矚目。參照?qǐng)D23，說明作為蓄電設(shè)備而使用雙電層電容器(以下，也簡稱為“電容器”)的供電系統(tǒng)。從太陽電池等直流電源I提供的直流的電力暫時(shí)蓄積在由多個(gè)電容器構(gòu)成的蓄電裝置2的蓄電部21中。電容器不同于二次電池，由于端子間電壓與蓄電電荷量成比例地大幅變動(dòng)，所以不能將在蓄電部21中蓄積的電力直接提供給負(fù)載。因此，在蓄電部21中蓄積的電力通過DC-DC轉(zhuǎn)換器或DC-AC逆變器等電力轉(zhuǎn)換器3對(duì)電壓進(jìn)行穩(wěn)定化之后，提供給負(fù)載4。在負(fù)載4通過直流電力而被驅(qū)動(dòng)的情況下，作為電力轉(zhuǎn)換器3而使用DC-DC轉(zhuǎn)換器等。另外，控制部22是控制蓄電部21中的充放電的部件。在圖23的供電系統(tǒng)中，電力轉(zhuǎn)換器3有允許輸入電壓范圍。因此,為了對(duì)負(fù)載持續(xù)提供穩(wěn)定的電力，需要將蓄電部21的輸出電壓(以下，稱為“蓄電部電壓”)Vt保持在電力轉(zhuǎn)換器3的允許輸入電壓范圍內(nèi)。此外，由于電容器因單體的輸出電壓低，所以蓄電部21在多數(shù)情況下串聯(lián)連接多個(gè)電容器而使用。并且，為了確保需要的蓄積電荷量，并聯(lián)連接多個(gè)電容器的情況也比較多。因此，使用電容器的蓄電裝置2的蓄電部21通常串聯(lián)和并聯(lián)連接多個(gè)電容器。以往，在蓄電部21由多個(gè)電容器構(gòu)成的蓄電裝置2中，為了提高充放電特性和放電深度，采用并用了“串并聯(lián)切換控制”和“并聯(lián)監(jiān)視器”的兩種方法的充電控制方法和放電控制方法。以下，參照


采用了這兩種方法的專利文獻(xiàn)I記載的蓄電裝置2。首先，說明串并聯(lián)切換控制。串并聯(lián)切換控制是在蓄電部21由多個(gè)電容器串聯(lián)或者并聯(lián)連接而構(gòu)成的蓄電裝置2中，為了提高充放電特性和放電深度而使用的方法之一。專利文獻(xiàn)I所記載的、使用串并聯(lián)切換控制的蓄電部21如圖24所示那樣構(gòu)成。SP，由靜電電容相等的一對(duì)電容器C、C以及切換這一對(duì)電容器C、C的串聯(lián)連接和并聯(lián)連接的多個(gè)開關(guān)S構(gòu)成一個(gè)電路模塊(以下，簡稱為“模塊”)，且該模塊串聯(lián)連接了 η級(jí)(BfBn)。關(guān)于串并聯(lián)切換控制的方法，以蓄電部21如圖25所示那樣由3級(jí)的模塊(Β1、3)構(gòu)成的情況為例進(jìn)行說明。另外，圖26是省略圖25的蓄電部21的開關(guān)，僅示出了電容器C的連接狀態(tài)的圖。在構(gòu)成圖25的蓄電部21的全部電容器C從完全放電狀態(tài)開始充電的情況下，首先，通過將圖25的開關(guān)S12、S22以及S32接通(即，閉合)，將開關(guān)Sll、S13、S21、S23、S31以及S33斷開(S卩，打開)，從而如圖26 (a)所示，全部模塊的電容器C串聯(lián)連接，在這個(gè)狀態(tài)開始充電。隨著充電，在各個(gè)電容器C中蓄積電荷，蓄電部電壓Vt上升。通過在蓄電部電壓Vt每次達(dá)到電力轉(zhuǎn)換器3的允許輸入電壓范圍的上限值時(shí)，將圖25中的開關(guān)(SlfS33)適當(dāng)?shù)亟油ɑ蛘邤嚅_，從而按照蓄電部電壓Vt收斂于電力轉(zhuǎn)換器3的允許輸入電壓范圍內(nèi)的方式進(jìn)行充電，使得將各個(gè)模塊的電容器C按照預(yù)先設(shè)定的順序，例如按照?qǐng)D26 (b)—圖
26(c)—圖26 (d)的順序，從串聯(lián)連接階段性地切換為并聯(lián)連接，最終各個(gè)模塊的電容器C全部成為并聯(lián)連接。此外，在放電時(shí)，通過伴隨著蓄電部電壓Vt的下降，在蓄電部電壓Vt每次達(dá)到電力轉(zhuǎn)換器3的允許輸入電壓范圍的下限值時(shí)，將圖25中的開關(guān)(Slf S13)適當(dāng)?shù)亟油ɑ蛘邤嚅_，從而按照與充電時(shí)相反的預(yù)先確定的順序，例如按照?qǐng)D26 Cd)—圖26 (c)—圖26(b)—圖26 (a)的順序，將各個(gè)模塊的電容器C階段性地從并聯(lián)連接切換為串聯(lián)連接，從而進(jìn)行放電。如上所述，串并聯(lián)切換控制是通過將蓄電部電壓Vt持續(xù)維持在電力轉(zhuǎn)換器3的允許輸入電壓范圍中，從而提高充放電特性和放電深度的控制。圖27是表示上述充電過程和放電過程中的蓄電部電壓Vt的時(shí)間性推移的示意圖。另外，在圖27的最下段記載的(a廣(d)的記號(hào)表示該時(shí)間區(qū)間中的蓄電部21的電容器C的連接狀態(tài)為圖26 Ca) 圖26 (d)。接著，說明“并聯(lián)監(jiān)視器”。一般電容器的靜電電容的偏差較大。因此，若將多個(gè)電容器串聯(lián)連接進(jìn)行充電，則從靜電電容小的電容器開始成為滿充電狀態(tài)。若進(jìn)一步持續(xù)充電，則靜電電容小的電容器成為過充電，這成為退化的原因，最差的情況下導(dǎo)致破壞。因此，在蓄電設(shè)備中使用電容器的蓄電裝置中，在各個(gè)電容器C的端子間附加如圖28(a)所示的由電阻R和開關(guān)S構(gòu)成的被稱為“并聯(lián)監(jiān)視器”的電路的情況較多。在該并聯(lián)監(jiān)視器中，若各個(gè)電容器C的端子間電壓超過額定電壓的上限值(upper rated voltage,可安全使用電容器的端子間電壓的上限值)，則如圖28 (b)所示那樣接通開關(guān)S，將充電電流Ic強(qiáng)制性地分流，從而防止電容器C的過充電。接著，說明在專利文獻(xiàn)I中記載的蓄電裝置的充電控制方法的問題點(diǎn)。即使蓄電部由同一標(biāo)稱靜電電容的多個(gè)電容器構(gòu)成，也因串并聯(lián)切換控制，流入并聯(lián)連接的模塊的各個(gè)電容器C的電荷量成為流入串聯(lián)連接的模塊的各個(gè)電容器C的電荷量的大約一半。進(jìn)而，由于在實(shí)際的電容器中還存在靜電電容誤差和自放電特性的差異，所以在各個(gè)電容器的端子間電壓中產(chǎn)生偏差。通過該偏差，在處于串聯(lián)連接狀態(tài)的模塊中的任一個(gè)電容器C成為額定電壓的上限值(即，滿充電)的情況下，該電容器C為了避免在處于并聯(lián)連接狀態(tài)的其他模塊內(nèi)的電容器C達(dá)到滿充電為止的期間陷入過充電的情況，必須通過并聯(lián)監(jiān)視器，將端子間電壓持續(xù)維持在額定電壓的上限值以下。其結(jié)果，產(chǎn)生因并聯(lián)監(jiān)視器的電阻引起的熱損耗，充電效率下降。S卩，在專利文獻(xiàn)I中記載的以往的充電控制方法中，模塊間的電容器的端子間電壓的偏差變得非常大，且為了防止過充電，并聯(lián)監(jiān)視器的動(dòng)作時(shí)間也變長，所以熱損耗增力口，作為結(jié)果，充電效率降低。為了解決上述問題點(diǎn)，發(fā)明人開發(fā)出抑制構(gòu)成蓄電部的全部電容器的端子間電壓的偏差的串并聯(lián)切換控制的方法(參照專利文獻(xiàn)2)。
