JP2000278883A - 太陽電池付き電気二重層コンデンサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 太陽電池と電気二重層コンデンサを組み合わ
せて負荷に電力を供給する装置において、１つの電気二
重層コンデンサの端子間に太陽電池を並列に接続したも
のを複数個直列に接続した構成により、各々の電気二重
層コンデンサに充電制限回路を接続することなく太陽電
池による充電を行えるようにすること。 【解決手段】 出力側に負荷Ｌが接続されるＤＣ／ＤＣ
コンバータ１０の入力端子間に、複数の太陽電池付き電
気二重層コンデンサユニットを直列に接続し、前記各太
陽電池付き電気二重層コンデンサユニットＰＣ１〜ＰＣ
３が、１つの電気二重層コンデンサＣと、該電気二重層
コンデンサＣの端子間に並列に接続され、該電気二重層
コンデンサＣに充電電流として光起電流を供給し、該電
気二重層コンデンサＣの耐電圧を超えないように選定さ
れた太陽電池ＰＶとを有していることを特徴とする太陽
電池付き電気二重層コンデンサ装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外灯用電源，屋外
表示用電源などとして用いられ、太陽電池と電気二重層
コンデンサを組み合わせて負荷に電力を供給する太陽電
池付き電気二重層コンデンサ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電気二重層コンデンサは、分極性電極と
電界液との界面に形成される電気二重層に蓄積される電
荷による電気エネルギーを利用するものである。この電
気二重層コンデンサが、急速充放電が可能で、充放電の
繰り返しに対して安定であることなどが注目されて、近
年、アンペアオーダー以上の大電流放電が可能な数百〜
数千Ｆの大容量コンデンサの開発が進められている。

【０００３】ところで、基本セル当たりの電気二重層コ
ンデンサの耐電圧は、電界液の分解電圧に支配され、水
溶液系では１Ｖ程度、有機系電界液では３Ｖ程度と低
い。このため、モータ駆動用電源，コンピュータをはじ
めとする各種情報機器の瞬時電圧低下対応の電源，離島
や山中での標識用電源，外灯用電源など、高電圧・大容
量の用途には、角形外装ケース内に複数個の電気二重層
コンデンサ（単位セル）を直列に接続したコンデンサブ
ロックを収納した電気二重層コンデンサ装置が使用され
ることになる。一例として、耐電圧Ｖr が３Ｖ，静電容
量１６００Ｆの角形の電気二重層コンデンサＣを１０個
直列に接続して角形の外装ケース内に収納してなり、耐
電圧（定格電圧）３０Ｖ，静電容量１６０Ｆで、幅１０
０×高さ１２０×長さ２５０ｍｍ程度の大きさを持つ電
気二重層コンデンサ装置が挙げられる。

【０００４】このような複数個の電気二重層コンデンサ
Ｃを直列に接続したコンデンサブロックＣＢを充電する
場合、個々の電気二重層コンデンサＣの基本性能（静電
容量、内部抵抗など）のバラツキや、性能劣化の度合い
の僅かな違いにより、ある電気二重層コンデンサは十分
に充電できていないにもかかわらず、他のものは過充電
になってしまうという事態が生じることになる。過充電
のためにコンデンサ電圧が耐電圧Ｖr を超えて過大にな
ると、静電容量の減少、漏れ電流の増加などの性能劣化
をもたらす。そこで従来、これら直列接続された各電気
二重層コンデンサＣそれぞれの端子電圧が耐電圧Ｖr を
超えないようにその充電を制限する充電制限回路が提案
されている。

【０００５】図２は充電制限回路付き電気二重層コンデ
ンサ装置の構成説明図、図３は図２における充電制限回
路の構成説明図である。図２に示すように、充電時に
は、定電流特性の充電用直流電源５２からの充電電流が
スイッチＳＷを介して充電制限回路付き電気二重層コン
デンサ装置５１に供給され、放電時には、電気二重層コ
ンデンサ装置５１のコンデンサブロックＣＢからの電力
がスイッチＳＷ及びＤＣ／ＤＣコンバータ５３を介して
負荷５４へ供給されるように構成されている。ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ５３は、コンデンサブロックＣＢからの直
流電圧を降圧・昇圧制御して所定値の電圧を負荷に供給
するためのものである。

