バランス回路を備えた蓄電装置
【課題】蓄電システムにおいて、充放電において蓄電バンクを均一に利用すること。また、充放電において蓄電バンクを均一に利用しつつ、充電器からの入力電圧又は負荷への出力電圧の変動を任意の範囲内に抑えること。
【解決手段】蓄電モジュールと、充電器と、バランス回路と、電圧検出部と、蓄電モジュールの一方の端子及び／又は蓄電モジュールの他方の端子及び／又は複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、複数のタップのうちの一つが充電器の一方の端子又は他方の端子と接続されるようスイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、充電の進行に応じて、電圧検出部の検出結果に基づいて、充電器から直接充電される蓄電ユニットの数を制御するようにスイッチを順次切り替える蓄電システム。
【解決手段】蓄電モジュールと、充電器と、バランス回路と、電圧検出部と、蓄電モジュールの一方の端子及び／又は蓄電モジュールの他方の端子及び／又は複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、複数のタップのうちの一つが充電器の一方の端子又は他方の端子と接続されるようスイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、充電の進行に応じて、電圧検出部の検出結果に基づいて、充電器から直接充電される蓄電ユニットの数を制御するようにスイッチを順次切り替える蓄電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、該蓄電モジュールに接続されたバランス回路とを備えた蓄電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
キャパシタ（電気二重層キャパシタ、ハイブリッドキャパシタ、レドックスキャパシタ、等）は従来の二次電池と比較して端子電圧が充放電状態に応じて大きく変動する特性を持っている。一般的に電子機器類はそれぞれの動作電圧にある程度の幅を持っているが、その動作電圧範囲外においては動作が不安定もしくは非動作となってしまう。よって電圧変動の大きいキャパシタを電子機器類の電源へと供する場合には、キャパシタの電圧変動をある一定範囲内に抑える必要がある。
【０００３】
出力電圧を一定に保つ手段として、図１に示すようなＤＣ−ＤＣコンバータを用いて電圧変換を行う方法が考えられるが、ＤＣ−ＤＣコンバータを幅広い電圧範囲で動作させる場合は損失が著しく大きくなってしまう、回路が大型化してしまう等の問題が発生する。キャパシタに対して充電を行う場合も同様である。充電器も一種のＤＣ−ＤＣコンバータであるため、幅広い電圧範囲にて充電を行う場合、充電器における損失は増大しサイズは大型化してしまう。キャパシタのエネルギー密度が従来の二次電池と比較して著しく低いことを踏まえると従来のＤＣ−ＤＣコンバータよりも高効率の電圧変換方式が望まれる。
【０００４】
そこで、図２に示すような、複数個のキャパシタの直列接続により構成されるキャパシタモジュールにおいて、複数のタップを持ち、負荷に接続されるキャパシタの直列接続数（タップ）を切り替えることにより出力電圧の変動幅を小さくするようにしたキャパシタ電源装置が既に提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２０９７７５
【特許文献２】特開２００８−２１９９６４
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】K.Z.Guo,et.al.,:“Comparison and evaluation of charge equalization technique for series connected batteries”in Proc.IEEE PESC'06,pp.1-6(2006)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図３はこの装置を用いてキャパシタモジュールの放電を行った場合の出力電圧（上）、及びキャパシタの電圧カーブ（下）を示している。図３に示すように直列接続数の切り替えに伴い、それぞれのキャパシタの負荷に接続される時間が異なるため、それぞれのキャパシタ間で充放電状態のばらつきが発生してしまい、一部のキャパシタ（図２ではＣy1〜Ｃym）のエネルギーを有効に活用することが出来ないという問題点があった。また、放電終了時の各キャパシタの電圧が等しくなるように各キャパシタに異なる容量値を採用することにより上記のような課題を解決できるが、その場合は容量値の異なる複数種類のキャパシタを準備する必要がある。
【０００８】
本発明は、このような状況のもとになされたものであり、１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、該蓄電モジュールに接続されたバランス回路とを備えた蓄電システムにおいて、充放電において蓄電バンクを均一に利用する方法を提供することを目的の１つとする。また、充放電において蓄電バンクを均一に利用しつつ、充電器からの入力電圧又は負荷への出力電圧の変動を任意の範囲内に抑えることを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様は、１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、前記蓄電バンクを充電するための充電器と、前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記充電器の電圧を検出する電圧検出部と、前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、前記複数のタップのうちの一つが前記充電器の一方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、前記スイッチ制御部は、充電期間中に充電の進行に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする蓄電システムを提供するものである。
【００１０】
本発明の第２の態様は、１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、前記蓄電バンクを充電するための充電器と、前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記充電器の電圧を検出する電圧検出部と、前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記蓄電モジュールの他方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、前記複数のタップのうちの一つが前記充電器の一方の端子又は他方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、前記スイッチ制御部は、充電期間中に充電の進行に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする蓄電システムを提供するものである。
【００１１】
好ましくは、前記スイッチ制御部は更に、所定の回数のスイッチ切替え後、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループのそれぞれに対して時分割で、充電の進行に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替える。
【００１２】
好ましくは、前記スイッチ制御部は、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループのそれぞれに対して時分割で、充電の進行に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替える。
【００１３】
好ましくは、前記スイッチ制御部は更に、所定の回数のスイッチ切替え後、前記複数の蓄電ユニットが該所定の回数のスイッチ切替え後の蓄電ユニットのグループの数よりも多いグループに再グループ化された、該蓄電ユニットのグループの数よりも多いグループのそれぞれに対して時分割で、充電の進行に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを一又はそれ以上行う。
【００１４】
本発明の第３の態様は、１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、前記蓄電バンクから電力供給される負荷と、前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記蓄電バンクから前記負荷への放電電圧を検出する電圧検出部と、前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、前記複数のタップのうちの一つが前記負荷の一方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、前記スイッチ制御部は、放電期間中に放電状態に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記蓄電バンクから前記バランス回路を介さずに直接前記負荷へ放電する前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする蓄電システムを提供するものである。
【００１５】
本発明の第４の態様は、１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、前記蓄電バンクから電力供給される負荷と、前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記蓄電バンクから前記負荷への放電電圧を検出する電圧検出部と、前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記蓄電モジュールの他方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、前記複数のタップのうちの一つが前記負荷の一方の端子又は他方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、前記スイッチ制御部は、放電期間中に放電状態に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記蓄電バンクから前記バランス回路を介さずに直接前記負荷へ放電する前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする蓄電システムを提供するものである。
【００１６】
好ましくは、前記スイッチ制御部は、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループのそれぞれに対して時分割で、放電状態に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記負荷から前記バランス回路を介さずに直接放電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替える。
【００１７】
好ましくは、前記スイッチ制御部は更に、所定の回数のスイッチ切替え後、前記複数の蓄電ユニットを該所定の回数のスイッチ切替え後の蓄電ユニットのグループの数よりも少ないグループに再グループ化された、該蓄電ユニットのグループの数よりも少ないグループのそれぞれに対して時分割で、放電状態に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記蓄電モジュールから前記バランス回路を介さずに直接前記負荷へ放電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを一又はそれ以上行う。
【００１８】
本発明の第５の態様は、１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、前記蓄電バンクを充電するための充電器と、前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記充電器の電圧を検出する電圧検出部と、前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、前記複数のタップのうちの一つが前記充電器の一方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、前記スイッチ制御部は、充電期間中に、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数が減るように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを特徴とする蓄電システムを提供するものである。
【００１９】
本発明の第６の態様は、１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、前記蓄電バンクを充電するための充電器と、前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記充電器の電圧を検出する電圧検出部と、前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記蓄電モジュールの他方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、前記複数のタップのうちの一つが前記充電器の一方の端子又は他方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、前記スイッチ制御部は、充電期間中に、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数が減るように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを特徴とする蓄電システムを提供するものである。
【００２０】
好ましくは、前記スイッチ制御部は更に、所定の回数のスイッチ切替え後、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループのそれぞれに対して時分割で、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数が減るように前記スイッチを少なくとも１回切り替える。
【００２１】
好ましくは、前記スイッチ制御部は、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループのそれぞれに対して時分割で、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数が減るように前記スイッチを少なくとも１回切り替える。
【００２２】
好ましくは、前記スイッチ制御部は更に、所定の回数のスイッチ切替え後、前記複数の蓄電ユニットが該所定の回数のスイッチ切替え後の蓄電ユニットのグループの数よりも多いグループに再グループ化された、該蓄電ユニットのグループの数よりも多いグループのそれぞれに対して時分割で、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数が減るように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを一又はそれ以上行う。
【００２３】
本発明の第７の態様は、１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、前記蓄電バンクから電力供給される負荷と、前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記蓄電バンクから前記負荷への放電電圧を検出する電圧検出部と、前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、前記複数のタップのうちの一つが前記負荷の一方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、前記スイッチ制御部は、放電期間中に、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記蓄電バンクから前記バランス回路を介さずに直接前記負荷へ放電する前記蓄電ユニットの数が増えるように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを特徴とする蓄電システムを提供するものである。
【００２４】
本発明の第８の態様は、１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、前記蓄電バンクから電力供給される負荷と、前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記蓄電バンクから前記負荷への放電電圧を検出する電圧検出部と、前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記蓄電モジュールの他方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、前記複数のタップのうちの一つが前記負荷の一方の端子又は他方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、前記スイッチ制御部は、放電期間中に、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記蓄電バンクから前記バランス回路を介さずに直接前記負荷へ放電する前記蓄電ユニットの数が増えるように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを特徴とする蓄電システムを提供するものである。
【００２５】
好ましくは、前記スイッチ制御部は、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループのそれぞれに対して時分割で、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接放電される前記蓄電ユニットの数が増えるように前記スイッチを少なくとも１回切り替える。
【００２６】
好ましくは、前記スイッチ制御部は更に、所定の回数のスイッチ切替え後、前記複数の蓄電ユニットを該所定の回数のスイッチ切替え後の蓄電ユニットのグループの数よりも少ないグループに再グループ化された、該蓄電ユニットのグループの数よりも少ないグループのそれぞれに対して時分割で、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記蓄電モジュールから前記バランス回路を介さずに直接前記負荷へ放電される前記蓄電ユニットの数が増えるように前記スイッチを少なくとも１回切り替える。
【００２７】
本発明の第９の態様は、１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、前記蓄電バンクを充電するための充電器と、前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記充電器の電圧を検出する電圧検出部と、前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記蓄電モジュールの他方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、前記複数のタップのうちの一つが前記充電器の一方の端子又は他方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、前記スイッチ制御部は、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループの各々について同じ蓄電ユニットに対して、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電することを時分割で繰り返し行うように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする蓄電システムを提供するものである。