在發(fā)明人開發(fā)出的蓄電裝置的充電控制方法中，不僅將并聯(lián)監(jiān)視器用于防止過充電，通過在每一定的間隔控制并聯(lián)監(jiān)視器，從而還用于校正以使各個(gè)電容器的端子間電壓收斂于一定范圍內(nèi)(被稱為“正常校正”)，進(jìn)一步還用于在將各個(gè)模塊的電容器從串聯(lián)連接切換為并聯(lián)連接時(shí)產(chǎn)生的、所謂的“交叉電流”的對(duì)策。通過這個(gè)方法和后述的串并聯(lián)切換控制的方法，能夠與在專利文獻(xiàn)I中記載的方法相比，減少并聯(lián)監(jiān)視器的動(dòng)作時(shí)間和伴隨其動(dòng)作的發(fā)熱，能夠提高充電效率。關(guān)于在專利文獻(xiàn)2中記載的各個(gè)模塊的串并聯(lián)切換控制的方法，以應(yīng)用于圖29所示的由三個(gè)模塊(B1、B2、B3)構(gòu)成的蓄電部21的情況為例進(jìn)行說明。另外，圖30是省略圖29的蓄電部的開關(guān)，簡化示出了電容器C的連接狀態(tài)的圖。在充電過程中，全部電容器C為完全放電狀態(tài)的情況下，通過接通開關(guān)S13、S01、S23、S02以及S33，斷開開關(guān)S11、S12、S21、S22、S31以及S32，從而如圖30 (a)所示那樣，將全部電容器C串聯(lián)連接的狀態(tài)開始充電。并且，通過在蓄電部電壓Vt達(dá)到電力轉(zhuǎn)換器3的允許輸入電壓范圍的上限值的時(shí)刻適當(dāng)控制開關(guān)(S0fS33)，從而將在蓄電部21的三個(gè)模塊(BfB3)中的任一個(gè)模塊的電容器C切換為并聯(lián)連接，將蓄電部電壓Vt降低至電力轉(zhuǎn)換器3的允許輸入電壓范圍內(nèi)。此時(shí)，模塊內(nèi)的兩個(gè)電容器C的端子間電壓之和(以后，稱為“模塊電壓”)最高的模塊被優(yōu)先并聯(lián)連接。S卩，從圖30 Ca)的狀態(tài)切換為圖30 (b)、圖30 (c)或者圖30 Cd)中的任一個(gè)狀態(tài)，繼續(xù)充電。并且，在蓄電部電壓Vt再次達(dá)到電力轉(zhuǎn)換器3的允許輸入電壓范圍的上限值為止的期間，重復(fù)如下動(dòng)作:在每一定的間隔測(cè)量全部電容器的端子間電壓，從而選定模塊電壓最高的一個(gè)模塊，該模塊的電容器并聯(lián)連接，將其他模塊的電容器串聯(lián)連接。即，重復(fù)例如從圖30 (b)的狀態(tài)切換為圖30 (C)或者圖30 Cd)的狀態(tài)的動(dòng)作。進(jìn)一步繼續(xù)充電，若蓄電部電壓Vt再次達(dá)到電力轉(zhuǎn)換器3的允許輸入電壓范圍的上限值，則為了將蓄電部電壓Vt降低至電力轉(zhuǎn)換器3的允許輸入電壓范圍內(nèi)，將并聯(lián)連接的模塊的數(shù)目增加為兩個(gè)，繼續(xù)充電。即，從圖30 (b)、圖30 (c)或者圖30 (d)中的任一個(gè)狀態(tài)切換為圖30 (e)、圖30 (f)或者圖30 (g)中的任一個(gè)狀態(tài)，繼續(xù)充電。此時(shí)，也按照模塊電壓從高到低的順序選擇兩個(gè)模塊，這些模塊的電容器并聯(lián)連接。并且，在蓄電部電壓Vt再次達(dá)到電力轉(zhuǎn)換器3的允許輸入電壓范圍的上限值為止的期間，在每一定的間隔測(cè)量全部電容器的端子間電壓，從而按照模塊電壓從高到低的順序選定兩個(gè)模塊，這兩個(gè)模塊的電容器并聯(lián)連接，其他模塊的電容器串聯(lián)連接。即，重復(fù)例如從圖30 Ce)的狀態(tài)切換為圖30 Cf)或者圖30 (g)的狀態(tài)的動(dòng)作。進(jìn)一步進(jìn)行充電，若蓄電部電壓Vt再次達(dá)到電力轉(zhuǎn)換器3的允許輸入電壓范圍的上限值，則為了將蓄電部電壓Vt降低至電力轉(zhuǎn)換器3的允許輸入電壓范圍內(nèi)，切換為圖30(h)的狀態(tài)以使并聯(lián)連接的模塊的數(shù)目成為三個(gè)，直到其中一個(gè)電容器的端子間電壓達(dá)到額定電壓為止繼續(xù)充電。另外，如圖30 (h)所示那樣全部模塊(Bf B3)的電容器C并聯(lián)連接，全部電容器C大致成為滿充電狀態(tài)時(shí)的蓄電部電壓Vt被設(shè)定成為電力轉(zhuǎn)換器3的允許輸入電壓范圍內(nèi)。另一方面，在放電過程中，全部電容器C為滿充電狀態(tài)的情況下，從圖30 (h)的狀態(tài)(全部模塊并聯(lián)的狀態(tài))開始放電，在蓄電部電壓Vt降低至電力轉(zhuǎn)換器3的允許輸入電壓范圍的下限值時(shí)，將其中一個(gè)模塊的電容器C切換為串聯(lián)連接。由此，將蓄電部電壓Vt上升，使得蓄電部電壓Vt收斂于電力轉(zhuǎn)換器3的允許輸入電壓范圍內(nèi)，維持放電。此時(shí)，從模塊電壓高的模塊開始被優(yōu)先串聯(lián)連接。即，從圖30 (h)的狀態(tài)切換為圖30 (e)、圖30 Cf)或者圖30 (g)中的任一個(gè)狀態(tài)，繼續(xù)放電。然后，進(jìn)行放電，在蓄電部電壓Vt再次達(dá)到電力轉(zhuǎn)換器3的允許輸入電壓范圍的下限值為止的期間，重復(fù)如下動(dòng)作并繼續(xù)放電:在每一定的間隔測(cè)量全部電容器的端子間電壓，從而選定模塊電壓最高的一個(gè)模塊，該模塊的電容器串聯(lián)連接，將其他模塊的電容器并聯(lián)連接。即，重復(fù)例如從圖30 (e)的狀態(tài)切換為圖30 (f)或者圖30 (g)的狀態(tài)的動(dòng)作，繼續(xù)放電。進(jìn)一步進(jìn)行放電，若蓄電部電壓Vt再次達(dá)到電力轉(zhuǎn)換器3的允許輸入電壓范圍的下限值，則為了將蓄電部電壓Vt上升至電力轉(zhuǎn)換器3的允許輸入電壓范圍內(nèi)，將串聯(lián)連接的模塊的數(shù)目增加為兩個(gè)，繼續(xù)放電。