【０００６】そして図２，図３に示すように、符号Ａで
示す充電制限回路は、コンデンサブロックＣＢを構成す
る複数の電気二重層コンデンサＣに対し、それぞれ、並
列に接続されており、コンデンサＣの端子電圧が該コン
デンサＣの耐電圧Ｖr に達すると比較器ＣＯがスイッチ
ング素子（例えばトランジスタ）Ｓをオンする。スイッ
チング素子Ｓがオンすると、該コンデンサＣへ流れてい
た充電用直流電源５２からの充電電流が、スイッチング
素子Ｓを介して迂回して後段に接続されているコンデン
サあるいはその充電制限回路へ流れ込み、また同時に、
該スイッチング素子Ｓを介して該コンデンサＣが放電し
その端子電圧が下がることになる。このようにコンデン
サ端子電圧が耐電圧Ｖr に達すると、放電と同時に他の
コンデンサへ充電電流をバイパスして行きながら、どの
電気二重層コンデンサＣにも耐電圧Ｖr を超えた電圧が
加わらないようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た充電制限回路付き電気二重層コンデンサ装置５１で
は、コンデンサブロックＣＢへの充電に際し、スイッチ
ング素子Ｓを介して充電電流を迂回させるようにしたも
のであるから、各スイッチング素子Ｓでの発熱が相当に
大きい。このため、放熱板に各スイッチング素子Ｓを取
り付けることが必要で、充電制限回路Ａを搭載したプリ
ント回路板を電気二重層コンデンサ装置５１の外装ケー
ス内に装備するにあたり、スイッチング素子Ｓの放熱を
確保しようとすると、放熱板付きスイッチング素子を含
む充電制限回路Ａ全体をコンパウンド（熱可塑性絶縁
物）などでモールドすることができない。

【０００８】このように前記電気二重層コンデンサ装置
５１では、充電制限回路Ａを搭載したプリント回路板の
モールドができず耐水性・信頼性などの点で劣ってい
る。このため、電気二重層コンデンサの用途として多く
の需要が見込め、太陽電池と組み合わせて使用する要望
の強い外灯用電源，屋外表示用電源などに用いようとす
る場合、地中あるいは建物の壁に埋め込んで設置するこ
とができず、実用性の点で問題があった。なお、電気二
重層コンデンサ及び太陽電池ともに、化学電池に比べて
寿命が長いという利点がある。

【０００９】そこで本発明の目的は、太陽電池と電気二
重層コンデンサを組み合わせて負荷に電力を供給する装
置において、１つの電気二重層コンデンサの端子間に太
陽電池を並列に接続したものを、複数個直列に接続した
構成とすることにより、各電気二重層コンデンサそれぞ
れに、大きな発熱を伴う充電制限回路を接続することな
く太陽電池による充電を行うことができ、放熱板などを
設けなくてすみ、実用性に優れた太陽電池付き電気二重
層コンデンサ装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明は、出力側に負荷が接続され
るＤＣ／ＤＣコンバータの入力端子間に、複数の太陽電
池付き電気二重層コンデンサユニットを直列に接続し、
前記各太陽電池付き電気二重層コンデンサユニットが、
１つの電気二重層コンデンサと、該電気二重層コンデン
サの端子間に並列に接続され、該電気二重層コンデンサ
に充電電流として光起電流を供給し、該電気二重層コン
デンサの耐電圧を超えないように選定された太陽電池と
を有していることを特徴とする太陽電池付き電気二重層
コンデンサ装置である。

【００１１】請求項２記載の発明は、前記請求項１記載
の太陽電池付き電気二重層コンデンサ装置において、各
太陽電池付き電気二重層コンデンサユニットは、前記１
つの電気二重層コンデンサと、光起電流を通し、かつ該
電気二重層コンデンサの放電電流の流入を阻止する逆流
阻止用ダイオードを介して該電気二重層コンデンサの端
子間に接続された前記太陽電池と、カソード側を該電気
二重層コンデンサのプラス側端子に接続し、アノード側
を該電気二重層コンデンサのマイナス側端子に接続した
バイパス用ダイオードとにより構成されていることを特
徴とするものである。請求項３記載の発明は、前記請求
項１又は２記載の太陽電池付き電気二重層コンデンサ装
置において、前記電気二重層コンデンサが大容量の角形
電気二重層コンデンサであることを特徴とするものであ
る。

【００１２】本発明による太陽電池付き電気二重層コン
デンサ装置は、出力側に負荷が接続されるＤＣ／ＤＣコ
ンバータを有し、このＤＣ／ＤＣコンバータの入力端子
間に複数個の太陽電池付き電気二重層コンデンサユニッ
トを直列に接続してなるものである。そして、該各ユニ
ットが、１つの電気二重層コンデンサに、該コンデンサ
へ充電電流として光照射時に光起電流を供給し、該コン
デンサの耐電圧を超えないように選定された太陽電池を
並列に接続して構成されている。よって、各太陽電池付
き電気二重層コンデンサユニット毎に、太陽電池自体が
充電制限機能を備えた直流充電源としての役割を担うの
で、従来と違って、大きな発熱を伴う充電制限回路が不
要となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態
による太陽電池付き電気二重層コンデンサ装置の構成を
示す図である。