【００２８】
本発明の第１０の態様は、１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、前記蓄電バンクから電力供給される負荷と、前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記蓄電バンクから前記負荷への放電電圧を検出する電圧検出部と、前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記蓄電モジュールの他方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、前記複数のタップのうちの一つが前記負荷の一方の端子又は他方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、前記スイッチ制御部は、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループの各々について同じ蓄電ユニットが負荷への直接放電を時分割で繰り返し行うように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする蓄電システムを提供するものである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る蓄電システムは、蓄電バンクの内部抵抗やバランス回路の特性などの影響により充放電状態のばらつきを補正するバランス回路のみでは補正に時間を要する場合においても、蓄電バンクの均等化を効率的に行うことができる。
【００３０】
また、本発明に係る蓄電システムは、蓄電バンク及び／又は充電器の電圧値に応じて充電器ならびに負荷に接続されるタップを適切に選択することで、蓄電バンクの電圧を均一に保ちつつ、ＤＣ−ＤＣコンバータなどを用いることなく充電器からの充電電圧ならびに負荷への放電電圧をある任意の範囲内に抑えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来のキャパシタ電源装置の回路図である。
【図２】従来のキャパシタ電源装置の回路図である。
【図３】図２に示すキャパシタ電源装置を用いてキャパシタモジュールの放電を行った場合の出力電圧（上）、及びキャパシタの電圧カーブ（下）を示したグラフである。
【図４】本発明の実施例１に係る蓄電システムの回路図である。
【図５】実施例１に係る蓄電システムにおいて充電を行った場合の充電器電圧（上）、及びキャパシタバンクの充電カーブ(下）である。
【図６】本発明の実施例２に係る蓄電システムの回路図である。
【図７】実施例１に係る蓄電システムにおいて、均等化能力に制限があるバランス回路を用いてキャパシタモジュールの充電を行った際における一部のキャパシタバンクの充電波形の一例である。
【図８】本発明の実施例３に係る蓄電システムの回路図である。
【図９】本発明の実施例４に係る蓄電システムの回路図である。
【図１０】実施例４においてＳ39aとＳ13bを選択して充電を行っている状態を示す図である。
【図１１】実施例４において２グループにグループ化されたキャパシタユニットが時分割で充電されている状態を示す図である。
【図１２】実施例４において３グループにグループ化されたキャパシタユニットが時分割で充電されている状態を示す図である。
【図１３】実施例４において４グループにグループ化されたキャパシタユニットが時分割で充電されている状態を示す図である。
【図１４Ａ】実施例４に係る蓄電システムにおいて、均等化能力に制限があるバランス回路を用いてキャパシタモジュールの充電を行った際における一部のキャパシタバンクの充電波形の一例である。
【図１４Ｂ】実施例４に係る蓄電システムにおいて、均等化能力に制限があるバランス回路を用いてキャパシタモジュールの充電を行った際における一部のキャパシタバンクの充電波形の一例である。
【図１５】本発明の実施例４の変形例に係る蓄電システムの回路図である。
【図１６】本発明の実施例５に係る蓄電システムの回路図である。
【図１７】実施例５に係る蓄電システムにおいて放電を行った場合の負荷電圧（上）、及びキャパシタバンクの放電カーブ(下）である。
【図１８】本発明の実施例６に係る蓄電システムの回路図である。
【図１９】本発明の実施例７に係る蓄電システムの回路図である。
【図２０】本発明の実施例８の係る蓄電システムの回路図である。
【図２１】実施例８において４グループにグループ化されたキャパシタユニットが時分割で放電している状態を示す図である。
【図２２】実施例８において３グループにグループ化されたキャパシタユニットが時分割で放電している状態を示す図である。
【図２３】実施例８においてＳ39aとＳ13bを選択して放電を行っている状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施の一形態について説明する。なお、以下の説明において、「キャパシタバンク」とは、単数のキャパシタセル、又は複数のキャパシタセルの直列、並列、若しくは直並列接続により構成されるものを指し、「キャパシタユニット」とは、単数のキャパシタバンク、又は直列に接続された複数のキャパシタバンクにより構成されるものを指し、「キャパシタモジュール」とは、キャパシタユニットが複数直列に接続されてなるものを指している。また、「蓄電セル」とは、キャパシタ、二次電池等を指している。「蓄電バンク」とは、単数の蓄電セル、又は複数の蓄電セルの直列、並列、若しくは直並列接続により構成されるものを指し、「蓄電ユニット」とは、単数の蓄電バンク、又は直列に接続された複数の蓄電バンクにより構成されるものを指し、「蓄電モジュール」とは、蓄電ユニットが複数直列に接続されてなるものを指している。
【００３３】
［実施例１］
図４は本発明の実施例１に係る蓄電システムの回路図である。本実施例では、定格電圧Ｖcのキャパシタバンクをｍ個直列接続して構成したキャパシタモジュール１０９において、ｈ個のキャパシタバンクからなるキャパシタユニットごとにｎ個のタップを設け、バランス回路１０５を備えたキャパシタモジュールに充電器１１２を用いて電圧Ｖinにてフル充電（両端子間電圧＝Ｖc×ｍ）する場合について、ｍ＝１００、ｎ＝５１、ｈ＝２の場合を例として説明する。
【００３４】
ここで、バランス回路は、蓄電モジュールを構成する蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するための回路であり、充電及び放電の両方の期間に、各蓄電バンク間でのエネルギー伝送、つまりバランス動作を行うことができる。バランス回路は、大別してキャパシタを用いる方法、コイルを用いる方法、トランスを用いる方法に大別されるが、それぞれについての具体的な回路については種々のものが知られている（例えば特許文献２、非特許文献１参照）。
【００３５】
図４に戻り、スイッチＳ2a〜Ｓ51aはスイッチ群１１０を構成しており、キャパシタユニットの直列接続点の各々から取り出されたタップと充電器１１２の高電位側端子１０１との間に接続されている。Ｃ1〜Ｃ100はキャパシタバンクである。スイッチＳ2a〜Ｓ51aはいずれか一つのスイッチがオンしており、充電器１１２の高電位側端子１０１と直結されている。充電器の低電位側端子１０２はキャパシタモジュールのグラウンド０と固定接続されている。電圧検出回路１０６は、キャパシタモジュール１０９を構成する全てのキャパシタバンク又は一部のキャパシタバンクの電圧を検出する。この電圧検出結果を電圧判定回路１０７において基準電圧と比較し、その比較結果に基づいてスイッチ制御回路１０８がスイッチを切り替えることにより、充電器からの充電電圧はある任意の範囲内、例えば充電器の許容変動電圧内に収まるよう制御される。
【００３６】
図５は図４の構成において充電を行った場合の充電器電圧（上）及びキャパシタバンクの充電カーブ（下）である。ここではバランス回路の動作が理想的であり、いかなる条件においてもキャパシタモジュールを構成する各キャパシタバンクの電圧はバランス回路により均一に保たれているものとして説明を行う。
【００３７】
まず、スイッチ制御回路１０８によってスイッチＳ51aがオンにされると、スイッチＳ51aと接続されているタップの低電位側のキャパシタユニット、つまり全てのキャパシタバンクが充電器から直接充電される。
【００３８】
充電が進行するにつれて、各キャパシタバンクの電圧は上昇してゆき、充電器電圧はＶinに到達する。この時、各キャパシタバンクの電圧が均一であれば、各バンクの電圧はＶin/１００である。電圧検出回路１０６による電圧検出結果に基づいて電圧判定回路１０７により充電器電圧がＶinに到達したと判断されると、スイッチ制御回路１０８はスイッチＳ51aをオフすると同時にＳ50aをオンし、これにより充電器１１２とキャパシタモジュール１０９を接続するタップを一つ分下位側へとシフトさせる。これにより、充電器電圧はキャパシタバンクＣ100とＣ99の電圧分つまり（２×Ｖin）／１００だけ低くなる。この時、充電器からの電力はＳ50aと接続されているタップの低電位側のキャパシタユニットに供給され、つまりＣ1〜Ｃ98のキャパシタバンクが充電器から直接充電される。Ｃ100とＣ99のキャパシタバンクに関してはバランス回路経由でＣ1〜Ｃ98のキャパシタバンクから電荷を受け取ることにより充電される。
【００３９】
充電が更に進行し、電圧検出回路１０６による電圧検出結果に基づいて電圧判定回路１０７により充電器電圧が再びＶinに到達したと判断されると、スイッチ制御回路１０８はスイッチＳ50aをオフすると同時にＳ49aをオンすることで充電器１１２とキャパシタモジュール１０９を接続するタップを更に一つ分下位側へとシフトさせる。これにより、充電器電圧はキャパシタバンクＣ98とＣ97の電圧分つまり（２×Ｖin）／９８だけ低くなる。この時、Ｓ49aと接続されているタップの低電位側のキャパシタユニット、つまりＣ1〜Ｃ96のキャパシタバンクが充電器から直接充電される。Ｃ97〜Ｃ100のキャパシタバンクに関してはバランス回路経由でＣ1〜Ｃ96のキャパシタバンクから電荷を受け取ることにより充電される。
【００４０】
以下同様に、スイッチＳ49a〜Ｓ2aを充電器電圧に応じて順次切り替えることにより、充電器電圧をある任意の範囲内に抑えつつ、各キャパシタを均一に充電することができる。
【００４１】
以上の操作は充電器により直接充電されるキャパシタバンクの定格電圧の合計値が充電器による充電電圧Ｖinより小さくなるまで繰り返す。充電器により直接充電されるキャパシタバンクの直列数をｘとすると、ｘ×Ｖc＜Ｖinを満たすまで上記のグループ化充電を繰り返す。以上の操作を繰り返すことで各キャパシタバンクへの充電がより均等に行われ、その結果、充電時間も短縮化することができる。
【００４２】
［実施例２］
図６は本発明の実施例２に係る蓄電システムの回路図である。同図において図４と対応する部分には同一符号を付し、実施例１と同様の部分の説明は省略する。
【００４３】
実施例１は、充電器１１２の高電位側端子１０１がスイッチ群１１０を介してキャパシタモジュール１０９の各タップと接続された構成であるのに対し、本実施例は、充電器１１２の低電位側端子１０２とキャパシタモジュール１０９の間にＳ1b〜Ｓ50bから構成されるスイッチ群１１１を設けている。本実施例では、スイッチは、電圧検出回路１０６による電圧検出結果に基づいてスイッチ制御回路１０８によりＳ1b、Ｓ2b、・・・、Ｓ50bの順で切り替えられる。
【００４４】
以上の例では、バランス回路の動作が理想的であり、いかなる条件においてもキャパシタモジュールを構成する各キャパシタバンクの電圧はバランス回路により均一に保たれているという前提のもとで説明を行った。しかし、実際にはバランス回路の特性は理想的ではなく、均等化能力の制限やキャパシタバンクの等価直列抵抗の存在等により、キャパシタバンクの電圧のばらつきが発生することになる。
【００４５】
実施例１の構成（ｍ＝２５、ｎ＝２６、ｈ＝１、Ｃ1とＣ25のキャパシタバンクの容量は他のキャパシタバンクの容量の２倍）にて均等化能力に制限があるバランス回路を用いてキャパシタバンクＣ5とＣ6との間の直列接続点に接続されるのスイッチＳ5aを介してキャパシタモジュールの充電を行った際における一部のキャパシタバンクＣ1、Ｃ5、Ｃ10、Ｃ15、Ｃ20、Ｃ25の充電波形の一例を図７に示す。充電過程において各キャパシタバンクは均一に充電されていないことが分かる。充電器から直接充電されないキャパシタバンク（Ｓ5aより高電位側のキャパシタバンクＣ6〜Ｃ25）は、直接充電されるキャパシタバンク（Ｓ5aより低電位側のキャパシタバンクＣ1〜Ｃ5）からバランス回路経由で電荷を受け取ることにより充電されるが、バランス回路が電荷を低電位側から高電位側へと電荷を受け渡す速度が十分でないため、高電位側のバンクの電圧は低電位側のバンクの電圧よりも低くなる傾向を示し、また、充電器から電気的に遠い位置のバンクほど充電の進行が遅くなる。バランス回路の機能により各バンクの電圧はいずれ収束するが、各バンクの電圧が十分に均等化されるまでには長い時間を要する。また、一部のキャパシタバンクＣ１で充電電圧のオーバーシュート現象（過充電）が見られる。
【００４６】
［実施例３］
図８は本発明の実施例３に係る蓄電システムの回路図である。同図において図４と対応する部分には同一符号を付し、実施例１と同様の部分の説明は省略する。
【００４７】
実施例１は充電器の低電位側端子１０２とキャパシタモジュール１０９のグラウンド０が直接接続された構成であるのに対し、本実施例では、低電位側端子１０２は、キャパシタモジュール１０９のグラウンド０と直接接続されておらず、キャパシタバンクＣ２とＣ３の直列接続点と固定接続されている。
【００４８】
本実施例では、スイッチは、電圧検出回路１０６による電圧検出結果に基づいてスイッチ制御回路１０８によりＳ51a、Ｓ50a、・・・、Ｓ3aの順で切り替えられる。
【００４９】
実施例１の構成における充電過程の末期では、スイッチＳ2aがオンしており、Ｃ1とＣ2の２つのキャパシタバンクが直接充電され、その他のキャパシタバンクはバランス回路経由で充電が行われている。この時、Ｃ100のキャパシタバンクは充電器１１２から最も電気的に離れており（９８バンク分）、バランス回路の特性が理想的ではない場合、充電過程において最も低い電圧を示すことになる。
【００５０】
実施例１では充電器１１２の低電位側端子１０２がキャパシタモジュール１０９のグラウンド０と接続された構成であったが、本実施例のように充電器の低電位側端子とキャパシタモジュールのグラウンド端子が直接接続されていない構成においては、充電末期におけるバランス回路とキャパシタバンクの電気的距離を実施例１の構成と比べて短くすることが可能である。
【００５１】
本実施例では充電器の低電位側端子１０２はキャパシタバンクＣ2とＣ3の直列接続点と固定接続されているため、充電器１１２はＣ1とＣ2のキャパシタバンクを直接充電することは出来ない。しかし、Ｃ1とＣ2のキャパシタバンクはバランス回路１０５を経由して他のキャパシタバンクから電荷を受け取ることにより充電される。
【００５２】
本実施例における充電過程の末期では、スイッチＳ3aがオンとなり、Ｃ3とＣ4のキャパシタバンクが直接充電され、その他のバンクはバランス回路経由で充電が行われる。充電器１１２から最も電気的に離れているＣ100のキャパシタバンクは、実施例１の図４の構成においては９８バンク分離れていたのに対して、本実施例の構成では充電器１１２の低電位側端子１０２が２バンク分だけ高電位側（Ｃ2とＣ3の直接接続点）に接続されているため、実施例１の図４の構成よりも充電器に２バンク分だけ近い９６バンク分の距離である。よって、充電過程の末期において実施例１の図４の構成よりもキャパシタバンクの電圧ばらつきを小さく抑えることが可能となる。
【００５３】
本実施例の構成で充電過程の末期においてキャパシタバンクの電圧ばらつきが最も小さくなるようにするには、充電器１１２の高電位側端子１０１と低電位側端子１０２をそれぞれＳ27aとＳ26a、もしくはＳ26aとＳ25aに接続すればよい。
【００５４】
以上の実施例において、スイッチの位置や個数等のレイアウトは、必要に応じて適宜変更することができる。
【００５５】
［実施例４］
図９は本発明の実施例４に係る蓄電システムの回路図である。同図において図４と対応する部分には同一符号を付し、実施例１と同様の部分の説明は省略する。
【００５６】
上述のように、実施例３の構成で充電過程の末期においてキャパシタバンクの電圧ばらつきが最も小さくなるようにするには、充電器１１２の高電位側端子１０１と低電位側端子１０２をそれぞれスイッチＳ27aとＳ26a、もしくはスイッチＳ26aとＳ25aに接続すればよいことになる。しかし、この場合は充電の初期においても充電器から電気的に離れたバンク（Ｃ1などの低電位側に位置するバンク）が存在することになるためバンク、充電末期のばらつきは低減される半面、充電の初期段階においても電圧ばらつきが発生してしまう。本実施例は、これに限られるものではないが、このような問題点を解決するものである。
【００５７】
本実施例では、実施例１の場合と同様に、定格電圧Ｖcのキャパシタバンクをｍ個直列接続しｈ個のキャパシタバンクからなるキャパシタユニットごとにｎ個のタップ（それぞれｎ個のスイッチで構成される第一スイッチ群と第二スイッチ群）を設け、バランス回路１０５を備えた蓄電装置に充電器１１２を用いて電圧Ｖinにてフル充電（両端子間電圧=Ｖc×ｍ）する場合について、ｍ＝１００、ｎ＝５１、ｈ＝２を例として説明する。
【００５８】
スイッチＳ2a〜Ｓ51aは第一スイッチ群１１０’を、スイッチＳ1b〜Ｓ50bは第二スイッチ群１１１’をそれぞれ構成しており、キャパシタユニットの直列接続点の各々から取り出されたタップと充電器１１２の高電位側端子１０１、低電位側端子１０２との間にそれぞれ接続されている。
【００５９】
次に、本実施例の動作を説明する。まず充電の初期段階では、スイッチ制御回路１０８によってスイッチＳ51aとＳ1bがオンにされ充電が行われる。この時、キャパシタモジュール１０９の全てのキャパシタバンクが充電器１１２から直接充電される。
【００６０】
充電が進行するにつれて、各キャパシタバンクの電圧は上昇してゆき、充電器電圧はＶinに到達する。電圧検出回路１０６による電圧検出結果に基づいて電圧判定回路１０７により充電器電圧がＶinに到達したと判断されると、スイッチ制御回路１０８はスイッチＳ５１ａをオフすると同時にスイッチＳ50aをオンし、これにより充電器１１２の高電位側端子１０１とキャパシタモジュール１０９を接続するタップを一つ分下位側へとシフトさせる。この時、Ｃ1〜Ｃ98のキャパシタバンクは充電器によりバランス回路を介さずに直接充電され、Ｃ99とＣ100のキャパシタバンクはバランス回路経由で充電が行われる。
【００６１】
さらに充電が進行し、電圧検出回路１０６による電圧検出結果に基づいて電圧判定回路１０７により充電器電圧が再びＶinに到達したと判断されると、スイッチ制御回路１０８はスイッチＳ1bをオフすると同時にスイッチＳ2bをオンし、これにより充電器１１２の低電位側端子１０２とキャパシタモジュール１０９を接続するタップを一つ分上位側へとシフトさせる。この時、Ｃ3〜Ｃ98のキャパシタバンクは充電器によりバランス回路を介さずに直接充電され、Ｃ1、Ｃ2、Ｃ99、Ｃ100のキャパシタバンクはバランス回路経由で充電が行われる。
【００６２】
このように、充電の進行に伴い、充電器の高電位側端子１０１と低電位側端子１０２に接続されるタップを順次切り替えるがこのとき、図１０に示すようにキャパシタモジュール１０９を構成する直列接続キャパシタバンクの中央付近のバンク（Ｃ50、Ｃ51）が充電器により直接充電されるキャパシタバンクの中央となるようにする。図１０は、Ｃ50とＣ51が充電器により直接充電されるキャパシタバンクの中央となるようにスイッチを順次切り替えてゆき、Ｓ39aとＳ13bが選択され、Ｃ25〜Ｃ76の計５２のキャパシタバンクが充電器により直接充電されている状態を示している（簡略化のため、バランス回路や非動作のスイッチ等は省略している）。その他のＣ1〜Ｃ24とＣ77〜Ｃ100のキャパシタバンクはバランス回路経由で充電が行われる。このようなスイッチの切り替えを行うことにより、バランス回路経由で充電されるキャパシタバンクと充電器の電気的距離を極力短くなるようにすることができる。
