JPH0787687A - 定電力消費型電気機器 - Google Patents

定電力消費型電気機器

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JPH0787687A
JPH0787687A JP5187537A JP18753793A JPH0787687A JP H0787687 A JPH0787687 A JP H0787687A JP 5187537 A JP5187537 A JP 5187537A JP 18753793 A JP18753793 A JP 18753793A JP H0787687 A JPH0787687 A JP H0787687A
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JP
Japan
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electric
double layer
layer capacitor
power
electric double
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Pending
Application number
JP5187537A
Other languages
English (en)
Inventor
Michio Okamura
廸夫 岡村
Takeshi Morimoto
剛 森本
Kazuya Hiratsuka
和也 平塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Elna Co Ltd
Okamura Laboratory Inc
AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
Elna Co Ltd
Okamura Laboratory Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Glass Co Ltd, Elna Co Ltd, Okamura Laboratory Inc filed Critical Asahi Glass Co Ltd
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Priority to US08/266,460 priority patent/US5604426A/en
Priority to DE4422999A priority patent/DE4422999A1/de
Publication of JPH0787687A publication Critical patent/JPH0787687A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02T10/7022
    • Y02T90/127

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  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Stand-By Power Supply Arrangements (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 短時間での充電が可能であるとともに、電力
利用率の高い定電力消費型電気機器を提供する。 【構成】 比較的一定の電力を継続的に消費する電気機
器において、その電源として電気二重層コンデンサ1を
有し、同電気二重層コンデンサ1からスイッチング・レ
ギュレータ2を介して負荷3に電力を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は比較的一定の電力を継続
的に消費する電気機器に関し、さらに詳しく言えば、そ
の電源を電気二重層コンデンサとした定電力消費型電気
機器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】まず、本明細書で言う定電力消費型電気
機器とは、その使用状態において、電力を単位時間あた
りほぼ一定の割合で消費する、例えば机上照明用の電気
スタンド、懐中電灯、パーソナルコンピュータ、ワード
プロセッサ、携帯電話やコードレス電話などの電気機器
であり、電動ドリルや電気自動車のような電力消費の変
動が著しく、加速時の短時間だけ大きな尖頭負荷となる
ような電気機器は対象としない。
【0003】従来において、ここで対象とされる電気機
器の電源には、電灯線などの商用交流電源、電池もしく
は太陽電池などが用いられている。稀には専用の発電機
を使用する場合もある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】商用交流電源から電力
を得る場合には、その電気ケーブルを必要とするため、
行動範囲が制約されるという面で不便である。
【0005】これに対して、電池を電源とする場合には
持ち運びが自由であり、特に二次電池は再生利用が可能
であり、また、日照を必要としないという点で有利であ
る。
【0006】しかしながら、二次電池の最大の問題点
は、その充電に時間がかかることにある。現在、実用に
供されているものでは使用時間よりも充電に要する時間
が長くかかるのが通例であり、しかも二次電池の性質
上、その容量一杯、つまり100%の充放電は困難であ
る。
【0007】また、その充放電の反復は寿命(いわゆる
サイクル寿命)を大きく制約し、その制約は充電時間の
短縮やエネルギあたりの重量を軽量化するほど顕著にな
る傾向を示す。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するためになされたもので、その構成上の特徴
は、比較的一定の電力を継続的に消費する電気機器にお
いて、その電源として電気二重層コンデンサを有し、同
電気二重層コンデンサからスイッチング・レギュレータ
を介して電力の供給を受けるようにしたことにある。
【0009】なお、短時間内で連続使用される電気機器
(例えば、真空掃除機、電動バリカンなど)の場合に
は、内部抵抗の比較的低い電気二重層コンデンサを用い
るか、もしくは複数の電気二重層コンデンサを並列接続
して等価的な内部抵抗を下げることが好ましい。
【0010】
【作用】電源に電気二重層コンデンサを用いた場合、そ