【００１４】図１に示すように、太陽電池付き電気二重
層コンデンサ装置は、出力側にスイッチＳＷを介して負
荷Ｌが接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ１０を有し、こ
のＤＣ／ＤＣコンバータ１０の入力端子間に、複数個、
この例では３つの太陽電池付き電気二重層コンデンサユ
ニットＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３を直列に接続して構成し
てある。これらのコンデンサユニットＰＣ１〜ＰＣ３に
より、大容量で角形の３つの電気二重層コンデンサＣ
１，Ｃ２，Ｃ３を直列に接続してなるコンデンサブロッ
クＣＢが構成されている。そして、本実施の形態では、
負荷Ｌは夜間用外灯であり、昼間の光照射時にコンデン
サブロックＣＢの各コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３がそれ
ぞれ後述の太陽電池によって充電され、夜間の放電時に
コンデンサブロックＣＢからの電力をＤＣ／ＤＣコンバ
ータ１０を介して出力する構成とされている。ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ１０は、直流電圧から直流電圧をつくる公
知の電源で、直流入力電圧を降圧・昇圧制御して所定値
の電圧を放電時に閉じられるスイッチＳＷを介して負荷
Ｌ（本例では夜間用外灯）に供給するものである。

【００１５】前記の太陽電池付き電気二重層コンデンサ
ユニットＰＣ１は、電気二重層コンデンサＣ１と、この
コンデンサＣ１の端子間に逆流阻止用ダイオードＤ１ａ
を介して接続された太陽電池ＰＶ１と、同じく該コンデ
ンサＣ１の端子間に接続されたバイパス用ダイオードＤ
１ｂとにより構成されている。

【００１６】前記逆流阻止用ダイオードＤ１ａは、太陽
電池ＰＶ１から電気二重層コンデンサＣ１への充電電流
である光起電流を通す一方、該コンデンサＣ１の放電電
流の流入を阻止するためのものである。バイパス用ダイ
オードＤ１ｂは、カソード側が電気二重層コンデンサＣ
１のプラス側端子に接続され、アノード側が該コンデン
サＣ１のマイナス側端子に接続されており、電気二重層
コンデンサＣ１が万一の不良発生で開放状態となった場
合、放電時には、コンデンサブロックＣＢを構成する残
りのコンデンサＣ２，Ｃ３による放電電流を、不良状態
の電気二重層コンデンサＣ１をバイパスさせて負荷へ流
せるようにするためのものである。

【００１７】太陽電池ＰＶ１は、昼間の光照射時に充電
電流として光起電流を電気二重層コンデンサＣ１に供給
する。太陽電池ＰＶ１は、その開放電圧Ｖocが、電気二
重層コンデンサＣ１の耐電圧Ｖr に、その装置の回路イ
ンピーダンスによる電圧降下ΔＶを加えた電圧と等しく
なるように選定されている（Ｖoc＝Ｖr ＋ΔＶ）。よっ
て、電気二重層コンデンサＣ１に対して太陽電池ＰＶ１
を適切に選ぶことで、電気二重層コンデンサＣ１には最
大で耐電圧Ｖr （例えば３Ｖ）いっぱいまで充電を行う
ことができる。

【００１８】このコンデンサユニットＰＣ１に直列に順
に接続された太陽電池付き電気二重層コンデンサユニッ
トＰＣ２及びＰＣ３は、図１に示すように、前記コンデ
ンサユニットＰＣ１と同構成である。すなわち、コンデ
ンサユニットＰＣ２は、電気二重層コンデンサＣ２と、
該コンデンサＣ２の端子間に逆流阻止用ダイオードＤ２
ａを介して接続された太陽電池ＰＶ２と、該コンデンサ
Ｃ２の端子間に接続されたバイパス用ダイオードＤ２ｂ
とにより構成されている。同様に、コンデンサユニット
ＰＣ３は、電気二重層コンデンサＣ３、該コンデンサＣ
３の端子間に逆流阻止用ダイオードＤ３ａを介して接続
された太陽電池ＰＶ３、及び、該コンデンサＣ３の端子
間に接続されたバイパス用ダイオードＤ３ｂにより構成
されている。