【００６３】
さらに充電が進み、充電器により直接充電されるキャパシタバンクの直列数がキャパシタモジュール１０９におけるキャパシタバンクの総直列数ｍの半分よりも少なくなった場合、キャパシタモジュール１０９のキャパシタバンクを、ｍ×１／４、ｍ×３／４、つまりＣ25、Ｃ75あたりのバンクが充電器により直接充電される直列接続キャパシタバンクの中心になるように２つのグループにグループ化し、グループ化された２つのグループのそれぞれに対して、スイッチ制御回路１０８はスイッチを選択し、時分割で充電器により充電を行う。
【００６４】
図１１はＣ25、Ｃ75あたりのバンクが充電器により直接充電される直列接続キャパシタバンクの中心になるように、スイッチ制御回路１０８がスイッチＳ47aとＳ29b、スイッチＳ22aとＳ4bを選択し、Ｃ57〜Ｃ92のキャパシタバンクとＣ7〜Ｃ42のキャパシタバンクが交互に時分割で充電器により直接充電されている状態を示している。
【００６５】
スイッチ制御回路１０８がスイッチＳ47aとＳ29bを介して充電を行っている期間はＣ57〜Ｃ92のキャパシタバンクは充電器により直接充電され、その他のキャパシタバンクはバランス回路経由で充電される。また、スイッチ制御回路１０８がＳ22aとＳ4bを介して充電を行っている期間はＣ7〜Ｃ42のキャパシタバンクが充電器により直接充電され、その他のキャパシタバンクはバランス回路経由で充電されることになる。このとき、各キャパシタバンクの電圧をなるべく均一に保つという観点において、各キャパシタユニットが充電器により直接充電される時間が等しくなるようＳ47aとＳ29b、Ｓ22aとＳ4bを交互に切り替えるのが望ましい。
【００６６】
以下同様にして、さらに充電が進み、充電器により直接充電されるキャパシタバンクの直列数がキャパシタモジュール１０９におけるキャパシタバンクの総直列数の１／３よりも少なくなった場合、キャパシタモジュール１０９のキャパシタバンクを、ｍ×１／６、ｍ×３／６、ｍ×５／６、つまりＣ17、Ｃ50、Ｃ83あたりのバンクが充電器により直接充電される直列接続キャパシタバンクの中心になるように３つのグループにグループ化し、グループ化された３つのグループのそれぞれに対して、スイッチ制御回路１０８はスイッチを選択し、時分割で充電器により充電を行う。図１２は、スイッチ制御回路１０８がスイッチＳ51aとＳ35b、スイッチＳ34aとＳ18b、スイッチＳ17aとＳ1bを選択し、Ｃ69〜Ｃ100とＣ35〜Ｃ66とＣ1〜Ｃ32のキャパシタバンクが交互に充電器により直接充電されている状態を示している。
【００６７】
同様に、さらに充電が進み、充電器により直接充電されるキャパシタバンクの直列数がキャパシタモジュール１０９におけるキャパシタバンクの総直列数の１／４よりも少なくなった場合、キャパシタモジュール１０９のキャパシタバンクを、ｍ×１／８、ｍ×３／８、ｍ×５／８、ｍ×７／８、つまりＣ13、Ｃ38、Ｃ63、Ｃ88あたりのバンクが充電器により直接充電される直列接続キャパシタバンクの中心になるように４つのグループにグループ化し、グループ化された４つのグループのそれぞれに対して、スイッチ制御回路１０８はスイッチを選択し、時分割で充電器により充電を行う。図１３は、スイッチ制御回路１０８がスイッチＳ48aとＳ42b、スイッチＳ35aとＳ29b、スイッチＳ23aとＳ17b、スイッチＳ10aとＳ4bを選択し、Ｃ83〜Ｃ94、Ｃ57〜Ｃ68、Ｃ33〜Ｃ44、Ｃ7〜Ｃ18のキャパシタバンクが交互に充電器により直接充電されている状態を示している。
【００６８】
いずれのグループ化充電段階においても、各キャパシタバンクの電圧をなるべく均一に保つという観点において、各キャパシタユニットが充電器により直接充電される時間が等しくなるようにスイッチを切り替えるのが望ましい。
【００６９】
以上の操作は充電器により直接充電されるバンクの定格電圧の合計値が充電器による充電電圧Ｖinより小さくなるまで繰り返す。充電器により直接充電されるキャパシタバンクの直列数をｘとすると、ｘ×Ｖc＜Ｖinを満たすまで上記のグループ化充電を繰り返す。以上の操作を繰り返すことで各キャパシタバンクへの充電がより均等に行われ、その結果、充電時間も短縮化することができる。
【００７０】
上の実施例と同様の構成で、ｍ＝２５、ｎ＝２６、ｈ＝１、Ｃ1とＣ25のキャパシタバンクの容量は他のキャパシタバンクの容量の２倍の条件にて、均等化能力に制限があるバランス回路を用いた場合における一部のキャパシタバンクＣ1、Ｃ5、Ｃ10、Ｃ15、Ｃ20、Ｃ25の充電波形の一例を図１４Ａに示す。各キャパシタバンクの充電波形がよく一致しており、各キャパシタバンクが均一に充電されていることが分かる。また、各キャパシタバンクの充電時間も短いことが分かる。実施例１の例の図７と比較すると、格段の改善がなされていることが分かる。
【００７１】
上の実施例では、蓄電モジュールを構成する複数の蓄電バンクがグループ化されていない状態から充電を開始したが、蓄電モジュールを構成する複数の蓄電バンクを複数のグループ化した状態から充電を開始することもできる。この場合、上の実施例では、充電器により直接充電されるキャパシタユニットの数が減るようにスイッチの切替えが行われたが、複数のグループの各々について同じキャパシタユニットに対して充電器による直接充電を時分割で繰り返し行う構成としても、バランス回路を介して充電されるキャパシタユニットに対する電気的距離を短くすることができるため、各キャパシタバンクへの充電をより均等に行うことができる。
【００７２】
図１２と同様の構成で、ｍ＝２５、ｎ＝２６、ｈ＝１、Ｃ1とＣ25のキャパシタバンクの容量は他のキャパシタバンクの容量の２倍、Ｃ3−Ｃ7、Ｃ11−Ｃ15、Ｃ19−Ｃ23の３グループの条件にて、均等化能力に制限があるバランス回路を用いて、この３グループの各々について同じＣ3−Ｃ7、Ｃ11−Ｃ15、Ｃ19−Ｃ23に対して、充電器よる直接充電を時分割で繰り返し行った際における一部のキャパシタバンクＣ1、Ｃ5、Ｃ10、Ｃ１5、Ｃ20、Ｃ25の充電波形の一例を図１４Ｂに示す。各キャパシタバンクの充電波形が非常によく一致しており、各キャパシタバンクが均一に充電されていることが分かる。実施例１の例の図７と比較すると、格段の改善がなされていることが分かる。また、上の実施例の図１４Ａと比較すると、充電に時間を要するものの、各キャパシタバンクをより均一に使用することができることが分かる。
【００７３】
本実施例において、スイッチの位置や個数等のレイアウトは、複数のタップのうちの一つが充電器の一方の端子又は他方の端子と接続されるように、且つ充電器からバランス回路を介さずに直接充電される複数の蓄電ユニットの数を制御するように順次スイッチを切り替えることができるような構成であれば、適宜変更することができる。変更例としては、図１５のようなものが考えられる。また、更に、例えば、太陽電池のような出力電圧が変動する場合のある充電器の場合には、出力電圧の増加に伴い、充電過程において、充電器から直接充電される蓄電ユニットの数を増やすようにスイッチを切り替える場合も考えられる。したがって、電圧検出回路による電圧検出結果に基づいて、充電器から直接充電される蓄電ユニットの数を減少させ、一定にし、又は増加させるようなスイッチの切替えを適宜組み合わせることも考えられる。
【００７４】
本実施例において、充電を開始する蓄電ユニットの位置、蓄電モジュールを構成する複数の蓄電バンクの各グループ化段階におけるグループの数や各グループにおける蓄電バンクの個数等の構成は任意に選択することができる。
【００７５】
以上の実施例においては、スイッチ制御回路１０８によるスイッチ切替えのタイミングが、電圧検出回路１０６による電圧検出結果に基づいて充電器電圧がＶinに到達したと判断されたときであったが、充電器電圧が到達したと判断される電圧はＶin未満の任意の電圧とすることができる。
【００７６】
ここまでは充電動作について述べたが、本発明の技術は負荷に対して放電を行う場合に対しても適用することができる。
【００７７】
［実施例５］
図１６は、本発明の実施例５に係る蓄電システムの回路図である。同図において図４と対応する部分には同一符号を付し、実施例１と同様の部分の説明は省略する。
【００７８】
本実施例の構成は上記実施例１の構成における充電器を負荷１１３に置き換えたものであり、基本的には充電時とは逆の動作（スイッチの切り替え順序等）を実施することで、出力電圧変動を抑えつつ、各キャパシタバンクを均一に放電させることが可能である。
【００７９】
図１７は図１６の構成にて放電を行った際における動作波形である。実施例１の図４〜図５で説明した充電動作とは逆に、S2aがオンになっている状態からスタートし、電圧検出回路１０６で検出した負荷電圧を電圧判定回路１０７により判定することによってスイッチ制御回路１０８が負荷電圧がある任意の値（例えば、負荷の許容下限電圧Ｖlow）を下回らないようスイッチを上位側へと順次切り替えることにより負荷電圧をある任意の範囲内に抑える。負荷と直接接続されるキャパシタバンク（Ｓ2aがオンの場合、Ｃ1とＣ2）は負荷に対して直接放電し、その他のキャパシタバンクはバランス回路を通じて放電する。
【００８０】
［実施例６］
図１８は、本発明の実施例６に係る蓄電システムの回路図である。同図において図１６と対応する部分には同一符号を付し、実施例５と同様の部分の説明は省略する。
【００８１】
上記実施例５は負荷１１３の高電位側端子１２１とキャパシタモジュール１０９の間にスイッチ群１１０を設けた構成であるのに対し、本実施例は、低電位側端子１２２とキャパシタモジュール１０９の間にスイッチ群１１１を設けている。本実施例では、スイッチは、電圧検出回路１０６による電圧検出結果に基づいてスイッチ制御回路１０８によりＳ50b、Ｓ49b、・・・、Ｓ1bの順で切り替えられる。
【００８２】
［実施例７］
図１９は、本発明の実施例７に係る蓄電システムの回路図である。同図において図１６と対応する部分には同一符号を付し、実施例５と同様の部分の説明は省略する。
【００８３】
上記実施例５は負荷１１３の低電位側端子１２２とキャパシタモジュール１０９のグラウンド０が直接接続された構成であるのに対し、本実施例では、低電位側端子１２２は、キャパシタモジュール１０９のグラウンド０と直接接続されておらず、キャパシタバンクＣ2とＣ3の直列接続点と固定接続されている。
【００８４】
本実施例では、スイッチは、電圧検出回路１０６による電圧検出結果に基づいてスイッチ制御回路１０８によりＳ3a、Ｓ4a、・・・、Ｓ51aの順で切り替えられる。
【００８５】
実施例５では負荷１１３の低電位側端子１２２がキャパシタモジュール１０９のグラウンド０と接続された構成であったが、本実施例のように負荷の低電位側端子とキャパシタモジュールのグラウンド端子が直接接続されていない構成においては、放電初期における負荷とキャパシタバンクの電気的距離を実施例５の構成と比べて短くすることが可能である。すなわち、本実施例における放電過程の初期では、スイッチＳ3aがオンとなり、Ｃ3とＣ4のキャパシタバンクから負荷へ直接放電され、Ｃ1、Ｃ2、Ｃ5〜Ｃ100のキャパシタバンクはバランス回路経由で放電が行われる。負荷１１３から最も電気的に離れているＣ100のキャパシタバンクは、実施例５においては９８バンク分離れていたのに対して、本実施例の構成では負荷１１３の低電位側端子１２２が２バンク分だけ高電位側（Ｃ2とＣ3の直接接続点）に接続されているため、実施例５の構成よりも充電器に２バンク分だけ近い９６バンク分の距離である。よって、放電過程の初期において実施例５の場合よりもキャパシタバンクの電圧ばらつきを小さく抑えることが可能となる。
【００８６】
本実施例の構成で放電過程の初期においてキャパシタバンクの電圧ばらつきが最も小さくなるようにするには、負荷１１３の高電位側端子１２１と低電位側端子１２２をそれぞれスイッチＳ27aとＳ26a、もしくはスイッチＳ26aとＳ25aに接続すればよい。
【００８７】
以上の実施例５〜７において、スイッチの位置や個数等のレイアウトは、必要に応じて適宜変更することができる。
【００８８】
［実施例８］
図２０は、本発明の実施例８に係る蓄電システムの回路図である。同図において図１６と対応する部分には同一符号を付し、実施例５と同様の部分の説明は省略する。
【００８９】
本実施例の構成は実施例４の構成における充電器を負荷１１３に置き換えたものであり、基本的には充電時とは逆の動作（スイッチの切り替え順序や、キャパシタバンクのグループ化順序等）を実施することで、出力電圧変動を抑えつつ、各キャパシタバンクを均一に放電させることが可能である。本実施例では、実施例４の場合と同様に、定格電圧Ｖcのキャパシタバンクをｍ個直列接続しｈ個のバンクからなるキャパシタユニットごとにｎ個のタップ（それぞれｎ個のスイッチで構成される第一スイッチ群と第二スイッチ群）を設け、バランス回路１０５を備えた蓄電装置において、負荷１１３に対して放電する場合について、ｍ＝１００、ｎ＝５１、ｈ＝２の場合を例として説明する。
【００９０】
スイッチＳ2a〜Ｓ51aは第一スイッチ群１１０’を、スイッチＳ1b〜Ｓ50bは第二スイッチ群１１１’をそれぞれ構成しており、キャパシタユニットの直列接続点の各々から取り出されたタップと負荷１１３の高電位側端子１２１、低電位側端子１２２との間にそれぞれ接続されている。
【００９１】
次に、本実施例の動作を説明する。上述のように本実施例は基本的には充電時の実施例である実施例４の動作とは逆の動作を行うものである。そこで、ここでは例として、放電スタート時のグループ数が４つの状態、すなわちキャパシタモジュールを構成するキャパシタバンクが４つのグループにグループ化された状態からスタートする構成で説明する。
【００９２】
まず放電の初期段階では、キャパシタモジュール１０９のキャパシタバンクを、ｍ×１／８、ｍ×３／８、ｍ×５／８、ｍ×７／８、つまりＣ13、Ｃ38、Ｃ63、Ｃ88あたりのバンクが負荷へ直接放電する直列接続キャパシタバンクの中心になるように４つのグループにグループ化し、グループ化された４つのグループのそれぞれに対して、スイッチ制御回路１０８は、各グループを構成する直列接続キャパシタバンクの中央付近のバンク（Ｃ13、Ｃ38、Ｃ63、Ｃ88あたりのバンク）が負荷へ直接放電する直列接続キャパシタバンク群の中心になるようにスイッチを選択し、時分割で負荷へ放電を行う。
【００９３】
図２１は、スイッチ制御回路１０８がスイッチＳ8aとＳ7b、Ｓ20aとＳ19b、Ｓ33aとＳ32b、Ｓ45aとＳ44bを選択し、Ｃ13〜Ｃ14、Ｃ37〜Ｃ38、Ｃ63〜Ｃ64、Ｃ87〜Ｃ88のキャパシタバンクが交互に負荷に対して放電している状態を示している。この４つの各グループの動作について、キャパシタバンクＣ13を含むグループを例にとり説明する。まずＳ8aとＳ7bがオンになっている状態からスタートする。放電が進行するにつれて、各キャパシタバンクの電圧は下降してゆき、電圧検出回路１０６による電圧検出結果に基づいて電圧判定回路１０７により負荷電圧が負荷の許容下限電圧Ｖlowに到達したと判断されると、スイッチ制御回路１０８はスイッチＳ8aをオフすると同時にスイッチＳ9aをオンし、これにより負荷１１３の高電位側端子１２１とキャパシタモジュール１０９を接続するタップを一つ分上位側へとシフトさせる。この時、Ｃ13〜Ｃ16のキャパシタバンクはバランス回路を介さずに負荷へ直接放電し、その他のキャパシタバンクはバランス回路経由で放電を行う。さらに放電が進行し、電圧検出回路１０６による電圧検出結果に基づいて電圧判定回路１０７により負荷電圧が再びＶlowに到達したと判断されると、スイッチ制御回路１０８はスイッチＳ7bをオフすると同時にスイッチＳ6bをオンし、これにより負荷１１３の低電位側端子１２２とキャパシタモジュール１０９を接続するタップを一つ分下位側へとシフトさせる。この時、Ｃ11〜Ｃ16のキャパシタバンクはバランス回路を介さずに負荷へ直接放電し、その他のキャパシタバンクはバランス回路経由で放電を行う。このようなスイッチの切り替えを行うことにより、各キャパシタバンクが負荷へ直接放電する時間をなるべく等しくすることができ、各キャパシタバンクの電圧をなるべく均一に保つという観点において望ましい。
【００９４】
放電が進み、負荷へ直接放電するキャパシタバンクの直列数が増加しキャパシタモジュール１０９におけるキャパシタバンクの総直列数に対して所定の割合（例えば１／４）になった場合、キャパシタモジュール１０９のキャパシタバンクを、ｍ×１／６、ｍ×３／６、ｍ×５／６、つまりＣ17、Ｃ50、Ｃ83あたりのキャパシタバンクが負荷へ直接放電する直列接続キャパシタバンクの中心になるように３つのグループにグループ化し、グループ化された３つのグループのそれぞれに対して、スイッチ制御回路１０８は、各グループを構成する直列接続キャパシタバンクの中央付近のバンク（Ｃ17、Ｃ50、Ｃ83あたりのバンク）が負荷へ直接放電する直列接続キャパシタバンクの中心になるようにスイッチを選択し、時分割で負荷へ放電を行う。この時、前記図２１の４つのグループ化した放電により、キャパシタバンクの電圧がある程度低下しているため、負荷に直接接続されるキャパシタバンクの電圧の合計値が負荷の許容下限電圧よりも高くなるようスイッチを選択する必要がある。図２２は、例として、スイッチ制御回路１０８がスイッチＳ15aとＳ3b、スイッチＳ32aとＳ20b、スイッチＳ49aとＳ37bを選択し、Ｃ5〜Ｃ28、Ｃ39〜Ｃ62、Ｃ73〜Ｃ96のキャパシタバンクが交互に負荷へ直接放電を行っている状態を示している。各グループ内でのスイッチ制御回路１０８によるスイッチの切替えは、上記と同様であるので説明を省略する。
【００９５】
以下同様の操作を繰り返してゆき、各グループにおける負荷へ直接放電するキャパシタバンクの電圧の合計値が負荷の許容下限電圧Ｖlowを下回るまで繰り返す。この操作が繰り返された場合、最終的にはＳ51aとＳ1bがオンの状態となり全てのキャパシタバンクが負荷へと直接放電を行う、つまりグループが１つになる。図２３は、スイッチＳ39aとＳ13bを選択し、Ｃ25〜Ｃ76のキャパシタバンクが負荷に直接放電し、他のバンクはバランス回路を介して放電している状態を示している。放電時におけるキャパシタバンクの電圧をＶdisとすると、ｍ×Ｖdis＜Ｖlowを満たすまで上記のグループ化放電を繰り返す。以上の操作を繰り返すことで各キャパシタバンクへからの放電がより均等に行われ、その結果、放電時間も長期化することができる。
【００９６】
いずれのグループ化放電段階においても、各キャパシタバンクの電圧をなるべく均一に保つという観点において、各キャパシタバンクが負荷へ直接放電する時間が等しくなるようにスイッチを切り替えるのが望ましい。
【００９７】
上の実施例では、負荷へ直接放電されるキャパシタユニットの数が増えるようにスイッチの切替えが行われたが、複数のグループの各々について同じキャパシタユニットが負荷への直接放電を時分割で繰り返し行う構成としても、バランス回路を介して放電されるキャパシタユニットに対する電気的距離を短くできるため、各キャパシタバンクからの放電をより均等に行うことができる。
【００９８】
本実施例においても実施例４と同様に、スイッチの位置や個数等のレイアウトは、複数のタップのうちの一つが負荷の一方の端子又は他方の端子と接続されるように、且つバランス回路を介さずに負荷へ直接放電する複数の蓄電ユニットの数を制御するように順次スイッチを切り替えることができるような構成であれば、任意に変更することができる。また、例えば、負荷への放電と充電器からの充電を同時に行う場合において、充電器からの充電パワーが負荷への放電パワーを上回るときに、放電過程において、負荷へ直接放電する蓄電ユニットの数を減らすようにスイッチを切り替える場合も考えられる。したがって、電圧検出回路による電圧検出結果に基づいて、負荷へ直接放電される蓄電ユニットの数を減少させ、一定にし、又は増加させるようなスイッチの切替えを適宜組み合わせることも考えられる。
【００９９】
本実施例において、放電を開始する蓄電ユニットの位置、蓄電モジュールを構成する複数の蓄電バンクの各グループ化段階におけるグループの数や各グループにおける蓄電バンクの個数等の構成は任意に選択することができる。