即，從圖30 (e)、圖30 (f)或者圖30 (g)中的任一個(gè)狀態(tài)切換為圖30 (b)、圖30 (c)或者圖30 (d)中的任一個(gè)狀態(tài)，繼續(xù)充電。此時(shí)，也按照模塊電壓從高到低的順序選擇兩個(gè)模塊，這些模塊的電容器串聯(lián)連接而繼續(xù)放電。并且，進(jìn)行放電，在蓄電部電壓Vt再次達(dá)到電力轉(zhuǎn)換器3的允許輸入電壓范圍的下限值為止的期間，重復(fù)以下動(dòng)作并繼續(xù)放電:在每一定的間隔測(cè)量全部電容器的端子間電壓，從而選定模塊電壓最高的兩個(gè)模塊，將該模塊的電容器串聯(lián)連接，將其他模塊并聯(lián)連接。S卩，重復(fù)例如從圖30 (b)的狀態(tài)切換為圖30 (C)或者圖30 Cd)的狀態(tài)的動(dòng)作，繼續(xù)放電。進(jìn)一步進(jìn)行放電，若蓄電部電壓Vt再次達(dá)到電力轉(zhuǎn)換器3的允許輸入電壓范圍的下限值，則為了將蓄電部電壓Vt上升至電力轉(zhuǎn)換器3的允許輸入電壓范圍內(nèi)，切換為全部電容器串聯(lián)連接的圖30 (a)的狀態(tài)，繼續(xù)放電。如上所述，通過切換各個(gè)模塊的串并聯(lián)的連接狀態(tài)，按照蓄電部電壓Vt維持在電力轉(zhuǎn)換器3的允許輸入電壓范圍的方式進(jìn)行放電。如上所述，在專利文獻(xiàn)2中記載的串并聯(lián)切換控制的方法的特征在于，被串并聯(lián)切換的模塊的順序和串并聯(lián)切換的模式?jīng)]有如專利文獻(xiàn)I中記載的方法那樣固定，而是在每一定的間隔進(jìn)行串并聯(lián)切換以使各個(gè)電容器的端子間電壓的偏差受到抑制。由此，能夠細(xì)致地控制各個(gè)模塊內(nèi)的電容器C的端子間電壓，進(jìn)一步，能夠抑制構(gòu)成蓄電部21的全部電容器C的端子間電壓的偏差。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:(日本)特開平11-215695號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:國際公開TO2007/046138

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題如上所述那樣，以往的蓄電裝置的充電控制方法以及放電控制方法通過并用串并聯(lián)切換控制和并聯(lián)監(jiān)視器，從而實(shí)現(xiàn)效率高的充放電。但是，在專利文獻(xiàn)I中記載的控制方法中，被串并聯(lián)切換的模塊的順序和串并聯(lián)切換的模式固定，難以不使用并聯(lián)監(jiān)視器而抑制各個(gè)電容器的端子間電壓的偏差。此外，在專利文獻(xiàn)2中記載的控制方法中，在多個(gè)模塊并聯(lián)化且如圖30 (e)、(g)、(h)那樣并聯(lián)化的模塊相鄰的情況下，也因并聯(lián)化的模塊內(nèi)的電容器串聯(lián)連接，所以在電容器的端子間電壓中產(chǎn)生偏差。此外，尤其在充電的最終過程中全部模塊內(nèi)的電容器并聯(lián)化的圖30(h)的情況下，由于不能進(jìn)行串并聯(lián)的切換，所以不能抑制各個(gè)電容器的端子間電壓的偏差，并且由于構(gòu)成蓄電部中的任一個(gè)電容器的端子間電壓成為額定電壓(即，滿充電)則停止充電，所以不能避免充電效率的低下。此外，在專利文獻(xiàn)2中記載的串并聯(lián)切換控制的方法中，不僅將并聯(lián)監(jiān)視器用于防止過充電，通過在每一定的間隔控制并聯(lián)監(jiān)視器，從而還用于以使各個(gè)電容器的端子間電壓收斂于一定范圍內(nèi)的方式進(jìn)行校正的被稱為正常校正的操作，但不能避免伴隨著并聯(lián)監(jiān)視器的動(dòng)作的發(fā)熱，成為充放電效率的提高的屏障。由此，在以往的蓄電裝置的控制方法中，難以完全排除并聯(lián)監(jiān)視器，不能避免并聯(lián)監(jiān)視器所導(dǎo)致的功率損耗。本發(fā)明是鑒于這樣的以往的問題點(diǎn)而完成的，其目的在于，提供一種不使用并聯(lián)監(jiān)視器也能夠抑制充放電過程中的電容器的端子間電壓的偏差的蓄電裝置的充電控制方法以及放電控制方法。用于解決課題的手段為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的蓄電裝置的充電控制方法，作為蓄電部件，使用構(gòu)成為如下的電容器組:包括靜電電容相等的第I至第2n的2n個(gè)(η為2以上的整數(shù))雙電層電容器，且相鄰的雙電層電容器之間能夠通過開關(guān)以串聯(lián)或者并聯(lián)中的任一種方式連接，且第2η雙電層電容器和第I雙電層電容器之間能夠通過開關(guān)并聯(lián)連接，所述蓄電裝置的充電控制方法的特征在于，在將并聯(lián)連接的兩個(gè)雙電層電容器作為并聯(lián)部時(shí)，從所述雙電層電容器全部串聯(lián)連接的狀態(tài)開始充電，直到所述并聯(lián)部的數(shù)目P成為η，且2η個(gè)雙電層電容器中的至少任一個(gè)端子間電壓達(dá)到額定電壓的上限值為止，重復(fù)下述的第I處理和第2處理。所述第I處理為:在所述并聯(lián)部的數(shù)目P為I以上的情況下，將i設(shè)為循環(huán)I至2n的值的整數(shù)，將kj (j為I < j < P的整數(shù))設(shè)為滿足O < kj < 2n-2的P個(gè)O或者任意的偶數(shù)，在每次經(jīng)過預(yù)定的時(shí)間時(shí)，將i的數(shù)目每次增加1，并且將第(i+kp和第(i+kfl)雙電層電容器的連接狀態(tài)設(shè)為并聯(lián)以構(gòu)成所述并聯(lián)部，且將其他的雙電層電容器的連接狀態(tài)設(shè)為串聯(lián)。其中，在將K設(shè)為整數(shù)時(shí)，第(2n+K)雙電層電容器成為第K雙電層電容器。所述第2處理為:在所述蓄電部件的電壓達(dá)到預(yù)先設(shè)定的第I電壓值時(shí)，將所述并聯(lián)部的數(shù)目P增加I。優(yōu)選在本發(fā)明的充電控制方法中，作為所述第I電壓值，使用連接到所述蓄電部件的輸出側(cè)的電力轉(zhuǎn)換器的允許輸入電壓范圍的上限值。