【００１９】このように、出力側に負荷Ｌが接続される
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の入力端子間に、複数個、こ
の例では３つの太陽電池付き電気二重層コンデンサユニ
ットＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３が直列に接続されてなり、
かつ、それらの各コンデンサユニットＰＣ１〜ＰＣ３
が、電気二重層コンデンサに、該コンデンサへ充電電流
として光起電流を供給し、該コンデンサの耐電圧を超え
ないように選定された太陽電池を並列に接続して構成さ
れている。したがって、各コンデンサユニットＰＣ１〜
ＰＣ３毎に、太陽電池自体が充電制限機能を備えた直流
充電源としての役割を担うので、従来と違って、大きな
発熱を伴う充電制限回路が不要となる。また、各太陽電
池ＰＶ１，ＰＶ２，ＰＶ３の発電電圧が同じになるよう
に選定を行うことにより、各電気二重層コンデンサＣ
１，Ｃ２，Ｃ３の充電による電圧のバラツキをなくし
て、コンデンサブロックＣＢ全体として限度いっぱいま
での充電を行うことができる。

【００２０】なお、前記実施の形態では負荷Ｌが夜間用
外灯の場合について説明したが、これに限定されず、負
荷Ｌが例えばソーラー時計，屋外表示板などの場合にも
適用でき、光照射時には各コンデンサユニットＰＣ１〜
ＰＣ３毎に太陽電池からの余剰電流で電気二重層コンデ
ンサを充電しておき、光が一時的に遮られた場合や夜間
にはコンデンサブロックＣＢからの放電電流を負荷Ｌに
供給することも可能である。

【００２１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明による太陽電
池付き電気二重層コンデンサ装置では、太陽電池と電気
二重層コンデンサを組み合わせて負荷に電力を供給する
装置において、出力側に負荷が接続されるＤＣ／ＤＣコ
ンバータの入力端子間に、１つの電気二重層コンデンサ
の端子間に太陽電池を並列に接続したものを、複数個直
列に接続することにより、前記太陽電池が充電制限機能
を備えた直流充電源としての役割を担うように構成した
ものであるから、直列接続された複数個の電気二重層コ
ンデンサそれぞれに、大きな発熱を伴う充電制限回路を
接続することなく、耐電圧を超えないように充電を行う
ことができる。

【００２２】これにより放熱板などを設けなくてすみ、
例えば夜間外灯用電源などとして用いる場合、装置本体
を地中あるいは建物の壁に埋め込んで設置することがで
きる。したがって、本発明によれば、放熱対策が不要で
実用性に優れた太陽電池付き電気二重層コンデンサ装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による太陽電池付き電気二
重層コンデンサ装置の構成を示す図である。

【図２】従来技術を示す充電制限回路付き電気二重層コ
ンデンサ装置の構成説明図である。

【図３】図２における充電制限回路の構成説明図であ
る。

【符号の説明】

１０…ＤＣ／ＤＣコンバータ ＰＣ１〜ＰＣ３…太陽電
池付き電気二重層コンデンサユニット ＣＢ…コンデン
サブロック Ｃ１〜Ｃ３…電気二重層コンデンサ ＰＶ
１〜ＰＶ３…太陽電池 Ｄ１ａ〜Ｄ３ａ…逆流阻止用ダ
イオード Ｄ１ｂ〜Ｄ３ｂ…バイパス用ダイオード

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出力側に負荷が接続されるＤＣ／ＤＣコ
   ンバータの入力端子間に、複数の太陽電池付き電気二重
   層コンデンサユニットを直列に接続し、前記各太陽電池
   付き電気二重層コンデンサユニットが、１つの電気二重
   層コンデンサと、該電気二重層コンデンサの端子間に並
   列に接続され、該電気二重層コンデンサに充電電流とし
   て光起電流を供給し、該電気二重層コンデンサの耐電圧
   を超えないように選定された太陽電池とを有しているこ
   とを特徴とする太陽電池付き電気二重層コンデンサ装
   置。
2. 【請求項２】 前記各太陽電池付き電気二重層コンデン
   サユニットは、前記１つの電気二重層コンデンサと、光
   起電流を通し、かつ該電気二重層コンデンサの放電電流
   の流入を阻止する逆流阻止用ダイオードを介して該電気
   二重層コンデンサの端子間に接続された前記太陽電池
   と、カソード側を該電気二重層コンデンサのプラス側端
   子に接続し、アノード側を該電気二重層コンデンサのマ
   イナス側端子に接続したバイパス用ダイオードとにより
   構成されていることを特徴とする請求項１記載の太陽電
   池付き電気二重層コンデンサ装置。
3. 【請求項３】 前記電気二重層コンデンサが大容量の角
   形電気二重層コンデンサであることを特徴とする請求項
   １又は２記載の太陽電池付き電気二重層コンデンサ装
   置。