【０１００】
また、上記実施例においては、スイッチ制御回路１０８によるスイッチ切替えのタイミングが、電圧検出回路１０６による電圧検出結果に基づいて負荷がＶlowに到達したと判断されたときであったが、負荷電圧が到達したと判断される電圧はＶlowよりも大きく負荷の許容上限電圧以下の任意の電圧とすることができる。
【０１０１】
以上の実施例では電圧検出回路１０６によりキャパシタモジュール１０９を構成する各キャパシタバンクの電圧を検出し、その検出結果を元に電圧判定回路１０７において基準電圧と比較し、その比較結果を元にスイッチ制御回路１０８によりスイッチを切り替えることにより、充電器からの充電電圧又は負荷への放電電圧をある任意の範囲内に収まるよう制御する場合について述べてきた。しかし、キャパシタモジュール１０９を構成する各キャパシタバンクの電圧を検出する代わりに、充電器からの充電電圧又は負荷への放電電圧を検出し、その検出結果を元にスイッチの切り替え制御を行ってもよい。この場合においてもキャパシタバンク電圧や充電器からの充電電圧ならびに負荷への放電電圧はこれまでに説明してきた特性と同様の傾向を示す。
【０１０２】
以上の実施例においては、ｈ個のキャパシタバンクからなるキャパシタユニットごとにｎ個のタップを設けた構成について述べたが、キャパシタユニットを構成するキャパシタバンクの数（タップを設ける間隔）は、ある位置ではｈ個、ある位置はｈ＋１個といったように、位置によって任意に変更してもよい。
【０１０３】
以上の実施例においては、各キャパシタバンクの定格電圧はＶcであったが、あるキャパシタバンクはＶｃ'、あるキャパシタバンクはＶc''といったように、各キャパシタバンクによって定格電圧を任意に変更してもよい。
【０１０４】
以上の実施例では蓄電セルとしてキャパシタを用いた場合について述べてきたが、二次電池等の他種の蓄電バンクを用いた場合においても応用することができる。
【０１０５】
以上、本発明について、例示のためにいくつかの実施例に関して説明してきたが、本発明はこれに限定されるものでなく、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、形態及び詳細について、様々な変形及び修正を行うことができることは、当業者に明らかであろう。
【符号の説明】
【０１０６】
１０１ 充電器の高電位側端子
１０２ 充電器の低電位側端子
１０５ バランス回路
１０６ 電圧検出回路
１０７ 電圧判定回路
１０８ スイッチ制御回路
１０９ キャパシタモジュール
１１０ スイッチ群
１１１ スイッチ群
１１０’第１のスイッチ群
１１１’第２のスイッチ群
１１２ 充電器
１１３ 負荷
１２１ 負荷の高電位側端子
１２２ 負荷の低電位側端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、該蓄電モジュールに接続されたバランス回路とを備えた蓄電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
キャパシタ（電気二重層キャパシタ、ハイブリッドキャパシタ、レドックスキャパシタ、等）は従来の二次電池と比較して端子電圧が充放電状態に応じて大きく変動する特性を持っている。一般的に電子機器類はそれぞれの動作電圧にある程度の幅を持っているが、その動作電圧範囲外においては動作が不安定もしくは非動作となってしまう。よって電圧変動の大きいキャパシタを電子機器類の電源へと供する場合には、キャパシタの電圧変動をある一定範囲内に抑える必要がある。
【０００３】
出力電圧を一定に保つ手段として、図１に示すようなＤＣ−ＤＣコンバータを用いて電圧変換を行う方法が考えられるが、ＤＣ−ＤＣコンバータを幅広い電圧範囲で動作させる場合は損失が著しく大きくなってしまう、回路が大型化してしまう等の問題が発生する。キャパシタに対して充電を行う場合も同様である。充電器も一種のＤＣ−ＤＣコンバータであるため、幅広い電圧範囲にて充電を行う場合、充電器における損失は増大しサイズは大型化してしまう。キャパシタのエネルギー密度が従来の二次電池と比較して著しく低いことを踏まえると従来のＤＣ−ＤＣコンバータよりも高効率の電圧変換方式が望まれる。
【０００４】
そこで、図２に示すような、複数個のキャパシタの直列接続により構成されるキャパシタモジュールにおいて、複数のタップを持ち、負荷に接続されるキャパシタの直列接続数（タップ）を切り替えることにより出力電圧の変動幅を小さくするようにしたキャパシタ電源装置が既に提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２０９７７５
【特許文献２】特開２００８−２１９９６４
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】K.Z.Guo,et.al.,:“Comparison and evaluation of charge equalization technique for series connected batteries”in Proc.IEEE PESC'06,pp.1-6(2006)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図３はこの装置を用いてキャパシタモジュールの放電を行った場合の出力電圧（上）、及びキャパシタの電圧カーブ（下）を示している。図３に示すように直列接続数の切り替えに伴い、それぞれのキャパシタの負荷に接続される時間が異なるため、それぞれのキャパシタ間で充放電状態のばらつきが発生してしまい、一部のキャパシタ（図２ではＣy1〜Ｃym）のエネルギーを有効に活用することが出来ないという問題点があった。また、放電終了時の各キャパシタの電圧が等しくなるように各キャパシタに異なる容量値を採用することにより上記のような課題を解決できるが、その場合は容量値の異なる複数種類のキャパシタを準備する必要がある。
【０００８】
本発明は、このような状況のもとになされたものであり、１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、該蓄電モジュールに接続されたバランス回路とを備えた蓄電システムにおいて、充放電において蓄電バンクを均一に利用する方法を提供することを目的の１つとする。また、充放電において蓄電バンクを均一に利用しつつ、充電器からの入力電圧又は負荷への出力電圧の変動を任意の範囲内に抑えることを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様は、１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、前記蓄電バンクを充電するための充電器と、前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記充電器の電圧を検出する電圧検出部と、前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、前記複数のタップのうちの一つが前記充電器の一方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、前記スイッチ制御部は、充電期間中に充電の進行に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする蓄電システムを提供するものである。
【００１０】
本発明の第２の態様は、１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、前記蓄電バンクを充電するための充電器と、前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記充電器の電圧を検出する電圧検出部と、前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記蓄電モジュールの他方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、前記複数のタップのうちの一つが前記充電器の一方の端子又は他方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、前記スイッチ制御部は、充電期間中に充電の進行に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする蓄電システムを提供するものである。
【００１１】
好ましくは、前記スイッチ制御部は更に、所定の回数のスイッチ切替え後、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループのそれぞれに対して時分割で、充電の進行に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替える。
【００１２】
好ましくは、前記スイッチ制御部は、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループのそれぞれに対して時分割で、充電の進行に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替える。
【００１３】
好ましくは、前記スイッチ制御部は更に、所定の回数のスイッチ切替え後、前記複数の蓄電ユニットが該所定の回数のスイッチ切替え後の蓄電ユニットのグループの数よりも多いグループに再グループ化された、該蓄電ユニットのグループの数よりも多いグループのそれぞれに対して時分割で、充電の進行に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを一又はそれ以上行う。
【００１４】
本発明の第３の態様は、１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、前記蓄電バンクから電力供給される負荷と、前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記蓄電バンクから前記負荷への放電電圧を検出する電圧検出部と、前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、前記複数のタップのうちの一つが前記負荷の一方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、前記スイッチ制御部は、放電期間中に放電状態に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記蓄電バンクから前記バランス回路を介さずに直接前記負荷へ放電する前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする蓄電システムを提供するものである。
【００１５】
本発明の第４の態様は、１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、前記蓄電バンクから電力供給される負荷と、前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記蓄電バンクから前記負荷への放電電圧を検出する電圧検出部と、前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記蓄電モジュールの他方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、前記複数のタップのうちの一つが前記負荷の一方の端子又は他方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、前記スイッチ制御部は、放電期間中に放電状態に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記蓄電バンクから前記バランス回路を介さずに直接前記負荷へ放電する前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする蓄電システムを提供するものである。
【００１６】
好ましくは、前記スイッチ制御部は、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループのそれぞれに対して時分割で、放電状態に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記負荷から前記バランス回路を介さずに直接放電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替える。
【００１７】
好ましくは、前記スイッチ制御部は更に、所定の回数のスイッチ切替え後、前記複数の蓄電ユニットを該所定の回数のスイッチ切替え後の蓄電ユニットのグループの数よりも少ないグループに再グループ化された、該蓄電ユニットのグループの数よりも少ないグループのそれぞれに対して時分割で、放電状態に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記蓄電モジュールから前記バランス回路を介さずに直接前記負荷へ放電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを一又はそれ以上行う。
【００１８】
本発明の第５の態様は、１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、前記蓄電バンクを充電するための充電器と、前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記充電器の電圧を検出する電圧検出部と、前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、前記複数のタップのうちの一つが前記充電器の一方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、前記スイッチ制御部は、充電期間中に、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数が減るように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを特徴とする蓄電システムを提供するものである。
【００１９】
本発明の第６の態様は、１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、前記蓄電バンクを充電するための充電器と、前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記充電器の電圧を検出する電圧検出部と、前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記蓄電モジュールの他方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、前記複数のタップのうちの一つが前記充電器の一方の端子又は他方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、前記スイッチ制御部は、充電期間中に、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数が減るように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを特徴とする蓄電システムを提供するものである。
【００２０】
好ましくは、前記スイッチ制御部は更に、所定の回数のスイッチ切替え後、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループのそれぞれに対して時分割で、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数が減るように前記スイッチを少なくとも１回切り替える。
【００２１】
好ましくは、前記スイッチ制御部は、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループのそれぞれに対して時分割で、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数が減るように前記スイッチを少なくとも１回切り替える。
【００２２】
好ましくは、前記スイッチ制御部は更に、所定の回数のスイッチ切替え後、前記複数の蓄電ユニットが該所定の回数のスイッチ切替え後の蓄電ユニットのグループの数よりも多いグループに再グループ化された、該蓄電ユニットのグループの数よりも多いグループのそれぞれに対して時分割で、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数が減るように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを一又はそれ以上行う。
【００２３】
本発明の第７の態様は、１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、前記蓄電バンクから電力供給される負荷と、前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記蓄電バンクから前記負荷への放電電圧を検出する電圧検出部と、前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、前記複数のタップのうちの一つが前記負荷の一方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、前記スイッチ制御部は、放電期間中に、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記蓄電バンクから前記バランス回路を介さずに直接前記負荷へ放電する前記蓄電ユニットの数が増えるように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを特徴とする蓄電システムを提供するものである。
【００２４】
本発明の第８の態様は、１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、前記蓄電バンクから電力供給される負荷と、前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記蓄電バンクから前記負荷への放電電圧を検出する電圧検出部と、前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記蓄電モジュールの他方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、前記複数のタップのうちの一つが前記負荷の一方の端子又は他方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、前記スイッチ制御部は、放電期間中に、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記蓄電バンクから前記バランス回路を介さずに直接前記負荷へ放電する前記蓄電ユニットの数が増えるように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを特徴とする蓄電システムを提供するものである。
【００２５】
好ましくは、前記スイッチ制御部は、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループのそれぞれに対して時分割で、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接放電される前記蓄電ユニットの数が増えるように前記スイッチを少なくとも１回切り替える。
【００２６】
好ましくは、前記スイッチ制御部は更に、所定の回数のスイッチ切替え後、前記複数の蓄電ユニットを該所定の回数のスイッチ切替え後の蓄電ユニットのグループの数よりも少ないグループに再グループ化された、該蓄電ユニットのグループの数よりも少ないグループのそれぞれに対して時分割で、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記蓄電モジュールから前記バランス回路を介さずに直接前記負荷へ放電される前記蓄電ユニットの数が増えるように前記スイッチを少なくとも１回切り替える。