此外，本發(fā)明的蓄電裝置的放電控制方法，作為蓄電部件，使用構(gòu)成為如下的電容器組:包括靜電電容相等的第I至第2η的2η個(gè)(η為2以上的整數(shù))雙電層電容器，且相鄰的雙電層電容器之間能夠通過開關(guān)以串聯(lián)或者并聯(lián)中的任一種方式連接，且第2η雙電層電容器和第I雙電層電容器之間能夠通過開關(guān)并聯(lián)連接，所述蓄電裝置的充電控制方法的特征在于，在將并聯(lián)連接的兩個(gè)雙電層電容器作為并聯(lián)部時(shí)，直到從所述并聯(lián)部的數(shù)目P為η的狀態(tài)成為雙電層電容器全部串聯(lián)連接的狀態(tài)，且所述蓄電部件的電壓達(dá)到預(yù)先設(shè)定的第2電壓值為止，重復(fù)下述的第I處理和第2處理。所述第I處理為:在所述并聯(lián)部的數(shù)目P為I以上的情況下，將i設(shè)為循環(huán)I至2n的值的整數(shù)，將kj (j為I < j < P的整數(shù))設(shè)為滿足O < kj < 2n-2的P個(gè)O或者任意的偶數(shù)，在每次經(jīng)過預(yù)定的時(shí)間時(shí)，將i的數(shù)目每次增加1，并且將第(i+kp和第(i+kfl)雙電層電容器的連接狀態(tài)設(shè)為并聯(lián)以構(gòu)成所述并聯(lián)部，且將其他的雙電層電容器的連接狀態(tài)設(shè)為串聯(lián)。其中，在將K設(shè)為整數(shù)時(shí)，第(2n+K)雙電層電容器成為第K雙電層電容器。所述第2處理為:在所述蓄電部件的電壓達(dá)到所述第2電壓值時(shí)，將所述并聯(lián)部的數(shù)目P減少I。優(yōu)選在本發(fā)明的放電控制方法中，作為所述第2電壓值，使用連接到所述蓄電部件的輸出側(cè)的電力轉(zhuǎn)換器的允許輸入電壓范圍的下限值。此外，優(yōu)選在作為所述雙電層電容器而使用設(shè)定有額定電壓的下限值的電容器的情況下，在構(gòu)成所述蓄電部件中的任一個(gè)雙電層電容器的端子間電壓低于所述額定電壓的下限值時(shí)停止放電。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的蓄電裝置的充電控制方法以及放電控制方法，通過將構(gòu)成蓄電部的電容器中相鄰的電容器之間依次并聯(lián)連接，從而電容器的端子間電壓成為均壓，作為其結(jié)果，能夠抑制電容器的端子間電壓的偏差。伴隨于此，在充電時(shí)不需要用于防止過充電的并聯(lián)監(jiān)視器，由于沒有熱損耗所以充電效率提高。此外，在放電時(shí)能夠延長放電時(shí)間。

圖1是表示包括蓄電裝置的供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖2是表示圖1的蓄電部的結(jié)構(gòu)例的電路圖。圖3是說明通過并聯(lián)連接的均壓化的原理的圖。圖4是在圖2的電路圖中設(shè)為η=4時(shí)的電路圖。圖5是簡化圖4所示的蓄電部中的電容器的連接狀態(tài)而示出的圖。圖6是說明通過并聯(lián)部的移動(dòng)的均壓化的圖。圖7是說明并聯(lián)連接時(shí)間AT的圖。圖8是表示圖7的電容器的端子間電壓的時(shí)間變化的圖。圖9是表示圖7的電容器的端子間電壓的時(shí)間變化的圖。圖10是用于計(jì)算并聯(lián)連接時(shí)間AT的說明圖。圖11是簡化表示在由10個(gè)電容器構(gòu)成的蓄電部中并聯(lián)部為一個(gè)時(shí)的并聯(lián)模式的圖。圖12是簡化表示在由10個(gè)電容器構(gòu)成的蓄電部中并聯(lián)部為兩個(gè)時(shí)的并聯(lián)模式的圖。圖13是簡化表示在由10個(gè)電容器構(gòu)成的蓄電部中并聯(lián)部為三個(gè)時(shí)的并聯(lián)模式的圖。圖14是簡化表示在由10個(gè)電容器構(gòu)成的蓄電部中并聯(lián)部為四個(gè)時(shí)的并聯(lián)模式的圖。圖15是簡化表示在由10個(gè)電容器構(gòu)成的蓄電部中并聯(lián)部為兩個(gè)時(shí)的、與圖12不同的并聯(lián)模式的例子的圖。圖16是簡化表示在由10個(gè)電容器構(gòu)成的蓄電部中并聯(lián)部為五個(gè)時(shí)的并聯(lián)模式的圖。圖17是實(shí)施本發(fā)明的充電控制方法時(shí)的流程圖。圖18是實(shí)施本發(fā)明的放電控制方法時(shí)的流程圖。圖19是組合了本發(fā)明的充電控制方法和放電控制方法時(shí)的流程圖。圖20是對(duì)使用已設(shè)定額定電壓的上限值和下限值的電容器的蓄電裝置實(shí)施本發(fā)明的充電控制方法和放電控制方法時(shí)的流程圖。圖21是在通過本發(fā)明的方法進(jìn)行充電控制之后進(jìn)行放電控制的情況下以及通過以往的方法進(jìn)行充電控制之后進(jìn)行放電控制的情況下的各個(gè)電容器的端子間電壓的時(shí)間變化的曲線圖。圖22是表示通過本發(fā)明的方法以及專利文獻(xiàn)2中記載的方法進(jìn)行充電控制，成為滿充電的時(shí)刻的各個(gè)電容器的端子間電壓的曲線圖。圖23是表示作為蓄電設(shè)備而使用多個(gè)電容器的供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖24是表示在專利文獻(xiàn)I中記載的蓄電部的結(jié)構(gòu)例的電路圖。圖25是由3級(jí)的模塊構(gòu)成的在專利文獻(xiàn)I中記載的蓄電部的電路圖。圖26是簡化表示在圖25所示的蓄電部中的電容器的連接狀態(tài)的圖。圖27是表示在通過專利文獻(xiàn)I中記載的方法進(jìn)行充電控制之后，進(jìn)行放電控制的情況下的蓄電部電壓的時(shí)間變化的曲線圖。圖28是說明“并聯(lián)監(jiān)視器”的電路圖。圖29是表示在專利文獻(xiàn)2中記載的蓄電部的結(jié)構(gòu)例的電路圖。圖30是簡化表示在圖29所示的蓄電部中的電容器C的連接狀態(tài)的圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照