の出力電圧Vと貯蔵エネルギQとの関係は、 Q=kV であり、貯蔵エネルギQは出力電圧Vの二乗に比例す
る。これを出力電圧Vから見ると、 V=(kQ)1/2 となる。このように、電気二重層コンデンサの出力電圧
Vは、二次電池が本質的に定電圧特性を持つのとは異な
り、残存エネルギQの平方根に比例して降下するが、ス
イッチング・レギュレータは定電圧出力を備えたDC−
DCコンバータとして作用するため、負荷には定電圧出
力が供給される。
【0011】
【実施例】以下、添付図面を参照しながら本発明の実施
例について説明する。図1には懐中電灯についての回路
例が示されている。
【0012】これによると、この懐中電灯はその電源と
しての電気二重層コンデンサ1を備えており、同電気二
重層コンデンサ1にはスイッチング・レギュレータ2を
介して負荷としての電球3が接続されている。
【0013】なお、参照符号4は電源スイッチで、この
例では電気二重層コンデンサ1とスイッチング・レギュ
レータ2との間に配置されている。また、5,5は電気
二重層コンデンサ1を充電する際に使用される充電端子
である。
【0014】電気二重層コンデンサ1としては、静電容
量が大きなエネルギ貯蔵タイプで、例えば体積あたりの
容量が25Wh〜100Whのものが好ましい。
【0015】スイッチング・レギュレータ2は、図2に
例示されている公知のものであって良い。同図(A)は
チョッパタイプと呼ばれている降圧型のスイッチング・
レギュレータで、スイッチング素子SWは図示しないパ
ルス幅制御回路によりオンオフされ、そのオン時間をT
on、オフ時間をToff、電気二重層コンデンサ1か
らの入力電圧をViとすると、 Vo=Ton×Vi/(Ton+Toff) なる出力電圧が得られる。なお、ダイオードDはフライ
ホイールダイオードであり、スイッチング素子SWがオ
ンの時にチョーク・コイルLに蓄積されたエネルギを同
スイッチング素子SWのオフ時に放出する回路を得るた
めのものである。
【0016】同図(B)は昇圧型のスイッチング・レギ
ュレータで、これによると、 Vo={(Ton×Vi)/2Io×L(Ton+Toff)}+Vi なる入力電圧Viよりも高い出力電圧Voが得られる。
なお、Ioは出力電流、Lはチョーク・コイルのインダ
クタンスである。
【0017】同図(C)は出力電圧Voの極性を入力電
圧Viに対して逆にとる極性変換型のスイッチング・レ
ギュレータで、これによると出力電圧Voは、 Vo=−(Ton×Vi)/2Io×L(Ton+Toff) となる。この他にも、トランスを用いた回路など公知の
スイッチング・レギュレータの使用が可能である。
【0018】次に、上記実施例に係る懐中電灯を動作さ
せ、各部の状態を解析した結果を図3および図4のグラ
フを参照しながら説明する。なお、電源には定格10V
200F(内部抵抗0.1Ω)の電気二重層コンデンサ
1を用い、これに降圧型のスイッチング・レギュレータ
2を介して10Ω(5V,500mA,2.5W)の電
球3を負荷として接続した。
【0019】まず、図3には電気二重層コンデンサ1か
ら出力されるスイッチング・レギュレータ2の入力電圧
Viと同スイッチング・レギュレータ2の出力電圧Vo
の経時的変化が示されている。
【0020】これによれば、スイッチング・レギュレー
タ2の入力電圧Vi、すなわち電気二重層コンデンサ1
の端子間電圧は、その残存エネルギの平方根に比例して
低下していくが、スイッチング・レギュレータ2の出力
電圧Voは、その定電圧作用により、入力電圧Viが
1.56Vに低下するまで、ほぼ5Vに維持される。
【0021】図4において、Iiは電気二重層コンデン
サ1の放電電流、Ioは電球3に流れる負荷電流であ
る。放電電流Iiは負荷電力が一定であるのに、端子間
電圧が低下するため、図のようなカーブを描き放電末期
になると急速に増大する。
【0022】この例では、電気二重層コンデンサ1の放
電を電圧1.56V、電流1.82Aまで継続した。こ
のときの電力利用効率を図4のS(=Vi×Ii)のト
レースから読み取ると、この軌跡は電力の積分値つまり
電力量を示すから、電気二重層コンデンサ1の端子間電
圧が1.56Vになった時点の1904秒にカーソルを
合わせて図4の左側のジュール熱の縦軸を見ると487
7ジュールであり、充電されていたエネルギの97.5
5%まで電力を利用したことが分かる。
【0023】しかしながら、これは最大入力の10V,
0.29Aから最小入力の1.5V,1.82Aまで能
率良く動作する理想的なスイッチング・レギュレータを
想定した場合のことであるが、例えば放電電流Iiが1
A(このときの入力電圧Viは2.65V)となる18
19秒辺りで電源スイッチ4をオフとして放電を止めた
としても、利用したエネルギは4648ジュールで電力
利用率93%が得られ、実用的には94〜85%の範囲
が適当である。
【0024】上記実施例では懐中電灯を例にしている
が、本発明は、一般に小電力を長時間(2〜3時間以
上)使用する電気機器、例えばパーソナルコンピュー
タ、ワープロ、コードレス電話、コードレスファクシミ
リ、ポータブルラジオやテレビもしくはテープレコー
ダ、CDプレーヤ、時計などにも適用可能である。
【0025】また、感電防止上欠かせない完全な絶縁が
容易に得られることから、例えば水中ポンプ、電動歯ブ
ラシ、気泡風呂、心電計や医療モニタなど人体に直接接
続する医療機器などの電源としても有効である。
【0026】さらには、使用中の負荷が一定ではある
が、連続使用が1時間以内といった短時間だけ使用する
電気機器、例えば真空掃除機、芝刈り機、電動せんてい
鋏、電動バリカンなどには、内部抵抗の比較的低い電気
二重層コンデンサを用いるかもしくは複数の電気二重層
コンデンサを並列にして等価的な内部抵抗をさげること
により、本発明を適用することができる。
【0027】他方、急速充電では満充電まで15分程
度、電力料金を低廉にするには深夜電力で1〜2時間か
けて充電するなどの使い分けが可能である。この意味に
おいて、もっぱら電気料金が高い昼間に使用されるルー
ムクーラーの補助電源などとしても使用可能である。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
比較的一定の電力を継続的に消費する電気機器におい
て、電気二重層コンデンサをその電源として用いるとと
もに、同電気二重層コンデンサからスイッチング・レギ
ュレータを介して電力の供給を受けるようにしたことに
より、比較的長時間にわたって定電力による正常な動作