【００２７】
本発明の第９の態様は、１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、前記蓄電バンクを充電するための充電器と、前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記充電器の電圧を検出する電圧検出部と、前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記蓄電モジュールの他方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、前記複数のタップのうちの一つが前記充電器の一方の端子又は他方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、前記スイッチ制御部は、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループの各々について同じ蓄電ユニットに対して、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電することを時分割で繰り返し行うように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする蓄電システムを提供するものである。
【００２８】
本発明の第１０の態様は、１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、前記蓄電バンクから電力供給される負荷と、前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記蓄電バンクから前記負荷への放電電圧を検出する電圧検出部と、前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記蓄電モジュールの他方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、前記複数のタップのうちの一つが前記負荷の一方の端子又は他方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、前記スイッチ制御部は、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループの各々について同じ蓄電ユニットが負荷への直接放電を時分割で繰り返し行うように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする蓄電システムを提供するものである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る蓄電システムは、蓄電バンクの内部抵抗やバランス回路の特性などの影響により充放電状態のばらつきを補正するバランス回路のみでは補正に時間を要する場合においても、蓄電バンクの均等化を効率的に行うことができる。
【００３０】
また、本発明に係る蓄電システムは、蓄電バンク及び／又は充電器の電圧値に応じて充電器ならびに負荷に接続されるタップを適切に選択することで、蓄電バンクの電圧を均一に保ちつつ、ＤＣ−ＤＣコンバータなどを用いることなく充電器からの充電電圧ならびに負荷への放電電圧をある任意の範囲内に抑えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来のキャパシタ電源装置の回路図である。
【図２】従来のキャパシタ電源装置の回路図である。
【図３】図２に示すキャパシタ電源装置を用いてキャパシタモジュールの放電を行った場合の出力電圧（上）、及びキャパシタの電圧カーブ（下）を示したグラフである。
【図４】本発明の実施例１に係る蓄電システムの回路図である。
【図５】実施例１に係る蓄電システムにおいて充電を行った場合の充電器電圧（上）、及びキャパシタバンクの充電カーブ(下）である。
【図６】本発明の実施例２に係る蓄電システムの回路図である。
【図７】実施例１に係る蓄電システムにおいて、均等化能力に制限があるバランス回路を用いてキャパシタモジュールの充電を行った際における一部のキャパシタバンクの充電波形の一例である。
【図８】本発明の実施例３に係る蓄電システムの回路図である。
【図９】本発明の実施例４に係る蓄電システムの回路図である。
【図１０】実施例４においてＳ39aとＳ13bを選択して充電を行っている状態を示す図である。
【図１１】実施例４において２グループにグループ化されたキャパシタユニットが時分割で充電されている状態を示す図である。
【図１２】実施例４において３グループにグループ化されたキャパシタユニットが時分割で充電されている状態を示す図である。
【図１３】実施例４において４グループにグループ化されたキャパシタユニットが時分割で充電されている状態を示す図である。
【図１４Ａ】実施例４に係る蓄電システムにおいて、均等化能力に制限があるバランス回路を用いてキャパシタモジュールの充電を行った際における一部のキャパシタバンクの充電波形の一例である。
【図１４Ｂ】実施例４に係る蓄電システムにおいて、均等化能力に制限があるバランス回路を用いてキャパシタモジュールの充電を行った際における一部のキャパシタバンクの充電波形の一例である。
【図１５】本発明の実施例４の変形例に係る蓄電システムの回路図である。
【図１６】本発明の実施例５に係る蓄電システムの回路図である。
【図１７】実施例５に係る蓄電システムにおいて放電を行った場合の負荷電圧（上）、及びキャパシタバンクの放電カーブ(下）である。
【図１８】本発明の実施例６に係る蓄電システムの回路図である。
【図１９】本発明の実施例７に係る蓄電システムの回路図である。
【図２０】本発明の実施例８の係る蓄電システムの回路図である。
【図２１】実施例８において４グループにグループ化されたキャパシタユニットが時分割で放電している状態を示す図である。
【図２２】実施例８において３グループにグループ化されたキャパシタユニットが時分割で放電している状態を示す図である。
【図２３】実施例８においてＳ39aとＳ13bを選択して放電を行っている状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施の一形態について説明する。なお、以下の説明において、「キャパシタバンク」とは、単数のキャパシタセル、又は複数のキャパシタセルの直列、並列、若しくは直並列接続により構成されるものを指し、「キャパシタユニット」とは、単数のキャパシタバンク、又は直列に接続された複数のキャパシタバンクにより構成されるものを指し、「キャパシタモジュール」とは、キャパシタユニットが複数直列に接続されてなるものを指している。また、「蓄電セル」とは、キャパシタ、二次電池等を指している。「蓄電バンク」とは、単数の蓄電セル、又は複数の蓄電セルの直列、並列、若しくは直並列接続により構成されるものを指し、「蓄電ユニット」とは、単数の蓄電バンク、又は直列に接続された複数の蓄電バンクにより構成されるものを指し、「蓄電モジュール」とは、蓄電ユニットが複数直列に接続されてなるものを指している。
【００３３】
［実施例１］
図４は本発明の実施例１に係る蓄電システムの回路図である。本実施例では、定格電圧Ｖcのキャパシタバンクをｍ個直列接続して構成したキャパシタモジュール１０９において、ｈ個のキャパシタバンクからなるキャパシタユニットごとにｎ個のタップを設け、バランス回路１０５を備えたキャパシタモジュールに充電器１１２を用いて電圧Ｖinにてフル充電（両端子間電圧＝Ｖc×ｍ）する場合について、ｍ＝１００、ｎ＝５１、ｈ＝２の場合を例として説明する。
【００３４】
ここで、バランス回路は、蓄電モジュールを構成する蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するための回路であり、充電及び放電の両方の期間に、各蓄電バンク間でのエネルギー伝送、つまりバランス動作を行うことができる。バランス回路は、大別してキャパシタを用いる方法、コイルを用いる方法、トランスを用いる方法に大別されるが、それぞれについての具体的な回路については種々のものが知られている（例えば特許文献２、非特許文献１参照）。
【００３５】
図４に戻り、スイッチＳ2a〜Ｓ51aはスイッチ群１１０を構成しており、キャパシタユニットの直列接続点の各々から取り出されたタップと充電器１１２の高電位側端子１０１との間に接続されている。Ｃ1〜Ｃ100はキャパシタバンクである。スイッチＳ2a〜Ｓ51aはいずれか一つのスイッチがオンしており、充電器１１２の高電位側端子１０１と直結されている。充電器の低電位側端子１０２はキャパシタモジュールのグラウンド０と固定接続されている。電圧検出回路１０６は、キャパシタモジュール１０９を構成する全てのキャパシタバンク又は一部のキャパシタバンクの電圧を検出する。この電圧検出結果を電圧判定回路１０７において基準電圧と比較し、その比較結果に基づいてスイッチ制御回路１０８がスイッチを切り替えることにより、充電器からの充電電圧はある任意の範囲内、例えば充電器の許容変動電圧内に収まるよう制御される。
【００３６】
図５は図４の構成において充電を行った場合の充電器電圧（上）及びキャパシタバンクの充電カーブ（下）である。ここではバランス回路の動作が理想的であり、いかなる条件においてもキャパシタモジュールを構成する各キャパシタバンクの電圧はバランス回路により均一に保たれているものとして説明を行う。
【００３７】
まず、スイッチ制御回路１０８によってスイッチＳ51aがオンにされると、スイッチＳ51aと接続されているタップの低電位側のキャパシタユニット、つまり全てのキャパシタバンクが充電器から直接充電される。
【００３８】
充電が進行するにつれて、各キャパシタバンクの電圧は上昇してゆき、充電器電圧はＶinに到達する。この時、各キャパシタバンクの電圧が均一であれば、各バンクの電圧はＶin/１００である。電圧検出回路１０６による電圧検出結果に基づいて電圧判定回路１０７により充電器電圧がＶinに到達したと判断されると、スイッチ制御回路１０８はスイッチＳ51aをオフすると同時にＳ50aをオンし、これにより充電器１１２とキャパシタモジュール１０９を接続するタップを一つ分下位側へとシフトさせる。これにより、充電器電圧はキャパシタバンクＣ100とＣ99の電圧分つまり（２×Ｖin）／１００だけ低くなる。この時、充電器からの電力はＳ50aと接続されているタップの低電位側のキャパシタユニットに供給され、つまりＣ1〜Ｃ98のキャパシタバンクが充電器から直接充電される。Ｃ100とＣ99のキャパシタバンクに関してはバランス回路経由でＣ1〜Ｃ98のキャパシタバンクから電荷を受け取ることにより充電される。
【００３９】
充電が更に進行し、電圧検出回路１０６による電圧検出結果に基づいて電圧判定回路１０７により充電器電圧が再びＶinに到達したと判断されると、スイッチ制御回路１０８はスイッチＳ50aをオフすると同時にＳ49aをオンすることで充電器１１２とキャパシタモジュール１０９を接続するタップを更に一つ分下位側へとシフトさせる。これにより、充電器電圧はキャパシタバンクＣ98とＣ97の電圧分つまり（２×Ｖin）／９８だけ低くなる。この時、Ｓ49aと接続されているタップの低電位側のキャパシタユニット、つまりＣ1〜Ｃ96のキャパシタバンクが充電器から直接充電される。Ｃ97〜Ｃ100のキャパシタバンクに関してはバランス回路経由でＣ1〜Ｃ96のキャパシタバンクから電荷を受け取ることにより充電される。
【００４０】
以下同様に、スイッチＳ49a〜Ｓ2aを充電器電圧に応じて順次切り替えることにより、充電器電圧をある任意の範囲内に抑えつつ、各キャパシタを均一に充電することができる。
【００４１】
以上の操作は充電器により直接充電されるキャパシタバンクの定格電圧の合計値が充電器による充電電圧Ｖinより小さくなるまで繰り返す。充電器により直接充電されるキャパシタバンクの直列数をｘとすると、ｘ×Ｖc＜Ｖinを満たすまで上記のグループ化充電を繰り返す。以上の操作を繰り返すことで各キャパシタバンクへの充電がより均等に行われ、その結果、充電時間も短縮化することができる。
【００４２】
［実施例２］
図６は本発明の実施例２に係る蓄電システムの回路図である。同図において図４と対応する部分には同一符号を付し、実施例１と同様の部分の説明は省略する。
【００４３】
実施例１は、充電器１１２の高電位側端子１０１がスイッチ群１１０を介してキャパシタモジュール１０９の各タップと接続された構成であるのに対し、本実施例は、充電器１１２の低電位側端子１０２とキャパシタモジュール１０９の間にＳ1b〜Ｓ50bから構成されるスイッチ群１１１を設けている。本実施例では、スイッチは、電圧検出回路１０６による電圧検出結果に基づいてスイッチ制御回路１０８によりＳ1b、Ｓ2b、・・・、Ｓ50bの順で切り替えられる。
【００４４】
以上の例では、バランス回路の動作が理想的であり、いかなる条件においてもキャパシタモジュールを構成する各キャパシタバンクの電圧はバランス回路により均一に保たれているという前提のもとで説明を行った。しかし、実際にはバランス回路の特性は理想的ではなく、均等化能力の制限やキャパシタバンクの等価直列抵抗の存在等により、キャパシタバンクの電圧のばらつきが発生することになる。
【００４５】
実施例１の構成（ｍ＝２５、ｎ＝２６、ｈ＝１、Ｃ1とＣ25のキャパシタバンクの容量は他のキャパシタバンクの容量の２倍）にて均等化能力に制限があるバランス回路を用いてキャパシタバンクＣ5とＣ6との間の直列接続点に接続されるのスイッチＳ5aを介してキャパシタモジュールの充電を行った際における一部のキャパシタバンクＣ1、Ｃ5、Ｃ10、Ｃ15、Ｃ20、Ｃ25の充電波形の一例を図７に示す。充電過程において各キャパシタバンクは均一に充電されていないことが分かる。充電器から直接充電されないキャパシタバンク（Ｓ5aより高電位側のキャパシタバンクＣ6〜Ｃ25）は、直接充電されるキャパシタバンク（Ｓ5aより低電位側のキャパシタバンクＣ1〜Ｃ5）からバランス回路経由で電荷を受け取ることにより充電されるが、バランス回路が電荷を低電位側から高電位側へと電荷を受け渡す速度が十分でないため、高電位側のバンクの電圧は低電位側のバンクの電圧よりも低くなる傾向を示し、また、充電器から電気的に遠い位置のバンクほど充電の進行が遅くなる。バランス回路の機能により各バンクの電圧はいずれ収束するが、各バンクの電圧が十分に均等化されるまでには長い時間を要する。また、一部のキャパシタバンクＣ１で充電電圧のオーバーシュート現象（過充電）が見られる。
【００４６】
［実施例３］
図８は本発明の実施例３に係る蓄電システムの回路図である。同図において図４と対応する部分には同一符号を付し、実施例１と同様の部分の説明は省略する。
【００４７】
実施例１は充電器の低電位側端子１０２とキャパシタモジュール１０９のグラウンド０が直接接続された構成であるのに対し、本実施例では、低電位側端子１０２は、キャパシタモジュール１０９のグラウンド０と直接接続されておらず、キャパシタバンクＣ２とＣ３の直列接続点と固定接続されている。
【００４８】
本実施例では、スイッチは、電圧検出回路１０６による電圧検出結果に基づいてスイッチ制御回路１０８によりＳ51a、Ｓ50a、・・・、Ｓ3aの順で切り替えられる。
【００４９】
実施例１の構成における充電過程の末期では、スイッチＳ2aがオンしており、Ｃ1とＣ2の２つのキャパシタバンクが直接充電され、その他のキャパシタバンクはバランス回路経由で充電が行われている。この時、Ｃ100のキャパシタバンクは充電器１１２から最も電気的に離れており（９８バンク分）、バランス回路の特性が理想的ではない場合、充電過程において最も低い電圧を示すことになる。
【００５０】
実施例１では充電器１１２の低電位側端子１０２がキャパシタモジュール１０９のグラウンド０と接続された構成であったが、本実施例のように充電器の低電位側端子とキャパシタモジュールのグラウンド端子が直接接続されていない構成においては、充電末期におけるバランス回路とキャパシタバンクの電気的距離を実施例１の構成と比べて短くすることが可能である。
【００５１】
本実施例では充電器の低電位側端子１０２はキャパシタバンクＣ2とＣ3の直列接続点と固定接続されているため、充電器１１２はＣ1とＣ2のキャパシタバンクを直接充電することは出来ない。しかし、Ｃ1とＣ2のキャパシタバンクはバランス回路１０５を経由して他のキャパシタバンクから電荷を受け取ることにより充電される。
【００５２】
本実施例における充電過程の末期では、スイッチＳ3aがオンとなり、Ｃ3とＣ4のキャパシタバンクが直接充電され、その他のバンクはバランス回路経由で充電が行われる。充電器１１２から最も電気的に離れているＣ100のキャパシタバンクは、実施例１の図４の構成においては９８バンク分離れていたのに対して、本実施例の構成では充電器１１２の低電位側端子１０２が２バンク分だけ高電位側（Ｃ2とＣ3の直接接続点）に接続されているため、実施例１の図４の構成よりも充電器に２バンク分だけ近い９６バンク分の距離である。よって、充電過程の末期において実施例１の図４の構成よりもキャパシタバンクの電圧ばらつきを小さく抑えることが可能となる。
【００５３】
本実施例の構成で充電過程の末期においてキャパシタバンクの電圧ばらつきが最も小さくなるようにするには、充電器１１２の高電位側端子１０１と低電位側端子１０２をそれぞれＳ27aとＳ26a、もしくはＳ26aとＳ25aに接続すればよい。
【００５４】
以上の実施例において、スイッチの位置や個数等のレイアウトは、必要に応じて適宜変更することができる。
【００５５】
［実施例４］
図９は本発明の実施例４に係る蓄電システムの回路図である。同図において図４と対応する部分には同一符号を付し、実施例１と同様の部分の説明は省略する。
【００５６】
上述のように、実施例３の構成で充電過程の末期においてキャパシタバンクの電圧ばらつきが最も小さくなるようにするには、充電器１１２の高電位側端子１０１と低電位側端子１０２をそれぞれスイッチＳ27aとＳ26a、もしくはスイッチＳ26aとＳ25aに接続すればよいことになる。しかし、この場合は充電の初期においても充電器から電気的に離れたバンク（Ｃ1などの低電位側に位置するバンク）が存在することになるためバンク、充電末期のばらつきは低減される半面、充電の初期段階においても電圧ばらつきが発生してしまう。本実施例は、これに限られるものではないが、このような問題点を解決するものである。
【００５７】
本実施例では、実施例１の場合と同様に、定格電圧Ｖcのキャパシタバンクをｍ個直列接続しｈ個のキャパシタバンクからなるキャパシタユニットごとにｎ個のタップ（それぞれｎ個のスイッチで構成される第一スイッチ群と第二スイッチ群）を設け、バランス回路１０５を備えた蓄電装置に充電器１１２を用いて電圧Ｖinにてフル充電（両端子間電圧=Ｖc×ｍ）する場合について、ｍ＝１００、ｎ＝５１、ｈ＝２を例として説明する。
【００５８】
スイッチＳ2a〜Ｓ51aは第一スイッチ群１１０’を、スイッチＳ1b〜Ｓ50bは第二スイッチ群１１１’をそれぞれ構成しており、キャパシタユニットの直列接続点の各々から取り出されたタップと充電器１１２の高電位側端子１０１、低電位側端子１０２との間にそれぞれ接続されている。
【００５９】
次に、本実施例の動作を説明する。まず充電の初期段階では、スイッチ制御回路１０８によってスイッチＳ51aとＳ1bがオンにされ充電が行われる。この時、キャパシタモジュール１０９の全てのキャパシタバンクが充電器１１２から直接充電される。
【００６０】
充電が進行するにつれて、各キャパシタバンクの電圧は上昇してゆき、充電器電圧はＶinに到達する。電圧検出回路１０６による電圧検出結果に基づいて電圧判定回路１０７により充電器電圧がＶinに到達したと判断されると、スイッチ制御回路１０８はスイッチＳ５１ａをオフすると同時にスイッチＳ50aをオンし、これにより充電器１１２の高電位側端子１０１とキャパシタモジュール１０９を接続するタップを一つ分下位側へとシフトさせる。この時、Ｃ1〜Ｃ98のキャパシタバンクは充電器によりバランス回路を介さずに直接充電され、Ｃ99とＣ100のキャパシタバンクはバランス回路経由で充電が行われる。
【００６１】