本發(fā)明的實(shí)施方式的蓄電裝置的充電控制方法以及放電控制方法(以后，簡稱為“充電控制方法”以及“放電控制方法”)。(實(shí)施方式I)圖1表示包括蓄電裝置的供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施方式中，說明由圖1的蓄電裝置2實(shí)施的充電控制方法。蓄電裝置2對(duì)從直流電源I提供的直流電力進(jìn)行蓄電，并將其在電力轉(zhuǎn)換器3中轉(zhuǎn)換為交流電力之后或者直接將直流電力提供給負(fù)載4。優(yōu)選直流電源I為電流源。作為直流電源1，例如使用太陽電池等。雖然還能夠利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)或引擎發(fā)電機(jī)等其他的供電源，但在這樣的情況下，存在交流輸出和直流輸出，在供電源為交流電源的情況下作為直流化而利用。電力轉(zhuǎn)換器3由DC-AC逆變器等構(gòu)成，將在蓄電裝置2中蓄積的直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力，并且將輸出電壓穩(wěn)定化。另外，在負(fù)載4由直流電力而被驅(qū)動(dòng)的情況下，作為電力轉(zhuǎn)換器3而使用DC-DC轉(zhuǎn)換器等?！葱铍娧b置的結(jié)構(gòu)〉接著，說明蓄電裝置的結(jié)構(gòu)。蓄電裝置2包括蓄電部21和控制部22。蓄電部21對(duì)從直流電源I提供的直流的電力進(jìn)行蓄積?？刂撇?2控制蓄電部21中的充放電。
圖2表示蓄電部21的結(jié)構(gòu)例。作為蓄電部件的蓄電部21包括靜電電容相等的2η個(gè)(η為2以上的整數(shù))電容器Ci (i=l、2、……、2n)。蓄電部21的相鄰的電容器之間，能
夠通過開關(guān)SaO、Sal、......Sa2n_l、Sa2n、SbO、Sbl、......、Sb2n以串聯(lián)或者并聯(lián)中的任一
種方式連接。此外，第2n電容器C2n和第I電容器Cl能夠通過開關(guān)Sa2n+1、Sa2n+2并聯(lián)
連接。以后，也將開關(guān) SaO、Sal、......Sa2n_l、Sa2n、SbO、Sbl、......、Sb2n、Sa2n+l、Sa2n+2
統(tǒng)稱為“S”。關(guān)于開關(guān)S的切換動(dòng)作，在后面參照附圖進(jìn)行詳細(xì)敘述。如前面所述，在電容器Ci中使用雙電層電容器。另外，狹義的雙電層電容器是指電極的正極和負(fù)極雙方使用雙電層電容的對(duì)稱型的雙電層電容器。相對(duì)于此，在廣義的雙電層電容器中，除了對(duì)稱型的電容器之外，還包括一個(gè)極為伴隨發(fā)生氧化還原反應(yīng)的氧化還原模擬電容(redox模擬電容)且另一個(gè)極成為雙電層電容的非對(duì)稱型的雙電層電容器等。本發(fā)明能夠應(yīng)用于廣義的雙電層電容器。作為開關(guān)S，通常使用由FET等構(gòu)成的半導(dǎo)體開關(guān)。但是，在開關(guān)S中流過的電流量多的情況下，也可以使用晶閘管或IGBT等。返回到圖1的說明，控制部22是控制蓄電部21中的充放電的部件，包括串并聯(lián)切換電路23、端子間電壓檢測(cè)電路24、蓄電部電壓檢測(cè)電路25以及控制電路26。

串并聯(lián)切換電路23通過進(jìn)行蓄電部21的開關(guān)S的各自的切換，從而將相鄰的電容器切換為串聯(lián)連接的狀態(tài)和并聯(lián)連接的狀態(tài)中的任一種狀態(tài)，且將第2n電容器C2n和第I電容器Cl切換為并聯(lián)連接的狀態(tài)。端子間電壓檢測(cè)電路24檢測(cè)構(gòu)成蓄電部21的各個(gè)電容器Ci的端子間電壓Vci。蓄電部電壓檢測(cè)電路25檢測(cè)作為蓄電部21的輸出電壓的蓄電部電壓Vt。端子間電壓檢測(cè)電路24檢測(cè)出的各個(gè)電容器Ci的端子間電壓Vci以及蓄電部電壓檢測(cè)電路25檢測(cè)出的蓄電部電壓Vt輸入到控制電路26?？刂齐娐?6基于從端子間電壓檢測(cè)電路24輸出的各個(gè)電容器Ci的端子間電壓Vci以及從蓄電部電壓檢測(cè)電路25輸出的蓄電部電壓Vt，進(jìn)行串并聯(lián)切換電路23的控制。此外，控制電路26控制圖2的充電用的開關(guān)Si以及放電用的開關(guān)So的接通/斷開?？刂齐娐?6包括脈沖生成電路27。脈沖生成電路27根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)，在后述的每個(gè)間隔期間生成脈沖，并作為串并聯(lián)切換電路23以及端子間電壓檢測(cè)電路24、蓄電部電壓檢測(cè)電路25的定時(shí)信號(hào)而輸出。另外，在由包括CPU (中央處理單元)的微型控制器等構(gòu)成了控制電路26的情況下，通過將在ROM (只讀存儲(chǔ)器)中存儲(chǔ)的軟件(程序)讀出到CPU中執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)控制電路26和脈沖生成電路27的各自的功能。圖中，開關(guān)Si是充電用的開關(guān)，若根據(jù)控制電路26的指示而閉合開關(guān)Si，則直流電源I和蓄電部21經(jīng)由二極管Dl連接。此外，開關(guān)So是放電用的開關(guān)，若根據(jù)控制電路26的指示而閉合開關(guān)So，則蓄電部21和負(fù)載4經(jīng)由二極管D2和電力轉(zhuǎn)換器3連接。另外，二極管Dl和二極管D2是用于防止逆流的二極管。在控制部22內(nèi)的各個(gè)電路以及電力轉(zhuǎn)換器3中，從未圖示的蓄電池等電源提供用于動(dòng)作的電力。但是，也可以不特意設(shè)置電源，而是作為用于動(dòng)作的電力，使用在蓄電部21中蓄積的直流電力的一部分。此時(shí)，控制電路26需要控制放電，使得在蓄電部21中蓄積的電力量不會(huì)成為在控制電路26中需要的電力量以下。
<電容器的連接狀態(tài)的切換控制>接著，說明本發(fā)明的電容器Ci的連接狀態(tài)的切換控制。在本發(fā)明中采用如下方法:在具備串并聯(lián)切換控制方式的蓄電部21的蓄電裝置2中，通過將在構(gòu)成蓄電部21的2η個(gè)電容器Ci (i=l、2、……2n)中、相鄰的電容器之間依次從串聯(lián)連接切換為并聯(lián)連接或者將第2n電容器C2n和第I電容器Cl切換為并聯(lián)連接的狀態(tài)，從而抑制各電容器的端子間電壓的偏差(以后，將其稱為“均壓化”)。具體地說，本發(fā)明的充電控制方法的特征在于，在將相鄰的兩個(gè)電容器Ci (i=l、2、……、2n)或者第2n電容器C2n和第I電容器Cl并聯(lián)連接的部分作為并聯(lián)部時(shí)，從構(gòu)成蓄電部的全部的電容器串聯(lián)連接的狀態(tài)(即，并聯(lián)部的數(shù)目P為O的狀態(tài))開始充電，且直到并聯(lián)部的數(shù)目P從I的狀態(tài)成為n，且2n個(gè)電容器中的任一個(gè)端子間電壓達(dá)到額定電壓的上限值為止，重復(fù)下述的第I處理和第2處理。