状態が維持される。
【0029】また、充電時間がきわめて短くて済み、例
えば定格値にもよるが、5分程度で実用になり、15分
程度で満充電とすることも可能である。ちなみに、通常
の二次電池の場合には6〜8時間程度の充電時間が必要
とされる。
【0030】充電効率が高く、スイッチング・レギュレ
ータを最大電圧の1/4まで動作するように設計した場
合、電気二重層コンデンサの部分だけでは充電電力の約
9,4%まで利用することができる。
【0031】これに対して、通常の二次電池の充電効率
は60〜80%程度であり、しかも汎用の鉛電池に見ら
れるように放電深度を50〜60%に止め、急速放電を
避けるなどの考慮をしないと寿命が短くなるのに比べて
格段に有利である。また、サイクル寿命が長く数100
0回は容易であり、実用上ほとんど無制限といえる、な
どの効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を模式的に示した回路図。
【図2】各種のスイッチング・レギュレータを例示した
回路図。
【図3】スイッチング・レギュレータの入力電圧と出力
電圧を示したグラフ。
【図4】スイッチング・レギュレータの入力電流と出力
電流および電気二重層コンデンサの電力量を示したグラ
フ。
【符号の説明】
1 電気二重層コンデンサ 2 スイッチング・レギュレータ 3 負荷 4 電源スイッチ 5 充電端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡村 廸夫 神奈川県横浜市南区南太田町3丁目303番 地の24 (72)発明者 森本 剛 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社中央研究所内 (72)発明者 平塚 和也 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社中央研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 比較的一定の電力を継続的に消費する電
    気機器において、その電源として電気二重層コンデンサ
    を有し、同電気二重層コンデンサからスイッチング・レ
    ギュレータを介して電力の供給を受けるようにしたこと
    を特徴とする定電力消費型電気機器。
  2. 【請求項2】 短時間内で連続使用される電気機器の場
    合には、内部抵抗の比較的低い電気二重層コンデンサを
    用いるか、もしくは複数の電気二重層コンデンサを並列
    接続して等価的な内部抵抗を下げることを特徴とする請
    求項1に記載の定電力消費型電気機器。
JP5187537A 1993-06-30 1993-06-30 定電力消費型電気機器 Pending JPH0787687A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5187537A JPH0787687A (ja) 1993-06-30 1993-06-30 定電力消費型電気機器
US08/266,460 US5604426A (en) 1993-06-30 1994-06-27 Electric apparatus with a power supply including an electric double layer capacitor
DE4422999A DE4422999A1 (de) 1993-06-30 1994-06-30 Leistungsversorgung für ein elektrisches Gerät mit einem elektrischen Zweischicht-Kondensator

Applications Claiming Priority (1)

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JP5187537A JPH0787687A (ja) 1993-06-30 1993-06-30 定電力消費型電気機器

Publications (1)

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JPH0787687A true JPH0787687A (ja) 1995-03-31

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ID=16207830

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JP (1) JPH0787687A (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0993809A (ja) * 1995-09-29 1997-04-04 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 電源装置
US5960898A (en) * 1996-09-13 1999-10-05 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Power supply unit and electric vehicle incorporating the same
US6020719A (en) * 1997-11-12 2000-02-01 Nec Corporation Secondary battery unit using electric double layer condenser
JP2005505387A (ja) * 2001-10-18 2005-02-24 テクファーマ・ライセンシング・アクチェンゲゼルシャフト エネルギ貯蔵装置を備える注射装置
JP2018143477A (ja) * 2017-03-06 2018-09-20 Simplex Quantum株式会社 生体信号測定回路用電源回路、及び生体信号測定装置
US10680454B2 (en) 2018-06-04 2020-06-09 Simplex Quantum Inc. Power supply circuit for biological signal measurement circuit and biological signal measuring apparatus

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20020612