さらに充電が進行し、電圧検出回路１０６による電圧検出結果に基づいて電圧判定回路１０７により充電器電圧が再びＶinに到達したと判断されると、スイッチ制御回路１０８はスイッチＳ1bをオフすると同時にスイッチＳ2bをオンし、これにより充電器１１２の低電位側端子１０２とキャパシタモジュール１０９を接続するタップを一つ分上位側へとシフトさせる。この時、Ｃ3〜Ｃ98のキャパシタバンクは充電器によりバランス回路を介さずに直接充電され、Ｃ1、Ｃ2、Ｃ99、Ｃ100のキャパシタバンクはバランス回路経由で充電が行われる。
【００６２】
このように、充電の進行に伴い、充電器の高電位側端子１０１と低電位側端子１０２に接続されるタップを順次切り替えるがこのとき、図１０に示すようにキャパシタモジュール１０９を構成する直列接続キャパシタバンクの中央付近のバンク（Ｃ50、Ｃ51）が充電器により直接充電されるキャパシタバンクの中央となるようにする。図１０は、Ｃ50とＣ51が充電器により直接充電されるキャパシタバンクの中央となるようにスイッチを順次切り替えてゆき、Ｓ39aとＳ13bが選択され、Ｃ25〜Ｃ76の計５２のキャパシタバンクが充電器により直接充電されている状態を示している（簡略化のため、バランス回路や非動作のスイッチ等は省略している）。その他のＣ1〜Ｃ24とＣ77〜Ｃ100のキャパシタバンクはバランス回路経由で充電が行われる。このようなスイッチの切り替えを行うことにより、バランス回路経由で充電されるキャパシタバンクと充電器の電気的距離を極力短くなるようにすることができる。
【００６３】
さらに充電が進み、充電器により直接充電されるキャパシタバンクの直列数がキャパシタモジュール１０９におけるキャパシタバンクの総直列数ｍの半分よりも少なくなった場合、キャパシタモジュール１０９のキャパシタバンクを、ｍ×１／４、ｍ×３／４、つまりＣ25、Ｃ75あたりのバンクが充電器により直接充電される直列接続キャパシタバンクの中心になるように２つのグループにグループ化し、グループ化された２つのグループのそれぞれに対して、スイッチ制御回路１０８はスイッチを選択し、時分割で充電器により充電を行う。
【００６４】
図１１はＣ25、Ｃ75あたりのバンクが充電器により直接充電される直列接続キャパシタバンクの中心になるように、スイッチ制御回路１０８がスイッチＳ47aとＳ29b、スイッチＳ22aとＳ4bを選択し、Ｃ57〜Ｃ92のキャパシタバンクとＣ7〜Ｃ42のキャパシタバンクが交互に時分割で充電器により直接充電されている状態を示している。
【００６５】
スイッチ制御回路１０８がスイッチＳ47aとＳ29bを介して充電を行っている期間はＣ57〜Ｃ92のキャパシタバンクは充電器により直接充電され、その他のキャパシタバンクはバランス回路経由で充電される。また、スイッチ制御回路１０８がＳ22aとＳ4bを介して充電を行っている期間はＣ7〜Ｃ42のキャパシタバンクが充電器により直接充電され、その他のキャパシタバンクはバランス回路経由で充電されることになる。このとき、各キャパシタバンクの電圧をなるべく均一に保つという観点において、各キャパシタユニットが充電器により直接充電される時間が等しくなるようＳ47aとＳ29b、Ｓ22aとＳ4bを交互に切り替えるのが望ましい。
【００６６】
以下同様にして、さらに充電が進み、充電器により直接充電されるキャパシタバンクの直列数がキャパシタモジュール１０９におけるキャパシタバンクの総直列数の１／３よりも少なくなった場合、キャパシタモジュール１０９のキャパシタバンクを、ｍ×１／６、ｍ×３／６、ｍ×５／６、つまりＣ17、Ｃ50、Ｃ83あたりのバンクが充電器により直接充電される直列接続キャパシタバンクの中心になるように３つのグループにグループ化し、グループ化された３つのグループのそれぞれに対して、スイッチ制御回路１０８はスイッチを選択し、時分割で充電器により充電を行う。図１２は、スイッチ制御回路１０８がスイッチＳ51aとＳ35b、スイッチＳ34aとＳ18b、スイッチＳ17aとＳ1bを選択し、Ｃ69〜Ｃ100とＣ35〜Ｃ66とＣ1〜Ｃ32のキャパシタバンクが交互に充電器により直接充電されている状態を示している。
【００６７】
同様に、さらに充電が進み、充電器により直接充電されるキャパシタバンクの直列数がキャパシタモジュール１０９におけるキャパシタバンクの総直列数の１／４よりも少なくなった場合、キャパシタモジュール１０９のキャパシタバンクを、ｍ×１／８、ｍ×３／８、ｍ×５／８、ｍ×７／８、つまりＣ13、Ｃ38、Ｃ63、Ｃ88あたりのバンクが充電器により直接充電される直列接続キャパシタバンクの中心になるように４つのグループにグループ化し、グループ化された４つのグループのそれぞれに対して、スイッチ制御回路１０８はスイッチを選択し、時分割で充電器により充電を行う。図１３は、スイッチ制御回路１０８がスイッチＳ48aとＳ42b、スイッチＳ35aとＳ29b、スイッチＳ23aとＳ17b、スイッチＳ10aとＳ4bを選択し、Ｃ83〜Ｃ94、Ｃ57〜Ｃ68、Ｃ33〜Ｃ44、Ｃ7〜Ｃ18のキャパシタバンクが交互に充電器により直接充電されている状態を示している。
【００６８】
いずれのグループ化充電段階においても、各キャパシタバンクの電圧をなるべく均一に保つという観点において、各キャパシタユニットが充電器により直接充電される時間が等しくなるようにスイッチを切り替えるのが望ましい。
【００６９】
以上の操作は充電器により直接充電されるバンクの定格電圧の合計値が充電器による充電電圧Ｖinより小さくなるまで繰り返す。充電器により直接充電されるキャパシタバンクの直列数をｘとすると、ｘ×Ｖc＜Ｖinを満たすまで上記のグループ化充電を繰り返す。以上の操作を繰り返すことで各キャパシタバンクへの充電がより均等に行われ、その結果、充電時間も短縮化することができる。
【００７０】
上の実施例と同様の構成で、ｍ＝２５、ｎ＝２６、ｈ＝１、Ｃ1とＣ25のキャパシタバンクの容量は他のキャパシタバンクの容量の２倍の条件にて、均等化能力に制限があるバランス回路を用いた場合における一部のキャパシタバンクＣ1、Ｃ5、Ｃ10、Ｃ15、Ｃ20、Ｃ25の充電波形の一例を図１４Ａに示す。各キャパシタバンクの充電波形がよく一致しており、各キャパシタバンクが均一に充電されていることが分かる。また、各キャパシタバンクの充電時間も短いことが分かる。実施例１の例の図７と比較すると、格段の改善がなされていることが分かる。
【００７１】
上の実施例では、蓄電モジュールを構成する複数の蓄電バンクがグループ化されていない状態から充電を開始したが、蓄電モジュールを構成する複数の蓄電バンクを複数のグループ化した状態から充電を開始することもできる。この場合、上の実施例では、充電器により直接充電されるキャパシタユニットの数が減るようにスイッチの切替えが行われたが、複数のグループの各々について同じキャパシタユニットに対して充電器による直接充電を時分割で繰り返し行う構成としても、バランス回路を介して充電されるキャパシタユニットに対する電気的距離を短くすることができるため、各キャパシタバンクへの充電をより均等に行うことができる。
【００７２】
図１２と同様の構成で、ｍ＝２５、ｎ＝２６、ｈ＝１、Ｃ1とＣ25のキャパシタバンクの容量は他のキャパシタバンクの容量の２倍、Ｃ3−Ｃ7、Ｃ11−Ｃ15、Ｃ19−Ｃ23の３グループの条件にて、均等化能力に制限があるバランス回路を用いて、この３グループの各々について同じＣ3−Ｃ7、Ｃ11−Ｃ15、Ｃ19−Ｃ23に対して、充電器よる直接充電を時分割で繰り返し行った際における一部のキャパシタバンクＣ1、Ｃ5、Ｃ10、Ｃ１5、Ｃ20、Ｃ25の充電波形の一例を図１４Ｂに示す。各キャパシタバンクの充電波形が非常によく一致しており、各キャパシタバンクが均一に充電されていることが分かる。実施例１の例の図７と比較すると、格段の改善がなされていることが分かる。また、上の実施例の図１４Ａと比較すると、充電に時間を要するものの、各キャパシタバンクをより均一に使用することができることが分かる。
【００７３】
本実施例において、スイッチの位置や個数等のレイアウトは、複数のタップのうちの一つが充電器の一方の端子又は他方の端子と接続されるように、且つ充電器からバランス回路を介さずに直接充電される複数の蓄電ユニットの数を制御するように順次スイッチを切り替えることができるような構成であれば、適宜変更することができる。変更例としては、図１５のようなものが考えられる。また、更に、例えば、太陽電池のような出力電圧が変動する場合のある充電器の場合には、出力電圧の増加に伴い、充電過程において、充電器から直接充電される蓄電ユニットの数を増やすようにスイッチを切り替える場合も考えられる。したがって、電圧検出回路による電圧検出結果に基づいて、充電器から直接充電される蓄電ユニットの数を減少させ、一定にし、又は増加させるようなスイッチの切替えを適宜組み合わせることも考えられる。
【００７４】
本実施例において、充電を開始する蓄電ユニットの位置、蓄電モジュールを構成する複数の蓄電バンクの各グループ化段階におけるグループの数や各グループにおける蓄電バンクの個数等の構成は任意に選択することができる。
【００７５】
以上の実施例においては、スイッチ制御回路１０８によるスイッチ切替えのタイミングが、電圧検出回路１０６による電圧検出結果に基づいて充電器電圧がＶinに到達したと判断されたときであったが、充電器電圧が到達したと判断される電圧はＶin未満の任意の電圧とすることができる。
【００７６】
ここまでは充電動作について述べたが、本発明の技術は負荷に対して放電を行う場合に対しても適用することができる。
【００７７】
［実施例５］
図１６は、本発明の実施例５に係る蓄電システムの回路図である。同図において図４と対応する部分には同一符号を付し、実施例１と同様の部分の説明は省略する。
【００７８】
本実施例の構成は上記実施例１の構成における充電器を負荷１１３に置き換えたものであり、基本的には充電時とは逆の動作（スイッチの切り替え順序等）を実施することで、出力電圧変動を抑えつつ、各キャパシタバンクを均一に放電させることが可能である。
【００７９】
図１７は図１６の構成にて放電を行った際における動作波形である。実施例１の図４〜図５で説明した充電動作とは逆に、S2aがオンになっている状態からスタートし、電圧検出回路１０６で検出した負荷電圧を電圧判定回路１０７により判定することによってスイッチ制御回路１０８が負荷電圧がある任意の値（例えば、負荷の許容下限電圧Ｖlow）を下回らないようスイッチを上位側へと順次切り替えることにより負荷電圧をある任意の範囲内に抑える。負荷と直接接続されるキャパシタバンク（Ｓ2aがオンの場合、Ｃ1とＣ2）は負荷に対して直接放電し、その他のキャパシタバンクはバランス回路を通じて放電する。
【００８０】
［実施例６］
図１８は、本発明の実施例６に係る蓄電システムの回路図である。同図において図１６と対応する部分には同一符号を付し、実施例５と同様の部分の説明は省略する。
【００８１】
上記実施例５は負荷１１３の高電位側端子１２１とキャパシタモジュール１０９の間にスイッチ群１１０を設けた構成であるのに対し、本実施例は、低電位側端子１２２とキャパシタモジュール１０９の間にスイッチ群１１１を設けている。本実施例では、スイッチは、電圧検出回路１０６による電圧検出結果に基づいてスイッチ制御回路１０８によりＳ50b、Ｓ49b、・・・、Ｓ1bの順で切り替えられる。
【００８２】
［実施例７］
図１９は、本発明の実施例７に係る蓄電システムの回路図である。同図において図１６と対応する部分には同一符号を付し、実施例５と同様の部分の説明は省略する。
【００８３】
上記実施例５は負荷１１３の低電位側端子１２２とキャパシタモジュール１０９のグラウンド０が直接接続された構成であるのに対し、本実施例では、低電位側端子１２２は、キャパシタモジュール１０９のグラウンド０と直接接続されておらず、キャパシタバンクＣ2とＣ3の直列接続点と固定接続されている。
【００８４】
本実施例では、スイッチは、電圧検出回路１０６による電圧検出結果に基づいてスイッチ制御回路１０８によりＳ3a、Ｓ4a、・・・、Ｓ51aの順で切り替えられる。
【００８５】
実施例５では負荷１１３の低電位側端子１２２がキャパシタモジュール１０９のグラウンド０と接続された構成であったが、本実施例のように負荷の低電位側端子とキャパシタモジュールのグラウンド端子が直接接続されていない構成においては、放電初期における負荷とキャパシタバンクの電気的距離を実施例５の構成と比べて短くすることが可能である。すなわち、本実施例における放電過程の初期では、スイッチＳ3aがオンとなり、Ｃ3とＣ4のキャパシタバンクから負荷へ直接放電され、Ｃ1、Ｃ2、Ｃ5〜Ｃ100のキャパシタバンクはバランス回路経由で放電が行われる。負荷１１３から最も電気的に離れているＣ100のキャパシタバンクは、実施例５においては９８バンク分離れていたのに対して、本実施例の構成では負荷１１３の低電位側端子１２２が２バンク分だけ高電位側（Ｃ2とＣ3の直接接続点）に接続されているため、実施例５の構成よりも充電器に２バンク分だけ近い９６バンク分の距離である。よって、放電過程の初期において実施例５の場合よりもキャパシタバンクの電圧ばらつきを小さく抑えることが可能となる。
【００８６】
本実施例の構成で放電過程の初期においてキャパシタバンクの電圧ばらつきが最も小さくなるようにするには、負荷１１３の高電位側端子１２１と低電位側端子１２２をそれぞれスイッチＳ27aとＳ26a、もしくはスイッチＳ26aとＳ25aに接続すればよい。
【００８７】
以上の実施例５〜７において、スイッチの位置や個数等のレイアウトは、必要に応じて適宜変更することができる。
【００８８】
［実施例８］
図２０は、本発明の実施例８に係る蓄電システムの回路図である。同図において図１６と対応する部分には同一符号を付し、実施例５と同様の部分の説明は省略する。
【００８９】
本実施例の構成は実施例４の構成における充電器を負荷１１３に置き換えたものであり、基本的には充電時とは逆の動作（スイッチの切り替え順序や、キャパシタバンクのグループ化順序等）を実施することで、出力電圧変動を抑えつつ、各キャパシタバンクを均一に放電させることが可能である。本実施例では、実施例４の場合と同様に、定格電圧Ｖcのキャパシタバンクをｍ個直列接続しｈ個のバンクからなるキャパシタユニットごとにｎ個のタップ（それぞれｎ個のスイッチで構成される第一スイッチ群と第二スイッチ群）を設け、バランス回路１０５を備えた蓄電装置において、負荷１１３に対して放電する場合について、ｍ＝１００、ｎ＝５１、ｈ＝２の場合を例として説明する。
【００９０】
スイッチＳ2a〜Ｓ51aは第一スイッチ群１１０’を、スイッチＳ1b〜Ｓ50bは第二スイッチ群１１１’をそれぞれ構成しており、キャパシタユニットの直列接続点の各々から取り出されたタップと負荷１１３の高電位側端子１２１、低電位側端子１２２との間にそれぞれ接続されている。
【００９１】
次に、本実施例の動作を説明する。上述のように本実施例は基本的には充電時の実施例である実施例４の動作とは逆の動作を行うものである。そこで、ここでは例として、放電スタート時のグループ数が４つの状態、すなわちキャパシタモジュールを構成するキャパシタバンクが４つのグループにグループ化された状態からスタートする構成で説明する。
【００９２】
まず放電の初期段階では、キャパシタモジュール１０９のキャパシタバンクを、ｍ×１／８、ｍ×３／８、ｍ×５／８、ｍ×７／８、つまりＣ13、Ｃ38、Ｃ63、Ｃ88あたりのバンクが負荷へ直接放電する直列接続キャパシタバンクの中心になるように４つのグループにグループ化し、グループ化された４つのグループのそれぞれに対して、スイッチ制御回路１０８は、各グループを構成する直列接続キャパシタバンクの中央付近のバンク（Ｃ13、Ｃ38、Ｃ63、Ｃ88あたりのバンク）が負荷へ直接放電する直列接続キャパシタバンク群の中心になるようにスイッチを選択し、時分割で負荷へ放電を行う。
【００９３】
図２１は、スイッチ制御回路１０８がスイッチＳ8aとＳ7b、Ｓ20aとＳ19b、Ｓ33aとＳ32b、Ｓ45aとＳ44bを選択し、Ｃ13〜Ｃ14、Ｃ37〜Ｃ38、Ｃ63〜Ｃ64、Ｃ87〜Ｃ88のキャパシタバンクが交互に負荷に対して放電している状態を示している。この４つの各グループの動作について、キャパシタバンクＣ13を含むグループを例にとり説明する。まずＳ8aとＳ7bがオンになっている状態からスタートする。放電が進行するにつれて、各キャパシタバンクの電圧は下降してゆき、電圧検出回路１０６による電圧検出結果に基づいて電圧判定回路１０７により負荷電圧が負荷の許容下限電圧Ｖlowに到達したと判断されると、スイッチ制御回路１０８はスイッチＳ8aをオフすると同時にスイッチＳ9aをオンし、これにより負荷１１３の高電位側端子１２１とキャパシタモジュール１０９を接続するタップを一つ分上位側へとシフトさせる。この時、Ｃ13〜Ｃ16のキャパシタバンクはバランス回路を介さずに負荷へ直接放電し、その他のキャパシタバンクはバランス回路経由で放電を行う。さらに放電が進行し、電圧検出回路１０６による電圧検出結果に基づいて電圧判定回路１０７により負荷電圧が再びＶlowに到達したと判断されると、スイッチ制御回路１０８はスイッチＳ7bをオフすると同時にスイッチＳ6bをオンし、これにより負荷１１３の低電位側端子１２２とキャパシタモジュール１０９を接続するタップを一つ分下位側へとシフトさせる。この時、Ｃ11〜Ｃ16のキャパシタバンクはバランス回路を介さずに負荷へ直接放電し、その他のキャパシタバンクはバランス回路経由で放電を行う。このようなスイッチの切り替えを行うことにより、各キャパシタバンクが負荷へ直接放電する時間をなるべく等しくすることができ、各キャパシタバンクの電圧をなるべく均一に保つという観点において望ましい。
【００９４】
放電が進み、負荷へ直接放電するキャパシタバンクの直列数が増加しキャパシタモジュール１０９におけるキャパシタバンクの総直列数に対して所定の割合（例えば１／４）になった場合、キャパシタモジュール１０９のキャパシタバンクを、ｍ×１／６、ｍ×３／６、ｍ×５／６、つまりＣ17、Ｃ50、Ｃ83あたりのキャパシタバンクが負荷へ直接放電する直列接続キャパシタバンクの中心になるように３つのグループにグループ化し、グループ化された３つのグループのそれぞれに対して、スイッチ制御回路１０８は、各グループを構成する直列接続キャパシタバンクの中央付近のバンク（Ｃ17、Ｃ50、Ｃ83あたりのバンク）が負荷へ直接放電する直列接続キャパシタバンクの中心になるようにスイッチを選択し、時分割で負荷へ放電を行う。この時、前記図２１の４つのグループ化した放電により、キャパシタバンクの電圧がある程度低下しているため、負荷に直接接続されるキャパシタバンクの電圧の合計値が負荷の許容下限電圧よりも高くなるようスイッチを選択する必要がある。図２２は、例として、スイッチ制御回路１０８がスイッチＳ15aとＳ3b、スイッチＳ32aとＳ20b、スイッチＳ49aとＳ37bを選択し、Ｃ5〜Ｃ28、Ｃ39〜Ｃ62、Ｃ73〜Ｃ96のキャパシタバンクが交互に負荷へ直接放電を行っている状態を示している。各グループ内でのスイッチ制御回路１０８によるスイッチの切替えは、上記と同様であるので説明を省略する。
【００９５】
以下同様の操作を繰り返してゆき、各グループにおける負荷へ直接放電するキャパシタバンクの電圧の合計値が負荷の許容下限電圧Ｖlowを下回るまで繰り返す。この操作が繰り返された場合、最終的にはＳ51aとＳ1bがオンの状態となり全てのキャパシタバンクが負荷へと直接放電を行う、つまりグループが１つになる。図２３は、スイッチＳ39aとＳ13bを選択し、Ｃ25〜Ｃ76のキャパシタバンクが負荷に直接放電し、他のバンクはバランス回路を介して放電している状態を示している。放電時におけるキャパシタバンクの電圧をＶdisとすると、ｍ×Ｖdis＜Ｖlowを満たすまで上記のグループ化放電を繰り返す。以上の操作を繰り返すことで各キャパシタバンクへからの放電がより均等に行われ、その結果、放電時間も長期化することができる。
【００９６】
いずれのグループ化放電段階においても、各キャパシタバンクの電圧をなるべく均一に保つという観点において、各キャパシタバンクが負荷へ直接放電する時間が等しくなるようにスイッチを切り替えるのが望ましい。
【００９７】