(I)在所述并聯(lián)部的數(shù)目P為I以上的情況下，將i設(shè)為循環(huán)I至2n的值的整數(shù)，將kj (j為I < j < P的整數(shù))設(shè)為滿足O < kj < 2n-2的P個(gè)O或者任意的偶數(shù)，在每次經(jīng)過預(yù)定的時(shí)間時(shí)，將i的數(shù)目每次增加1，并且將第(i+kp和第(i+k,l)電容器的連接狀態(tài)設(shè)為并聯(lián)以構(gòu)成所述并聯(lián)部，且將其他的電容器的連接狀態(tài)設(shè)為串聯(lián)。其中，在將K設(shè)為整數(shù)時(shí)，第(2n+K)電容器成為第K電容器。(2)在作為蓄電部件的蓄電部21的電壓達(dá)到預(yù)先設(shè)定的第I電壓值時(shí)，將所述并聯(lián)部的數(shù)目P增加I。以下，具體說明上述第I處理和第2處理。首先，說明第I處理。如圖3(a)所示，兩個(gè)電容器Cl和C2經(jīng)由開關(guān)S連接，在時(shí)刻O的電容器Cl、C2的端子間電壓分別為Vcl
(0)、Vc2 (0)，且設(shè)為 Vcl (O) > Vc2 (O)。

如圖3(b)所示，若在時(shí)刻O閉合開關(guān)S，將兩個(gè)電容器Cl和C2并聯(lián)連接，則電荷從端子間電壓高的電容器Cl向端子間電壓低的電容器C2移動(dòng)(S卩，電流i從電容器Cl流向電容器C2)，若經(jīng)過充分的時(shí)間，則兩個(gè)電容器Cl和C2的端子間電壓變得相等。在本發(fā)明中，積極地利用通過這樣將兩個(gè)電容器并聯(lián)連接而使各個(gè)電容器的端子間電壓成為均壓化的方法。以下，基于圖4和圖5具體說明蓄電部21中的電容器Ci的連接狀態(tài)的切換控制。圖4表示在圖2中設(shè)為n=4的情況。此外，圖5是省略圖4所示的開關(guān)S,僅示出了蓄電部21的各個(gè)電容器Ci的連接狀態(tài)的圖。另外，圖5 (b) 圖5 (g)表示并聯(lián)連接的電容器只有I組(即，并聯(lián)部的數(shù)目P為I)的情況。在圖4中，若將開關(guān)Sal SalO開放、將開關(guān)SaO、SbO Sb8閉合，則如圖5 (a) PJf示那樣成為全部電容器串聯(lián)連接的狀態(tài)。此外，若將圖4的Sa3 SalO、Sbl開放、將SbO、Sa(TSa2、Sb2^Sb8閉合，則如圖5 (b)所示那樣成為電容器Cl和電容器C2并聯(lián)連接的狀態(tài)。同樣地，通過將開關(guān)Sa(TSalO和開關(guān)Sb(TSb8適當(dāng)?shù)亟油?B卩，閉合)或者斷開(即，打開)，從而能夠?qū)2和C3、C3和C4、……、C7和C8，相互相鄰的兩個(gè)電容器依次從串聯(lián)連接切換為并聯(lián)連接，且能夠?qū)8和Cl并聯(lián)連接。圖5 (c)表示C2和C3并聯(lián)連接的狀態(tài)，圖5 (d)表示C3和C4并聯(lián)連接的狀態(tài)，圖5 (e)表示C4和C5并聯(lián)連接的狀態(tài)，圖
5Cf)表示C7和C8并聯(lián)連接的狀態(tài)，圖5 (g)表示C8和Cl并聯(lián)連接的狀態(tài)。
原本，構(gòu)成蓄電部21的電容器的串并聯(lián)切換控制是以將蓄電部電壓Vt維持在電力轉(zhuǎn)換器3的允許輸入電壓范圍內(nèi)為目的而進(jìn)行。因此，兩個(gè)電容器并聯(lián)連接的狀態(tài)(并聯(lián)部)的數(shù)目為最重要的元素，若并聯(lián)部的數(shù)目P為可將蓄電部電壓Vt收斂于電力轉(zhuǎn)換器3的允許輸入電壓范圍內(nèi)的值，則可以將任意兩個(gè)電容器并聯(lián)化。因此，在本實(shí)施方式中，維持將蓄電部電壓Vt維持在電力轉(zhuǎn)換器3的允許輸入電壓范圍內(nèi)所需的并聯(lián)部的數(shù)目P，并且依次移動(dòng)并聯(lián)部而進(jìn)行均壓化。即，如圖6所示，通過經(jīng)由開關(guān)S而將相互相鄰的電容器以及第2η電容器C2n和第I電容器Cl依次并聯(lián)連接，從而相互進(jìn)行電荷的轉(zhuǎn)交，將電容器的端子間電壓均壓化。如圖2所示，在蓄電部21由2n個(gè)電容器構(gòu)成且并聯(lián)部的數(shù)目為一個(gè)的情況下，如圖6 (a)所示，首先，Cl和C2的電容器在AT[sec]的期間并聯(lián)連接。此時(shí)，若在C1、C2的端子間電壓中產(chǎn)生差，則產(chǎn)生電荷的移動(dòng)，Cl和C2的端子間電壓的差減少。并且，若在AT[sec]之后如圖6 (b)所示那樣C2和C3并聯(lián)連接，則這次是C2和C3的端子間電壓均壓化。之后，在每個(gè)Λ T [sec]重復(fù)同樣的動(dòng)作，于是C2n-1和C2n并聯(lián)連接，最后C2n和Cl并聯(lián)連接，從而一個(gè)周期結(jié)束。若圖6 (a)至圖6 (e)的一系列動(dòng)作結(jié)束，則再次從圖6 (a)的狀態(tài)起重復(fù)上述一系列的動(dòng)作。以后，將I組電容器并聯(lián)連接的一定的時(shí)間Λ T記為“并聯(lián)連接時(shí)間”。因此，在如圖4所示那樣蓄電部由8個(gè)電容器構(gòu)成且并聯(lián)部的數(shù)目P為一個(gè)的情況下，從Cl和C2并聯(lián)連接狀態(tài)的圖5 (b)的狀態(tài)，之后在每個(gè)AT[sec]，按照?qǐng)D5 (b)—圖 5 (c)—圖 5 (d)—圖 5 (e)—......圖 5 (f)—圖 5 (g)—圖 5 (b)—圖 5 (c)—圖 5Cd)-……，依次將相鄰的電容器以及CS和Cl并聯(lián)連接，從而進(jìn)行均壓化并且進(jìn)行充電。以后，將這樣的電容器的均壓化的方法記為“通過相鄰電容器的并聯(lián)化所產(chǎn)生的均壓化”。如上所述，若在每個(gè)并聯(lián)連接時(shí)間AT[sec]進(jìn)行并聯(lián)部的切換控制并且將各個(gè)電容器依次并聯(lián)連接，則即使在電容器的端子間電壓中產(chǎn)生偏差，也從端子間電壓大的電容器對(duì)端子間電壓小的電容器轉(zhuǎn)交電荷。因此，若選擇適當(dāng)?shù)牟⒙?lián)連接時(shí)間ΛΤ，則構(gòu)成蓄電部21的全部電容器的端子間電壓始終保持大致相等。并且，如上所述的切換控制只要在每個(gè)并聯(lián)連接時(shí)間AT[sec]重復(fù)進(jìn)行開關(guān)的切換動(dòng)作即可，不需要復(fù)雜的運(yùn)算，所以能夠簡化控制部22的結(jié)構(gòu)。接著，說明在蓄電部21由2n個(gè)電容器構(gòu)成的情況下的、各個(gè)電容器的均壓化所需的并聯(lián)連接時(shí)間AT。若將電容器Ci和Ci+1 (i=l、2、……、2n，其中，以下，i循環(huán)I至2n的值，認(rèn)為C2n+1為Cl。)的并聯(lián)連接時(shí)間設(shè)為AT[sec](—定)，則從電容器Cl和C2的并聯(lián)連接起開始，將C2和C3、C3和C4、C2n-1和C2n、C2n和Cl依次并聯(lián)連接所需的時(shí)間Tp[sec]成為如下。數(shù)學(xué)式ITp= Δ TX 2n[sec]..........(I)將該時(shí)間Tp [sec]定義為[一個(gè)周期時(shí)間]。這里，考慮將因某種原因而在端子間電壓中產(chǎn)生了差的兩個(gè)電容器Cl和C2如圖
7(a)所示那樣經(jīng)由開關(guān)S并聯(lián)連接的情況。另外，在圖7中，將因開關(guān)和電容器的內(nèi)部電阻等所產(chǎn)生的并聯(lián)電路內(nèi)的電阻設(shè)為R[Q]。首先，將兩個(gè)電容器C1、C2的標(biāo)稱靜電電容分別設(shè)為C[F]，將電容器Cl的實(shí)際的靜電電容設(shè)為aC[F]、將C2的實(shí)際的靜電電容設(shè)為bC[F]。此外，假設(shè)在時(shí)刻O閉合開關(guān)S，在閉合開關(guān)S之前(時(shí)刻O)的電容器Cl的端子間電壓設(shè)為Vcl (O) [V]、將電容器C2的端子間電壓設(shè)為Vc2(0)[V]。另外，以下，省略電壓的單位[V]而進(jìn)行說明。圖8表示電容器C1、C2的端子間電壓的時(shí)間變化。通過在時(shí)刻O閉合開關(guān)S，例如在Vcl(O) > Vc2(0)的情況下，如圖7 (b)所示那樣，從電容器Cl對(duì)電容器C2流入橫流電流(交叉電流)i，在時(shí)刻t的兩個(gè)電容器的端子間電壓分別通過下述(2)式和(3)式提供。數(shù)學(xué)式2Vcl (f) = Vcl(O)-11 — exp(^t/Tc)}........(2)數(shù)學(xué)式3
f P.,IVc2(t) = Vc2(O) + 3、'，々2幽{1-exp(-t/Tc)}........(3)
{a + bj其中，數(shù)學(xué)式4Tc = -^xCR [sec]...........(4>以由(4)式表示的時(shí)間常數(shù)Tc開始均壓化，在經(jīng)過了充分的時(shí)間的穩(wěn)定狀態(tài)下，兩個(gè)電容器的端子間電壓成為相同。數(shù)學(xué)式5
rni1 n inf aVcl(0) + bVc2(0)
L0142」 V ΙΠι 由...................「................1* *....* *. * ( 5)
a + b另外，在Vcl (O) < Vc2(0)的情況下，電流的方向與圖7 (b)相反，且僅僅是在圖8中Vcl (O)和Vc2 (O)的大小關(guān)系相反，與上述相同地進(jìn)行均壓化，所以以下僅記載Vcl(O) > Vc2(0)的情況。這里，在表I中表示一般(2)式和(3)式中的exp (_t/Tc)根據(jù)時(shí)間t的值而接近最終值什么程度。表I
并聯(lián)連接時(shí)_ 端TlnJ電樂接近圾終值端子W電樂接近JS終憧 t[sec]__的比例__的比例(％+)Tc__1/e ^ 0.368__(36.8 )_
2Tc__l/e2 0.135__(13.5%)_
3TcI/e3^ 0.050(5.0%)另外，若將在時(shí)刻O閉合了圖7 (a)的開關(guān)S的情況下的時(shí)刻T的電容器Cl的端子間電壓設(shè)為Vcl (t)，則在表I中端子間電壓接近最終值的比例是指如下數(shù)學(xué)式。數(shù)學(xué)式6
|￥c!(0)-Vlnf|因此，可知在時(shí)刻O閉合圖7 (a)的開關(guān)S，將電容器Cl和電容器C2在AT[sec]的時(shí)間并聯(lián)連接的情況下，為了使例如在時(shí)刻ΛΤ的Cl的端子間電壓Vcl (AT)和Vinf之差的絕對(duì)值收斂于Vcl (O)和Vinf之差的絕對(duì)值的大約37%以內(nèi)的、即下述(6)式成立，則根據(jù)表I和圖9，設(shè)定為下述(7)式成立即可。另外，圖9與圖8相同地表示電容器Cl、C2的端子間電壓的時(shí)間變化。數(shù)學(xué)式7I Vcl ( Λ T) -Vinf | ( | Vcl (O) -Vinf X0.37..........(6)數(shù)學(xué)式SΔ T ^ Tc [sec].......(7) 此時(shí)，在時(shí)刻AT的電容器C2的端子間電壓Vc2 ( Λ T)和Vinf之差的絕對(duì)值也收斂于Vc2 (O)和Vinf之差的絕對(duì)值的大約37%以內(nèi)。因此，在蓄電部21如圖2所示那樣由2n個(gè)電容器構(gòu)成的情況下，從電容器Cl和C2的并聯(lián)化起開始，將C2和C3、……、C2n-1和C2n、C2n和Cl依次并聯(lián)連接所需的一個(gè)周期時(shí)間Tp[sec]，在例如將AT設(shè)定為滿足(7)式的值的情況下，由下述(8)式提供。數(shù)學(xué)式9Tp= ΔΤΧ2η ^ TcX2n[sec]..........(8)此外，在蓄電部21的各個(gè)電容器存在靜電電容誤差的情況下，在充放電過程中2n個(gè)電容器的端子間電壓的偏差成為最大是在，從全部電容器串聯(lián)連接的狀態(tài)開始充電，沒有進(jìn)行均壓化，蓄電部電壓Vt達(dá)到預(yù)先設(shè)定的第I電壓值Uv，從而進(jìn)行串并聯(lián)切換之前，即在構(gòu)成一個(gè)并聯(lián)部之前。—般蓄電部21由相同標(biāo)稱靜電電容且相同靜電電容誤差范圍的電容器構(gòu)成。因此，在以下的說明中，將構(gòu)成蓄電部21的2n個(gè)電容器的標(biāo)稱靜電電容設(shè)為C[F]、將額定中允許的靜電電容的下限值設(shè)為aC[F]、將額定中允許的靜電電容的上限值設(shè)為bC[F] (BP,a彡I彡b)，此外，設(shè)為如圖10所示那樣，蓄電部21由將電容器Cl的靜電電容設(shè)為aC[F]、將電容器C2的靜電電容設(shè)為bC[F]、將剩余的2n-2個(gè)電容器的靜電電容設(shè)為C[F]的2n個(gè)電容器構(gòu)成。此外，構(gòu)成蓄電部21的2n個(gè)電容器Ci全部為完全放電狀態(tài)且如圖10所示那樣從全部電容器串聯(lián)連接的狀態(tài)起以充電電流I [A]開始充電。