上の実施例では、負荷へ直接放電されるキャパシタユニットの数が増えるようにスイッチの切替えが行われたが、複数のグループの各々について同じキャパシタユニットが負荷への直接放電を時分割で繰り返し行う構成としても、バランス回路を介して放電されるキャパシタユニットに対する電気的距離を短くできるため、各キャパシタバンクからの放電をより均等に行うことができる。
【００９８】
本実施例においても実施例４と同様に、スイッチの位置や個数等のレイアウトは、複数のタップのうちの一つが負荷の一方の端子又は他方の端子と接続されるように、且つバランス回路を介さずに負荷へ直接放電する複数の蓄電ユニットの数を制御するように順次スイッチを切り替えることができるような構成であれば、任意に変更することができる。また、例えば、負荷への放電と充電器からの充電を同時に行う場合において、充電器からの充電パワーが負荷への放電パワーを上回るときに、放電過程において、負荷へ直接放電する蓄電ユニットの数を減らすようにスイッチを切り替える場合も考えられる。したがって、電圧検出回路による電圧検出結果に基づいて、負荷へ直接放電される蓄電ユニットの数を減少させ、一定にし、又は増加させるようなスイッチの切替えを適宜組み合わせることも考えられる。
【００９９】
本実施例において、放電を開始する蓄電ユニットの位置、蓄電モジュールを構成する複数の蓄電バンクの各グループ化段階におけるグループの数や各グループにおける蓄電バンクの個数等の構成は任意に選択することができる。
【０１００】
また、上記実施例においては、スイッチ制御回路１０８によるスイッチ切替えのタイミングが、電圧検出回路１０６による電圧検出結果に基づいて負荷がＶlowに到達したと判断されたときであったが、負荷電圧が到達したと判断される電圧はＶlowよりも大きく負荷の許容上限電圧以下の任意の電圧とすることができる。
【０１０１】
以上の実施例では電圧検出回路１０６によりキャパシタモジュール１０９を構成する各キャパシタバンクの電圧を検出し、その検出結果を元に電圧判定回路１０７において基準電圧と比較し、その比較結果を元にスイッチ制御回路１０８によりスイッチを切り替えることにより、充電器からの充電電圧又は負荷への放電電圧をある任意の範囲内に収まるよう制御する場合について述べてきた。しかし、キャパシタモジュール１０９を構成する各キャパシタバンクの電圧を検出する代わりに、充電器からの充電電圧又は負荷への放電電圧を検出し、その検出結果を元にスイッチの切り替え制御を行ってもよい。この場合においてもキャパシタバンク電圧や充電器からの充電電圧ならびに負荷への放電電圧はこれまでに説明してきた特性と同様の傾向を示す。
【０１０２】
以上の実施例においては、ｈ個のキャパシタバンクからなるキャパシタユニットごとにｎ個のタップを設けた構成について述べたが、キャパシタユニットを構成するキャパシタバンクの数（タップを設ける間隔）は、ある位置ではｈ個、ある位置はｈ＋１個といったように、位置によって任意に変更してもよい。
【０１０３】
以上の実施例においては、各キャパシタバンクの定格電圧はＶcであったが、あるキャパシタバンクはＶｃ'、あるキャパシタバンクはＶc''といったように、各キャパシタバンクによって定格電圧を任意に変更してもよい。
【０１０４】
以上の実施例では蓄電セルとしてキャパシタを用いた場合について述べてきたが、二次電池等の他種の蓄電バンクを用いた場合においても応用することができる。
【０１０５】
以上、本発明について、例示のためにいくつかの実施例に関して説明してきたが、本発明はこれに限定されるものでなく、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、形態及び詳細について、様々な変形及び修正を行うことができることは、当業者に明らかであろう。
【符号の説明】
【０１０６】
１０１ 充電器の高電位側端子
１０２ 充電器の低電位側端子
１０５ バランス回路
１０６ 電圧検出回路
１０７ 電圧判定回路
１０８ スイッチ制御回路
１０９ キャパシタモジュール
１１０ スイッチ群
１１１ スイッチ群
１１０’第１のスイッチ群
１１１’第２のスイッチ群
１１２ 充電器
１１３ 負荷
１２１ 負荷の高電位側端子
１２２ 負荷の低電位側端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、
前記蓄電バンクを充電するための充電器と、
前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、
一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記充電器の電圧を検出する電圧検出部と、
前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、
前記複数のタップのうちの一つが前記充電器の一方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ制御部は、充電期間中に充電の進行に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする蓄電システム。
【請求項２】
１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、
前記蓄電バンクを充電するための充電器と、
前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、
一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記充電器の電圧を検出する電圧検出部と、
前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記蓄電モジュールの他方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、
前記複数のタップのうちの一つが前記充電器の一方の端子又は他方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ制御部は、充電期間中に充電の進行に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする蓄電システム。
【請求項３】
前記スイッチ制御部は更に、所定の回数のスイッチ切替え後、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループのそれぞれに対して時分割で、充電の進行に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする請求項２に記載の蓄電システム。
【請求項４】
前記スイッチ制御部は、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループのそれぞれに対して時分割で、充電の進行に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする請求項２に記載の蓄電システム。
【請求項５】
前記スイッチ制御部は更に、所定の回数のスイッチ切替え後、前記複数の蓄電ユニットが該所定の回数のスイッチ切替え後の蓄電ユニットのグループの数よりも多いグループに再グループ化された、該蓄電ユニットのグループの数よりも多いグループのそれぞれに対して時分割で、充電の進行に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを一又はそれ以上行うことを特徴とする請求項３又は４に記載の蓄電システム。
【請求項６】
１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、
前記蓄電バンクから電力供給される負荷と、
前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、
一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記蓄電バンクから前記負荷への放電電圧を検出する電圧検出部と、
前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、
前記複数のタップのうちの一つが前記負荷の一方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ制御部は、放電期間中に放電状態に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記蓄電バンクから前記バランス回路を介さずに直接前記負荷へ放電する前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする蓄電システム。
【請求項７】
１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、
前記蓄電バンクから電力供給される負荷と、
前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、
一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記蓄電バンクから前記負荷への放電電圧を検出する電圧検出部と、
前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記蓄電モジュールの他方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、
前記複数のタップのうちの一つが前記負荷の一方の端子又は他方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ制御部は、放電期間中に放電状態に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記蓄電バンクから前記バランス回路を介さずに直接前記負荷へ放電する前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする蓄電システム。
【請求項８】
前記スイッチ制御部は、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループのそれぞれに対して時分割で、放電状態に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記負荷から前記バランス回路を介さずに直接放電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする請求項７に記載の蓄電システム。
【請求項９】
前記スイッチ制御部は更に、所定の回数のスイッチ切替え後、前記複数の蓄電ユニットを該所定の回数のスイッチ切替え後の蓄電ユニットのグループの数よりも少ないグループに再グループ化された、該蓄電ユニットのグループの数よりも少ないグループのそれぞれに対して時分割で、放電状態に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記蓄電モジュールから前記バランス回路を介さずに直接前記負荷へ放電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを一又はそれ以上行うことを特徴とする請求項８に記載の蓄電システム。
【請求項１０】
１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、
前記蓄電バンクを充電するための充電器と、
前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、
一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記充電器の電圧を検出する電圧検出部と、
前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、
前記複数のタップのうちの一つが前記充電器の一方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ制御部は、充電期間中に、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数が減るように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを特徴とする蓄電システム。
【請求項１１】
１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、
前記蓄電バンクを充電するための充電器と、
前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、
一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記充電器の電圧を検出する電圧検出部と、
前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記蓄電モジュールの他方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、
前記複数のタップのうちの一つが前記充電器の一方の端子又は他方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ制御部は、充電期間中に、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数が減るように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを特徴とする蓄電システム。
【請求項１２】
前記スイッチ制御部は更に、所定の回数のスイッチ切替え後、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループのそれぞれに対して時分割で、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数が減るように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを特徴とする請求項１１に記載の蓄電システム。
【請求項１３】
前記スイッチ制御部は、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループのそれぞれに対して時分割で、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数が減るように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを特徴とする請求項１１に記載の蓄電システム。
【請求項１４】
前記スイッチ制御部は更に、所定の回数のスイッチ切替え後、前記複数の蓄電ユニットが該所定の回数のスイッチ切替え後の蓄電ユニットのグループの数よりも多いグループに再グループ化された、該蓄電ユニットのグループの数よりも多いグループのそれぞれに対して時分割で、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数が減るように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを一又はそれ以上行うことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の蓄電システム。
【請求項１５】
１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、
前記蓄電バンクから電力供給される負荷と、
前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、
一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記蓄電バンクから前記負荷への放電電圧を検出する電圧検出部と、
前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、
前記複数のタップのうちの一つが前記負荷の一方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ制御部は、放電期間中に、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記蓄電バンクから前記バランス回路を介さずに直接前記負荷へ放電する前記蓄電ユニットの数が増えるように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを特徴とする蓄電システム。
【請求項１６】
１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、
前記蓄電バンクから電力供給される負荷と、
前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、
一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記蓄電バンクから前記負荷への放電電圧を検出する電圧検出部と、
前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記蓄電モジュールの他方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、
前記複数のタップのうちの一つが前記負荷の一方の端子又は他方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ制御部は、放電期間中に、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記蓄電バンクから前記バランス回路を介さずに直接前記負荷へ放電する前記蓄電ユニットの数が増えるように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを特徴とする蓄電システム。
【請求項１７】
前記スイッチ制御部は、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループのそれぞれに対して時分割で、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接放電される前記蓄電ユニットの数が増えるように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを特徴とする請求項１６に記載の蓄電システム。
【請求項１８】
前記スイッチ制御部は更に、所定の回数のスイッチ切替え後、前記複数の蓄電ユニットを該所定の回数のスイッチ切替え後の蓄電ユニットのグループの数よりも少ないグループに再グループ化された、該蓄電ユニットのグループの数よりも少ないグループのそれぞれに対して時分割で、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記蓄電モジュールから前記バランス回路を介さずに直接前記負荷へ放電される前記蓄電ユニットの数が増えるように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを一又はそれ以上行うことを特徴とする請求項１７に記載の蓄電システム。
【請求項１９】
１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、
前記蓄電バンクを充電するための充電器と、
前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、
一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記充電器の電圧を検出する電圧検出部と、
前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記蓄電モジュールの他方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、