此外，將從充電的開始起，進(jìn)行充電，從而蓄電部電壓Vt達(dá)到預(yù)先設(shè)定的第I電壓值Uv [V]，進(jìn)行最初的串并聯(lián)切換為止的時(shí)間設(shè)為T[sec]。另外，作為第I電壓值Uv，通常設(shè)定電力轉(zhuǎn)換器3的允許輸入電壓范圍的上限值，但即使設(shè)定電力轉(zhuǎn)換器3的轉(zhuǎn)換效率最好的值、S卩比允許輸入電壓范圍的上限值低的值，也能發(fā)揮本發(fā)明的充電控制方法的效果。若在時(shí)刻O,構(gòu)成蓄電部21的2n個(gè)電容器全部為完全放電狀態(tài),且全部電容器從串聯(lián)狀態(tài)開始充電，進(jìn)行充電，從而在時(shí)刻T蓄電部電壓Vt達(dá)到預(yù)先設(shè)定的第I電壓值Uv，則進(jìn)行最初的串并聯(lián)切換之前的電容器Cl的端子間電壓Vcl(T)、電容器C2的端子間電壓Vc2 (T)、電容器C3 C2n的端子間電壓Vc3 (T) >c2n (T)分別成為如下。數(shù)學(xué)式10
I V 丁Vcl(T)=--
aC
權(quán)利要求
1.一種蓄電裝置的充電控制方法，作為蓄電部件，使用構(gòu)成為如下的電容器組:包括靜電電容相等的第I至第2η的2η個(gè)雙電層電容器，且相鄰的雙電層電容器之間能夠通過開關(guān)以串聯(lián)或者并聯(lián)中的任一種方式連接，且第2η雙電層電容器和第I雙電層電容器之間能夠通過開關(guān)并聯(lián)連接，其中，η為2以上的整數(shù)，所述蓄電裝置的充電控制方法的特征在于， 在將并聯(lián)連接的兩個(gè)雙電層電容器作為并聯(lián)部時(shí)，從所述雙電層電容器全部串聯(lián)連接的狀態(tài)開始充電，直到所述并聯(lián)部的數(shù)目P成為η、且2η個(gè)雙電層電容器中的至少任一個(gè)的端子間電壓達(dá)到額定電壓的上限值為止，重復(fù)下述的第I處理和第2處理， 所述第I處理為:在所述并聯(lián)部的數(shù)目P為I以上的情況下，將i設(shè)為循環(huán)I至2n的值的整數(shù)，將kj設(shè)為滿足O < kj < 2n-2的P個(gè)O或者任意的偶數(shù)，在每次經(jīng)過預(yù)定的時(shí)間時(shí)，將i的數(shù)目每次增加1，并且將第(i+kp和第(i+k,l)雙電層電容器的連接狀態(tài)設(shè)為并聯(lián)以構(gòu)成所述并聯(lián)部，且將其他的雙電層電容器的連接狀態(tài)設(shè)為串聯(lián)，其中，j SKjSP的整數(shù)，在將K設(shè)為整數(shù)時(shí)，第(2n+K)雙電層電容器成為第K雙電層電容器； 所述第2處理為:在所述蓄電部件的電壓達(dá)到預(yù)先設(shè)定的第I電壓值時(shí)，將所述并聯(lián)部的數(shù)目P增加I。
2.如權(quán)利要求1所述的蓄電裝置的充電控制方法，其特征在于， 作為所述第I電壓值，使用連接到所述蓄電部件的輸出側(cè)的電力轉(zhuǎn)換器的允許輸入電壓范圍的上限值。
3.一種蓄電裝置的放電控制方法，作為蓄電部件，使用構(gòu)成為如下的電容器組:包括靜電電容相等的第I至第2η的2η個(gè)雙電層電容器，且相鄰的雙電層電容器之間能夠通過開關(guān)以串聯(lián)或者并聯(lián)中的任一種方式連接，且第2η雙電層電容器和第I雙電層電容器之間能夠通過開關(guān)并聯(lián)連接，其中，η為2以上的整數(shù)，所述蓄電裝置的放電控制方法的特征在于， 在將并聯(lián)連接的兩個(gè)雙電層電容器作為并聯(lián)部時(shí)，直到從所述并聯(lián)部的數(shù)目P為η的狀態(tài)成為雙電層電容器全部串聯(lián)連接的狀態(tài)、且所述蓄電部件的電壓達(dá)到預(yù)先設(shè)定的第2電壓值為止，重復(fù)下述的第I處理和第2處理， 所述第I處理為:在所述并聯(lián)部的數(shù)目P為I以上的情況下，將i設(shè)為循環(huán)I至2n的值的整數(shù)，將kj設(shè)為滿足O < kj < 2n-2的P個(gè)O或者任意的偶數(shù)，在每次經(jīng)過預(yù)定的時(shí)間時(shí)，將i的數(shù)目每次增加1，并且將第(i+kp和第(i+k,l)雙電層電容器的連接狀態(tài)設(shè)為并聯(lián)以構(gòu)成所述并聯(lián)部，且將其他的雙電層電容器的連接狀態(tài)設(shè)為串聯(lián)，其中，j SKjSP的整數(shù)，在將K設(shè)為整數(shù)時(shí)，第(2n+K)雙電層電容器成為第K雙電層電容器； 所述第2處理為:在所述蓄電部件的電壓達(dá)到所述第2電壓值時(shí)，將所述并聯(lián)部的數(shù)目P減少I。
4.如權(quán)利要求3所述的蓄電裝置的放電控制方法，其特征在于， 作為所述第2電壓值，使用連接到所述蓄電部件的輸出側(cè)的電力轉(zhuǎn)換器的允許輸入電壓范圍的下限值。
5.如權(quán)利要求3所述的蓄電裝置的放電控制方法，其特征在于， 在作為所述雙電層電容器而使用設(shè)定有額定電壓的下限值的電容器的情況下，在構(gòu)成所述蓄電部件中的任一個(gè)雙電層電容器的端子間電壓低于所述額定電壓的下限值時(shí)停止放電。
全文摘要
本發(fā)明提供一種不使用并聯(lián)監(jiān)視器也能夠抑制電容器的端子間電壓的偏差的蓄電裝置的充電控制方法以及放電控制方法。在本發(fā)明的充電控制方法中，作為蓄電部件，使用構(gòu)成為如下的電容器組包括靜電電容相等的第1至第2n的2n個(gè)(n為2以上的整數(shù))雙電層電容器，且相鄰的雙電層電容器之間能夠通過開關(guān)以串聯(lián)或者并聯(lián)中的任一種方式連接，且第2n雙電層電容器和第1雙電層電容器之間能夠通過開關(guān)并聯(lián)連接。并且，在構(gòu)成蓄電部(21)的2n個(gè)電容器(Ci)中，通過將相鄰的電容器之間依次從串聯(lián)連接切換為并聯(lián)連接，或者將第2n電容器(C2n)和第1電容器(C1)切換為并聯(lián)連接的狀態(tài)，從而抑制各個(gè)電容器的端子間電壓的偏差。
文檔編號(hào)H02J7/00GK103190056SQ20108006823
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2010年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月27日
發(fā)明者竹田佳史, 竹田晴見 申請(qǐng)人:竹田佳史