前記複数のタップのうちの一つが前記充電器の一方の端子又は他方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ制御部は、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループの各々について同じ蓄電ユニットに対して、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電することを時分割で繰り返し行うように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする蓄電システム。
【請求項２０】
１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、
前記蓄電バンクから電力供給される負荷と、
前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、
一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記蓄電バンクから前記負荷への放電電圧を検出する電圧検出部と、
前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記蓄電モジュールの他方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、
前記複数のタップのうちの一つが前記負荷の一方の端子又は他方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ制御部は、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループの各々について同じ蓄電ユニットが負荷への直接放電を時分割で繰り返し行うように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする蓄電システム。
【請求項１】
１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、
前記蓄電バンクを充電するための充電器と、
前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、
一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記充電器の電圧を検出する電圧検出部と、
前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、
前記複数のタップのうちの一つが前記充電器の一方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ制御部は、充電期間中に充電の進行に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする蓄電システム。
【請求項２】
１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、
前記蓄電バンクを充電するための充電器と、
前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、
一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記充電器の電圧を検出する電圧検出部と、
前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記蓄電モジュールの他方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、
前記複数のタップのうちの一つが前記充電器の一方の端子又は他方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ制御部は、充電期間中に充電の進行に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする蓄電システム。
【請求項３】
前記スイッチ制御部は更に、所定の回数のスイッチ切替え後、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループのそれぞれに対して時分割で、充電の進行に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする請求項２に記載の蓄電システム。
【請求項４】
前記スイッチ制御部は、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループのそれぞれに対して時分割で、充電の進行に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする請求項２に記載の蓄電システム。
【請求項５】
前記スイッチ制御部は更に、所定の回数のスイッチ切替え後、前記複数の蓄電ユニットが該所定の回数のスイッチ切替え後の蓄電ユニットのグループの数よりも多いグループに再グループ化された、該蓄電ユニットのグループの数よりも多いグループのそれぞれに対して時分割で、充電の進行に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを一又はそれ以上行うことを特徴とする請求項３又は４に記載の蓄電システム。
【請求項６】
１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、
前記蓄電バンクから電力供給される負荷と、
前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、
一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記蓄電バンクから前記負荷への放電電圧を検出する電圧検出部と、
前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、
前記複数のタップのうちの一つが前記負荷の一方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ制御部は、放電期間中に放電状態に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記蓄電バンクから前記バランス回路を介さずに直接前記負荷へ放電する前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする蓄電システム。
【請求項７】
１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、
前記蓄電バンクから電力供給される負荷と、
前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、
一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記蓄電バンクから前記負荷への放電電圧を検出する電圧検出部と、
前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記蓄電モジュールの他方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、
前記複数のタップのうちの一つが前記負荷の一方の端子又は他方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ制御部は、放電期間中に放電状態に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記蓄電バンクから前記バランス回路を介さずに直接前記負荷へ放電する前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする蓄電システム。
【請求項８】
前記スイッチ制御部は、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループのそれぞれに対して時分割で、放電状態に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記負荷から前記バランス回路を介さずに直接放電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする請求項７に記載の蓄電システム。
【請求項９】
前記スイッチ制御部は更に、所定の回数のスイッチ切替え後、前記複数の蓄電ユニットを該所定の回数のスイッチ切替え後の蓄電ユニットのグループの数よりも少ないグループに再グループ化された、該蓄電ユニットのグループの数よりも少ないグループのそれぞれに対して時分割で、放電状態に応じて、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記蓄電モジュールから前記バランス回路を介さずに直接前記負荷へ放電される前記複数の蓄電ユニットの数を制御するように前記スイッチを順次切り替えることを一又はそれ以上行うことを特徴とする請求項８に記載の蓄電システム。
【請求項１０】
１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、
前記蓄電バンクを充電するための充電器と、
前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、
一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記充電器の電圧を検出する電圧検出部と、
前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、
前記複数のタップのうちの一つが前記充電器の一方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ制御部は、充電期間中に、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数が減るように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを特徴とする蓄電システム。
【請求項１１】
１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、
前記蓄電バンクを充電するための充電器と、
前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、
一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記充電器の電圧を検出する電圧検出部と、
前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記蓄電モジュールの他方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、
前記複数のタップのうちの一つが前記充電器の一方の端子又は他方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ制御部は、充電期間中に、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数が減るように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを特徴とする蓄電システム。
【請求項１２】
前記スイッチ制御部は更に、所定の回数のスイッチ切替え後、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループのそれぞれに対して時分割で、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数が減るように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを特徴とする請求項１１に記載の蓄電システム。
【請求項１３】
前記スイッチ制御部は、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループのそれぞれに対して時分割で、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数が減るように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを特徴とする請求項１１に記載の蓄電システム。
【請求項１４】
前記スイッチ制御部は更に、所定の回数のスイッチ切替え後、前記複数の蓄電ユニットが該所定の回数のスイッチ切替え後の蓄電ユニットのグループの数よりも多いグループに再グループ化された、該蓄電ユニットのグループの数よりも多いグループのそれぞれに対して時分割で、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電される前記複数の蓄電ユニットの数が減るように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを一又はそれ以上行うことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の蓄電システム。
【請求項１５】
１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、
前記蓄電バンクから電力供給される負荷と、
前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、
一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記蓄電バンクから前記負荷への放電電圧を検出する電圧検出部と、
前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、
前記複数のタップのうちの一つが前記負荷の一方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ制御部は、放電期間中に、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記蓄電バンクから前記バランス回路を介さずに直接前記負荷へ放電する前記蓄電ユニットの数が増えるように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを特徴とする蓄電システム。
【請求項１６】
１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、
前記蓄電バンクから電力供給される負荷と、
前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、
一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記蓄電バンクから前記負荷への放電電圧を検出する電圧検出部と、
前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記蓄電モジュールの他方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、
前記複数のタップのうちの一つが前記負荷の一方の端子又は他方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ制御部は、放電期間中に、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記蓄電バンクから前記バランス回路を介さずに直接前記負荷へ放電する前記蓄電ユニットの数が増えるように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを特徴とする蓄電システム。
【請求項１７】
前記スイッチ制御部は、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループのそれぞれに対して時分割で、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接放電される前記蓄電ユニットの数が増えるように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを特徴とする請求項１６に記載の蓄電システム。
【請求項１８】
前記スイッチ制御部は更に、所定の回数のスイッチ切替え後、前記複数の蓄電ユニットを該所定の回数のスイッチ切替え後の蓄電ユニットのグループの数よりも少ないグループに再グループ化された、該蓄電ユニットのグループの数よりも少ないグループのそれぞれに対して時分割で、前記電圧検出部の検出結果に基づいて、前記蓄電モジュールから前記バランス回路を介さずに直接前記負荷へ放電される前記蓄電ユニットの数が増えるように前記スイッチを少なくとも１回切り替えることを一又はそれ以上行うことを特徴とする請求項１７に記載の蓄電システム。
【請求項１９】
１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、
前記蓄電バンクを充電するための充電器と、
前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、
一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記充電器の電圧を検出する電圧検出部と、
前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記蓄電モジュールの他方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、
前記複数のタップのうちの一つが前記充電器の一方の端子又は他方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ制御部は、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループの各々について同じ蓄電ユニットに対して、前記充電器から前記バランス回路を介さずに直接充電することを時分割で繰り返し行うように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする蓄電システム。
【請求項２０】
１つの蓄電バンク又は直列に接続された複数の蓄電バンクから構成される蓄電ユニットが複数直列に接続されてなる蓄電モジュールと、
前記蓄電バンクから電力供給される負荷と、
前記蓄電モジュールに接続され、前記蓄電バンクの充放電状態のばらつきを補正するバランス回路と、
一又はそれ以上の前記蓄電バンクの電圧及び／又は前記蓄電バンクから前記負荷への放電電圧を検出する電圧検出部と、
前記蓄電モジュールの一方の端子及び／又は前記蓄電モジュールの他方の端子及び／又は前記複数の蓄電ユニットの直列接続点の一又はそれ以上の各々からスイッチを介して取り出される複数のタップと、
前記複数のタップのうちの一つが前記負荷の一方の端子又は他方の端子と接続されるよう前記スイッチを切り替えるスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ制御部は、前記複数の蓄電ユニットが複数のグループにグループ化された、該複数のグループの各々について同じ蓄電ユニットが負荷への直接放電を時分割で繰り返し行うように前記スイッチを順次切り替えることを特徴とする蓄電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１１−５５６４９（Ｐ２０１１−５５６４９Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０２６８４（Ｐ２００９−２０２６８４）
【出願日】平成２１年９月２日（２００９．９．２）
【出願人】（５０３３６１４００）独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 (453)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２日（２００９．９．２）
【出願人】（５０３３６１４００）独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 (453)
【Ｆターム（参考）】
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